-
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Lenksäulenmodul für ein Steer-by-Wire Lenksystem eines Kraftfahrzeugs sowie ein Kraftfahrzeug, umfassend ein derartiges Lenksäulenmodul.
-
In heutigen Kraftfahrzeugen werden größtenteils elektromechanische Lenksysteme eingesetzt. Mit der Weiterentwicklung des elektromechanischen Lenksystems zu einem ausfallsicheren System zur Realisierung autonomer Fahrfunktionen, werden auch Steer-by-Wire Lenksysteme möglich, bei denen keine mechanische Verbindung zwischen dem Lenkrad und der Lenkachse besteht.
-
Bei dieser Art von Lenksystemen wird das Lenkgefühl durch einen elektrisch ansteuerbaren Lenkradaktuator realisiert, der das Lenkrad mittels eines Elektromotors beschleunigen oder abbremsen kann. Die Bewegung der Räder wird durch einen Radaktuator realisiert. Die beiden Teilsysteme sind durch einen Datenbus miteinander verbunden.
-
Mit einem Steer-by-Wire System ist ein Betriebszustand möglich, bei dem das Fahrzeug durch eine autonome Fahrfunktion geführt wird. Aufgrund der fehlenden mechanischen Verbindung muss das Lenkrad hierbei nicht entsprechend der Radbewegung und der mechanischen Übersetzung mitdrehen und kann während der Fahrt auch im Armaturenbrett versenkt werden, um dem Fahrer mehr Bewegungsfreiheit zu geben.
-
An die Lenksäule von Kraftfahrzeugen werden hohe Anforderungen hinsichtlich passiver Sicherheit gestellt. Bei heutigen Lenksäulen sind hierbei insbesondere Crashelemente in der Lenkwelle vorgesehen, die einen Kraftimpuls bei einem Aufprall eines Kraftfahrzeugs aufgefangen sollen. Bei einem Lenksäulenmodul für ein Steer-by-Wire System wird jedoch zusätzlicher Bauraum für den elektrisch ansteuerbaren Lenkradaktuator benötigt, sodass es insbesondere schwierig ist, die Sicherheitsanforderungen von Lenksäulen solcher Systeme mit den betreffenden bauraumminimierenden Anforderungen zu vereinbaren.
-
Aus dem Stand der Technik sind Lenksäulenmodule für Kraftfahrzeuge bekannt. So betrifft die
US 5,737,970 A ein Lenksäulenmodul für eine Lenksäule eines Kraftfahrzeugs mit einer teleskopierbaren Einrichtung, umfassend mehrere relativ zueinander entlang einer Teleskopierrichtung verschiebbaren Einzelelementen sowie einem Crashelement zum Auffangen einer impulsartigen Beausschlagung des Lenksäulenmoduls. Ferner betreffen auch die Druckschriften
GB 1 453 397 A ,
US 6,039,350 A ,
US 8,549,953 B2 sowie die DE 103 13 470 B3 470 B3 Lenksäulenmodule für eine Lenksäule eines Kraftfahrzeugs, umfassend eine teleskopierbare Einrichtung mit mehreren relativ zueinander entlang einer Teleskopierrichtung verschiebbaren Einzelelementen.
-
-
Aus dem Stand der Technik ist somit zwar eine Verstellmöglichkeit einer Lenksäule für ein Kraftfahrzeug, umfassend eine teleskopierbare Einrichtung mit mehreren relativ zueinander entlang einer Teleskoperrichtung verschiebbaren Einzelelementen sowie Crashelementen zum Auffangen einer impulsartigen Beaufschlagung des Lenksäulenmoduls bekannt, jedoch sind die aus dem Stand der Technik bekannten Lenksäulenmodule nicht für Steer-by-Wire Lenksysteme eines Kraftfahrzeugs geeignet und weisen insbesondere nicht gleichzeitig die vorliegend erforderlichen Anforderungen hinsichtlich passiver Sicherheit und Bauraumminimierung auf.
-
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die voranstehend beschriebenen Nachteile von Lenksäulenmodulen für ein Kraftfahrzeug zumindest teilweise zu beheben, insbesondere ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Lenksäulenmodul für ein Kraftfahrzeug insbesondere in Form eines Steer-by-Wire Lenksäulenmoduls zur Verfügung zu stellen, das gleichzeitig den hohen Sicherheitsanforderungen gerecht wird und zudem besonders platzsparend ausgeführt ist.
-
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.
