DE102020118867B3

DE102020118867B3 - Lenkvorrichtung für ein Fahrzeug und damit ausgestattetes Fahrzeug

Info

Publication number: DE102020118867B3
Application number: DE102020118867.6A
Authority: DE
Inventors: Christian Froemel; Stefan Goldammer; Martin Wiesinger; Tobias Lachner
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2020-07-16
Filing date: 2020-07-16
Publication date: 2022-01-05
Anticipated expiration: 2040-07-17
Also published as: US11912329B2; WO2022012846A1; US20230211821A1; CN115812053A

Abstract

Eine Lenkvorrichtung für ein Fahrzeug weist auf: ein Griffelement zum Betätigen der Lenkvorrichtung mittels einer Hand; ein Hebelelement zur Übertragung eines Drehmoments auf eine Lenkachse der Lenksäule des Fahrzeugs, um dieses zu lenken; und eine Kopplungseinrichtung zur Bewirkung einer kraftwandelnden Kopplung zwischen dem Griffelement und dem Hebelelement, um eine an dem Griffelement ausgeführte Lenkbewegung in eine Rotationsbewegung des Hebelelements um einen Lenkwinkel bezüglich der Lenksäule zu wandeln. Das Griffelement ist gegenüber dem Hebelelement rotierbar gelagert. Die Kopplungseinrichtung ist eingerichtet, die bei der Lenkbewegung auftretende Rotationsbewegung des Hebelelements in eine translatorische Bewegung eines Kopplungselements der Kopplungseinrichtung umzusetzen und eine nachfolgende Rückwandlung dieser translatorischen Bewegung in eine rotatorische Bewegung des Griffelements relativ zum Hebelelement auf solche Weise zu bewirken, dass das Kopplungselement während seiner translatorischen Bewegung im Sinne einer Zwangsführung so mit einer Führung in Wirkverbindung steht, dass der geometrische Verlauf der Führung einen lenkwinkelabhängigen Verlauf der rotatorischen Bewegung des Griffelements definiert.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Lenkvorrichtung für ein Fahrzeug nach dem Oberbegriff des Anspruch 1 sowie ein mit einer solchen Lenkvorrichtung zum Betätigen einer Lenkung des Fahrzeugs ausgestattetes Fahrzeug, das insbesondere ein zweispuriges Landfahrzeug sein kann.
Zum Stand der Technik wird insbesondere auf die gattungsbildende US 2007 / 0 221 007 A1 sowie die JP 2004 - 98 758 A und die WO 2018/ 114 136 A1 hingewiesen.
Zur fahrergesteuerten Betätigung einer Lenkung von Fahrzeugen, insbesondere von Landfahrzeugen wie etwa Automobilen und Wasserfahrzeugen, wie etwa von motorisierten Booten und Schiffen, sind verschiedene um eine Lenkachse einer Lenksäule drehbar gelagerte Lenkvorrichtungen bekannt, darunter insbesondere sogenannte Lenkräder oder Lenkhörner.
Eine lenkrad- und lenkhornfreie weitere Bauart einer Lenkvorrichtung ist aus der WO 2018/ 114 136 A1 bekannt, die als Alternative zu einem Lenkrad eine Lenkvorrichtung für ein Fahrzeug offenbart, die ein Querelement aufweist, das im Fahrzeug um eine Lenkachse drehbar montierbar ist, und ferner zumindest eine Lenkeinheit an zumindest einer Seite des Querelements aufweist. Die Lenkeinheit weist einen Griff zum Betätigen der Lenkvorrichtung und ein den Griff mit dem Querelement verbindendes Zwischenstück auf, wobei das Zwischenstück am Querelement um eine Rotationsachse drehbar angeordnet ist, und wobei die Rotationsachse beabstandet und im Wesentlichen parallel zur Lenkachse ist. Insbesondere kann bei dieser Lenkvorrichtung die Lenkeinheit eine Antriebsvorrichtung zum Drehen des Zwischenstücks um die Rotationsachse umfassen, wobei diese Drehung insbesondere mittels eines Elektromotors oder einer speziellen Mechanik bewerkstelligt wird, und zwar so, dass bei einer Drehung des Querelements um die Lenkachse beim Betätigen der Lenkvorrichtung die Orientierung der Lenkeinheit im Raum aufgrund der durch den Elektromotor oder eine spezielle Mechanik bewirkten Relativdrehung zwischen der Lenkeinheit und dem Querelement gleichbleibt.
Eine solche Lenkvorrichtung kann insbesondere zwei jeweils an einer Seite des Querelements angeordnete Lenkeinheiten aufweisen, die dazu vorgesehen sind, bei einer Betätigung der Lenkvorrichtung durch je eine andere Hand eines menschlichen Fahrers gegriffen und im Sinne einer Lenkbewegung zum Versetzen des Querelements in Rotation bewegt zu werden.
Aufgrund des Körperbaus von Menschen ist bei einer solchen Lenkbewegung jedoch nicht jede Stellung, insbesondere Orientierung, der einen oder mehrere Lenkeinheiten einer solchen Lenkvorrichtung gleichermaßen ergonomisch. Dabei kann die Ergonomie einer bestimmten Stellung der Lenkeinheit im Raum vor allem in Abhängigkeit vom Lenkwinkel variieren. Eine Griffhaltung mit schlechter Ergonomie kann den Fahrer wiederum in seiner Bewegungsfähigkeit beschränken oder gar dazu verleiten, die Lenkeinheit zumindest temporär loszulassen. Dies kann insbesondere auch dann relevant sein, wenn im Rahmen der Lenkbewegung ein Drehwinkel von mehr als einer Volldrehung durchlaufen wird, etwa bei einem starken „Einschlagen“ einer Lenkung.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Bedienungsfreundlichkeit und Ergonomie von Lenkvorrichtungen, die zumindest ein für das Greifen mit je einer Hand vorgesehenes Griffelement zum Betätigen der Lenkvorrichtung aufweisen, zu verbessern. Insbesondere ist es wünschenswert, die Bedienbarkeit und Ergonomie einer Lenkvorrichtung der vorgenannten Bauart aus der WO 2018/114136 A1 weiter zu verbessern.
Die Lösung dieser Aufgabe wird gemäß der Lehre der unabhängigen Ansprüche erreicht. Verschiedene Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Eine erste Erfindung betrifft eine Lenkvorrichtung für ein Fahrzeug, insbesondere für ein Landfahrzeug, wie etwa ein zweispuriges Landfahrzeug, oder für ein Wasserfahrzeug, wie etwa ein Boot oder Schiff. Die Lenkvorrichtung weist auf: (i) ein Griffelement zum Betätigen der Lenkvorrichtung mittels einer Hand eines Lenkers des Fahrzeugs; (ii) ein Hebelelement, insbesondere ein Querelement bzw. ein Lenkbalken oder ein Lenkrad, zur Übertragung eines Drehmoments auf eine Lenkachse der Lenksäule des Fahrzeugs, um dieses zu lenken; und (iii) eine Kopplungseinrichtung zur Bewirkung einer kraftwandelnden Kopplung zwischen dem Griffelement und dem Hebelelement, um eine an dem Griffelement ausgeführte Lenkbewegung, insbesondere Drehbewegung, in eine Rotationsbewegung des Hebelelements um einen Lenkwinkel bezüglich der Lenkachse zu wandeln.
Das Griffelement ist gegenüber dem Hebelelement rotierbar gelagert. Die Kopplungseinrichtung ist eingerichtet, die bei der Lenkbewegung auftretende Rotationsbewegung des Hebelelements in eine translatorische Bewegung eines Kopplungselements der Kopplungseinrichtung umzusetzen und eine nachfolgende Rückwandlung dieser translatorischen Bewegung in eine rotatorische Bewegung des Griffelements relativ zum Hebelelement auf solche Weise zu bewirken, dass das Kopplungselement während seiner translatorischen Bewegung im Sinne einer Zwangsführung so mit einer Führung in Wirkverbindung steht, dass der geometrische Verlauf der Führung einen lenkwinkelabhängigen Verlauf der rotatorischen Bewegung des Griffelements definiert. Die Führung kann insbesondere einen Schlitz, einen Steg oder eine Nut aufweisen, dessen bzw. deren geometrischer Verlauf den geometrischen Verlauf der Führung definiert.
