DE3814420A1 - Elektrisch beheiztes lenkrad im kraftfahrzeugbau - Google Patents

Description

Elektrisch beheiztes Lenkrad im Kraftfahrzeugbau Die Beheizung des Lenkrades ist im Automobilbau von besonde­ rer Bedeutung

• a) aus Gründen der Verkehrssicherheit und
• b) gesundheitsbedingter Beeinträchtigung der Beweglich­ keit von Händen und Armen.

Falls ein Kraftfahrzeug im kalten Raum oder im Freien abge­ stellt ist, tritt wegen der neuzeitlichen Anwendung von Kunststoffen bzw. Elastomeren eine gewisse Steifigkeit des Materials ein. Um dem entgegenzuwirken, werden die im Lenk­ radbau eingesetzten Elastomere entsprechend oberflächengrif­ fig ausgebildet. Trotzdem verlieren diese in der Kälte einen Teil ihrer Griffigkeit und die kalte Oberfläche wirkt beim Fahrzeuglenker psychisch einer starken Umklammerung des Lenkrades entgegen. Dies stellt durchaus einen Verkehrsrisi­ kofaktor dar. Bei Verkehrsteilnehmern, die unter Durchblu­ tungsstörungen leiden, dauert die "Klimatisierungsphase am Lenkrad" unter Umständen recht lange. Schlechte Griffigkeit und klamme Finger können dazu führen, daß der Fahrzeugführer das Fahrzeug zumindest während der ersten, gefährlichen Fahrphase nur mangelhaft beherrscht.

Potentiert wird dieser Risikofaktor noch dadurch, daß die Lenkung im Kaltzustand schwerfälliger ist. Dadurch ist ein größerer Aufwand an Kraft der noch klammen Handgelenke er­ forderlich.

Aufgabe der Erfindung ist es, deshalb für ein elektrisch beheiztes Lenkrad eine Schaltung und Stromversorgungsanord­ nung anzugeben, bei der die vorhandene Stromzuführung von der Stromquelle zur Hupe hin so genutzt werden kann, daß die gleichzeitige Nutzung für eine zweite Stromabnahme, im kon­ kreten Fall für eine Lenkradbeheizung, ohne eine gegenseiti­ ge Beeinflussung der Funktionen erfolgt.

Die vorliegende Erfindung löst diese Aufgabe bei einem elek­ trisch beheizten Lenkrad im Kraftfahrzeugbau, durch einen im Lenkradkranz eingezogenen dünnen, elektrisch leitenden Widerstandsdraht und ein elektronisches Relais, welches an den Stromkontakt des Hupenstromkreises im Nebenschluß ange­ schlossen ist, so daß Hupe und Lenkradheizung gleichzeitig betätigbar sind.

Die Erfindung behandelt insofern ein elektrisches Schaltsy­ stem mit elektronischer Steuerung, das es gestattet, über den vorhandenen Lenkrad-Schleifring des Hupenstromkreises als Stromkontaktstelle eine zusätzliche Stromleistungsfunk­ tion der Lenkradheizung zu erfüllen, wobei die Primärfunk­ tion des Hupens nicht unterbrochen oder gemindert wird.

Die Erfindung betrifft im besonderen eine Schaltsystemanord­ nung mit elektronischer Steuerung wie in Fig. 1 und 2 zur gleichzeitigen Stromversorgung einer Lenkradheizung und der Hupe aus der gleichen Stromquelle.

Der Einbau eines beheizten Lenkrades ist in jedes Kraftfahr­ zeug, welches mit integriertem Hupentaster im Lenkrad ver­ sehen ist, völlig problemlos möglich.

Dazu ist ein Austausch des serienmäßigen Lenkrades gegen ein umgerüstetes Lenkrad nötig. Dieses hat im Kranz eingezogene Heizwendeln, welche aus dünnem Widerstandsdraht bestehen. Durch Einschalten des Zündschlosses wird das elektronische Relais mit Strom versorgt, d. h. die Hupe ist betriebsbe­ reit. Die Lenkradheizung selbst wird erst durch Einschalten des Schalters in Betrieb genommen. Sie funktioniert jedoch nur bei eingeschalteter Zündung. Beim Heizen fließt der Strom über den am Lenkrad serienmäßig vorhandenen Schleif­ ring (Hupenstromkreis). Um die Hupe trotzdem betätigen zu können, ist der Einbau eines elektronischen Relais (Fig. 2) notwendig, welches zwischen Lenkradheizung und Betätigung der Hupe unterscheiden kann. Bei Kraftfahrzeugen mit serien­ mäßigem Hupenrelais im Motorraum wird dieses durch ein elek­ tronisches Relais ersetzt, welches im selben Stecksockel Platz findet.

