DE102019209114A1

DE102019209114A1 - Adjustable steer-by-wire steering column for a motor vehicle

Info

Publication number: DE102019209114A1
Application number: DE102019209114.8A
Authority: DE
Inventors: Peter Marx; Mirko Przybylski; Thomas Knopp; Christopher Kreis; Ernst Wilske
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2019-06-24
Filing date: 2019-06-24
Publication date: 2020-12-24

Abstract

Verstellbare Steer-by-Wire Lenksäule (2) für ein Kraftfahrzeug, umfassend eine teleskopierbare Lenkrohranordnung (4) mit einer Lenkradanbindungsstelle (6) zum Anbinden eines Lenkrads (8), ein erstes inneres Profil (16) und ein zweites äußeres Profil (20), einen zweistufigen Antrieb (10) mit einem Antriebsmotor (11) und zumindest einem ersten und einem zweiten Antriebsmittel (12, 14) zum Verschieben des ersten Profils (16) relativ zum zweiten Profil (20), wobei zumindest ein Antriebsmittel (12, 14) in Form eines flexiblen Zugmittels gebildet ist.Adjustable steer-by-wire steering column (2) for a motor vehicle, comprising a telescopic steering tube arrangement (4) with a steering wheel connection point (6) for connecting a steering wheel (8), a first inner profile (16) and a second outer profile (20) , a two-stage drive (10) with a drive motor (11) and at least a first and a second drive means (12, 14) for moving the first profile (16) relative to the second profile (20), wherein at least one drive means (12, 14 ) is formed in the form of a flexible traction means.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine verstellbare Steer-by-Wire Lenksäule für ein Kraftfahrzeug. Ferner betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug mit einer gattungsgemäßen Lenksäule.The present invention relates to an adjustable steer-by-wire steering column for a motor vehicle. The invention also relates to a motor vehicle with a generic steering column.

Im Gegensatz zu Kraftfahrzeugen mit Lenksystemen, bei welchen eine über ein Lenkrad in eine Lenksäule eingebrachte Lenkkraft über elektromechanische Mittel an eine Lenkachse weitergeleitet werden und eine direkte mechanische Kopplung zwischen dem Lenkrad und der Lenkachse besteht, hat es sich bei Kraftfahrzeugen mit einem autonomen Fahrmodus bewährt, das Lenkrad mechanisch von der Lenkachse zu entkoppeln.In contrast to motor vehicles with steering systems, in which a steering force introduced into a steering column via a steering wheel is passed on to a steering axle via electromechanical means and there is a direct mechanical coupling between the steering wheel and the steering axle, it has proven itself in vehicles with an autonomous driving mode, to mechanically decouple the steering wheel from the steering axle.

Lenksäulen mit einer mechanischen Entkopplung von Lenkrad und Lenkachse werden auch als „Steer-by-Wire Lenksäule“ bezeichnet, da eine Übertragung eines Einschlagwinkels des Lenkrads an die Lenkachse ausschließlich elektronisch erfolgt. Gattungsgemäße Lenksäulen weisen daher zur Erfassung des Lenkradeinschlagwinkels eine spezielle Sensorik auf.Steering columns with a mechanical decoupling of the steering wheel and steering axle are also referred to as “steer-by-wire steering columns”, since the steering wheel's angle of lock is transmitted electronically to the steering axle. Generic steering columns therefore have a special sensor system for detecting the steering wheel angle.

Aus Gründen der Fahrsicherheit sowie des Fahrkomforts weisen Lenksäulen zumindest eine axiale sowie eine rotatorische Verstellmöglichkeit auf. Auf diese Weise ist eine Lage des Lenkrads relativ zum Fahrer einstellbar und ist somit für verschiedene Fahrer des Kraftfahrzeugs individuell anpassbar. Bei einem autonomen Fahrbetrieb ist ein Eingreifen seitens des Fahrers nicht erforderlich, sodass das Lenkrad lediglich einen Freiraum des Fahrers begrenzt. Daher ist es vorteilhaft, die Lenksäule derart zu gestalten, dass das Lenkrad vollständig oder nahezu vollständig im Cockpit des Kraftfahrzeugs versenkbar ist. Zur Steigerung des Komforts weisen moderne Steer-by-Wire Lenksäulen zudem eine automatische Verstellbarkeit auf.For reasons of driving safety and driving comfort, steering columns have at least one axial and one rotary adjustment option. In this way, a position of the steering wheel relative to the driver can be adjusted and can thus be individually adapted for different drivers of the motor vehicle. In the case of autonomous driving, the driver does not need to intervene, so that the steering wheel only limits the driver's free space. It is therefore advantageous to design the steering column in such a way that the steering wheel can be completely or almost completely retracted into the cockpit of the motor vehicle. To increase comfort, modern steer-by-wire steering columns also have automatic adjustability.

Aus der DE 10 2015 224 602 A1 ist eine Lenksäule für eine Steer-by-Wire Lenkeinrichtung bekannt. Die Längsverstellung erfolgt hierbei über ein teleskopierbares Außenrohr und einen innenliegenden Spindelantrieb, wobei die Spindel zweiteilig und teleskopierbar ausgeführt ist.From the DE 10 2015 224 602 A1 a steering column for a steer-by-wire steering device is known. The longitudinal adjustment takes place here via a telescopic outer tube and an internal spindle drive, the spindle being designed in two parts and telescopic.

Die DE 10 2016 214 709 A1 zeigt eine Lenksäule für ein Kraftfahrzeug, die eine lineare Führung mit seitlicher Verzahnung zur Verrastung bzw. Verriegelung aufweist, welche seitlich am Mantelrohr der Lenksäulen angeordnet ist.The DE 10 2016 214 709 A1 shows a steering column for a motor vehicle, which has a linear guide with lateral teeth for latching or locking, which is arranged laterally on the jacket tube of the steering column.

Indirekt verstellbare Riemenantriebe in Verstellantrieben sind ferner beispielsweise aus den Druckschriften DE 42 06 176 C1 , GB 2 304 865 A , DE 10 2008 043 905 A1 und DE 10 2013 101 045 B3 bekannt.Indirectly adjustable belt drives in adjusting drives are also from the publications, for example DE 42 06 176 C1 , GB 2 304 865 A , DE 10 2008 043 905 A1 and DE 10 2013 101 045 B3 known.

