WO2003022657A2 - Kraftfahrzeuglenksäuleneinheit mit verstellbarer lenksäule - Google Patents

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WO2003022657A2
WO2003022657A2 PCT/DE2002/003366 DE0203366W WO03022657A2 WO 2003022657 A2 WO2003022657 A2 WO 2003022657A2 DE 0203366 W DE0203366 W DE 0203366W WO 03022657 A2 WO03022657 A2 WO 03022657A2
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WO
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steering column
motor vehicle
unit
control unit
electronic control
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WO2003022657A3 (de
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Burkhard Schäfer
Kai-Uwe Grams
Herniu Michalski
Günther HORSAK
Lutz MÜLLER
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Nacam Deutschland Gmbh
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D1/00—Steering controls, i.e. means for initiating a change of direction of the vehicle
    • B62D1/02—Steering controls, i.e. means for initiating a change of direction of the vehicle vehicle-mounted
    • B62D1/16—Steering columns
    • B62D1/18—Steering columns yieldable or adjustable, e.g. tiltable
    • B62D1/181—Steering columns yieldable or adjustable, e.g. tiltable with power actuated adjustment, e.g. with position memory

Definitions

  • the invention relates to a motor vehicle steering column unit with a steering column that can be adjusted electromechanically in the longitudinal direction and / or with respect to its inclination.
  • motor vehicles today generally have a wide range of options for adapting parts of the interior as well as operating and safety elements to the different physiognomy of their drivers.
  • many of the aforementioned components are supplied to the vehicle manufacturers as complete assemblies, with suppliers who supply different vehicle manufacturers striving for economic reasons to design the assemblies in such a way that they can be easily and flexibly adapted to use in different vehicle types.
  • the steering column of a motor vehicle adjustable.
  • the position of the steering column can be changed according to the wishes of the driver by a longitudinal displacement and or a change in its inclination.
  • the steering column is adjusted electromechanically using one or more drives.
  • An example of a steering column unit designed in this way is described by DE 196 41 152 AI.
  • the steering column is adjusted as with other solutions known, by means of a Nerstellspindel actuated by a drive and one or two spindle nuts running on the spindle and movably mounted in the axial direction of the spindle.
  • the use of electromechanical switching mechanisms means that the same spindle is used both for the longitudinal displacement of the steering column and for changing its angle of inclination.
  • this only requires one drive.
  • This drive is controlled by a computing unit to be connected to the steering column unit when it is installed in a motor vehicle, as a rule by a central computer of the vehicle in question. But this is precisely where a certain disadvantage of this concept can be seen. From a production-organizational point of view, it is to be regarded as disadvantageous with regard to the supplier-vehicle manufacturer relationship that the connection of the steering column unit to a computing unit of the motor vehicle, which is necessary to enable the adjustability, does not provide a clear system delimitation.
  • the possibilities of the functions that can be implemented on the steering column are predetermined by the functionality and the storage capacity of the vehicle electronics, which are external in relation to the steering column unit, or in some cases also limited thereby.
  • the object of the invention is to provide a motor vehicle steering column unit which can be easily adapted to different types of vehicles and with regard to them
  • Functionality can be variably configured already in the manufacturing process and in which there is a clear system delimitation from other components of the motor vehicle.
  • the motor vehicle steering column unit the steering column of which is electromechanically adjustable in a manner known per se in the longitudinal direction and / or with regard to its angle of inclination, comprises, in addition to the mechanical elements and necessary for actuating the steering and for electrically changing the position of the steering column Actuators at least one drive, an electronic control unit for generating control signals for the drive or drives and electrical actuators and connections for connecting the unit to the vehicle electrical system.
  • the mechanical elements are levers, bearings and the like, and preferably one or more adjusting spindles, on which, when they rotate, spindle nuts mounted so as to be axially displaceable and move the steering column directly or indirectly via other elements connected to them by their movement on the spindle ,
  • the spindles are each set in rotation by the drive via coupling elements or a gear.
  • the control unit required to control the drive (s) and any electrical actuators that may still be present is directly integrated into the steering column unit, so that it is basically a self-contained structural unit, that is to say, all of them for fulfillment component containing their function is executed.
  • the respective position of the steering column is determined by the electronic control unit when it is being used in the course of its adjustment according to one embodiment of the invention by evaluating the relative movement related to a basic position of the steering column.
  • the control unit generates signals corresponding to the movement of the steering column (preferably increment formation in memory cells of the unit), the movement of the steering column being detected by means of suitable sensors.
  • limit switches are arranged on its mechanical components in this embodiment and connected to the electronic control unit. Starting from the basic position - steering column at the rear, i.e. retracted from the passenger compartment and upwards - takes place in the control unit's memory cells an increment is preferably formed with every or every second revolution of the drive by means of which the steering column is moved in one or the other direction.
  • Another way of determining the position is to determine the respective absolute position of the steering column. This is done by evaluating the signals provided for this purpose in a further embodiment of the invention, preferably potentiometers.
  • the absolute determination of the position is independent of the tolerances of mechanical parts compared to the relative determination. With this type of training, constant readjustment can therefore be dispensed with.
  • the adjustment field of the steering column must be limited, in particular also to protect the drive or drives used for adjustment.
  • This is preferably done by means of so-called software end stops, that is, by means of and stored in the control through these parameters evaluated in a corresponding manner during the adjustment process.
  • the software endstops are variably programmable, either by the manufacturer in the manufacturing process or by the vehicle manufacturer when installing the steering column unit in a motor vehicle, the programming of the adjustment field, of course, being possible only within fixed absolute limits.
  • the steering column unit according to the invention can be designed as an autonomously operating unit or as a unit to be integrated into the on-board electronics.
