DE19609266C1

DE19609266C1 - Verfahren und Vorrichtung zur berührungslosen Übertragung elektrischer Energie und von Daten in Kraftfahrzeugen

Info

Publication number: DE19609266C1
Application number: DE1996109266
Authority: DE
Inventors: Helmut Bonn; Gerhard Ing Grad Hoesbacher
Original assignee: Petri AG
Current assignee: Takata Petri AG
Priority date: 1996-02-27
Filing date: 1996-02-27
Publication date: 1997-06-12
Anticipated expiration: 2016-02-28
Also published as: DE19609266C2

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur berührungslosen Übertragung elektrischer Energie und von Daten nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Es ist bekannt, mittels induktiver Stromübertragung in einem Kraftfahrzeug den Zündstrom von der Zentralelektronik zum Airbag im Lenkrad zu übertragen, sowie vom Lenkrad aus Steuerströme für das Horn, Tempomat, Radiofunktionen usw. zu den Verbrauchern zu übertragen.

Aus der EP 0 183 580 A1 ist eine Vorrichtung zur berührungslo sen Übertragung von Informationen von stationär angeordne ten Fahrzeugbaugruppen auf Baugruppen bekannt, die am Lenkrad vorgesehen sind. Fahrzeugseitig ist stationär eine ringförmige, von einem Schalenkern umhüllte Primärspule und auf der Lenkradseite eine mit dem Lenkrad drehbare ringför mige, von einem Schalenkern umhüllte Sekundärspule koaxial zur Längsachse angeordnet, wobei zwischen den Schalenkernen ein Luftspalt besteht.

Der Nachteil dieser Anordnung besteht darin, daß für die Gewährleistung der sicheren und störungsfreien Übertragung von Impulsen der Luftspalt nicht verändert werden darf. Deshalb sind besondere mechanische Elemente zur Konstant haltung des Luftspaltes vorgesehen.

Dieser Nachteil soll bei einer Vorrichtung zur Übertragung von elektrischer Energie und Daten in Kraftfahrzeugen (DE 41 20 650 A1) dadurch vermieden werden, daß koaxial zu einem zweiteiligen Transformator ein Kondensator angeordnet ist. Dieser besteht aus fahrzeugseitig stationären, die Lenksäule umgebenden Leiterbahnen und lenkradseitig gegen überstehenden, die Lenkwelle umgebenden, drehfest mit dieser verbundenen Leiterbahnen mit dazwischenliegendem Luftspalt.

Die Übertragung der Energie erfolgt auf induktivem Wege durch die von Schalenkernen umhüllten Spulen des Transforma tors.

Die Daten vom Lenkrad zur Fahrzeugseite bzw. von der Fahr zeugseite zum Lenkrad werden über den von der induktiven Energieübertragung unabhängigen Kondensator übertragen. Der Kondensator ist fahrzeug- und lenkradseitig an gleichartige Ansteuer- und Auswerteschaltungen angeschlossen.

Der Luftspalt zwischen den Schalenkernen beträgt 0,3 bis 1 mm. Die Luftspaltdicke zwischen den Leiterbahnen der Kondensatoren beträgt 0,2 bis 0,5 mm. Diese geringen Spalt breiten stellen auch bei dieser Vorrichtung einen Nachteil dar.

Weiterhin ist aus der DE 39 72 497 A1 bekannt, die Energie von stationären zu sich drehenden Teilen durch transformato rische Kopplung im NF-Bereich zu übertragen und die Rück übertragung von durch Sensoren gewonnenen Meßdaten im Koch frequenzbereich durchzuführen. Der Nachteil dieser Übertra gungsart besteht darin, daß wegen der geringen Leistung der aus der Sensorelektronik zurückgesandten Signale für die Zeit dieser Datenübertragung die störende transformatori sche Energieübertragung abgeschaltet wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei der berüh rungsfreien Übertragung von Energie und Daten von einem Lenkrad auf stationäre Baugruppen eines Kraftfahrzeuges oder umgekehrt größere Luftspalte zu ermöglichen.

Erfindungsgemäß wird das entsprechend den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 erreicht.

Bei einem Verfahren zur berührungsfreien Übertragung elek trischer Energie und von Daten in einem Kraftfahrzeug zwischen einem Lenkrad und stationär angeordneten Fahrzeug baugruppen erfolgt erfindungsgemäß die Übertragung im Megahertz-Bereich, z. B. bei einer Frequenz von 13,56 MHz.

