DE102019210393A1

DE102019210393A1 - Lenksäulenanordnungen

Info

Publication number: DE102019210393A1
Application number: DE102019210393.6A
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: GB2575993A; US20200039561A1; GB2575993B; GB201812438D0; CN110775142B; US11124218B2; CN110775142A

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, der Eingriffsabschnitt ein von der Welle nach außen vorragendes Glied umfasst, das Endanschlagsmittel an dem Gehäuse befestigt ist und das Endanschlagsmittel einen Materialstreifen, der in allgemein T-förmig gebogen ist, umfasst.

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, der Eingriffsabschnitt ein von der Welle nach außen vorragendes Glied umfasst, das Endanschlagsmittel an dem Gehäuse befestigt ist und das Endanschlagsmittel einen Materialstreifen, der in allgemein T-förmig gebogen ist, umfasst.
Eine derartige Anordnung gestattet, dass ein an der Welle befestigtes Lenkrad über fast eine ganze Halbdrehung in beiden Richtungen gedreht werden kann, bevor seine weitere Drehung durch Eingriff des Eingriffsabschnitts mit dem Endanschlagsmittel unterbunden wird.
Bei einer Ausführungsform umfasst der Eingriffsabschnitt ein Glied, das in einer Vertiefung der Welle aufgenommen ist und von dieser nach außen vorragt. Beispielsweise kann der Eingriffsabschnitt eine in einer Keilnut in der Welle sitzende Scheibenfeder umfassen.
Die Anordnung kann ferner Mittel zum Beschränken der Verlagerung des Eingriffsabschnitts nach außen, beispielsweise eine Presspassung oder Schweißungen zwischen dem Eingriffsabschnitt und der Welle, umfassen.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist das Endanschlagsmittel zur Bereitstellung eines „Weichanschlag“-Effekts bei Eingriff des Eingriffsabschnitts mit dem Endanschlagsmittel elastisch verformbar.
Der Materialstreifen kann einen Schaftabschnitt, der aus zwei parallelen Lagen gebildet ist, und einen senkrechten Querbalkenabschnitt, der aus einer oberen durchgängigen Lage gebildet ist, deren Enden an eine jeweilige von zwei unteren Lagenhälften angrenzen, die jeweils in eine jeweilige der zwei parallelen Lagen des Schaftabschnitts übergehen, umfassen.
Der Schaftabschnitt geht vorzugsweise durch einen Schlitz in dem Gehäuse hindurch.
Der senkrechte Querbalkenabschnitt kann in einer Vertiefung in der Außenseite des Gehäuses aufgenommen sein.
Der Materialstreifen kann aus Metall, beispielsweise Federstahl oder Edelstahl, ausgebildet sein.
Es werden nun spezifische Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beispielhaft beschrieben; in den Zeichnungen zeigen:

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

Eine Ausführungsform des Steer-by-Wire-Lenkraddrehbegrenzungsmechanismus 10 gemäß der vorliegenden Erfindung wird in 1-3 dargestellt. Der Mechanismus ist in eine Lenksäule 12 einer Handradaktuatoranordnung, die Teil eines Steer-by-Wire-Systems für ein Straßenfahrzeug ist, eingebaut. Bei derartigen Steer-by-Wire-Systemen wird eine Drehung des Lenkrads durch einen Fahrer des Fahrzeugs detektiert und zur Erzeugung eines Signals verwendet, das wiederum zur dahingehenden Steuerung eines oder mehrerer Aktuatoren, die gelenkten Räder in einem der Drehung des Lenkrads entsprechenden Ausmaß zu drehen, verwendet wird. Bei derartigen Anordnungen gibt es keine mechanische Verbindung zwischen dem Lenkrad und dem Mechanismus, der die gelenkten Räder verstellt, und es ist deshalb wichtig, die maximale Drehung des Lenkrads in beiden Richtungen so zu beschränken, dass sie der maximalen Verstellung der gelenkten Räder in beiden Richtungen entspricht.
Ein Lenkrad (nicht dargestellt) ist an einem Ende einer in einem länglichen Hauptgehäuse 19 positionierten Hauptwelle 18 (dem rechten Ende der Welle gemäß der Darstellung in 3) befestigt und ist durch zwei Sätze in Längsrichtung beabstandeter Lager 24, 26 in einer rohrförmigen Verlängerung 20 des Hauptgehäuses 22 drehbar befestigt. Das Hauptgehäuse 22 umschließt des Weiteren einen Motor 28, dessen Ausgang dahingehend mit dem inneren Ende der Hauptwelle 18 verbunden ist, für eine Straßengefühlwahrnehmung für den Fahrer zu sorgen.
Der Lenkraddrehbegrenzungsmechanismus 10 ist zwischen zwei Sätzen von Lagern 24, 26 befestigt. Der Mechanismus umfasst einen Vorsprung in der Form einer Scheibenfeder 30, die in einer komplementär geformten Vertiefung 32 in der Hauptwelle 18 sitzt, der mit einem Endanschlageinsatz 34, der in der rohrförmigen Verlängerung 20 des Hauptgehäuses 22 befestigt ist, in Eingriff bringbar ist. Die Scheibenfeder 30 wird durch Eingriff des Außenrands 36 der Feder mit der zylindrischen Innenseite der rohrförmigen Verlängerung 20 in der Vertiefung 32 in der Hauptwelle 18 gehalten und dreht sich dementsprechend mit der Hauptwelle 18. Die Scheibenfeder ist so auf der Hauptwelle positioniert, dass sie in der am weitesten unten liegenden Position ausgerichtet ist, wenn sich das Lenkrad in der „Geradeaus“-Stellung befindet.
Der Endanschlageinsatz 34 ist aus einem einzigen in eine T-Form gebogenen Federstahlplattenstreifen gebildet, der einen „vertikalen“ Schaftabschnitt 38 (bei Betrachtung im Querschnitt), der aus zwei parallelen Lagen 38a, 38b der Federstahlplatte gebildet ist, und einen senkrechten Querbalkenabschnitt 40, der aus einer oberen durchgängigen Lage 40a gebildet ist, deren Enden an eine jeweilige von zwei unteren Lagenhälften 40a, 40b angrenzen, die spiegelbildlich zueinander sind und die jeweils in eine jeweilige der zwei parallelen Lagen 38a, 38b des Schaftabschnitts 38 übergehen, aufweist.
Der Schaftabschnitt 38 des Endanschlageinsatzes 34 geht durch einen Schlitz 42 in der oberen Seite der rohrförmigen Verlängerung 20 des Hauptgehäuses 22 hindurch, und der Querbalkenabschnitt 40 ist in einer Senktasche 44 um den Schlitz 42 herum aufgenommen, wobei der Schaftabschnitt 38 in das Innere der rohrförmigen Verlängerung 20 vorragt. Der Endanschlageinsatz 34 wird durch ein Mantelrohr 46, das über die rohrförmige Verlängerung 20 montiert ist, in Position gehalten.
Das Lenkrad, und die Hauptwelle 18, mit der das Lenkrad verbunden ist, ist somit zu einer Drehung über etwa 180° in entgegengesetzten Richtungen in der Lage, wobei die Drehung durch das Zusammentreffen der Scheibenfeder 30 mit dem Schaftabschnitt 38 des Endanschlageinsatzes 34 beschränkt wird. Die maximale Winkelverschiebung in jede Richtung beträgt etwas weniger als 180°, ungefähr 170°, im Hinblick auf die Dicke der Scheibenfeder 30 und des Schaftabschnitts 38 des Endanschlageinsatzes 34.
Die beiden Lagen 38a, 38b des Schaftabschnitts 38, die aus Federstahl ausgebildet sind, können bezüglich einander gleiten und sind demzufolge in der Lage, sich zu biegen, wodurch der Aufprall, wenn das Lenkrad das Ende seines Verstellwegs in jede Richtung erreicht, gedämpft wird. Die Fähigkeit der zwei Lagen des Schaftabschnitts 38 zum Verbiegen wird durch die Flexibilität des Querbalkenabschnitts 40, mit dem sie verbunden sind, noch erhöht, da die durchgängige obere Lage 40a des Querbalkenabschnitts von einem Punkt, der distal zu ihren Verbindungsstellen mit den zwei Lagen des Schaftabschnitts 38 liegt, vorkragt.

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, der Eingriffsabschnitt ein von der Welle nach außen vorragendes Glied umfasst, das Endanschlagsmittel an dem Gehäuse befestigt ist und das Endanschlagsmittel einen Materialstreifen, der in allgemein T-förmig gebogen ist, umfasst.
Lenksäulenanordnung nach Anspruch 1, wobei der Eingriffsabschnitt ein Glied umfasst, das in einer Vertiefung in der Welle aufgenommen ist und von dieser nach außen vorragt.
Lenksäulenanordnung nach Anspruch 2, wobei der Eingriffsabschnitt eine in einer Keilnut in der Welle sitzende Scheibenfeder umfasst.
Lenksäulenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Endanschlagsmittel elastisch verformbar ist.
Lenksäulenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Materialstreifen einen Schaftabschnitt, der aus zwei parallelen Lagen gebildet ist, und einen senkrechten Querbalkenabschnitt, der aus einer oberen durchgängigen Lage gebildet ist, deren Enden an eine jeweilige von zwei unteren Lagenhälften angrenzen, die jeweils in eine jeweilige der zwei parallelen Lagen des Schaftabschnitts übergehen, umfasst.
Lenksäulenanordnung nach Anspruch 5, wobei der Schaft durch einen Schlitz in dem Gehäuse hindurchgeht.
Lenksäulenanordnung nach Anspruch 6, wobei der Querbalkenabschnitt in einer Vertiefung in der Außenseite des Gehäuses aufgenommen ist.
Lenksäulenanordnung nach einem der Ansprüche 5-7, wobei der Materialstreifen aus Metall ausgebildet ist.
Lenksäulenanordnung nach Anspruch 8, wobei das Metall Federstahl umfasst.
Lenksäulenanordnung nach Anspruch 8, wobei das Metall Edelstahl umfasst.