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Beschrieben wird eine Lenksäule für ein Kraftfahrzeug.
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Lenksäulen für Kraftfahrzeuge der eingangs genannten Art sind im Stand der Technik bekannt.
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Lenksysteme zählen neben Bremsen und Antrieb zu den kritischsten Kraftfahrzeugsteuerungseinrichtungen. Neuere Lenksystemkonzepte verwenden elektrische bzw. elektronische Übertragungssysteme zwischen einem vom Fahrer bedienten Lenksteller, beispielsweise einem Lenkrad, und einem Lenkaktuator zum Stellen von gelenkten Rädern an lenkbaren Achsen der Kraftfahrzeuge, ohne dass eine mechanische Verbindung zwischen dem Lenksteller und den Rädern besteht. Ein Sensor erfasst die Position des Lenkstellers und übermittelt entsprechende Signale an den Lenkaktuator, um einen Lenkwinkel der gelenkten Räder entsprechend der Stellung des Lenkstellers einzustellen. Solche Systeme werden oft „Steer-by-wire“-Systeme genannt. Aus Sicherheitsgründen sind die Systeme meist redundant auszulegen.
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Gleichzeitig stellen Lenksysteme sowohl für den Komfort als auch für den Fahrzugstand der Kraftfahrzeuge wichtige Einheiten dar. Bei herkömmlichen Lenksystemen werden Reaktionskräfte von den Rädern über das Lenkgetriebe direkt an das Lenkrad übertragen. Die Reaktionskräfte geben den Fahrern wichtige Hinweise über den Zustand des Kraftfahrzeugs, beispielsweise im Hinblick auf Lenkkräfte und Traktion. Ein Nachlassen der Reaktionskräfte der gelenkten Räder kann beispielsweise auf Traktionsverlust und rutschende Reifen hinweisen.
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Bei Systemen ohne mechanische Verbindung zwischen Lenksteller und gelenkten Rädern muss diese Information auf andere Weise an den Lenksteller übermittelt werden, in der Regel mithilfe eines Motors, der an einer Lenksäule angeordnet ist und den Lenksteller dreht. Große Rückstellkräfte signalisieren große Lenkwiderstände, kleine Rückstellkräfte kleine Lenkwiderstände. Diese Funktion wird häufig als „Force Feedback“ bezeichnet.
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Weitere Komfortfunktionen betreffen die Übersetzung, also das Verhältnis von Lenkeinschlag zu Radeinschlag. Sowohl bei mechanisch gekoppelten als auch bei elektronischen Systemen sind des weiteren variable Lenkanschläge bekannt. Der Lenkeinschlag soll bei langsamer Fahrt möglichst groß sein, damit der Radeinschlag ebenfalls groß ist, um kleinere Wendekreise und einfacheres Einparken zu ermöglichen. Bei schneller Fahrt sollte ein kleinerer Lenkeinschlag gewährleistet sein, damit es zu keinem ungewollten Verziehen des Lenkrades kommt, wodurch Gefahrensituationen verursacht werden können.
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Bei elektronischen Systemen ist es bekannt, eine elektromagnetische Bremse dazu zu verwenden, einen Lenkwiderstand bei Erreichen des jeweils eingestellten Maximalanschlags zu erhöhen, um den Fahrer zu signalisieren, dass der Maximalhub des Lenkrades bald erreicht ist.
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Ein derartig verwirklichter Lenkanschlag erfordert eine besonders stark ausgelegte Bremse, um Missbrauchskräfte am Lenkrad zu vermeiden und/oder ein Abstützen am Lenkrad beim Ein- und Aussteigen komfortabel zu ermöglichen sowie Notlauflenkbewegungen bei Stromausfall zu realisieren. Eine derartige Bremse erfordert jedoch einen erheblichen Bauraum, der bei den meisten Fahrzeugtypen nicht gegeben ist.
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Aus der
DE 10 2018 102 216 A1 ist ein Lenksystem für Kraftfahrzeuge bekannt, umfassend einen auf die gelenkten Räder wirkenden, in Abhängigkeit eines Fahrerlenkwunsches elektronisch geregelten Lenksteller, der mittels eines Lenkgetriebes auf die gelenkten Räder wirkt, und einen Rückwirkungen auf eine mit dem Lenkrad verbundene Lenkwelle übertragenden Aktuator-Einrichtung, wobei das Steer-by-Wire-Lenksystem eine elektrisch aktivierbare Haltebremse umfasst, die zwei Stellungen aufweist; eine Haltestellung und eine offene Stellung. Die Haltebremse ist dazu ausgebildet, bei einem Überschreiten eines vordefinierten Verdrehwinkels der Lenkwelle ein Verdrehen der Lenkwelle in der Haltestellung zu blockieren und in der offenen Stellung eine Rotation der Lenkwelle freizugeben.