Unter einer „Lenkvorrichtung“ im Sinne der vorliegenden Erfindung ist insbesondere eine Vorrichtung zu verstehen, die dazu eingerichtet ist, mit einer Rotationsachse bzw. Welle (Lenkachse) einer Lenksäule eines Fahrzeugs zusammenzuwirken, um darauf ein Drehmoment auszuüben und somit die Rotationsachse bzw. Welle zu drehen und damit eine damit gekoppelte Lenkung des Fahrzeugs zu betätigen. Insbesondere sind Lenkräder und Lenkhörner sowie die lenkrad- und lenkhornfreie weitere Bauart einer Lenkvorrichtung aus der vorgenannten Druckschrift WO 2018/114136 A1 jeweils Lenkvorrichtungen im Sinne der vorliegenden Erfindung.
Unter einem „Griffelement“ im Sinne der vorliegenden Erfindung ist eine körperliche Struktur zu verstehen, die konfiguriert ist, zum Betätigen der Lenkvorrichtung mittels einer Hand eines Lenkers des Fahrzeugs gegriffen und durch diese im Sinne einer Lenkbewegung im Raum bewegt zu werden. Insbesondere sind die in der vorgenannten Druckschrift WO 2018/ 114 136 A1 genannten Griffe und Lenkeinheiten jeweils Griffelemente im Sinne der vorliegenden Erfindung.
Unter einem „Hebelelement“ im Sinne der vorliegenden Erfindung ist eine körperliche Struktur zu verstehen, die in der Lage ist, als Kraftwandler zu wirken und dabei ein durch die an das Hebelelement gekoppelten ein oder mehreren Griffelemente aufgebrachtes Drehmoment auf eine Rotationsachse (Lenkachse) einer Lenksäule des Fahrzeugs zu übertragen, um die Rotationsachse zu Drehen und damit eine an die Lenkachse gekoppelte Lenkung des Fahrzeugs zu betätigen. Die Form des Hebelelements kann unter den o.g. Voraussetzungen beliebig gewählt werden, wobei jedoch insbesondere eine Formgebung als, insbesondere stab- oder balkenförmiges, Querelement (z.B. Lenkbalken) wegen seines geringen Bauraumbedarfs vorteilhaft ist.
Unter einer „Kopplungseinrichtung“ im Sinne der vorliegenden Erfindung ist insbesondere eine Kraftwandlervorrichtung zu verstehen, die eingerichtet ist, zum einen eine an dem Griffelement durch den Lenker des Fahrzeugs ausgeführte Lenkbewegung, insbesondere Drehbewegung, auf das Hebelelement zu koppeln, um dieses entsprechend mit der Lenkachse um einen Lenkwinkel zu rotieren, und andererseits diese Rotationsbewegung des Hebelelements in eine Bewegung des Wandlerelements zu wandeln, die unmittelbar oder über eine weitere Kraftwandlung mittelbar eine Rotationsbewegung des Griffelements relativ zum Hebelelement bewirkt.
Unter einer „Rotation“, „rotieren“, „rotatorisch“ und verwandte Abwandlungen davon beziehen sich stets auf eine Drehung im Sinne einer Eigendrehung des dabei rotierenden Bauteils. Eine Rotation eines ersten Bauteils gegenüber einem zweiten Bauteil bedeutet dementsprechend, dass das erste Bauteil bezüglich eines durch das zweite Bauteil definierten Bezugssystems, in dem das zweite Bauteil ruht, eine Eigendrehung ausführt.
Ein Verfahren oder eine Vorrichtung, die eine Liste von Elementen umfasst oder aufweist ist nicht notwendigerweise auf diese Elemente beschränkt, sondern kann andere Elemente einschließen, die nicht ausdrücklich aufgeführt sind oder die einem solchen Verfahren oder einer solchen Vorrichtung inhärent sind.
Ferner bezieht sich „oder“, sofern nicht ausdrücklich das Gegenteil angegeben ist, auf ein inklusives oder und nicht auf ein exklusives „oder“. Zum Beispiel wird eine Bedingung A oder B durch eine der folgenden Bedingungen erfüllt: A ist wahr (oder vorhanden) und B ist falsch (oder nicht vorhanden), A ist falsch (oder nicht vorhanden) und B ist wahr (oder vorhanden), und sowohl A als auch B sind wahr (oder vorhanden).
Die Begriffe „ein“ oder „eine“, wie sie hier verwendet werden, sind im Sinne von „ein/eine oder mehrere“ definiert. Die Begriffe „ein anderer“ und „ein weiterer“ sowie jede andere Variante davon sind im Sinne von „zumindest ein Weiterer“ zu verstehen.
Der Begriff „Mehrzahl“, wie er hier verwendet wird, ist im Sinne von „zwei oder mehr“ zu verstehen.
Die vorgenannte Lenkvorrichtung bewirkt, dass sich bei einer Betätigung der Lenkvorrichtung, bei der aufgrund der zugehörigen Lenkbewegung das Hebelelement die Lenkachse rotiert, eine Rückkopplung auf das Griffelement derart erfolgt, dass sich die Orientierung des Griffelements in Abhängigkeit von dem geometrischen Verlauf der Führung einstellt. So ist es insbesondere möglich, auf durch den geometrischen Verlauf der Führung vorbestimmte Weise einen lenkwinkelabhängigen Verlauf der Orientierung des Griffelements bezüglich einer Rotationsachse des Griffelements zu bewirken. So kann bei insbesondere gegenüber der in der Druckschrift WO 2018/ 114 136 A1 beschriebenen Lenkvorrichtung, bei der die Orientierung der Griffelemente stets unverändert gehalten wird, durch entsprechende Gestaltung des Verlaufs der Führung eine sich lenkwinkelabhängig verändernde Orientierung des Griffelements erreicht werden, was zur Verbesserung der Ergonomie und somit der Bedienungsfreundlichkeit der Lenkvorrichtung genutzt werden kann.
Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsformen der Lenkvorrichtung beschrieben, die jeweils beliebig miteinander sowie mit der im weiteren beschriebenen zweiten Erfindung kombiniert werden können.
Bei einigen Ausführungsformen weist die Kopplungseinrichtung auf: (i) ein bezüglich des Hebelelements um eine Rotationsachse drehbar gelagertes Wandlerelement; (ii) eine mit dem Hebelelement in drehfester Verbindung stehende und zumindest abschnittsweise von dem Wandlerelement umgebene Gewindespindel mit einem entlang einer Spindelachse verlaufenden Gewinde; und (iii) ein um die Gewindespindel drehbares Kopplungselement, das konfiguriert ist, die Gewindespindel mit dem Wandlerelement mechanisch so zu koppeln, dass bei einer durch Drehung des Hebelelements bewirkten Rotationsbewegung der Gewindespindel gegenüber dem Kopplungselement das Kopplungselement mittels des Gewindes der Gewindespindel translatorisch entlang der Spindelachse angetrieben wird und dabei mit der Führung, die an oder in der Gewindespindel oder dem Wandlerelement vorgesehen ist, im Sinne einer Zwangsführung zusammenwirkt. Dadurch wird eine durch den geometrischen Verlauf der Führung definierte Bewegung des Wandlerelements bewirkt, die eine Rotation des Wandlerelements um die Rotationsachse oder eine zur Rotationsachse orthogonale Translation des Wandlerelements aufweist. Zudem ist die Kopplungseinrichtung des Weiteren konfiguriert, die Bewegung des Wandlerelements so auf das Griffelement zu übertragen, dass sich dadurch das Griffelement relativ zur Gewindespindel dreht.
Das Kopplungselement kann insbesondere ein Körper mit einem mit einem Außengewinde der Gewindespindel zusammenwirkenden Innengewinde sein.
Bei diesen Ausführungsformen wird die gewünschte Drehung des Griffelements auf einfache und äußerst zuverlässige, robuste und deterministische mechanische Weise bewirkt, indem die Rotationsbewegung der Gewindespindel in eine translatorische Bewegung des Kopplungselements umgesetzt wird, die wiederum durch die Führung moduliert wird oder selbst eine Bewegung eines die Führung aufweisenden Wandlerelements moduliert. Die modulierte Bewegung des Kopplungselements bzw. des Wandlerelements wird sodann in eine entsprechend modulierte Drehbewegung des Griffelements umgesetzt. Insgesamt wird hier also eine spezielle Formgebung der Führung für die translatorische Bewegung des Kopplungselements genutzt, um die Modulation der Drehbewegung des Griffelements zu definieren.
