DE19740526C1 - Actuator, esp. for steering column lever in motor vehicles, for performing switching functions - Google Patents

Actuator, esp. for steering column lever in motor vehicles, for performing switching functions

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Abstract

The actuator has a lever (1), whose first end (2) is mounted in a bore (5) and has a bearing point (7) in an end region of the bore. A combined pull- and pressure-sensor (8) in the bore's end region between one lever end and a stop detects the axial forces (F1) on the second lever end (3). A cam (4) in the bore at a distance from the bearing point forms an intermediate part of the lever. Several pressure sensors (9-12) arranged in a ring around the bore detect forces acting radially on the second lever end. An evaluation unit converts switching instructions depending on sensor measurement values.

Description

Die Erfindung betrifft eine Betätigungsvorrichtung, insbeson­ dere für Lenkstockhebel in Kraftfahrzeugen zur Realisierung von Schaltfunktionen mit einem Hebel und mit mehreren kraft- bzw. druckempfindlichen Schaltelementen zur Erfassung ver­ schiedener, am Hebel angreifender Kräfte in unterschiedlichen Richtungen sowie ein Verfahren zur Anwendung einer solchen Betätigungsvorrichtung.The invention relates to an actuating device, in particular for steering column levers in motor vehicles for implementation of switching functions with one lever and with several force or pressure sensitive switching elements for ver different forces acting on the lever in different Directions as well as a method of applying such Actuator.

Die Anwendungsgebiete solcher Betätigungsvorrichtungen umfas­ sen verschiedene Schaltaufgaben, welche durch Bewegungen ei­ nes Hebels in verschiedenen Richtungen realisiert werden. Beispiele hierfür sind Lenkstockhebel in Kraftfahrzeugen, mit denen Blinklichter, Lichthupe, Fernlicht oder Hupe betätigt werden, oder Wischerschalter, bei denen über einen Lenkstockhebel Wischergeschwindigkeit, Heckscheibenwischer und Wisch-Wasch-Funktionen gesteuert werden. Zu den Anwen­ dungsgebieten zählen ferner Radiowahlschalter, welche in Form von Bedienungssatelliten an der Lenksäule eines Kraftfahrzeu­ ges befestigt sind, und Joysticks für eine elektrische Spie­ gelverstellung. Bei derartigen Systemen wird der Bedienungs­ hebel stets bewegt und gegebenenfalls zur Aufrechterhaltung der eingestellten Schaltfunktion durch mechanische Ver­ rastungselemente in der eingestellten Schaltposition gehal­ ten. Die Kontaktierung zur Umsetzung der Schaltanweisung er­ folgt ebenfalls mechanisch, beispielsweise mittels Mikro­ schaltern, Schleifkontakten oder Rollkontakten.The areas of application of such actuators include sen various switching tasks, which ei by movements lever can be realized in different directions. Examples of this are steering column levers in motor vehicles, with which flashing lights, flasher, high beam or horn actuated be, or wiper switches, where one Steering column lever wiper speed, rear window wiper and wipe-wash functions can be controlled. To the users Areas of application also include radio selection switches, which are in the form of operating satellites on the steering column of a motor vehicle are attached, and joysticks for an electric game gel adjustment. In such systems, the operator lever always moved and if necessary to maintain the set switching function by mechanical ver detent elements in the set switching position The contacting for the implementation of the switching instructions also follows mechanically, for example using a microphone switches, sliding contacts or rolling contacts.

In ER 26 59 789 B1 ist ein Steuerschalter beschrieben, wel­ cher einen Grundkörper, ein dünnwandiges zylindrisches Rohr, welches mit einem ersten Ende am Grundkörper gelagert ist, und ein am zweiten Ende des Rohrs angeordnetes Bedienelement aufweist. In der Nähe des ersten Endes des Rohrs sind minde­ stens zwei Längenmeßelemente zur Erfassung von radialen Aus­ lenkungen des Rohres angeordnete wobei die radialen Auslen­ kungen des Rohres durch am Bedienelement angreifende Kräfte hervorgerufen werden. Ferner ist das Bedienelement mit einem Druckknopf ausgestattet, durch welchen ein im Innern des Roh­ res angeordnetes Stellelement parallel zur Achse des Rohres verschiebbar ist.In ER 26 59 789 B1 a control switch is described, wel cher a basic body, a thin-walled cylindrical tube, which is mounted on the base body with a first end, and an operating element arranged at the second end of the tube having. Near the first end of the pipe are min at least two length measuring elements for the detection of radial out Steering of the tube arranged, the radial deflections kung of the tube by forces acting on the control element are caused. Furthermore, the control element with a Push button equipped, through which one inside the raw res arranged actuator parallel to the axis of the tube is movable.

