DE102020129216A1

DE102020129216A1 - System, Verfahren und Vorrichtung für eine teleskopische Leitspindel für eine Lenksäule

Info

Publication number: DE102020129216A1
Application number: DE102020129216.3A
Authority: DE
Inventors: Patrik Ryne; George E. Arlt
Original assignee: Steering Solutions IP Holding Corp
Current assignee: Steering Solutions IP Holding Corp
Priority date: 2019-11-06
Filing date: 2020-11-05
Publication date: 2021-05-06
Anticipated expiration: 2040-11-06
Also published as: US11358627B2; DE102020129216B4; CN112776872A; US20210129892A1

Abstract

Eine Lenksäulenanordnung umfasst eine Ummantelung. Die Anordnung umfasst außerdem mehrere zylindrische Leitspindeln, die miteinander verschraubt sind, wobei die mehreren Leitspindeln relativ zueinander drehbar und relativ zueinander translatierbar sind. Die Anordnung umfasst des Weiteren eine Mutter, die mit einer der mehreren Leitspindeln verschraubt und mit der Ummantelung wirkgekoppelt ist, um die Ummantelung axial zu bewegen.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNG
Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der vorläufigen US-Patentanmeldung mit der Seriennummer 62/931,348, eingereicht am 6. November 2019, deren Offenbarung hiermit durch Bezugnahme in vollem Umfang in den vorliegenden Text aufgenommen wird.
HINTERGRUND
Herkömmliche Lenksäulen können über Aktuatoren elektromechanisch verstellt werden. In Abhängigkeit von den Nutzeranforderungen können solche Säulen in verschiedene Richtungen verstellt werden, einschließlich der teleskopischen Richtung (das heißt entlang der Achse der Säule), der Neigungsrichtung (das heißt vertikal) und/oder der Schwenkrichtung (das heißt in einem Schwenkwinkel). Lenksäulen können auf verschiedene Weise teleskopiert werden. Einige Lenksäulen lassen sich zum Beispiel über teleskopierende Ummantelungen oder Wellen teleskopieren. Andere Beispiele von Lenksäulen können über eine feste Welle und eine translatierende Ummantelungsanordnung teleskopieren.
Teleskopische kraftunterstützte Säulen werden in der Regel durch eine einzelne Leitspindel und Mutter betätigt. Für normale Teleskopbewegungen (zum Beispiel ± 30 mm) ist eine einzelne Leitspindel ausreichend, und sie lässt sich innerhalb des typischen Säulenraums unterbringen. Die Grenze für den Teleskopweg einer einzelnen Leitspindel ist der verfügbare axiale Bauraum zwischen der Vorderseite des Instrumententrägers und der Rückseite des Instrumententrägers. Konventionelle Lösungen haben noch weitere Einschränkungen. Teleskopische Lenksäulen können den für den Betrieb erforderlichen Platzbedarf der Lenksäulenanordnung in der darunter liegenden Struktur erhöhen. Da bei einigen Endanwendungen der verfügbare Platz für Lenksäulenanordnungen immer kleiner wird, werden die bestehenden Teleskoplösungen zu einem Problem.