Bei einigen dieser Ausführungsformen ist der geometrische Verlauf der Führung so gestaltet, dass der dadurch definierte korrespondierende Verlauf der Rotation oder Translation des Wandlerelements zumindest abschnittsweise alterniert, was insbesondere wellenförmig sein kann. Der Verlauf der Führung kann dabei insbesondere so gestaltet sein, dass die resultierende alternierende Bewegung so in Abhängigkeit vom Lenkwinkel des Hebelelements alterniert, dass bei jedem Lenkwinkel die resultierende Auslenkung des Griffelements relativ zu einer nichtausgelenkten Ruhelage, die beim Lenkwinkel Null auftritt (Lenkung in Geradeausstellung), maximal 100°, bevorzugt maximal 90° beträgt. Ein Vorteil einer solchen alternierenden Modulation, insbesondere auch der vorgenannten Auslenkungsbeschränkung liegt darin, dass der Lenker des Fahrzeugs seine Hand bei einer solchen Modulation selbst bei großen Lenkwinkeln jenseits von 180°, insbesondere auch jenseits von 360°,stets nur in einem Winkelbereich drehen muss, der auf Basis der menschlichen Anatomie im Wesentlichen allein durch eine Handdrehung mittels des Unterarms ausführbar ist, während die Schulter und Oberarm dazu zumindest weitgehend in ihrer Ausgangsstellung belassen werden können. Dies erhöht die Ergonomie und Bedienungsfreundlichkeit der Lenkvorrichtung.
Der zumindest abschnittsweise alternierende Verlauf der Rotation oder Translation des Wandlerelements kann periodisch oder aber zumindest streckenweise nicht-periodisch sein. Ein zunächst abschnittsweise nicht-periodischer Verlauf kann insbesondere dazu genutzt werden, den Drehwinkel des Griffelements relativ zum Hebelelement in Abhängigkeit von dem Lenkwinkel so zu gestalten, dass bei Drehungen jenseits von einem Grenzwinkel von beispielsweise 360° (oder einem anderen vorbestimmten Grenzwinkel, der den Beginn des nicht-periodischen Verlaufs definiert) ein anderes Drehverhalten des Griffelements bewirkt wird, als bei einem Lenkwinkel unterhalb des Grenzwinkels. Auf diese Weise kann dem Lenker des Fahrzeugs zusätzliche Rückmeldung bezüglich des aktuellen Lenkwinkels oder Lenkwinkelbereichs gegeben werden.
Bei einigen Ausführungsformen weist die Lenkvorrichtung des Weiteren eine Hohlwelle auf, die das Wandlerelement zumindest teilweise umgibt und die mit dem Kopplungselement drehfest gekoppelt ist. Diese Kopplung kann insbesondere unter Einsatz einer dazu vorgesehenen Führungsstruktur an der Hohlwelle erreicht werden, mit der das Koppelelement zusammenwirkt. Insbesondere kann diese Führungsstruktur durch einen Steg, einen Schlitz oder eine Nut an der Hohlwelle gegeben sein, entlang dem bzw. der das Koppelungselement während seiner translatorischen Bewegung zwangsgeführt wird. Das Kopplungselement kann dazu insbesondere einen Abschnitt, etwa einen Stift oder Vorsprung im Falle eines Schlitzes oder einer Nut als Führung, oder in Form eines U-förmigen Führungsabschnitts im Falle eines Stegs, aufweisen, der mit der Führung zum Zwecke der Zwangsführung zusammenwirkt.
Bei einigen Ausführungsformen mit Hohlwelle weist die Lenkvorrichtung des Weiteren eine Ausrichtungseinrichtung auf, die konfiguriert ist, ein Drehmoment auf die Hohlwelle auszuüben, um wenn die Lenkvorrichtung an der Lenkachse der Lenksäule des Fahrzeugs montiert ist, die Hohlwelle bei einer Rotation des Hebelelements um einen Lenkwinkel so in zu dieser Rotation gegenläufiger Drehrichtung relativ zum Hebelelement zu rotieren, dass sich die durch die Ausrichtungseinrichtung bewirkte Rotation der Hohlwelle und die durch die Rotation des Hebelelements um die Lenkachse bedingte Rotation der Hohlwelle, zumindest im Wesentlichen, kompensieren. So kann die Orientierung der Hohlwelle im Raum bzw. Fahrzeug während der Rotation des Hebelelements beim Lenkvorgang zumindest im Wesentlichen beibehalten werden, während das Griffelement relativ dazu gemäß der Modulation rotiert.
Die Ausrichtungseinrichtung kann gemäß einiger Ausführungsformen insbesondere ein Zahnrad aufweisen, das in eine Außenverzahnung der Hohlwelle eingreift, um das von der Ausrichtungseinrichtung auf die Hohlwelle ausübbare bzw. im Betrieb ausgeübte Drehmoment auf die Hohlwelle zu übertragen. Das Zahnrad kann wiederum, insbesondere mittels eines Getriebes, an einen Abschnitt der Lenkvorrichtung gekoppelt sein, der sich beim Rotieren des Hebelelements während des Lenkvorgangs nicht mitbewegt.
Zur Übertragung des Drehmoments können anstelle des Zahnrads und der Außenverzahnung der Hohlwelle insbesondere eine gleichwirkende Drehmomentkopplung mittels eines Riemens oder eines Mehrgelenks o zum Einsatz kommen.
Bei einigen Ausführungsformen weist die Lenkvorrichtung des Weiteren ein Gehäuse auf, bezüglich dessen das Wandlerelement drehbar gelagert ist, wobei das Gehäuse drehfest mit der Gewindespindel und dem Hebelelement verbunden oder einstückig mit der Gewindespindel und/oder dem Hebelelement ausgebildet ist. Das Gehäuse kann insbesondere dazu eingerichtet sein, die Gewindespindel ganz oder teilweise einzuhäusen und eine insbesondere drehbare Lagerung für das Wandlerelement oder die Hohlwelle bereitzustellen.
Bei einigen Ausführungsformen weist das Wandlerelement eine die Gewindespindel und das Kopplungselement zumindest teilweise umgebende Hülse auf, insbesondere kann sie insgesamt als solche ausgebildet sein. Ein damit verbundener Vorteil ist, dass die Hülsenform zugleich als Schutz der Gewindespindel gegenüber von außen kommenden Einflüssen, insbesondere gegenüber mechanischen Einwirkungen, insbesondere Störungen oder Verunreinigungen, dienen kann. Vor allem aber ist die Hülsenform in Hinblick auf eine erste Gruppe von Ausführungsformen vorteilhaft, bei denen die Führung als Kulisse, z.B. als Schlitz oder Nut, in der Hülse ausgebildet ist, die mit einem als Kulissenstein dienenden Abschnitt des Kopplungselements im Sinne einer Kulissenführung so zusammenwirkt, dass das Kopplungselement bei seiner translatorischen Bewegung entlang der Gewindespindel das Wandlerelement gemäß dem geometrischen Verlauf der Führung in eine Rotationsbewegung um die Rotationsachse versetzt, um damit das Wandlerelement in eine jeweils zur momentanen Position des Kulissensteins in der Kulisse korrespondierende Drehstellung bezüglich der Rotationsachse zu rotieren.
Bei einigen Varianten dieser Ausführungsformen ist zudem die Hohlwelle mit dem Kopplungselement drehfest gekoppelt, indem der Kulissenstein im Sinne einer weiteren Zwangsführung mit einer in oder an der Hohlwelle ausgebildeten Führungsstruktur zusammenwirkt, deren Verlauf so gestaltet ist, dass der Kulissenstein sich im Rahmen dieser weiteren Zwangsführung der translatorischen Bewegung des Kopplungselements entlang der Gewindespindel entsprechend translatorisch aber gegenüber der Hohlwelle nicht rotatorisch bewegen kann. Insbesondere kann die Kulisse als Schlitz ausgebildet sein, während ein Abschnitt des Kopplungselements als Kulissenstein ausgeformt ist, der in diesen Schlitz eingreift und durch diesen hindurch reicht, sodass er mit seinem distalen Ende mit der an der Hohlwelle ausgebildeten Führungsstruktur, beispielsweise mit einer an der Innenwand der Hohlwelle ausgebildeten Nut, im Sinne der weiteren Zwangsführung zusammenwirken kann.
Dies stellt eine ohne hohen Zusatzaufwand zu implementierende Möglichkeit dar, eine relative Drehbewegung zwischen der Gewindespindel und dem Kopplungselement zu erreichen, sodass bei einer Rotation der Gewindespindel relativ zu dem Kopplungselement aufgrund der Wirkung des Gewindes der Gewindespindel auf das Kopplungselement ein translatorischer Vortrieb des Kopplungselements entlang des Verlaufs der Gewindespindel bewirkt wird.
