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Die Erfindung betrifft eine Lenksäule für ein Steer-by-Wire Lenksystem eines Kraftfahrzeugs. Die Erfindung betrifft des Weiteren eine Lenksäulenanordnung für ein Steer-by-Wire Lenksystem eines Kraftfahrzeugs.
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Stand der Technik
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In der Regel sind Lenksäulen im Pkw manuell oder elektrisch in der Höhe und der Länge verstellbar. Speziell die Längsverstellung wird häufig als Teleskoprohr zwischen dem Gehäuse, welches die Schwenkbewegung für die Höhenverstellung ausführt, und dem Teleskoprohr, häufig als Crashrohr oder Führungsrohr bezeichnet, ausgeführt.
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Des Weiteren weisen manche Lenksäulen eine sogenannte Easy-Entry-Funktion auf, welche es ermöglicht, dass ein Lenksäulenkörper der Lenksäule so tief einfahrbar ist, wie es ein Verstellbereich der Lenksäule erlaubt. Der Verstellbereich der Lenksäule weist in der Regel einen Hub von 25 mm bis 35 mm auf.
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Die
DE 10 2008 060 225 B4 offenbart eine verstellbare Lenksäule für ein Kraftfahrzeug mit einem Lenksäulenkörper zur Lagerung einer drehbaren Lenkwelle, einem Klemmmechanismus zur Umsetzung einer stufenlosen Verstellbarkeit der Lenkwelle entlang der Längsrichtung des Lenksäulenkörpers und einem Energieabsorptionsmechanismus zur energieverzehrenden Verlagerung der Lenkwelle bei einem Unfall.
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Im Rahmen der Anwendung eines autonomen Fahrbetriebs des Fahrzeugs ist es jedoch wünschenswert, zum einen einen größeren Verstellbereich der Lenksäule zu ermöglichen, sodass die Lenksäule und eine daran angebrachte Lenkvorrichtung in einem autonomen Fahrbetrieb des Fahrzeugs weitestgehend in einem Armaturenbrett bzw. einer Innenraumverkleidung des Fahrzeugs versenkbar ist und zum anderen die Funktionalität der Lenksäule erhalten bleibt, dass der Energieabsorptionsmechanismus zur energieverzehrenden Verlagerung der Lenkwelle bei einem Unfall sowohl in einer Nominalposition der Lenksäule, d.h. in einem manuellen Fahrmodus des Kraftfahrzeugs, sowie während der Verstellung der Lenksäule gegeben ist.
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Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Lenksäulenanordnung für ein Kraftfahrzeug bereitzustellen, welche eine erweiterte Verstellbarkeit der Lenksäule ermöglicht, im Crashfall einen effektiven Energieabsorptionsmechanismus bereitstellt und kompakte axiale Abmessungen aufweist.
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Die Aufgabe wird mit einer Lenksäule für ein Steer-by-Wire Lenksystem eines Kraftfahrzeugs mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Die Aufgabe wird des Weiteren mit einer Lenksäulenanordnung für ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 9 gelöst.
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Offenbarung der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung schafft eine Lenksäule für ein Steer-by-Wire Lenksystem eines Kraftfahrzeugs, mit einem Lenksäulenkörper und einer Lenksäulenhalterung, wobei an der Lenksäulenhalterung ein Antrieb zum Verstellen einer Neigung des Lenksäulenkörpers angeordnet ist, wobei ein Kraftangriffspunkt des Antriebs zum Verstellen der Neigung des Lenksäulenkörpers an einem ersten axialen Endabschnitt des Lenksäulenkörpers angeordnet ist, wobei an einem zum ersten axialen Endabschnitt gegenüberliegend angeordneten zweiten axialen Endabschnitt des Lenksäulenkörpers eine den Lenksäulenkörper mit einer vorgegebenen Gewichtskraft beaufschlagende Last, vorzugsweise ein Lenkrad, anordenbar ist, und wobei eine Drehachse des Lenksäulenkörpers zwischen dem Kraftangriffspunkt des Antriebs zum Verstellen der Neigung des Lenksäulenkörpers und dem zweiten axialen Endabschnitt des Lenksäulenkörpers angeordnet ist.
