DE102021202071A1

DE102021202071A1 - Lenksäulenanordnung für ein Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102021202071A1
Application number: DE102021202071.2A
Authority: DE
Inventors: David Heraud; Christian Kaisser; Alexander Vaehning
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2021-03-04
Filing date: 2021-03-04
Publication date: 2022-09-08

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Lenksäulenanordnung (1) für ein Kraftfahrzeug, mit einer Lenksäule (10) und einem Antrieb (12) zum axialen Verstellen der Lenksäule (10), welcher eine mit der Lenksäule (10) verbundene Zahnstange (14), eine an einer Lenksäulenhalterung (16) angeordnete Antriebseinheit (18) und ein mit einer Ausgangswelle (18a) der Antriebseinheit (18) verbundenes Ritzel (18b) aufweist, das mit der Zahnstange (14) im Eingriff ist, einem Energieabsorptionselement (20) zum Absorbieren einer auf die Lenksäule (10) wirkenden, axialen Aufprallenergie, und einer Crash-Hub-Begrenzungseinrichtung (22), welche dazu ausgebildet ist, einen Crash-Hub der Lenksäule (10) in Abhängigkeit einer Lenksäulenposition zu begrenzen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Lenksäulenanordnung für ein Kraftfahrzeug.
Stand der Technik
In der Regel sind Lenksäulen im Pkw manuell oder elektrisch in der Höhe und der Länge verstellbar. Speziell die Längsverstellung wird häufig als Teleskoprohr zwischen dem Gehäuse, welches die Schwenkbewegung für die Höhenverstellung ausführt, und dem Teleskoprohr, häufig als Crashrohr oder Führungsrohr bezeichnet, ausgeführt.
Des Weiteren weisen manche Lenksäulen eine sogenannte Easy-Entry-Funktion auf, welche es ermöglicht, dass ein Lenksäulenkörper der Lenksäule so tief einfahrbar ist, wie es ein Verstellbereich der Lenksäule erlaubt. Der Verstellbereich der Lenksäule weist in der Regel einen Hub von 25 mm bis 35 mm auf.
Die DE 10 2008 060 225 B4 offenbart eine verstellbare Lenksäule für ein Kraftfahrzeug mit einem Lenksäulenkörper zur Lagerung einer drehbaren Lenkwelle, einem Klemmmechanismus zur Umsetzung einer stufenlosen Verstellbarkeit der Lenkwelle entlang der Längsrichtung des Lenksäulenkörpers und einem Energieabsorptionsmechanismus zur energieverzehrenden Verlagerung der Lenkwelle bei einem Unfall.
Im Rahmen der Anwendung eines autonomen Fahrbetriebs des Fahrzeugs ist es jedoch wünschenswert, zum einen einen größeren Verstellbereich der Lenksäule zu ermöglichen, sodass die Lenksäule und eine daran angebrachte Lenkvorrichtung in einem autonomen Fahrbetrieb des Fahrzeugs weitestgehend in einem Armaturenbrett bzw. einer Innenraumverkleidung des Fahrzeugs versenkbar ist und zum anderen die Funktionalität der Lenksäule erhalten bleibt, dass der Energieabsorptionsmechanismus zur energieverzehrenden Verlagerung der Lenkwelle bei einem Unfall sowohl in einer Nominalposition der Lenksäule, d.h. in einem manuellen Fahrmodus des Kraftfahrzeugs, sowie während der Verstellung der Lenksäule gegeben ist.
Aktuelle Lenksäulen besitzen aufgrund gesetzlicher Anforderungen ein Crashelement. Sehr häufig wird dabei ein sogenannter Crash-Strap eingesetzt. Bei diesem handelt es sich um einen Blechstreifen, welcher bei einem Aufprall des Pkw-Fahrers die kinetische Energie durch seine plastische Verformung absorbiert. Der Crashweg wird dabei durch einen Anschlag bei Erreichen des maximalen Verstellweg begrenzt.
Für derartige verstaubare Lenksäulen gibt es derzeit jedoch kein Crashelement, das den Crashweg abhängig von der aktuellen Lenksäulenposition begrenzen kann.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Lenksäulenanordnung für ein Kraftfahrzeug bereitzustellen, welche in der Lage ist, den Crashweg abhängig von der aktuellen Lenksäulenposition zu begrenzen.
