DE60308744T2

DE60308744T2 - Stellungsabhängig, winkelverstellbare und teleskopierbare Lenksäule

Info

Publication number: DE60308744T2
Application number: DE60308744T
Authority: DE
Inventors: Gerald A. Frankenmuth Gaeth
Original assignee: Delphi Technologies Inc
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2002-04-16
Filing date: 2003-03-27
Publication date: 2007-10-31
Anticipated expiration: 2023-03-28
Also published as: US6637284B1; EP1354781B1; EP1354781A3; US20030192392A1; EP1354781A2; JP2003306151A; DE60308744D1; JP4086704B2

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Diese Erfindung betrifft im Allgemeinen Lenksäulenbaugruppen und insbesondere Teleskop- und Neigungslenksäulenbaugruppen.
2. Stand der Technik
Es ist für einen Fahrer eines Fahrzeugs häufig günstig, dass eine Lenksäulenbaugruppe mit einem Handrad vorliegt, das sich teleskopisch sowohl nach innen als auch nach außen verschieben kann, wobei es sich ebenfalls nach oben und nach unten neigen kann. Die Neigungs- und Teleskopmerkmale einer Lenksäulenbaugruppe ermöglichen es einem Fahrer, das Handrad, während er das Fahrzeug fährt, auf die gewünschte Stellung einzustellen, wobei sie es dem Fahrer ebenfalls ermöglichen, das Handrad in eine Stellung zu bringen, die es am besten ermöglicht, in das Fahrzeug ein- oder aus diesem auszusteigen. Im Allgemeinen liegt beim Fahren eines Fahrzeugs die gewünschte „Benutzungs"-Stellung des Handrads in einer zum Fahrer teleskopisch ausgefahrenen Stellung vor, wobei sie ebenfalls einen bestimmten Neigungsgrad zum Bereitstellen der komfortabelsten Stellung des Handrads aufweist. Steigt der Fahrer jedoch in das Fahrzeug ein oder aus dem Fahrzeug aus, ist die am meisten gewünschte „verstaute" Stellung des Handrads im Allgemeinen vollständig eingefahren und vollständig in eine obere Stellung geneigt, um für einen optimalen Zugang zu sorgen.
Bei einem bei derartigen Systemen anzutreffenden Problem handelt es sich darum, dass das Handrad beim Bewegen in eine teleskopisch eingefahrene und nach oben geneigte verstaute Stellung mit dem Armaturenbrett unerwünscht störend zusammenwirken und eine mögliche Beschädigung des Armaturenbretts und/oder Handrads verursachen kann.
Eine Lösung zum Verhindern, dass das Handrad mit dem Armaturenbrett in Kontakt kommt, wenn es sich in der vollständig eingefahrenen, nach oben geneigten verstauten Stellung befindet, besteht darin, die Freiheit der Neigungsbewegung und/oder Teleskopbewegung derart einzuschränken, dass sich das Handrad nicht weit genug bewegt, um mit dem Armaturenbrett des Handrads in Kontakt zu kommen. Jedoch wohnt dieser Lösung der Nachteil inne, dass, wenn sich das Handrad in der ausgefahrenen Benutzungsstellung befindet, die gesamte Teleskop- und Neigungseinstellbarkeit eingeschränkt wird und folglich dem Fahrer weniger als die optimale Einstellbarkeit geboten wird.
Eine stellungsabhängige Neigung und WO 01/83284 offenbart eine Lenksäulenbaugruppe mit einer Steuerplatte 39, die einen erhöhten Neigungswinkelbereich bereitstellt, wenn sich die Baugruppe in ihrer vollständig ausgefahrenen Stellung befindet, gegenüber demjenigen, der verfügbar ist, wenn sich die Baugruppe in ihrer vollständig eingefahrenen Stellung befindet. Jedoch kann diese Baugruppe des Stands der Technik nicht leicht an verschiedene Fahrzeuganwendungen angepasst werden.