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Die vorliegende Erfindung schafft des Weiteren eine Lenksäulenanordnung für ein Kraftfahrzeug mit der erfindungsgemäßen Lenksäule und mit einem fahrzeugfest angeordneten Antrieb zum axialen Verstellen der Lenksäule.
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Eine Idee der vorliegenden Erfindung ist es, die Drehachse des Lenksäulenkörpers zwischen dem Kraftangriffspunkt des Antriebs zum Verstellen der Neigung des Lenksäulenkörpers und dem zweiten axialen Endabschnitt des Lenksäulenkörpers anzuordnen. Dies stellt gegenüber bekannten Lösungen eine wesentliche Abwandlung dar, bei welchen die Drehachse in der Regel an einem axialen Endabschnitt der Lenksäule und der Kraftangriffspunkt des Antriebs zum Verstellen der Neigung des Lenksäulenkörpers zwischen jeweiligen axialen Endabschnitten des Lenksäulenkörpers angeordnet ist.
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Diese konstruktive Neugestaltung bringt die Vorteile mit sich, dass ein Lastarm der Lenksäule bzw. des Lenksäulenkörpers in etwa um den Faktor 2 verkürzt ist. Somit wirkt die an dem zweiten axialen Endabschnitt des Lenksäulenkörpers anordenbare Last, d.h. das Lenkrad, im Crashfall weniger stark auf den Lenksäulenkörper ein. Die Last erzeugt in anderen Worten ein verringertes Drehmoment, wodurch die Beanspruchung des Lenksäulenkörpers im Crashfall reduziert wird.
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Des Weiteren weist die Lenksäule aufgrund ihrer axialen Verschiebbarkeit relativ zu dem fahrzeugfest angeordneten Antrieb zum axialen Verstellen der Lenksäule aufgrund ihrer hierdurch bedingten verkürzten Bauform eine höhere Steifigkeit auf.
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Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Figuren.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Drehachse des Lenksäulenkörpers im Wesentlichen in einem axial mittigen Bereich des Lenksäulenkörpers angeordnet ist, wobei sich die Lenksäulenhalterung von Verbindungsabschnitten der Lenksäulenhalterung, an welchen ein Verbindungselement mit der Lenksäulenhalterung verbunden ist, zumindest bis zur Drehachse des Lenksäulenkörpers erstreckt, und wobei der Lenksäulenkörper an der Drehachse zur Lenksäulenhalterung drehbar gelagert ist. Somit ergibt sich in vorteilhafter Weise eine gute Absorption einer durch die Lenkspindel auf den Lenksäulenkörper wirkenden Aufprallenergie. Gleichzeitig kann in vorteilhafter Weise eine kompakte Bauform der Lenksäule ermöglicht werden.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass der Antrieb zum Verstellen der Neigung des Lenksäulenkörpers ein an der Lenksäulenhalterung angeordnetes Schraubgetriebe, vorzugsweise einen durch eine elektrische Maschine angetriebenen Kugelgewindetrieb, aufweist. Das Schraubgetriebe ermöglicht in vorteilhafter Weise eine stufenlose Verstellbarkeit, ein lineares Verstellverhalten sowie eine kompakte Abmessung des Antriebs zum Verstellen der Neigung des Lenksäulenkörpers.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass eine Spindelmutter des Schraubgetriebes, vorzugsweise des Kugelgewindetriebs, durch ein Verbindungselement mit dem Lenksäulenkörper verbunden ist. Die durch eine Gewindespindel des Schraubgetriebes erzeugte axiale Auslenkung der Spindelmutter kann somit in vorteilhafter Weise in eine Neigungsänderung des Lenksäulenkörpers umgewandelt werden.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass das Verbindungselement im Wesentlichen L-förmig ausgebildet ist, wobei ein erster Verbindungspunkt des Verbindungselements mit der Spindelmutter des Schraubgetriebes, vorzugsweise des Kugelgewindetriebs, verbunden ist, wobei ein zweiter Verbindungspunkt des Verbindungselements mit zumindest einem Verbindungsabschnitt der Lenksäulenhalterung verbunden ist, und wobei ein dritter Verbindungsabschnitt des Verbindungselements mit einem Verbindungsabschnitt des Lenksäulenkörpers verbunden ist.