In der Vergangenheit bestand eine Funktion teleskopischer Lenksäulen darin, Flexibilität bei der Positionierung des Lenkrades zu bieten und komfortable Fahrpositionen für unterschiedlich große Fahrer zu ermöglichen. Es gibt heute Möglichkeiten für einen deutlich größeren Teleskopweg, der auch als Stauweg bezeichnet werden kann (das heißt, wenn das Lenkrad nicht benötigt wird). Zum Beispiel könnte das Lenkrad komplett vom Fahrer weg verlagert werden, um ihm zu ermöglichen, andere Dinge zu tun, als das Fahrzeug zu bedienen, wie zum Beispiel Arbeiten an einem Laptop-Computer, wenn das Fahrzeug geparkt ist, oder dergleichen. Andere Beispiele sind Fahrzeuge mit autonomen Fahrfähigkeiten und der Möglichkeit, das Lenkrad zu verstauen, wenn sich das Fahrzeug in einem autonomen Fahrmodus befindet. Für ein deutlich größeres Maß an Teleskopier- und Staufähigkeit passt eine einzelne Leitspindel bei einem normalen Pkw nicht zwischen die Rückseite des Instrumententrägers und die Vorderseite des Instrumententrägers. Daher sind Verbesserungen bei der kompakten Verstellung von Lenksäulen weiterhin von Interesse.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Gemäß einem Aspekt der Offenbarung umfasst eine Lenksäulenanordnung eine Ummantelung. Die Anordnung umfasst außerdem eine erste Leitspindel, die durch einen Aktuator drehend angetrieben wird. Die Anordnung umfasst des Weiteren eine zweite Leitspindel, die mit der ersten Leitspindel verschraubt ist. Die Anordnung umfasst des Weiteren eine Mutter, die mit der zweiten Leitspindel verschraubt und mit der Ummantelung wirkgekoppelt ist, um die Ummantelung axial zu bewegen.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Offenbarung umfasst eine Lenksäulenanordnung eine Ummantelung. Die Anordnung umfasst außerdem mehrere zylindrische Leitspindeln, die miteinander verschraubt sind, wobei die mehreren Leitspindeln relativ zueinander drehbar und relativ zueinander translatierbar sind. Die Anordnung umfasst des Weiteren eine Mutter, die mit einer der mehreren Leitspindeln verschraubt und mit der Ummantelung wirkgekoppelt ist, um die Ummantelung axial zu bewegen.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Offenbarung umfasst eine Lenksäulenanordnung eine Ummantelung. Die Anordnung umfasst außerdem einen elektrischen Aktuator. Die Anordnung umfasst des Weiteren eine erste Leitspindel, die durch den elektrischen Aktuator drehbar angetrieben wird, wobei die erste Leitspindel ein Außengewinde aufweist. Die Anordnung umfasst des Weiteren eine zweite Leitspindel mit einem Innengewinde, das mit dem Außengewinde der ersten Leitspindel im Eingriff steht, wobei die zweite Leitspindel relativ zu der ersten Leitspindel drehbar und relativ zu der ersten Leitspindel translatierbar ist. Die Anordnung umfasst außerdem eine Mutter mit einem Innengewinde, das mit einem Außengewinde der zweiten Leitspindel in Eingriff steht, wobei die Mutter an einer Teleskopantriebshalterung befestigt ist, um eine Drehung der Mutter zu verhindern, wobei eine Drehung der zweiten Leitspindel die Mutter und die Teleskopantriebshalterung axial translatiert, um die Ummantelung, mit der die Teleskopantriebshalterung wirkgekoppelt ist, axial zu translatieren.
Diese und andere Vorteile und Merkmale werden aus der folgenden Beschreibung, die in Verbindung mit den Zeichnungen zu lesen ist, noch deutlicher ersichtlich.
Figurenliste
Der Gegenstand, der als die Erfindung angesehen wird, ist in den Ansprüchen am Ende der Beschreibung besonders hervorgehoben und ausdrücklich beansprucht. Die oben angesprochenen sowie weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden anhand der folgenden detaillierten Beschreibung, wenn sie in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen gelesen wird, besser verständlich, wobei in den Zeichnungen Folgendes dargestellt ist:

1 ist eine perspektivische Ansicht einer teleskopischen Leitspindelanordnung für eine Lenksäule;
2 ist eine perspektivische Ansicht der teleskopischen Leitspindelanordnung, die in einer ersten Position gezeigt ist;
3 ist eine perspektivische Ansicht der teleskopischen Leitspindel, die in einer zweiten Position gezeigt ist; und
4 ist eine perspektivische Ansicht der teleskopischen Leitspindel, die in einer dritten Position gezeigt ist.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Wir wenden uns nun den Figuren zu, in denen die verschiedenen Ausführungsformen gezeigt und im vorliegenden Text beschrieben werden, ohne diese einzuschränken. Die 1-4 veranschaulichen dabei Ausführungsformen eines Systems, eines Verfahrens und einer Vorrichtung für eine teleskopische Leitspindelanordnung für eine Lenksäule.