Aus DE 296 09 458 U1 ist ein analoges Stellelement bekannt, welches eine in einem Gehäuse gehalterte Handhabe aufweist. Ein Teil der als Hebel aufgehängten Handhabe ist ständig praktisch weglos wirkend über einen Kraft-Sensor gegen das Gehäuse abgestützt. Dabei liefert der Sensor ein Ausgangs­ signal, dessen Größe von einer Druckkraft abhängt, die quer zur Handhabe auf diese einwirkt.An analog control element is known from DE 296 09 458 U1, which has a handle held in a housing. Part of the handle suspended as a lever is permanent practically pathless against a force sensor Supported housing. The sensor provides an output signal, the size of which depends on a compressive force that transversely to act on this.

In DE 195 25 138 A1 ist ein elektrisches Bauteil für ein Kraftfahrzeug beschrieben, welches am Lenkrad angeordnet ist. Das Bauteil weist einen Sensor zur Erfassung einer wenigstens zwei Zustände besitzenden Schaltfunktion und zur Erzeugung von Schaltsignalen entsprechend dem Zustand der Schaltfunkti­ on auf. Ein Bedienelement ist am Sensor bewegbar gelagert, wobei zwischen dem Bedienelement und dem Sensor zur Änderung des Zustandes der Schaltfunktion eine Wirkverbindung besteht. Ferner ist am Lenkrad ein Aktor angeordnet, welcher entspre­ chend speziellen Steuersignalen auf das Lenkrad einwirkt. Die Steuersignale werden einer Signalverarbeitungseinheit des Ak­ tors zugeführt, welche mit einer Schnittstelle in Verbindung steht. Durch die Schnittstelle wird der Austausch der Steuer­ signale sowie weiterer von der Signalverarbeitungseinheit er­ zeugter Signale ermöglicht.DE 195 25 138 A1 describes an electrical component for a Motor vehicle described, which is arranged on the steering wheel. The component has a sensor for detecting at least one two-state switching function and for generation of switching signals according to the state of the switching function on on. A control element is movably mounted on the sensor, being between the control element and the sensor for change there is an active connection of the state of the switching function. Furthermore, an actuator is arranged on the steering wheel, which corresponds special control signals acts on the steering wheel. The Control signals are a signal processing unit of the Ak tors fed, which in connection with an interface stands. Through the interface, the exchange of tax signals and others from the signal processing unit generated signals.

Der Erfindung liegt das Ziel zugrunde, eine kontaktlose Betä­ tigungsvorrichtung zu schaffen, welche insbesondere eine Er­ höhung der Zuverlässigkeit und der Verschleißfestigkeit einer solchen Vorrichtung gewährleistet. The invention is based, a contactless Betä the goal To create device, which in particular an Er increase the reliability and wear resistance of a guaranteed such device.  

Erfindungsgemäß wird dieses Ziel durch eine Betätigungsvor­ richtung, insbesondere für Lenkstockhebel in Kraftfahrzeugen, zur Realisierung von Schaltfunktionen erreicht mit
According to the invention this goal is achieved by an actuating device, in particular for steering column levers in motor vehicles, for realizing switching functions