-
Das gegenständliche Lenksäulenmodul kann vorzugsweise in Personenkraftwagen oder Lastkraftwagen eingesetzt werden. Ebenso ist jedoch auch ein Einsatz in Nutzfahrzeugen, wie Gabelstaplern oder in Flugobjekten oder Schiffen denkbar. Hierbei ist das gegenständliche Lenksäulenmodul insbesondere für ein Steer-by-Wire Lenksystem geeignet und demnach vorzugsweise in Form eines Steer-by-Wire Lenksäulenmoduls ausgebildet.
-
Das gegenständliche Lenksäulenmodul für ein Steer-by-Wire Lenksystem eines Kraftfahrzeugs umfasst hierbei ein Lenkrad zur Ansteuerung einer Lenkbewegung eines Kraftfahrzeugs, eine Teleskopiereinheit zur Verschiebung einer Lenkradposition entlang einer Teleskopierrichtung x, einen innerhalb der Teleskopiereinheit angeordneten Aktuator zur Rückkopplung einer auf das Lenksäulenmodul wirkenden Kraft an einen Fahrer des Kraftfahrzeugs sowie eine zwischen der Teleskopiereinheit und dem Lenkrad angeordnete Lenkwelle zur Übertragung einer Lenkbewegung. Ferner umfasst das gegenständliche Lenksäulenmodul zumindest ein Crashelement zum Abfangen eines Kraftimpulses auf das Lenksäulenmodul des Kraftfahrzeugs.
-
Der innerhalb der Teleskopiereinheit angeordnete Aktuator zur Rückkopplung einer auf das Lenksäulenmodul wirkenden Kraft an einen Fahrer des Kraftfahrzeugs kann hierbei insbesondere in Form eines Force-Feedback Aktuators ausgebildet sein. Das gegenständliche Crashelement dient zum Abfangen eines Kraftimpulses auf das Lenksäulenmodul des Kraftfahrzeugs, insbesondere bei einem Unfall des Kraftfahrzeugs, aber beispielsweise auch bei starken ruckartigen Bewegungen zum Beispiel bedingt durch scharfe Bremsbewegungen oder dergleichen. Dabei wird das gegenständliche Crashelement infolge der Dämpfung insbesondere irreversibel verformt. Im Rahmen einer besonders effektiven Dämpfung eines Kraftimpulses kann erfindungsgemäß ferner auch eine Anordnung einer Mehrzahl von Crashelementen vorgesehen sein. Hierbei kann gegenständlich zudem vorgesehen sein, dass die Form und/oder das Material und/oder die Anzahl der Crashelemente vorteilhafter Weise an das Kraftfahrzeug angepasst werden kann, in welches das Lenksäulenmodul eingebaut werden soll. Auf diese Weise kann beispielsweise im Vorfeld eine nötige Dämpfungswirkung des Crashelementes eingeschätzt werden, die sich im Hinblick auf den möglichen Einsatz des erfindungsgemäßen Lenksäulenmoduls deutlich unterscheiden kann.
-
Im Rahmen eines möglichst weiten Verschiebeweges eines Lenkrads eines Kraftfahrzeugs in einer Teleskopierrichtung sowie eine gleichzeitig möglichst stabile Ausführung einer Lenksäule kann gegenständlich vorteilhafter Weise vorgesehen sein, dass die Teleskopiereinheit eine Mehrzahl von verschiebbaren Einzelelementen aufweist, wobei die Einzelelemente vorzugsweise relativ zueinander entlang einer Teleskopierrichtung verschiebbar sind.
-
Hinsichtlich einer konstruktiv besonders einfachen und kostengünstigen Ausführung einer Teleskopiereinheit kann erfindungsgemäß insbesondere vorgesehen sein, dass die Teleskopiereinheit zumindest einen Kugelgewindetrieb zur Verschiebung der Mehrzahl von verschiebbaren Einzelelementen aufweist, wobei der Kugelgewindetrieb vorzugsweise eine Spindel sowie zumindest eine Spindelmutter zur Überführung einer Rotationsbewegung in eine Translationsbewegung umfasst.