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Die L-förmige Ausbildung des Verbindungselements ermöglicht somit in vorteilhafter Weise eine Hebelarmwirkung der axialen Auslenkung der Spindelmutter des Schraubgetriebes und eine daraus resultierende Auslenkung des Lenksäulenkörpers entsprechend der Geometrie des L-förmigen Verbindungselements.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass das Verbindungselement mit dem ersten Verbindungspunkt an der Spindelmutter des Schraubgetriebes, vorzugsweise des Kugelgewindetriebs, drehbar gelagert ist. Somit kann in vorteilhafter Weise eine Axialbewegung der Spindelmutter in eine Bewegung des Verbindungselements umgewandelt werden.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass das Verbindungselement mit dem zweiten Verbindungspunkt an dem zumindest einen Verbindungsabschnitt der Lenksäulenhalterung drehbar gelagert ist, und wobei das Verbindungselement mit dem dritten Verbindungspunkt am Verbindungsabschnitt des Lenksäulenkörpers drehbar gelagert ist. Aufgrund der drehbaren Lagerung des Verbindungselements am ersten Verbindungspunkt, am zweiten Verbindungspunkt und am dritten Verbindungspunkt weist die Verbindung zwischen Antrieb, Lenksäulenhalterung und Lenksäulenkörper insgesamt drei Freiheitsgrade auf. Damit kann eine effektive Verstellung des Lenksäulenkörpers ermöglicht werden.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Drehachse des Lenksäulenkörpers in einem Einbauzustand der Lenksäule im Kraftfahrzeug an einer Oberseite des Lenksäulenkörpers angeordnet ist. Aufgrund der zur Lenksäulenhalterung benachbarten Anordnung bzw. Lagerung des Lenksäulenkörpers kann eine effektive Verstellbarkeit des Lenksäulenkörpers bei kompakter Bauform ermöglicht werden.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Lenksäulenhalterung und die an der Lenksäulenhalterung befestigte Lenksäule durch den fahrzeugfest angeordneten Antrieb zum axialen Verstellen der Lenksäule, insbesondere relativ zu einer fahrzeugfest angeordneten Platte, an welcher der Antrieb zum axialen Verstellen der Lenksäule befestigt ist, axial verstellbar sind.
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Dies weist vor allem den Vorteil auf, dass bei der axialen Verstellung der Lenksäule die Drehachse des Lenksäulenkörpers ebenfalls axial verschoben wird, da sowohl der Lenksäulenkörper als auch die Lenksäulenhalterung relativ zu dem fahrzeugfest angeordneten Antrieb zur Axialverstellung der Lenksäule verstellbar ist. Dies bedeutet eine im Crashfall geringere Momenteneinleitung bzw. ein geringeres Lastmoment, welches vom Lenkrad auf die Lenksäule wirkt. Des Weiteren weist die Lenksäule aufgrund ihrer kompakteren Bauform ebenfalls eine höhere Steifigkeit auf.
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Die beschriebenen Ausgestaltungen und Weiterbildungen lassen sich beliebig miteinander kombinieren.
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Weitere mögliche Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmale der Erfindung.
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Figurenliste
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Die beiliegenden Zeichnungen sollen ein weiteres Verständnis der Ausführungsformen der Erfindung vermitteln. Sie veranschaulichen Ausführungsformen und dienen im Zusammenhang mit der Beschreibung der Erklärung von Prinzipien und Konzepten der Erfindung.
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Andere Ausführungsformen und viele der genannten Vorteile ergeben sich im Hinblick auf die Zeichnungen. Die dargestellten Elemente der Zeichnungen sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu zueinander gezeigt.
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Es zeigen:
- 1 eine Seitenansicht einer Lenksäulenanordnung für ein Kraftfahrzeug gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;
- 2 eine Seitenansicht einer Lenksäulenanordnung für ein Kraftfahrzeug gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;
- 3 eine Seitenansicht einer Lenksäulenanordnung für ein Kraftfahrzeug gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;
- 4 eine schematische Darstellung eines Abschnitts einer Lenksäule für ein Kraftfahrzeug gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;
- 5 eine schematische Darstellung der Lenksäule für das Kraftfahrzeug gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung; und
- 6 eine vergrößerte Detailansicht der in 5 gezeigten schematischen Darstellung der Lenksäule für das Kraftfahrzeug gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
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In den Figuren der Zeichnungen bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder funktionsgleiche Elemente, Bauteile oder Komponenten, soweit nichts Gegenteiliges angegeben ist.
