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Die Erfindung betrifft eine Lenksäule für ein Kraftfahrzeug umfassend eine Trageinheit, eine an der Trageinheit verstellbar gehalterte Stelleinheit, eine Verstelleinrichtung, die zum Verstellen der Stelleinheit gegenüber der Trageinheit ausgebildet ist, und eine Positionsbestimmungseinrichtung. Mit der Positionsbestimmungseinrichtung kann dabei eine Position der Stelleinheit bezogen auf die Trageinheit bestimmt werden, wozu die Positionsbestimmungseinrichtung ein ortsfest angebrachtes Positionsbestimmungselement und ein sich beim Verstellen der Stelleinheit relativ zu dem ortsfest angebrachten Positionsbestimmungselement bewegend ausgebildetes Positionsbestimmungselement umfasst. Weiter betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer verstellbaren Lenksäule mit einer Trageinheit, einer an der Trageinheit verstellbar gehalterten Stelleinheit und einer Verstelleinrichtung, die zum Verstellen der Stelleinheit gegenüber der Trageinheit ausgebildet ist.
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Eine verstellbare Lenksäule, die eine Positionserkennungsvorrichtung umfasst, ist im Stand der Technik aus der
DE 10 2019 108 466 A1 bekannt. Eine Positionssensoreinheit weist dabei zwei sich relativ zueinander linear verschiebbar ausgebildete Elemente auf. Eine weitere verstellbare Lenksäule mit einem Positionserkennungssystem ist in der
US 2018/0086378 A1 beschrieben. Zudem ist aus der
DE 10 2004 044 472 B4 eine motorisch verstellbare Lenksäule mit einem Magnetsensorsystem bekannt, bei der ein Verstellweg durch einen stabförmigen Permanentmagneten vorgegeben wird, und ein Verstellen der Lenksäule nur möglich ist, wenn ein Magnetsensor mit dem Permanentmagnet zusammenwirkt.
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Vor diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Lenksäule und ein Verfahren zum Betreiben einer Lenksäule mit einer verbesserten Positionsbestimmung bereitzustellen.
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Zur Lösung dieser Aufgabe werden eine Lenksäule sowie ein Verfahren zum Betreiben einer Lenksäule gemäß den unabhängigen Ansprüchen vorgeschlagen. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen und der Beschreibung beschrieben sowie in den Figuren dargestellt.
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Die vorgeschlagene Lösung sieht eine Lenksäule für ein Kraftfahrzeug vor, die eine Trageinheit, eine an der Trageinheit verstellbar gehalterte Stelleinheit, eine Verstelleinrichtung, die zum Verstellen der Stelleinheit gegenüber der Trageinheit ausgebildet ist, und eine Positionsbestimmungseinrichtung, mit der eine Position der Stelleinheit bezogen auf die Trageinheit bestimmt werden kann, umfasst. Die Positionsbestimmungseinrichtung weist dabei ein ortsfest angebrachtes Positionsbestimmungselement und ein sich beim Verstellen der Stelleinheit relativ zu dem ortsfest angebrachten Positionsbestimmungselement bewegend ausgebildetes Positionsbestimmungselement auf, wobei ein Abtastcode und ein Abtastsensor als die Positionsbestimmungselemente vorgesehen sind. Beim Verstellen der Stelleinheit gegenüber der Trageinheit erfolgt also vorteilhafterweise eine Relativbewegung von Abtastcode und Abtastsensor zueinander. Das ortsfest angebrachte Positionsbestimmungselement ist insbesondere unbeweglich gegenüber dem Bauteil, an dem es angeordnet ist, angebracht. Vorteilhafterweise ist der Abtastcode ausgebildet, eine Verstellposition der Stelleinheit gegenüber der Trageinheit zu codieren. Insbesondere weist der Abtastcode dazu eine Musteranordnung auf, wobei Muster der Musteranordnung insbesondere regelmäßig oder unregelmäßig aufeinander folgen können. Der Abtastsensor ist vorteilhafterweise ausgebildet, durch Auslesen des Abtastcodes beim Verstellen der Stelleinheit gegenüber der Trageinheit ein Sensorsignal bereitzustellen, aus dem die Position der Stelleinheit relativ zu der Trageinheit bestimmt werden kann, insbesondere mittels einer entsprechend ausgebildeten Auswerteeinheit. Insbesondere ist vorgesehen, dass die Positionsbestimmungseinrichtung derart ausgebildet ist, dass der Abtastcode und der Abtastsensor induktiv, magnetisch oder optisch zusammenwirken. Durch das Auslesen des Abtastcodes mittels des Abtastsensors lässt sich vorteilhafterweise sehr genau die aktuelle Position der Stelleinheit bezogen auf die Trageinheit ermitteln. Vorteilhafterweise ist eine solche Positionsbestimmung auch recht robust gegen Störeinflüsse und gegen Alterung. Darüber hinaus lässt sich die Positionsbestimmung zudem vorteilhafterweise bei Bedarf einfach kalibrieren oder rekalibrieren.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist der Abtastcode das ortsfest angebrachte Positionsbestimmungselement. Der Abtastsensor ist dabei vorteilhafterweise das sich beim Verstellen der Stelleinheit relativ dazu bewegend ausgebildete Positionsbestimmungselement. Hierdurch ist die Anbringung der Positionsbestimmungselemente vorteilhafterweise vereinfacht.