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Die vorliegende Erfindung betrifft eine teleskopierbare Lenksäule für eine Steer-by-Wire-Lenkeinrichtung sowie ein Fahrzeug umfassend die erfindungsgemäße Lenksäule.
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Ein Steer-by-Wire-System eines Kraftfahrzeugs umfasst in der Regel eine Lenk-Bedieneinheit und eine Stelleinheit, über das die Vorderräder oder die Vorder- und die Hinterräder des Kraftfahrzeugs ansteuerbar sind.
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Derartige Systeme sind aus dem Stand der Technik grundsätzlich bekannt. So offenbart die
DE 10 2015 224 602 A1 eine verstellbare Lenksäule für eine steer-by-wire-Lenkeinrichtung eines Kraftfahrzeugs, umfassend eine Stelleinheit, die eine in einer Manteleinheit um eine Längsachse drehbar gelagerte Lenkspindel umfasst, wobei die Manteleinheit ein erstes Mantelrohr aufweist, in dem zumindest ein zweites Mantelrohr bezüglich der Längsachse drehfest angeordnet und teleskopierend axial verschiebbar gelagert ist, wobei mit dem ersten und dem zweiten Mantelrohr ein Stellantrieb verbunden ist, von dem das zweite Mantelrohr relativ zum ersten Mantelrohr axial ein- und ausfahrbar ist, und der einen Spindeltrieb umfasst mit einer parallel zur Längsachse angeordneten, von einem elektrischen Stellmotor drehend antreibbaren Gewindespindel die sich an einem Mantelrohr abstützt und die in eine Spindelmutter eingeschraubt ist, die drehfest an dem anderen Mantelrohr angebracht ist, wobei die Gewindespindel sich innerhalb des ersten Mantelrohrs erstreckt, und die Spindelmutter an dem zweiten Mantelrohr angebracht ist.
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Aus der
DE 10 2018 212 696 B3 ist weiterhin ein Verstellantrieb für eine motorisch verstellbare Lenksäule für ein Kraftfahrzeug bekannt, umfassend eine motorische Antriebseinheit und eine Außen-Gewindespindel, die ein Außengewinde und ein koaxiales Innengewinde aufweist, in das eine Innen-Gewindespindel eingreift, wobei die Außen-Gewindespindel und die Innen-Gewindespindel von der Antriebseinheit relativ zueinander um eine Achse drehend antreibbar sind. Um einen Verstellantrieb zur Verfügung zu stellen, der ein geringeres Antriebsmoment erfordert und einen optimierten freien Verstellweg bietet, schlägt die
DE 10 2018 212 696 B3 vor, dass die Außen-Gewindespindel mit ihrem Außengewinde in eine Antriebsmutter eingreift, wobei die Antriebsmutter oder die Innen-Gewindespindel von der Antriebseinheit drehend antreibbar ist und in Richtung der Achse relativ zur Antriebseinheit abgestützt ist.
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In Hinsicht auf die Weiterentwicklung in Richtung autonomes Fahren möchte man dem Fahrer des Fahrzeugs die Möglichkeit eröffnen das Lenkrad im autonomen Fahrbetrieb nahezu vollständig in Richtung der Armaturentafel einzufahren, um einen besseren Komfortbereich zu erzielen. Gleichzeitig sollte die Lenksäule einen sog. FBA-Aktuator (feedback actuator) aufweisen. Dieser erfordert zusätzlichen Bauraum.
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In dieser Hinsicht hat sich herausgestellt, dass weiterhin ein Bedarf besteht eine verbesserte Lenksäule anzugeben, insbesondere eine Lenksäule anzugeben, die einen zu konventionellen Lenksäule längeren Verstellweg ermöglicht, aber im Vergleich zu diesen bauraumneutral ausgebildet ist
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Vor diesem Hintergrund Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine, gegenüber dem Stand der Technik, verbesserte Lenksäule sowie, in einem weiteren Aspekt, ein verbessertes Kraftfahrzeug bereitzustellen.
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Diese Aufgabe wird gelöst mit einer Lenksäule gemäß den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 sowie einem Kraftfahrzeug gemäß den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 7.