Eine Lenkeinheit für Fahrzeuge ist ferner aus der Druckschrift DE 42 40 448 A1 bekannt.A steering unit for vehicles is also from the publication DE 42 40 448 A1 known.

Aus dem Stand der Technik ist somit zwar eine Verstellmöglichkeit einer Lenksäule für ein Kraftfahrzeug in axialer Richtung bekannt, jedoch sind die Verstellbereiche, insbesondere aufgrund der verwendeten Antriebe beschränkt. Mit der für einen autonomen Fahrbereich beschriebenen Möglichkeit einer Versenkung des Lenkrads im Armaturenbrett geht jedoch ein Wunsch nach einem deutlich größeren Verstellbereich als bei klassischen Lenksäulen einher, sodass häufig Verstellwege von bis zu 300 mm gewünscht werden. Mit den bisher bekannten Antriebsmitteln, wie Hebelwippen oder manuellen Rastschienen kann eine solche Gesamtlänge des Verstellweges unter gleichzeitiger Sicherstellung der nötigen Stabilität nicht gewährleistet werden.From the prior art, an adjustment option of a steering column for a motor vehicle in the axial direction is known, but the adjustment ranges are limited, in particular due to the drives used. However, the possibility of lowering the steering wheel in the dashboard described for an autonomous driving area is accompanied by a desire for a significantly larger adjustment range than with classic steering columns, so that adjustment distances of up to 300 mm are often desired. With the previously known drive means, such as rocker levers or manual locking rails, such a total length of the adjustment path while at the same time ensuring the necessary stability cannot be guaranteed.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die voranstehend beschriebenen Nachteile einer verstellbaren Steer-by-Wire Lenksäule zumindest teilweise zu beheben, insbesondere ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine stabile verstellbare Steer-by-Wire Lenksäule zur Verfügung zu stellen, die auf einfache und kostengünstige Art und Weise herstellbar ist und insbesondere einen großen Verstellweg garantiert.It is therefore the object of the present invention to at least partially remedy the disadvantages of an adjustable steer-by-wire steering column described above; in particular, the object of the present invention is to provide a stable, adjustable steer-by-wire steering column which can be produced in a simple and inexpensive manner and, in particular, guarantees a large adjustment path.

Die voranstehende Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie ein Kraftfahrzeug, umfassend eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Weitere Merkmale und Details ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Technische Merkmale, die zu der erfindungsgemäßen Vorrichtung offenbart werden gelten dabei auch in Verbindung mit dem erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug und umgekehrt, sodass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird bzw. werden kann. Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen ausgeführt.The above object is achieved by a device with the features of claim 1 and a motor vehicle comprising a device with the features of claim 1. Further features and details emerge from the subclaims, the description and the drawings. Technical features that are disclosed for the device according to the invention also apply in connection with the motor vehicle according to the invention and vice versa, so that with regard to the disclosure of the individual aspects of the invention, reference is or can always be made to each other. Expedient refinements of the invention are set out in the dependent claims.

Die gegenständliche verstellbare Steer-by-Wire Lenksäule kann vorzugsweise in Personenkraftwagen oder Lastkraftwagen eingesetzt werden. Ebenso ist jedoch auch ein Einsatz in Nutzfahrzeugen, wie Gabelstaplern oder in Flugobjekten oder Schiffen denkbar.The adjustable steer-by-wire steering column in question can preferably be used in passenger cars or trucks. However, use in commercial vehicles such as forklifts or in flying objects or ships is also conceivable.

Die gegenständliche verstellbare Steer-by-Wire Lenksäule für ein Kraftfahrzeug umfasst hierbei eine teleskopierbare Lenkrohranordnung mit einer Lenkradanbindungsstelle zum Anbinden eines Lenkrads, ein erstes inneres Profil und ein zweites äußeres Profil. Ferner umfasst die gegenständliche Lenksäule einen zweistufigen Antrieb mit einem Antriebsmotor und zumindest einem ersten und einem zweiten Antriebsmittel zum Verschieben des ersten Profils relativ zum zweiten Profil sowie das erfindungsgemäße Merkmal, dass zumindest ein Antriebsmittel in Form eines flexiblen Zugmittels gebildet ist.The subject adjustable steer-by-wire steering column for a motor vehicle comprises a telescopic steering tube arrangement with a steering wheel connection point for connecting a steering wheel, a first inner profile and a second outer profile. Furthermore, the steering column in question comprises a two-stage drive with a drive motor and at least one first and one second drive means for moving the first Profile relative to the second profile and the inventive feature that at least one drive means is formed in the form of a flexible traction means.

