DE102005004953A1

DE102005004953A1 - Steering column arrangement for vehicle has damping device which is displaced by rotation of steering spindle in relation to second damping element, damping elements drag each other in defined operating condition of damping device

Info

Publication number: DE102005004953A1
Application number: DE200510004953
Authority: DE
Inventors: Karl-Heinz. Dipl.-Ing. Knoll (Fh); Franz Rauner, (FH)
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2005-02-03
Filing date: 2005-02-03
Publication date: 2006-08-17

Abstract

Steering column arrangement (1) has damping device (11) which has several magnetic or magnetized damping elements, first damping element (13) is coupled with steering spindle (3). Damping device is displaced by rotation of steering spindle in relation to second damping element (15), first and second damping element drag each other in defined operating condition of damping device. An independent claim is also included for motor vehicle with steering column arrangement.

Description

Die Erfindung betrifft eine Lenksäulenanordnung für ein Fahrzeug, mit einer Lenkspindel, an deren einem Ende eine Lenkhandhabe angeordnet ist, und mit einer Vorrichtung zur Dämpfung von über die Lenkspindel an die Lenkhandhabe übertragenen Drehschwingungen.The The invention relates to a steering column assembly for a Vehicle, with a steering spindle, at one end of a steering handle is arranged, and with a device for damping of the steering shaft to the Steering handle transmitted torsional vibrations.

Es hat sich gezeigt, dass während des Betriebs eines Fahrzeugs Drehschwingungen vom Fahrwerk über die Lenkspindel an die Lenkhandhabe, beispielsweise das Fahrzeuglenkrad, übertragen werden, was aus Gründen des Komforts nicht gewünscht ist.It has been shown that while the operation of a vehicle torsional vibrations from the chassis over the Steering spindle to the steering handle, such as the vehicle steering wheel, are transmitted for reasons of comfort not desired is.

Aus der DE 201 20 465 U1 geht eine Lenksäulenanordnung der hier angesprochenen Art hervor, die ein schwingungsgedämpftes Fahrzeuglenkrad mit einer Nabe und mit einer Lenkradlagerung und einem Angriffsbereich für den Fahrer aufweist. An der Lenkradlagerung ist das Ende einer Lenkwelle aufgenommen. Im Kraftübertragungspfad zwischen der Lenkradlagerung und dem Angriffsbereich ist ein Schwingungsdämpfer vorgesehen, welcher eine in den Kraftfluss zwischengeschaltete Substanz, beispielsweise eine elektrorheologische Flüssigkeit, aufweist, deren Härte beziehungsweise Viskosität durch Anlegen eines elektrischen oder magnetischen Feldes variabel einstellbar ist. Die Lenkkräfte werden also über die Flüssigkeit übertragen, was bei einem Auslaufen derselben zur Folge hat, dass Spiel in der Lenkung auftritt. Der Kraftfluss wird in diesem Fall über eine formschlüssige Verbindung zwischen dem Angriffsbereich und der Lenkradlagerung aufrechterhalten.From the DE 201 20 465 U1 is a steering column assembly of the type discussed here, which has a vibration-damped vehicle steering wheel with a hub and with a steering wheel bearing and an attack area for the driver. At the steering wheel bearing the end of a steering shaft is added. In the power transmission path between the steering wheel bearing and the attack area, a vibration damper is provided, which has an intermediary in the power flow substance, such as an electrorheological fluid, whose hardness or viscosity is variably adjustable by applying an electric or magnetic field. The steering forces are thus transmitted through the liquid, which has the same result in a leak that game occurs in the steering. The power flow is maintained in this case via a positive connection between the attack area and the steering wheel bearing.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Alternative zu der Lenksäulenanordnung der eingangs genannten Art zu schaffen.It object of the invention is an alternative to the steering column assembly to create the type mentioned.