  • - einem Hebel, dessen erstes Ende in einer Bohrung angeordnet und an einem Lagerpunkt in einem Endbereich der Bohrung ge­ lagert ist,- A lever, the first end of which is arranged in a bore and ge at a bearing point in an end region of the bore is stored
  • - einem im Endbereich der Bohrung zwischen dem ersten Ende des Hebels und einem durch das Ende der Bohrung gebildeten Anschlag befestigten kombinierten Zug- und Drucksensor zur Erfassung am zweiten Ende des Hebels angreifender Axial­ kräfte,- one in the end region of the bore between the first end of the lever and one formed by the end of the bore Combined tension and pressure sensor attached to the stop Detection of axial attack at the second end of the lever powers,
  • - einem in einem Abstand vom Lagerpunkt innerhalb der Bohrung angeordneten Nocken, welcher ein Zwischenstück des Hebels bildet,- one at a distance from the bearing point within the hole arranged cam, which is an intermediate piece of the lever educates
  • - mehreren, den Nocken ringförmig umgebenden Drucksensoren zur Erfassung radial am zweiten Ende des Hebels angreifen­ der Kräfte und- Several pressure sensors surrounding the cam in a ring Grip radially at the second end of the lever to catch of forces and
  • - einer mit den Sensoren gekoppelten Auswerteeinheit zur Um­ setzung von Schaltanweisungen in Abhängigkeit der Sensor­ meßwerte.- An evaluation unit coupled to the sensors for Um setting of switching instructions depending on the sensor measurements.

Die Drucksensoren sind vorteilhafterweise durch Piezoelemente oder Dehnungsstreifen realisiert, welche sich durch Kosten­ günstigkeit und zuverlässige Funktion auszeichnen. Die Bewe­ gung des Betätigungshebels ist nicht mehr zwingend notwendig, zumal die Rastfunktion für den Hebel durch eine elektronische Logik innerhalb der Auswerteeinheit realisiert ist. Wird bei einem Betätigungshebel eine bestimmte Kraftschwelle in einer bestimmten Richtung überschritten, wird beispielsweise eine zugehörige Schaltfunktion gesetzt, während die entsprechende Schaltfunktion durch Überschreitung eines Kraftschwellwertes in entgegengesetzter Richtung zurückgesetzt werden kann. In einer vorteilhaften Ausgestaltung weist die Auswerteeinheit eine mit einem Winkelsensor gekoppelte Rückstelleinheit auf. In Kraftfahrzeugen kann ein solcher Winkelsensor beispiels­ weise beim Zurückdrehen des Lenkrades die Blinklichter wieder ausschalten.The pressure sensors are advantageously made of piezo elements or stretch marks, which are reflected in costs distinguish favorability and reliable function. The Bewe actuation lever is no longer absolutely necessary, especially since the locking function for the lever by an electronic Logic is implemented within the evaluation unit. Is at an operating lever a certain force threshold in one certain direction is exceeded, for example associated switching function set while the corresponding Switching function by exceeding a force threshold can be reset in the opposite direction. In The evaluation unit has an advantageous embodiment a reset unit coupled with an angle sensor. Such an angle sensor can be used in motor vehicles, for example  show the turn signals again when turning the steering wheel back turn off.

Falls aus ergonomischen Gründen bestimmte Kraft-Weg-Verläufe erwünscht sind, kann in einer vorteilhaften Ausgestaltung ein entsprechendes federndes Zwischenglied dafür vorgesehen sein. Dies bietet darüber hinaus den Vorteil, daß die Betätigungs­ kräfte an den Sensoren eindeutig definiert sind.If certain force-displacement curves for ergonomic reasons are desired, can be in an advantageous embodiment corresponding resilient intermediate member may be provided for this. This also has the advantage that the actuation forces on the sensors are clearly defined.