  • the steering column unit as already mentioned above, only has connections for a control element in addition to connections for the voltage supply. By integrating them into the on-board electronics and exchanging them with other vehicle components, however, the functionality of the assembly can be significantly increased.
  • An advantageous embodiment of the steering column unit according to the invention therefore also has connections or an interface for connection to the data bus of a motor vehicle.
  • the steering column unit preferably has an interface to the CAN bus (Controller Area Network).
  • the electronic control of the structural unit also has a diagnostic function.
  • an error code is stored internally in the control unit's memory and, if necessary, the adjustment of the steering column is blocked.
  • an error message can also be generated for better control by the driver and transmitted to a display in the motor vehicle via the data bus.
  • Steering column unit has a Key-IN / Key-OUT function.
  • the moves Steering column initiated by control signals from the electronic control, when the ignition key is inserted (or the ignition is activated using a keycard or the like) in a predetermined position, for example stored in a memory of the control, for driving operation, while it is removed from the ignition key (or deactivation of the Ignition or switching off the engine) is moved to a position that makes it easier for the driver to get in and out.
  • the information about whether the ignition key is inserted or removed is received by the controller via the data bus of the motor vehicle, preferably in the form of a corresponding CAN signal.
  • a plurality of fixed positions for the steering column can be stored in the memory of the electronic control, the steering column making these positions based on a corresponding activation of its electromechanical components by the control unit, initiated by communication with other vehicle assemblies or actuation of operating elements on the part of the vehicle user.
  • the steering column position stored in the memory of the control unit can be taken in a manner corresponding to the automatic adjustment and a memory function of the vehicle seat provided in this context.
  • the steering column unit can have separate drives for the longitudinal adjustment and the inclination adjustment. For cost reasons and with a view to saving weight, however, a form of training with only one drive is preferred.
  • the driving force of this drive is caused to be transmitted by control signals from the electronic control integrated into the structural unit by means of electrical actuators, preferably electromagnets, to corresponding mechanical elements for adjusting the steering column either in the longitudinal direction and / or with regard to their inclination.
  • the motor vehicle steering column unit according to the invention allows a high degree of flexibility with regard to its adaptation to motor vehicle types and / or customer requirements, that is to say the requirements of the vehicle manufacturer using the unit.
  • By building as practically independent fully functional unit it can also be used in motor vehicles that are not prepared for the installation of electromechanically adjustable steering columns of conventional design, for example with regard to the required output stages for controlling the drive or drives.
  • Figure 1 A possible form of training the motor vehicle steering column unit according to the invention
  • Figure 2 A possible block diagram for the electronic control unit and its external circuitry
  • Figure 3 A possible control scheme for adjusting the steering unit
  • Figure 4 A reduction of the state joystick operation according to Figure 2, also in automatic representation
  • Figure 5 A reduction of the state memory position according to Figure 2 in
  • the steering column unit essentially comprises the steering column 1, the drive 2 for rotating the adjusting spindle 3, the spindle nuts 4, 5 running on the adjusting spindle 3, the pivot lever 6 converting the movement of the spindle nut 5 into an up and down or pivoting movement of the steering column ,
  • the actuators or electromagnets 7, 8 and the electronic control unit 9, which, as can be seen, is an integral part of the structural unit.
  • the electronic control unit 9 controls the drive 2 and the actuators 7, 8 when an operating element 11 arranged in the vehicle - shown in FIG. 2 - is actuated.
  • Control unit 9 arranged (shown in FIG. 2) connections 14, 15, 17 can be connected to the on-board voltage network, an operating element 11 and possibly to the vehicle bus, wherein the operating element 11 can also be arranged directly on a panel of the structural unit, not shown here.
  • Control element 11 or the adjustment signals of other vehicle units by the electronic control unit 9 integrated in the steering column unit into control signals for the drive 2 and the actuators 7, 8.
  • FIG. 2 shows a possible basic circuit diagram of an electronic control unit 9 to be integrated into the CAN bus of a motor vehicle with associated external circuitry for an embodiment of the invention with relative determination of the position of the steering column 1.
  • the control circuit drives the drive 2 that is used to actuate the adjusting spindle 3.
  • a Hall sensor 18 is used to detect a movement of the steering column
  • Position determination scanned an incremental encoder wheel on the motor shaft of the drive 2.
  • the basic position of the steering column 1, which serves as a reference point for determining the position, is determined by the buttons 12, 13 (limit switch 1, limit switch 2).
  • the steering column 1 is adjusted via control elements 11 connected to the electronic control unit 9 (rocker switch or the like - in the figure with Called joystick).
  • contacts (connections) 15 are provided for connection to the CAN data bus.
  • the data exchange with the CAN bus takes place via the so-called CAN transceiver 16.
  • FIGS. 3 to 5 Control sequences for realizing different functions of the structural unit are shown in an automatic representation by FIGS. 3 to 5.
  • Figure 3 relates to the basic control scheme with exemplary functions. Embedded in a background program, which provides functions of diagnosis and protection of the drive (s) and is permanently active in the background, the main program runs when the ignition is switched on.
  • the various functions are shown in the representation as a hierarchical state graph. Below level 1, the overall control, the functions initialization, joystick operation, memory position, exit position and software power down are implemented in level 2. The two functions joystick operation and memory position will be discussed in more detail below in connection with the explanation of FIGS. 4 and 5.
  • the control unit 9 When the control element 11 provided for adjusting the steering column 1 is actuated, the control unit 9 first determines whether an adjustment in the longitudinal direction and / or with respect to the inclination is to take place. Correspondingly, in the case of a longitudinal adjustment in the branch “x-path selected” or in the case of an adjustment of the inclination in the branch “y-path selected”. Then the calculation of the
  • Direction of movement DR (direction of rotation for drive 2).
