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Die Erfindung betrifft eine Lenkeinrichtung für ein Kraftfahrzeug, umfassend ein drehbar gelagertes Lenkrad mit einem integrierten Airbag mit zugeordneter Zündeinrichtung sowie eine extern zum Lenkrad angeordnete Steuerungseinrichtung zur Gabe eines die Zündung der Zündeinrichtung auslösenden Zündenergiepulses.
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Üblicherweise ist im Lenkrad eines Kraftfahrzeugs ein Airbag verbaut, umfassend einen über eine Zündeinrichtung umfassend eine pyrotechnishe Zündpille zündbaren Gasgenerator und einen zusammengefalteten Luftsack, der bei Zündung des Gasgenerators über das entwickelte Gas aufgeblasen wird. Die Zündpille wird über einen entsprechenden Zündkreis mit einem Zündpuls beaufschlagt, der zum Zünden des gasgenerators führt, wobei ein solcher Zündkreis z.B. aus
DE 10 2013 210 603 A1 oder
DE 10 2004 049 082 A1 bekannt ist. Da sich die Zündeinrichtung ebenfalls im Lenkrad befindet, ist diese über eine Leitungsverbindung mit einem extern zum Lenkrad, beispielsweise im Bereich einer starren Lenksäule oder dergleichen, vorgesehenen Steuerungseinrichtung verbunden, über die zum Zünden der Zündeinrichtung ein erforderlicher Zündenergiepuls über die Leitungsverbindung gegeben wird. Üblicherweise wird, nachdem das Lenkrad relativ zu der positionsfesten Steuerungseinrichtung stark verdreht werden kann, eine Wickelfeder als Leitungsverbindung verwendet, die eine spiralförmig aufgewickelte Leiterfolie aufweist und so in der Lage ist, den Lenkradumdrehungen in beiden Richtungen zu folgen, ohne durchzubrechen. Die Wickelfeder hat also die elektrische Funktion, den Zündenergieimpulses des Steuergeräts sicher an die Zündeinrichtung zu übertragen, so dass der Luftsack aufgeblasen werden kann.
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Diese Ausgestaltung ist, nachdem eine entsprechende, relativ lange Wickelfeder zu integrierend ist, konstruktiv aufwendig und verschleißanfällig, da die Vielzahl der Lenkradbewegungen mitunter zu Ermüdungserscheinungen und Brüchen innerhalb der Wickelfeder führen kann, woraus Funktionsfehler resultieren, die mit aufwendigen Reparaturmaßnahmen verbunden sind.
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Der Erfindung liegt damit das Problem zu Grunde, eine demgegenüber verbesserte Lenkeinrichtung anzugeben.
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Zur Lösung dieses Problems ist bei einer Lenkeinrichtung der eingangs genannte Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Zündeinrichtung und die Steuerungseinrichtung über eine drahtlose Energieübertragungseinrichtung mit einer drahtlosen Energieübertragungsstrecke, über die der Zündenergiepuls an die Zündeinrichtung übertragbar ist, gekoppelt ist wobei ein erstes Übertragungselement der Energieübertragungsstrecke am Lenkrad und mit diesem drehbar und ein zweites Übertragungselement positionsfest und benachbart zum ersten Übertragungselement extern zum Lenkrad angeordnet ist.
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Bei der erfindungsgemäßen Lenkeinrichtung ist keine physikalische Leitungsverbindung zwischen Steuereinrichtung und Zündeinrichtung vorgesehen, die den Einsatz einer Wickelfeder, die die Relativbewegungen von Lenkrad und Steuerungseinrichtung zueinander kompensiert, erfordert, vielmehr ist eine echte physikalische Trennung zwischen Zündeinrichtung und Steuerungseinrichtung gegeben. Denn erfindungsgemäß ist eine drahtlose Energieübertragungseinrichtung integriert, die eine drahtlose Energieübertragungsstrecke, über die ohne Leitungsverbindung Energie übertragen werden kann, aufweist, wobei ein erstes Übertragungselement der Energieübertragungsstrecke, quasi ein Empfängerelement, im Lenkrad und ein zweites Übertragungselement, quasi ein Sendeelement, positionsfest und unmittelbar benachbart zum ersten Übertragungselement extern zum Lenkrad angeordnet ist. Über diese drahtlose Energieübertragungseinrichtung kann folglich drahtlos der Zündenergieimpuls übertragen werden, wenn die Steuerungseinrichtung diesen ansteuert. Dieser über die Energieübertragungsstrecke gegebener Zündenergieimpuls stellt einerseits das Signal da, dass die Zündeinrichtung zünden soll und demzufolge der Luftsack aufgeblasen werden soll, zum anderen wird damit aber auch gleichzeitig die Zündenergie übertragen, die zum Zünden der Zündeinrichtung erforderlich ist.
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Durch die Integration dieser drahtlosen Energieübertragungseinrichtung und damit die mechanische Entkopplung von Zündeinrichtung respektive Lenkrad und Steuerungseinrichtung sind bei der erfindungsgemäßen Lenkeinrichtung die vorstehend beschriebenen Probleme nicht mehr gegeben. Denn aufgrund der mechanischen Trennung ist demzufolge kein durch die Lenkradbewegung mechanisch beanspruchter Bereich respektive beanspruchtes Bauteil gegeben, das, wie im Fall der Wickelfeder, mitunter verschleißt.