Das flexible Zugmittel ist hierbei zur Ausführung bzw. Übertragung einer Zugkraft vorgesehen und vorzugsweise in Form eines Riemenelementes, insbesondere in Form eines Bandriemens, Zahnriemens oder Keilriemens gebildet. Es kann aber auch in Form von Seilzügen, wie Bowdenzügen oder dergleichen gebildet sein. Das gegenständliche erste innere und zweite äußere Profil ist hierbei zumindest teilweise in Form von beweglichen bzw. bewegbaren Profilen gebildet, wobei insbesondere das innere Profil bewegbar ist. Das äußere Profil ist dagegen vorzugsweise fest an dem Rahmen bzw. einem Rahmenelement des Kraftfahrzeugs befestigt und insbesondere als Verstärkungselement bzw. als stabilisierendes Element ausgebildet. Im Rahmen einer einfachen und komfortablen Verstellung einer Position der erfindungsgemäßen verstellbaren Steer-by-Wire Lenksäule kann diese vorzugsweise in Form einer elektrisch verstellbaren Lenksäule gebildet sein. Hierbei kann die Lenksäule vorteilhafterweise über einen in Form eines Elektromotors gebildeten Antriebsmotor in ihrer Position verstellbar, insbesondere stufenlos verstellbar sein. Im Hinblick auf eine gewichtsoptimierte und gleichzeitig stabile und hinsichtlich der Kräfte symmetrisch verteilte Ausführung der gegenständlichen Lenksäule kann erfindungsgemäß ferner vorgesehen sein, dass zumindest vier Antriebsmittel innerhalb der verstellbaren Lenksäule angeordnet sind, wobei vorzugsweise jeweils zwei Antriebsmittel gegenüberliegend voneinander, insbesondere spiegelsymmetrisch zueinander angeordnet sein können. Unter einem erfindungsgemäßen zweistufigen Antrieb kann im Rahmen der Erfindung insbesondere die Generierung zweier voneinander separierbarer Bewegungen durch die Einwirkung einer Kraft mittels eines einzigen Antriebs verstanden werden. Die separierbaren Bewegungen können sich hierbei beispielsweise im Hinblick auf die zurückgelegte Strecke, die Geschwindigkeit und/oder die Beschleunigung der Bewegung unterscheiden, können dagegen aber vorzugsweise dieselbe Richtung aufweisen und insbesondere gleichzeitig ausgeführt werden. Es versteht sich, dass im Rahmen der Erfindung alternativ zu einem zweistufigen Antrieb auch ein mehrstufiger Antrieb, wie ein drei- vier- oder fünfstufiger Antrieb vorgesehen sein kann.The flexible traction means is provided here for executing or transmitting a tractive force and is preferably in the form of a belt element, in particular in the form of a belt belt, toothed belt or V-belt. However, it can also be in the form of cables, such as Bowden cables or the like. The first inner and second outer profile in question is here at least partially in the form of movable or movable profiles, the inner profile in particular being movable. In contrast, the outer profile is preferably firmly attached to the frame or a frame element of the motor vehicle and is designed in particular as a reinforcing element or as a stabilizing element. As part of a simple and convenient adjustment of a position of the adjustable steer-by-wire steering column according to the invention, this can preferably be in the form of an electrically adjustable steering column. The position of the steering column can advantageously be adjusted, in particular continuously adjustable, by means of a drive motor in the form of an electric motor. With regard to a weight-optimized and at the same time stable and with regard to the forces symmetrically distributed design of the steering column in question, it can furthermore be provided according to the invention that at least four drive means are arranged within the adjustable steering column, wherein preferably two drive means can be arranged opposite one another, in particular mirror-symmetrically to one another. In the context of the invention, a two-stage drive according to the invention can in particular be understood to mean the generation of two movements that can be separated from one another by the action of a force by means of a single drive. The separable movements can differ here, for example, with regard to the distance covered, the speed and / or the acceleration of the movement, but, on the other hand, can preferably have the same direction and in particular be carried out simultaneously. It goes without saying that within the scope of the invention, as an alternative to a two-stage drive, a multi-stage drive, such as a three, four or five-stage drive, can also be provided.

Die gegenständliche Lenkradanbindungsschnittstelle ist zum Anbinden eines Lenkrads an die Lenksäule ausgebildet. Hierfür weist die Lenkradanbindungsschnittstelle beispielsweise eine Montageplatte, einen Montagerahmen oder dergleichen auf, an welcher das Lenkrad anordenbar ist. Ferner weist die Lenkradanbindungsschnittstelle vorzugsweise Durchführungen zum Durchführen von Befestigungsmitteln, insbesondere Schrauben, Bolzen oder dergleichen, auf. Es ist bevorzugt, dass die Lenkradanbindungsschnittstelle einen Formschlussabschnitt, wie beispielsweise einen Absatz, zum relativen Ausrichten des Lenkrads und/oder ein sonstiges Befestigungsmittel, wie beispielsweise eine Gewindestange, zum lösbaren Befestigen des Lenkrads an der Lenkradanbindungsschnittstelle aufweist. Die Lenkradanbindungsschnittstelle ist vorzugsweise an einem ersten Ende der Lenkrohranordnung angeordnet.The steering wheel connection interface in question is designed to connect a steering wheel to the steering column. For this purpose, the steering wheel connection interface has, for example, a mounting plate, a mounting frame or the like on which the steering wheel can be arranged. Furthermore, the steering wheel connection interface preferably has bushings for passing through fastening means, in particular screws, bolts or the like. It is preferred that the steering wheel connection interface has a form-fit section, such as a shoulder, for relative alignment of the steering wheel and / or some other fastening means, such as a threaded rod, for detachably fastening the steering wheel to the steering wheel connection interface. The steering wheel connection interface is preferably arranged at a first end of the steering tube arrangement.

Mittels der erfindungsgemäßen verstellbaren Steer-by-Wire Lenksäule für ein Kraftfahrzeug ist es insbesondere möglich, selbst große Verstellwege von bis zu 300 mm, wie sie insbesondere für Anwendungen des autonomen Fahrens vorteilhaft sind, im Rahmen einer gleichzeitig stabilen Ausführung zu gewährleisten. Hierbei erlaubt vor allem die erfindungsgemäße Trennung von Führung und Antrieb, bzw. von Führungselementen und Antriebselementen eine gleichzeitig stabile und weit verstellbare bzw. verfahrbare Lösung. Die erfindungsgemäße Ausbildung zumindest eines der Antriebsmittel in Form eines flexiblen Zugmittels ermöglicht hierbei zudem eine einerseits flexible aber dennoch zugfeste Lagerung, die gegenüber einer Deachsierung und einem Versatz unempfindlich ist.By means of the adjustable steer-by-wire steering column according to the invention for a motor vehicle, it is in particular possible to ensure even large adjustment paths of up to 300 mm, as they are particularly advantageous for applications of autonomous driving, within the scope of a simultaneously stable design. Above all, the separation according to the invention of guide and drive, or of guide elements and drive elements, allows a solution that is both stable and widely adjustable or movable at the same time. The design according to the invention of at least one of the drive means in the form of a flexible traction means also enables a mounting that is flexible on the one hand, but nonetheless resistant to tension, which is insensitive to de-axisization and offset.