Zur Lösung der Aufgabe wird eine Lenksäulenanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgeschlagen. Diese zeichnet sich dadurch aus, dass die Dämpfungsvorrichtung mehrere magnetische oder magnetisierbare Dämpfungselemente aufweist, wobei ein erstes Dämpfungselement mit der Lenkspindel gekoppelt und durch eine Drehbewegung der Lenkspindel relativ gegenüber einem zweiten Dämpfungselement verlagerbar ist, und dass die ersten und zweiten Dämpfungselemente sich zumindest in einem definierten Betriebszustand der Dämpfungsvorrichtung einander anziehen. Erfindungsgemäß wird als die magnetische Anziehungskraft der Dämpfungselemente zur Reduzierung der insbesondere vom Fahrwerk des Fahrzeugs auf die Lenkspindel übertragenen Drehschwingungen genutzt, was den Aufbau der Dämpfungsvorrichtung vereinfacht, weil keine gegenüber der Umgebung abzudichtende Flüssigkeitskammer vorgesehen ist, wie bei der bekannten Lenksäulenanordnung. Durch die Vorrichtung ist der Komfort für den die Lenkhandhabe ergreifenden Fahrzeugführer erhöht.to solution the task is a steering column assembly proposed with the features of claim 1. This draws characterized in that the damping device comprises a plurality of magnetic or magnetizable damping elements, wherein a first damping element coupled with the steering shaft and by a rotary motion of the steering shaft relatively opposite a second damping element is displaceable, and that the first and second damping elements at least in a defined operating state of the damping device put on each other. According to the invention as the magnetic attraction of the damping elements for reduction in particular transmitted from the chassis of the vehicle to the steering shaft Used torsional vibrations, which simplifies the structure of the damping device, because no opposite the environment to be sealed liquid chamber is provided, as in the known steering column assembly. Through the device is the comfort for increases the steering handle grabbing driver.

Die Dämpfungselemente können jeweils als Permanentmagnet ausgebildet sein, wodurch ein besonders einfacher und somit kostengünstiger sowie platzsparender Aufbau der Dämpfungsvorrichtung realisierbar ist. Alternativ kann auch mindestens eines der Dämpfungselemente als Elektromagnet ausgebildet sein, dessen magnetischen Kräfte durch entsprechende Bestromung definiert einstellbar sind, was eine variable Anpassung der Dämpfungswirkung der Vorrichtung an beispielsweise einen bestimmten Fahrzustand ermöglicht. Der Aufbau und die Funktion eines Elektromagneten sind bekannt, so dass hier nicht näher darauf eingegangen wird.The damping elements can each be designed as a permanent magnet, whereby a particular easier and therefore cheaper As well as space-saving construction of the damping device feasible is. Alternatively, at least one of the damping elements as electromagnet be formed, its magnetic forces by appropriate energization are defined adjustable, allowing a variable adjustment of the damping effect of Device allows, for example, a certain driving condition. The structure and function of an electromagnet are known so not closer will be discussed.

Besonders vorteilhaft an dem vorstehend beschriebenen Aufbau der Lenksäulenanordnung ist, dass die Dämpfungsvorrichtung praktisch verschleißfrei arbeitet, da die miteinander zusammenwirkenden Dämpfungselemente vorzugsweise in einem geringen Abstand voneinander angeordnet sind. Daher tritt auch bei einem teilweisen oder vollständigen Versagen der Dämpfungsvorrichtung, beispielsweise bei einem Ausfall eines der Dämpfungselemente, kein Spiel beziehungsweise kein vergrößertes Spiel in der Lenkung auf. In diesem Fall ist lediglich die Drehschwingungs-Dämpfungsfunktion beeinträchtigt. Aufgrund der erfindungsgemäßen Ausgestaltung der Lenksäulenanordnung kann die gewünschte Direktheit und Exaktheit der Lenkung also auch bei einem Versagen der Drehschwingungs-Dämpfungsvorrichtung gewährleistet werden.Especially advantageous to the above-described construction of the steering column assembly is that the damping device practically wear-free works because the cooperating damping elements preferably are arranged at a small distance from each other. Therefore occurs even with a partial or complete failure of the damping device, For example, in case of failure of one of the damping elements, no game or no enlarged game in the steering. In this case, only the torsional vibration damping function is impaired. by virtue of the embodiment of the invention the steering column assembly can the desired Directness and accuracy of the steering so even in case of failure the torsional vibration damping device guaranteed become.