Die Aufgabe wird mit einer Lenksäulenanordnung für ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
Offenbarung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung schafft eine Lenksäulenanordnung für ein Kraftfahrzeug, mit einer Lenksäule und einem Antrieb zum axialen Verstellen der Lenksäule, welcher eine mit der Lenksäule verbundene Zahnstange, eine an einer Lenksäulenhalterung angeordnete Antriebseinheit und ein mit einer Ausgangswelle der Antriebseinheit verbundenes Ritzel aufweist, das mit der Zahnstange im Eingriff ist, einem Energieabsorptionselement zum Absorbieren einer auf die Lenksäule wirkenden, axialen Aufprallenergie, und einer Crash-Hub-Begrenzungseinrichtung, welche dazu ausgebildet ist, einen Crash-Hub der Lenksäule in Abhängigkeit einer Lenksäulenposition zu begrenzen.
Eine Idee der vorliegenden Erfindung ist es, durch Vorsehen der Crash-Hub-Begrenzungseinrichtung den Crash-Hub derart zu begrenzen, dass in einer Nominalposition der Lenksäule ein voller Crash-Hub vorhanden ist, jedoch in Lenksäulenpositionen, welche näher an einer Verstauposition der Lenksäule liegen, einen geringeren Crash-Hub zu ermöglichen. Somit kann in vorteilhafter Weise sichergestellt werden, dass ein Crash-Hub an einer vorgegebenen Position innerhalb des Verstellbereich der Lenksäule begrenzbar ist.
Dies ist vor allem bei dir bei Steer-by-Wire-Lenksäulen von Vorteil, die aufgrund der hohen Verstellbarkeit einen definierten Crash-Hub erfordern.
Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Figuren.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Crash-Hub-Begrenzungseinrichtung ein Verriegelungselement, insbesondere einen Hebel, aufweist, wobei das Verriegelungselement in einer in der Lenksäule, insbesondere in einem Lenksäulenschlitten, ausgebildeten ersten Nut gelagert ist, wobei das Verriegelungselement durch ein Federelement, insbesondere eine Torsionsfeder, derart mit einer vorgegebenen Federkraft beaufschlagt ist, dass es aus der ersten Nut in Richtung der Lenksäulenhalterung hervorsteht.
Das hervorstehendende Verriegelungselement ermöglicht in vorteilhafter Weise eine effektive Begrenzung des Crash-Hubs während einem Crash des Kraftfah rzeugs.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass eine durch das Federelement, insbesondere die Torsionsfeder, bewirkte Winkelstellung des Verriegelungselements zur Lenksäule durch eine an einem Bodenabschnitt des Verriegelungselements ausgebildete Fase, welche bei einem vorgegebenen Anstellwinkel des Verriegelungselements zur Lenksäule am Boden der ersten Nut anliegt, begrenzt wird. Somit kann in vorteilhafter Weise ein Anstellwinkel des Verriegelungselements relativ zum Bodenabschnitt der ersten Nut erreicht werden. Ferner kann somit ferner vermieden werden, dass das Verriegelungselement, insbesondere der Hebel beim Verstellen der Lenkradposition nicht dauerhaft an der Lenksäulenhalterung streift. So soll Abrieb verhindert werden.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass in einer Fahrposition, bei einem Verstellen, einem Verstauen und/oder einem Entstauen der Lenksäule benachbart zu der in der Lenksäule ausgebildeten ersten Nut in der Zahnstange eine zweite Nut ausgebildet ist, wobei das Verriegelungselement derart geformt ist, dass ein erster Abschnitt des Verriegelungselements in der ersten Nut versenkbar und ein zweiter Abschnitt des Verriegelungselements in der zweiten Nut versenkbar ist. Dadurch kann das Verriegelungselement im Wesentlichen formschlüssig in der ersten Nut und der zweiten Nut versenkt werden.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass das Verriegelungselement in einer in der Lenksäulenhalterung in Längsrichtung ausgebildeten dritten Nut geführt ist, wobei das Verriegelungselement in einer ersten Fahrposition der Lenksäule, insbesondere einer vollständig ausgefahrenen Position der Lenksäule, an einem ersten längsaxialen Endabschnitt der dritten Nut angeordnet ist. Die dritte Nut ist somit geeignet, einen Verstellbereich der Lenksäule effektiv zu begrenzen.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass das Verriegelungselement in einer Crashposition der Lenksäule, insbesondere einer Mittenposition der Lenksäule zwischen einem Verstellbereich der Lenksäule für manuelles Fahren und einer vollständig verstauten Position der Lenksäule für automatisiertes Fahren, an einem zweiten längsaxialen Endabschnitt der dritten Nut angeordnet ist. Der zweite längsaxiale Endabschnitt der dritten Nut ist somit vorteilhafter Weise dazu ausgebildet, einen Crash-Hub der Lenksäule effektiv zu begrenzen.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die in der Lenksäulenhalterung in Längsrichtung ausgebildete dritte Nut am zweiten längsaxialen Endabschnitt in Längsrichtung eine Schräge aufweist, welche derart ausgebildet ist, dass eine Tiefe der dritten Nut zum Ende des zweiten längsaxialen Endabschnitts hin kontinuierlich abnimmt, wobei die Schräge der dritten Nut dazu ausgebildet ist, bei einem Verstauen der Lenksäule das Verriegelungselement bei Bewegen des Verriegelungselements relativ zur dritten Nut von einer aus der Lenksäule und der Zahnstange hervorstehenden Position in eine in der Lenksäule und der Zahnstange versenkten Position, insbesondere einer Verriegelungsposition, zu bewegen.