Wir wenden uns nun 1 zu, wo eine teleskopische Leitspindelanordnung gezeigt und allgemein mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnet ist. Die Leitspindelanordnung 10 ist mit einem Abschnitt einer Ummantelungsanordnung 12 wirkgekoppelt. In einigen Ausführungsformen ist die Leitspindelanordnung 10 mit einer oberen Ummantelung gekoppelt, der innerhalb eines anderen Ummantelungabschnitts in einer mehrstückigen Ummantelungsanordnung teleskopiert, obgleich auch in Betracht gezogen wird, dass eine einzelne Ummantelung translatierbar sein kann. Ungeachtet der genauen Art der Ummantelungsanordnung translatiert mindestens ein Ummantelungsabschnitt zu einem Antrieb hin und von dem Antrieb weg. In einigen Ausführungsformen ist der Translations-/Teleskopier-Bewegungsbereich groß genug, dass die Lenksäule als „verstaut“ angesehen werden kann, was dem Fahrer reichlich Platz verschafft, um nicht zum Fahren gehörende Aufgaben auszuführen, entweder während das Fahrzeug geparkt ist oder während das Fahrzeug in einem halbautonomen oder autonomen Modus betrieben wird. Die hier beschriebene Leitspindelanordnung 10 ermöglicht einen beträchtlichen Teleskopier- und/oder Translations-Bewegungsbereich.
Die Leitspindelanordnung umfasst einen Elektromotor 14, der ein Getriebe 16 antreibt. Das Getriebe 16 ist mit einer ersten Leitspindel 18 wirkgekoppelt. Die erste Leitspindel 18 wird durch den Elektromotor 14 über eine Verbindung durch das Getriebe 16 drehbar angetrieben. Während der Drehung wird die erste Leitspindel 18 in einer konstanten axialen Position gehalten.
Eine zweite Leitspindel 20 umfasst ein Innengewinde und ein Außengewinde 22. Das Innengewinde der zweiten Leitspindel 20 steht mit einem Außengewinde 24 der ersten Leitspindel 18 im Eingriff. Im Gegensatz zur ersten Leitspindel 18 ist die zweite Leitspindel 20 axial entlang der ersten Leitspindel 18 frei translatierbar und frei drehbar. Obgleich das Element hier als eine Leitspindel bezeichnet wird, kann die zweite Leitspindel 20 daher auch als eine Gleitmutter angesehen werden.
Eine Mutter 26 umfasst ein Innengewinde, das mit dem Außengewinde 22 der zweiten Leitspindel 20 so im Eingriff steht, dass die Mutter 26 während der Drehung der zweiten Leitspindel 20 axial entlang der zweiten Leitspindel 20 translatieren kann. Dies ist auf das Verhindern einer potenziellen Drehbewegung der Mutter 26 zurückzuführen. Das Verhindern wird durch die Verbindung der Mutter 26 mit einer Teleskopantriebshalterung 28 erreicht, die mit der Ummantelungsanordnung 12 wirkgekoppelt ist. Insbesondere ist die Teleskopantriebshalterung 28 mit dem Abschnitt der Ummantelungsanordnung 12 gekoppelt, der so eingerichtet ist, dass er zum Verstellen der Lenksäulenposition teleskopiert und/oder translatiert werden kann.
Wir wenden uns nun den 2-4 zu. Während des Betriebes wird die erste Leitspindel 18 durch den Elektromotor 14 gedreht und in einer konstanten axialen Position gehalten. Während der Drehung der ersten Leitspindel 18 wird die zweite Leitspindel axial entlang der ersten Leitspindel 18 zwischen einem ersten Endanschlag und einem zweiten Endanschlag translatiert. Der erste Endanschlag ist so positioniert, dass er einen ersten axialen Bewegungsendanschlag für die zweite Leitspindel 20 definiert, und der zweite Endanschlag ist so positioniert, dass er einen zweiten axialen Bewegungsendanschlag für die zweite Leitspindel 20 definiert. Die Bewegung zwischen den Positionen der axialen Bewegungsendanschläge der zweiten Leitspindel 20 erlaubt ein weiteres Vorschieben und Zurückziehen der Mutter 26, die mit der Ummantelungsanordnung 12 wirkgekoppelt ist.
