DE102018212029A1 - Adjustment mechanism for a steering wheel in a motor vehicle - Google Patents

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DE102018212029A1
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Guido Noack
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Robert Bosch GmbH
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    • B62D1/02—Steering controls, i.e. means for initiating a change of direction of the vehicle vehicle-mounted
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    • B62D5/001—Mechanical components or aspects of steer-by-wire systems, not otherwise provided for in this maingroup

Abstract

Verstellmechanismus für ein Lenkrad in einem Kraftfahrzeug, mit einer Lenkradeinheit (1), mit einer Fahrzeugkonsole (3), wobei der Verstellmechanismus mindestens ein Stabpaar (2) aufweist, welches mittig auf einer Achse gelagert ist, wobei das Stabpaar (2) mit einem Ende an der Fahrzeugkonsole (3) geführt wird, und wobei an das andere Ende des Stabpaares (2) ein weiteres Stabpaar oder die Lenkradeinheit (1) befestigt ist.Adjustment mechanism for a steering wheel in a motor vehicle, with a steering wheel unit (1), with a vehicle console (3), the adjustment mechanism having at least one pair of rods (2) which is mounted centrally on an axis, the pair of rods (2) with one end is guided on the vehicle console (3), and a further pair of rods or the steering wheel unit (1) is attached to the other end of the pair of rods (2).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Verstellmechanismus für ein Lenkrad in einem Kraftfahrzeug mit einem steer-by-wire Lenksystem.The present invention relates to an adjusting mechanism for a steering wheel in a motor vehicle with a steer-by-wire steering system.

Stand der TechnikState of the art

Heutige Lenksäulen verfügen größtenteils über einen Teleskopmechanismus, um das Lenkrad im Komfortbereich axial vor- und zurückstellen zu können. Zudem kann das Lenkrad in einer Crashsituation axial nach vorn verlagert werden, wobei Energie abgebaut wird. Die Teleskoprohre werden durch bestimmte Führungssysteme mit Gleit- oder Wälzelementen spielfrei gehalten.Today's steering columns mostly have a telescopic mechanism to enable the steering wheel to be moved axially back and forth in the comfort zone. In addition, the steering wheel can be moved axially forward in a crash situation, whereby energy is dissipated. The telescopic tubes are kept free of play by certain guide systems with sliding or rolling elements.

Die DE 10 2011 056 351 A1 zeigt eine Lenksäule, bei der ein Führungsrohr 5 in einem Mantelrohr gelagert und verstellt wird. Für die Verstellung muss der Fahrer ein Klemmechanismus lösen und kann dann das Lenkrad innerhalb eines definierten Bereichs verstellen. Im Crashfall wird das Führungsrohr über einen größeren Bereich in das Mantelrohr verschoben.The DE 10 2011 056 351 A1 shows a steering column in which a guide tube 5 is stored and adjusted in a jacket tube. For the adjustment, the driver has to release a clamping mechanism and can then adjust the steering wheel within a defined range. In the event of a crash, the guide tube is moved over a larger area into the casing tube.

Die Gesamtlänge des Teleskops einer Lenksäule setzt sich aus den Längen beider Rohre abzüglich der Führungslänge, also der Überdeckung beider Rohre zusammen. Bei zwei Rohren, die je 150 mm lang sind und eine Überdeckung von 50 mm aufweisen, ist das Teleskop bereits 250 mm lang. Der Verfahrweg beträgt in dem Beispiel 100 mm. Soll der Verfahrweg nur um 150mm vergrößert werden, wäre das Telekop 550mm lang. Da bei dieser Länge zur Sicherstellung der Steifigkeit die Überdeckung auf 150mm erhöht werden müsste, ergibt sich eine Länge von 650mm.The total length of the telescope of a steering column is made up of the lengths of both tubes minus the guide length, i.e. the overlap of both tubes. With two tubes, each 150 mm long and with an overlap of 50 mm, the telescope is already 250 mm long. In the example, the travel distance is 100 mm. If the travel path should only be increased by 150mm, the telescope would be 550mm long. Because the length would have to be increased to 150mm to ensure rigidity, this results in a length of 650mm.

Es gibt bereits erste Fahrzeuge, die bestimmte Strecken hochautomatisiert oder vollautomatisch fahren können. Diese Entwicklung wird in Zukunft stark zunehmen. Die Fahrzeuge werden im automatisierten Fahrbetrieb durch einen Computer gesteuert und der Fahrer muss für die Streckenführung nicht mehr in das Lenkrad eingreifen. Damit der Fahrer beispielsweise zum Lesen oder Arbeiten einen maximalen Bewegungsraum hat, muss es möglich sein, das Lenkrad weit nach vorn zu verlagern. Durch die künftigen Erfordernisse an die Komfortverstellung der Lenksäule werden Verfahrwege bis zu 250mm notwendig.The first vehicles are already available that can drive certain routes in a highly automated or fully automated manner. This development will increase strongly in the future. In automated driving, the vehicles are controlled by a computer and the driver no longer has to intervene in the steering wheel for the route. In order for the driver to have a maximum range of motion for reading or working, for example, it must be possible to move the steering wheel far forward. Due to the future requirements for the comfort adjustment of the steering column, travel distances of up to 250mm will be necessary.