Eine gemäß der vorliegenden Erfindung konstruierte stellungsabhängige Neigungs- und Teleskoplenksäule bewältigt oder minimiert deutlich die vorstehenden Einschränkungen früherer Lenksäulen.
Zusammenfassung der Erfindung
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine wie in Anspruch 1 beanspruchte Lenksäulenbaugruppe bereitgestellt.
Eine Lenksäulenbaugruppe ist derart konstruiert, dass ein ansonsten vollständiger Neigungsbereich ermöglicht wird, während es verhindert wird, dass die Lenksäulenbaugruppe in geneigter Stellung mit irgendeinem Teil des Fahrzeugs störend zusammenwirkt. Bei einer bevorzugten Ausführungsform weist die Lenksäulenbaugruppe eine obere Lenkwelle auf, die in eine ausgefahrene und eingefahrene Stellung teleskopiert werden kann, während sie sich auch von einer nicht geneigten Stellung in eine geneigte Stellung neigen kann. Während sich die Lenksäulenbaugruppe in ihrer ausgefahrenen Stellung befindet, kann die obere Lenkwelle in eine Stellung geneigt werden, so dass sie einen ersten maximalen Neigungswinkel zwischen der nicht geneigten Stellung und der geneigten Stellung bildet. Zudem ist die obere Welle, während sich die Lenksäulenbaugruppe in ihrer eingefahrenen Stellung befindet, in eine geneigte Stellung beweglich, um einen zweiten maximalen Neigungswinkel zwischen der nicht geneigten Stellung und der geneigten Stellung zu bilden. Der während der eingefahrenen Stellung gebildete zweite maximale Neigungswinkel ist kleiner als der während der ausgefahrenen Stellung gebildet erste maximale Neigungswinkel, wodurch verhindert wird, dass die Lenksäulenbaugruppe mit irgendeinem Teil eines Fahrzeugs störend zusammenwirkt.
Ein durch diese Erfindung gebotener Vorteil besteht darin, dass die Lenksäulenbaugruppe, während sie sich in einer ausgefahrenen Stellung befindet, einen reduzierten Grad an Neigungsbewegung aufweist, um zu verhindern, dass ein Handrad mit einem Armaturenbrett oder irgendeinem anderen Teil des Fahrzeugs störend zusammenwirkt.
Ein weiterer durch diese Erfindung gebotener Vorteil besteht darin, dass der Neigungsgrad der oberen Lenksäule über den gesamten Bereich der teleskopischen Bewegung so bereitgestellt werden kann, dass er sich für die beabsichtigte Anwendung am besten eignet.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Diese und andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden leichter verständlich, wenn sie in Verbindung mit der folgenden detaillierten Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen betrachtet werden, wobei:
1 ein Fahrzeug mit einer Lenksäule zeigt, die eine derzeit bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verkörpert;
2 eine schematische Ansicht der Lenksäulenbaugruppe von 1 ist, die eine ausgefahrene und eingefahrene Stellung der oberen Lenkwelle der Lenksäulenbaugruppe zeigt;
3 eine schematische Ansicht der Lenksäulenbaugruppe von 1 ist, die nicht geneigte und geneigte Stellungen der oberen Lenkwelle der Lenksäulenbaugruppe zeigt;
4 eine schematische Ansicht der Lenksäulenbaugruppe von 1 ist, die die obere Lenkwelle in einer vollständig eingefahrenen und vollständig geneigten Stellung zeigt; und
5 eine schematische Ansicht der Lenksäulenbaugruppe von 1 ist, die die obere Lenkwelle in einer vollständig ausgefahrenen und vollständig geneigten Stellung zeigt.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
Wie in 1 allgemein gezeigt ist, ist ein Fahrzeug 10 mit einer eine derzeit bevorzugte Konstruktion der Erfindung verkörpernden Lenksäulenbaugruppe 12 bereitgestellt, welche es einem Fahrer ermöglicht, dass er, während er das Fahrzeug 10 fährt, einen maximalen Einstellbereich eines Handrads 14 der Lenksäulenbaugruppe 12 hat, während er das Handrad 14 auch in eine Stellung zum leichten Ein- und Aussteigen in das bzw. aus dem Fahrzeug 10 einstellen kann. Wie am besten in 2 und 3 gezeigt ist, weist eine obere Lenkwelle 16 der Lenksäulenbaugruppe 12 ausgefahrene und eingefahrene Stellungen sowie nicht geneigte und geneigte Stellungen auf. Durch die Erfindung wird eine breite Vielfalt an Kombinationen dieser Stellungen geboten, um den Fahrer je nachdem, ob der Fahrer das Fahrzeug 10 bedient oder einfach in das Fahrzeug 10 ein- oder aus diesem aussteigt, die am meisten gewünschte Stellung des Handrads 14 bereitzustellen.