Das Vorsehen der Schräge am zweiten längsaxialen Endabschnitt der dritten Nut ermöglicht somit in vorteilhafter Weise bei einem Verstauen oder Entstauen der Lenksäule einen normalen Betrieb, bei welchem das Verriegelungselement zwar bewegt wird, jedoch keine Verriegelung der Lenksäule zur Zahnstange durchgeführt wird.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass in der Lenksäule, insbesondere in dem Lenksäulenschlitten, eine in Querrichtung der Lenksäule ausgebildete vierte Nut und in der Zahnstange eine, zu der vierten Nut in Querrichtung der Zahnstange benachbart angeordnete fünfte Nut ausgebildet ist, in welchen ein sich entlang der vierten Nut und der fünften Nut erstreckendes, die Lenksäule und die Zahnstange miteinander verbindendes Losbrechelement angeordnet ist, wobei das Losbrechelement an einem ersten längsaxialen Endabschnitt durch ein erstes Befestigungsmittel an der Lenksäule und an einem zweiten längsaxialen Endabschnitt durch ein zweites Befestigungsmittel an der Zahnstange befestigt ist.
Die Nuten in der Zahnstange und in dem Lenksäulenschlitten dienen dabei als Führungsschiene für die Relativbewegung beim Aufprall. Die Form der Nuten sichert hierbei die Zahnstange an dem Lenksäulenschlitten in alle Achsrichtungen ausgenommen der axialen Bewegungsrichtung. Diese wird durch das Losbrechelement gesichert.
Das Losbrechelement fixiert bei einem normalen Fahrbetrieb und/oder Verstellbetrieb der Lenksäule die Lenksäule an der Zahnstange. Erst bei Anwenden einer von dem Lenkrad im Falle eines Aufpralls auf die Lenksäule wirkenden Kraft, die groß genug ist, dass Losbrechelement abzuscheren ist eine Relativbewegung der Lenksäule zur Zahnstange möglich.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass das Losbrechelement an einem im Querschnitt längsaxialen Mittenabschnitt eine durch eine im Einbauzustand an einer Unterseite des Losbrechelements im Wesentlichen bogenförmige Aussparung ausgebildete Sollbruchstelle aufweist, wobei das Losbrechelement dazu ausgebildet ist, bei Anwenden einer bei einem Fahrzeugaufprall auf die Lenksäule wirkenden, einen vorgegebenen Schwellwert überschreitenden Axialkraft abgeschert zu werden.
Das Abscheren des Losbrechelements ermöglicht somit in vorteilhafter Weise eine Relativbewegung der Lenksäule zur Zahnstange und somit ein Abrollen des Energieabsorptionselements an einem definierten längsaxialen Endabschnitt der Lenksäule. Die bogenförmige Aussparung des Losbrechelements ermöglicht dabei die Relativbewegung zwischen Zahnstange und Lenksäule. Wäre das Losbrechelement nur ein Riegel ohne die Aussparung, würde die Geometrie nach dem Abscheren die Führungsschiene blockieren und somit die Relativbewegung und damit die Absorption der Crashenergie verhindern.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass der im Querschnitt längsaxiale Mittenabschnitt des Losbrechelements im Einbauzustand des Losbrechelements oberhalb einer Oberfläche der Lenksäule, insbesondere des Lenksäulenschlittens, und einer Oberfläche der Zahnstange ausgebildet ist, und wobei das Losbrechelement eine in Längsrichtung der Zahnstange, insbesondere beidseitig, ausgebildete, Aussparung aufweist.
Die Ausbildung der Sollbruchstelle des Losbrechelements oberhalb der Oberfläche der Zahnstange und der Lenksäule weist den Vorteil auf, dass im Falle des Abscherens des Losbrechelements kein Verkanten des Losbrechelements mit der Lenksäule und/oder der Zahnstange im Bereich der Führungsnuten bzw. der Führungsschiene möglich ist.