Wie bereits erläutert, würde ein Teleskop mit so einem hohem Verfahrweg, auch eine große Länge aufweisen. Eine derartige Lenksäule kann aber im Fahrzeug nicht mehr untergebracht werden, da nicht ausreichend Raum zur Verfügung steht. Zudem würden sich die statischen und dynamischen Steifigkeiten der Lenksäule verschlechtern, wodurch eine höhere Überdeckung und Versteifung notwendig wäre, wodurch sich wieder das Gewicht und die Länge erhöht.As already explained, a telescope with such a long travel path would also have a large length. However, such a steering column can no longer be accommodated in the vehicle since there is insufficient space available. In addition, the static and dynamic stiffness of the steering column would deteriorate, which would require greater coverage and stiffening, which would increase weight and length.

Bei einem steer-by-wire Lenksystem gibt es keine mechanische Verbindung mehr zwischen der Lenksäule und dem Lenkgetriebe. Die Lenkbewegungen am Lenkrad werden mit Sensoren gemessen. Ein Computer berechnet aus diesem Signalen die Ansteuerung des Lenkaktuatores zur Verstellung der Fahrzeugräder. Da der Fahrer durch die fehlende mechanische Verbindung kein Rückmeldungen von der Lenkung bekommt, ist hinter dem Lenkrad ein Motor angeordnet, welche von dem Computer angesteuert wird, um Lenkkräfte für den Fahrer zu simulieren.With a steer-by-wire steering system, there is no longer a mechanical connection between the steering column and the steering gear. The steering movements on the steering wheel are measured with sensors. A computer calculates the control of the steering actuator for adjusting the vehicle wheels from these signals. Since the driver receives no feedback from the steering due to the lack of a mechanical connection, a motor is arranged behind the steering wheel, which is controlled by the computer in order to simulate steering forces for the driver.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Lenksäulenkinematik bereitzustellen, welche höhere axiale Verfahrwege ermöglicht, ohne dabei mehr Raum als heutige Teleskoplenksäulen zu verwenden.It is the object of the invention to provide a steering column kinematics which enables higher axial travel distances without using more space than today's telescopic steering columns.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Diese Aufgabe wird durch die Lehre von Anspruch 1 gelöst, indem die Lenkradeinheit an einem Verstellmechanismus befestigt wird, welcher ein oder mehrere Stabpaare aufweist. Die Teleskopverstellung wird durch einen neuartigen Verstellmechanismus ersetzt. Ein Stabpaar ist jeweils mittig auf einer Achse gelagert. An den beiden Enden eines Stabpaares kann ein weiteres Stabpaar befestigt sein, so dass sich ein Ziehharmonika-Arm bildet. Die Verbindung zwischen zwei Stabpaaren kann wieder durch Achsen oder Schrauben erfolgen, so dass eine Schwenken möglich ist. Bei einem Ziehharmonika-Arm überträgt ein Stabpaar die Bewegung auf das nächste Stabpaar. Das erste Stabpaar wird mit seinen beiden Enden an der Fahrzeugkonspole geführt. Dort kann eine von einem elektrischen Motor angetriebene Gewindestange angeordnet sein. Die Gewindestange weist zwei gegenläufige Gewinde auf. An den Enden des Stabpaares sind Muttern befestigt, welche jeweils mit einem Gewinde der Gewindestange geführt werden.This object is achieved by the teaching of claim 1 in that the steering wheel unit is fastened to an adjusting mechanism which has one or more pairs of rods. The telescopic adjustment is replaced by a new adjustment mechanism. A pair of bars is centered on an axis. A further pair of rods can be attached to the two ends of a pair of rods, so that an accordion arm is formed. The connection between two pairs of rods can again be made by axes or screws, so that pivoting is possible. With an accordion arm, one pair of rods transfers the movement to the next pair of rods. The two ends of the first pair of rods are guided at the vehicle console. A threaded rod driven by an electric motor can be arranged there. The threaded rod has two opposite threads. Nuts are fastened to the ends of the pair of rods, each of which is guided with a thread of the threaded rod.

Die Muttern können durch die gegenläufigen Gewinde aufeinander zu oder voneinander weg bewegt werden. Dadurch ändert sich der Winkel zwischen den zwei Stäben eines Stabpaares und damit die axiale Länge eines Stabpaares.The nuts can be moved towards or away from each other by the opposite threads. This changes the angle between the two bars of a pair of bars and thus the axial length of a pair of bars.

