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Die Erfindung betrifft eine insbesondere elektromechanische, für ein Kraftfahrzeug bestimmte Servolenkung mit einer Lenksäule und mit einer zur Einleitung eines Drehmoments bestimmten elektrischen Antriebseinheit, welche an einer Aufnahme entgegen einer vorbestimmten Fixierkraft aufgrund einer insbesondere unfallbedingten äußeren Krafteinwirkung aus einer Betriebsposition in eine Crashposition beweglich angeordnet ist.
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Elektrisch angetriebene Servolenkungen sind in der Praxis bereits vielfach im Einsatz und somit durch offenkundige Vorbenutzung allgemein bekannt. Der wesentliche Vorteil des elektrischen Antriebs liegt darin, die Lenkung adaptiv auszulegen und auch durch Assistenzsysteme überlagern zu können, indem durch den Antrieb die mechanische Lenkbewegung des Fahrers mit einer unterstützenden Hilfskraft überlagert wird. Die Steuerung erlaubt eine Lenkradmomentänderung beispielsweise in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit. Derartige elektromechanische Servolenkungen werden auch als EPS-(Electric Power Steering), EPAS-(Electric Power Assisted Steering) oder als sogenanntes SbW-(Steer-by-Wire)Lenksystem bezeichnet.
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Bei elektromechanischen Servolenkungen unterstützt und überlagert ein programmgesteuerter Elektrostellmotor als Antrieb an der Mechanik der Lenksäule oder des Lenkgetriebes die Lenkbewegungen des Fahrers. Hierzu wird ein Soll-Lenkmoment ermittelt, das an einem Lenkrad angelegt wird, um die von dem Fahrer aufgebrachte Kraft zu unterstützen oder der von dem Fahrer aufgebrachten Kraft entgegenzuwirken.
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Aktuell eingesetzte Lenksysteme generieren auf der Basis einer anliegenden Zahnstangenkraft ein Motormoment, um dem Fahrer die entsprechende Lenkunterstützung bereitzustellen.
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Es sind auch bereits eine Vielzahl von Vorschlägen bekannt geworden, welche der Verbesserung des Insassenschutzes dienen sollen, indem eine Übertragung äußerer Krafteinwirkungen auf die Lenksäule durch relativ verschiebbare, beispielsweise teleskopierbare Elemente vermieden wird. Dadurch wird bei einem Aufprall des Fahrzeugs auf ein Hindernis und bei einer hierdurch hervorgerufenen Deformation des vorderen Teils des Fahrzeugs vermieden, dass sich die Lenkwelle lanzenartig in das Innere des Fahrgastraums verschiebt und so Verletzungen bei den Insassen hervorruft.
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Hierzu schlägt die
EP 1 862 371 A2 eine elektrische Servolenkung mit einem an der Karosserie fixierten elektrischen Antrieb vor, dessen Rotor und Stator relativ zueinander axial beweglich verbunden sind.
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Die
DE 20 2004 003 949 U1 betrifft eine motorische Lenkhilfe für Kraftfahrzeuge mit zwei Servomotoren, die ein Hilfsdrehmoment auf eine Lenkwelle ausüben. Eine im Hinblick auf einen eventuellen Crash des Fahrzeugs besonders vorteilhafte Ausführungsform betrifft eine Ausgangswelle, eine vorzugsweise innenverzahnte Hohlwelle und eine in dieser drehfest angeordnete und zugleich teleskopartig verschiebbare Welle, vorzugsweise eine Keilwelle.
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Die
DE 10 2009 017 054 A1 beschreibt eine Lenksäule für Kraftfahrzeuge mit einer Lenkspindel, die aus zwei ineinandergreifenden Lenkspindelteilen besteht, die relativ zueinander verschiebbar sind. Bei einem Crashfall wird über das Lenkrad der obere Lenkspindelteil axial verschoben. Das Gleitelement stellt hierbei sicher, dass ein Rohransatz gegenüber dem Lagerrohr verschoben werden kann.
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Die
DE 10 2007 000 940 A1 betrifft eine Überlagerungslenkung für ein Fahrzeug, durch die dem von einem Fahrer an einem Lenkrad gewählten Lenkwinkel bei Bedarf ein weiterer Drehwinkel durch einen Aktuator überlagert werden kann. Der zusätzliche Drehwinkel dient zur Erhöhung der Fahrstabilität des Fahrzeugs. Um das Verletzungsrisiko bei einem Unfall zu minimieren, ist eine Getriebeausgangswelle des Überlagerungsgetriebes mit einer formschlüssig längsnachgiebigen Kupplung verbunden, wobei das Überlagerungsgetriebe oder der Servomotor karosseriefest angebunden sind. Hierzu ist die Lenkwelle als Teleskopwelle ausgebildet oder zumindest mit einem oder mehreren Abschnitten in Form von Teleskopzwischenwellen versehen, die ein Ineinanderschieben der Wellenteile gestatten.