Zur Auswertung der durch die Sensoren gelieferten Meßwerte bestehen mehrere alternative Möglichkeiten. Beispielsweise kann durch mehrmaliges Drücken des Hebels in einer bestimmten Richtung ein Schaltwert einer dieser Richtung zugeordneten Schalteinheit mittels eines Impulszählers der Auswerteeinheit schrittweise erhöht werden. Durch mehrmaliges Drücken in ent­ gegengesetzter Richtung wird dieser Schaltwert entsprechend erniedrigt. Alternativ ist das Abfragen einer Krafteinwir­ kungsdauer in einer bestimmten Richtung möglich, wodurch ein Schaltwert einer dieser Richtung zugeordneten Schalteinheit mittels eines Zeitgliedes der Auswerteeinheit erhöht wird. Entsprechend einer Krafteinwirkungsdauer in entgegengesetzter Richtung wird dieser Schaltwert erniedrigt. Ferner ist es möglich, einen Schaltwert einer Schalteinheit entsprechend einer Betätigungskraft in einer dieser Schalteinheit zugeord­ neten Richtung zu erhöhen, während der Schaltwert entspre­ chend einer Betätigungskraft in entgegengesetzter Richtung erniedrigt wird. Mit der zuletzt genannten analogen Auswer­ tung der Betätigungskraft ergeben sich neue Auswertungsmög­ lichkeiten. Außer dem Ein- und Ausschalten bzw. der Ein- und Ausschaltdauer kann jetzt auch die Betätigungskraft als Steuerungsparameter genutzt werden. Je höher beispielsweise die Betätigungskraft ist, desto höher wird ein zugeordneter Schaltwert gesetzt.To evaluate the measured values supplied by the sensors there are several alternative options. For example can be done by pressing the lever several times in a given Direction a switching value of one assigned to this direction Switching unit by means of a pulse counter of the evaluation unit be gradually increased. By pressing in ent several times in the opposite direction, this switching value becomes corresponding degraded. Alternatively, a force can be queried duration in a certain direction, which means a Switching value of a switching unit assigned to this direction is increased by means of a timing element of the evaluation unit. Corresponding to a force duration in the opposite This switching value is reduced in the direction. Furthermore, it is possible, a switching value corresponding to a switching unit assigned an actuating force in one of these switching units neten direction increase while the switching value corresponds chend an actuating force in the opposite direction is lowered. With the last-mentioned analogue extractor the operating force, new evaluation possibilities arise options. Except for switching on and off or switching on and off Switch-off duration can now also be the actuating force Control parameters are used. The higher, for example the actuating force is, the higher an assigned one Switching value set.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher er­ läutert. Es zeigt The invention is based on the drawing he he purifies. It shows  

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Betätigungsvorrichtung, Fig. 1 shows an actuator according to the invention,

Fig. 2 eine vorteilhafte Anordnung von Drucksensoren zur Er­ fassung radialer, an einem Hebel gemäß Fig. 1 angreifender Kräfte und Fig. 2 shows an advantageous arrangement of pressure sensors for capturing radial forces acting on a lever according to FIG. 1 and

Fig. 3 eine Betätigungsvorrichtung gemäß Fig. 1 mit federn­ dem Zwischenglied. Fig. 3 shows an actuator according to FIG. 1 with springs the intermediate member.

In Fig. 1 ist ein prinzipieller Aufbau einer erfindungsgemä­ ßen Betätigungsvorrichtung dargestellt. Ein langgestreckter Betätigungshebel 1 ist mit einem ersten Ende 2 in einer Boh­ rung 5 angeordnet und dort an einem Lagerpunkt 7 in einem Endbereich der Bohrung 5 gelagert. Diese Art der Lagerung verhindert im wesentlichen eine radiale Beweglichkeit des Be­ tätigungshebels 1, wodurch lediglich eine geringe Beweglich­ keit des Hebels 1 in axialer Richtung möglich ist. In einem Endbereich der Bohrung 5 ist zwischen dem ersten Ende 2 des Hebels und einem durch das Ende der Bohrung 5 gebildeten An­ schlag 6 ein kombinierter Zug- und Drucksensor B zur Erfas­ sung von am zweiten Ende 3 des Hebels angreifenden Axialkräf­ ten F1 angeordnet. In einem Abstand DN bildet ein Nocken 4 ein Zwischenstück des Hebels. Dieser Nocken 4 ist von insge­ samt vier Drucksensoren 9, 10, 11 und 12 umgeben.In Fig. 1, a basic structure of an inventive SEN actuator is shown. An elongated operating lever 1 is provided with a first end 2 in a Boh arranged tion 5 and stored there on a storage point 7 in an end portion of the bore. 5 This type of storage essentially prevents radial mobility of the actuating lever 1 , whereby only a small mobility of the lever 1 in the axial direction is possible. In an end region of the bore 5 between the first end 2 of the lever and a stop 6 formed by the end of the bore 5 , a combined tension and pressure sensor B for detecting the attack on the second end 3 of the lever Axialkräf th F1 is arranged. At a distance D N , a cam 4 forms an intermediate piece of the lever. This cam 4 is surrounded by a total of four pressure sensors 9 , 10 , 11 and 12 .