Besteht die Verstelleinheit aus mehreren Stabpaaren wird diese Bewegung von einem Stabpaar auf das nächste übertragen. Damit ändert sich gleichzeitig die axiale Länge aller Stabpaare. Die Lenkradeinheit wird damit ein- und ausgefahren. Durch den neuartigen Verstellmechanismus sind große Verstellwege möglich.If the adjustment unit consists of several pairs of rods, this movement is transferred from one pair of rods to the next. This simultaneously changes the axial length of all pairs of rods. The steering wheel unit is then extended and retracted. The new adjustment mechanism enables large adjustment paths.

Die Lenkradeinheit besteht aus dem Lenkrad, den Sensoren für Lenkwinkel- und Lenkmoment sowie aus einem Force-Feeback Aktuator, welcher dem Fahrer bekannterweise Rückmeldung über die Lenkkräfte gibt. The steering wheel unit consists of the steering wheel, the sensors for steering angle and steering torque as well as a force-feeback actuator, which is known to give the driver feedback on the steering forces.

Um einen stabilen Verstellmechanismus zu erhalten können zwischen Fahrzeugkonsole und Lenkradeinheit auch zwei oder mehrere Ziehharmonika-Arme parallel angeordnet sein.In order to obtain a stable adjustment mechanism, two or more concertina arms can also be arranged in parallel between the vehicle console and the steering wheel unit.

Der elektrische Antrieb der Verstelleinrichtung mit der Gewindestange kann statt an der Fahrzeugkonsole auch an der Lenkradeinheit angeordnet sein. Aus Gewichtsgründen wird aber die Anordnung an der Fahrzeugkonsole bevorzugt. Da sich bei einer Verstellbewegung auch der Abstand der beiden Stabenden an der Lenkradeinheit ändert, müssen die Stabenden verschiebbar, z.B. durch eine Gleitlagerung auf einer Achse, angeordnet sein.The electric drive of the adjusting device with the threaded rod can also be arranged on the steering wheel unit instead of on the vehicle console. For weight reasons, the arrangement on the vehicle console is preferred. Since the distance between the two rod ends on the steering wheel unit also changes during an adjustment movement, the rod ends must be displaceable, e.g. be arranged on a shaft by a plain bearing.

Bevorzugte weitere Ausführungsformen der Erfindung werden anhand der Figuren beschrieben. Dabei zeigen:

  • 1 den erfindungsgemäßen Verstellmechanismus im teilweise ausgefahrenen Zustand
  • 2 den erfindungsgemäßen Verstellmechanismus im eingefahrenen Zustand
  • 3 den erfindungsgemäßen Verstellmechanismus im komplett ausgefahrenen Zustand
Preferred further embodiments of the invention are described with reference to the figures. Show:
  • 1 the adjustment mechanism according to the invention in the partially extended state
  • 2 the adjustment mechanism according to the invention in the retracted state
  • 3 the adjustment mechanism according to the invention in the fully extended state

Die 1 zeigt eine Ausführung des erfindungsgemäßen Verstellmechanismus mit vier Stabpaaren 2, die hintereinander angeordnet sind, wodurch sich ein Ziehharmonika-Arm ergibt. Das erste Stabpaar 2 wird an der Fahrzeugkonsole geführt. Dazu sind an den beiden Stabenden Muttern 6 beweglich angeordnet, welche auf eine Gewindestange 5 aufgeschraubt sind. Die Gewindestange 5 weist zwei gegenläufige Gewinde auf, wobei jede Mutter auf ein Gewinde geschraubt ist. Bei einer Rotation der Gewindestange 5 bewegen sich die Muttern aufeinander zu oder voneinander weg. Ein elektrischer Motor 4 ist an der Fahrzeugkonsole 3 angeordnet um die Gewindestange (5) anzutreiben.The 1 shows an embodiment of the adjustment mechanism according to the invention with four pairs of rods 2 , which are arranged one behind the other, resulting in an accordion arm. The first pair of bars 2 is guided on the vehicle console. There are nuts on the two rod ends 6 movably arranged, which on a threaded rod 5 are screwed on. The threaded rod 5 has two opposite threads, each nut is screwed onto a thread. When the threaded rod rotates 5 the nuts move towards or away from each other. An electric motor 4 is on the vehicle console 3 arranged around the threaded rod ( 5 ) to drive.