In 2 ist eine Lenksäule 18 schematisch gezeigt, bei welcher das Handrad 14 mit einem Ende 20 der oberen Lenkwelle 16 verbunden ist. Das Handrad 14 und die obere Lenkwelle 16 sind sowohl in einer eingefahrenen Stellung, in welcher das Handrad 14 zu einem vorderen Ende 22 des Fahrzeugs 10 hin bewegt ist, als auch in einer ausgefahrenen Stellung, in welcher das Handrad 14 zu einem hinteren Ende 24 des Fahrzeugs 10 hin bewegt ist, gezeigt. In einer derzeit bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist ein mechanischer Festanschlag 26 gezeigt, um den Betrag an axialer Bewegung der oberen Lenkwelle 16 zu begrenzen, wodurch begrenzt wird, wie weit die obere Lenksäule 16 und das Handrad 14 zu dem hinteren Ende 24 des Fahrzeugs 10 hin ausfahren können.
Die obere Lenkwelle 16 weist ein Ende 28 auf, das zur schwenkbaren Verbindung mit anderen ihr zugehörigen Steuerkomponenten wie z.B. einer unteren Lenkwelle 30, falls vorliegend, konstruiert ist. Die obere Lenkwelle 16 weist eine Längsachse 32 auf, die der nicht geneigten und geneigten Stellung derart entspricht, dass die Achse, während sie sich in der geneigten Stellung befindet, einen Neigungswinkel α in Bezug auf die Achse 32, wenn sie sich in der nicht geneigten Stellung befindet, bildet.
Der Neigungswinkel weist einen Scheitelpunkt 34 allgemein am Ende 28 der oberen Lenkwelle 16 auf, wo die obere Lenkwelle 16 mit der unteren Lenkwelle 30 schwenkbar verbunden ist. Die Längsachse 32 der oberen Lenkwelle 16 spannt einen Bogen zwischen der nicht geneigten Stellung und der geneigten Stellung. Wie in 5 gezeigt ist, zeigt die bevorzugte Ausführungsform die Achse 32 der oberen Lenkwelle 16, während sie sich in der ausgefahrenen Stellung befindet und einen ersten maximalen Neigungswinkel bildet, sowie, wie in 4 gezeigt ist, während sie sich in der eingefahrenen Stellung befindet und einen zweiten maximalen Neigungswinkel bildet. Es ist gezeigt, dass der zweite maximale Neigungswinkel kleiner als der erste maximale Neigungswinkel ist, wodurch verhindert wird, dass das Handrad 14 mit einem Armaturenbrett 36 am Fahrzeug 10 störend zusammenwirkt, wenn es sich in der eingefahrenen Stellung befindet.