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass der Abtastcode als ein Binärcode mit einem ersten Zustand und einem zweiten Zustand ausgebildet ist. Der Abtastsensor ist dabei vorteilhafterweise ausgebildet, beim Abtasten des ersten Zustands des Abtastcodes ein erstes Signal bereit zu stellen, und beim Abtasten des zweiten Zustands des Abtastcodes ein zweites Signal bereit zu stellen. Der erste Zustand ist dabei insbesondere ein von dem zweiten Zustand verschiedener Zustand. Weiter ist das erste Signal insbesondere ein von dem zweiten Signal verschiedenes Signal. Das erste Signal repräsentiert dabei insbesondere den ersten Zustand und das zweite Signal repräsentiert insbesondere den zweiten Zustand. Vorteilhafterweise umfasst der Abtastcode bei dieser Ausgestaltung zwei verschiedene Muster als Musteranordnung, wobei insbesondere ein erstes Muster den ersten Zustand repräsentiert und ein zweites, von dem ersten Muster verschiedenes Muster, den zweiten Zustand repräsentiert. In dem Fall ist der Abtastsensor vorteilhafterweise ausgebildet, das erste Muster als ersten Zustand zu erfassen und daraufhin ein erstes Signal bereitzustellen. Weiter ist in dem Fall der Abtastsensor vorteilhafterweise ausgebildet, das zweite Muster als zweiten Zustand zu erfassen und daraufhin ein zweites Signal bereitzustellen. Vorzugsweise sind das erste Signal und das zweite Signal Spannungssignale, die insbesondere den Zustand low-Pegel oder high-Pegel annehmen können. Insbesondere erzeugt der Abtastsensor beim Erfassen des ersten Zustands beziehungsweise des ersten Musters des Abtastcodes das low-Pegel-Signal und beim Erfassen des zweiten Zustands beziehungsweise des zweiten Musters des Abtastcodes das high-Pegel-Signal. Vorteilhafterweise ist somit eine sichere Unterscheidung des von dem Abtastsensor bereitgestellten ersten Signals von dem bereitgestellten zweiten Signal ermöglicht.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung ist der Abtastcode zwischen einer ersten vorgegebenen Verstellposition der Stelleinheit relativ zu der Trageinheit und einer zweiten vorgegebenen Verstellposition der Stelleinheit relativ zu der Trageinheit zwischen dem ersten Zustand und dem zweiten Zustand wechselnd ausgebildet. Insbesondere weist der Abtastcode also im Wechsel eine Mehrzahl erster Zustände und eine Mehrzahl zweiter Zustände auf. Die Abschnitte, über die der Abtastcode einen ersten Zustand oder einen zweiten Zustand aufweist, können dabei insbesondere variieren. Das heißt ein Zustand muss nicht über die gleiche Abschnittslänge gehalten werden. Ein erster Zustand des Abtastcodes kann aber insbesondere auch als eine Mehrzahl erster Einzelzustände, die vorteilhafterweise jeweils einer definierten Abschnittslänge zugeordnet sind, interpretiert werden, insbesondere von der Auswerteeinheit. Ist einem erster Einzelzustand beispielsweise eine Länge x zugeordnet, so kann ein erster Zustand über eine Abschnittslänge 5x als ein fünf erste Einzelzustände umfassender erster Zustand interpretiert werden. Entsprechendes gilt für einen zweiten Zustand mit entsprechenden zweiten Einzelzuständen. Insbesondere kann also vorgesehen sein, dass auf einen ersten Einzelzustand weitere erste Einzelzustände folgen und dann ein Wechsel zu einem zweiten Zustand mit mehreren zweiten Einzelzuständen oder nur einem zweiten Einzelzustand erfolgt. Danach folgt dann wiederum ein Wechsel zu einem ersten Zustand mit mehreren ersten Einzelzuständen oder mit nur einem ersten Einzelzustand usw. Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung können die ersten Zustände und zweiten Zustände entsprechend dem Abtastcode auch in der Auswerteeinheit eindeutig hinterlegt sein, sodass hierüber nicht nur eine Positionsbestimmung, sondern auch eine Ermittlung der Verstellgeschwindigkeit der Stelleinheit erfolgen kann, wenn der Abtastsensor an dem Abtastcode entlang bewegt wird.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Lenksäule ist ausgehend von der ersten Verstellposition hin zu der zweiten Verstellposition der zweite Zustand nach einem Wechsel von dem ersten Zustand zu dem zweiten Zustand ausgedehnter. Insbesondere weist der Abtastcode im Wechsel mit den zweiten Zustand repräsentierenden Abschnitten den ersten Zustand repräsentierende Abschnitte auf, die ausgehend von der ersten Verstellposition hin zu der zweiten Verstellposition länger sind, als ein jeweiliger vorhergehender, den ersten Zustand repräsentierender Abschnitt. Ist ein zweiter Zustand des Abtastcodes definiert als eine Mehrzahl zweiter Einzelzustände, die insbesondere jeweils einer definierten gleichen Abschnittslänge zugeordnet sind, so ist insbesondere vorgesehen, dass ausgehend von der ersten Verstellposition hin zu der zweiten Verstellposition ein zweiter Zustand, der in einem ersten Abstand zu der ersten Verstellposition angeordnet ist, n zweite Einzelzustände umfasst, wobei n eine ganze natürliche Zahl ist, und ein darauffolgender zweiter Zustand, der in einem zweiten Abstand zu der ersten Verstellposition angeordnet ist, wobei der zweite Abstand größer als der erste Abstand ist, mehr als die n zweiten Einzelzustände umfasst, insbesondere n+m zweite Einzelzustände, wobei m eine ganze natürliche Zahl ist. Insbesondere sind bestimmte Breiten des ersten Zustands und/oder des zweiten Zustands konkreten Positionen der Stelleinheit in Bezug auf die Trageinheit zugeordnet.