Im Hinblick auf die Gewährleistung einer gleichzeitig flexiblen und stabilen verstellbaren Lenksäule kann erfindungsgemäß vorteilhafter Weise zudem vorgesehen sein, dass zumindest ein Antriebsmittel in Form eines Zahnstangenelementes gebildet ist. Vorzugsweise kann im Rahmen der Erfindung ein erstes inneres Profil über ein Riemenelement, wie einen Keilriemen oder dergleichen angetrieben werden, wohingegen ein weiteres Profil mittels eines Zahnstangenelementes oder dergleichen angetrieben wird.With a view to ensuring a simultaneously flexible and stable adjustable steering column, it can also advantageously be provided according to the invention that at least one drive means is formed in the form of a rack element. Preferably, within the scope of the invention, a first inner profile can be driven via a belt element, such as a V-belt or the like, whereas a further profile is driven by means of a rack element or the like.

Im Rahmen einer besonders komfortablen und zugleich ästhetisch ansprechenden Lenksäule kann erfindungsgemäß ferner vorgesehen sein, dass die Antriebsmittel derart ausgebildet und zueinander angeordnet sind, dass das erste Profil relativ zum zweiten Profil um zumindest 200 mm, vorzugsweise um zumindest 250 mm, insbesondere um zumindest 300 mm verschiebbar ist. Auf diese Weise ist es möglich, ein Lenkrad vollständig oder nahezu vollständig im Cockpitraum eines Kraftfahrzeugs zu versenken.As part of a particularly comfortable and at the same time aesthetically pleasing steering column, the invention can also provide that the drive means are designed and arranged in relation to one another in such a way that the first profile is at least 200 mm, preferably at least 250 mm, in particular at least 300 mm, relative to the second profile is movable. In this way it is possible to completely or almost completely sink a steering wheel into the cockpit space of a motor vehicle.

Im Rahmen einer stabilen Ausführung und der gleichzeitigen Gewährleistung eines möglichst langen Verschiebeweges der gegenständlichen Lenksäule kann im Rahmen der Erfindung ferner vorgesehen sein, dass ein zwischen dem ersten und dem zweiten Profil angeordnetes Zwischenprofil vorgesehen ist. Vorzugsweise ist das Zwischenprofil zur Gewährleistung zusätzlicher Stabilität der Lenksäule derart im inneren Profil angeordnet, dass es dieses abstützt. Zur Gewährleistung eines möglichst langen Verschiebeweges ist das Zwischenprofil vorteilhafterweise ebenfalls bewegbar ausgeführt und kann beispielsweise mit Hilfe eines Antriebsmittels in Form eines Zahnstangenantriebs angetrieben werden. Hierbei ist das Zwischenprofil vorteilhafterweise mit dem ersten inneren Profil verbunden, sodass das innere Profil zusätzlich zu einem eigenen Antrieb über das Zwischenprofil angetrieben werden kann. Es versteht sich, dass die Antriebselemente und Übersetzungen dafür entsprechend angepasst werden müssen. Vorteilhafterweise ist das Zwischenprofil in Form einer Zwischenschiene gebildet, auf der ein Antriebsmittel, vorzugsweise ein in Form einer Zahnstange gebildetes Antriebsmittel befestigt oder integriert ist. So kann der erfindungsgemäße zweistufige Antrieb vorteilhafterweise eine erste Stufe aufweisen, bei dem ein Zwischenprofil stabil gegenüber dem Rahmen bzw. einem Rahmenelement geführt wird, wobei das Zwischenprofil vorzugsweise in Form einer Zwischenschiene ausgebildet ist und an der Oberseite ein Antriebsmittel in Form einer Zahnstange umfasst, die über den Antriebsmotor angetrieben wird. Eine zweite Stufe kann dann vorzugsweise das erste Profil über ein ebenfalls mit Hilfe des Antriebsmotors angetriebenen Riemenantrieb auf einer ersten Schiene bewegen, die sich gleichsinnig mit der Zwischenschiene bewegt und so einen Verschiebeweg von bis zu 300 mm erlaubt.As part of a stable design and at the same time ensuring the longest possible displacement path of the steering column in question, it can also be provided within the scope of the invention that an intermediate profile is provided between the first and the second profile. To ensure additional stability of the steering column, the intermediate profile is preferably arranged in the inner profile in such a way that it supports it. To ensure the longest possible Displacement path, the intermediate profile is also advantageously designed to be movable and can be driven, for example, with the aid of a drive means in the form of a rack and pinion drive. Here, the intermediate profile is advantageously connected to the first inner profile so that the inner profile can be driven via the intermediate profile in addition to its own drive. It goes without saying that the drive elements and translations must be adapted accordingly. The intermediate profile is advantageously formed in the form of an intermediate rail on which a drive means, preferably a drive means formed in the form of a rack, is attached or integrated. Thus, the two-stage drive according to the invention can advantageously have a first stage in which an intermediate profile is guided in a stable manner relative to the frame or a frame element, the intermediate profile preferably being in the form of an intermediate rail and comprising a drive means in the form of a rack on the upper side, which is driven by the drive motor. A second stage can then preferably move the first profile via a belt drive, also driven with the aid of the drive motor, on a first rail, which moves in the same direction as the intermediate rail and thus allows a displacement of up to 300 mm.

Um sowohl eine hohe Stabilität als auch einen langen Verschiebeweg zu ermöglichen, kann erfindungsgemäß ferner vorgesehen sein, dass die Antriebsmittel sich hinsichtlich der Länge ihres Verschiebeweges unterscheiden, wobei das zum Antrieb des inneren Profils vorgesehene Antriebsmittel vorzugsweise einen längeren Verschiebeweg aufweist, als das zum Antrieb des Zwischenprofils vorgesehene Antriebsmittel. Somit kann beispielsweise ein Antriebsmotor in Form eines flexiblen Zugmittels zum Verschieben des ersten Profils relativ zum zweiten Profil entlang eines langen Verschiebebereichs sowie ein in Form eines Zahnstangenelementes gebildetes Antriebsmittel zum Verschieben des ersten Profils relativ zum zweiten Profil (über das Verschieben eines Zwischenprofils) entlang eines kurzen Verschiebebereichs vorgesehen sein.In order to enable both high stability and a long displacement path, according to the invention it can also be provided that the drive means differ in terms of the length of their displacement path, the drive means provided for driving the inner profile preferably having a longer displacement path than that for driving the Drive means provided intermediate profile. Thus, for example, a drive motor in the form of a flexible traction means for moving the first profile relative to the second profile along a long displacement range and a drive means in the form of a rack element for moving the first profile relative to the second profile (by moving an intermediate profile) along a short one Shift range be provided.