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Es ist verständlich, dass bereits eine geringfügige Abweichung der tatsächlichen Kraftwirkrichtung von der theoretischen Kraftwirkrichtung dazu führt, dass sich Elemente nicht in gewünschter Weise ineinander verschieben lassen, sondern verklemmen. In einem solchen Fall führt die Krafteinwirkung dazu, dass sich die gesamte Lenksäule aufrichtet und die Wirksamkeit der an dem Lenkrad vorhandenen passiven Unfallschutzelemente ebenso wie beispielsweise die Funktion des Airbags beeinträchtigt werden könnten.
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Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine elektromechanische Servolenkung der eingangs genannten Art so auszuführen, dass der Insassenschutz in einfacher Weise verbessert wird.
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Diese Aufgabe wird gelöst mit einer Servolenkung gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Die Unteransprüche betreffen besonders zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung.
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Erfindungsgemäß ist also eine Servolenkung vorgesehen, bei welcher die Antriebseinheit mittels eines quer zu der Längsachse der Lenksäule angeordneten Fixierelements fixiert ist und bei Überschreiten einer die maximale Fixierkraft übersteigenden Krafteinwirkung im Wesentlichen parallel zu der Längsachse der Lenksäule beweglich, insbesondere verschiebbar, ausgeführt ist. Hierdurch wird sichergestellt, dass selbst bei hohen äußeren Krafteinwirkungen die Unfallschutzmaßnahmen, beispielsweise vorhandene aktive oder passive Crashelemente, unabhängig von der dabei eintretenden Verlagerung des Antriebs in Richtung der unteren Lenksäule uneingeschränkt funktionsfähig sind. Der Schutz der Fahrzeuginsassen wird dadurch wesentlich verbessert. Die kraftschlüssige Fixierung kann durch beliebige, an sich bekannte Maschinenelemente realisiert werden. Beispielsweise sind in einer einfachen Variante ineinander eingreifende Profile einsetzbar, deren Fixierkraft durch eine Materialvorspannung realisiert sein kann. Weiterhin kann das Fixierelement, beispielsweise ein Bolzen oder eine Schraube, mit einem die Bohrung überdeckenden Kopf gegen einen Randbereich kraftschlüssig anliegen. Hierbei soll unter dem Begriff der äußeren Krafteinwirkung jede im Kollisionsfall auftretende unmittelbare oder mittelbare Krafteinleitung verstanden werden, unabhängig von einer direkten Einwirkung auf die Fahrzeuginsassen. Dabei wird die Fixierkraft so bestimmt, dass diese im gewöhnlichen Betrieb des Kraftfahrzeugs durch eine äußere Krafteinwirkung nicht erreicht wird, insbesondere also eine unbeabsichtigte Auslösung ausgeschlossen ist.
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Die Aufnahme für den Antrieb könnte mit einer Sollbruchstelle ausgestattet sein, um so bei Überschreiten der vorbestimmten Krafteinwirkung eine zuverlässige Trennung zu erreichen. Besonders praxisgerecht ist es hingegen, wenn die Antriebseinheit kraftschlüssig, beispielsweise mittels einer Klemmverbindung, an der Aufnahme fixiert ist und eine einfache Anpassung der vorbestimmten Fixierkraft ermöglicht, sodass die Fixierkraft beispielsweise in Abhängigkeit von Fahrzeugvarianten oder Ausstattungsvarianten bzw. abweichenden gesetzlichen Vorgaben unterschiedlich eingestellt werden kann. Zudem kann die Aufnahme nach einem Unfall gegebenenfalls wiederverwendet werden.
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Die translatorische, relative Bewegung der Antriebseinheit könnte je nach Wirkrichtung der Krafteinwirkung in unterschiedliche Richtungen in Bezug auf die Mittelachse der Lenksäule erfolgen. Besonders sinnvoll ist es hingegen, wenn die translatorische Bewegung des Antriebs auf eine Richtung begrenzt ist. Hierdurch wird sichergestellt, dass der Antrieb auch unter unvorhersehbaren äußeren Krafteinwirkungen bzw. Verformungen nicht in den Fußraum des Kraftfahrzeugs hinein verlagert und dadurch das Verletzungsrisiko erhöht wird.
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Bei einer weiteren, ebenfalls besonders praxisnahen Variante wird eine unerwünschte weitere Verlagerung des Antriebs aus der Crashposition in eine weitere Position vermieden, wenn der Antrieb nach einer translatorischen Bewegung in der Crashposition verrastet und nur durch einen manuellen Eingriff aus der Crashposition gelöst werden kann. Wenn der Antrieb diese vorbestimmte Crashposition erreicht hat, wird eine weitere Verlagerung wirkungsvoll verhindert. Insbesondere wird dadurch der Weg so begrenzt, dass die im Hinblick auf den Insassenschutz optimale Crashposition sicher eingehalten wird, selbst wenn es zu einer weiteren oder fortgesetzten äußeren Krafteinwirkung kommt.