-
Im Hinblick auf einen effektiven Personenschutz sowie einen effektiven Schutz der gegenständlichen Teleskopiereinheit kann erfindungsgemäß vorteilhafter Weise insbesondere vorgesehen sein, dass das zumindest eine Crashelement eine geringere Deformations- und/oder Verschiebestabilität aufweist, als die verschiebbaren Einzelelemente, sodass es bei einer Ausübung eines Kraftimpulses auf das Lenksäulenmodul eher zu einer Deformation und/oder einer Verschiebung des zumindest einen Crashelementes kommt als zu einer Deformation und/oder Verschiebung eines der verschiebbaren Einzelelemente. Das zumindest eine Crashelement bzw. die Crashelemente sind hierbei vorzugsweise derart ausgebildet, dass sich die übrigen Teile eines Lenksäulenmoduls bei einem Crash nicht in ihrer Position relativ zu den Crashelementen verändern, sodass bei der Einwirkung einer Kraft auf das Lenksäulenmodul durch einen Crash ein definiertes bzw. definierbares Verformungsverhalten ergibt. Der maximale Deformationsweg ergibt sich hierbei aus der technischen Ausgestaltung der Crashelemente oder aus der Begrenzung der Deformation durch angrenzende Bauteile, die beispielsweise in einem konstruktiv festgelegten Abstand hinreichend fest angeordnet sein können.
-
Im Rahmen einer besonders platzsparenden Anordnung eines gegenständlichen Lenksäulenmoduls kann vorteilhafter Weise vorgesehen sein, dass das zumindest eine Crashelement innerhalb der Teleskopiereinheit angeordnet ist, wobei das Crashelement vorzugsweise als ein Teil eines verschiebbaren Einzelelementes ausgebildet ist. Hierbei kann das Crashelement beispielsweise um oder entlang eines Teils eines verschiebbaren Einzelelementes ausgebildet sein. Gemäß einer anderen Variante kann zudem auch vorgesehen sein, dass das Crashelement selbst in Form eines verschiebbaren Einzelelementes ausgeführt ist.
-
Zudem ist im Rahmen der Erfindung ebenfalls denkbar, dass das zumindest eine Crashelement zur mechanischen Fixierung eines verschiebbaren Einzelelementes dient. So kann das Crashelement beispielsweise zwischen zwei verschiebbaren Einzelelementen angeordnet sein und diese vorzugsweise miteinander verbinden. Alternativ kann eine Seite des Crashelementes auch an die Lenkwelle oder den innerhalb der Teleskopiereinheit angeordneten Aktuator angeordnet sein und die Lenksäule oder den Aktuator mit einem verschiebbaren Einzelelement der Teleskopiereinheit verbinden.
-
Im Hinblick auf eine einfache Art und Weise der Gewährleistung einer definierbaren Deformation bzw. eines definierbaren Deformationsweges kann im Rahmen der Erfindung insbesondere vorgesehen sein, dass das zumindest eine Crashelement eine Sollbruchstelle aufweist, wobei die Sollbruchstelle vorzugsweise in Form einer Abreißlasche mit Sollbruchlinien gebildet ist. Hierbei kann es für ein Mindestmaß einer dämpfenden Wirkung vorteilhaft sein, wenn die Abreißlasche zumindest teilweise in Form eines Metallwerkstoffes gebildet ist.
-
Im Hinblick auf eine gleichzeitig stabile, als auch gewichtsoptimierte Ausführung einer gegenständlichen Lenksäule kann vorteilhafter Weise ebenfalls vorgesehen sein, dass das zumindest eine Crashelement zumindest teilweise in Form eines Kunststoffes, vorzugsweise in Form eines glasfaserverstärkten Kunststoffes und/oder eines kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffes ausgebildet ist. Zudem ist es ebenfalls denkbar, dass das Crashelement zumindest teilweise aus einem Metallwerkstoff, insbesondere zumindest teilweise aus einem Eisenwerkstoff oder einem Aluminiumwerkstoff gebildet ist. So kann ein gegenständliches Crashelement auch aus einem glasfaserverstärkten Kunststoff und/oder einem kohlenstofffaserverstärkten Kunststoff gebildet sein und zusätzlich eine metallische Verstärkung oder dergleichen umfassen.
-
Im Rahmen einer besonders platzsparenden Anordnung des gegenständlichen Lenksäulenmoduls kann erfindungsgemäß vorteilhafter Weise ferner vorgesehen sein, dass das zumindest eine Crashelement in Form einer verschiebbaren Hülse ausgebildet ist, wobei das in Form einer verschiebbaren Hülse ausgebildete Crashelement vorzugsweise an dem Kugelgewindetrieb angeordnet ist. Vorzugsweise ist die verschiebbare Hülse hierbei an die Spindelmutter des Kugelgewindetriebes angeordnet, wobei die verschiebbare Hülse die Spindelmutter insbesondere zumindest teilweise umgibt.