  • the magnet 7 or 8 provided for converting the driving force for the desired adjustment (adjustment in the longitudinal direction or with respect to the inclination) is then actuated.
  • the other electrical actuator (electromagnet) 8 mag y is accordingly set to zero.
  • FIG. 5 shows the taking of a position of the steering column 1 (memory position) stored in the control unit 9 or specified by other vehicle groups (for example driver's seat) in a form comparable to that in FIG.
  • the control unit 9 first determines whether moving the steering column 1 into the predetermined position requires its movement in the longitudinal direction and / or in relation to its inclination.
  • the electromagnets 7, 8 and then the drive 2 are then actuated in a corresponding manner.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kraftfahrzeuglenksäuleneinheit mit einer in der Längsrichtung und/oder hinsichtlich ihrer Neigung elektromechanisch verstellbaren Lenksäule. Ihr liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemässe Einheit zu schaffen, welche einfach an unterschiedliche Fahrzeugtypen anpassbar sowie hinsichtlich ihrer Funktionalität bereits im Fertigungsprozess variabel konfigurierbar ist und bei welcher eine klare Systemabgrenzung gegenüber anderen Baueinheiten des Kraftfahrzeugs gegeben ist. Zur Lösung der Aufgabe umfasst die erfindungsgemässe Kraftfahrzeuglenksäuleneinheit neben den zur Betätigung der Lenkung sowie zur elektrisch veranlassten Positionsänderung der Lenksäule erforderlichen mechanischen Elementen und Stellgliedern mindestens einen Antrieb, eine elektronische Steuereinheit zur Generierung von Steuersignalen für den oder die Antriebe und elektrische Stellglieder sowie Anschlüsse zur Verbindung der Einheit mit dem Bordnetz.

Description

Kraftfahrzeuglenksauleneinheit mit verstellbarer Lenksäule
Beschreibung:
Die Erfindung betrifft eine Kraftfahrzeuglenksauleneinheit mit einer in der Längsrichtung und/oder hinsichtlich ihrer Neigung elektromechanisch verstellbaren Lenksäule.
Zur Erhöhung der Sicherheit und des Komforts verfugen Kraftfahrzeuge heute in der Regel über vielfältige Möglichkeiten Teile der Inneneinrichtung sowie Bedien- und Sicherheitselemente an die unterschiedliche Physiognomie ihrer Fahrer anzupassen. Zudem werden viele der vorgenannten Komponenten von Zulieferunternehmen als komplette Baugruppen an die Fahrzeughersteller geliefert, wobei Zulieferer, die unterschiedliche Fahrzeughersteller beliefern, aus ökonomischen Gründen bestrebt sind, die Baugruppen so zu gestalten, dass sie einfach und flexibel an den Einsatz in unterschiedlichen Fahrzeugtypen anpassbar sind.
Bereits seit längerem ist es auch bekannt, die Lenksäule eines Kraftfahrzeugs verstellbar zu gestallten. Durch eine Längsverschiebung und oder eine Änderung ihrer Neigung lässt sich dabei die Lage der Lenksäule entsprechend den Wünschen des Fahrers verändern. Bei teureren Automobilen bzw. moderneren Fahrzeugkonzepten erfolgt die Verstellung der Lenksäule elektromechanisch mittels eines oder mehrerer Antriebe. Ein Beispiel für eine in dieser Weise ausgebildete Lenksäuleneinheit wird durch die DE 196 41 152 AI beschrieben. Die Verstellung der Lenksäule erfolgt, wie auch von anderen Lösungen her bekannt, mittels einer von einem Antrieb betätigten Nerstellspindel und einer bzw. zwei auf der Spindel laufenden sowie in der Axialrichtung der Spindel beweglich gelagerten Spindelmuttern. Bei der dargestellten Lösung wird durch den Einsatz elektromechanischer Umschaltmechanismen erreicht, das die gleiche Spindel sowohl für die Längsverschiebung der Lenksäule als auch zur Veränderung ihres Neigungswinkels benutzt wird. Hierdurch bedarf es, abweichend von anderen Lösungen, nur eines Antriebs. Die Steuerung dieses Antriebs erfolgt durch eine beim Einbau der Lenksäuleneinheit in ein Kraftfahrzeug mit dieser zu verbindende Recheneinheit, in der Regel durch einen Zentralrechner des betreffenden Fahrzeugs. Aber gerade hierin ist ein gewisser Nachteil dieses Konzepts zu erblicken. So ist es aus fertigungsorganisatorischer Sicht im Hinblick auf die Zulieferer- Fahrzeughersteller-Beziehung als nachteilig anzusehen, dass durch die zur Ermöglichung der Verstellbarkeit erforderliche Verbindung der Lenksäuleneinheit mit einer Recheneinheit des Kraftfahrzeugs keine klare Systemabgrenzung gegeben ist. Eine solche Systemabgrenzung ist aber insbesondere aus Gewährleistungsgründen wünschenswert. Zudem werden die Möglichkeiten der an der Lenksäule realisierbaren Funktionen durch die Funktionalität und die Speicherkapazität der im Verhältnis zur Lenksäuleneinheit externen Fahrzeugelektronik vorgegeben bzw. gegebenenfalls dadurch auch teilweise beschränkt.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Kraftfahrzeuglenksauleneinheit zu schaffen, welche einfach an unterschiedliche Fahrzeugtypen anpassbar sowie hinsichtlich ihrer
Funktionalität bereits im Fertigungsprozess variabel konfigurierbar ist und bei welcher eine klare Systemabgrenzung gegenüber anderen Baueinheiten des Kraftfahrzeugs gegeben ist.