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Insbesondere ist vorgesehen, dass zumindest für einen vorgegebenen Abschnitt des Abtastcodes ausgehend von der ersten Verstellposition hin zu der zweiten Verstellposition der zweite Zustand jeweils nach einem Wechsel von einem ersten Zustand zu einem zweiten Zustand ausgedehnter ist. Insbesondere ist vorgesehen, dass zumindest für einen vorgegebenen Abschnitt des Abtastcodes ausgehend von der ersten Verstellposition hin zu der zweiten Verstellposition der zweite Zustand jeweils nach einem Wechsel von einem ersten Zustand zu einem zweiten Zustand mehr zweite Einzelzustände aufweist, als der vorhergehende zweite Zustand. Vorteilhafterweise lässt sich hierüber eine Position der Stelleinheit bezogen auf die Trageinheit einfach, aber zuverlässig codieren.
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Gemäß einem weiteren vorteilhaften Aspekt wiederholt sich eine Codierung des Abtastcodes gemäß dem vorgegebenen Abschnitt über eine gesamte Länge des Abtastcodes periodisch. Vorteilhafterweise wird bei einer Auswertung die Anzahl der vorgegebenen Abschnitte des Abtastcodes, die der Abtastsensor ausgehend von der ersten Verstellposition hin zu der zweiten Verstellposition erfasst hat, erfasst, insbesondere gezählt, wobei insbesondere die Anzahl der erfassten vorgegebenen Abschnitte bei der Positionsbestimmung berücksichtigt wird. Vorteilhafterweise kann so eine grobe Positionsbestimmung über die erfasste Anzahl von vorgegebenen Abschnitten erfolgen und eine präzisierte Positionsbestimmung über das Auslesen der Zustände in dem aktuellen vorgegebenen Abschnitt. Vorteilhafterweise lässt sich so eine noch robustere Positionsbestimmung realisieren, weil ein potentieller Lesefehler innerhalb eines vorgegebenen Abschnitts nicht zu einer vollständig fehlerhaft ermittelten Gesamtposition führt, weil zumindest die grobe Positionsbestimmung weiter zutreffend bleibt.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Lenksäule sieht eine Auswerteeinheit vor. Die Auswerteeinheit ist vorteilhafterweise von der Positionsbestimmungseinrichtung umfasst. Insbesondere ist die Auswerteeinheit ausgebildet, eine zeitliche Dauer eines mit dem Abtastsensor erfassten Zustands des Abtastcodes zu erfassen und unter Berücksichtigung einer Verstellgeschwindigkeit der Stelleinheit, die Position der Stelleinheit zu bestimmen. Insbesondere ist der Abtastcode dabei als Binärcode ausgebildet, wobei die Auswerteeinheit vorteilhafterweise ausgebildet ist, eine zeitliche Dauer des mit dem Abtastsensor erfassten zweiten Zustands des Abtastcodes zu erfassen und unter Berücksichtigung einer Verstellgeschwindigkeit der Stelleinheit, die Position der Stelleinheit zu bestimmen.
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Von weiterem Vorteil ist, dass der Abtastsensor ausgebildet ist, den Abtastcode berührungslos auszulesen, also insbesondere kontaktlos auszulesen. Vorteilhafterweise wird hierdurch ein potentieller Verschleiß reduziert und die Langlebigkeit der Positionsbestimmungseinrichtung erhöht.