Die Führung der Zahnstange entlang des Lenksäulenschlitten muss dabei nicht zwingend über Nuten erfolgen, sondern kann auch anders umgesetzt werden. Anforderung ist lediglich eine axiale Verschiebbarkeit und die Sperrung aller anderen Bewegungsrichtungen durch die Führungsschiene.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass das Energieabsorptionselement bandförmig ausgebildet ist, welches an einem ersten längsaxialen Endabschnitt an der Lenksäule, insbesondere dem Lenksäulenschlitten, angeordnet ist, und an einem zweiten längsaxialen Endabschnitt an auf einer Oberseite der Zahnstange aufliegt, wobei das bandförmige Energieabsorptionselement dazu ausgebildet ist, zum Absorbieren einer axialen Aufprallenergie bei einer durch einen Aufprall bewirkten Bewegung der Lenksäule relativ zur Zahnstange abrollbar ist.
Das Energieabsorptionselement kann somit in vorteilhafter Weise eine definierte Aufprallenergie bei einem Abrollen um den Endabschnitt der Lenksäule herum absorbieren.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass an einem längsaxialen Endabschnitt der Lenksäule ein, insbesondere plattenförmiger, Endanschlag angeordnet ist, welcher dazu ausgebildet ist, eine Relativbewegung der Lenksäule, insbesondere des Lenksäulenschlittens, zur Zahnstange in Richtung eines Fahrgastraums des Kraftfahrzeugs, insbesondere durch Anliegen des plattenförmigen Endanschlags an einer Stirnseite der Lenksäule und an einer Stirnseite der Zahnstange, zu blockieren.
Der plattenförmiger Endanschlag bewirkt damit in vorteilhafter Weise, dass ein ungewolltes Abscheren des Losbrechelements durch beispielsweise Herausziehen des Lenkrads verhindert wird.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass das Verriegelungselement bei einer durch einen Aufprall bewirkten Relativbewegung der Lenksäule, insbesondere des Lenksäulenschlittens, zur Zahnstange in einer zum Fahrgastraum des Kraftfahrzeugs entgegengesetzten Richtung dazu ausgebildet ist, bei Erreichen des zweiten längsaxialen Endabschnitts der dritten Nut eine weitere Relativbewegung der Lenksäule zur Zahnstange, insbesondere einen Crash-Hub der Zahnstange, zu begrenzen. Somit kann in forderte Weise der Crash-Hub der Lenksäule an einer definierten bzw. vorgegebenen Position der Lenksäule begrenzt werden.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass das Verriegelungselement dazu ausgebildet ist, die weitere Relativbewegung der Lenksäule zur Zahnstange bei Erreichen des zweiten längsaxialen Endabschnitts der dritten Nut durch Anpressen des zweiten Abschnitts des Verriegelungselements an der Oberfläche der Zahnstange zu begrenzen, wobei eine durch das Verriegelungselement bewirkte Anpresskraft durch Anwenden einer aufgrund der Relativbewegung der Lenksäule zur Lenksäulenhalterung von der am zweiten längsaxialen Endabschnitt der dritten Nut ausgebildeten Schräge auf das Verriegelungselement übertragenen Kraft erzeugt wird. Das Anpressen des zweiten Abschnitts des Verriegelungselements an die Oberfläche der Zahnstange verhindert somit in vorteilhafter Weise eine weitere Relativbewegung der Lenksäule zur Zahnstange zur Lenksäulenhalterung.
Die beschriebenen Ausgestaltungen und Weiterbildungen lassen sich beliebig miteinander kombinieren.
Weitere mögliche Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmale der Erfindung.
Figurenliste
Die beiliegenden Zeichnungen sollen ein weiteres Verständnis der Ausführungsformen der Erfindung vermitteln. Sie veranschaulichen Ausführungsformen und dienen im Zusammenhang mit der Beschreibung der Erklärung von Prinzipien und Konzepten der Erfindung.
Andere Ausführungsformen und viele der genannten Vorteile ergeben sich im Hinblick auf die Zeichnungen. Die dargestellten Elemente der Zeichnungen sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu zueinander gezeigt.
Es zeigen:

1 eine schematische Darstellung einer Lenksäulenanordnung für ein Kraftfahrzeug in einer ersten Fahrposition der Lenksäule gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;
2 eine Längsschnittansicht eines Energieabsorptionselements der Lenksäulenanordnung das Kraftfahrzeug gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;
3 eine Darstellung verschiedener Lenksäulenpositionen in Bezug auf einen verfügbaren Crash-Hub der Lenksäule gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;
4 eine vergrößerte Detailansicht einer Crash-Hub-Begrenzungseinrichtung der Lenksäulenanordnung für das Kraftfahrzeug gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;
5 eine Querschnittsansicht eines Losbrechelements der Lenksäulenanordnung für das Kraftfahrzeug gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;
6 eine schematische Darstellung einer Lenksäulenanordnung für das Kraftfahrzeug in einer Crashposition der Lenksäule gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung; und
7 eine Längsschnittansicht unterschiedlicher Positionen der Lenksäule relativ zur Lenksäulenhalterung sowie damit verbundenen Positionen des Verriegelungselements gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.