Bei einigen Ausführungsformen ist das Griffelement mit dem Wandlerelement rotatorisch gekoppelt, insbesondere drehfest verbunden oder mit diesem einstückig ausgebildet, so dass eine Rotation des Wandlerelements um die Rotationsachse eine korrespondierende Rotation des Griffelements bewirkt. Auf diese Weise wird eine durch die modulierte translatorische Bewegung des Kopplungselements hervorgerufene Rotationsbewegung des Wandlerelements in eine entsprechend modulierte Rotationsbewegung des Griffelements umgesetzt.
Bei einer zweiten Gruppe von Ausführungsformen ist jeweils die Führung für das Kopplungselement zumindest anteilig durch einen Gewindegang der Gewindespindel gegeben. Außerdem weist das Kopplungselement ein oder mehrere Tastelemente, insbesondere Stifte, auf, die jeweils in den Gewindegang des Gewindes eingreifen, so dass das Kopplungselement bei einer Rotation der Spindelachse im Sinne einer Zwangsführung mit dem Gewinde wechselwirkt. Der Gewindegang des Gewindes weist eine entlang des Verlaufs der Spindelachse variierende Tiefe auf, so dass bei einer durch die Gewindespindel angetriebenen translatorischen Bewegung des Kopplungselements entlang der Spindelachse eine translatorische Bewegung des Wandlerelements in einer zur Rotationsachse orthogonalen Richtung bewirkt wird, die durch den dabei entlang der Spindelachse durchlaufenen variierenden Tiefenverlauf des Gewindegangs definiert (und dadurch moduliert) ist.
Bei einigen dieser Ausführungsformen ist die Hohlwelle mit dem Wandlerelement mittels einer unmittelbaren oder mittelbaren formschlüssigen Verbindung derart gekoppelt, dass der Formschluss die translatorische Bewegung des Wandlerelements in der zur Rotationsachse orthogonalen Richtung aber keine relative Rotation des Wandlerelements bezüglich der Hohlwelle um die Rotationsachse zulässt. Dies kann insbesondere durch eigene Formstruktur an der Hohlwelle bedingt sein, mit der das Wandlerelement zusammenwirkt. Die Formstruktur kann insbesondere eine, beispielsweise ebene, Führungsfläche, sein die mit einer dazu parallelen Führungsfläche des Wandlerelements mechanisch zusammenwirkt, um etwaige Verkippungen der beiden Führungsflächen relativ zueinander zu blockieren.
Bei einigen der Ausführungsformen ist ferner eine Gleitschicht vorgesehen, die zwischen der Hohlwelle und dem Wandlerelement angeordnet und geeignet ist, einen Reibungswiderstand zwischen der Hohlwelle und dem Wandlerelement bei der translatorischen Bewegung des Wandlerelements relativ zur Hohlwelle zu reduzieren. Neben dem positiven Effekt der Reibungsreduktion im Hinblick auf die Leichtgängigkeit der Griffelementrotation hat dies den weiteren Vorteil, dass möglicher Abrieb, der im Laufe der Zeit zu Störungen führen könnte, verringert oder gar vermieden wird.
Bei einigen Ausführungsformen ist das Griffelement gegenüber dem Wandlerelement rotierbar gelagert und daran mittels eines Übertragungselements so gekoppelt, dass das Übertragungselement die zur Rotationsachse orthogonale translatorische Bewegung des Wandlerelements so auf das Griffelement überträgt, dass dabei ein Drehmoment auf das Griffelement ausgeübt wird, um dieses in eine zur momentanen Position des Kopplungselements entlang des Verlaufs der Gewindespindel korrespondierende Drehstellung zu rotieren. Gemäß einiger Varianten hierzu weist das Übertragungselement einen stabförmigen starren Körper auf, der mit dem Wandlerelement gekoppelt oder Teil desselben ist, um die mechanische Übertragung der zur Rotationsachse orthogonalen translatorischen Bewegung des Wandlerelements auf das Griffelement zu bewirken. Zu diesem Zweck kann der stabförmige Körper insbesondere exzentrisch zur Rotationsachse des Griffelements an diesem ansetzen, um so seine translatorische Bewegung in ein Drehmoment bezüglich des Griffelements und somit in dessen rotatorische Bewegung umzusetzen.
Bei einigen Ausführungsformen weist die Lenkvorrichtung ferner ein weiteres Griffelement zum Betätigen der Lenkvorrichtung mittels einer, insbesondere anderen, Hand eines Lenkers des Fahrzeugs auf, wobei die beiden Griffelemente voneinander beabstandet an dem Hebelelement angeordnet sind. Das weitere Griffelement ist mittels einer weiteren Kopplungseinrichtung gleicher Bauart mit dem Hebelelement rotatorisch gekoppelt und diesem gegenüber drehbar gelagert. Die jeweiligen Führungen der beiden Kopplungseinrichtungen weisen jedoch einen voneinander unterschiedlichen Verlauf auf, so dass sich die daraus resultierenden individuellen Verläufe der jeweiligen Rotationsbewegungen der beiden Griffelemente bei einer Drehung des Hebelelements um die Lenkachse zumindest in einem Lenkwinkelbereich voneinander unterscheiden. So lassen sich auch Griffstellungen für die zwei Griffelemente erzielen, bei denen sich deren Orientierung lenkwinkelabhängig unterscheidet. Dies kann zumindest bei einigen Lenkwinkeln einem Optimum bezüglich der erreichbaren Bedienungsfreundlichkeit und Ergonomie entsprechen.
Unter dem Begriff „gleiche Bauart“ ist hier zu verstehen, dass die beiden Kopplungseinrichtungen nach dem gleichen grundlegenden Wirkprinzip eingerichtet sind. Das bedeutet, dass sie jeweils die bei der Lenkbewegung auftretende Rotationsbewegung des Hebelelements in eine translatorische Bewegung eines Kopplungselements der jeweiligen Kopplungseinrichtung umsetzen und eine nachfolgende Rückwandlung dieser translatorischen Bewegung in eine rotatorische Bewegung des zugehörigen Griffelements relativ zum Hebelelement auf solche Weise bewirken, dass das jeweilige Kopplungselement während seiner translatorischen Bewegung im Sinne einer Zwangsführung so mit einer Führung in Wirkverbindung steht, dass der geometrische Verlauf der Führung einen lenkwinkelabhängigen Verlauf der rotatorischen Bewegung des zugehörigen Griffelements definiert. Die Kopplungseinrichtungen müssen nicht identisch aufgebaut sein und können sich auch in einer oder mehrerer Erfindungen als nur dem Verlauf ihrer Führungen unterscheiden, solange jedoch das o.g. Wirkprinzip eingehalten wird.
Eine zweite Erfindung betrifft ein Fahrzeug mit einer Lenkung, die mit einer Lenkvorrichtung zum Betätigen der Lenkung nach der vorgenannten ersten Erfindung ausgestattet ist.
Die in Bezug auf die erste Erfindung erläuterten Merkmale und Vorteile gelten entsprechend auch für die weiteren Erfindungen.
Weitere Vorteile, Ausgestaltungen und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung im Zusammenhang mit den Figuren.
Dabei zeigt

1 schematisch Übersichtsdarstellung einer Lenkvorrichtung gemäß verschiedener Ausführungsformen;
2A eine Querschnittsansicht, insbesondere einer Kopplungseinrichtung mit Griffelement, einer Lenkvorrichtung gemäß einer Ausführungsform;
2B eine perspektivische Schnittansicht, insbesondere einer Kopplungseinrichtung mit Griffelement, der Lenkvorrichtung aus 2A;
3A eine Querschnittsansicht, insbesondere einer Kopplungseinrichtung mit Griffelement, einer Lenkvorrichtung gemäß einer anderen Ausführungsform;
3B eine perspektivische Ansicht eines Ausschnitts der Kopplungseinrichtung der Lenkvorrichtung aus 3A;
4 eine schematische Illustration eines Beispiels für eine erfindungsgemäß implementierbare Lenkwinkelabhängigkeit der Drehwinkel der Griffelemente gegenüber ihrer jeweiligen Ruhestellung.

In den Figuren werden durchgängig dieselben Bezugszeichen für dieselben oder einander entsprechenden Elemente der Erfindung verwendet.
In 1 ist eine beispielhafte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Lenkvorrichtung 100 schematisch dargestellt. Die Lenkvorrichtung weist ein als Querbalken ausgestaltetes Hebelelement 105 auf, welches mit einer Lenkachse 110 einer Lenksäule rotierbar an dieser montiert ist, sodass mittels einer Rotation des Hebelelements 105 ein Lenkwinkel 115 durchfahren und dabei eine Lenkung, insbesondere eine Querlenkung, eines mit der Lenkvorrichtung 100 ausgestatteten Fahrzeugs entsprechend betätigt werden kann.