Im Hinblick auf eine besonders kompakte und einfach herstellbare Ausführung der erfindungsgemäßen Lenksäule ist ferner denkbar, dass ein Schienensystem zum Verschieben des ersten Profils und/oder des Zwischenprofils relativ zum zweiten Profil vorgesehen ist, wobei das Schienensystem vorzugsweise eine erste Schiene eine Zwischenschiene und/oder eine zweite Schiene aufweist. Hierbei ist das zweite Profil vorzugsweise auf der zweiten Schiene angeordnet, die vorzugsweise fest mit dem Rahmen bzw. einem Rahmenelement eines Kraftfahrzeugs verbunden ist, wohingegen das erste Profil vorteilhafterweise auf einer verschiebbaren ersten Schiene angeordnet ist, die über das Zwischenprofil, das beispielsweise auf einer ebenfalls verschiebbaren Zwischenschiene angeordnet ist, mit der zweiten Schiene verbunden ist. Alternativ zu der Ausführung einer Anordnung der Profile auf einem Schienensystem versteht es sich, dass die Profile insbesondere das Zwischenprofil, selbst in Form von Schienen bzw. einem Schienensystem gebildet sein können.With regard to a particularly compact and easy-to-manufacture embodiment of the steering column according to the invention, it is also conceivable that a rail system for moving the first profile and / or the intermediate profile is provided relative to the second profile, the rail system preferably having a first rail, an intermediate rail and / or a having second rail. Here, the second profile is preferably arranged on the second rail, which is preferably firmly connected to the frame or a frame element of a motor vehicle, whereas the first profile is advantageously arranged on a displaceable first rail, which via the intermediate profile, which is also, for example, on a displaceable intermediate rail is arranged, is connected to the second rail. As an alternative to the arrangement of the profiles on a rail system, it goes without saying that the profiles, in particular the intermediate profile, can themselves be formed in the form of rails or a rail system.

Im Rahmen einer kompakten und konstruktiv einfach herstellbaren Variante der gegenständlichen Lenksäule kann erfindungsgemäß ferner vorgesehen sein, dass der zweistufige Antrieb in Form eines Zahnradantriebes gebildet ist und zumindest ein erstes Zahnritzel zum Eingriff in das erste Antriebsmittel und ein zweites Zahnritzel zum Eingriff in das zweite Antriebsmittel umfasst, wobei die Ritzel vorzugsweise auf einer zentral angeordneten Antriebswelle angeordnet sind und sich in ihrer Größe und/oder Anzahl von Zähnen unterscheiden. Im Hinblick auf eine leichte und gleichzeitig stabile Ausführung der gegenständlichen Lenksäule, ist es hierbei ebenfalls denkbar, dass zumindest vier Zahnritzel vorgesehen sind, die vorteilhafter Weise einander gegenüberliegend auf einer zentral angeordneten Antriebswelle angeordnet sind, wobei jeweils zwei gegenüberliegend angeordnete Zahnritzel dieselbe Größe und/oder dieselbe Anzahl von Zähnen aufweisen, sodass hinsichtlich des Eingriffes in das betreffende Antriebsmittel ein unterschiedliches Übersetzungsverhältnis zwischen dem ersten Profil und dem Zwischenprofil besteht. So können beide Verschiebewege auf einfache Weise mit einem Antrieb passend überwunden werden.In the context of a compact and structurally easy to manufacture variant of the steering column in question, it can also be provided according to the invention that the two-stage drive is in the form of a gear drive and comprises at least one first pinion for engaging the first drive means and a second pinion for engaging the second drive means , wherein the pinions are preferably arranged on a centrally arranged drive shaft and differ in their size and / or number of teeth. With regard to a light and at the same time stable design of the steering column in question, it is also conceivable here that at least four pinions are provided, which are advantageously arranged opposite one another on a centrally arranged drive shaft, two opposite pinions of the same size and / or have the same number of teeth, so that there is a different transmission ratio between the first profile and the intermediate profile with regard to the engagement in the relevant drive means. In this way, both displacement paths can be easily overcome with one drive.

Um eine einfache und verschleißarme Bewegung bzw. Verschiebung der Profile zueinander bzw. gegeneinander zu gewährleisten kann es ferner von Vorteil sein, wenn reibungs- und spielminimierende Wälz- und Gleitelemente zur Führung vorgesehen sind. Diese können beispielsweise in Form von Lagern, Kugeln oder Rollen oder dergleichen gebildet sein. Im Rahmen einer kompakten Bauweise ist es ebenfalls denkbar, dass der Antriebsmotor in Form eines Elektromotors, insbesondere in Form eines Hohlwellenmotors gebildet ist.In order to ensure simple and low-wear movement or displacement of the profiles with respect to one another or with respect to one another, it can also be advantageous if rolling and sliding elements that minimize friction and play are provided for guidance. These can for example be in the form of bearings, balls or rollers or the like. In the context of a compact design, it is also conceivable that the drive motor is designed in the form of an electric motor, in particular in the form of a hollow shaft motor.

Um dem Fahrer eines Kraftfahrzeugs mit einer erfindungsgemäßen Lenksäule ein möglichst realistisches Fahrgefühl zu vermitteln, kann zudem vorgesehen sein, dass ein Force-Feedback Aktuator zum Simulieren einer Übertragung mechanischer Kräfte und/oder mechanischer Impulse von einer Fahrbahn über das Kraftfahrzeug zur Lenkradanbindungsstelle vorgesehen ist. Ebenso kann eine Lenkstellung der Räder auf das Lenkrad übertragen werden. Der gegenständliche Force-Feedback Aktuator kann hierbei insbesondere im Lenkrohr der Lenksäule angeordnet sein und einen Generator zum Simulieren der mechanischen Impulse, Kräfte, Momente oder dergleichen aufweisen, der beispielsweise in Form eines Elektromotors oder dergleichen gebildet sein kann.In order to give the driver of a motor vehicle with a steering column according to the invention as realistic a driving experience as possible, provision can also be made for a force feedback actuator to simulate a transmission of mechanical forces and / or mechanical impulses from a roadway via the motor vehicle to the steering wheel connection point. A steering position of the wheels can also be transferred to the steering wheel. The force feedback actuator in question can be arranged in the steering tube of the steering column and a generator for simulating the mechanical impulses, forces, Have moments or the like, which can be formed for example in the form of an electric motor or the like.