Die Übertragung von Energie und Daten im Kraftfahrzeug im Megahertz-Bereich ermöglicht gegenüber der bisher angewende ten induktiven Übertragung größere Luftspalte zwischen dem Sende- und dem Empfängermodul.

Bei einer Vorrichtung zur berührungsfreien Übertragung elek trischer Energie und von Daten in einem Kraftfahrzeug zwischen einem Lenkrad und stationär angeordneten Fahrzeug baugruppen ist mindestens je ein stationär angeordnetes Te lemetrie-Sende- bzw. Empfängermodul und diesem gegenüberlie gend mindestens ein Telemetrie-Empfänger- bzw. Sendemodul am Lenkrad vorgesehen.

Die Module weisen vorzugsweise denselben Innen- und Außen durchmesser auf und stehen sich mit axialem Abstand von 2 bis 20 Millimetern gegenüber. Die Module können sich aber auch radial gegenüberstehen. Ihr Abstand liegt dann zwi schen 1-5 mm. Im Unterschied zu bekannten induktiven Über tragungsvorrichtungen kann der Abstand der Sende- und Emp fängermodule zueinander in weiten Grenzen variiert werden und damit kann der Einbau dieser Module wesentlich besser an bauliche Gegebenheiten im Kraftfahrzeug angepaßt werden.

In einer Ausführungsform bestehen die Sende- und Empfänger module aus kompaktem leitfähigen Material, z. B. aus Mes sing, wobei es zweckmäßig ist, daß diese Module Stanzteile sind, die mit umgeschlagenen Verbindungslaschen an der Lenk säulenverkleidung bzw. am Lenkrad befestigt sind.

In einer Ausführungsform für die Übertragung größerer Leistungen sind der Sender- und Empfängermodul mit überlap penden Ferritkernen versehen, so daß diese Module gegen Ein- und Abstrahlung abgesichert sind. Eine weitere Möglichkeit der Abschirmung besteht darin, daß die Module von Metallteilen umgeben sind. Das kann z. B. dadurch erfol gen, daß die Metallnabe des Lenkrades in Richtung der Lenk säule verlängert ist.

In einer weiteren Ausführungsform ist dem Empfängermodul ein Energiespeicher zugeordnet, der im Bedarfsfall den Airbag aktiviert.

Je eines der Module ist mit einer Steuerelektronik und Auswerteelektronik verbunden, wobei bevorzugt das Sendemodul an der Steuerelektronik und das Empfängermodul an der Auswerteelektronik angeschlossen ist.

Die Steuer- und Auswerteelektronik ist zweckmäßig in den Si gnalschaltern im Lenkrad untergebracht oder im Diagno se-Auslösegerät eines Airbagsystems integriert.

Weiterhin ist es zweckmäßig, daß die Bedienungsschalter und die Telemetrieeinheit in der Lenksäulenverkleidung befe stigt sind.

Die Erfindung soll in einem Ausführungsbeispiel anhand von Zeichnungen näher erläutert werden. Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung;

Fig. 2 die schematische Darstellung einer Ausführung mit radial gegenüberliegenden Modulen;

Fig. 3 ein Blockschaltbild mit einer erfindungsgemäßen Übertragungsvorrichtung.

Die Fig. 1 zeigt ein Multifunktionslenkrad 1 und eine stationäre Lenksäulenverkleidung 2, die Baugruppen aufwei sen, zwischen denen Energie und Daten übertragen werden sollen. Zu diesem Zweck ist ein Nahfeldtelemetrie-System vorgesehen, das ein Sende-Modul 3 und ein Empfänger-Modul 4 aufweist. Der Sende-Modul 3 ist mit einer Steuer-Elektronik 5 verbunden, die in der Lenksäulenverkleidung 2 befestigt ist. Das Sende-Modul 3 besteht aus einem offenen ringförmi gen Messing-Stanzteil, das an seiner offenen Seite Verbindungslaschen 6, 7 aufweist, die gegenüber der Ringflä che um 90° abgebogen sind und mit Steckkontakten 8, 9 verbunden sind. Mittels dieser Steckkontakte ist der Sen de-Modul 3 mit der Steuer-Elektronik 5 verbunden.