An den beiden Enden des Quer- bzw. Hebelelements 105 sind jeweils Griffelemente 120 (insbesondere für die linke Hand) bzw. 140 (insbesondere für die rechte Hand) vorgesehen, deren Form so gestaltet ist, dass sie vom Fahrer bzw. Lenker des Fahrzeugs jeweils mit einer entsprechenden Hand gut gegriffen und entlang einer Bahnkurve um die Lenkachse 110 bewegt werden können, um so ein Drehmoment auf das daran gekoppelte Hebelelement 105 zum Zwecke der Einstellung eines Lenkwinkels 115 vorzunehmen. Auch eine, insbesondere temporäre, einhändige Bedienung an nur einem der Griffelemente 120,140 ist möglich.
Jedes der Griffelemente 120,140 ist mittels einer zugehörigen Kopplungseinrichtung 125 bzw. 145 mechanisch mit dem Hebelelement 105 gekoppelt, wobei die Kopplungseinrichtungen 125 und 145 an gegenüberliegenden Enden des Hebelelements 105 angeordnet sind. Jede der Kopplungseinrichtungen 125 und 145 ist dabei so eingerichtet, dass sie einerseits eine durch den Lenker des Fahrzeugs bewirkte Drehbewegung des jeweiligen Griffelements 120 bzw. 140 um die Lenkachse 110 der Lenksäule auf das entsprechende Ende des Hebelelements 105 überträgt, um ein Drehmoment auf dieses zu bewirken, und dass sie andererseits eine relative Eigendrehung des jeweiligen Griffelements 120 bzw. 140 um eine zugeordnete Rotationsachse 130 bzw. 150 um einen insbesondere individuellen Drehwinkel 135 bzw. 155 bewirkt. Auf diese Weise ergibt sich für jedes der Griffelemente 120 bzw. 140 eine vom Lenkwinkel 115 abhängige Orientierung bezüglich der jeweiligen in 1 dargestellten Ruheposition.
Die 2A und 2B betreffen eine beispielhafte Ausführungsform 200 (korrespondierend zur oben genannten zweiten Gruppe von Ausführungsformen) der Lenkvorrichtung 100 und zeigen jeweils am Beispiel der entsprechenden Anordnung für das linke Griffelement 120 dieses Griffelement selbst sowie seine zugeordnete Kopplungseinrichtung 125. Ein entsprechender Aufbau ist jedoch auch für das rechte Griffelement 140 sowie seine zugeordnete Kopplungseinrichtung 145 möglich, insbesondere vorteilhaft.
Bei der Ausführungsform 200 weist die Kopplungseinrichtung 125 einen Griffsockel 205 auf, auf dem das Griffelement 120 montiert ist. Diese Befestigung kann insbesondere, wie dargestellt, mittels einer Schraube durch ein Schraubenloch 205a ausgeführt sein. Alternativ dazu, kann das Griffelement 120 auch einstückig mit dem Griffsockel 205 ausgebildet sein, sodass in diesem Fall das Griffelement 120 selbst Teil der Kopplungseinrichtung 125 ist. Der Griffsockel 205 ist mittels eines Lagers 210, insbesondere Kugellagers, um die Rotationsachse 130 drehbar in einem Gehäuse 215 der Kopplungseinrichtung 125 gelagert.
In dem Gehäuse 215 ist des Weiteren, insbesondere koaxial mit der Rotationsachse 130, eine Hohlwelle 220 mittels mehrerer Lager 225 um die Rotationsachse 130 drehbar gelagert. Die Hohlwelle weist eine Außenverzahnung 230 auf, die von außerhalb des Gehäuses 215 zugänglich ist und mit einem Zahnrad 235 einer Ausrichtungseinrichtung 240 verzahnt ist. Die Ausrichtungseinrichtung 240 dient dazu, bei einer Rotation des Hebelelements 105 mit der Lenkachse 110 die relative Orientierung der Hohlwelle 220 im Raum beizubehalten, indem die Hohlwelle 220 mittels des Zahnrades 235 und der Außenverzahnung 230 entsprechend so rotiert wird, dass diese Eigenrotation der Hohlwelle 220 bezüglich des Hebelelements 105 die durch die Rotation des Hebelelements 105 veranlasste Mitdrehung der Hohlwelle 220 kompensiert. Die Orientierung der Hohlwelle entspricht somit einer vom Lenkwinkel 115 unabhängigen Orientierung der Griffelemente 120 und 140 in ihrer jeweiligen Ruhestellung, wie sie in 1 gezeigt ist (vertikale Orientierung der Griffbereiche der Griffelemente).
Innerhalb der Hohlwelle 220 ist ein Wandlerelement 245 vorgesehen, welches, insbesondere mittels eines Formschlusses (z.B. an zwei aufeinander liegenden parallelen ebenen Flächen), drehfest mit der Hohlwelle 220 gekoppelt ist, relativ zu dieser aber eine translatorische Bewegung in einer zur Rotationsachse 130 orthogonalen Richtung 270 ausführen kann. Zwischen der Hohlwelle 220 und dem Wandlerelement kann zur Reibungsreduktion bei dieser translatorischen Bewegung eine Gleitschicht 275 vorgesehen sein. Das Wandlerelement weist einen hülsenförmigen Abschnitt mit einer darin gelegenen Kavität 245b auf. In diese Kavität 245b hinein erstreckt sich eine Gewindespindel 255 mit einem (Außen)Gewinde 260. Die Gewindespindel 255 ist, beispielsweise mittels einer durch ein Schraubenloch 255a geführten Schraube, fest mit dem Gehäuse 215 verbunden oder sogar einstückig damit ausgebildet. Sie ist dabei so von den Innenwänden der Kavität 245b beabstandet, dass das Wandlerelement 245 relativ zur Gewindespindel 255 über eine bestimmte Strecke hinweg eine translatorische Bewegung entlang der Richtung 270 ausführen kann, ohne dabei mit den Innenwänden der Kavität 245b in Kontakt zu kommen.
Das Wandlerelement 245 weist darüber hinaus eine zweite Kavität 245a auf, in die sich ein exzentrisch von der Rotationsachse 130 mit dem Griffsockel 205 fest verbundenes, insbesondere stiftförmiges, Übertragungselement 250 erstreckt. Die Form der zweiten Kavität 245a ist dabei so gestaltet, dass sich eine translatorische Bewegung des Wandlerelements 245 entlang der Richtung 270 auf das Übertragungselement 250 überträgt, wodurch dieses aufgrund seiner exzentrischen Kopplung an den Griffsockel 205 ein Drehmoment auf diesen sowie zugleich auf das damit fest verbundene Griffelement 120 ausübt. Als Folge davon führen der Griffsockel 205 und das Griffelement 120 in ihrer Lagerung 210 eine zu der Bewegung des Übertragungselements 250 korrespondierende Rotationsbewegung aus und verändern dabei die Orientierung des Griffelements 120 relativ zum Hebelelement 105 entsprechend, insbesondere aus der Ruhelage heraus.
Der Gewindegang des Gewindes der Gewindespindel 255 weist eine variierende Tiefe auf. In den Gewindegang greift ein Kopplungselement 265 ein, welches im vorliegenden Beispiel zwei Tastelemente aufweist, die jeweils in den Gewindegang der Gewindespindel 255 eingreifen und dadurch sowohl in einer zur Rotationsachse 130 parallelen Richtung als auch entlang der dazu orthogonalen Richtung 270 durch den als Führung dienenden Gewindegang zwangsgeführt werden.
Wenn nun also beim Betätigen der Lenkvorrichtung mittels des Griffelements 120 ein Drehmoment auf das Hebelelement 105 ausgeübt wird, um dieses mit der Lenkachse 110 der Lenksäule zu rotieren, rotiert auch die mit dem Hebelelement 105 drehfest gekoppelte Gewindespindel 255 relativ zu der mittels der Ausrichtungseinrichtung 240 in ihrer Orientierung konstant gehaltenen Hohlwelle 220 sowie dem damit wiederum drehfest verbundenen Wandlerelement 245. Es ergibt sich somit auch eine Rotationsbewegung der Gewindespindel 255 relativ zu den Tastelementen des Kopplungselements 265, wodurch diese sich im Rahmen der vorgenannten Zwangsführung aufgrund der Wirkung des Gewindes zum einen entlang einer zur Rotationsachse 130 parallelen Richtung und zum anderen in der senkrecht dazu verlaufenden Richtung 270 bewegen und diese Bewegung auf das Wandlerelement 245 übertragen.