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In einem ersten Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung eine teleskopierbare Lenksäule für eine Steer-by-Wire-Lenkeinrichtung, umfassend eine in einem hohlzylindrischen Mantelrohr axial verschiebbare und drehbar gelagerte Lenkspindel, die von einem Lenkunterstützungsaktuator unterstützt ist, wobei das Mantelrohr ein Außengewinde aufweist und in einer innerhalb der Lenksäule ortsfest positionierten, sowie ein Innengewinde aufweisenden Außenhülse über eine Verdrehsicherung drehfest angeordnet, und von einer zwischen dem Mantelrohr sowie der Außenhülse drehbar angeordneten und axial verschiebbaren Antriebshülse, umfassend ein Innengewinde und ein hierzu gegenläufiges Außengewinde, axial verschiebbar ist.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die wesentliche Erkenntnis zugrunde, dass durch die Ausbildung eines doppelten Gewindetriebs innerhalb der Lenksäule, der im Wesentlichen durch die Außenhülse, die Antriebshülse sowie das Mantelrohr mit Verdrehsicherung gebildet wird, eine hochintegrierbare Lösung ermöglicht wird. Hierdurch wird insbesondere der Vorteil erzielt, dass die Lenkspindel im verstauten Zustand nicht an der Spritzwand vom Fahrzeug kollidiert oder durch diese durchtaucht. Im ausgefahrenen Zustand weist diese jedoch die gewohnte Steifigkeit einer konventionellen Lenksäule auf.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängig formulierten Ansprüchen angegeben. Die in den abhängig formulierten Ansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale sind in technologisch sinnvoller Weise miteinander kombinierbar und können weitere Ausgestaltungen der Erfindung definieren. Darüber hinaus werden die in den Ansprüchen angegebenen Merkmale in der Beschreibung näher präzisiert und erläutert, wobei weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung dargestellt werden.
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In einer ersten vorteilhaften Ausführungsvariante weist die Antriebshülse außenseitig in einem vorderen Bereich einen Verzahnungsbereich auf, der mit einem Ritzel eines Motors in Eingriff steht und von diesem antreibbar ist. Der Verzahnungsbereich ist dabei derart ausgebildet, dass dieser ein ausreichendes Teleskopieren der Antriebshülse aus der Außenhülse heraus ermöglicht.
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In einer zweiten vorteilhaften Ausführungsvariante kann die Antriebshülse außenseitig in dem vorderen Bereich ein ringförmig ausgebildetes Rotorelement umfassen, welches mit einem Statorelement eines e-Motors zusammenwirkt und die Antriebshülse antreibt.
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Die Lenkspindel kann beispielsweise einteilig, oder zweiteilig und teleskopierbar, ausgebildet sein. Die Momentenübertragung auf den Lenkunterstützungsaktuator kann hierbei beispielsweise mittels eines Keilwellenprofils erfolgen.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsvariante können das Innengewinde und das Außengewinde der Antriebshülse selbsthemmend ausgebildet sein, was allerdings zusätzliche Verriegelung erfordert.
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In einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung zudem ein Kraftfahrzeug umfassend die erfindungsgemäße teleskopierbare Lenksäule.
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Die Erfindung sowie das technische Umfeld werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Erfindung durch die gezeigten Ausführungsbeispiele nicht beschränkt werden soll. Insbesondere ist es, soweit nicht explizit anders dargestellt, auch möglich, Teilaspekte der in den Figuren erläuterten Sachverhalte zu extrahieren und mit anderen Bestandteilen und Erkenntnissen aus der vorliegenden Beschreibung und/oder Figuren zu kombinieren. Insbesondere ist darauf hinzuweisen, dass die Figuren und insbesondere die dargestellten Größenverhältnisse nur schematisch sind. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen gleiche Gegenstände, so dass ggf. Erläuterungen aus anderen Figuren ergänzend herangezogen werden können. Es zeigen:
- 1 eine erste Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen teleskopierbaren Lenksäule,
- 2 die in 1 gezeigte Ausführungsvariante im teleskopierten Zustand,
- 3 eine zweite Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Lenksäule im teleskopierten Zustand,
- 4 eine dritte Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen teleskopierbaren Lenksäule, und
- 5 die in 4 gezeigte Ausführungsvariante im teleskopierten Zustand.
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1 zeigt eine erste Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen teleskopierbaren Lenksäule 1 für eine Steer-by-Wire-Lenkeinrichtung mit einem doppeltem Gewindetrieb, wie sie typischerweise zur Ansteuerung der Vorderräder und/oder Hinterräder eines Fahrzeugs geeignet ist.
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Die teleskopierbare Lenksäule 1 umfasst zunächst eine einteilig ausgebildete Lenkspindel 2 mit einem Lenkrad 3, die in einem hohlzylindrischen Mantelrohr 4 axial verschiebbar und über mindestens zwei Lagerelemente 5 innerhalb des Mantelrohrs 4 drehbar gelagert ist. An dem zum Lenkrad 3 axial gegenüberliegenden Ende weist die Lenksäule 1 zudem einen Lenkunterstützungsaktuator 6 auf, über die die Lenkspindel 2 während eines Lenkvorgangs unterstützbar ist.
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Das Mantelrohr 4 umfasst auf seiner äußeren Mantelfläche nahezu über seine gesamte axiale Erstreckung ein Außengewinde 7, welches mit einem Innengewinde 8 einer Antriebshülse 9 in Eingriff steht. Wie anhand der Darstellung in 1 erkennbar, erstreckt sich auch das Innengewinde 8 der Antriebshülse 9 nahezu über die gesamte axiale Länge der Antriebshülse 9.