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Weiter vorteilhaft ist es, dass der Abtastcode ferromagnetische Elemente oder magnetische Elemente aufweist, mit denen zumindest ein Zustand des Abtastcodes gebildet ist. Insbesondere ist vorgesehen, dass ein zweiter Zustand jeweils durch ein entsprechend angeordnetes ferromagnetisches oder magnetisches Element gebildet ist. Ein erster Zustand ist dabei insbesondere durch die Abwesenheit eines ferromagnetischen oder magnetischen Elements gebildet. Es wechseln dabei insbesondere ferromagnetische beziehungsweise magnetische Abschnitte mit nicht ferromagnetischen beziehungsweise nicht magnetischen Abschnitten einander ab. Insbesondere ist vorgesehen, dass der Abtastcode aus einem ferromagnetischen Material oder einem magnetischen Material ist, wobei vorteilhafterweise definierte Aussparungen in den Abtastcode eingebracht sind, und die Aussparungen die den ersten Zustand repräsentierenden Abschnitte sind und die Abschnitte zwischen zwei Aussparungen die den zweiten Zustand repräsentierenden Abschnitte sind. Vorteilhafterweise lässt sich auf diese Weise eine Position der Stelleinheit bezogen auf die Trageinheit zuverlässig bei geringer Störungsanfälligkeit codieren.
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Es kann vorgesehen sein, dass der Abtastcode auf einem Klebeband, insbesondere einem Tape, aufgebracht ist, der auf die Stelleinheit aufgeklebt wird. Somit ist eine einfache und kostengünstige Lösung realisiert.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Lenksäule ist der Abtastcode über eine vollständige Verstelllänge und/oder eine vollständige Verstellhöhe der Stelleinheit angebracht. Insbesondere ist der Abtastcode zwischen einem ersten mechanischen Endanschlag und einem zweiten mechanischen Endanschlag angebracht. Vorteilhafterweise ist die Position der Stelleinheit bezogen auf die Trageinheit somit über den gesamten technisch möglichen Verstellbereich ermittelbar. Insbesondere dann, wenn mittels virtueller Endanschläge die Verstelllänge und/oder die Verstellhöhe softwareseitig innerhalb der mechanischen Endanschläge limitiert ist, kann vorteilhafterweise mittels der Positionsbestimmungseinheit erkannt werden, wenn ein virtueller Endanschlag fehlerhaft bei einem Verstellvorgang unberücksichtigt bleibt. Weiter vorteilhaft kann auch eine Position für einen virtuellen Verstellanschlag mittels der Positionsbestimmungseinheit vorgegeben werden.
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Gemäß einem weiteren vorteilhaften Aspekt ist vorgesehen, dass die Lenksäule ein Crashsystem umfasst, welches ausgebildet ist, in einem Crashfall Energie, die über eine Lenkwelle in die Lenksäule eingetragen wird, zu absorbieren. Vorteilhafterweise wird hierdurch das Verletzungsrisiko des Fahrzeugführers weiter reduziert. Insbesondere ist der Lenksäule eine Steuereinheit zugeordnet, die ausgebildet ist, die mit der Positionsbestimmungseinrichtung ermittelte Position der Stelleinheit zu überwachen und das Crashsystem in Abhängigkeit von der ermittelten Position zu steuern.
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Wie bereits obenstehend angegeben, wird zur Lösung der eingangs genannten Aufgabe auch ein Verfahren zum Betreiben einer verstellbaren Lenksäule mit einer Trageinheit, einer an der Trageinheit verstellbar gehalterten Stelleinheit und einer Verstelleinrichtung, die zum Verstellen der Stelleinheit gegenüber der Trageinheit ausgebildet ist, vorgeschlagen. Das Verfahren sieht vor, dass beim Verstellen der Stelleinheit gegenüber der Trageinheit ein Abtastsensor und ein Abtastcode relativ zueinander bewegt werden und unter Nutzung des mit dem Abtastsensor von dem Abtastcode erfassten Signals die Position der Stelleinheit bestimmt wird. Insbesondere ist dabei vorgesehen, dass die Lenksäule eine erfindungsgemäß ausgebildete Lenksäule ist, die vorteilhafterweise die vorstehend ausgeführten Merkmale einzeln oder in Kombination aufweist. Insofern ist der Abtastcode insbesondere als ein Binärcode mit einem ersten Zustand und einem zweiten Zustand ausgebildet, wobei der Abtastsensor insbesondere ausgebildet ist, beim Abtasten des ersten Zustands ein erstes Signal bereitzustellen und beim Abtasten des zweiten Zustands ein zweites Signal bereitzustellen.
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Bei einer Ausgestaltung der Lenksäule, bei der sich eine Codierung des Abtastcodes gemäß einem vorgegebenen Abschnitt über eine gesamte Länge des Abtastcodes periodisch wiederholt, wie obenstehend ausgeführt, wird vorteilhafterweise bei einer Auswertung die Anzahl der vorgegebenen Abschnitte des Abtastcodes, die der Abtastsensor ausgehend von der ersten Verstellposition hin zu der zweiten Verstellposition erfasst hat, erfasst, insbesondere gezählt. Vorteilhafterweise wird unter Berücksichtigung der Anzahl der erfassten vorgegebenen Abschnitte eine grobe Positionsbestimmung durchgeführt. Über das Auslesen der Zustände in dem vorgegebenen Abschnitt, den der Abtastsensor aktuell erfasst, wird vorteilhafterweise die Position der Stelleinheit bezogen auf die Trageinheit präziser bestimmt. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die präzise Position durch Addition der ermittelten groben Position und der innerhalb des aktuellen Abschnitts ermittelten Position bestimmt wird.
