DE19609266C2 - Verfahren und Vorrichtung zur berührungslosen Übertragung elektrischer Energie und von Daten in Kraftfahrzeugen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur berührungs­ losen Übertragung elektrischer Energie und von Daten nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Vor­ richtung zur Durchführung des Verfahrens.

Es ist bekannt, mittels induktiver Stromübertragung in einem Kraftfahrzeug den Zündstrom von der Zentral­ elektronik zum Airbag im Lenkrad zu übertragen, sowie vom Lenkrad aus Steuerströme für das Horn, Tempo­ mat, Radiofunktionen usw. zu den Verbrauchern zu übertragen.

Aus der EP 0 183 580 A1 ist eine Vorrichtung zur be­ rührungslosen Übertragung von Informationen von sta­ tionär angeordneten Fahrzeugbaugruppen auf Bau­ gruppen bekannt, die am Lenkrad vorgesehen sind. Fahrzeugseitig ist stationär eine ringförmige, von einem Schalenkern umhüllte Primärspule und auf der Lenk­ radseite eine mit dem Lenkrad drehbare ringförmige, von einem Schalenkern umhüllte Sekundärspule koaxial zur Längsachse angeordnet, wobei zwischen den Scha­ lenkernen ein Luftspalt besteht.

Der Nachteil dieser Anordnung besteht darin, daß für die Gewährleistung der sicheren und störungsfreien Übertragung von Impulsen der Luftspalt nicht verän­ dert werden darf. Deshalb sind besondere mechanische Elemente zur Konstanthaltung des Luftspaltes vorgese­ hen.

Dieser Nachteil soll bei einer Vorrichtung zur Über­ tragung von elektrischer Energie und Daten in Kraft­ fahrzeugen (DE 41 20 650 A1) dadurch vermieden wer­ den, daß koaxial zu einem zweiteiligen Transformator ein Kondensator angeordnet ist. Dieser besteht aus fahrzeugseitig stationären, die Lenksäule umgebenden Leiterbahnen und lenkradseitig gegenüberstehenden, die Lenkwelle umgebenden, drehfest mit dieser verbun­ denen Leiterbahnen mit dazwischenliegendem Luft­ spalt.

Die Übertragung der Energie erfolgt auf induktivem Wege durch die von Schalenkernen umhüllten Spulen des Transformators.

Die Daten vom Lenkrad zur Fahrzeugseite bzw. von der Fahr­ zeugseite zum Lenkrad werden über den von der induktiven Energieübertragung unabhängigen Kondensator übertragen. Der Kondensator ist fahrzeug- und lenkradseitig an gleichartige Ansteuer- und Auswerteschaltungen angeschlossen.

Der Luftspalt zwischen den Schalenkernen beträgt 0,3 bis 1 mm. Die Luftspaltdicke zwischen den Leiterbahnen der Kondensatoren beträgt 0,2 bis 0,5 mm. Diese geringen Spalt­ breiten stellen auch bei dieser Vorrichtung einen Nachteil dar.

Weiterhin ist aus der DE 39 12 497 A1 bekannt, die Energie von stationären zu sich drehenden Teilen durch transformato­ riche Kopplung im NF-Bereich zu übertragen und die Rück­ übertragung von durch Sensoren gewonnenen Meßdaten im Hoch­ frequenzbereich durchzuführen. Der Nachteil dieser Übertra­ gungsart besteht darin, daß wegen der geringen Leistung der aus der Sensorelektronik zurückgesandten Signale für die Zeit dieser Datenübertragung die störende transformatori­ sche Energieübertragung abgeschaltet wird.

Aus der DE 37 14 195 A1 ist ein Verfahren zur berührungslosen Energie- und Datenübertragung, insbesondere für ein kombiniert mechanisch/elektronisch kodiertes Schloß bekannt. Dabei erfolgt die Energie- und Datenübertragung schloß- und schlüsselseitig über einen HF-Schwingkreis. Die Koppelelemente bestehen aus Spulen mit Ferritkernen zur Feldfokussierung. Angaben über den Frequenzbereich werden nicht gemacht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei der berüh­ rungsfreien Übertragung von Energie und Daten von einem Lenkrad auf stationäre Baugruppen eines Kraftfahrzeuges oder umgekehrt größere Luftspalte zu ermöglichen.

Erfindungsgemäß wird das entsprechend den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 erreicht.