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1 zeigt eine Seitenansicht einer Lenksäulenanordnung für ein Kraftfahrzeug gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
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Die Lenksäule 1 für das Kraftfahrzeug weist einen Lenksäulenkörper 10 und eine Lenksäulenhalterung 12 auf.
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Die Lenksäulenanordnung 2 umfasst sowohl die Lenksäule 1 als auch einen fahrzeugfest angeordneten Antrieb 27 zum axialen Verstellen der Lenksäule 1.
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Die Lenksäulenhalterung 12 und die an der Lenksäulenhalterung 12 befestigte Lenksäule 1 sind durch den fahrzeugfest angeordneten Antrieb 27 zum axialen Verstellen der Lenksäule 1, insbesondere relativ zu einer fahrzeugfest angeordneten Platte 28, an welcher der Antrieb 27 zum axialen Verstellen der Lenksäule 1 befestigt ist, axial verstellbar.
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An der Lenksäulenhalterung 12 ist ein Antrieb 14 zum Verstellen einer Neigung des Lenksäulenkörpers 10 angeordnet. Ein Kraftangriffspunkt 16 des Antriebs 14 zum Verstellen der Neigung des Lenksäulenkörpers 10 ist an einem ersten axialen Endabschnitt 10a des Lenksäulenkörpers 10 angeordnet.
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An einem zum ersten axialen Endabschnitt 10a gegenüberliegend angeordneten zweiten axialen Endabschnitt 10b des Lenksäulenkörpers 10 ist eine den Lenksäulenkörper 10 mit einer vorgegebenen Gewichtskraft beaufschlagende Last 18, vorzugsweise ein Lenkrad, anordenbar.
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Eine Drehachse 20 des Lenksäulenkörpers 10 ist zwischen dem Kraftangriffspunkt 16 des Antriebs 14 zum Verstellen der Neigung des Lenksäulenkörpers 10 und dem zweiten axialen Endabschnitt 10b des Lenksäulenkörpers 10 angeordnet.
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Die Drehachse 20 des Lenksäulenkörpers 10 ist im Wesentlichen in einem axial mittigen Bereich 10c des Lenksäulenkörpers 10 angeordnet. Dies sorgt in vorteilhafter Weise für eine optimale Aufteilung zwischen Kraftarm und Lastarm des als Hebel wirkenden Lenksäulenkörpers.
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Die Lenksäulenhalterung 12 erstreckt sich von den (in 6) gezeigten Verbindungsabschnitten 12a, 12b der Lenksäulenhalterung 12, an welchen das Verbindungselement 26 mit der Lenksäulenhalterung 12 verbunden ist, in Axialrichtung A des Lenksäulenkörpers 10 zumindest bis zur Drehachse 20 des Lenksäulenkörpers 10, in der vorliegenden Ausführungsform sogar darüber hinaus.
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Alternativ kann sich die Lenksäulenhalterung 12 beispielsweise vom Angriffspunkt 16 des Antriebs 14 am Lenksäulenkörper 10 in Axialrichtung A des Lenksäulenkörpers 10 lediglich bis zur Drehachse 20 des Lenksäulenkörpers 10 erstrecken. Der Lenksäulenkörper 10 ist an der Drehachse 20 zur Lenksäulenhalterung 12 drehbar gelagert.
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2 zeigt eine Seitenansicht einer Lenksäulenanordnung für ein Kraftfahrzeug gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
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Der Lenksäulenkörper 10 ist in 2 in einer ersten maximalen Auslenkungsposition um die Drehachse 20 gezeigt und weist ausgehend von einer Mittenstellung des Lenksäulenkörpers 10 eine vorgegebene Verstellbarkeit in eine erste Verstellrichtung R1 auf.
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Ein Verbindungselement 26 verbindet hierbei den Antrieb 14 zum Verstellen der Neigung des Lenksäulenkörpers 10 über die Lenksäulenhalterung 12 mit dem Lenksäulenkörper 10.