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Die Energieübertragungseinrichtung kann dabei entweder kapazitiv oder induktiv arbeiten. Das heißt, dass entweder eine kapazitive oder induktive Nahfeldübertragung respektive Kopplung erfolgt. Im Fall einer kapazitiven Ausgestaltung der Energieübertragungseinrichtung wird das elektrische Feld zur drahtlosen Energieübertragung zwischen zwei die Übertragungselemente bildenden, voneinander beabstandeten Metallplatten aufgebaut, die letztlich einen elektrischen Kondensator darstellen. Im Fall einer induktiven Kopplung werden als Übertragungselemente zwei voneinander beabstandete Spulen vorgesehen, wobei eine Spule als Sender und die andere Spule als Empfänger dient und es in der Empfängerspule zu einer Gegeninduktion kommt, wenn über die Senderspule ein Strom fließt und es zum Aufbau eines Magnetfelds kommt, das auf die Empfängerspule wirkt. In beiden Fällen sind demzufolge die Übertragungselemente, die Platten im einen Fall, die Spulen im anderen Fall, voneinander beabstandet, worüber die drahtlose Energieübertragungsstrecke definiert ist.
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Bei einer induktiv arbeitende Energieübertragungseinrichtung, die zwei Spulen aufweist, ist die erste Spule positionsfest extern zum Lenkrad und die zweite Spule benachbart dazu mit dem Lenkrad drehbar angeordnet. Das heißt, dass die Senderspule positionsfest ist, während die Empfängerspule am oder im Lenkrad angeordnet und relativ zur Senderspule verdreht werden kann.
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Im Fall der kapazitiven Ausgestaltung ist die erste Platte positionsfest extern zum Lenkrad angeordnet, während die zweite Platte benachbart dazu und mit dem Lenkrad drehbar angeordnet ist. Auch hier werden also die zwei Platten relativ zueinander verdreht, wobei die erste Platte positionsfest ist.
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Vom Vorteil ist es weiterhin, wenn über die Energieübertragungsstrecke zusätzlich Daten oder Signale zwischen im Lenkrad verbauten elektrischen Bauteilen und der Steuerungseinrichtung übertragbar sind. Das heißt, dass über die drahtlose Energieübertragungsstrecke also nicht nur Energie, sondern zusätzlich auch Daten perspektive Signale übertragen werden können. Dies hat den Vorteil, dass beispielsweise Funktionsdiagnosedaten von dem oder den im Lenkrad verbauten elektronischen Bauteilen (z.B. Schalt- oder Steuerelemente, Bauteile der Airbageinrichtung, etc.) an Steuerungseinrichtung übertragen werden können, was es ermöglicht, dass die Steuerungseinrichtung Funktionsüberprüfungen seitens der Bauteile anstoßen oder vornehmen kann, da über die Energieübertragungsstrecke die entsprechenden Antwortsignale respektive Antwortdaten an sie übertragen werden, beispielsweise in Form von Messwerten, funktionsabhängige Antwortsignalen und dergleichen. Geprüft kann hierüber beispielsweise eine ASIC-Funktionalität, Spannungsreferenzen, Kurzschluss, etwaige Sensorfunktionen oder dergleichen, wobei diese Aufzählung nicht abschließend ist. Denkbar sind Daten oder Signale von sämtlichen elektrischen Bauteilen, die insbesondere Lenkrad seitig verbaut sind. Je nach Übertragungsrichtung wirkt im einen Fall die erste Spule als Sendespule und die zweite Spule als Empfängerspule, oder umgekehrt. Die drahtlose Energieübertragungseinrichtung bzw. -strecke hat damit eine Doppelfunktion, nämlich zum einen die nur im Kollisionsfall nötige Funktion zur Energieübertragung und damit gleichzeitig der Zündsignalübertragung, zum anderen die im Regelfall gegebene Funktion zur Daten- oder Signalübertragung, die vorzugsweise bidirektional erfolgt.
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Die in dieses Daten- oder Signalübertragungssystem eingebundenen elektronischen Bauteile sind natürlich in der Lage, die entsprechenden Daten oder Signale entweder selbsttätig zu ermitteln bzw. zu erzeugen sowie auch zu übertragen, entweder selbsttätig oder bei Erfassung eines entsprechenden Anforderungssignals seitens z. B. der Steuerungseinrichtung.
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Auch können beispielsweise Daten mit z. B. einer Information über die Auslösestufe eines Airbags übertragen werden, ob also im Fall einer Kollision der Airbag mit voller Kraft, mit halber Kraft oder Drittelkraft aufzublasen ist, woraufhin die Steuerungseinrichtung dementsprechend die Zündeinrichtung durch Gabe eines entsprechenden Zündpulses oder entsprechende Steuersignale entsprechend ansteuern kann.