Bei Fahrzeugen ohne Hupenrelais muß die Leitung von der Hupe zum Hupentaster durchgetrennt werden und nach dem Schaltbild - (Fig. 1) neu verdrahtet werden. Zusätzlich ist eine zweite Leitung, die über das Zündschloß geschaltet ist, und ein Masseanschluß erforderlich.

Die erfinderische Stromversorgungsanordnung ist wie in Fig. 2 aufgebaut, und deren Funktion wird wie folgend beschrie­ ben:

Nach dem Einschalten der Zündung 58, Klemme I, entsteht im Schaltkreis eine Betriebsspannung von z. B. 12 V. Klemme II 59 ist fest mit der Masse verbunden. Klemme III ist mit dem Schleifring 50 des Lenkrades 51 verbunden. An Klemme IV ist die Hupe 54 einpolig angeschlossen. Der zweite Pol 60 der Hupe kann entweder mit Masse verbunden sein, wobei in der elektronischen Schaltung Schalter S 1 80 auf ⊕ geschaltet sein muß, oder falls die Hupe mit ⊕ der Batterie verbunden ist, muß S 1 auf Masse geschaltet sein, damit beim Hupen ein Spannungsgefälle vorhanden ist. Diese Schaltereinstellung von Schalter S 1 80 erfolgt bei der Installation des Relais und bleibt dauernd so bestehen.

Im normalen Betriebsfall des elektronischen Relais - Fig. 2 - das heißt, wenn die Lenkradheizung in Betrieb ist, Schalter 52 ist geschlossen, fließt der Strom über den Tran­ sistor T 4 14 und den niederohmigen Widerstand R 7 27 über Klemme III in Richtung Lenkrad.

Transistor T 4 14 läßt Strom fließen, da seine Basis über Transistor T 3 13 mit ⊕ Batterie voll übersteuert wird. Transistor T 3 13 leitet, da dessen Basis über Widerstand R 8 28 in Richtung Masse gezogen wird. Über den Widerstand R 7 27 dürfen hierbei bis zu ca. maximal 5 A fließen, was bei einer Spannung von 12 V eine Heizleistung von ca. 60 W am Lenkrad ergibt.

Transistor T 5 15 und der Widerstand R 6 26 bilden mit Wider­ stand R 7 27 eine Strombegrenzung. Wird der Spannungsabfall über Widerstand R 7 27 größer als ca. 0,7 V (dies geschieht beim Drücken des Huptasters 55, da dann Klemme III über den Tasterkontakt mit Masse verbunden wird), so fängt Transistor T 5 15 an zu leiten. Hierbei wird das Potential an der Basis von Transistor T 2 12 negativer, wobei auch Transistor T 2 12 leitend wird und dadurch das ⊕ Batterie von Klemme I an die Basis von Transistor T 3 13 durchsteuert. Dadurch sperrt Transistor T 3 13 und schaltet den Basisstrom an Transistor T 4 14 aus, wodurch auch dieser anfängt zu sperren. Der Widerstand R 5 25 dient im Normalzustand - wenn man nicht hupt - zum sicheren Sperren von Transistor T 2 12, da über die Kollektor-Emitter-Strecke von Transistor T 5 kleine Leck­ ströme fließen können, die einen unsicheren Schaltpunkt von Transistor T 2 12 hervorrufen würden. Da durch den Sperrvor­ gang von T 4 14 der Strom über Widerstand R 7 27 wieder ab­ nimmt, wird dessen Spannungsabfall kleiner, wodurch Transi­ stor T 5 15 wieder sperrt. Dadurch sperrt auch Transistor T 2 12, wodurch Transistor T 3 13 wieder leitend wird und Transistor T 4 14 durchsteuern kann. Dieses Wechselspiel zwi­ schen Ein- und Ausschalten geschieht im kHz-Bereich von zwi­ schen 10 bis 500 kHz. Kondensator C 2 32 und C 3 33 sind so geschaltet, daß der Wiedereinschaltungsvorgang etwas verzö­ gert wird, die Abschaltung aber sofort einsetzt.

Dies ist ein besonderer erfinderischer Vorteil, da hierdurch der Gesamtstromfluß über den Hupentaster und somit auch durch Transistor T 4 14 während dem Hupen im Durchschnitt auf ca. 0,8 A abgesenkt wird. Dadurch erwärmt sich Transistor T 4 14, welcher die gesamte Leistung (12 V×0,8 A) verkraften muß, nur mäßig. Außerdem ist er auf dem Gehäuse der Schal­ tung wärmeableitend montiert.

Kondensator C 1 31 dient dazu, die hochfrequenten Störungen, die durch das schnelle Schalten der Strombegrenzung entste­ hen, vom Bordnetz abzublocken. Mittels Schalter 52 wird die Lenkradheizung ausgeschaltet.