Während der Drehung der zweiten Leitspindel 20 wird die Mutter 26 axial entlang der zweiten Leitspindel 20 zwischen einem dritten Endanschlag und einem vierten Endanschlag translatiert, wobei der dritte Endanschlag einen ersten axialen Bewegungsendanschlag für die Mutter 26 definiert und der vierte Endanschlag einen zweiten axialen Bewegungsendanschlag für die Mutter 26 definiert.
Wie gezeigt, veranschaulicht 2 ein Beispiel für eine herausgeschobene axiale Position der Lenksäulenanordnung. 3 und 4 zeigen das schrittweise Zurückziehen zu zwei weiteren axialen Positionen der Lenksäulenanordnung.
Die teleskopische Leitspindelanordnung 10 erlaubt einen größeren axialen Bewegungsweg und eine größere Staukapazität im Vergleich zu Designs mit einer einzelnen Leitspindel und Mutter. Zum Beispiel können Ausführungsformen einen axialen Bewegungsweg von mehr als 100 mm, mehr als 150 mm, mehr als 200 mm oder sogar mehr als 250 mm (zum Beispiel 260 mm) erlauben. Solche Versionen einer teleskopischen Leitspindelanordnung können zwischen der Rückseite des Instrumententrägers und der Vorderseite des Instrumententrägers für fast jedes Personenfahrzeug aufgenommen werden.
Die im vorliegenden Text offenbarten Ausführungsformen erhöhen im Vergleich zu einem konventionellen Teleskopmechanismus die für jedes Fahrzeug erreichbare Staumöglichkeit erheblich und vermeiden gleichzeitig die mit anderen Stauanordnungen verbundenen Nachteile.
Die offenbarten Ausführungsformen können den verfügbaren Platz in einer Umgebung effizienter nutzen. Zum Beispiel kann dieses Design bei Steer-by-Wire-Anwendungen die Leistung verbessern. Obgleich Anwendungen, die einen großen Lenkradaktuator aufweisen, der zusätzlichen Platz benötigt, die effektive Nutzung des Raums zum Verstauen oder Aufbewahren der Lenksäulenanordnung (und des Lenkradaktuators) einschränken können, können die hier offenbarten Ausführungsformen solche Einschränkungen überwinden. Die Lenksäulenanordnung kann während des Verstauens der Lenksäulenanordnung verschiedene Abschnitte gleichzeitig oder nacheinander teleskopieren.
Jedes Merkmal, jedes Element, jede Komponente oder jeder Vorteil einer der Ausführungsformen kann auch bei jeder der anderen Ausführungsformen verwendet werden.
Obgleich die verschiedenen Ausführungsformen im Zusammenhang mit nur einer begrenzten Anzahl von Beispielen detailliert beschrieben wurden, versteht es sich ohne Weiteres, dass sie nicht auf diese offenbarten Versionen beschränkt sind. Vielmehr können die Ausführungsformen so modifiziert werden, dass sie eine beliebige Anzahl von Variationen, Änderungen, Substituierungen oder äquivalenten Arrangements umfassen, die zuvor nicht beschrieben wurden, die aber unter das Wesen und den Schutzumfang dieser Offenbarung fallen. Darüber hinaus sind zwar verschiedene Ausführungsformen beschrieben worden, doch es versteht sich, dass Aspekte nur einige der beschriebenen Merkmale und Komponenten umfassen müssen. Dementsprechend sind die Ausführungsformen nicht als durch die obige Beschreibung eingeschränkt anzusehen.

Claims

Lenksäulenanordnung, umfassend: eine Ummantelung; eine erste Leitspindel, die durch einen Aktuator drehend angetrieben wird; eine zweite Leitspindel, die mit der ersten Leitspindel verschraubt ist; und eine Mutter, die mit der zweiten Leitspindel verschraubt und mit der Ummantelung wirkgekoppelt ist, um die Ummantelung axial zu bewegen.
Lenksäulenanordnung nach Anspruch 1, wobei die zweite Leitspindel ein Innengewinde und ein Außengewinde aufweist, wobei das Innengewinde mit einer Außenfläche der ersten Leitspindel verschraubt ist.
Lenksäulenanordnung nach Anspruch 2, wobei das Außengewinde mit einer Innenfläche der Mutter verschraubt ist.