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Die Antriebshülse 9 ist koaxial von einer Außenhülse 10 umgeben, die ortsfest innerhalb der Lenksäule 1 positioniert ist. Die Außenhülse 10 weist auf ihrer inneren Mantelfläche ein Innengewinde 11 auf, das sich nahezu entlang ihrer gesamten axialen Länge erstreckt. Ferner umfasst die Außenhülse 10 einen Längskanal 12, in dem ein Führungsbolzen 13 einer Verdrehsicherung 14 des Mantelrohrs 4 axial verschiebbar gelagert ist, so dass das Mantelrohr 4 innerhalb des doppelten Gewindetriebs der teleskopierbaren Lenksäule 1 drehfest gelagert ist.
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Wie weiterhin anhand der Darstellung in 1 erkennbar, steht die Antriebshülse 9 über ihr Außengewinde 15 mit dem Innengewinde 11 der Außenhülse 10 in Eingriff. Das Außengewinde 15 der Antriebshülse 9 erstreckt sich hierbei lediglich über einen Teilabschnitt ihrer axialen Erstreckung, der beispielsweise der halben axialen Länge der Antriebshülse 9 entsprechen kann. Beide Gewinde 8, 15 der Antriebshülse 9 sind zueinander gegenläufig, so dass über eine Drehung der Antriebshülse 9 diese in Kombination mit dem Mantelrohr 4 ausfahrbar ist und einen, im Vergleich zu konventionellen Lenksäulen, längeren Verstellweg aufweist (siehe 2). Zudem weisen beide Gewinde 8, 15 die gleiche Steigung auf.
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Der zweite Teilabschnitt der äußeren Mantelfläche der Antriebshülse 9 weist in der vorliegend dargestellten Ausführungsvariante einen Verzahnungsbereich 16 auf, der mit einem Ritzel 17 eines Motors 18 in Eingriff steht und von diesem antreibbar ist, derart, dass die Antriebshülse 9 mit dem Mantelrohr 4 in Abhängigkeit der Drehrichtung des Motors 18 aus- oder einfahrbar ist. Der Motor 18 ist hierbei auf der äußeren Mantelfläche der Außenhülse 10 angeordnet.
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In 3 ist eine zweite Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Lenksäule 1 im teleskopierten Zustand gezeigt. Im Unterschied zu der in den 1 und 2 gezeigten Ausführungsvariante, weist der zweite Teilabschnitt der äußeren Mantelfläche der Antriebshülse 9 ein ringförmiges Rotorelement 19 auf, das über ein an der Außenhülse 10 angeordnetes Statorelement 20 bzw. einen nicht näher dargestellte e-Motor antreibbar ist. Zudem ist die Lenkspindel 2 in der vorliegenden Ausführungsvariante zweiteilig ausgebildet, wie dies anhand der Darstellung erkennbar ist. Die Lenkspindel 2 umfasst daher ein ortsfest in der Lenksäule 1 angeordnetes Innenrohr 21 und ein axial verschiebbares hohlzylinderförmiges Außenrohr 22, an dem das Lenkrad 3 moniert ist.
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In den 4 und 5 ist eine dritte Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen teleskopierbaren Lenksäule 1 in einem eingefahren und einem ausgefahrenen Zustand dargestellt. Die Ausführungsvariante entspricht hierbei im Wesentlichen der in den 1 und 2 gezeigten mit dem Unterschied, dass die Lenkspindel 2 zweitteilig ausgebildet ist.
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Die Erfindung ist nicht auf die in den unabhängigen Ansprüchen definierten Merkmalskombinationen beschränkt, sondern kann auch durch jede beliebige andere Kombination von bestimmten Merkmalen aller insgesamt offenbarten Einzelmerkmale definiert sein. Dies bedeutet, dass grundsätzlich praktisch jedes Einzelmerkmal der unabhängigen Ansprüche weggelassen bzw. durch mindestens ein an anderer Stelle der Anmeldung offenbartes Einzelmerkmal ersetzt werden kann. Insofern ist der unabhängige Anspruch lediglich als ein erster Formulierungsversuch für die vorliegende Erfindung zu verstehen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Lenksäule
- 2
- Lenkspindel
- 3
- Lenkrad
- 4
- Mantelrohr
- 5
- Lager
- 6
- Lenkunterstützungsaktuator
- 7
- Außengewinde (Mantelrohr)
- 8
- Innengewinde (Antriebshülse)
- 9
- Antriebshülse
- 10
- Außenhülse
- 11
- Innengewinde (Außenhülse)
- 12
- Längskanal
- 13
- Führungsbolzen
- 14
- Verdrehsicherung
- 15
- Außengewinde (Antriebshülse)
- 16
- Verzahnungsbereich
- 17
- Ritzel
- 18
- Motor
- 19
- Rotorelement
- 20
- Statorelement
- 21
- Innenrohr
- 22
- Außenrohr
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102015224602 A1 [0003]
- DE 102018212696 B3 [0004]