Der Rest der Schaltung dient zum Ansteuern der Hupe. Bau­ stein IC 1 70 vergleicht die Ausgangsspannung von Klemme III der Schaltung, die über Schutz-Widerstand R 3 23 an Eingang 2 des IC′s geführt wird, mit einer Referenzspannung von ca. 2,1 V, welche über die Spannungsteiler R 1 21 und R 2 22 ge­ bildet wird, am Eingang 3 des IC′s.

Wird nun die Spannung am Minus-Eingang 2 des IC′s negativer (beim Hupen) als am Plus-Eingang 3, so kippt die Ausgangs­ spannung des integrierten IC′s am Ausgang 6 in den positiven Zustand. Pin 4 und Pin 7 des IC′s dienen zur Spannungsver­ sorgung desselben.

Die positive Spannung am Ausgang des IC′s 1 bewirkt über Zener-Diode D 1 41 und den Widerstand R 4 24 einen Stromfluß in die Basis von Transistor T 1 11, welcher dadurch leitend wird und Relais 1 90 ansteuert, wodurch der Hupenstromkreis geschlossen wird. Zener-Diode D 1 dient im normalen Heizbe­ trieb zum sicheren Sperren von Transistor T 1 11, da die Aus­ gangsspannung von IC 1 70 nicht ganz auf OV zurückgeht. Diode D 2 42 dient zum Funkenlöschen der Relaisspule, um beim Ausschalten derselben (Hupe ist ausgeschaltet) ein Zerstören von der Kollektor-Emitter-Strecke an Transistor T 1 11 durch negative Überspannung zu verhindern.

Alternativ besitzt das elektronische Relais - Fig. 2 - an­ stelle von IC 1 einen Leistungsoperationsverstärker. In einem solchen Falle sind die Zener-Diode 31, Widerstand 24 und Transistor 11 überflüssig.

Die in Fig. 2 zitierten Typenbezeichnungen bzw. physikali­ schen Daten der Bausteine sind optimiert und beispielhaft. Diese können jedoch laufend dem Stande der Technik angepaßt werden. Ebenfalls können die physikalischen Daten gewisse Änderungen, in Abhängigkeit des Gesamtfunktionssystems, er­ fahren. Dies wäre z.B. der Fall, wenn die Batteriespannung bei 24 V liegt.

Eine Überhitzung des Lenkrades wird dadurch ausgeschlossen, daß die Heizleistung bei 12 V Batteriespannung auf eine Leistung von 60 W begrenzt ist.

Falls eine geringere Heizleistung erwünscht ist, wird ein Thermostat bzw. Temperaturschalter ins Lenkrad eingebaut.

Die besondere erfinderische Leistung liegt darin, daß die Betätigung der Hupe bei gleichzeitiger Lenkradheizung den Gesamtstromkreis geradezu kurzschlußartig belasten würde. Durch das beanspruchte Schalt- und Steuersystem ist die gleichzeitige Nutzung beider Elemente, Hupe und Lenkradhei­ zung, über eine Kontaktstelle des Schleifrings 52 einwand­ frei handzuhaben.

Claims (6)

1. Elektrisch beheiztes Lenkrad im Kraftfahrzeugbau, gekennzeichnet durch einen im Lenkradkranz eingezogenen dünnen, elektrisch leitenden Widerstandsdraht und ein elektroni­ sches Relais, welches an den Stromkontakt des Hupenstrom­ kreises im Nebenschluß angeschlossen ist, so daß Hupe und Lenkradheizung gleichzeitig betätigbar sind.

2. Lenkrad nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine elek­ tronische Steuerung, bei der an den vorhandenen Lenkrad- Schleifring (50) des Hupenstromkreises als Stromkontaktstel­ le eine zusätzliche Stromleistungsfunktion, für die Lenkrad­ heizung angeschlossen ist, ohne daß die Primärfunktion, des Hupens, unterbrochen oder gemindert wird.

3. Lenkrad nach den Ansprüchen 1 und 2, gekennzeichnet durch gleichzeitige Stromversorgung der Lenkradheizung und der Hupe aus der gleichen Stromquelle.

4. Elektronisches Relais gemäß Anspruch 1, bestehend aus den Bausteinen, Widerständen R 1 bis R 8 (21 bis 28), Transi­ storen T 1 bis T 5 (11 bis 15), Zenerdiode D 1 (41), Diode D 2 (42), integrierter Schaltkreis IC 1 (70), Relais 1 (90), Schalter S 1 (80) und den Kondensatoren C 1 bis C 3 (31 bis 33).

5. Elektronisches Relais gemäß Anspruch 4, wobei anstelle des IC 1 (70), der Zenerdiode D 1 (31), Widerstand R 4 (24) und Transistor T 1 (11) ein Leistungsoperationsverstärker eingesetzt wird.

6. Lenkrad gemäß Anspruch 1, gemäß Fig. 1, zur gleichzeiti­ gen Nutzung der Hupe und einer Lenkradheizung in Fahr­ zeugen ohne serienmäßigen Hupenrelais oder mit serienmäßigen Hupenrelais.