In den Figuren der Zeichnungen bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder funktionsgleiche Elemente, Bauteile oder Komponenten, soweit nichts Gegenteiliges angegeben ist.
Die in 1 gezeigte Lenksäulenanordnung 1 für ein Kraftfahrzeug umfasst eine Lenksäule 10 und einen Antrieb 12 zum axialen Verstellen der Lenksäule 10, welcher eine mit der Lenksäule 10 verbundene Zahnstange 14, eine an einer Lenksäulenhalterung 16 angeordnete Antriebseinheit 18 und ein mit einer Ausgangswelle 18a der Antriebseinheit 18 verbundenes Ritzel 18b aufweist, das mit der Zahnstange 14 im Eingriff ist. Die Antriebseinheit 18 weist ferner eine elektrische Maschine 18c und ein mit der elektrischen Maschine 18c verbundenes Getriebe 18d auf.
Darüber hinaus weist die Lenksäulenanordnung 1 ein Energieabsorptionselement 20 zum Absorbieren einer auf die Lenksäule 10 wirkenden, axialen Aufprallenergie auf. Ferner weist die Lenksäulenanordnung 1 eine Crash-Hub-Begrenzungseinrichtung 22 auf, welche dazu ausgebildet ist, einen Crash-Hub der Lenksäule 10 in Abhängigkeit einer Lenksäulenposition zu begrenzen.
Die Crash-Hub-Begrenzungseinrichtung 22 weist ein Verriegelungselement 24, insbesondere einen Hebel, auf, wobei das Verriegelungselement 24 in einer in der Lenksäule 10, insbesondere in einem Lenksäulenschlitten, ausgebildeten ersten Nut 26 gelagert ist. Das Verriegelungselement 24 ist durch ein Federelement 29, insbesondere eine Torsionsfeder, derart mit einer vorgegebenen Federkraft F beaufschlagt, dass es aus der ersten Nut 26 in Richtung der Lenksäulenhalterung 16 hervorsteht.
Das Verriegelungselement 24 ist in einer in der Lenksäulenhalterung 16 in Längsrichtung L ausgebildeten dritten Nut 30 geführt, wobei das Verriegelungselement 24 in einer ersten Fahrposition P1 der Lenksäule 10, insbesondere einer vollständig ausgefahrenen Position der Lenksäule 10, an einem ersten längsaxialen Endabschnitt 30a der dritten Nut 30 angeordnet ist.
In einem längsaxialen Endabschnitt 10a der Lenksäule 10 ist ein, insbesondere plattenförmiger, Endanschlag 44 angeordnet, welcher dazu ausgebildet ist, eine Relativbewegung der Lenksäule 10, insbesondere des Lenksäulenschlittens, zur Zahnstange 14 in Richtung eines Fahrgastraums des Kraftfahrzeugs, insbesondere durch Anliegen des plattenförmigen Endanschlags 44 an einer Stirnseite der Lenksäule 10 und an einer Stirnseite der Zahnstange 14, zu blockieren.
2 zeigt eine Längsschnittansicht eines Energieabsorptionselements der Lenksäulenanordnung das Kraftfahrzeug gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
Das Energieabsorptionselement 20 ist bandförmig ausgebildet ist. Das Energieabsorptionselement 20 ist an einem ersten längsaxialen Endabschnitt an der Lenksäule 10, insbesondere dem Lenksäulenschlitten, angeordnet.
Ferner liegt das Energieabsorptionselement 20 an einem zweiten längsaxialen Endabschnitt an auf einer Oberseite der Zahnstange 14 auf. Das bandförmige Energieabsorptionselement 20 ist des Weiteren dazu ausgebildet, zum Absorbieren einer axialen Aufprallenergie bei einer durch einen Aufprall bewirkten Bewegung der Lenksäule 10 relativ zur Zahnstange 14 abgerollt zu werden.
3 zeigt eine Darstellung verschiedener Lenksäulenpositionen in Bezug auf einen verfügbaren Crash Hub der Lenksäule gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
Der Crash-Hub CH der Lenksäule 10 ist wie dargestellt von einer aktuellen Lenksäulenposition LSP abhängig. Eine erste Lenksäulenposition LSP1 stellt dabei eine Verstauposition der Lenksäule dar, d.h. eine Position für einen automatisierten Fahrbetrieb des Kraftfahrzeugs. Die Lenksäule 10 ist in der ersten Lenksäulenposition LSP um -200 mm von einer Nominalposition verstellt. Ein verfügbarer Crash-Hub beträgt an dieser Position 0 mm.