Sofern mindestens eines der miteinander zusammenwirkenden Dämpfungselemente von einem Elektromagneten gebildet ist, können in einfacher Weise durch definierte Einwirkung auf die Bestromung des Elektromagneten unterschiedliche Betriebszustände der Dämpfungsvorrichtung herbeigeführt werden. Wird beispielsweise der Elektromagnet nicht bestromt, ist die magnetische Wechselwirkung zwischen den ersten und zweiten Dämpfungselementen praktisch aufgehoben, so dass keine beziehungsweise bei einem verbleibenden Restmagnetismus des Elektromagneten eine nur sehr geringe Dämpfungswirkung mehr erzielt wird. Des weiteren kann durch Einstellung der Höhe des durch den Elektromagneten geleiteten Stroms die magnetische Kraft gezielt, das heißt, in gewünschter Weise, beispielsweise in Abhängigkeit der real auftretenden Drehschwingungen in der Lenkspindel, eingestellt werden und damit auch die Dämpfungswirkung der Drehschwingungs-Dämpfungsvorrichtung.Provided at least one of the mutually cooperating damping elements formed by an electromagnet can easily through defined action on the energization of the electromagnet different operating conditions the damping device brought become. If, for example, the electromagnet is not energized, is the magnetic interaction between the first and second damping elements virtually canceled, leaving no or one remaining Residual magnetism of the electromagnet a very little damping effect more is achieved. Furthermore, by adjusting the height of the the magnetic force directed to the electromagnet, this means, in the desired Way, for example, depending the real occurring torsional vibrations in the steering shaft can be adjusted and thus also the damping effect the torsional vibration damping device.

Sofern alle eingesetzten Dämpfungselemente von Permanentmagneten gebildet sind, weist die Dämpfungsvorrichtung lediglich einen Betriebszustand auf, sofern kein Einfluss auf den Freiraum zwischen den Dämpfungselementen genommen wird. Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass in diesen Freiraum ein die magnetische Anziehungskraft zwischen den Dämpfungselementen reduzierendes oder aufhebendes Störelement, welches aus einem nicht ferromagnetischen Material bestehen kann, einbringbar ist. Weitere Ausführungsvarianten zur Beeinflussung der magnetischen Kräfte und somit der Höhe des so erzeugten Rückstelldrehmoments sind möglich.Provided all used damping elements are formed by permanent magnets, the damping device has only an operating condition, if no influence on the free space between the damping elements is taken. According to one another embodiment it is envisaged that in this space a magnetic attraction between the damping elements reducing or canceling interfering element, which consists of a can not exist ferromagnetic material, can be introduced. Further variants for influencing the magnetic forces and thus the height of the sun generated restoring torque are possible.

Bei einem besonders vorteilhaften Ausführungsbeispiel der Lenksäulenanordnung ist vorgesehen, dass die Anordnung der ersten und zweiten Dämpfungselemente relativ zueinander so gewählt ist, dass bei einer Auslenkung der Lenkhandhabe aus einer Mittenstellung mittels dieser Dämpfungselemente ein Rückstellmoment auf die Lenkspindel aufbringbar ist. Mittels der Dämpfungsvorrichtung wird also eine Rückstellung beziehungsweise eine Unterstützung der Rückstellung der Fahrzeuglenkung bewirkt, so dass ein eingelenktes Fahrzeug in eine Geradeausfahrt überführt wird. Mittels der Dämpfungsvorrichtung wird zusätzlich auch noch eine selbsttätige exakte Mittenzentrierung der Lenkhandhabe ermöglicht.at a particularly advantageous embodiment of the steering column assembly is provided that the arrangement of the first and second damping elements relative to each other so chosen that at a deflection of the steering handle from a center position by means of these damping elements a restoring moment can be applied to the steering shaft. By means of the damping device is So a provision or a support the provision the vehicle steering causes, so that a reclined vehicle in a Straight ahead is transferred. By means of the damping device will be added also an automatic one exact centering of the steering handle allows.

