DE102019210382A1

DE102019210382A1 - Lenksäulenanordnungen

Info

Publication number: DE102019210382A1
Application number: DE102019210382.0A
Authority: DE
Inventors: Michael Appleyard
Original assignee: TRW Ltd
Current assignee: TRW Ltd
Priority date: 2018-07-31
Filing date: 2019-07-15
Publication date: 2020-02-06
Also published as: CN110775143B; CN110775143A; GB2575994B; GB2575994A; GB201812440D0

Abstract

Eine Lenksäulenanordnung für ein Fahrzeug, die ein Gehäuse, eine Welle, die drehbar bezüglich des Gehäuses befestigt ist und die zur Befestigung eines Lenkrads an einem Ende konfiguriert ist, einen Eingriffsabschnitt, der mit der Welle verbunden und dazu konfiguriert ist, sich mit dieser zu drehen, und ein Endanschlagsmittel, das sich in dem Pfad des Eingriffsabschnitts befindet und bei Drehung der Welle über einen vorbestimmten Winkel mit dem Eingriffsabschnitt in Eingriff bringbar ist, umfasst, wobei der Eingriffsabschnitt bei Drehung der Welle über vorbestimmte Winkel in beiden Richtungen mit dem Endanschlagsmittel in Eingriff bringbar ist, und wobei das Endanschlagsmittel in entgegengesetzten Richtungen geradlinig verschiebbar ist.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Lenksäulenanordnungen und insbesondere, jedoch nicht ausschließlich, auf Lenksäulenanordnungen zur Verwendung mit einem Steer-by-Wire-Handradaktuator.
Autonome Fahrzeuge sind zur primären Verwendung in einem autonomen Modus, bei dem die Steuerung des Fahrzeugs ohne manuelle Eingriffe durchgeführt wird, gedacht. Es ist jedoch wünschenswert, dass autonome Fahrzeuge bei Bedarf oder Wunsch manuell gesteuert werden können, und aus diesem Grund müssen Fahrzeugsteuerungen, wie z. B. ein Lenkbehelf (in der Regel mit einem „Steer-by-Wire“-Betrieb), vorgesehen sein.
Bei derartigen Steer-by-Wire-Anordnungen ist ein Handrad (Lenkrad) mit einem Ende einer Welle verbunden, deren Winkelverschiebung zur Erzeugung eines Signals gemessen wird, das zur Steuerung der Ausrichtung der gelenkten Räder des Fahrzeugs verwendet wird.
Ein Problem, das bei derartigen Steer-by-Wire-Anordnungen auftritt, ergibt sich daraus, dass die Fahrzeugräder im Gegensatz zu einer herkömmlichen mechanischen Lenkanordnung nicht physisch mit dem Lenkrad verbunden sind. Die gelenkten Räder können nur über einen gegebenen Bewegungsbereich schwenken, und somit ist es wichtig, die maximale Drehung des Lenkrads so zu beschränken, dass sie dem Höchstmaß des Schwenkens der gelenkten Räder entspricht, ansonsten könnte ein Fahrer des Fahrzeugs das Lenkrad unbegrenzt drehen, wenn sich die gelenkten Räder bei ihrem maximalen Lenkwinkel befinden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst eine Lenksäulenanordnung für ein Fahrzeug ein Gehäuse, eine Welle, die drehbar bezüglich des Gehäuses befestigt ist und die zur Befestigung eines Lenkrads an einem Ende konfiguriert ist, einen Eingriffsabschnitt, der mit der Welle verbunden und dazu konfiguriert ist, sich mit dieser zu drehen, und ein Endanschlagsmittel, das sich in dem Pfad des Eingriffsabschnitts befindet und bei Drehung der Welle über einen vorbestimmten Winkel mit dem Eingriffsabschnitt in Eingriff bringbar ist, wobei der Eingriffsabschnitt bei Drehung der Welle über vorbestimmte Winkel in beiden Richtungen mit dem Endanschlagsmittel in Eingriff bringbar ist und wobei das Endanschlagsmittel in entgegengesetzten Richtungen geradlinig verschiebbar ist.
Bei einem fixierten Endanschlagsmittel wird die Maximalverschiebung des Eingriffsglieds und der Welle durch die Dicke des Endanschlagsmittels beschränkt. Indem ein verschiebbar befestigtes Endanschlagsmittel vorliegt, ist es möglich, die Breite des Teils des Endanschlagsmittels, mit dem das Eingriffsmittel in Kontakt kommt, auszugleichen, wodurch für eine volle 180°-Drehung des Lenkrads in jeder Richtung gesorgt wird.
Bei einer Ausführungsform umfasst das Endanschlagsmittel ein längliches Glied, das in Vertiefungen in dem Gehäuse verschiebbar angeordnet ist, und einen sich radial von dem länglichen Glied nach außen erstreckenden Vorsprung, mit dem der Eingriffsabschnitt in Eingriff bringbar ist.
Die Verschiebung des länglichen Glieds wird vorzugsweise durch die Vertiefungen, in denen es befestigt ist, in beiden Richtungen beschränkt.
Vorzugsweise sind elastisch verformbare Mittel zur Abfederung des Endanschlagsmittels, wenn es sich seiner Maximalverschiebung nähert, vorgesehen.
Die elastisch verformbaren Mittel können praktischerweise elastisch verformbare Glieder, beispielsweise elastomere Glieder, die in den Vertiefungen, in denen das längliche Glied verschiebbar befestigt ist, positioniert sind, umfassen.
Bei einer Ausführungsform umfasst das Eingriffsmittel einen Bund, der mit der Welle drehbar ist und einen sich radial erstreckenden Vorsprung, der mit dem Endanschlagsmittel in Eingriff bringbar ist, aufweist.
Vorzugsweise ist der Bund an der Welle gesichert und dreht sich mit dieser.
Es wird nun eine spezifische Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beispielhaft beschrieben; in denen:

1 (a) und 1(b) ein transversaler Querschnitt bzw. ein Längsquerschnitt durch eine Ausführungsform eines Steer-by-Wire-Lenkraddrehbegrenzungsmechanismus gemäß der vorliegenden Erfindung sind; und
2 ein Längsquerschnitt durch einen Abschnitt einer Lenksäule eines Steer-by-Wire-Lenkmechanismus, in die der Drehbegrenzungsmechanismus von 1 eingebaut worden ist, ist.

Eine Ausführungsform des Steer-by-Wire-Lenkraddrehbegrenzungsmechanismus 110 gemäß der vorliegenden Erfindung wird in 1 und 2 dargestellt. Der Mechanismus ist in eine Lenksäule 112 einer Handradaktuatoranordnung, die Teil eines Steer-by-Wire-Systems für ein Straßenfahrzeug ist, eingebaut.
Ein Lenkrad (nicht dargestellt) ist an einem Ende einer Hauptwelle 118 (dem rechten Ende der Welle gemäß der Darstellung in 2) befestigt und ist durch ein Lager 124 und ein weiteres Lager (jenseits der rechten Seite von 2 - nicht dargestellt) in einer rohrförmigen Verlängerung 120 eines Hauptgehäuses 122 drehbar befestigt. Das Hauptgehäuse 122 trägt des Weiteren einen Motor 128, dessen Ausgang dahingehend mit dem inneren Ende der Hauptwelle 118 verbunden ist, für eine Straßengefühlwahrnehmung für den Fahrer zu sorgen.
Eine eng anliegende kreisförmige Stahlnabe 130 ist an einer Stelle in der Nähe des von dem Lenkrad entfernten Endes auf die Hauptwelle 118 gepasst und mit einem Vierkantkeil 132 mit der Hauptwelle 118 verriegelt. Die Außenfläche der Nabe 130 ist keilverzahnt und ein Drehbegrenzungsglied 134 ist an die Außenfläche der Nabe 130 angeformt. Das Drehbegrenzungsglied 134 ist allgemein rohrförmig, ist jedoch mit einem sich radial erstreckenden Vorsprung 136 versehen. Die Nabe 130 und das Drehbegrenzungsglied 134 sind derart auf der Hauptwelle 118 befestigt, dass sich der radial erstreckende Vorsprung 136 an seiner niedrigsten Position befindet, wenn sich das Lenkrad, mit dem die Hauptwelle 118 verbunden ist, in der „Geradeaus“-Stellung befindet.
Ein Endanschlagsglied 140 ist in der rohrförmigen Verlängerung 120 des Hauptgehäuses 122 befestigt und umfasst einen geraden massiven Metallzylinder 142, der in seiner Längsmitte eine integralausgebildete sich radial erstreckende kreisförmige Rippe 144 aufweist. Das Endanschlagsglied ist an einer Position, die dem sich radial erstreckenden Vorsprung 136 diametral gegenüber liegt, wenn sich das Lenkrad in der „Geradeaus“-Stellung befindet, befestigt, wobei die zwei Abschnitte des massiven Metallzylinders 142 auf beiden Seiten der Rippe 144 jeweils verschiebbar in einer jeweiligen komplementär geformten Vertiefung 146, 148 in der rohrförmigen Verlängerung 120 befestigt sind. Das Endanschlagsglied 140 ist somit in der Lage, sich in Längsrichtung zwischen zwei Endpositionen, an denen die zwei Elemente des Endanschlagsglieds 140 an Gummianschläge 150, 152, die in dem Boden der Vertiefungen 146, 148 gesichert sind, anstoßen, hin- und herzubewegen.
Bei Drehung des Lenkrads, und der Hauptwelle 118, an der das Lenkrad angebracht ist, wird auch das Drehbegrenzungsglied 134 gedreht. Wenn die Hauptwelle 118 in einer ersten Richtung über 180° gedreht wird, stößt der sich radial erstreckende Vorsprung 136 des Drehbegrenzungsglieds 134 an einer ersten Seite der Rippe 144 des Endanschlagsglieds 140 an und verschiebt das Endanschlagsglied, bis sein gegenüberliegendes Ende an seinem zugeordneten Gummianschlag 150, 152 anstößt, wodurch eine Drehung des Lenkrads in der ersten Richtung begrenzt wird. Durch das Drehen des Lenkrads in der entgegengesetzten Richtung wird bewirkt, dass der sich radial erstreckende Vorsprung 136 die gegenüberliegende Seite der Rippe 144 des Endanschlagsglieds 140 in Eingriff nimmt und verschiebt, bis das gegenüberliegende Ende des Endanschlagsglieds an seinen zugeordneten Gummianschlag 150, 152 anstößt, wodurch eine Drehung des Lenkrads in der zweiten Richtung begrenzt wird.
Dadurch, dass eine Verschiebung des Endanschlagsglieds 140 in Längsrichtung nach der Ineingriffnahme mit dem sich radial erstreckenden Vorsprung 136 gestattet wird, ist es möglich, die Breite des Vorsprungs 136 auszugleichen, wodurch eine volle 180°-Bewegung in jede Richtung gestattet wird. Darüber hinaus sorgen die Gummianschläge 150, 152 an den Bewegungsendpunkten für eine Abfederung.