Anhand von Fig. 2 ist zu entnehmen, daß die vier Drucksenso­ ren 9 bis 12 um jeweils 90° versetzt um den Nocken 4 angeord­ net sind. Hierdurch ist es möglich, am zweiten Ende 3 des He­ bels 1 angreifende Kräfte F2, F3, F4 und F5 in radialer Wir­ kungsrichtung durch jeweils einen der Sensoren 9 bis 12 zu erfassen. Durch jeweils einen der Sensoren 9 bis 12 können somit unterschiedliche Schaltungsfunktionen gesteuert werden.Referring to Fig. 2 reveals that the four Drucksenso ren 9 angeord net to 12 displaced by 90 ° around the cam 4. This makes it possible to detect at the second end 3 of the lever 1 attacking forces F2, F3, F4 and F5 in the radial direction of action by one of the sensors 9 to 12 . Different circuit functions can thus be controlled by one of the sensors 9 to 12 in each case.

Fig. 3 zeigt eine Betätigungsvorrichtung mit federnden Zwi­ schengliedern 13. Durch ein Zwischenglied 13a, welches in ei­ nem mittleren Bereich des Hebels 1 angeordnet ist, kann ein definierter Kraft-Weg-Verlauf eingestellt werden, wodurch die Stellkräfte am Sensor B eindeutig definiert sind. Dies bietet in ergonomischer Hinsicht Vorteile. In entsprechender Weise sind rings um den Nocken federnde Zwischenglieder 13b und 13c in radialer Richtung zwischen dem Nocken 4 und den Drucksen­ soren 9 und 12 angeordnet und dienen in diesem Zusammenhang für einen definierten Kraft-Weg-Verlauf in den radialen Bewe­ gungsrichtungen des Betätigungshebels 1. Fig. 3 shows an actuator with resilient inter mediate 13th A defined force-displacement curve can be set by an intermediate member 13 a, which is arranged in a central region of the lever 1 , as a result of which the actuating forces on the sensor B are clearly defined. This offers advantages in ergonomic terms. Correspondingly, resilient intermediate members 13 b and 13 c are arranged in the radial direction between the cams 4 and the pressure sensors 9 and 12 and serve in this connection for a defined force-displacement curve in the radial movement directions of the actuating lever 1st

Claims (8)