Ebenfalls Gegenstand der Erfindung ist zudem ein Kraftfahrzeug, umfassend eine voranstehend beschriebenen Lenksäule. Die Lenksäule kann hierbei insbesondere über eine Cockpitanbindungsstelle oder dergleichen an einen Cockpitträger eines Kraftfahrzeugs angebunden sein und mittels entsprechender Befestigungsmittel an diesen fixiert sein. Ein Lenkrad des Kraftfahrzeugs kann ferner ebenfalls an der Lenkradanbindungsstelle der Lenksäule angeordnet und vorzugsweise lösbar an dieser befestigt sein. Bezüglich des beschriebenen Kraftfahrzeugs ergeben sich somit sämtliche Vorteile, die bereits zur erfindungsgemäßen Lenksäule beschrieben worden sind.The invention also relates to a motor vehicle comprising a steering column described above. The steering column can in particular be connected to a cockpit support of a motor vehicle via a cockpit connection point or the like and be fixed to the latter by means of appropriate fastening means. A steering wheel of the motor vehicle can also be arranged at the steering wheel connection point of the steering column and preferably detachably attached to it. With regard to the motor vehicle described, there are thus all the advantages that have already been described for the steering column according to the invention.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung im Einzelnen beschrieben sind. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein.Further advantages, features and details of the invention emerge from the following description, in which exemplary embodiments of the invention are described in detail with reference to the drawings. The features mentioned in the claims and in the description can each be essential to the invention individually or in any combination.

Es zeigen:

1 eine perspektivische Ansicht einer schematischen Darstellung einer erfindungsgemäßen verstellbaren Steer-by-Wire Lenksäule für ein Kraftfahrzeug gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,
2 eine perspektivische Ansicht einer schematischen Darstellung der Lenksäule gemäß 1 gemeinsam mit einem erfindungsgemäßen zweistufigen Antrieb,
3 eine Draufsicht auf eine Schnittdarstellung einer erfindungsgemäßen Lenksäule gemäß einem Längsschnitt,
4 eine Seitenansicht auf eine Schnitterstellung einer erfindungsgemäßen Lenksäule gemäß einem Längsschnitt.

Show it:

1 a perspective view of a schematic representation of an adjustable steer-by-wire steering column according to the invention for a motor vehicle according to a first embodiment,
2 a perspective view of a schematic representation of the steering column according to 1 together with a two-stage drive according to the invention,
3 a plan view of a sectional view of a steering column according to the invention according to a longitudinal section,
4th a side view of a sectional position of a steering column according to the invention according to a longitudinal section.

In den Figuren werden für die gleichen technischen Merkmale identische Bezugszeichen verwendet.In the figures, identical reference symbols are used for the same technical features.

1 zeigt eine perspektivische Ansicht einer schematischen Darstellung einer erfindungsgemäßen verstellbaren Steer-by-Wire Lenksäule 2 für ein Kraftfahrzeug gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel. 1 shows a perspective view of a schematic representation of an adjustable steer-by-wire steering column according to the invention 2 for a motor vehicle according to a first embodiment.

Die gegenständliche Lenksäule 2 umfasst hierbei eine teleskopierbare Lenkrohranordnung 4 mit einer Lenkradanbindungsstelle 6 zum Anbinden eines Lenkrads 8, ein erstes inneres Profil 16 und ein zweites äußeres Profil 20 sowie einen - hier aus Gründen einer übersichtlicheren Darstellung noch nicht dargestellten - zweistufigen Antrieb 10 mit einem Antriebsmotor 11 und zumindest einem ersten und einem zweiten Antriebsmittel 12, 14 zum Verschieben des ersten Profils 16 relativ zum zweiten Profil 20.The steering column in question 2 includes a telescopic steering tube arrangement 4th with a steering wheel connection point 6th for connecting a steering wheel 8th , a first inner profile 16 and a second outer profile 20th as well as a two-stage drive - not yet shown here for reasons of clarity 10 with a drive motor 11 and at least first and second drive means 12th , 14th to move the first profile 16 relative to the second profile 20th .

Das erste Antriebsmittel 12 ist hierbei in Form eines flexiblen Zugmittels, vorliegend in Form eines Keilriemens gebildet. Alternativ können auch andere Riemenelemente, wie Bandriemen oder Zahnriemen oder dergleichen verwendet werden. Das zweite Antriebsmittel 14 ist vorliegend in Form einer Zahnstange gebildet. Neben dem ersten und zweiten Profil 16, 20 weist die gegenständliche verstellbare Lenksäule noch ein Zwischenprofil 18 auf, das vorliegend in Form einer verschiebbaren Zwischenschiene 24 gebildet und zwischen dem ersten und zweiten Profil 16, 20 angeordnet ist. Das Zwischenprofil 18 bzw. die Zwischenschiene 24 ist über das in Form einer Zahnstange gebildete zweite Antriebsmittel 14 entlang eines Verschiebeweges X verstellbar gebildet, wohingegen das innere Profil 16 über das erste in Form eines Riemenelementes gebildete Antriebsmittel 12 auf einer ersten Schiene 22 entlang eines Verschiebeweges X verstellbar gebildet ist. Die Antriebsmittel 12 und 14 unterscheiden sich hierbei hinsichtlich der Länge ihres Verschiebeweges X, wobei das zum Antrieb des inneren Profils 16 vorgesehene Antriebsmittel 12 vorliegend einen längeren Verschiebeweg X aufweist, als das zum Antrieb des Zwischenprofils 18 vorgesehene Antriebsmittel 24.The first propulsion means 12th is here in the form of a flexible traction device, in the present case in the form of a V-belt. Alternatively, other belt elements, such as belt belts or toothed belts or the like, can also be used. The second drive means 14th is in the present case in the form of a rack. In addition to the first and second profile 16 , 20th the subject adjustable steering column still has an intermediate profile 18th on, the present in the form of a movable intermediate rail 24 formed and between the first and second profile 16 , 20th is arranged. The intermediate profile 18th or the intermediate rail 24 is via the second drive means formed in the form of a rack 14th along a displacement path X adjustable, whereas the inner profile 16 via the first drive means formed in the form of a belt element 12th on a first track 22nd along a displacement path X is formed adjustable. The drive means 12th and 14th differ here with regard to the length of their displacement path X , the one for driving the inner profile 16 provided drive means 12th in the present case, a longer displacement path X has than that for driving the intermediate profile 18th provided drive means 24 .