Bei einer Vorrichtung zur berührungsfreien Übertragung elektrischer Energie und von Daten in einem Kraftfahrzeug zwischen einem Lenkrad und stationär angeordneten Fahrzeug­ baugruppen, sind erfindungsgemäß mindestens je ein statio­ när angeordnetes Sende- bzw. Empfängermodul für den MHz-Be­ reich und diesem gegenüberliegend mindestens ein Empfänger- bzw. Sendemodul für den MHz-Bereich am Lenkrad vorgesehen ist, wobei das Sende- und Empfängermodul Stanzteile aus leitfähigem Material sind, die mit umgeschlagenen Verbin­ dungslaschen an der Lenksäulenverkleidung bzw. am Lenkrad befestigt sind. Als Material wird vorzugsweise Messing verwendet.

Die Übertragung von Energie und Daten im Kraftfahrzeug im Megahertz-Bereich ermöglicht größere Luftspalte zwischen dem Sende- und dem Empfängermodul, wobei durch die Ausbil­ dung des Sende- und Empfängermoduls als Teil aus kompaktem leitfähigen Material eine kostengünstige Fertigung möglich ist.

Die Module weisen vorzugsweise denselben Innen- und Außen­ durchmesser auf und stehen sich mit axialem Abstand von 2 bis 20 Millimetern gegenüber. Die Module können sich aber auch radial gegenüberstehen. Ihr Abstand liegt dann zwi­ schen 1-5 mm. Im Unterschied zu bekannten induktiven Über­ tragungsvorrichtungen kann der Abstand der Sende- und Emp­ fängermodule zueinander in weiten Grenzen variiert werden und damit kann der Einbau dieser Module wesentlich besser an bauliche Gegebenheiten im Kraftfahrzeug angepaßt werden.

In einer Ausführungsform für die Übertragung größerer Leistungen sind der Sender- und Empfängermodul mit überlap­ penden Ferritkernen versehen, so daß diese Module gegen Ein- und Abstrahlung abgesichert sind. Eine weitere Möglich­ keit der Abschirmung besteht darin, daß die Module von Metallteilen umgeben sind. Das kann z. B. dadurch erfolgen, daß die Metallnabe des Lenkrades in Richtung der Lenksäule verlängert ist.

In einer weiteren Ausführungsform ist dem Empfän­ germodul ein Energiespeicher zugeordnet, der im Be­ darfsfall den Airbag aktiviert.

Je eines der Module ist mit einer Steuerelektronik und Auswerteelektronik verbunden, wobei bevorzugt das Sendemodul an der Steuerelektronik und das Emp­ fängermodul an der Auswerteelektronik angeschlossen ist.

Die Steuer- und Auswerteelektronik ist zweckmäßig in den Signalschaltern im Lenkrad untergebracht oder im Diagnose-Auslösegerät eines Airbagsystems inte­ griert.

Weiterhin ist es zweckmäßig, daß die Bedienungs­ schalter und die Telemetrieeinheit in der Lenksäulen­ verkleidung befestigt sind.

Die Erfindung soll in einem Ausführungsbeispiel an­ hand von Zeichnungen näher erläutert werden. Es zei­ gen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer Ausfüh­ rungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung;

Fig. 2 die schematische Darstellung einer Ausführung mit radial gegenüberliegenden Modulen;

Fig. 3 ein Blockschaltbild mit einer erfindungsgemä­ ßen Übertragungsvorrichtung.

Die Fig. 1 zeigt ein Multifunktionslenkrad 1 und eine stationäre Lenksäulenverkleidung 2, die Baugruppen aufweisen, zwischen denen Energie und Daten übertra­ gen werden sollen. Zu diesem Zweck ist ein Nahfeldtele­ metrie-System vorgesehen, das ein Sende-Modul 3 und ein Empfänger-Modul 4 aufweist. Der Sende-Modul 3 ist mit einer Steuer-Elektronik 5 verbunden, die in der Lenksäulenverkleidung 2 befestigt ist. Das Sende-Mo­ dul 3 besteht aus einem offenen ringförmigen Messing- Stanzteil, das an seiner offenen Seite Verbindungsla­ schen 6, 7 aufweist, die gegenüber der Ringfläche um 90° abgebogen sind und mit Steckkontakten 8, 9 ver­ bunden sind. Mittels dieser Steckkontakte ist der Sende- Modul 3 mit der Steuer-Elektronik 5 verbunden.