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Somit stellt sich die Aufgabe, Lenksäulen für Kraftfahrzeuge der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, dass mit möglichst geringem Bauraum eine definierte Lenkbewegungseinschränkung einer Lenkwelle auch bei Stromausfall realisiert werden kann.
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Die Aufgabe wird gelöst durch eine Lenksäule für ein Kraftfahrzeug gemäß Anspruch 1. Weiterführende Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Beschrieben wird eine Lenksäule für ein Lenksystem eines Kraftfahrzeugs, wobei das Lenksystem wenigstens eine elektronisch geregelten Lenkaktuator aufweist, der Lenkbefehle mittels wenigstens eines Lenkgetriebes an gelenkte Räder des Kraftfahrzeugs überträgt und Rückwirkungen der gelenkten Räder mittels eines Aktuators an einen Lenksteller der Lenksäule überträgt, wobei Aktuator und Lenksteller über eine Lenkwelle miteinander verbunden sind, wobei die Lenkwelle in einer Lenksäule geführt ist, wobei die Lenkwelle einen Anschlag aufweist, wobei die Lenksäule einen Gegenanschlag aufweist, wobei Anschlag und Gegenanschlag bei Erreichen eines vorgegebenen Lenkwinkels miteinander in Anlage kommen und damit eine weitere Drehung der Lenkwelle verhindern.
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Der Lenkaktuator des Lenksystems, der mittels des Lenkgetriebes auf die gelenkten Räder des Kraftfahrzeugs wirkt, kann beispielsweise elektrisch oder hydraulisch angetrieben sein.
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Die Lenkbefehle können einerseits durch einen Fahrer, andererseits durch ein Fahrassistenzsystem oder ein teilautonomes oder autonomes Fahrprogramm des Kraftfahrzeugs eingegeben werden.
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Als Lenksteller kann ein Lenkrad Verwendung finden. Alternativ können verschiedene Varianten von Stangen, Griffen und dergleichen verwendet werden, mit denen manuell Drehmomente auf die Lenkwelle ausgeübt werden können. Die Stellung des Lenkstellers kann mithilfe eines oder meherer Sensoren erfasst werden.
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Der Aktuator der Lenksäule kann entsprechend der Reaktionskräfte der Räder angesteuert werden, um einem Fahrer Rückmeldung über den Fahr- und Traktionszustand zu geben. Die Reaktionskräfte können beispielsweise durch den Lenkaktuator oder Sensoren in dem Lenkgetriebe erfasst werden.
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Durch den Anschlag und den damit zusammenwirkenden Gegenanschlag wird eine Begrenzung des maximalen Drehwinkels des Lenkstellers bzw. -rades erreicht.
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In einer ersten weiterführenden Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass Anschlag und/oder Gegenanschlag als radial abragende Erhebungen ausgebildet sind.
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Der Anschlag und/oder der Gegenanschlag können in Form eines Zahns ausgebildet sein.
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Hierdurch ist es möglich, einen gut definierten und spürbaren Anschlag zu erzeugen, der gegenüber anderen Arten von Anschlägen, beispielsweise axialen Anschlägen, den Vorteil hat, dass die Endposition sauber definiert ist und Defekte oder Fehlfunktionen unwahrscheinlicher sind.
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In einer weiteren weiterführenden Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass Anschlag und/oder Gegenanschlag Anschlagflächen senkrecht zur Rotationsrichtung ausgerichtete Anschlagflächen aufweisen.
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Dies erhöht die Anlagefläche zwischen Anschlag und Gegenanschlag und damit die maximal darüber übertragbaren Kräfte.
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In einer weiteren weiterführenden Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass die Lenksäule eine Mantelrohranordung aufweist, wobei die Lenkwelle in der Mantelrohranordnung geführt ist, wobei der Gegenanschlag an einer Mantelrohrinnenseite angeordnet ist.
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Hierdurch ist ein kompakter Aufbau der Lenksäule möglich.