-
Im Hinblick auf eine besonders effektive und exakt einstellbare Dämpfung eines Kraftimpulses auf das Lenksäulenmodul kann erfindungsgemäß zudem insbesondere vorgesehen sein, dass das zumindest eine Crashelement dazu eingerichtet ist, eine Dämpfung durch eine definierte Haft- und Gleitreibung zu realisieren. Im Rahmen einer besonders effektiven Dämpfung kann das gegenständliche Crashelement hierbei insbesondere einen Haft-Gleiteffekt bewirken.
-
Ebenfalls Gegenstand der Erfindung ist zudem ein Kraftfahrzeug, umfassend ein voranstehend beschriebenes Lenksäulenmodul. Bezüglich des beschriebenen Kraftfahrzeugs ergeben sich somit sämtliche Vorteile, die bereits ausführlich zu dem erfindungsgemäßen Lenksäulenmodul beschrieben worden sind.
-
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.
-
Es zeigen:
- 1 a, b eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Lenksäulenmoduls für ein Steer-by-Wire Lenksystem eines Kraftfahrzeugs gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel in einem eingefahrenen Zustand (a) sowie einem ausgefahrenen Zustand (b),
- 2 a - c eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Lenksäulenmoduls für ein Steer-by-Wire Lenksystem eines Kraftfahrzeugs in einem eingefahrenen Zustand gemäß einem ersten (a), zweiten (b) und dritten Ausführungsbeispiel (c),
- 3 a, b eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Lenksäulenmoduls für ein Steer-by-Wire Lenksystem eines Kraftfahrzeugs gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel in einer eingefahrenen Form in einem undeformierten Zustand (a) und einem deformierten Zustand (b),
- 4 eine detaillierte schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Lenksäulenmoduls für ein Steer-by-Wire Lenksystem eines Kraftfahrzeugs.
-
1a zeigt eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Lenksäulenmoduls 2 für ein Steer-by-Wire Lenksystem eines Kraftfahrzeugs gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel in einem eingefahrenen Zustand.
-
Hierbei umfasst das Lenksäulenmodul 2 ein Lenkrad 12 zur Ansteuerung einer Lenkbewegung eines Kraftfahrzeugs, eine Teleskopiereinheit 6 zur Verschiebung einer Lenkradposition entlang einer Teleskopierrichtung X, einen innerhalb der Teleskopiereinheit 6 angeordneten Aktuator 14 zur Rückkopplung einer auf das Lenksäulenmodul 2 wirkenden Kraft an einen Fahrer des Kraftfahrzeugs sowie eine zwischen der Teleskopiereinheit 6 und dem Lenkrad 12 angeordnete Lenkwelle 4 zur Übertragung einer Lenkbewegung. Ferner umfasst das Lenksäulenmodul zumindest ein Crashelement 10 zum Abfangen eines Kraftimpulses F auf das Lenksäulenmodul 2 eines Kraftfahrzeugs.
-
Die Teleskopiereinheit 6 weist hierbei eine Mehrzahl von verschiebbaren Einzelelementen 8a, 8b, 8c auf, die relativ zueinander entlang der Teleskopierrichtung X verschiebbar sind. Das gegenständliche Crashelement 10 ist hierbei innerhalb der Teleskopiereinheit 6 angeordnet und kann hierbei wahlweise auch als ein Teil eines verschiebbaren Einzelelementes 8a, 8b, 8c ausgebildet sein. Ferner kann das Crashelement 10 auch zur mechanischen Fixierung eines der verschiebbaren Einzelelemente 8a, 8b, 8c dienen.
-
1b zeigt das Lenksäulenmodul gemäß 1a in einem ausgefahrenen Zustand, in dem die verschiebbaren Einzelelemente 8a, 8b, 8c einen größeren Abstand zueinander aufweisen.
-
2a zeigt eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Lenksäulenmoduls 2 für ein Steer-by-Wire Lenksystem eines Kraftfahrzeugs in einem eingefahrenen Zustand gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel, gemäß dem das Crashelement 10 zur Fixierung des ersten verschiebbaren Einzelelementes 8a an dem Aktuator 14 vorgesehen ist. Gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel eines Lenksäulenmoduls für ein Steer-by-Wire Lenksystem eines Kraftfahrzeugs ist das Crashelement 10 dagegen selbst in Form eines verschiebbaren Einzelelementes ausgebildet. Gemäß dem Lenksäulenmodul in Form des dritten Ausführungsbeispiels gemäß 2c ist das Crashelement 10 ferner als ein Teil des verschiebbaren Einzelelementes 8b ausgebildet.