Die Aufgabe wird durch eine Kraftfahrzeuglenksauleneinheit mit den Merkmalen des Hauptanspruchs gelöst. Vorteilhafte Aus- bzw. Weiterbildungen sind durch die Unteransprüche gegeben.
Die Kraftfahrzeuglenksauleneinheit, deren Lenksäule in an sich bekannter Weise in der Längsrichtung und/oder hinsichtlich ihres Neigungswinkels elektromechanisch verstellbar ist, umfasst neben den zur Betätigung der Lenkung sowie zur elektrisch veranlassten Positionsänderung der Lenksäule erforderlichen mechanischen Elementen und Stellgliedern mindestens einen Antrieb, eine elektronische Steuereinheit zur Generierung von Steuersignalen für den oder die Antriebe und elektrische Stellglieder sowie Anschlüsse zur Verbindung der Einheit mit dem Bordnetz. Bei den mechanischen Elementen handelt es sich um Hebel, Lager und dergleichen sowie vorzugsweise um eine oder mehrere Verstellspindeln, auf denen bei ihrer Drehung axial verschieblich gelagerte Spindelmuttern laufen und durch ihre Bewegung auf der Spindel den Lenkstock unmittelbar oder mittelbar über andere mit ihnen verbundene Elemente bewegen. Die Spindeln werden jeweils durch den Antrieb über Koppelelemente bzw. ein Getriebe in eine Drehbewegung versetzt. In erfindungswesentlicher Weise ist, abweichend vom Stand der Technik, die zur Ansteuerung des oder der Antriebe sowie gegebenenfalls weiterhin vorhandener elektrischer Stellglieder erforderliche Steuereinheit unmittelbar in die Lenksäuleneinheit integriert, so dass diese im Grunde als eine in sich geschlossene Baueinheit, also als eine alle zur Erfüllung ihrer Funktion erforderlichen Komponenten enthaltende Baueinheit ausgeführt ist. Neben den sich ergebenden technischen Vorteilen - vollständige Konfigurierbarkeit bereits beim Hersteller (Zulieferer) sowie Vereinfachung der Montage - wird hierdurch dem Erfordernis einer definierten Systemabgrenzung in besonders günstiger Weise Rechnung getragen. Wie später noch zu erläutern sein wird bedarf es beim Einbau der Lenksäuleneinheit in ein Kfz, je nach Einsatzfall, lediglich noch einer Verbindung mit der Bordspannung.
Die jeweilige Position der Lenksäule wird beim Einsatz im Zuge ihres Versteilens gemäß einer Ausbildungsform der Erfindung von der elektronischen Steuereinheit festgestellt, indem diese die auf eine Grundstellung der Lenksäule bezogene Relativbewegung auswertet. Hierzu erfolgt in der Steuereinheit eine mit der Bewegung der Lenksäule korrespondierende Signalbildung (vorzugsweise Inkrementbildung in Speicherzellen der Einheit), wobei die Bewegung der Lenksäule mittels geeigneter Sensoren erfasst wird. Zur Festlegung der Grundstellung der Lenksäule sind bei dieser Ausbildungsform an deren mechanischen Komponenten Endtaster angeordnet und mit der elektronischen Steuereinheit verbunden. Ausgehend von der Grundstellung - Lenksäule hinten, also aus der Fahrgastzelle zurückgezogen und oben - erfolgt in Speicherzellen der Steuereinheit vorzugsweise bei jeder oder bei jeder zweiten Umdrehung des Antriebs, mittels welchem die Lenksäule in die eine oder die andere Richtung bewegt wird, eine Inkrementbildung.
Da zur Umsetzimg der elektrisch veranlassten Bewegung mechanische Komponenten, wie die Verstellspindel, erforderlich sind, können sich bei langjährigem Betrieb der Baueinheit mechanische Toleranzen einstellen, welche zu Fehlern bei der Inkrementbildung führen können. Hierdurch wird die Lage der Lenksäule bei einem längeren Auflaufen solcher Toleranzen möglicherweise durch die Steuerelektronik nicht mehr exakt bestimmt. Um dies zu vermeiden, ist bei einer vorteilhaften Weiterbildung der mit einer Relativbestimmung der Position der Lenksäule arbeitenden Ausführungsform eine Selbstjustagefunktion vorgesehen. Dabei wird die Lenksäule zyklisch, allerdings vorzugsweise nur bei stillgesetztem Kraftfahrzeugmotor in die Grundstellung bewegt, die Berechnung der Relativposition neu initialisiert und die Lenksäule wieder in ihre zuvor eingenommene Position bewegt. Auf diese Weise können im Hinblick auf die Positionsbestimmung eventuell „verlorengegangene Inkremente" wieder korrigiert werden. Die Bedingungen, nach denen dieser Selbstjustagevorgang ablaufen soll, werden als Firmware in der elektronischen Steuerung hinterlegt, welche gemäß der Erfindung ein integraler Bestandteil der Lenksäuleneinheit ist. Beispielsweise ist es denkbar, eine solche Selbstjustage jeweils nach dem Abziehen des Zündschlüssels durchzuführen.
Eine andere Möglichkeit der Positionsbestimmung besteht in der Bestimmung der jeweiligen Absolutposition der Lenksäule. Dies erfolgt durch die Auswertung der Signale hierfür bei einer weiteren Ausbildungsform der Erfindung vorgesehener Geber, vorzugsweise Potentiometer. Die Absolutbestimmung der Position ist gegenüber der Relativbestimmung unabhängig von Toleranzen mechanischer Teile. Daher kann bei dieser Ausbildungsform eine fortwährende Nachjustage entfallen.