1. Betätigungsvorrichtung, insbesondere für Lenkstockhebel in Kraftfahrzeugen, zur Realisierung von Schaltfunktionen mit
  • - einem Hebel (1), dessen erstes Ende (2) in einer Bohrung (5) angeordnet und an einem Lagerpunkt (7) in einem Endbe­ reich der Bohrung (5) gelagert ist,
  • - einem im Endbereich der Bohrung (5) zwischen dem ersten En­ de (2) des Hebels (1) und einem durch das Ende der Bohrung (5) gebildeten Anschlag (6) befestigten kombinierten Zug- und Drucksensor (8) zur Erfassung am zweiten Ende (3) des Hebels (1) angreifender Axialkräfte (F1),
  • - einem in einem Abstand (DN) vom Lagerpunkt (7) innerhalb der Bohrung (5) angeordneten Nocken (4), welcher ein Zwischen­ stück des Hebels (1) bildet,
  • - mehreren, den Nocken (4) ringförmig umgebenden Drucksenso­ ren (9, 10, 11, 12) zur Erfassung radial am zweiten Ende (3) des Hebels (1) angreifender Kräfte (F2, F3, F4, F5) und
  • - einer mit den Sensoren (9, 10, 11, 12) gekoppelten Auswer­ teeinheit zur Umsetzung von Schaltanweisungen in Abhängig­ keit der Sensormeßwerte.
1. Actuating device, in particular for steering column levers in motor vehicles, for implementing switching functions with
  • - A lever ( 1 ), the first end ( 2 ) of which is arranged in a bore ( 5 ) and is mounted on a bearing point ( 7 ) in an end region of the bore ( 5 ),
  • - One in the end region of the bore ( 5 ) between the first end ( 2 ) of the lever ( 1 ) and a stop ( 6 ) formed by the end of the bore ( 5 ) attached combined tension and pressure sensor ( 8 ) for detection on the second End ( 3 ) of the lever ( 1 ) acting axial forces (F1),
  • - A at a distance (D N ) from the bearing point ( 7 ) within the bore ( 5 ) arranged cam ( 4 ), which forms an intermediate piece of the lever ( 1 ),
  • - Several, the cam ( 4 ) annularly surrounding Drucksenso ren ( 9 , 10 , 11 , 12 ) for detecting radially at the second end ( 3 ) of the lever ( 1 ) acting forces (F2, F3, F4, F5) and
  • - One with the sensors ( 9 , 10 , 11 , 12 ) coupled evaluation unit for implementing switching instructions depending on the speed of the sensor measurements.
2. Betätigungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hebel (1) in axialer und/oder radialer Richtung federnde Zwi­ schenglieder (13a; 13b, 13c) aufweist.2. Actuator according to claim 1, characterized in that the lever ( 1 ) in the axial and / or radial direction resilient intermediate links ( 13 a; 13 b, 13 c). 3. Betätigungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Druck­ sensoren (9, 10, 11, 12) durch Piezo-Elemente oder Dehnungs­ streifen realisiert sind.3. Actuating device according to claim 1 or 2, characterized in that the pressure sensors ( 9 , 10 , 11 , 12 ) are realized by piezo elements or expansion strips. 4. Betätigungsvorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswer­ teeinheit eine mit einem Winkelsensor gekoppelte Rückstell­ einheit aufweist. 4. Actuating device according to claim 1 to 3, characterized in that the Auswer unit a reset coupled with an angle sensor unit.   5. Betätigungsvorrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß an den Nocken (4) insgesamt vier um jeweils 90° versetzte Drucksensoren (9, 10, 11, 12) angeordnet sind.5. Actuator according to claim 1 to 4, characterized in that a total of four by 90 ° offset pressure sensors ( 9 , 10 , 11 , 12 ) are arranged on the cams ( 4 ). 6. Verfahren zur Anwendung einer Betätigungsvorrichtung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß durch mehr­ maliges Drücken des Hebels (1) in einer ersten Richtung ein Schaltwert einer dieser Richtung zugeordnete Schalteinheit mittels eines Impulszählers der Auswerteeinheit stufenweise erhöht wird, während der Schaltwert durch mehrmaliges Drücken in entgegengesetzter zweiter Richtung entsprechend erniedrigt wird.6. A method for using an actuating device according to claim 1 to 5, characterized in that by repeatedly pressing the lever ( 1 ) in a first direction, a switching value of a switching unit assigned to this direction is gradually increased by means of a pulse counter of the evaluation unit, while the switching value by repeated pressing in the opposite second direction is reduced accordingly. 7. Verfahren zur Anwendung einer Betätigungsvorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß durch Ab­ fragen einer Krafteinwirkungsdauer in einer ersten Richtung ein Schaltwert einer dieser Richtung zugeordneten Schaltein­ heit mittels eines Zeitgliedes der Auswerteeinheit erhöht wird, während der Schaltwert entsprechend einer Krafteinwir­ kungsdauer in entgegengesetzter zweiter Richtung erniedrigt wird.7. Method of using an actuator according to Claims 1 to 3, characterized in that by Ab ask a duration of force in a first direction a switching value of a switch assigned to this direction unit increased by means of a timer of the evaluation unit while the switching value corresponds to a force duration decreased in the opposite second direction becomes. 8. Verfahren zur Anwendung einer Betätigungsvorrichtung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß entspre­ chend einer Betätigungskraft in einer ersten Richtung ein Schaltwert einer dieser Richtung zugeordneten Schalteinheit erhöht wird, während der Schaltwert entsprechend einer Betä­ tigungskraft in entgegengesetzter zweiter Richtung erniedrigt wird.8. A method of using an actuator Claims 1 to 5, characterized in that correspond an actuating force in a first direction Switching value of a switching unit assigned to this direction is increased while the switching value corresponds to a bet lowering power in the opposite second direction becomes.
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