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Weiter vorteilhaft ist vorgesehen, dass die Verstellgeschwindigkeit der Stelleinheit beim Verstellen erfasst wird, die zeitliche Dauer eines mit dem Abtastsensor von dem Abtastcode erfassten Signals bis zu einem Signalwechsel erfasst wird, und basierend auf der Verstellgeschwindigkeit und der erfassten zeitlichen Dauer eines erfassten Signals die Position der Stelleinheit bestimmt wird.
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Weitere vorteilhafte Einzelheiten, Merkmale und Ausgestaltungsdetails der Erfindung werden im Zusammenhang mit den in den Figuren (Fig.: Figur) dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Dabei zeigt:
- 1 in einer perspektivischen Ansicht ein Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäß ausgebildete Lenksäule für ein Lenksystem eines Kraftfahrzeuges in ausgefahrener Stellung;
- 2 in einer perspektivischen Ansicht die Lenksäule gemäß 1 in eingefahrener Stellung;
- 3 in einer weiteren perspektivischen Ansicht die Lenksäule gemäß 1 in ausgefahrener Stellung;
- 4 in einer schematischen Darstellung ein Ausführungsbeispiel für eine Positionsbestimmungseinrichtung einer erfindungsgemäß ausgebildeten Lenksäule; und
- 5 in einem Diagramm ein Ausführungsbeispiel für einen mit der Positionsbestimmungseinrichtung gemäß 4 erfassten Signalverlauf, aus dem die Position der Stelleinheit bezogen auf die Trageinheit bestimmt werden kann.
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In den verschiedenen Figuren sind gleiche Teile in der Regel mit den gleichen Bezugszeichen versehen und werden daher mitunter auch jeweils nur im Zusammenhang mit einer der Figuren erläutert.
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1, 2 und 3 zeigen ein Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäß ausgebildete Lenksäule 1 für ein Kraftfahrzeug. Die Lenksäule 1 umfasst eine Trageinheit 6, eine an der Trageinheit 6 über ein äußeres Mantelrohr 5 verstellbar gehalterte Stelleinheit 201, eine Verstelleinrichtung 202, die zum Verstellen der Stelleinheit 201 gegenüber der Trageinheit 6 in eine Längsverstellrichtung 102 ausgebildet ist, und eine Positionsbestimmungseinrichtung 13, mit der eine Position der Stelleinheit 201 bezogen auf die Trageinheit 6 bestimmt werden kann. Des Weiteren umfasst die Lenksäule 1 eine Lenkwelle 2. Die Lenkwelle ist um ihre Längsachse L, die auch als Drehachse bezeichnet wird, drehbar in einer Lenkwellenlagereinheit 3 gelagert, wobei die Lenkwellenlagereinheit 3 ein inneres Mantelrohr 4 umfasst. Das innere Mantelrohr 4 ist in dem äußeren Mantelrohr 5 entlang der Längsachse L der Lenkwelle 2 verschiebbar geführt. Das äußere Mantelrohr 5 der Lenksäule 1 ist um eine Schwenkachse S in der als Halteteil ausgebildeten Trageinheit 6 schwenkbar gelagert, um eine Höhenverstellbarkeit 101 der Stelleinheit 201 zu ermöglichen. Die Trageinheit 6 kann in Befestigungspunkten 7 an einer in den Figuren nicht dargestellten Karosserie eines Kraftfahrzeugs befestigt werden.
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An einem hinteren Ende der Lenksäule 1 kann die Lenkwelle 2 mit einem in den Figuren ebenfalls nicht dargestellten Lenkrad verbunden werden. Eine von einem Fahrer über ein Lenkrad in die Lenkwelle 2 eingebrachte Drehbewegung wird über ein am einem vorderen Ende der Lenksäule 1 vorgesehenes Kardangelenk und weitere Lenkwellenteile in ein nicht dargestelltes Lenkgetriebe eingebracht. Alternativ kann das vordere Ende auch mit einem Handmomentensteller gekoppelt sein, beispielsweise bei einem Steer-by-Wire Lenksystem, bei dem keine mechanische Kopplung zwischen Lenkrad und lenkbaren Rädern eines Fahrzeugs vorgesehen ist.