Selbstverständlich muss das Verstellfeld der Lenksäule, insbesondere auch zum Schutz des oder der zur Verstellung dienenden Antriebe begrenzt werden. Dies erfolgt vorzugsweise mittels sogenannter Software-Endstops, also mittels in der Steuerung hinterlegter und durch diese während des Verstellvorgangs in entsprechender Weise ausgewerteter Parameter. Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausbildung sind dabei die Software- Endstops variabel programmierbar, und zwar entweder durch den Hersteller im Fertigungsprozess oder durch den Fahrzeughersteller beim Einbau der Lenksäuleneinheit in ein Kraftfahrzeug, wobei die Programmierung des Verstellfeldes selbstverständlich nur innerhalb feststehender absoluter Grenzen möglich ist.
Die erfindungsgemäße Lenksäuleneinheit kann je nach dem vorgesehenen Einsatzzweck als autark arbeitende Einheit oder als eine in die Bordelektronik einzubindende Einheit ausgebildet werden. Im erstgenannten Fall verfugt die Lenksäuleneinheit, wie bereits oben erwähnt, neben Anschlüssen für ein Bedienelement lediglich über Anschlüsse zur Spannungsversorgung. Durch eine Einbindung in die Bordelektronik und den Austausch mit anderen Fahrzeugkomponenten lässt sich jedoch die Funktionalität der Baueinheit deutlich erhöhen. Daher verfügt eine vorteilhafte Ausbildungsform der erfindungsgemäßen Lenksäuleneinheit auch über Anschlüsse bzw. eine Schnittstelle zur Verbindung mit dem Datenbus eines Kraftfahrzeugs. Im Hinblick auf die gegenwärtig im Einsatz befindlichen Konzepte für die Kraftfahrzeugelektronik verfügt die Lenksäuleneinheit dabei vorzugsweise über eine Schnittstelle zum CAN-Bus (Controller Area Network).
Durch die Einbindung in den Fahrzeugbus ist es unter anderem auch möglich, die
Lenksäuleneinheit in Abstimmung mit anderen Fahrzeugkomponenten einzustellen bzw. ihre Verstellung von unterschiedlichen Bedingungen bezüglich des Fahrzeugstatus zuzulassen oder zu sperren. Entsprechend einer besonders vorteilhaften Weiterbildung verfügt die elektronische Steuerung der Baueinheit weiterhin über eine Diagnosefunktion. Hierbei wird im Falle einer in der Baugruppe auftretenden Störung oder Fehlfunktion intern in dafür vorgesehenen Speichern der Steuereinheit ein Fehlercode gespeichert und gegebenenfalls das Verstellen der Lenksäule gesperrt. Im Falle der Einbindung in den Fahrzeugbus kann zur besseren Kontrolle für den Fahrer zudem eine Fehlermeldung generiert und über den Datenbus an ein Display im Kraftfahrzeug übermittelt werden. Eine weitere vorteilhafte Ausbildungsform für eine in das Bussystem einzubindende
Lenksäuleneinheit verfügt über eine Key-IN/Key-OUT-Funktion. Hierbei bewegt sich die Lenksäule, veranlasst durch Steuersignale der elektronischen Steuerung, beim Einstecken des Zündschlüssels (oder Aktivieren der Zündung mittels einer Keycard oder ähnlichem) in eine vorgegebene, beispielsweise in einem Speicher der Steuerung hinterlegte Position für den Fahrbetrieb, während sie beim Abziehen des Zündschlüssels (oder Deaktivieren der Zündung bzw. Abschalten des Motors) in eine das Aus- und Einsteigen des Fahrers erleichternde Position bewegt wird. Die Information darüber, ob der Zündschlüssel eingesteckt oder abgezogen ist, erhält die Steuerung über den Datenbus des Kraftfahrzeugs, vorzugsweise in Form eines entsprechenden CAN-Signals.
Bei einer ebenfalls möglichen vorteilhaften Weiterbildung sind in dem Speicher der elektronischen Steuerung mehrere feste Positionen für die Lenksäule hinterlegbar, wobei die Lenksäule diese Positionen auf Grund einer entsprechenden Ansteuerung ihrer elektromechanischen Komponenten durch die Steuereinheit, veranlasst durch die Kommunikation mit anderen Fahrzeugbaugruppen oder eine Betätigung von Bedienelementen seitens des Fahrzeugbenutzers, einnimmt. So ist es zum Beispiel möglich, dass das Einnehmen einer solchen im Speicher der Steuereinheit hinterlegten Lenksäulenposition korrespondierend mit der Verstellautomatik und einer in diesem Zusammenhang vorgesehenen Memory-Funktion des Fahrzeugsitzes erfolgt.
Die Lenksäuleneinheit kann über separate Antriebe für die Längsverstellung und die Neigungsverstellung verfügen. Aus Kostengründen und im Hinblick auf eine Gewichtseinsparung ist jedoch einer Ausbildungsform mit nur einem Antrieb der Vorzug zu geben. Die Antriebskraft dieses Antriebes wird dabei veranlasst, durch Steuersignale der in die Baueinheit integrierten elektronischen Steuerung vermittels elektrischer Stellglieder, vorzugsweise Elektromagneten, auf entsprechende mechanische Elemente zum Verstellen der Lenksäule entweder in der Längsrichtung und/oder hinsichtlich ihrer Neigung übertragen.