Claims

Lenksäulenanordnung für ein Fahrzeug, die ein Gehäuse, eine Welle, die drehbar bezüglich des Gehäuses befestigt ist und die zur Befestigung eines Lenkrads an einem Ende konfiguriert ist, einen Eingriffsabschnitt, der mit der Welle verbunden und dazu konfiguriert ist, sich mit dieser zu drehen, und ein Endanschlagsmittel, das sich in dem Pfad des Eingriffsabschnitts befindet und bei Drehung der Welle über einen vorbestimmten Winkel mit dem Eingriffsabschnitt in Eingriff bringbar ist, umfasst, wobei der Eingriffsabschnitt bei Drehung der Welle über vorbestimmte Winkel in beiden Richtungen mit dem Endanschlagsmittel in Eingriff bringbar ist, und wobei das Endanschlagsmittel in entgegengesetzten Richtungen geradlinig verschiebbar ist.
Lenksäulenanordnung nach Anspruch 1, wobei das Endanschlagsmittel ein längliches Glied, das in Vertiefungen in dem Gehäuse verschiebbar angeordnet ist, und einen sich radial von dem länglichen Glied nach außen erstreckenden Vorsprung, mit dem der Eingriffsabschnitt in Eingriff bringbar ist, umfasst.
Lenksäulenanordnung nach Anspruch 2, wobei die Verschiebung des länglichen Glieds durch den Eingriffsabschnitt durch die Vertiefungen, in denen es befestigt ist, in beiden Richtungen beschränkt wird.
Lenksäulenanordnung nach einem der Ansprüche 1-3, die ferner elastisch verformbare Mittel zur Abfederung des Endanschlagsmittels, wenn es sich seiner Maximalverschiebung nähert, umfasst.
Lenksäulenanordnung nach Anspruch 4, insofern abhängig von Anspruch 2 oder Anspruch 3, die ein elastisch verformbares Mittel, das in den Vertiefungen, in denen das längliche Glied verschiebbar befestigt ist, positioniert ist, umfasst.
Lenksäulenanordnung nach Anspruch 5, wobei das elastisch verformbare Glied ein elastomeres Glied umfasst.
Lenksäulenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Eingriffsmittel einen Bund umfasst, der mit der Welle drehbar ist und einen sich radial erstreckenden Vorsprung, der mit dem Endanschlagsmittel in Eingriff bringbar ist, aufweist.
Lenksäulenanordnung nach Anspruch 7, wobei der Bund an der Welle gesichert ist und sich mit dieser dreht.