An das erste Stabpaar 2 sind drei weitere Stabpaare angeordnet. An dem letzten Stabpaar 2 ist die Lenkradeinheit 1 befestigt. Nicht gezeigt ist, dass die Stabenden durch eine Gleitlagerung auf einer Achse, welche an der Lenkradeinheit 1 befestigt ist, verschiebbar angeordnet sind.To the first pair of rods 2 three further pairs of rods are arranged. On the last pair of rods 2 is the steering wheel unit 1 attached. It is not shown that the rod ends by a sliding bearing on an axis, which is on the steering wheel unit 1 is attached, are arranged displaceably.

In der 2 ist der Verstellmechanismus in dem komplett eingefahrenen Zustand zu sehen. Der Abstand zwischen Lenkradeinheit 1 und Fahrzeugkonsole 3 ist damit am geringsten. Die Muttern des Stabpaares 2 befinden sich jeweils in den äußeren Bereichen der Gewindestange 5.In the 2 the adjustment mechanism can be seen in the fully retracted state. The distance between the steering wheel unit 1 and vehicle console 3 is the least. The nuts of the pair of rods 2 are located in the outer areas of the threaded rod 5 ,

In der 3 ist der Verstellmechanismus in dem komplett ausgefahrenen Zustand zu sehen. Der Abstand zwischen Lenkradeinheit 1 und Fahrzeugkonsole 3 ist damit am größten. Die Muttern des Stabpaares 2 befinden sich nah beieinander und jeweils in den inneren Bereichen der Gewindestange 5.In the 3 the adjustment mechanism can be seen in the fully extended state. The distance between the steering wheel unit 1 and vehicle console 3 is the largest. The nuts of the pair of rods 2 are located close to each other and in the inner areas of the threaded rod 5 ,

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

  • DE 102011056351 A1 [0003]DE 102011056351 A1 [0003]

Claims (5)

Verstellmechanismus für ein Lenkrad in einem Kraftfahrzeug, mit einer Lenkradeinheit (1), mit einer Fahrzeugkonsole (3), dadurch gekennzeichnet, dass der Verstellmechanismus mindestens ein Stabpaar (2) aufweist, welches mittig auf einer Achse gelagert ist, wobei das Stabpaar (2) mit einem Ende an der Fahrzeugkonsole (3) geführt wird, und wobei an das andere Ende des Stabpaares (2) ein weiteres Stabpaar oder die Lenkradeinheit (1) befestigt ist.Adjustment mechanism for a steering wheel in a motor vehicle, with a steering wheel unit (1), with a vehicle console (3), characterized in that the adjustment mechanism has at least one pair of rods (2) which is mounted centrally on an axis, the pair of rods (2) is guided at one end to the vehicle console (3), and a further pair of rods or the steering wheel unit (1) is attached to the other end of the pair of rods (2). Verstellmechanismus für ein Lenkrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Verstellmechanismus zwei, drei, vier oder fünf Stabpaare (2) aufweist, welche jeweils mittig auf einer Achse gelagert sind, wobei das erste Stabpaar (2) mit einem Ende an der Fahrzeugkonsole (3) geführt wird, und wobei an das Ende des letzten Stabpaares die Lenkradeinheit (1) befestigt ist.Adjustment mechanism for a steering wheel after Claim 1 , characterized in that the adjusting mechanism has two, three, four or five pairs of rods (2) which are each mounted centrally on an axis, the first pair of rods (2) being guided at one end to the vehicle console (3), and wherein the steering wheel unit (1) is attached to the end of the last pair of rods. Verstellmechanismus für ein Lenkrad nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Fahrzeugkonsole (3) eine durch einen Motor (4) angetriebene Gewindestange (5) aufweist, auf welcher zwei gegenläufige Gewinde angeordnet sind, und dass an den Enden des ersten Stabpaares (2) Muttern befestigt sind, welche auf der Gewindestange (5) geführt werden.Adjustment mechanism for a steering wheel after Claim 1 or 2 , characterized in that the vehicle console (3) has a threaded rod (5) driven by a motor (4), on which two counter-rotating threads are arranged, and in that at the ends of the first pair of rods (2) nuts are fastened, which on the Threaded rod (5) are guided. Verstellmechanismus für ein Lenkrad nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Muttern jeweils auf ein Gewinde der Gewindestange (5) geschraubt sind und dass bei Rotation der Gewindestange (5) sich die Muttern aufeinander zu oder voneinander weg bewegen, wodurch sich die axiale Länge eines Stabpaares (2) ändert.Adjustment mechanism for a steering wheel after Claim 3 , characterized in that the nuts are each screwed onto a thread of the threaded rod (5) and that when the threaded rod (5) rotates, the nuts move towards or away from one another, as a result of which the axial length of a pair of rods (2) changes. Verstellmechanismus für ein Lenkrad nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Lenkradeinheit (1) einen Force-Feedback-Aktuator umfasst.Adjustment mechanism for a steering wheel according to one of the Claims 1 to 4 , characterized in that the steering wheel unit (1) comprises a force feedback actuator.
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