Die erfindungsgemäße Kraftfahrzeuglenksauleneinheit gestattet ein hohes Maß an Flexibilität hinsichtlich ihrer Anpassung an Kraftfahrzeugtypen und/oder Kundenwünsche, also die Wünsche des die Einheit einsetzenden Fahrzeugherstellers. Durch den Aufbau als praktisch selbstständig vollfunktionstüchtige Einheit, ist ihr Einsatz auch in Kraftfahrzeugen möglich, die, beispielsweise im Hinblick auf erforderliche Endstufen zur Ansteuerung des oder der Antriebe, nicht für den Einbau elektromechanisch verstellbarer Lenksäulen herkömmlicher Bauart vorgerüstet sind.
Die Erfindung soll nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert werden. In den zugehörigen Zeichnungen zeigen:
Figur 1 : Eine mögliche Ausbildungsform der erfindungsgemäßen Kraftfahrzeuglenksauleneinheit;
Figur 2: Ein mögliches Prinzipschaltbild für die elektronische Steuereinheit und deren Außenbeschaltung; Figur 3 : Ein mögliches Steuerschema zur Verstellung der Lenkeinheit und zur
Bereitstellung weiterer Funktionen unter Nutzung der Steuereinheit gemäß Figur 2 in einer Automatendarstellung;
Figur 4: Eine Untersetzung des Zustande Joystick-Operation gemäß der Figur 2, ebenfalls in Automatendarstellung; Figur 5: Eine Untersetzung des Zustands Memory-Position gemäß der Figur 2 in
Automatendarstellung.
Durch die Figur 1 wird die erfindungsgemäße Kraftfahrzeuglenksauleneinheit in einer grundsätzlichen Ausbildungsform dargestellt. Die Lenksäuleneinheit umfasst im Wesentlichen die Lenksäule 1, den Antrieb 2 zum Drehen der Verstellspindel 3, die auf der Verstellspindel 3 laufenden Spindelmuttern 4, 5, den die Bewegung der Spindelmutter 5 in eine Auf- und Ab- bzw. Schwenkbewegung der Lenksäule umsetzenden Schwenkhebel 6, die Stellglieder bzw. Elektromagneten 7, 8 und die elektronische Steuereinheit 9, welche wie zu erkennen, integraler Bestandteil der Baueinheit ist. Durch die elektronische Steuereinheit 9 werden bei Betätigung eines im Fahrzeug angeordneten - in der Figur 2 dargestellten - Bedienelementes 11 der Antrieb 2 und die Stellglieder 7, 8 angesteuert. Mittels einer von den Elektromagneten 7, 8, bei entsprechender Ansteuerung durch Verfahren eines (hier nicht dargestellten) Stiftes, hergestellten kraftschlüssigen Verbindung werden entweder die Spindelmutter 4 bzw. 5 oder beide Spindelmuttern 4, 5 festgehalten, so dass sich die Lenksäule 1 bei gleichzeitiger Drehbewegung der Verstellspindel 3 axial (in Längsrichtung) und/oder bezüglich ihres Neigungswinkels bewegt. Während die Ansteuerung des Elektromagneten 7 eine axiale Bewegung der Lenksäule 1 bewirkt, wird bei einer Ansteuerung des Elektromagneten 8 ihre Neigung durch ein Schwenken um den Drehpunkt 10 verändert. Beim Einbau in ein Fahrzeug muss die Lenksäuleneinheit zur Herstellung ihrer elektrisch/elektronischen Betriebsbereitschaft nur noch mittels vorzugsweise an der elektronischen
Steuereinheit 9 angeordneter (in der Figur 2 dargestellter) Anschlüsse 14, 15, 17 mit dem Bordspannungsnetz, einem Bedienelement 11 und gegebenenfalls mit dem Fahrzeugbus verbunden werden, wobei das Bedienelement 11 auch unmittelbar an einer hier nicht dargestellten Verkleidung der Baueinheit angeordnet sein kann. Erfindungswesentlich ist die dezentrale Umsetzung der Betätigungssignale des
Bedienelementes 11 oder der Verstellsignale anderer Fahrzeugeinheiten durch die in die Lenksäuleneinheit integrierte elektronische Steuereinheit 9 in Steuersignale für den Antrieb 2 und die Stellglieder 7, 8.
Die Figur 2 zeigt ein mögliches Prinzipschaltbild einer in den CAN-Bus eines Kraftfahrzeugs einzubindenden elektronischen Steuereinheit 9 mit zugehöriger Außenbeschaltung für eine Ausbildungsform der Erfindung mit relativer Positionsbestimmung der Lenksäule 1. Durch den Steuerschaltkreis wird der zur Betätigung der Verstellspindel 3 dienende Antrieb 2 angesteuert. Mittels eines Hallsensors 18 wird zur Detektierung einer Bewegung der Lenksäule für deren
Positionsbestimmung ein Inkrementalgeberrad auf der Motorwelle des Antriebs 2 abgetastet. Die Grundstellung der Lenksäule 1, welche als Bezugspunkt für die Positionsbestimmung dient, wird durch die Taster 12, 13 (Endtaster 1, Endtaster 2) bestimmt. Die Verstellung der Lenksäule 1 erfolgt über mit der elektronischen Steuereinheit 9 verbundene Bedienelemente 11 (Schaltwippe oder dgl. - in der Figur mit Joystick bezeichnet). Neben Anschlüssen 14 für die Versorgungsspannung sind Kontakte (Anschlüsse) 15 zur Verbindung mit dem CAN-Datenbus vorgesehen. Der Datenaustausch mit dem CAN-Bus erfolgt über den sogenannten CAN-Transceiver 16.