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3 zeigt eine Seitenansicht einer Lenksäulenanordnung für ein Kraftfahrzeug gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
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Der Lenksäulenkörper 10 ist in 3 in einer zweiten maximalen Auslenkungsposition um die Drehachse 20 gezeigt und weist ausgehend von einer Mittenstellung des Lenksäulenkörpers 10 eine vorgegebene Verstellbarkeit in eine zweite Verstellrichtung R2 auf.
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Ein Verbindungselement 26 verbindet hierbei den Antrieb 14 zum Verstellen der Neigung des Lenksäulenkörpers 10 über die Lenksäulenhalterung 12 mit dem Lenksäulenkörper 10.
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4 zeigt eine schematische Darstellung eines Abschnitts einer Lenksäule für ein Kraftfahrzeug gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
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Der Antrieb 14 zum Verstellen der Neigung des Lenksäulenkörpers 10 weist ein an der Lenksäulenhalterung 12 angeordnetes Schraubgetriebe 22, vorzugsweise einen durch eine elektrische Maschine 24 angetriebenen Kugelgewindetrieb, auf.
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Die Drehachse 20 des Lenksäulenkörpers 10 ist in einem Einbauzustand der Lenksäule 1 im Kraftfahrzeug an einer Oberseite 10d des Lenksäulenkörpers 10 angeordnet. Der Kugelgewindetrieb ist hierbei herkömmlicher Art, d.h. die elektrische Maschine 24 treibt einen Spindeltrieb 23 an, welcher wiederum in einem axialen Auslenken einer Spindelmutter 22a des Kugelgewindetriebs resultiert.
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Alternativ kann an Stelle des als Kugelgewindetrieb bzw. Spindeltrieb ausgebildeten Antriebs 14 der Antrieb 14 beispielsweise in Form eines Getriebes, z.B. eines Untersetzungsgetriebes ausgebildet sein.
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Ferner alternativ kann der Antrieb 14 beispielsweise durch eine Direktverbindung mit dem Verbindungselement 26 in Form z.B. eines Linearantriebs oder einem sonstigen Stellglieds ausgebildet sein.
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5 zeigt eine schematische Darstellung der Lenksäule für das Kraftfahrzeug gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
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Die Spindelmutter 22a des Schraubgetriebes 22, vorzugsweise des Kugelgewindetriebs, ist durch das Verbindungselement 26 mit dem Lenksäulenkörper 10 verbunden. Das Verbindungselement 26 ist im Wesentlichen L-förmig ausgebildet.
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6 zeigt eine vergrößerte Detailansicht der in 5 gezeigten schematischen Darstellung der Lenksäule für das Kraftfahrzeug gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
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Ein erster Verbindungspunkt 26a des Verbindungselements 26 ist mit der Spindelmutter 22a des Schraubgetriebes 22, vorzugsweise des Kugelgewindetriebs, verbunden.
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Ein zweiter Verbindungspunkt 26b des Verbindungselements 26 ist mit zumindest einem Verbindungsabschnitt, im vorliegenden Ausführungsbeispiel zwei Verbindungsabschnitten 12a, 12b, der Lenksäulenhalterung 12, verbunden. Ein dritter Verbindungsabschnitt 26c des Verbindungselements 26 ist mit einem Verbindungsabschnitt 10c des Lenksäulenkörpers 10 verbunden.
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Das Verbindungselement 26 ist mit dem ersten Verbindungspunkt 26a an der Spindelmutter 22a des Schraubgetriebes 22, vorzugsweise des Kugelgewindetriebs, drehbar gelagert. Das Verbindungselement 26 ist ferner mit dem zweiten Verbindungspunkt 26b an dem zumindest einen Verbindungsabschnitt 12a, 12b, im vorliegenden Ausführungsbeispiel zwei Verbindungsabschnitten, der Lenksäulenhalterung 12 drehbar gelagert. Darüber hinaus ist das Verbindungselement 26 mit dem dritten Verbindungspunkt 26c am Verbindungsabschnitt 10c des Lenksäulenkörpers 10 drehbar gelagert.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008060225 B4 [0004]