Das Empfänger-Modul 4, das ebenfalls aus einem of­ fenen ringförmigen Messing-Stanzteil besteht, trägt an seiner offenen Seite eine Auswerte-Elektronik 10, die mit einer Buchse 11 für die Verbindung mit einem nicht dargestellten Stecker im Lenkrad 1 versehen ist. Dieser Stecker ist mit den elektrischen Baugruppen im Lenk­ rad verbunden. Der Auswerte-Elektronik ist ein Ener­ giespeicher 12 zugeordnet. Dieser Energiespeicher dient der sicheren Zündung des Airbags auch für den Fall, daß die Energieübertragung kurzzeitig unterbro­ chen ist.

Das Sende-Modul 3 wird mittels Fahnen 16 an der Lenksäulenverkleidung 2 und das Empfänger-Modul 4 mittels Fahnen 17 am Lenkrad 1 befestigt. Das Multi­ funktionslenkrad 1 weist eine in Richtung der Lenksäule verlängerte Nabe 1a auf, die der Abschirmung der Mo­ dule dient.

In der Fig. 2 sind schematisch Module 3a, 4a darge­ stellt, die sich radial gegenüberliegen.

Aus der Fig. 3 ist der Datenfluß erkennbar. Über die Steuer-Elektronik 5, das Sende-Modul 3 und das Emp­ fänger-Modul 4 erfolgt die Energieversorgung der im Lenkrad befindlichen elektrischen Baugruppen. Die Energieübertragung erfolgt mit einer Frequenz von 13,56 MHz, wobei eine Leistung bis zu 30 W übertragen werden kann.

Die Übertragung von Daten erfolgt über die Module 3, 4 sowohl von den stationären KFZ-Baugruppen zu den im Lenkrad angeordneten Baugruppen als auch um­ gekehrt über die Steuer-Elektronik 5 und die am Lenk­ rad vorgesehene Auswerte-Elektronik 10. Dieser ist als Energiespeicher 12 eine Kondensatoranordnung zuge­ ordnet. Als weitere Baugruppen sind der Auswerte- Elektronik z. B. eine Airbagauslösung 13, Signallampen 14 und ein Hubtaster 15 zugeordnet.

Claims (11)

1. Vorrichtung zur berührungsfreien Übertragung elek­ trischer Energie und von Daten in einem Kraftfahr­ zeug zwischen einem Lenkrad und stationär angeordne­ ten Fahrzeugbaugruppen, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens je ein stationär angeordnetes Sende- (3) bzw. Empfängermodul für den MHz-Bereich und diesem gegenüberliegend mindestens ein Empfänger- (4) bzw. Sendemodul für den MHz-Bereich am Lenkrad (1) vorgesehen ist, wobei das Sende- und Empfänger­ modul (3; 4) Stanzteile aus leitfähigem Material sind, die mit umgeschlagenen Verbindungslaschen (16; 17) an der Lenksäulenverkleidung bzw. am Lenkrad befestigt sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Module (3; 4) denselben Innen- und Außendurchmesser aufweisen und sich mit axialem Abstand gegenüberstehen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß sich die Module (3a; 4a) mit radialem Abstand gegenüberstehen.

4. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehen­ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der axiale Abstand zwischen den Modulen zwischen 2 und 20 Millimetern bzw. der radiale Abstand zwischen 1 und 5 Millimetern liegt.

5. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehen­ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Sende- und das Empfängermodul von sich überlappen­ den Ferritkernen oder zur Abschirmung geeigneten Me­ tallteilen umgeben sind.

6. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehen­ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallnabe (1a) des Lenkrades (1) in Richtung der Lenksäule verlängert ist.

7. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehen­ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dem Emp­ fängermodul (4) ein Energiespeicher (12) zugeordnet ist.

8. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß je eines der Module mit einer Steuerelektronik und Auswerteelek­ tronik verbunden ist.

9. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehen­ den Ansprüche, dadurch gekennzeichent, daß die Steuer- und Auswerteelektronik in den Signalschal­ tern im Lenkrad untergebracht ist.

10. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehen­ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuer- und Auswerteelektronik im Diagnose-Auslöse­ gerät eines Airbagsystems integriert ist.

11. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehen­ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Bedienungsschalter und die Telemetrieeinheit in der Lenksäulenverkleidung befestigt sind.