Ein Teleskopsensor 38 ist in der Lenksäulenbaugruppe 12 bereitgestellt. Der Teleskopsensor 38 empfängt von der oberen Lenkwelle 16 ein Eingangssignal, das den Teleskopsensor 38 mit der axialen Stellung der oberen Lenkwelle 16 in Bezug auf eine vorprogrammierte anfängliche Stellung versieht. Der Teleskopsensor 38 übermittelt dann die axiale Stellung der oberen Lenkwelle 16 an einen hier als Steuermodul 42 gezeigten Zentral steuermechanismus. Ein Neigungssensor 40 ist ebenfalls bereitgestellt und fühlt die Neigungsstellung der Welle 16 und kommuniziert mit dem Steuermodul 42.
Das Steuermodul 42 ist mit einem Algorithmus vorprogrammiert, der die Anforderungen des Herstellers zur teleskopischen Bewegung der oberen Lenkwelle 16 für das herzustellende Fahrzeug erfüllt. Der Algorithmus kann nahezu jede beliebige mathematische Formel annehmen, wodurch es ermöglicht ist, die Lenksäule 18 derart zu programmieren, dass eine breite Vielzahl an Fahrzeugplattformen erfüllt wird. Folglich kann ein Algorithmus bereitgestellt werden, um eine vollständige teleskopische Bewegung der oberen Lenkwelle 16 zwischen einer vollständig eingefahrenen und vollständig ausgefahrenen Stellung zu ermöglichen, wie in 2 gezeigt ist. Tritt eine vollständige teleskopische Bewegung auf, dann ist der Festanschlag 26 für die Begrenzung des Betrags der axialen Bewegung der oberen Lenkwelle 16 und des Handrads 14 zuständig. Andererseits könnte ein Algorithmus bereitgestellt werden, um die teleskopische Bewegung der oberen Lenkwelle 16 von irgendwo zwischen vollständiger teleskopischer Bewegung und keiner teleskopischen Bewegung zu begrenzen. Ein Algorithmus, der den Betrag der axialen Bewegung der oberen Lenkwelle 16 begrenzt, kann in das Steuermodul 42 einprogrammiert werden, wodurch verhindert wird, dass die obere Lenkwelle 16 vor dem Anschlag am Festanschlag 26 zu dem hinteren Ende 24 des Fahrzeugs 10 hin ausfährt. Ist ein die vollständige Bewegung der oberen Lenkwelle 16 begrenzender Algorithmus in das Steuermodul 42 einprogrammiert, wird die teleskopische Bewegung der oberen Lenkwelle 16 eher durch einen „Soft"-Anschlag als durch den Festanschlag 26 begrenzt.
Nach der Bestimmung der axialen Stellung der oberen Lenkwelle 16 durch das Steuermodul 42 kommuniziert das Steuermodul 42 vorzugsweise durch eine elektrische Verbindung zwischen dem Steuermodul 42 und der Teleskopsteuerung 44 mit einer Teleskopsteuerung 44. Die Teleskopsteuerung 44 kommuniziert dann mit der oberen Lenkwelle 16 der Lenksäulenbaugruppe 12, um entweder eine uneingeschränkte teleskopische Bewegung der oberen Lenkwelle 16 zum Festanschlag 26 zu ermöglichen oder um die teleskopische Bewegung der oberen Lenkwelle 16 zu dem „Soft"-Anschlag zu begrenzen.
Das Steuermodul 42 kommuniziert nicht nur mit der Teleskopsteuerung 44, sondern auch mit einer Neigungssteuerung 46, vorzugsweise durch eine elektrische Verbindung zwischen dem Steuermodul 42 und der Neigungssteuerung 46.