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In einer weiteren weiterführenden Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass die Mantelrohranordnung wenigstens zwei miteinander teleskopierbare Mantelrohrbauteile aufweist, wobei ein erstes Mantelrohrbauteil innerhalb oder außerhalb eines zweiten Mantelrohrbauteils axial verstellbar geführt ist, wobei der Anschlag am zweiten Mantelrohrbauteil angeordnet ist.
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Dieser Aufbau hat Packagingvorteile.
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In einer weiteren weiterführenden Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass der Gegenanschlag als separates Bauteil ausgebildet ist.
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Hierdurch ist es möglich, einen abgenutzten oder beschädigten Gegenanschlag auszutauschen.
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In einer weiteren weiterführenden Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass der Gegenanschlag als Zylinder oder Hohlzylinder oder Teil eines Hutprofils ausgebildet ist, wobei Hohlzylinder oder Hutprofil eine Durchführungsöffnung aufweisen.
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Somit ist es möglich, weitere Funktionen im Bereich des Gegenanschlags vorzusehen, beispielsweise eine Lenkradsperre. Eine solche Lenkradsperre kann beispielsweise für stehende Kraftfahrzeuge verwendet werden oder als Komfortfunktionen dienen, um dem Fahrer das Ein- oder Aussteigen zu erleichtern, in dem sich der Fahrer am Lenkrad festhalten kann.
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In einer weiteren weiterführenden Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass der Anschlag auf einem auf die Lenkwelle aufgepressten oder verrasteten Ring ausgebildet ist.
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Auf diese Weise kann der Anschlag austauschbar gestaltet und ein abgenutzter oder defekter Anschlag ohne Notwendigkeit des Austauschs der Lenksäule repariert werden.
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In einer weiterführenden Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass auf der gegenüberliegenden Seite des Anschlags eine Mulde vorgesehen ist, in die ein Schließbolzen einer elektrischen Lenkradverriegelung einfahrbar ist, wobei der Hohlzylinder zur Führung des Bolzens dient.
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In einer weiterführenden Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass der Schließbolzen federbelastet ist, so dass dieser in die Mulde des Rings einrastbar ist.
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In einer weiteren weiterführenden Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass Anschlag und/oder Gegenanschlag eine Kunststoffummantelung aufweisen.
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Auf diese Weise kann der Anschlag akustisch leiser und komfortabler gestaltet werden. Abhängig vom verwendeten Kunststoff kann außerdem eine gewisse Dämpfung erreicht werden, die einen flacheren Anstieg der Lenkkräfte am Anschlag bewirkt. Als Materialien für den Kunststoff kommen insbesondere Elastomere infrage.
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In einer weiteren weiterführenden Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass an der Lenkwelle eine elektromagnetische Bremse vorgesehen ist.
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Durch eine Kombination von Anschlag und Gegenanschlag sowie einer elektromagnetischen Bremse ist es möglich, die elektromagnetische Bremse weniger leistungsfähig und damit kompakter als bei bekannten Lenksystemen auszubilden, da der Anschlag eine mechanische Sperre darstellt, was erhebliche Bauraumvorteile ermöglicht.
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In einer weiteren weiterführenden Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass Aktuator und elektromagnetische Bremse koaxial angeordnet sind.
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Auf diese Weise kann die Lenksäule kompakt aufgebaut sein. Außerdem können die Kräfte von Aktuator und elektromagnetische Bremse auf diese Weise aufaddiert werden.
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In einer weiteren weiterführenden Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass die elektromagnetische Bremse so angesteuert ist, dass die Lenkspindel im Nahbereich des Anschlages einen sanften Momentenanstieg erfährt.
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In einer weiteren weiterführenden Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass die Bremse einen Federspeicher enthält, der bei Stromausfall mittels Reibung eine Bremsfunktion ausübt.
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In einer weiteren weiterführenden Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass die Lenksäule eine Steuereinheit für den Aktuator, die elektromagnetische Bremse und/oder die elektrische Lenkradverriegelung aufweist, die in einer Aufnahme einer Lenkkonsole der Lenksäule angeordnet ist.
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Alternativ kann die Steuereinheit außerhalb der Lenkkonsole am Aktuator angeordnet sein.
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In einer weiteren weiterführenden Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass die Antriebswelle des elektromotorisch betriebenen Aktuators mit der Lenkspindel unmittelbar in formschlüssigen Eingriff steht.
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In einer weiteren weiterführenden Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass der Aktuator zwei Motorschaltkreise aufweist, wobei der zweite Kreis den ersten bei dessen Ausfall ersetzt.