Weiterhin wird ein Ausführungsbeispiel der Lenksäulenanordnung bevorzugt, das sich dadurch auszeichnet, dass mindestens eines der Dämpfungselemente ein Elektromagnet ist, der mittels einer Steuer- oder Regeleinrichtung in Abhängigkeit eines Fahrzeugparameters zum Zwecke der Einstellung der Höhe des Rückstellmoments definiert bestrombar ist. Der Fahrzeugparameter kann beispielsweise mittels wenigstens eines Sensors erkannt oder überwacht werden. Bei dem Fahrzeugparameter kann es sich beispielsweise um die Stellung des Lenkrads handeln. Wird eine Auslenkung erkannt, kann durch entsprechende Bestromung des Elektromagnets der Geradeauslauf des Fahrzeugs unterstützt werden. Des Weiteren können definiert die Widerstandskräfte zum Verschwenken des Lenkrads durch Erzeugen einer Zusatzreibung mittels der Dämpfungselemente aufgebracht werden.Farther becomes an embodiment the steering column assembly preferred, which is characterized in that at least one of damping elements an electromagnet is by means of a control or regulating device dependent on a vehicle parameter for the purpose of adjusting the amount of the restoring torque is defined energized. The vehicle parameter can, for example, by means of be detected or monitored at least one sensor. At the vehicle parameter it may be, for example, the position of the steering wheel. If a deflection is detected, can by appropriate energization supported by the electromagnet of the straight-line running of the vehicle. Of Further can defines the resistance forces to Swiveling the steering wheel by generating an additional friction means the damping elements applied become.

Weitere vorteilhafte Ausführungsbeispiele ergeben sich aus Kombinationen der aus der Unteransprüchen, der Beschreibung sowie der Zeichnung hervorgehenden Merkmale. Dabei können die in die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein.Further yield advantageous embodiments itself from combinations of the subclaims, the description and the drawing resulting features. It can in the in the claims and mentioned in the description Features individually for each itself or in any combination essential to the invention.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der einzigen Figur näher erläutert. Diese zeigt in schematischer Darstellung einen Ausschnitt eines Ausführungsbeispiels einer Lenksäulenanordnung 1 für ein Fahrzeug im Querschnitt. Die Lenksäulenanordnung 1 umfasst eine Lenkspindel 3, an deren einem, nicht dargestellten Ende eine Lenkhandhabe, beispielsweise ein Lenkrad, angeordnet ist. Die Lenkspindel dient dabei zum Umsetzen einer Lenkbewegung von der Lenkhandhabe auf ein ebenfalls nicht dargestelltes, am anderen Ende der Lenkspindel 3 vorgesehenes Lenkgetriebe.The invention will be explained in more detail below with reference to the single FIGURE. This shows a schematic representation of a section of an embodiment of a steering column assembly 1 for a vehicle in cross-section. The steering column assembly 1 includes a steering shaft 3 , at the one end, not shown, a steering handle, such as a steering wheel, is arranged. The steering spindle serves to implement a steering movement of the steering handle on a likewise not shown, at the other end of the steering shaft 3 provided steering gear.

Die Lenkspindel 3 ist um eine senkrecht zur Bildebene der Figur verlaufende Achse 5 drehbar, wie mit einem Doppelpfeil 7 angedeutet.The steering spindle 3 is an axis perpendicular to the image plane of the figure 5 rotatable, as with a double arrow 7 indicated.

Die Lenksäulenanordnung 1 weist ferner einen nur angedeuteten Stator 9 auf, welcher an einer nicht dargestellten Aufbaustruktur des Fahrzeugs ortsfest fixierbar ist. In besonders bevorzugter Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Stator 9 von einem an sich bekannten Mantelrohr gebildet ist.The steering column assembly 1 also has a stator only indicated 9 on, which is fixed in place on a body structure, not shown, of the vehicle. In a particularly preferred embodiment, it is provided that the stator 9 is formed by a known casing pipe.