-
3a zeigt eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Lenksäulenmoduls 2 für ein Steer-by-Wire Lenksystem eines Kraftfahrzeugs gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel in einer eingefahrenen Form in einem undeformierten Zustand.
-
Gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel ist das Crashelement 10 hierbei wie in 2b dargestellt, selbst in Form eines verschiebbaren Einzelelementes ausgebildet.
-
3b zeigt das Lenksäulenmodul 2 gemäß 3a in einem deformierten Zustand, in dem das Crashelement 10 einen Kraftimpuls F auf das Lenksäulenmodul 2 aufgefangen hat und infolgedessen irreversibel entlang eines maximalen Deformationsweges A deformiert wurde. Um dies zu gewährleisten, kann das zumindest eine Crashelement 10 insbesondere eine geringere Deformations- und/oder Verschiebestabilität aufweisen, als die (anderen) verschiebbaren Einzelelemente (8a, 8b, 8c), sodass es bei einer Ausübung eines Kraftimpulses F auf das Lenksäulenmodul 2 eher zu einer Deformation und/oder einer Verschiebung des zumindest einen Crashelements 10 kommt, als zu einer Deformation und/oder Verschiebung eines der verschiedenen Einzelelemente 8a, 8b, 8c. Dies kann beispielsweise gewährleistet werden, indem das Crashelement 10 eine Sollbruchstelle aufweist, die beispielsweise in Form einer Abreißlasche mit Sollbruchlinie oder dergleichen gebildet sein kann. Um hierzu die nötige Stabilität aufzuweisen kann das gegenständliche Crashelement 10 zumindest teilweise in Form eines Kunststoffes, vorzugsweise in Form eines glasfaserverstärkten Kunststoffes und/oder eines kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffes gebildet sein.
-
4 zeigt eine detaillierte schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Lenksäulenmoduls 2 für ein Steer-by-Wire Lenksystem eines Kraftfahrzeugs. Hierbei weist die Teleskopiereinheit 6 einen Kugelgewindetrieb 16 zur Verschiebung der Mehrzahl von verschiebbaren Einzelelemente 8a, 8b, 8c auf, wobei der Kugelgewindetrieb 12 zudem eine Spindel 18 sowie zumindest eine Spindelmutter 20 zur Überführung einer Rotationsbewegung in eine Translationsbewegung umfasst. Das Crashelement 10 ist hierbei in Form einer verschiebbaren Hülse gebildet, die an dem Kugelgewindetrieb 16 angeordnet ist und die Spindelmutter 20 des Kugelgewindetriebes 16 hierbei zumindest teilweise umgibt.
-
Mittels des erfindungsgemäßen Lenksäulenmoduls für ein Kraftfahrzeug ist es insbesondere möglich, eine Ausführung zur Verfügung zu stellen, die gleichzeitig den hohen sicherheitsrelevanten Anforderungen hinsichtlich eines Abfangens von Kraftimpulsen F auf das Lenksäulenmodul 2, als auch den immer stärker in den Vordergrund rückenden bauraumminimierenden Anforderungen gerecht wird, sodass das betreffende Lenksäulenmodul 2 insbesondere auch für ein Steer-by-Wire Lenksystem eines Kraftfahrzeugs geeignet ist.
-
Bezugszeichenliste
-
- 2
- Lenksäulenmodul
- 4
- Lenkwelle
- 6
- Teleskopiereinheit
- 8
- Einzelelemente
- 8a
- erstes Einzelelement
- 8b
- zweites Einzelelement
- 8c
- drittes Einzelelement
- 10
- Crashelement
- 12
- Lenkrad
- 14
- Aktuator
- 16
- Kugelwellentrieb
- 18
- Spindel
- 20
- Spindelmutter
- X
- Teleskopierrichtung
- A
- maximaler Deformationsweg
- F
- Kraftimpuls
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- US 5737970 A [0006]
- GB 1453397 A [0006]
- US 6039350 A [0006]
- US 8549953 B2 [0006]
- US 9365233 B2 [0007]
- CN 101289094 B [0007]
- EP 1884444 A1 [0007]
- DE 4118976 A1 [0007]