Lenksäulenanordnung nach Anspruch 1, wobei der Aktuator ein Elektromotor ist.
Lenksäulenanordnung nach Anspruch 4, wobei der Elektromotor eine Abtriebswelle umfasst, die mit einem Getriebe wirkgekoppelt ist, das mit der ersten Leitspindel wirkgekoppelt ist und dafür eingerichtet ist, die erste Leitspindel zu drehen.
Lenksäulenanordnung nach Anspruch 1, des Weiteren umfassend einen ersten Endanschlag und einen zweiten Endanschlag, wobei der erste Endanschlag so positioniert ist, dass er einen ersten axialen Bewegungsendanschlag für die zweite Leitspindel definiert, und der zweite Endanschlag so positioniert ist, dass er einen zweiten axialen Bewegungsendanschlag für die zweite Leitspindel definiert.
Lenksäulenanordnung nach Anspruch 6, wobei die zweite Leitspindel einen dritten Endanschlag und einen vierten Endanschlag aufweist, wobei der dritte Endanschlag einen ersten axialen Bewegungsendanschlag für die Mutter definiert und der vierte Endanschlag einen zweiten axialen Bewegungsendanschlag für die Mutter definiert.
Lenksäulenanordnung nach Anspruch 1, wobei die Mutter mittels einer Teleskopantriebshalterung mit der Ummantelung wirkgekoppelt ist.
Lenksäulenanordnung, umfassend: eine Ummantelung; mehrere zylindrische Leitspindeln, die miteinander verschraubt sind, wobei die mehreren Leitspindeln relativ zueinander drehbar und relativ zueinander translatierbar sind; und eine Mutter, die mit einer der mehreren Leitspindeln verschraubt und mit der Ummantelung wirkgekoppelt ist, um die Ummantelung axial zu bewegen.
Lenksäulenanordnung nach Anspruch 9, wobei die mehreren Leitspindeln eine angetriebene Leitspindel und eine oder mehrere zusätzliche Leitspindeln umfassen.
Lenksäulenanordnung nach Anspruch 9, wobei der Aktuator ein Elektromotor ist.
Lenksäulenanordnung nach Anspruch 11, wobei der Elektromotor eine Abtriebswelle umfasst, die mit einem Getriebe wirkgekoppelt ist, das mit der angetriebenen Leitspindel wirkgekoppelt ist und dafür eingerichtet ist, die angetriebene Leitspindel zu drehen.
Lenksäulenanordnung nach Anspruch 9, des Weiteren umfassend einen ersten Endanschlag und einen zweiten Endanschlag, wobei der erste Endanschlag so positioniert ist, dass er einen ersten axialen Bewegungsendanschlag für die eine oder die mehreren zusätzlichen Leitspindeln definiert, und der zweite Endanschlag so positioniert ist, dass er einen zweiten axialen Bewegungsendanschlag für die eine oder die mehreren zusätzlichen Leitspindeln definiert.
Lenksäulenanordnung nach Anspruch 9, wobei die Mutter mittels einer Teleskopantriebshalterung mit der Ummantelung wirkgekoppelt ist.
Lenksäulenanordnung, umfassend: eine Ummantelung; einen elektrischen Aktuator; eine erste Leitspindel, die durch den elektrischen Aktuator drehbar angetrieben wird, wobei die erste Leitspindel ein Außengewinde aufweist; eine zweite Leitspindel mit einem Innengewinde, das mit dem Außengewinde der ersten Leitspindel im Eingriff steht, wobei die zweite Leitspindel relativ zu der ersten Leitspindel drehbar und relativ zu der ersten Leitspindel translatierbar ist; und eine Mutter mit einem Innengewinde, das mit einem Außengewinde der zweiten Leitspindel in Eingriff steht, wobei die Mutter an einer Teleskopantriebshalterung befestigt ist, um eine Drehung der Mutter zu verhindern, wobei eine Drehung der zweiten Leitspindel die Mutter und die Teleskopantriebshalterung axial translatiert, um die Ummantelung, mit der die Teleskopantriebshalterung wirkgekoppelt ist, axial zu translatieren.