Der variable Tiefenverlauf des Gewindegangs der Gewindespindel 255 moduliert somit über die Tastelemente des Kopplungselements 265 die entlang der Richtung 270 bewirkte translatorische Bewegung des Wandlerelements 245 relativ zur Hohlwelle 220. Diese translatorische Bewegung wird sodann über das Übertragungselement 250, wie schon vorausgehend im Einzelnen beschrieben, auf den Griffsockel 205 und somit das Griffelement 120 gekoppelt, wodurch diese entsprechend der Modulation rotiert werden. Insgesamt ergibt sich somit eine vom Lenkwinkel 115 abhängige Drehstellung des Griffelements 120, einerseits relativ zum Hebelelement 105 sowie andererseits relativ zur Hohlwelle 220 und somit im Raum bzw. Fahrzeug als solchen.
Die 3A und 3B betreffen eine weitere beispielhafte Ausführungsform 300 der Lenkvorrichtung 100 (korrespondierend zur oben genannten ersten Gruppe von Ausführungsformen). 3A am Beispiel der entsprechenden Anordnung für das linke Griffelement 120 dieses Griffelement sowie seine zugeordnete Kopplungseinrichtung 125. 3B zeigt in noch größerem Detail einen Teil der Kopplungseinrichtung 125. Ein entsprechender Aufbau ist jedoch wiederum auch für das rechte Griffelement 140 sowie seine zugeordnete Kopplungseinrichtung 145 möglich, insbesondere vorteilhaft.
Bei der Ausführungsform 300 weist die Kopplungseinrichtung 125 ein Gehäuse 305 auf, in dem eine Hohlwelle 310, sowie in deren Innenraum koaxial ein Wandlerelement 325 angeordnet ist. Die Hohlwelle 310 ist, insbesondere mittels eines Lagers 315, drehbar in dem Gehäuse 305 gelagert. Das Wandlerelement 325 ist wiederum gegenüber sowohl der Hohlwelle 310 als auch dem Gehäuse 305 drehbar gelagert. Sämtliche dieser Drehungen beziehen sich dabei auf eine gemeinsame Rotationsachse 335, die insbesondere mit der Rotationsachse 130 des Griffelements 120 zusammenfällt.
Die Hohlwelle 310 weist eine Außenverzahnung 320 auf, die von außerhalb des Gehäuses 305 zugänglich ist und die mit einem Zahnrad (nicht dargestellt) einer Ausrichtungseinrichtung (nicht dargestellt) verzahnt ist. Die Ausrichtungseinrichtung kann insbesondere entsprechend der Ausrichtungseinrichtung 240 der Ausführungsform 200 ausgebildet sein. Sie dient dazu, bei einer Rotation des Hebelelements 105 mit der Lenkachse 110 die relative Orientierung der Hohlwelle 310 im Raum beizubehalten, in dem die Hohlwelle mittels des Zahnrades und der Außenverzahnung entsprechend so rotiert wird, dass diese Eigenrotation der Hohlwelle bezüglich des Hebelelements 105 die durch die Rotation des Hebelelements 105 bewirkte Mitdrehung der Hohlwelle 310 kompensiert. Die Orientierung der Hohlwelle entspricht somit einer vom Lenkwinkel 115 unabhängigen Orientierung der Griffelemente 120 und 140 in ihrer jeweiligen Ruhestellung, wie sie in 1 gezeigt ist (vertikale Orientierung der Griffbereiche der Griffelemente).
Das Wandlerelement 325 weist einen hülsenförmigen Abschnitt mit einer darin gelegenen Kavität 325b auf. In diese Kavität 325b hinein erstreckt sich eine Gewindespindel 330 mit einem (Außen)Gewinde. Die Gewindespindel 330 ist fest mit dem Gehäuse 305 verbunden oder sogar einstückig damit ausgebildet. In der Wandung des hülsenförmigen Abschnitts des Wandlerelements 325 sind in Form jeweils eines durchgängigen, wellenförmige Schlitzes eine oder - wie dargestellt - mehrere Kulissen 325a für eine Kulissenführung ausgebildet, deren jeweiliger Längsverlauf sich im Wesentlichen parallel zur Rotationsachse 335 erstreckt.
Die Kopplungseinrichtung 125 weist des Weiteren ein Kopplungselement 340 auf, welches insbesondere als Körper mit Innengewinde, vorzugsweise als zum Gewinde der Gewindespindel passende Spindelmutter, ausgebildet ist. An dem Kopplungselement 340 ist für jede der Kulissen 325a ein jeweiliger Führungsstift ausgebildet, der bezüglich der jeweils zugehörigen Kulisse 325a als Kulissenstein 345 im Sinne einer Kulissenführung dient. Die Führungskräfte erstrecken sich dazu durch den jeweiligen Schlitz der zu gehörigen Kulisse 325a hindurch und weisen an ihrem außerhalb des Wandlerelements liegenden Endes ein jeweils ein Gleitelement 350 auf, welches in einer an der Innenwand der Hohlwelle 315 ausgebildete geradlinigen Führungsstruktur 310a in Form einer Nut eingreift und darin bei einer entsprechenden Bewegung des Kopplungselements 340 entlang, unter gleichzeitig senkrecht dazu stattfindender beidseitiger Zwangsführung, laufen kann. Zusätzlich oder alternativ dazu können auch ein oder mehrere vom Kulissenstein 345 separate Gleitelemente 350 mit zughörigen Führungsstrukturen in oder an der Hohlwelle 310 vorgesehen sein. Ein Beispiel dafür ist in 3B illustriert.
Wenn nun also beim Betätigen der Lenkvorrichtung mittels des Griffelements 120 ein Drehmoment auf das Hebelelement 105 ausgeübt wird, um dieses mit der Lenkachse 110 der Lenksäule zu rotieren, rotiert auch die mit dem Hebelelement 105 drehfest gekoppelte Gewindespindel 330 relativ zu der mittels der Ausrichtungseinrichtung 240 in ihrer Orientierung konstant gehaltenen Hohlwelle 310. Dadurch wird das Kopplungselement, welches mittels des Kulissensteins 345 und dem in der Nut 310a geradlinig laufenden Gleitelement 350 bezüglich der Hohlwelle 310 drehfest gehalten wird, durch die Wirkung des rotierenden Gewindes der Gewindespindel auf sein Innengewinde translatorisch entlang einer Translationsrichtung 360 angetrieben. Bei dieser Translationsbewegung läuft jeder Kulissenstein 345 durch seine zugehörige Kulisse 325a in der Wandung des Wandlerelements 325, wodurch er auf dieses in Abhängigkeit von dem geometrischen Verlauf der zugehörigen Kulisse 325a, ein Drehmoment um die Rotationsachse 335 ausübt, um dieses entsprechend dem (geometrischen) Verlauf der zugehörigen Kulisse 325a zu rotieren. Die geometrischen Verläufe der verschiedenen Kulissen entsprechen sich dabei, so dass sie alle dieselbe Rotationsbewegung des Wandlerelements 325 definieren. Das Griffelement 120 ist wiederum starr mit dem Wandlerelement 325 gekoppelt oder mit diesem einstückig ausgebildet, so dass sich die Rotation des Wandlerelements 325 auf das Griffelement 120 überträgt.
Der (untereinander gleiche) geometrische Verlauf der Kulissen 325a (es kann auch nur eine einzige Kulisse vorgesehen sein) moduliert somit über das zwangsgeführte Zusammenwirken mit dem Kulissenstein 345 die die Rotationsbewegung des Wandlerelements und des Griffelements 120. Insgesamt ergibt sich somit eine vom Lenkwinkel 115 abhängige Drehstellung des Griffelements 120 einerseits relativ zum Hebelelement 105 sowie andererseits zur Hohlwelle 310 und somit im Raum bzw. Fahrzeug als solchen.