Ein in das Steuermodul 42 einprogrammierter Algorithmus erleichtert nicht nur die teleskopische Bewegung der oberen Lenkwelle 16, sondern auch die Neigungsbewegung der oberen Lenkwelle 16. Abhängig von der mathematischen Formel des Algorithmus, verwendet das Steuermodul 42 die lineare Stellung der oberen Lenkwelle 16, um den Grad der Neigungsbewegung der oberen Lenkwelle 16 und folglich des Handrads 14 zu bestimmen. Nach der Verarbeitung des Algorithmus im Steuermodul 42 übermittelt das Steuermodul 42 Informationen an die Neigungssteuerung 46, die mit der oberen Lenkwelle 16 kommuniziert. Die Neigungssteuerung 46 erleichtert in Abhängigkein von dem im Steuermodul 42 vorprogrammierten Algorithmus eine Bewegung der oberen Lenkwelle 16 zwischen der nicht geneigten und der geneigten Stellung. Ein Algorithmus kann in das Steuermodul 42 einprogrammiert werden, um eine vollständige Neigungsbewegung zwischen der nicht geneigten und geneigten Stellung zu ermöglichen, oder er kann einprogrammiert werden, um den Betrag der Neigungsbewegung auf einen Bereich irgendwo dazwischen, einschließlich überhaupt keiner Neigungsbewegung, zu beschränken. Vor zugsweise sorgt der Algorithmus für ein variierendes Ausmaß an Neigungsbewegung entlang der teleskopischen Bewegung der oberen Lenkwelle 16.
Das volle Ausmaß an Neigungsbewegung der oberen Lenkwelle 16 ist durch einen Neigungsfestanschlag 48 begrenzt. Ist jedoch ein Algorithmus zum Begrenzen des Ausmaßes der Neigungsbewegung programmiert, wird die Neigungsbewegung durch einen „Soft"-Anschlag begrenzt: In einer gegenwärtig bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist ein Algorithmus eine mathematische Formel auf: Neigungsgrenze nach oben = f (teleskopische Stellung) _ ((X mm + (22,5 mm)) ÷ 4,5) + 5, wobei X = teleskopische Stellung. Folglich sorgt dieser Algorithmus für eine teleskopische Bewegung und eine Neigungsbewegung, wie nachstehend aufgezeichnet.
Der vorstehende Algorithmus ist nur ein gegenwärtig bevorzugter Algorithmus für eine spezifische Fahrzeugplattform und sollte nicht als die einzige Ausführungsform betrachtet werden. Wie erwähnt, kann nahezu jede beliebige mathematische Formel zum Erzeugen eines Algorithmus, der am besten für die Fahrzeugplattform geeignet ist, verwendet werden. Der vorstehende Algorithmus stellt einen Neigungswinkel bereit, der eine Funktion der teleskopischen Stellung der oberen Lenkwelle 16 ist, wobei die Funktion eine lineare Funktion ist. Es sollte klar sein, dass die funktionale Beziehung zwischen der teleskopischen Stellung und dem Neigungswinkel ebenso leicht eine nicht lineare Funktion annehmen könnte. Die vorstehende Tabelle zeigt, dass, wenn sich die obere Lenkwelle 16 der Lenksäulenbaugruppe 12 in einer vollständig eingefahrenen teleskopischen Stellung, bei X = –20,0 mm, befindet, der Neigungsgrad α der oberen Lenkwelle 16 zwischen der nicht geneigten und geneigten Stellung 5,5° beträgt. Wenn die teleskopische Stellung der oberen Lenkwelle 16 in eine vollständig ausgefahrene Stellung ausfährt, erhöht sich der Grad des Neigungswinkels α.
Wie am besten in 4 und 5 gezeigt ist, stellen die vollständig eingefahrene und die vollständig ausgefahrene Stellung jeweils einen unterschiedlichen Neigungsgrad der oberen Lenkwelle 16 bereit. 4, die die obere Lenkwelle 16 in einer vollständig eingefahrenen Stellung zeigt, sieht einen Neigungswinkel α zwischen der nicht geneigten und der geneigten Stellung von 5,5° vor. In dieser Stellung ist es ein durch den Algorithmus bereitgestellter „Soft"-Anschlag, der den Neigungsgrad der oberen Lenkwelle 16 einschränkt, und nicht der Festanschlag 48. 5 zeigt demgegenüber die obere Lenkwelle 16 in einer vollständig ausgefahrenen Stellung, die einen Neigungswinkel α von 15° zwischen der nicht geneigten und geneig ten Stellung vorsieht, und zeigt den Festanschlag 48, wie er den Neigungsbetrag der oberen Lenkwelle 16 begrenzt.