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Um ein an der Lenkwelle 2 angeordnetes Lenkrad komfortabel auf die Bedürfnisse eines Fahrers einstellen zu können, aber insbesondere auch, um ein an der Lenkwelle 2 angeordnetes Lenkrad in eine Verstauposition und eine Bedienposition verbringen zu können, kann die Stelleinheit 201 in ihrer Höhe in die Verstellrichtung 101 und in ihrer Länge in die Verstellrichtung 102 verstellt werden. Für das Verstellen der Stelleinheit 201 in Längsverstellrichtung 102 relativ zu der Trageinheit 6 beziehungsweise relativ zu dem äußeren Mantelrohr 5 umfasst die Lenksäule 1 eine Längsverstelleinrichtung 202, die einen Verstellantrieb 111 aufweist. Der Verstellantrieb 111 umfasst einen Elektromotor 11 mit einem Gewindestangenantrieb, der auch als Spindelantrieb bezeichnet wird. Der Gewindestangenantrieb weist eine auf dem Abtrieb des Elektromotors 11 angeordnete Schneckenwelle auf, wobei die Schneckenwelle mit einem Schneckenrad in Eingriff steht. Das Schneckenrad ist entweder drehfest mit der Gewindestange 8 (Rotationsspindelantrieb oder auch Drehspindelantrieb genannt) oder, wie in diesem Ausführungsbeispiel vorgesehen, drehfest mit einer Spindelmutter (Tauchspindelantrieb) gekoppelt. Eine konkrete Ausgestaltung für einen solchen Verstellantrieb kann beispielsweise der
DE 10 2017 207 561 A1 entnommen werden, auf welche hiermit vollumfänglich referenziert wird.
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Bei dem in 1 bis 3 gezeigten Verstellantrieb 111 ist die Gewindestange 8 über einen Anlenkhebel 9 mit dem inneren Mantelrohr 4 verbunden, sodass eine Verschiebung des Anlenkhebels 9 gegenüber dem äußeren Mantelrohr 5 zu einer Verschiebung des inneren Mantelrohrs 4 gegenüber dem äußeren Mantelrohr 5 und somit gegenüber der Trageinheit 6 führt. Die Gewindestange 8 ist an dem Anlenkhebel 9 drehfest gehalten und erstreckt sich in Längsverstellrichtung 102. Die als Gewindespindel ausgebildete Gewindestange 8 steht mit einer Spindelmutter in Eingriff, die in einem Gehäuse 10 des Verstellantriebs 111 drehbar gelagert und ortsfest angeordnet ist. Die Spindelmutter ist an ihrer Außenseite als Schneckenrad ausgebildet, in dessen Verzahnung die auf der Abtriebswelle eines Elektromotors 11 angeordnete Schneckenwelle eingreift. Durch Rotation der ortsfesten Spindelmutter wird die Gewindestange 8 axial bewegt, wodurch sich das innere Mantelrohr 4 relativ gegenüber dem äußeren Mantelrohr 5 verlagert und somit die Stelleinheit 201 relativ zu der Trageinheit 6. 1 und 3 zeigen die Stelleinheit 201 der Lenksäule 1 dabei in einer ausgefahrenen Stellung der Längsverstelleinrichtung 202. In 2 ist die Stelleinheit 201 der Lenksäule 1 hingegen in einer eingefahrenen Stellung dargestellt.
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Zur Bestimmung der Position der Stelleinheit 201 bezogen auf die Trageinheit 6 umfasst die Lenksäule eine Positionsbestimmungseinrichtung 13. Die Positionsbestimmungseinrichtung 13 umfasst einen Abtastcode 12 als ortsfest an dem äußeren Mantelrohr 5 angebrachtes Positionsbestimmungselement und einen Abtastsensor 14 als am Ende der Gewindestange 8 angeordnetes Positionsbestimmungselement. Der Abtastsensor 14 wird beim Verstellen der Stelleinheit 201, insbesondere beim Verstellen des inneren Mantelrohrs 4, relativ zu dem ortsfest angebrachten Abtastcode 12 bewegt. Der Abtastsensor 14 ist insofern ein sich beim Verstellen der Stelleinheit 201 relativ zu dem ortsfest angebrachten Positionsbestimmungselement bewegend ausgebildetes Positionsbestimmungselement.
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Der an dem äußeren Mantelrohr 5 angebrachte Abtastcode 12 weist in diesem Ausführungsbeispiel eine gesamte Länge LA auf und erstreckt sich in Längsrichtung L über den gesamten Verstellweg der Gewindestange 8. Insbesondere ist der Abtastcode 12 über die gesamte Länge des äußeren Mantelrohrs 5 an dem äußeren Mantelrohr 5 angeordnet. Da die Gewindestange 8 der Verstelleinrichtung 202 sich nicht dreht, ist der Abtastsensor 14 der Positionsbestimmungseinrichtung 13 an dem anlenkhebelfernen Ende der Gewindestange 8 angebracht.