Die Lenksäulenanordnung 1 kann so ausgebildet sein, dass die Lenkspindel 3 höhenverstellbar ausgebildet ist, so dass der Fahrer die Höhenlage der Lenkhandhabe an seine Bedürfnisse anpassen kann. Zu diesem Zweck ist die Lenkspindel 3 um eine nicht dargestellte Achse schwenkbar gelagert. Mittels nicht dargestellter Klemmmittel ist die Lenkspindel 3 – vorzugsweise in jeder Drehwinkellage – feststellbar. Darüber kann die Lenkspindel 3 auch teleskopierbar ausgebildet sein.The steering column assembly 1 can be designed so that the steering shaft 3 is designed adjustable in height, so that the driver can adjust the altitude of the steering handle to his needs. For this purpose, the steering spindle 3 pivotally mounted about an axis, not shown. By means not shown clamping means is the steering shaft 3 - Preferably in each angular position - lockable. Above this, the steering spindle 3 also be designed telescopic.

Die Lenksäulenanordnung 1 weist ferner eine Vorrichtung 11 zur Dämpfung von über die Lenkspindel 3 an die Lenkhandhabe übertragenen Drehschwingungen auf, die ein erstes Dämpfungselement 13 und ein zweites Dämpfungselement 15 aufweist. Das erste Dämpfungselement 13 ist am Außenumfang der Lenkspindel 3 ortsfest angeordnet, während das zweite Dämpfungselement 15 am Stator 9 vorgesehen ist. Die ersten und zweiten Dämpfungselemente 13, 15 sind bei diesem Ausführungsbeispiel von Permanentmagneten gebildet, welche sich hier beispielhaft über einen Winkelbereich von circa 65° erstrecken. Die Anordnung der Permanentmagnete relativ zueinander beziehungsweise die Ausrichtung ihrer magnetischen Pole ist so gewählt, dass die Magnete einander anziehen.The steering column assembly 1 also has a device 11 for damping over the steering spindle 3 transmitted to the steering handle torsional vibrations, which is a first damping element 13 and a second damping element 15 having. The first damping element 13 is on the outer circumference of the steering spindle 3 fixedly disposed while the second damping element 15 at the stator 9 is provided. The first and second damping elements 13 . 15 are formed in this embodiment of permanent magnets, which extend here by way of example over an angular range of about 65 °. The arrangement of the permanent magnets relative to each other or the orientation of their magnetic poles is chosen so that the magnets attract each other.

In der Figur ist die Stellung der Lenkspindel 3 bei einer Geradeausfahrt des Kraftfahrzeugs gezeigt. Es ist ersichtlich, dass die Dämpfungselemente 13, 15 in Größe und Form so aneinander angepasst sind, dass zwischen diesen ein Spalt 17 mit im Wesentlicher konstanter Höhe gebildet ist.In the figure, the position of the steering shaft 3 shown in a straight ahead of the motor vehicle. It can be seen that the damping elements 13 . 15 in size and shape are adapted to each other, that between these a gap 17 is formed with a substantially constant height.

Bei einer Drehbewegung der Lenkspindel 3 um die Achse 5 wird das Dämpfungselement 13 relativ gegenüber dem zweiten, lagefest am Stator 9 angeordneten Dämpfungselement 15 aus seiner in der Figur dargestellten Ausgangs-/Grundstellung bewegt. Aufgrund der magnetischen Anziehungskräfte der Dämpfungselemente 13, 15 wird ein Rückstell-Drehmoment auf die Lenkspindel 3 ausgeübt, welches die Lenkspindel 3 in ihren Mittenlage (Geradeausfahrt), wie in der Figur dargestellt, zurückverlagert. Das mittels der Dämpfungselemente 13, 15 erzeugte Rückstell-Drehmoment dient im Besonderen dazu, die vom Fahrwerk über die Lenkspindel 3 an das Lenkrad übertragenen Drehschwingungen zu reduzieren. Des Weiteren bewirkt es auch eine selbsttätige Rückstellung der Lenkspindel 3 und somit des Lenkrads in ihre/seine Mittenlage (Geradeausfahrt), wie in der Figur dargestellt.During a rotary movement of the steering spindle 3 around the axis 5 becomes the damping element 13 relative to the second, fixed on the stator 9 arranged damping element 15 moved from its initial / basic position shown in the figure. Due to the magnetic attraction of the damping elements 13 . 15 becomes a return torque on the steering shaft 3 exercised, which is the steering shaft 3 in their center position (straight ahead), as shown in the figure, moved back. That by means of the damping elements 13 . 15 generated return torque is used in particular to that of the chassis via the steering shaft 3 to reduce torsional vibrations transmitted to the steering wheel. Furthermore, it also causes an automatic reset of the steering spindle 3 and thus the steering wheel in its / its center position (straight ahead), as shown in the figure.