2 zeigt eine perspektivische Ansicht einer schematischen Darstellung der Lenksäule 2 gemäß 1 mit einem erfindungsgemäßen zweistufigen Antrieb 10. Der zweistufige Antrieb 10 ist hierbei in Form eines Zahnradantriebes gebildet und weist zumindest ein erstes Zahnritzel 13 zum Eingriff in das erste Antriebsmittel 12 sowie ein zweites Zahnritzel 15 zum Eingriff in das zweite Antriebsmittel 14 auf, wobei die Ritzel 13,15 vorliegend beide auf einer zentral angeordneten Antriebswelle 28 befestigt sind und sich in ihrer Größe und/oder Anzahl von Zähnen 30 unterscheiden. Der Zahnradantrieb 10 gemäß 2 wird dabei über den Antriebsmotor 11, der vorliegend in Form eines Elektromotors, insbesondere in Form eines Hohlwellenmotors gebildet ist, angetrieben. Das erste in Form eines Riemenelementes gebildete Antriebsmittel 12 wird hierbei über das größere Ritzel 13 angetrieben, wohingegen das in Form einer Zahnstange gebildete zweite Antriebsmittel 14 durch das kleinere Ritzel 13 angetrieben wird. Zusätzlich zu der Größe der Ritzel unterscheiden sich diese noch über die Größe und Anzahl der Zähne 30. 2 shows a perspective view of a schematic representation of the steering column 2 according to 1 with a two-stage drive according to the invention 10 . The two-stage drive 10 is here in the form of a gear drive and has at least one first pinion 13 for engaging the first drive means 12th as well as a second pinion 15th for engaging the second drive means 14th on, the pinions 13, 15 in the present case both on a centrally arranged drive shaft 28 are attached and differ in size and / or number of teeth 30th distinguish. The gear drive 10 according to 2 is done by the drive motor 11 , which is in the form of an electric motor, in particular in the form of a hollow shaft motor, is driven. The first drive means formed in the form of a belt element 12th is here about the larger pinion 13 driven, whereas the second drive means formed in the form of a rack 14th due to the smaller pinion 13 is driven. In addition to the size of the pinions, they also differ in terms of the size and number of teeth 30th .

Um dem Fahrer eines Kraftfahrzeugs mit einer erfindungsgemäßen Lenksäule 2 ein möglichst realistisches Fahrgefühl zu vermitteln weist die erfindungsgemäße Lenksäule 2 ferner einen Force-Feedback Aktuator 9 zum Simulieren einer Übertragung mechanischer Kräfte und/oder mechanischer Impulse von einer Fahrbahn über das Kraftfahrzeug zur Lenkradanbindungsstelle 6 auf.To the driver of a motor vehicle with a steering column according to the invention 2 one possible The steering column according to the invention has to convey a realistic driving experience 2 also a force feedback actuator 9 for simulating a transmission of mechanical forces and / or mechanical impulses from a roadway via the motor vehicle to the steering wheel connection point 6th on.

3 zeigt eine Draufsicht auf eine Schnittdarstellung einer erfindungsgemäßen Lenksäule 2 gemäß einem Längsschnitt. Gemäß dieser Draufsicht erkennt man das mehrgliedrige System von in einander einfahrbaren Profilschienen (22, 24, 26), umfassend eine fest mit dem Rahmen bzw. einem Rahmenelement des Kraftfahrzeugs verbundene zweite Profilschiene 26, eine über einen weiten Verschiebebereich X verschiebbare erste Profilschiene 22 sowie eine zwischen der ersten und der zweiten Profilschiene (22, 26) angeordnete Zwischenschiene 24. Das an der ersten Schiene 22 befestigte erste Profil 16 überwindet hierbei insgesamt den größten Verschiebeweg X, wobei das Zwischenprofil 18, bzw. die Zwischenschiene 24 die erste Schiene 22 bei einer Verschiebung mitnimmt. Gleichzeitig wird die erste Schiene 22 zusätzlich angetrieben. Die Antriebselemente 12,14 und Übersetzungen müssen daher entsprechend darauf angepasst werden. 3 shows a plan view of a sectional view of a steering column according to the invention 2 according to a longitudinal section. According to this top view, one recognizes the multi-part system of profile rails that can be retracted into one another ( 22nd , 24 , 26th ), comprising a second profile rail firmly connected to the frame or a frame element of the motor vehicle 26th , one over a wide displacement range X movable first profile rail 22nd as well as one between the first and the second profile rail ( 22nd , 26th ) arranged intermediate rail 24 . That on the first line 22nd fortified first profile 16 overcomes the greatest displacement overall X , the intermediate profile 18th , or the intermediate rail 24 the first rail 22nd with a shift. At the same time the first rail 22nd additionally driven. The drive elements 12, 14 and translations must therefore be adapted accordingly.

Innerhalb des Schienensystems sind ferner ein Force-Feedback-Aktuator 9 sowie ein entsprechender Antrieb 9` für den Aktuator angeordnet. Zwischen dem Lenkrad 8 und dem Schienensystem befindet sich ferner die Lenkwelle 32 sowie der Lenkstockschalter 34. Die Lenksäule 2 befindet sich gemäß dem vorliegend dargestellten Ausführungsbeispiel in einer maximal ausgefahrenen Position und kann über den Verschiebeweg X in Richtung der zweiten fest mit dem Rahmen verbundenen Profilschiene 26 eingeschoben werden.A force feedback actuator is also located within the rail system 9 as well as a corresponding drive 9 ' arranged for the actuator. Between the steering wheel 8th and the rail system is also the steering shaft 32 as well as the steering column switch 34 . The steering column 2 is located according to the presently illustrated embodiment in a maximally extended position and can over the displacement path X in the direction of the second profile rail firmly connected to the frame 26th be inserted.