Durch die Figuren 3 bis 5 werden beispielhaft Steuerungsabläufe zur Realisierung unterschiedlicher Funktionen der Baueinheit in einer Automatendarstellung wiedergegeben. Die Figur 3 betrifft das grundsätzliche Steuerschema mit beispielhaften Funktionen. Eingebettet in ein Backgroundprogramm, welches unter anderem Funktionen der Diagnose und des Schutzes des oder der Antriebe bereitstellt und permanent im Hintergrund aktiv ist, läuft bei eingeschalteter Zündung das Hauptprogramm ab. In der Darstellung sind die unterschiedlichen Funktionen als hierarchischer Zustandsgraph wiedergegeben. Unterhalb des Level 1, der Gesamtsteuerung, werden im Level 2 die Funktionen Initialisierung, Joystick Operation, Memory Position, Exit Position sowie Software Power Down realisiert. Auf die beiden Funktionen Joystick Operation und Memory Position soll nachfolgend im Zusammenhang mit der Erläuterung zu den Figuren 4 und 5 näher eingegangen werden.
Die Funktion Joystick Operation (Betätigung einer Schaltwippe oder eines ähnlichen Bedienelementes zur Verstellung der Lenksäule 1 durch den Nutzer) ist in der Figur 4 hinsichtlich ihres Ablaufs durch einen Zustandsautomaten untersetzt. Im Falle einer
Betätigung des zur Verstellung der Lenksäule 1 vorgesehenen Bedienelementes 11 wird durch die Steuereinheit 9 zunächst ermittelt, ob eine Verstellung in der Längsrichtung und/oder hinsichtlich der Neigung erfolgen soll. Entsprechend wird bei einer Längsverstellung in den Zweig „x-Weg gewählt" oder bei einer Verstellung der Neigung in den Zweig „y-Weg gewählt" verzweigt. Dann erfolgt die Berechnung der
Bewegungsrichtung DR (Drehrichtung für den Antrieb 2). Anschließend wird der zur Umsetzung der Antriebskraft für die gewünschte Verstellung (Verstellung in Längsrichtung oder hinsichtlich der Neigung) vorgesehene Magnet 7 bzw. 8 angesteuert. Die Zuweisung magx : = 1 symbolisiert dabei die Ansteuerung des die Antriebskraft in eine Längsbewegung umsetzenden Magneten 7. Sofern nicht gleichzeitig auch eine Verstellung der Neigung erfolgen soll, ist dem zu Folge das andere elektrische Stellglied (Elektromagnet) 8 magy auf Null gesetzt. Der Antrieb 2 selbst wird bei dieser Zustandsposition noch nicht betätigt. Er bleibt zunächst ausgeschaltet (mot : = 0). Erst nach Betätigung des entsprechenden Elektromagneten 7 oder 8 wird der Antrieb 2 in Aktion versetzt (mot : = DR) und durch die elektronische Steuereinheit 9 werden dessen Umdrehungen durch Inkrementbildung gezählt.
Beim Eintreten einer entsprechenden Bedingung (der Joystick 11 wird entweder nicht mehr betätigt oder die maximale Verstellposition ist erreicht) wird der Zustand Stop eingenommen, bei dem der Antrieb 2 wieder abgeschaltet ist und die Elektromagnete 7, 8 nicht mehr angesteuert werden.
Durch die Figur 5 wird die Einnahme einer in der Steuereinheit 9 hinterlegten oder durch andere Fahrzeuggruppen (beispielsweise Fahrersitz) vorgegebenen Position der Lenksäule 1 (Memory Position) in einer mit der Figur 4 vergleichbaren Form dargestellt. Auch hier wird durch die Steuereinheit 9 zunächst ermittelt, ob das Verfahren der Lenksäule 1 in die vorgegebene Position ihre Bewegung in Längsrichtung und/oder in Bezug auf ihre Neigung erfordert. In entsprechender Weise werden anschließend die Elektromagnete 7, 8 und danach der Antrieb 2 angesteuert. Die Abbruchbedingung für die Bewegung ist hierbei durch das Erreichen der Sollposition (Pos;st x = Possoιι x bzw. PoSjSt y = PoSsoii y) oder eines Endstops gegeben.
Bezugszeichenliste:
1 Lenksäule
2 Antrieb
3 Verstellspindel
4 Spindelmutter
5 Spindelmutter
6 (Schwenk-)Hebel
7 (elektrisches) Stellglied, Elektromagnet
8 (elektrisches) Stellglied, Elektromagnet
9 elektronische Steuerung
10 Drehpunkt
11 Bedienelement, Joystick oder Schaltwippe
12 (End-)Taster
13 (End-)Taster
14 Anschlüsse zur Spannungsversorgung
15 Busanschlüsse
16 CAN-Transceiver
17 Anschlüsse für Bedienelement
18 Hallsensor

Claims

Kraftfahrzeuglenksauleneinheit mit verstellbarer LenksäulePatentansprüche :
1. Kraftfahrzeuglenksauleneinheit, deren Lenksäule ( 1 ) in der Längsrichtung und/oder in ihrem Neigungswinkel elektromechanisch verstellbar ist und welche als in sich geschlossene Baueinheit neben den zur Betätigung der Lenkung sowie zur elektrisch veranlassten Positionsänderung der Lenksäule (1) erforderlichen mechanischen Elementen (3, 4, 5, 6) und Stellgliedern (7, 8) mindestens einen Antrieb (2), eine elektronische Steuereinheit (9) zur Generierung von Steuersignalen für den Antrieb oder die Antriebe (2) und elektrische Stellglieder (7, 8) sowie Anschlüsse (14, 15, 17) zur Verbindung mit einem Bedienelement (11) und dem Bordnetz umfasst.