Eine zweite Lenksäulenposition LSP2 stellt einen Punkt dar, an welchem die Lenksäule 10 um -100 mm von einer Nominalposition verstellt ist. Ein verfügbarer Crash-Hub beträgt an dieser Position 0 mm.
Eine dritte Lenksäulenposition LSP3 bezeichnet eine im Rahmen eines Verstellbereichs der Lenksäule maximal eingefahrene Position dar, an welcher die Lenksäule 10 um -25 mm von einer Nominalposition verstellt ist. Ein verfügbarer Crash-Hub beträgt an dieser Position 75 mm.
Eine vierte Lenksäulenposition LSP4 bezeichnet eine Nominalposition der Lenksäule 10, an welcher die Lenksäule 10 nicht verstellt ist. Ein verfügbarer Crash-Hub beträgt an dieser Position 100 mm.
Eine fünfte Lenksäulenposition LSP5 bezeichnet eine im Rahmen des Verstellbereichs der Lenksäule maximal ausgefahrene Position dar, an welcher die Lenksäule 10 um +25 mm von einer Nominalposition verstellt ist. Ein verfügbarer Crash-Hub beträgt an dieser Position 125 mm. Ein verfügbarer Crash-Hub ist somit von einer aktuellen Lenksäulenposition abhängig.
4 zeigt eine vergrößerte Detailansicht einer Crash-Hub-Begrenzungseinrichtung der Lenksäulenanordnung für das Kraftfahrzeug gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
In einer Fahrposition P1, bei einem Verstellen, einem Verstauen und/oder einem Entstauen der Lenksäule 10 ist benachbart zu der in der Lenksäule 10 ausgebildeten ersten Nut 26 in der Zahnstange 14 eine zweite Nut 28 ausgebildet.
Das Verriegelungselement 24 ist dabei derart geformt, dass ein erster Abschnitt 24b des Verriegelungselements 24 in der ersten Nut 26 versenkbar und ein zweiter Abschnitt 24c des Verriegelungselements 24 in der zweiten Nut 28 versenkbar ist.
In der Lenksäule 10, insbesondere in dem Lenksäulenschlitten, sind eine in Querrichtung Q der Lenksäule 10 ausgebildete vierte Nut 34 und in der Zahnstange 14 eine, zu der vierten Nut 34 in Querrichtung Q der Zahnstange 14 benachbart angeordnete fünfte Nut 36 ausgebildet.
In der vierten Nut 34 und in der fünften Nut 36 sind ein sich entlang der vierten Nut 34 und der fünften Nut 36 erstreckendes, die Lenksäule 10 und die Zahnstange 14 miteinander verbindendes Losbrechelement 38 angeordnet.
Das Losbrechelement 38 ist dabei an einem ersten längsaxialen Endabschnitt 38a durch ein erstes Befestigungsmittel 40 an der Lenksäule 10 und an einem zweiten längsaxialen Endabschnitt 38b durch ein zweites Befestigungsmittel 42 an der Zahnstange 14 befestigt.
5 zeigt eine Querschnittsansicht eines Losbrechelements der Lenksäulenanordnung für das Kraftfahrzeug gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
Das Losbrechelement 38 weist an einem im Querschnitt längsaxialen Mittenabschnitt 38c eine durch eine im Einbauzustand an einer Unterseite des Losbrechelements 38 im Wesentlichen bogenförmige Aussparung 38d ausgebildete Sollbruchstelle 38e auf. Das Losbrechelement 38 ist ferner dazu ausgebildet, bei Anwenden einer bei einem Fahrzeugaufprall auf die Lenksäule 10 wirkenden, einen vorgegebenen Schwellwert überschreitenden Axialkraft abgeschert zu werden.
Der im Querschnitt längsaxiale Mittenabschnitt 38c des Losbrechelements 38 ist im Einbauzustand des Losbrechelements 38 oberhalb einer Oberfläche der Lenksäule 10, insbesondere des Lenksäulenschlittens, und einer Oberfläche der Zahnstange 14 ausgebildet. Das Losbrechelement 38 weist des Weiteren eine in Längsrichtung L der Zahnstange 14, insbesondere beidseitig, ausgebildete, Aussparung auf.
Eine Breite der beidseitigen Aussparungen (von der Draufsicht auf das Losbrechelement) bestimmt die Fläche des abzuscherenden Querschnitts. Das Losbrechelement soll genau in der Mitte abscheren, weshalb dort die Stelle geringsten Querschnitts ausgebildet ist und die Aussparungen derart platziert sind. Durch die Geometrie lässt sich die Abscherkraft bestimmen. Je größer die beidseitigen Aussparungen desto kleiner die notwendige Kraft zum Abscheren des Bauteils und umgekehrt.