4 zeigt eine Seitenansicht auf eine Schnittdarstellung einer erfindungsgemäßen Lenksäule 2. Die Seitenansicht zeigt hierbei den stufenangepassten Antrieb für das mehrgliedrige System von ineinander verfahrbaren Profilschienen, umfassend eine mit dem Rahmen verbundene zweite Profilschiene 26, eine über das erste Antriebsmittel 12 angetriebene erste Profilschiene 22 sowie eine zwischen der ersten Schiene 22 und der zweiten Schiene 26 angeordnete Zwischenschiene 24. 4th shows a side view of a sectional illustration of a steering column according to the invention 2 . The side view shows the step-adjusted drive for the multi-part system of profile rails that can be moved into one another, comprising a second profile rail connected to the frame 26th , one via the first drive means 12th driven first profile rail 22nd and one between the first rail 22nd and the second rail 26th arranged intermediate rail 24 .

Ferner ist der erfindungsgemäß vorgeschlagene Zahnradantrieb, umfassend ein erstes und zweites Zahnritzel, 13, 15 zum Eingriff in das erste und zweite Antriebsmittel 12, 14 dargestellt.Furthermore, the gear drive proposed according to the invention, comprising a first and a second pinion 13, 15 for engaging the first and second drive means 12th , 14th shown.

Mittels der gegenständlichen Lenksäule 2 ist es insbesondere möglich, einen insbesondere im Rahmen eines autonomen Fahrens vorteilhaften langen Verstellbereich von bis zu 300 mm in Kombination mit einer entsprechend stabilen Ausführung einer gegenständlichen Lenksäule zu schaffen. Hierbei erlaubt insbesondere die erfindungsgemäße Ausbildung zumindest eines der Antriebsmittel in Form eines flexiblen Zugmittels eine besonders flexible aber dennoch zugfeste Lagerung, die gegenüber einer Deachsierung und einem Versatz unempfindlich ist.By means of the steering column in question 2 In particular, it is possible to create a long adjustment range of up to 300 mm, which is particularly advantageous in the context of autonomous driving, in combination with a correspondingly stable design of a steering column in question. In particular, the design according to the invention allows at least one of the drive means in the form of a flexible traction means to have a particularly flexible but nonetheless tension-proof mounting that is insensitive to de-axisization and offset.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

22: LenksäuleSteering column
44th: LenkrohranordnungSteering tube assembly
66th: LenkradanbindungsschnittstelleSteering wheel connection interface
88th: Lenkradsteering wheel
99: Force-Feedback AktuatorForce feedback actuator
9`9 ': Antrieb für Force-Feedback AktuatorDrive for force feedback actuator
1010: zweistufiger Antriebtwo-stage drive
1111: AntriebsmotorDrive motor
1212: erstes Antriebsmittelfirst drive means
1313: erstes Zahnritzelfirst pinion
1414th: zweites Antriebsmittelsecond drive means
1515th: zweites Zahnritzelsecond pinion
1616: erstes Profilfirst profile
1818th: ZwischenprofilIntermediate profile
2020th: zweites Profilsecond profile
2222nd: erste Schienefirst rail
2424: ZwischenschieneIntermediate rail
2626th: zweite Schienesecond rail
2828: Antriebswelledrive shaft
3030th: Zähneteeth
3232: LenkwelleSteering shaft
3434: Lenkstockschalter Steering column switch
XX: VerschiebewegDisplacement

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

DE 102015224602 A1 [0005]
DE 102016214709 A1 [0006]
DE 4206176 C1 [0007]
GB 2304865 A [0007]
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DE 102013101045 B3 [0007]
DE 4240448 A1 [0008]

Claims

Adjustable steer-by-wire steering column (2) for a motor vehicle, comprising - a telescopic steering tube arrangement (4) with a steering wheel connection point (6) for connecting a steering wheel (8), - a first inner profile (16) and a second outer profile ( 20), - a two-stage drive (10) with a drive motor (11) and at least one first and one second drive means (12, 14) for moving the first profile (16) relative to the second profile (20), characterized in that at least a drive means (12, 14) is formed in the form of a flexible traction means.

Steering column (2) Claim 1 , characterized in that at least one drive means (12, 14) is formed in the form of a rack element.

Steering column (2) Claim 1 or 2 , characterized in that the drive means are designed and arranged in relation to one another in such a way that the first profile (16) can be displaced relative to the second profile (20) by at least 200 mm, preferably by at least 250 mm, in particular by at least 300 mm.

Steering column (2) according to one of the preceding claims, characterized in that an intermediate profile (18) arranged between the first and the second profile (16, 20) is provided.

Steering column (2) according to one of the preceding claims, characterized in that the drive means (12, 14) differ with regard to the length of their displacement path (X), the drive means (12, 14) provided for driving the inner profile (16) preferably has a longer displacement path (X) than the drive means (12, 14) provided for driving the intermediate profile (18).

Steering column (2) according to one of the preceding claims, characterized in that a rail system is provided for moving the first profile (16) and / or the intermediate profile (18) relative to the second profile (20), the rail system preferably having a first rail ( 22) and an intermediate rail (24).

Steering column (2) according to one of the preceding claims, characterized in that the two-stage drive (10) is in the form of a gear drive and at least one first pinion (13) for engaging the first drive means (12) and a second pinion (15) for engaging the second drive means (14), wherein the pinions (13, 15) are preferably arranged on a centrally arranged drive shaft (28) and differ in their size and / or number of teeth (30).

Steering column (2) according to one of the preceding claims, characterized in that friction and play-minimizing rolling and sliding elements are provided for guidance.

Steering column (2) according to one of the preceding claims, characterized in that the drive motor (11) is formed in the form of an electric motor, in particular a hollow shaft motor.

Steering column (2) according to one of the preceding claims, characterized in that a force feedback actuator (9) is provided for simulating a transmission of mechanical forces and / or mechanical impulses from a roadway above the motor vehicle to the steering wheel connection point (6).

Motor vehicle, comprising a steering column (2) according to one of the Claims 1 to 10 .