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Die Positionsbestimmungseinrichtung 13 ist so ausgestaltet, dass sich der Abtastsensor 14 mit dem inneren Mantelrohr 4 synchron mitbewegt und der Abtastcode 12 ortsfest an dem äußeren Mantelrohr 5 befestigt ist. In dieser Ausführungsvariante ist das äußere Mantelrohr 5 Teil der Trageinheit 6 und das innere Mantelrohr 4 Teil der Stelleinheit 201. Die Positionsbestimmungseinrichtung 13 umfasst in diesem Ausführungsbeispiel des Weiteren eine Auswerteeinheit 18, insbesondere eine elektronische Steuereinheit (ECU; ECU: Electronic Control Unit), die die von dem Abtastsensor 14 bereitgestellten Signale auswertet und daraus die entsprechende Position der Stelleinheit 201 oder einer an der Lenkwelle 2 angeordneten Lenkhandhabe berechnet. Die ermittelte Position kann insbesondere als Ausgabewert ausgegeben werden und beispielsweise an weitere Steuergeräte oder Fahrzeugassistenzsysteme weitergeleitet werden.
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Ein konkretisiertes Ausführungsbeispiel für eine mögliche Ausgestaltung der Positionsbestimmungseinrichtung 13 der Lenksäule gemäß 1 bis 3 wird nachfolgend beispielhaft unter Bezugnahme auf 4 und 5 erläutert.
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In 4 ist dabei ein Ausschnitt eines Abtastcodes 12 dargestellt, an dem ein Abtastsensor 14, der mit einer Auswerteeinheit 18 signaltechnisch verbunden ist, entlang bewegt werden kann. Der Abtastcode 12 ist in diesem Ausführungsbeispiel als ein Binärcode mit einem ersten Zustand 121 und einem zweiten Zustand 122 ausgebildet. Der Abtastcode 12 ist dabei aus einem ferromagnetischen Material, wobei die zweiten Zustände 122 durch Ausnehmungen in dem ferromagnetischen Material gebildet sind. Der Materialbereich zwischen zwei zweiten Zuständen 122 bildet jeweils einen ersten Zustand 121. Der Abtastcode 12 ist wechselnd ausgebildet, das heißt zwischen einer ersten vorgegebenen Verstellposition 210, insbesondere einer ersten Verstellposition, die das innere Mantelrohr 4 in Bezug auf das äußere Mantelrohr 5 einnimmt, und einer zweiten vorgegebenen Verstellposition 220, insbesondere einer zweiten Verstellposition, die das innere Mantelrohr 4 in Bezug auf das äußere Mantelrohr 5 einnimmt, weist der Abtastcode 12 im Wechsel ein Mehrzahl von ersten Zuständen 121 und eine Mehrzahl von zweiten Zustände 122 auf, wie beispielhaft in 4 gezeigt. Für einen vorgegebenen Abschnitt 16 des Abtastcodes 12 ist dabei ausgehend von der ersten Verstellposition 210 hin zu der zweiten Verstellposition 220 der zweite Zustand 122 jeweils nach einem Wechsel von einem ersten Zustand 121 zu einem zweiten Zustand 122 ausgedehnter. Das heißt, dass in diesem Ausführungsbeispiel die Ausnehmungen bei gleichbleibender Höhe breiter werden. In diesem Ausführungsbeispiel werden in entsprechender Weise die ersten Zustände 121 bei gleichbleibender Höhe schmaler. Das so für den vorgegebenen Abschnitt 16 gebildete Muster wiederholt sich vorteilhafterweise über die gesamte Länge LA des Abtastcodes 12 periodisch mit einer vorbestimmten Anzahl.
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Der Abtastsensor 14 der Positionsbestimmungseinrichtung 13 ist ausgebildet, den Abtastcode 12 berührungslos auszulesen und beim Abtasten des ersten Zustands 121 ein erstes Signal T_L bereitzustellen und beim Abtasten des zweiten Zustands 122 ein zweites Signal T_H bereitzustellen. Ein Ausführungsbeispiel für ein von dem Abtastsensor 14 beim Auslesen des in 4 dargestellten Abtastcodes 12 bereitgestelltes Signal T ist in 5 dargestellt. Das erste Signal T_L und das zweite Signal T_H sind dabei Spannungssignale, wobei das erste Signal T_L den Zustand low-Pegel und das zweite Signal T_H den Zustand high-Pegel aufweist. Die Spannungssignale sind dabei über der Zeit t aufgetragen.