Bei einem anderen, nicht dargestellten Ausführungsbeispiel der Lenksäulenanordnung 1 ist zumindest eines der Dämpfungselemente 13, 15, vorzugsweise das am Stator 9 angebrachte zweite Dämpfungselement 15, als Elektromagnet ausgebildet, der vorzugsweise mittels einer Steuer- oder Regeleinrichtung in gewünschter Weise definiert bestromt wird, so dass die Größe der zwischen den Dämpfungselementen 13, 15 wirkenden magnetischen Kräfte und somit die Höhe des auf die Lenkspindel 3 ausgeübten Rückstellmomentes variabel, vorzugsweise gezielt einstellbar ist.In another, not shown embodiment of the steering column assembly 1 is at least one of the damping elements 13 . 15 , preferably at the stator 9 attached second damping element 15 , formed as an electromagnet, which is preferably energized defined by a control or regulating device in a desired manner, so that the size of the between the damping elements 13 . 15 acting magnetic forces and thus the height of the steering shaft 3 applied restoring moment variable, preferably selectively adjustable.

Wie aus der Figur ohne weiteres ersichtlich, weist die erfindungsgemäße Vorrichtung 11 nur einen geringen Platzbedarf auf. Des Weiteren sind aufgrund der nur geringen Teilanzahl die Kosten entsprechend gering.As can be readily seen from the figure, the device according to the invention 11 only a small space requirement. Furthermore, due to the small number of parts, the costs are correspondingly low.

Es bleibt festzuhalten, dass die Vorrichtung 11 auch mehrere solcher paarweise angeordneter Dämpfungselemente aufweisen kann, wie vorstehend beschrieben, wobei die Dämpfungselementenpaare vorzugsweise gleichmäßig über den Umfang der Lenkspindel 3 verteilt angeordnet sind.It remains to be noted that the device 11 may also have a plurality of such paired damping elements, as described above, wherein the damping element pairs preferably uniformly over the circumference of the steering shaft 3 are arranged distributed.

Claims

Steering column arrangement ( 1 ) for a vehicle, with a steering spindle ( 3 ), at one end of which a steering handle is arranged, and with a device ( 11 ) for damping over the steering spindle ( 3 ) transmitted to the steering handle torsional vibrations, characterized in that the damping device ( 11 ) a plurality of magnetic or magnetizable damping elements ( 13 . 15 ), wherein a first damping element ( 13 ) with the steering spindle ( 3 ) and by a rotational movement of the steering spindle ( 3 ) relative to a second damping element ( 15 ) is displaceable, and that the first and second damping elements ( 13 . 15 ) at least in a defined operating state of the damping device ( 11 ) attract each other.

Steering column assembly according to claim 1, characterized in that the arrangement of the first and second damping elements ( 13 . 15 ) is selected relative to each other so that when a deflection of the steering handle from a center position by means of these damping elements ( 13 . 15 ) a restoring torque on the steering spindle ( 3 ) can be applied.

Steering column arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that at least one of the damping elements ( 13 . 15 ) is an electromagnet which can be energized defined by means of a control or regulating device in response to a vehicle parameter for the purpose of setting the height of the return torque.

A steering column assembly according to claim 3, characterized in that the control or regulating device Part of a vehicle steering centering is.

Motor vehicle with a steering column assembly according to one of claims 1 to 4.