Das Empfänger-Modul 4, das ebenfalls aus einem offenen ring förmigen Messing-Stanzteil besteht, trägt an seiner offenen Seite eine Auswerte-Elektronik 10, die mit einer Buchse 11 für die Verbindung mit einem nicht dargestellten Stecker im Lenkrad 1 versehen ist. Dieser Stecker ist mit den elektri schen Baugruppen im Lenkrad verbunden. Der Auswerte-Elektro nik ist ein Energiespeicher 12 zugeordnet. Dieser Energie speicher dient der sicheren Zündung des Airbags auch für den Fall, daß die Energieübertragung kurzzeitig unterbro chen ist.

Das Sende-Modul 3 wird mittels Fahnen 16 an der Lenksäulen verkleidung 2 und das Empfänger-Modul 4 mittels Fahnen 17 am Lenkrad 1 befestigt. Das Multifunktionslenkrad 1 weist eine in Richtung der Lenksäule verlängerte Nabe 1a auf, die der Abschirmung der Module dient.

In der Fig 2 sind schematisch Module 3a, 4a dargestellt, die sich radial gegenüberliegen.

Aus der Fig. 3 ist der Datenfluß erkennbar. Über die Steuer-Elek tronik 5, das Sende-Modul 3 und das Empfänger-Modul 4 erfolgt die Energieversorgung der im Lenkrad befindlichen elektrischen Baugruppen. Die Energieübertragung erfolgt mit einer Frequenz von 13,56 MHz, wobei eine Leistung bis zu 30 W übertragen werden kann.

Die Übertragung von Daten erfolgt über die Module 3, 4 sowohl von den stationären KFZ-Baugruppen zu den im Lenkrad angeordneten Baugruppen als auch umgekehrt über die Steuer-Elektronik 5 und die am Lenkrad vorgesehene Auswer te-Elektronik 10. Dieser ist als Energiespeicher 12 eine Kondensatoranordnung zugeordnet. Als weitere Baugruppen sind der Auswerte-Elektronik z. B. eine Airbagaus lösung 13, Signallampen 14 und ein Hubtaster 15 zugeordnet.

Claims

1. Verfahren zur berührungsfreien Übertragung elektri scher Energie und von Daten in einem Kraftfahrzeug zwischen einem Lenkrad und stationär angeordneten Fahrzeugbaugruppen, dadurch gekennzeichnet, daß die Übertragung bei einer Frequenz erfolgt, die im MHz-Bereich liegt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Übertragung bei einer Frequenz von 13,56 MHz erfolgt.

3. Vorrichtung zur berührungsfreien Übertragung elek trischer Energie und von Daten in einem Kraftfahr zeug zwischen einem Lenkrad und stationär angeordne ten Fahrzeugbaugruppen, insbesondere zur Durchfüh rung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens je ein stationär angeordnetes Sende- (3) bzw. Empfängermodul für den MHz-Bereich und diesem gegenüberliegend mindestens ein Empfänger- (4) bzw. Sendemodul für den MHz-Bereich am Lenkrad (1) vorgesehen ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich net, daß die Module (3; 4) denselben Innen- und Außendurchmesser aufweisen und sich mit axialem Abstand gegenüberstehen.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich net, daß sich die Module (3a; 4a) mit radialem Abstand gegenüberstehen.

6. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der axiale Abstand zwischen den Modulen zwischen 2 und 20 Millimetern bzw. der radiale Abstand zwischen 1 und 5 Millimetern liegt.

7. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Sende- und der Empfängermodul aus kompaktem leitfähigem Materi al bestehen.

8. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Sende- und Empfängermodul (3; 4) Stanzteile sind, die mit umge schlagenen Verbindungslaschen (16; 17) an der Lenk säulenverkleidung bzw. am Lenkrad befestigt sind.

9. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Sende- und Empfängermodul von sich überlappenden Ferritkernen oder zur Abschirmung geeigneten Metallteilen umge ben sind.

10. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehen den Ansprüche 3 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallnabe (1a) des Lenkrades (1) in Richtung der Lenksäule verlängert ist.

11. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 3 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß dem Empfängermo dul (4) ein Energiespeicher (12) zugeordnet ist.

12. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 3 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß je eines der Module mit einer Steuerelektronik und Auswerteelek tronik verbunden ist.

13. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehen den Ansprüche 3 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuer- und Auswerteelektronik in den Signal schaltern im Lenkrad untergebracht ist.

14. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehen den Ansprüche 3 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuer- und Auswerteelektronik im Diagnose-Aus lösegerät eines Airbagsystems integriert ist.

15. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehen den Ansprüche 3 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Bedienungsschalter und die Telemetrieeinheit in der Lenksäulenverkleidung befestigt sind.