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In einer weiteren weiterführenden Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass die elektromagnetische Bremse zwischen dem Aktuator und der Lenkspindel angeordnet ist, wobei der Aktuator mit seiner Antriebswelle mit der Bremse im Eingriff steht und die Lenkspindel mit einem Ende in eine Aufnahme der Bremse eintaucht.
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Alternativ kann die Bremse an der Rückseite des Aktuators angeordnet und mit dessen Antriebswelle wirkverbunden sein.
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Allgemein sollte der Aktuator aus Bauraumgründen so klein wie möglich ausgelegt sein. Der Leistungsrest, der erforderlich ist, um alle Funktionen zu erfüllen, wird von der elektromagnetischen Bremse erbracht.
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In Bezug auf eine Komfortabstützfunktion kann das notwendige Abstützmoment vom Fahrzeugzustand abhängen. Bei ausgeschaltetem Antriebsmotor erbringt die Lenkradverriegelung bei eingerastetem Schließbolzen das Abstützmoment. Wenn der Fahrzeugmotor und die Bestromung noch laufen, erbringen der Aktuator mit der Bremse das Abstützmoment, je nach einwirkender Stützkraft zusätzlich auch der Anschlag. Bei Stromausfall wirkt im Wesentlichen nur der Anschlag.
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Ein erster unabhängiger Gegenstand betrifft ein Lenksystem mit einer Lenksäule der zuvor beschriebenen Art.
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Ein weiterer unabhängiger Gegenstand betrifft ein Kraftfahrzeug mit einer Lenksäule und/oder einem Lenksystem der zuvor beschriebenen Art
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der - gegebenenfalls unter Bezug auf die Zeichnung - zumindest ein Ausführungsbeispiel im Einzelnen beschrieben ist. Gleiche, ähnliche und/oder funktionsgleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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Es zeigen schematisch:
- 1 eine perspektivische Ansicht einer ersten Ausführungsvariante einer Lenksäule;
- 2 eine Längsschnittdarstellung der ersten Ausführungsvariante aus 1;
- 3 eine Querschnittdarstellung der ersten Ausführungsvariante aus 1;
- 4 eine Querschnittdarstellung einer zweiten Ausführungsvariante einer Lenksäule;
- 5 eine perspektivische Ansicht der zweiten Ausführungsvariante aus 4;
- 6 eine Längsschnittdarstellung der zweiten Ausführungsvariante aus 4;
- 7 eine perspektivische Ansicht einer dritten Ausführungsvariante einer Lenksäule, sowie
- 8 eine Längsschnittdarstellung der dritten Ausführungsvariante aus 7.
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1 zeigt eine perspektivische Ansicht einer ersten Ausführungsvariante einer Lenksäule 2.
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Die Lenksäule 2 ist Bestandteil eines Lenksystems, das keine mechanische Verbindung zu lenkbaren Rädern eines Kraftfahrzeugs aufweist, in welchem die Lenksäule 2 verbaut wird. Lenkbewegungen werden sensorisch an der Lenksäule 2 erfasst und elektronisch an wenigstens einen an einer gelenkten Achse des Kraftfahrzeugs angeordeten Lenkaktuator übermittelt, der dann die gelenkten Räder entsprechend der Vorgaben einstellt.
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Die Lenksäule 2 weist eine Lenkwelle 4 mit einer Nabe 6 auf. Die Nabe 6 dient zum Anschluss eines Lenkrades (nicht dargestellt). Um Reaktionskräfte der lenkbaren Räder auf die Nabe 6 zu übertragen, ist ein Aktuator 8 vorgesehen, der mit der Lenkwelle 4 kraftübertragend gekoppelt ist.
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Die Lenkwelle 4 ist in einer Mantelrohranordnung 10 geführt. Die Mantelrohranordnung 10 weist mehrere koaxial geführte Mantelrohrbauteile auf, von denen in 1 nur ein äußeres Mantelrohrbauteil 12 zu sehen ist.
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Die Mantelrohranordnung 10 ist an einer Lenkkonsole 14 angeordnet, die an einer Armaturentafel des Kraftfahrzeugs festlegbar ist. Der Aktuator 8 ist an der Lenkkonsole festgelegt.
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In Reihe zum Aktuator 8 ist eine elektromagnetische Bremse 16 geschaltet, die ein Bremsmoment auf Rotationen der Lenkwelle 4 ausüben kann. Mithilfe der elektromagnetischen Bremse 16 ist es möglich, einen Momentenanstieg in einem Endbereich des Verdrehbereichs der Lenkwelle 4 zu bewirken.