6 zeigt eine schematische Darstellung einer Lenksäulenanordnung für das Kraftfahrzeug in einer Crashposition der Lenksäule gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
Das Verriegelungselement 24 ist in einer Crashposition P2 der Lenksäule 10, insbesondere einer Mittenposition der Lenksäule 10 zwischen einem Verstellbereich der Lenksäule 10 für manuelles Fahren und einer vollständig verstauten Position der Lenksäule 10 für automatisiertes Fahren, an einem zweiten längsaxialen Endabschnitt 30b der dritten Nut 30 angeordnet.
Das Verriegelungselement 24 ist bei einer durch einen Aufprall bewirkten Relativbewegung der Lenksäule 10, insbesondere des Lenksäulenschlittens, zur Zahnstange 14 in einer zum Fahrgastraum des Kraftfahrzeugs entgegengesetzten Richtung dazu ausgebildet, bei Erreichen des zweiten längsaxialen Endabschnitts 30b der dritten Nut 30 eine weitere Relativbewegung der Lenksäule 10 zur Zahnstange 14, insbesondere einen Crash-Hub der Zahnstange 14, zu begrenzen.
Mit anderen Worten wird bei Erreichen des Endes der Nut 30 durch weiteres Zurückfahren der Lenksäule der Hebel durch die Schräge 32 an der Nut 30 in die Nut 28 der Zahnstange gedrückt, wodurch das Crash-System verriegelt ist. Würde in diesem Zustand ein Aufprall stattfinden, so würde der Riegel die Axialbewegung zwischen Zahnstange und Lenksäule verhindern.
Ferner ist das Verriegelungselement 24 dazu ausgebildet, die weitere Relativbewegung der Lenksäule 10 zur Zahnstange 14 bei Erreichen des zweiten längsaxialen Endabschnitts 30b der dritten Nut 30 durch Anpressen des zweiten Abschnitts des Verriegelungselements 24 an die Oberfläche der Zahnstange 14 zu begrenzen, wobei eine durch das Verriegelungselement 24 bewirkte Anpresskraft durch Anwenden einer aufgrund der Relativbewegung der Lenksäule 10 zur Lenksäulenhalterung 16 von der am zweiten längsaxialen Endabschnitt 30b der dritten Nut 30 ausgebildeten Schräge 32 auf das Verriegelungselement 24 übertragenen Kraft erzeugt wird.
Mit anderen Worten wenn die Lenksäule nicht verstaut ist und ein Aufprall auftritt kann eine axiale Relativbewegung zwischen Lenksäule und Zahnstange erfolgen.
Dadurch befindet sich die Nut 28 der Zahnstange nichtmehr direkt unter dem Riegel des Verriegelungselements 24. Bei Erreichen von des zweiten längsaxialen Endabschnitts 30b stößt das Verriegelungselement 24 an die Schräge 32 der Lenksäulenhalterung und blockiert damit jeglichen weiteren Crash-Hub.
7 zeigt eine Längsschnittansicht unterschiedlicher Positionen der Lenksäule relativ zur Lenksäulenhalterung sowie damit verbundenen Positionen des Verriegelungselements gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
Die in der Lenksäulenhalterung 16 in Längsrichtung L ausgebildete dritte Nut 30 weist am zweiten längsaxialen Endabschnitt 30b in Längsrichtung L die Schräge 32 auf. Diese ist derart ausgebildet, dass eine Tiefe der dritten Nut 30 zum Ende des zweiten längsaxialen Endabschnitts 30b hin kontinuierlich abnimmt.
Die Schräge 32 der dritten Nut 30 ist ferner dazu ausgebildet, bei einem Verstauen der Lenksäule 10 das Verriegelungselement 24 bei Bewegen des Verriegelungselements 24 relativ zur dritten Nut 30 von einer aus der Lenksäule 10 und der Zahnstange 14 hervorstehenden Position P3 in eine in der Lenksäule 10 und der Zahnstange 14 versenkten Position P4, insbesondere eine Verriegelungsposition, zu bewegen.
Eine durch das Federelement 29, insbesondere die Torsionsfeder, bewirkte Winkelstellung des Verriegelungselements 24 zur Lenksäule 10 wird durch eine an einem Bodenabschnitt 24a des Verriegelungselements 24 ausgebildete Fase 25, welche bei einem vorgegebenen Anstellwinkel des Verriegelungselements 24 zur Lenksäule 10 am Boden der ersten Nut 26 anliegt, begrenzt.