Die Lenksäulenbaugruppe 12 mit einem maximalen Neigungswinkel, der sich in Bezug auf die teleskopische oder axiale Stellung der oberen Lenkwelle 16 ändern kann, schafft eine größere Flexibilität bei der Möglichkeit, das Armaturenbrett 36 zu gestalten. Die Neigungsbewegung des Handrads 14 kann besser gesteuert werden, um ein störendes Zusammenwirken des Armaturenbretts 36 durch die Lenksäule 18 und das Handrad 14 zu verhindern.
Offensichtlich sind viele Modifikationen und Variationen der vorliegenden Erfindung angesichts der vorstehenden Lehren möglich. Es sollte deshalb klar sein, dass innerhalb des Umfangs der beigefügten Ansprüche die Erfindung anders als speziell beschrieben durchgeführt werden kann. Die Erfindung ist durch die Ansprüche definiert.

Claims

Lenksäulenbaugruppe (12), aufweisend: eine Lenksäule (18), die entlang einer Achse beweglich ist und die eine ausgefahrene und eingefahrene Stellung in Bezug auf diese Achse sowie ein Handrad (14) aufweist, das von der Lenksäule (18) getragen und um eine Schwenkachse zwischen einer geneigten und einer nicht geneigten Stellung neigbar ist; und einen den Neigungsgrad des Handrads (14) begrenzenden Steuermechanismus (42), während es sich in der geneigten Stellung zwischen einem ersten maximalen Neigungswinkel und einem zweiten maximalen Neigungswinkel befindet, wobei der zweite maximale Neigungswinkel kleiner als der erste maximale Neigungswinkel ist, wobei die Lenkwelle (16), während sich die Lenksäule (18) in der ausgefahrenen Stellung befindet, zu dem ersten maximalen Neigungswinkel bewegbar ist, und die Lenkwelle (16), während sie sich in der eingefahrenen Stellung befindet, zu dem zweiten maximalen Neigungswinkel bewegbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Baugruppe ferner umfasst einen Teleskopsensor (38) zum Ermitteln einer axialen Stellung der Lenkwelle (16) zwischen der ausgefahrenen und der eingefahrenen Stellung einschließlich der aus- bzw. eingefahrenen Stellung; und eine Neigungssteuerung (46), die mit dem Teleskopsensor (38) kommuniziert, um die Neigungsstellung der Lenkwelle (16) zwischen dem ersten maximalen Neigungswinkel und dem zweiten maximalen Neigungswinkel, einschließlich des ersten und zweiten maximalen Neigungswinkels, zu begrenzen.
Lenksäule (18) nach Anspruch 1, wobei die Lenksäule (18) eine axiale Stellung zwischen der ausgefahrenen und der eingefahrenen Stellung, einschließlich der aus- und eingefahrenen Stellung, aufweist und der Neigungswinkel eine Funktion der axialen Stellung ist.
Lenksäule (18) nach Anspruch 2, wobei die Funktion eine lineare Funktion ist.
Lenksäule (18) nach Anspruch 2, wobei die Funktion eine nicht lineare Funktion ist.
Lenksäule (18) nach Anspruch 1, wobei sich der Steuermechanismus (42) zwischen und in Reihe mit dem Teleskopsensor (38) und der Neigungssteuerung (46) befindet, um ein Eingangssignal von dem Teleskopsensor (38) zu empfangen und um ein Ausgangssignal an die Neigungssteuerung (46) zu senden, um die geneigte Stellung der Lenkwelle (16) zwischen dem ersten maximalen Neigungswinkel und dem zweiten maximalen Neigungswinkel, einschließlich des ersten und zweiten maximalen Neigungswinkels, zu begrenzen.