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Die Lenksäule 2 weist des Weiteren eine Steuerung 18 auf, die den Aktuator 8, die elektromagnetische Bremse 16 sowie eine in 1 nicht sichtbare Lenkradsperre ansteuert.
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2 zeigt eine Längsschnittdarstellung der ersten Ausführungsvariante aus 1.
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Die Mantelrohranordnung 10 weist ein weiteres Mantelrohrbauteil 20 auf, an dem das Mantelrohrbauteil 12 Drehmoment übertragend geführt ist.
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Das Mantelrohrbauteil 12 ist teleskopierbar relativ zum Mantelrohrbauteil 20, um eine axiale Verstellbarkeit des an der Nabe 6 anzubringenden Lenkrades zu ermöglichen. Das Mantelrohrbauteil 20 ist mit dem Aktuator 8 gekoppelt.
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Auf dem Mantelrohrbauteil 20 ist ein Anschlag 22 angeordnet, der an einem fest in der Lenkkonsole 14 angeordneten Gegenanschlag 24 in beiden Rotationsrichtungen am Ende des Verdrehbereichs der Lenkwelle 4 anschlägt und somit den Verdrehbereich des Lenkrads begrenzt. Der Anschlag 22 ist auf einem Ring ausgebildet, der an dem Mantelrohrbauteil 20 festgelegt ist (siehe 3).
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3 zeigt eine Querschnittdarstellung der ersten Ausführungsvariante aus 1.
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Der an der Lenkwelle 4 angeordnete Anschlag 22 ist mit einer Kunststoffummantelung versehen, die ein sanfteres Abbremsen der Lenkwelle 4 am Anschlag erreicht.
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Der Gegenanschlag 24 ist als Hutprofil ausgestaltet und weist eine Ausnehmung 28 auf, durch die ein Sperrbolzen 30 hindurch geführt werden kann, der bei entsprechender Stellung der Lenkwelle 4 in eine Vertiefung 32 im Mantelrohrbauteil 20 eintauchen kann.
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4 zeigt eine Querschnittdarstellung einer zweiten Ausführungsvariante einer Lenksäule 2'.
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Der Anschlag 22 ist auf einem Ring 34 vorgesehen, der auf der Lenkwelle 4 festgelegt ist.
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Im übrigen wird auf die Beschreibung zur ersten Ausführungsvariante Bezug genommen.
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5 zeigt eine perspektivische Ansicht der zweiten Ausführungsvariante aus 4. 6 zeigt eine Längsschnittdarstellung der zweiten Ausführungsvariante aus 4.
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Im Unterschied zur ersten Ausführungsvariante ist die Reihenfolge von Aktuator 8 und elektromagnetischer Bremse 16 umgedreht.
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Im übrigen wird auf die Beschreibung zur ersten Ausführungsvariante Bezug genommen.
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7 zeigt eine perspektivische Ansicht einer dritten Ausführungsvariante einer Lenksäule 2". 8 zeigt eine Längsschnittdarstellung der dritten Ausführungsvariante aus 7.
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Im Unterschied zur zweiten Ausführungsvariante ist die Steuerung 18 hinter dem Aktuator 8 angeordnet.
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Im übrigen wird auf die Beschreibung zur zweiten Ausführungsvariante Bezug genommen.
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Obwohl die Erfindung im Detail durch bevorzugte Ausführungsbeispiele näher illustriert und erläutert wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen. Es ist daher klar, dass eine Vielzahl von Variationsmöglichkeiten existiert. Es ist ebenfalls klar, dass beispielhaft genannte Ausführungsformen wirklich nur Beispiele darstellen, die nicht in irgendeiner Weise als Begrenzung etwa des Schutzbereichs, der Anwendungsmöglichkeiten oder der Konfiguration der Erfindung aufzufassen sind. Vielmehr versetzen die vorhergehende Beschreibung und die Figurenbeschreibung den Fachmann in die Lage, die beispielhaften Ausführungsformen konkret umzusetzen, wobei der Fachmann in Kenntnis des offenbarten Erfindungsgedankens vielfältige Änderungen, beispielsweise hinsichtlich der Funktion oder der Anordnung einzelner, in einer beispielhaften Ausführungsform genannter Elemente, vornehmen kann, ohne den Schutzbereich zu verlassen, der durch die Ansprüche und deren rechtliche Entsprechungen, wie etwa einer weitergehenden Erläuterung in der Beschreibung, definiert wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102018102216 A1 [0009]