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Vorzugsweise ist der Antrieb mittels einer Kulissenführung oder einer Schiebeführung entlang einer definierten Bewegungsbahn begrenzt beweglich angeordnet. Hierdurch wird eine unkontrollierte Bewegung des Antriebs oder gar eine vollständige Trennung des Antriebs von der Aufnahme verhindert.
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Weiterhin erweist es sich als besonders sinnvoll, wenn die Antriebseinheit gemeinsam mit einer Getriebeeinheit, insbesondere umfassend eine Antriebsschnecke und ein Schneckenrad, in Richtung der Längsachse der Lenksäule verschiebbar ist. Hierzu ist dem Getriebe ein Zahnrad zugeordnet, welches drehfest und zugleich axial verschiebbar mit einer Antriebswelle der Lenksäule verbunden ist, sodass bei einer Verlagerung der Antriebseinheit die Übertragung des Antriebsmoments nicht unterbrochen wird. Auf diese Weise wird erreicht, dass auch bei einer crashbedingten Verlagerung das von dem Antrieb erzeugte Drehmoment zuverlässig auf die Gelenkwelle übertragen werden kann. Hierzu ist das Schneckenrad auf der entsprechend abschnittsweise als Keilwelle ausgeführten Gelenkwelle axial verschiebbar angeordnet, sodass eine Drehmomentübertragung auch in unterschiedlich verlagerten Positionen sichergestellt ist.
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Eine andere, ebenfalls besonders bevorzugte Variante wird erreicht, wenn der Antrieb mit einem Getriebe zu einer Baueinheit verbunden ist, welche parallel zu der Längsachse der Lenksäule verschiebbar ist. Indem der Antrieb gemeinsam mit dem Getriebe zu einer Baueinheit verbunden ist, wird eine einfache Fixierung der Einheit realisiert.
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Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips ist eine davon in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Diese zeigt in
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1 einen unteren Abschnitt einer Lenksäule mit einer Antriebseinheit in einer Betriebsposition;
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2 eine Crashsituation der Lenksäule mit der hierbei relativ verlagerten Antriebseinheit.
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In den 1 und 2 ist ein unterer, dem Fußraum eines nicht gezeigten Kraftfahrzeugs zugeordneter Abschnitt einer Lenksäule 1 mit einer zur Einleitung eines unterstützenden Drehmoments bestimmten Antriebseinheit 2 mit einem elektrischen Antrieb 3 dargestellt, wobei 1 eine normale Betriebsposition und 2 eine crashbedingt um einen Betrag D verlagerte Position zeigt. Bei einer unfallbedingten Deformation im Frontbereich des Kraftfahrzeugs kommt es zu einer Krafteinwirkung 4, durch welche sich bei dem Stand der Technik die gesamte Lenkung aufrichten kann und die die Wirksamkeit der an dem nicht gezeigten Lenkrad vorhandenen passiven Unfallschutzelemente ebenso wie beispielsweise die Funktion des Airbags beeinträchtigen kann. Erfindungsgemäß wird eine derartige Übertragung einer verformungsbedingten Krafteinwirkung 4 dadurch vermieden, dass die Antriebseinheit 2 bei einer die Fixierkraft überschreitenden Krafteinwirkung 4 im Wesentlichen parallel zu einer Längsachse 5 der Lenksäule 1 verschiebbar ausgeführt ist. Hierzu hat die Antriebseinheit 2 eine Aufnahme 6 mit einem Langloch, durch welches ein Fixierelement 7 axial hindurchgeführt ist, das seinerseits an einem nicht weiter dargestellten karosserieseitigen Halteelement abgestützt ist. Durch die Abmessungen des Langlochs ist zugleich der Weg der maximalen Verlagerung begrenzt, sodass ein unkontrolliertes Eindringen der Antriebseinheit 2 in den Innenraum ausgeschlossen ist. Die Antriebseinheit 2, welche zumindest eine nicht gezeigte Antriebsschnecke und ein ebenfalls nicht gezeigtes Schneckenrad umfasst, ist hierbei auf der Lenksäule 1, die hierzu abschnittsweise als eine Keilwelle ausgeführt ist, in Richtung der Längsachse 5 axial verschiebbar abgestützt. Eine Drehmomentübertragung ist daher selbst dann gewährleistet, wenn es zu einer crashbedingten Verlagerung der Antriebseinheit 2 gekommen ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Lenksäule
- 2
- Antriebseinheit
- 3
- Antrieb
- 4
- Krafteinwirkung
- 5
- Längsachse
- 6
- Aufnahme
- 7
- Fixierelement
- D
- Verlagerung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 1862371 A2 [0006]
- DE 202004003949 U1 [0007]
- DE 102009017054 A1 [0008]
- DE 102007000940 A1 [0009]