Bei den Lenkvorrichtungen gemäß den 1 bis 3B ist die jeweilige Kopplungseinrichtung 125, 145 jedes Griffelements 120 bzw. 140 somit eingerichtet, die bei der Lenkbewegung auftretende Rotationsbewegung des Hebelelements 105 um die Lenkachse 110 in eine translatorische Bewegung des jeweilige Kopplungselements 265 entlang der Richtung 270 bzw. 360 des Kopplungselements 340 der Kopplungseinrichtung 125 bzw. des Kopplungselements 340 der Kopplungseinrichtung 145 umzusetzen und eine nachfolgende Rückwandlung dieser translatorischen Bewegung in eine rotatorische Bewegung des Griffelements 120 bzw. 140 relativ zum Hebelelement 105 auf solche Weise zu bewirken, dass das Kopplungselement 265 bzw. 340 während seiner translatorischen Bewegung im Sinne einer Zwangsführung so mit einer Führung 260 bzw. Kulisse 325a in Wirkverbindung steht, dass der geometrische Verlauf der Führung 260 bzw. Kulisse 325a einen lenkwinkelabhängigen Verlauf der rotatorischen Bewegung des Griffelements 120 bzw. 140 definiert.
4 illustriert schematisch ein Beispiel 400 für eine, insbesondere mittels einer der vorausgehend beschriebenen Lenkvorrichtungen gemäß verschiedener Ausführungsformen, implementierbare Lenkwinkelabhängigkeit der Drehwinkel 135 bzw. 155 der Griffelemente 120 bzw. 140 gegenüber ihrer jeweiligen Ruhestellung (z. B. bei einem Lenkwinkel 115 von 0°). Die lenkwinkelabhängigen Drehwinkelverläufe können sich für die beiden Griffelemente 120 bzw. 140 insbesondere auch, wie exemplarisch in 4 dargestellt, voneinander unterscheiden, so dass für jedes Griffelement 120 bzw., 14 bzw. jede Hand ein individueller, insbesondere ergonomisch optimierter, Drehwinkelverlauf erzielbar ist. Während 4 nur eine Volldrehung des Lenkwinkels 115 um 360° illustriert, ist der Lenkwinkel nicht zwingend auf eine einzige Volldrehung oder eine darunter liegenden Lenkwinkel beschränkt, sondern kann darüber hinaus reichen und sogar mehrere Volldrehungen umfassen. Dabei ist es sogar möglich, den Lenkwinkelverlauf für aufeinanderfolgende Umläufe unterschiedlich zu gestalten, so dass sich die Drehwinkel 135 bzw. 155 zum Lenkwinkel α von denen zum Lenkwinkel a + 360° unterscheiden können, was durch entsprechende Ausbildung der Führung 260 bzw. Kulisse 325a erreicht werden kann.
Bezugszeichenliste

100: Lenkvorrichtung
105: Hebelelement bzw. Querelement
110: Lenkachse der Lenksäule
115: Lenkwinkel
120: (erstes bzw. linkes) Griffelement
125: Kopplungseinrichtung für Griffelement 120
130: Rotationsachse für Griffelement 120
135: Drehwinkel des Griffelements 120
140: (zweites bzw. rechtes) Griffelement
145: Kopplungseinrichtung für Griffelement 145
150: Rotationsachse für Griffelement 145
155: Drehwinkel des Griffelements 120
200: Teilansicht einer ersten Ausführungsform der Lenkvorrichtung 100
205: Griffsockel
205a: Schraubenloch
210: Lager des Griffsockels
215: Gehäuse
220: Hohlwelle
225: Lager der Hohlwelle
230: Außenverzahnung der Hohlwelle
235: Zahnrad
240: Ausrichtungseinrichtung (anteilig)
245: Wandlerelement
245a: Kavität für Aufnahme des Übertragungselements
245b: Hohlraum für Aufnahme der Gewindespindel
250: Übertragungselement
255: Gewindespindel
255a: Schraubenloch
260: Führung, zugleich Gewinde mit Gewindegang
265: Kopplungselement mit Tastelementen
270: Translationsrichtung, orthogonal zur Rotationsachse 130
275: Gleitschicht
300: Teilansicht einer zweiten Ausführungsform der Lenkvorrichtung 100
305: Gehäuse
310: Hohlwelle
310a: Führungsstruktur (Nut) für Kulissenstein in Hohlwelle 310
315: Lager der Hohlwelle
320: Außenverzahnung der Hohlwelle
325: Wandlerelement, zugleich Hülse
325a: Führung in Form von Kulisse(n)
325b: Kavität
330: Gewindespindel
335: gemeinsame Rotationssachse der Gewindespindel und des Wandlerelements
340: Kopplungselement, insbesondere Spindelmutter
345: Kulissenstein
350: Gleitelement
355: Lager für Griffelement
360: Translationsrichtung
400: Beispielhaftes Drehwinkelverhalten in Abhängigkeit vom Lenkwinkel

Claims

Lenkvorrichtung (100; 200; 300) für ein Fahrzeug, aufweisend: ein Griffelement (120) zum Betätigen der Lenkvorrichtung (100; 200; 300) mittels einer Hand eines Lenkers des Fahrzeugs; ein Hebelelement (105) zur Übertragung eines Drehmoments auf eine Lenkachse (110) einer Lenksäule des Fahrzeugs, um dieses zu lenken; und eine Kopplungseinrichtung (125) zur Bewirkung einer kraftwandelnden Kopplung zwischen dem Griffelement (120) und dem Hebelelement (105), um eine an dem Griffelement (120) ausgeführte Lenkbewegung in eine Rotationsbewegung des Hebelelements (105) um einen Lenkwinkel (115) bezüglich der Lenkachse zu wandeln; wobei das Griffelement (120) gegenüber dem Hebelelement (105) rotierbar gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Kopplungseinrichtung (125) eingerichtet ist, die bei der Lenkbewegung auftretende Rotationsbewegung des Hebelelements (105) in eine translatorische Bewegung eines Kopplungselements (265; 340) der Kopplungseinrichtung (125) umzusetzen und eine nachfolgende Rückwandlung dieser translatorischen Bewegung in eine rotatorische Bewegung des Griffelements(120) relativ zum Hebelelement (105) auf solche Weise zu bewirken, dass das Kopplungselement (265; 340) während seiner translatorischen Bewegung im Sinne einer Zwangsführung so mit einer Führung (260) in Wirkverbindung steht, dass der geometrische Verlauf der Führung (260) einen lenkwinkelabhängigen Verlauf der rotatorischen Bewegung des Griffelements (120) definiert.
Lenkvorrichtung (100; 200; 300) nach Anspruch 1, wobei die Kopplungseinrichtung (125) aufweist: ein bezüglich des Hebelelements (105) um eine Rotationsachse (130, 335) drehbar gelagertes Wandlerelement (245; 325); eine mit dem Hebelelement (105) in drehfester Verbindung stehende und zumindest abschnittsweise von dem Wandlerelement (245; 325) umgebene Gewindespindel (255; 330) mit einem entlang einer Spindelachse verlaufenden Gewinde; und das um die Gewindespindel (255; 330) drehbare Kopplungselement (265; 340) das konfiguriert ist, die Gewindespindel (255; 330) mit dem Wandlerelement (245; 325) mechanisch so zu koppeln, dass bei einer durch Drehung des Hebelelements (105) bewirkten Rotationsbewegung der Gewindespindel (255; 330) gegenüber dem Kopplungselement (265; 340), das Kopplungselement (265; 340) mittels des Gewindes der Gewindespindel (255; 330) translatorisch entlang der Spindelachse angetrieben wird und dabei mit der Führung (260), die an oder in der Gewindespindel (255; 330) oder dem Wandlerelement (245; 325) vorgesehen ist, im Sinne einer Zwangsführung zusammenwirkt, wodurch eine durch den geometrischen Verlauf der Führung (260) definierte Bewegung des Wandlerelements (245; 325) bewirkt wird, die eine Rotation des Wandlerelements (245; 325) um die Rotationsachse (130) oder eine zur Rotationsachse (130) orthogonale Translation des Wandlerelements (245; 325) aufweist; wobei die Kopplungseinrichtung (125) des Weiteren konfiguriert ist, die Bewegung des Wandlerelements (245; 325) so auf das Griffelement (120) zu übertragen, dass sich dadurch das Griffelement (120) relativ zur Gewindespindel (255; 330) dreht.
Lenkvorrichtung (100; 200; 300) nach Anspruch 2, wobei der geometrische Verlauf der Führung (260) so gestaltet ist, dass der dadurch definierte korrespondierende Verlauf der Rotation oder Translation des Wandlerelements (245; 325) zumindest abschnittsweise alterniert.
Lenkvorrichtung (100; 200; 300) nach Anspruch 3, wobei der zumindest abschnittsweise alternierende Verlauf der Rotation oder Translation des Wandlerelements (245; 325) zumindest streckenweise nicht-periodisch ist.