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Ebenso können beispielsweise Steuersignale zum Sperren oder Freigeben dieser drahtlosen Schnittstelle gegeben werden, beispielsweise dann, wenn aufgrund von Ein- oder Ausbau- oder Reparaturarbeiten sichergestellt werden muss, dass es zu keiner ungewollten Airbagauslösung kommen kann. Zu diesem Zweck sieht die Erfindung ferner vor, dass seitens der Steuerungseinrichtung die Gabe eines Zündenergiepulses über die Energieübertragungseinrichtung bei Bedarf sperrbar ist. Das heißt, dass die Steuerungseinrichtung über die Energieübertragungsstrecke, also die Schnittstelle, beispielsweise eine entsprechende Steuerinformation an die Zündeinrichtung gibt, dass diese temporär gesperrt ist oder Ähnliches.
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Neben der Lenkeinrichtung selbst betrifft die Erfindung ferner ein Kraftfahrzeug umfassend eine Lenkeinrichtung der vorstehend beschriebenen Art. Diese Lenkeinrichtung kann beispielsweise auch eine starre Lenksäule umfassen, an der oder in der Steuerungseinrichtung angeordnet ist, die mit dem Lenkrad über die Energieübertragungsstrecke gekoppelt ist. Alternativ kann sich auch um eine steer-by-wire-Lenkung handeln, bei der keine starre Lenksäule vorgesehen ist.
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In der einzigen Figur ist eine Prinzipdarstellung einer erfindungsgemäße Lenkeinrichtung 1 vorgesehen, umfassend ein Lenkrad 2 mit einem Lenkradtopf 3, in dem ein Airbag 4 umfassend einen zusammengefalteten Luftsack 5 sowie einen Gasgenerator 6 mit zugeordneter Zündeinrichtung 7 angeordnet ist. Die Zündeinrichtung 7 ist dazu vorgesehen, die Zündung des Gasgenerators 6 zu veranlassen, so dass dieser ein Gas produziert, dass zum schlagartigen Auffalten des Luftsacks 4 in an sich bekannter Weise führt.
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Vorgesehen ist eine Steuerungseinrichtung 8, die dazu dient, die Zündeinrichtung 7 anzusteuern, indem ein Zündenergiepuls von der Steuerungseinrichtung 8 über eine drahtlose Energieübertragungseinrichtung 9 an die Zündeinrichtung 7 gegeben wird. Die drahtlose Energieübertragungseinrichtung 9 umfasst eine drahtlose Energieübertragungsstrecke 10, die beispielsweise induktiv arbeitet und als Übertragungselemente eine erste Spule 11, die positionsfest und extern zum um eine Drehachse, wie durch den Pfeil P dargestellt, drehbaren Lenkrad 2 ist, sowie eine empfangende Spule 12, die am Lenkrad 2 angeordnet ist und mit dem Lenkrad 2 dreht. Die Spule 12 ihrerseits ist wiederum mit der Zündeinrichtung 7 verbunden.
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Bei Bestromung der Spule 11 baut diese ein Magnetfeld auf, das einen Strom in der Spule 12 induziert. Das heißt, dass über diese offene Schnittstelle demzufolge in Abhängigkeit der Stärke des Magnetfelds Energie übertragen werden kann, die zum Zünden der Zündeinrichtung 7 verwendet wird. Wird diese Energie übertragen, so gilt dieser Energiepuls gleichzeitig auch als Zündsignal, auf das hin die Zündung des Airbags 4 erfolgen soll.
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Alternativ zur beschriebenen induktiven Ausgestaltung kann sich die Energieübertragungsstrecke 10 auch kapazitiv ausgeführt sein, anstelle der Spulen 11, 12 während dann entsprechende Platten vorgesehen, zwischen denen ein elektrisches Feld aufgebaut wird.
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Neben der Übertragung des Zündsignals respektive des Zündenergiepulses, also der eigentlichen Energieübertragung, ist es aber auch denkbar, vorzugsweise bidirektional über diese drahtlose Energieübertragungsstrecke 10 Daten oder Signale zu übertragen, beispielsweise entsprechende Funktionstestsignale seitens der Steuerungseinrichtung 8 an entsprechende, im Lenkrad verbaute elektrische Komponenten, oder entsprechende Messwerte oder Antwortsignale dieser elektrischen Bauteile an die Steuerungseinrichtung 8. Das heißt, dass die drahtlose Energieübertragungsstrecke sowohl der Energieübertragung als auch der, vorzugsweise bidirektionelen, Daten- oder Signalübertragung dient.
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Die Figur ist eine reine Prinzipdarstellung. Üblicherweise ist dem Lenkrad eine starre Lenksäule zugeordnet. Die extern zum Lenkrad angeordneten relevanten Teile sind entsprechend an oder in der Lenksäule angeordnet, wobei insbesondere die externe Spule 11, ist so angeordnet, dass sie sich in der Drehachse des Lenkrads befindet, also z.B. in die Lenksäule integriert ist. Bei einem steer-by-wire-System ist keine Lenksäule vorgesehen, in diesem Fall sind die externen Bauteile an einer entsprechenden Umgebungskonstruktion benachbart zum Lenkrad angeordnet.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102013210603 A1 [0002]
- DE 102004049082 A1 [0002]