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Die Auswerteeinheit 18 der Positionsbestimmungseinrichtung 13, die das Signal T empfängt, ist dabei ausgebildet, aus einem jeweiligen ersten Signal T_L eine zeitliche Dauer eines mit dem Abtastsensor 14 erfassten ersten Zustands 121 des Abtastcodes 12 und aus einem jeweiligen zweiten Signalen T_L eine zeitliche Dauer eines mit dem Abtastsensor 14 erfassten zweiten Zustands 122 des Abtastcodes 12 zu bestimmen und unter Berücksichtigung einer Verstellgeschwindigkeit der Stelleinheit 201, insbesondere unter Berücksichtigung einer Verstellgeschwindigkeit des inneren Mantelrohrs 4, die Position der Stelleinheit 201 relativ zu der Trageinheit 6 zu bestimmen. Die Verstellgeschwindigkeit der Stelleinheit 201 kann der Auswerteeinheit 18 insbesondere von dem Elektromotor 11 oder von einer dem Elektromotor 11 zugeordneten Steuereinheit übermittelt werden. Zur Ermittlung der Position der Stelleinheit 201 wird in diesem Ausführungsbeispiel die Verstellgeschwindigkeit der Stelleinheit 201 beim Verstellen und die zeitliche Dauer eines mit dem Abtastsensor 14 von dem Abtastcode 12 erfassten Signals T bis zu einem Signalwechsel T_C, also die zeitliche Dauer von einem Wechsel von dem ersten Signal T_L zu einem zweiten Signal T_H oder die zeitliche Dauer von einem Wechsel von dem zweiten Signal T_H zu einem ersten Signal T_L, erfasst. Basierend auf der erfassten Verstellgeschwindigkeit und der erfassten zeitlichen Dauer des erfassten Signals T_L, T_H wird dann die Position der Stelleinheit 201 bestimmt, was aufgrund der unterschiedlichen Breiten der Zustände 121, 122 und der entsprechenden unterschiedlichen Breiten der Signale T_L, T_H an den unterschiedlichen Positionen einfach möglich ist. In dem Ausführungsbeispiel ist zudem vorgesehen, dass die Auswerteeinheit 18 ausgebildet ist, die Anzahl der vorgegebenen Abschnitte 16 des Abtastcodes 12, an denen der Abtastsensor 14 vorbei bewegt wurde, zu zählen. Über die Anzahl der gezählten vorgegebenen Abschnitte 16 ist darüber hinaus eine Positionsbestimmung möglich.
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Insbesondere kann aber auch vorgesehen sein, dass die Breite für jeden Zustand 121, 122 über die gesamte Länge des Abtastcodes 12 jeweils individuell und einmalig vorgegeben ist und diese Vorgabe entsprechend in der Auswerteeinheit 18 mit einer zugeordneten Position hinterlegt ist. In dem Fall würde der vorgegebene Abschnitt 16 der gesamten Länge des Abtastcodes 12 entsprechen. Unter Berücksichtigung der Verstellgeschwindigkeit der Stelleinheit 201 erkennt die Auswerteeinheit 18 somit die Breite des jeweiligen Zustands 121, 122 und kann, beispielsweise über eine Lookup-Tabelle, die eindeutig Position zuordnen. Beispielsweise wird die Stelleinheit 201 und somit der Abtastsensor 14 mit einer Geschwindigkeit von 30 mm/s (mm: Millimeter; s: Sekunden) verstellt, und der Abtastsensor 14 dabei an einem ersten Zustand 121 des Abtastcodes 12 vorbeibewegt. Die Auswerteeinheit 18 erfasst dabei die Zeit vom Beginn eines den ersten Zustand 121 repräsentierenden Signals T_L bis zum Beginn eines den zweiten Zustand 122 repräsentierenden Signals T_H, also das Zeitintervall zwischen zwei Signalwechseln T_C. Liegt das den ersten Zustand 121 repräsentierende Signal T_L beispielsweise für 0,1 s an, so kann die Auswerteeinheit 18 daraus für den betreffenden ersten Zustand 18 eine Breite von 3 mm bestimmen. Einem ersten Zustand 121 mit der Breite von 3 mm ist dann eine vordefinierte Position x der Stelleinheit 201 relativ zu der Trageinheit 6 zugeordnet. Vorteilhafterweise lässt sich dabei über die Breite der Zustände 121, 122 die Auflösung, mit der die Position der Stelleinheit 201 relativ zu der Trageinheit 6 bestimmt werden kann, festlegen.
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Die in den Figuren dargestellten und im Zusammenhang mit diesen erläuterten Ausführungsbeispiele dienen der Erläuterung der Erfindung und sind für diese nicht beschränkend.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Lenksäule
- 2
- Lenkwelle
- 3
- Lenkwellenlagereinheit
- 4
- inneres Mantelrohr
- 5
- äußeres Mantelrohr
- 6
- Trageinheit
- 7
- Befestigungspunkte
- 8
- Gewindestange
- 9
- Anlenkhebel
- 10
- Gehäuse
- 11
- Elektromotor
- 111
- Verstellantrieb
- 12
- Abtastcode
- 121
- erster Zustand
- 122
- zweiter Zustand
- 13
- Positionsbestimmungseinrichtung
- 14
- Abtastsensor
- 16
- vorgegebener Abschnitt
- 18
- Auswerteeinheit
- 20
- Gelenkachse der Trageinheit (6)
- 21
- Gelenkachse des äußeren Mantelrohrs (5)
- 101
- Höhenverstellrichtung
- 102
- Längsverstellrichtung
- 201
- Stelleinheit
- 202
- (Längs-)Verstelleinrichtung
- 210
- erste Verstellposition
- 220
- zweite Verstellposition
- LA
- gesamte Länge des Abtastcodes (12)
- L
- Längsrichtung
- S
- Schwenkachse
- T
- Signal
- T_L
- erstes Signal
- T_H
- zweites Signal
- T_C
- Signalwechsel
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102019108466 A1 [0002]
- US 20180086378 A1 [0002]
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