Lenkvorrichtung (100; 200; 300) nach einem der vorausgehenden Ansprüche 2 bis 4, des Weiteren aufweisend eine Hohlwelle (220; 310), die das Wandlerelement (245; 325) zumindest teilweise umgibt und die mit dem Kopplungselement (265; 340) drehfest gekoppelt ist.
Lenkvorrichtung (100; 200; 300) nach Anspruch 5, des Weiteren aufweisend eine Ausrichtungseinrichtung (240), die konfiguriert ist, ein Drehmoment auf die Hohlwelle (220; 310) auszuüben, um, wenn die Lenkvorrichtung (100; 200; 300) mit der Lenkachse (110) der Lenksäule des Fahrzeugs montiert ist, die Hohlwelle (220; 310) bei einer Rotation des Hebelelements (105) um einen Lenkwinkel (115) bezüglich der Lenkachse so in zu dieser Rotation gegenläufiger Drehrichtung relativ zum Hebelelement (105) zu rotieren, dass sich die durch die Ausrichtungseinrichtung (240) bewirkte Rotation der Hohlwelle (220; 310) und die durch die Rotation des Hebelelements (105) um die Lenkachse (110) bedingte Rotation der Hohlwelle (220; 310) kompensieren.
Lenkvorrichtung (100; 200; 300) nach Anspruch 6, wobei die Ausrichtungseinrichtung (240) ein Zahnrad (235) aufweist, das in eine Außenverzahnung (230; 320) der Hohlwelle (220; 310) eingreift, um das von der Ausrichtungseinrichtung (240) auf die Hohlwelle (220; 310) ausübbare Drehmoment auf die Hohlwelle (220; 310) zu übertragen.
Lenkvorrichtung (100; 200; 300) nach einem der Ansprüche 2 bis 7, des Weiteren aufweisend ein Gehäuse (215; 305), bezüglich dessen das Wandlerelement (245; 325) drehbar gelagert ist, wobei das Gehäuse (215; 305) drehfest mit der Gewindespindel (255; 330) und dem Hebelelement (105) verbunden oder einstückig mit der Gewindespindel (255; 330) und/oder dem Hebelelement (105) ausgebildet ist.
Lenkvorrichtung (100; 200; 300) nach einem der Ansprüche 2 bis 8, wobei das Wandlerelement (245; 325) eine die Gewindespindel (255; 330) und das Kopplungselement (265; 340) zumindest teilweise umgebende Hülse aufweist.
Lenkvorrichtung (100; 300) nach Anspruch 9, wobei die Führung (260) als Kulisse (325a) in der Hülse ausgebildet ist, die mit einem als Kulissenstein (345) dienenden Abschnitt des Kopplungselements (340) im Sinne einer Kulissenführung so zusammenwirkt, dass das Kopplungselement (340) bei seiner translatorischen Bewegung entlang der Gewindespindel (330) das Wandlerelement (325) gemäß dem geometrischen Verlauf der Führung (260) in eine Rotationsbewegung um die Rotationsachse (335) versetzt, um damit das Wandlerelement (325) in eine jeweils zur momentanen Position des Kulissensteins (345) in der Kulisse (325a) korrespondierende Drehstellung bezüglich der Rotationsachse (335) zu rotieren.
Lenkvorrichtung (100; 300) nach Anspruch 10, sofern rückbezogen auf Anspruch 5, wobei die Hohlwelle (310) mit dem Kopplungselement (340) drehfest gekoppelt ist, indem der Kulissenstein (345) im Sinne einer weiteren Zwangsführung mit einer in oder an der Hohlwelle (310) ausgebildeten Führungsstruktur (310a) zusammenwirkt, deren Verlauf so gestaltet ist, dass der Kulissenstein (345) sich im Rahmen dieser weiteren Zwangsführung der translatorischen Bewegung des Kopplungselements (340) entlang der Gewindespindel (330) entsprechend translatorisch aber gegenüber der Hohlwelle (310) nicht rotatorisch bewegen kann.
Lenkvorrichtung (100; 300) nach Anspruch 10 oder 11, wobei das Griffelement (120) mit dem Wandlerelement (325) rotatorisch gekoppelt ist, so dass eine Rotation des Wandlerelements (325) um die Rotationsachse (335) eine korrespondierende Rotation des Griffelements (120) bewirkt.
Lenkvorrichtung (100; 200) nach einem der Ansprüche 2 bis 9, wobei: die Führung (260) für das Kopplungselement (265) zumindest anteilig durch einen Gewindegang der Gewindespindel (255) gegeben ist; das Kopplungselement (265) ein oder mehrere Tastelemente aufweist, die jeweils in den Gewindegang des Gewindes eingreifen, so dass das Kopplungselement (265) bei einer Rotation der Spindelachse im Sinne einer Zwangsführung mit dem Gewinde wechselwirkt; der Gewindegang des Gewindes eine entlang des Verlaufs der Spindelachse variierende Tiefe aufweist, so dass bei einer durch die Gewindespindel (255) angetriebenen translatorischen Bewegung des Kopplungselements (265) entlang der Spindelachse eine translatorische Bewegung des Wandlerelements (245) in einer zur Rotationsachse (130) orthogonalen Richtung (270) bewirkt wird, die durch den dabei entlang der Spindelachse durchlaufenen variierenden Tiefenverlauf des Gewindegangs definiert ist.
Lenkvorrichtung (100; 200) nach Anspruch 13, sofern rückbezogen auf Anspruch 5, wobei die Hohlwelle (220) mit dem Wandlerelement (245) mittels einer unmittelbaren oder mittelbaren formschlüssigen Verbindung derart gekoppelt ist, dass der Formschluss die translatorische Bewegung des Wandlerelements (245) in der zur Rotationsachse (130) orthogonalen Richtung (270) aber keine relative Rotation des Wandlerelements (245) bezüglich der Hohlwelle (220) um die Rotationsachse (130) zulässt.
Lenkvorrichtung (100; 200) nach Anspruch 14, ferner aufweisend eine Gleitschicht (275), die zwischen der Hohlwelle (220) und dem Wandlerelement (245) angeordnet und geeignet ist, einen Reibungswiderstand zwischen der Hohlwelle (220) und dem Wandlerelement (245) bei der translatorischen Bewegung des Wandlerelements (245) relativ zur Hohlwelle (220) zu reduzieren.
Lenkvorrichtung (100; 200) nach einem der Ansprüche 13 bis 15, wobei das Griffelement (120) gegenüber dem Wandlerelement (245) rotierbar gelagert und daran mittels eines Übertragungselements (250) so gekoppelt ist, dass das Übertragungselement (250) die zur Rotationsachse (130) orthogonale translatorische Bewegung des Wandlerelements (245) so auf das Griffelement (120) überträgt, dass dabei ein Drehmoment auf das Griffelement (120) ausgeübt wird, um dieses in eine zur momentanen Position des Kopplungselements (265) entlang des Verlaufs der Gewindespindel (255) korrespondierende Drehstellung zu rotieren.
Lenkvorrichtung (100; 200) nach Anspruch 16, wobei das Übertragungselement (250) einen stabförmigen starren Körper aufweist, der mit dem Wandlerelement (245) gekoppelt ist, um die mechanische Übertragung der zur Rotationsachse (130) orthogonalen translatorischen Bewegung des Wandlerelements (245) auf das Griffelement (120) zu bewirken.
Lenkvorrichtung (100; 200; 300) nach einem der Ansprüche 2 bis 17, wobei: die Lenkvorrichtung (100; 200; 300) ferner ein weiteres Griffelement (140) zum Betätigen der Lenkvorrichtung (100; 200; 300) mittels einer Hand eines Lenkers des Fahrzeugs aufweist, wobei die beiden Griffelemente (120, 140) voneinander beabstandet an dem Hebelelement (105) angeordnet sind; das weitere Griffelement (140) mittels einer weiteren Kopplungseinrichtung (145) gleicher Bauart mit dem Hebelelement (105) rotatorisch gekoppelt und diesem gegenüber drehbar gelagert ist; und einen voneinander unterschiedlichen Verlauf aufweisen, so dass sich die daraus resultierenden individuellen Verläufe der jeweiligen Rotationsbewegungen der beiden Griffelemente (120, 140) bei einer Drehung des Hebelelements (105) um die Lenkachse (110) zumindest in einem Lenkwinkelbereich voneinander unterscheiden.
Fahrzeug mit einer Lenkung, die mit einer Lenkvorrichtung (100; 200; 300) zum Betätigen der Lenkung nach einem der vorausgehenden Ansprüche ausgestattet ist.