2. Kraftfahrzeuglenksauleneinheit nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die jeweilige Position der Lenksäule (1) von der elektronischen Steuereinheit (9) vermittels einer Auswertung ihrer auf eine Grundstellung bezogenen Relativbewegung festgestellt wird, wobei zur Auswertung der Relativbewegung in der elektronischen Steuereinheit (9) eine mit der von Sensoren erfassten Bewegung der Lenksäule korrespondierende Signalbildung erfolgt.
3. Kraftfahrzeuglenksauleneinheit nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Festlegung einer Grundstellung der Lenksäule (1) an deren mechanischen Komponenten mit der elektronischen Steuereinheit (9) verbundene Endtaster (12, 13) vorgesehen sind.
. Kraftfahrzeuglenksauleneinheit nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Baueinheit über eine Selbstjustagefunktion verfugt, vermittels welcher die Steuerung bei auflaufenden mechanischen Toleranzen eine mögliche Fehlberechnung der Relativposition der Lenksäule (1) vermeidet, indem die Lenksäule (1) veranlasst durch die elektronische Steuereinheit (9) zyklisch, vorzugsweise bei stillgesetztem Kraftfahrzeugmotor, in die Grundstellung bewegt, dabei die Berechnung der Relativposition neu initialisiert und die Lenksäule (1) wieder in ihre zuvor eingenommene Position bewegt wird.
5. Kraftfahrzeuglenksauleneinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass vermittels der elektronischen Steuereinheit (9) durch die Auswertung der Signale hierfür vorgesehener Geber, vorzugsweise Potentiometer, eine Absolutbestimmung der jeweiligen Position der Lenksäule (1) erfolgt.
6. Kraftfahrzeuglenksauleneinheit nach Anspruch 2 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass zur Begrenzung des Verstellfeldes hinsichtlich der Längsverschiebung und der Neigung der Lenksäule (1) Software-Endstops vorgesehen sind, die durch von der elektronischen Steuereinheit (9), entsprechend darin hinterlegbaren Abbruchkriterien für das Verstellen der Lenksäule (1), generierte Steuersignale realisiert werden.
7. Kraftfahrzeuglenksauleneinheit nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Software-Endstops mittels hierfür vorgesehener Bedienelemente programmierbar und dadurch in Anpassung an den Fahrzeugtyp oder an Vorgaben des Kraftfahrzeugherstellers variabel festlegbar sind.
8. Kraftfahrzeuglenksauleneinheit nach Anspruch 2 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Baueinheit, respektive ihre elektronische Steuereinheit (9) neben Anschlüssen (17) für ein Bedienelement (11) lediglich Anschlüsse (14) zur Spannungsversorgung umfasst und im Übrigen gegenüber der Bordelektrik bzw. -elektronik autark ist.
. Kraftfahrzeuglenksauleneinheit nach Anspruch 2 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Baueinheit neben Anschlüssen (17) für ein Bedienelement (11) über Anschlüsse zur Spannungsversorgung (14) und (15) zur Verbindung mit dem Datenbus eines Kraftfahrzeugs verfügt.
10. Kraftfahrzeuglenksauleneinheit nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Baueinheit über Anschlüsse zur Einbindung in den CAN-Bus (Controller Area Network) eines Kraftfahrzeugs verfügt.
11. Kraftfahrzeuglenksauleneinheit nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Steuereinheit (9) über eine Diagnosefunktion verfügt, vermittels welcher im Falle einer in der Baugruppe auftretenden Störung oder Fehlfunktion, intern ein entsprechender Fehlercode gespeichert, das Verstellen der Lenksäule (1) gesperrt und/oder eine Fehlermeldung generiert sowie, bei einer Einbindung der Baueinheit in den Fahrzeugbus, an ein Display des Kraftfahrzeugs übermittelt wird.
12. Kraftfahrzeuglenksauleneinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Speicher der elektronischen Steuereinheit (9) feste Positionen für die Lenksäule (1) hinterlegbar sind, welche die Lenksäule (1) aufgrund der Kommunikation mit anderen Fahrzeugbaugruppen oder einer Betätigung von Bedienelementen (11) durch einen Fahrzeugbenutzer, veranlasst durch von der Steuereinheit (9) generierte sowie dem Antrieb (2) und elektrischen Stellgliedern (7; 8) zugeführte Steuersignale, einnimmt.
13. Kraftfahrzeuglenksauleneinheit nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Baueinheit über eine Key-In/Key-Out-Funktion verfugt, vermittels welcher sich die Lenksäule (1) veranlasst durch Steuersignale der elektronischen Steuereinheit (9) beim Einstecken des Zündschlüssels in eine vorgegebene oder in einem Speicher der Steuereinheit (9) hinterlegte Position und beim Abziehen des Zündschlüssels in eine das Aus- und Einsteigen des Fahrers erleichternde Position bewegt, wobei die elektronische Steuereinheit (9) Informationen darüber, ob der Zündschlüssel eingesteckt oder abgezogen ist, über den Datenbus des Kraftfahrzeugs erhält.
14. Kraftfahrzeuglenksauleneinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl die Verstellung der Lenksäule (1) in der Längsrichtung als auch die Verstellung ihrer Neigung mittels ein und des selben elektrischen Antriebs (2) erfolgt, dessen Antriebskraft veranlasst durch die Steuersignale der in die Baueinheit integrierten elektronischen Steuereinheit (9) vermittels elektrischer Stellglieder (7, 8), vorzugsweise Elektromagneten, auf mechanische Elemente (4, 5, 6) zum Verstellen der Lenksäule (1) in der Längsrichtung und/oder hinsichtlich ihrer Neigung übertragen wird.
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