Der Anstellwinkel wird begrenzt, sodass das Verriegelungselement 24 nicht an der darüber liegenden Lenksäulenhalterung 16 streift, d.h. keine Reibung auftritt und damit kein mechanischer Abrieb im normalen Verstellbereich. Ein Kontakt entsteht erst beim Verstauen der Lenksäule, wenn das Verriegelungselement 24 durch die Schräge 32 nach unten gedrückt wird.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102008060225 B4 [0004]

Claims

Lenksäulenanordnung (1) für ein Kraftfahrzeug, mit einer Lenksäule (10) und einem Antrieb (12) zum axialen Verstellen der Lenksäule (10), welcher eine mit der Lenksäule (10) verbundene Zahnstange (14), eine an einer Lenksäulenhalterung (16) angeordnete Antriebseinheit (18) und ein mit einer Ausgangswelle (18a) der Antriebseinheit (18) verbundenes Ritzel (18b) aufweist, das mit der Zahnstange (14) im Eingriff ist; einem Energieabsorptionselement (20) zum Absorbieren einer auf die Lenksäule (10) wirkenden, axialen Aufprallenergie; und einer Crash-Hub-Begrenzungseinrichtung (22), welche dazu ausgebildet ist, einen Crash-Hub der Lenksäule (10) in Abhängigkeit einer Lenksäulenposition zu begrenzen.
Lenksäulenanordnung nach Anspruch 1, wobei die Crash-Hub-Begrenzungseinrichtung (22) ein Verriegelungselement (24), insbesondere einen Hebel, aufweist, wobei das Verriegelungselement (24) in einer in der Lenksäule (10), insbesondere in einem Lenksäulenschlitten, ausgebildeten ersten Nut (26) gelagert ist, wobei das Verriegelungselement (24) durch ein Federelement (29), insbesondere eine Torsionsfeder, derart mit einer vorgegebenen Federkraft (F) beaufschlagt ist, dass es aus der ersten Nut (26) in Richtung der Lenksäulenhalterung (16) hervorsteht.
Lenksäulenanordnung nach Anspruch 2, wobei eine durch das Federelement (29), insbesondere die Torsionsfeder, bewirkte Winkelstellung des Verriegelungselements (24) zur Lenksäule (10) durch eine an einem Bodenabschnitt (24a) des Verriegelungselements (24) ausgebildeten Fase (25), welche bei einem vorgegebenen Anstellwinkel des Verriegelungselements (24) zur Lenksäule (10) am Boden der ersten Nut (26) anliegt, begrenzt wird.
Lenksäulenanordnung nach Anspruch 2 oder 3, wobei in einer Fahrposition (P1), bei einem Verstellen, einem Verstauen und/oder einem Entstauen der Lenksäule (10) benachbart zu der in der Lenksäule (10) ausgebildeten ersten Nut (26) in der Zahnstange (14) eine zweite Nut (28) ausgebildet ist, wobei das Verriegelungselement (24) derart geformt ist, dass ein erster Abschnitt (24b) des Verriegelungselements (24) in der ersten Nut (26) versenkbar und ein zweiter Abschnitt (24c) des Verriegelungselements (24) in der zweiten Nut (28) versenkbar ist.
Lenksäulenanordnung nach Anspruch 4, wobei das Verriegelungselement (24) in einer in der Lenksäulenhalterung (16) in Längsrichtung (L) ausgebildeten dritten Nut (30) geführt ist, wobei das Verriegelungselement (24) in einer ersten Fahrposition (P1) der Lenksäule (10), insbesondere einer vollständig ausgefahrenen Position der Lenksäule (10), an einem ersten längsaxialen Endabschnitt (30a) der dritten Nut (30) angeordnet ist.
Lenksäulenanordnung nach Anspruch 5, wobei das Verriegelungselement (24) in einer Crashposition (P2) der Lenksäule (10), insbesondere einer Mittenposition der Lenksäule (10) zwischen einem Verstellbereich der Lenksäule (10) für manuelles Fahren und einer vollständig verstauten Position der Lenksäule (10) für automatisiertes Fahren, an einem zweiten längsaxialen Endabschnitt (30b) der dritten Nut (30) angeordnet ist.
Lenksäulenanordnung nach Anspruch 5 oder 6, wobei die in der Lenksäulenhalterung (16) in Längsrichtung (L) ausgebildete dritte Nut (30) am zweiten längsaxialen Endabschnitt (30b) in Längsrichtung (L) eine Schräge (32) aufweist, welche derart ausgebildet ist, dass eine Tiefe der dritten Nut (30) zum Ende des zweiten längsaxialen Endabschnitts (30b) hin kontinuierlich abnimmt, wobei die Schräge (32) der dritten Nut (30) dazu ausgebildet ist, bei einem Verstauen der Lenksäule (10) das Verriegelungselement (24) bei Bewegen des Verriegelungselements (24) relativ zur dritten Nut (30) von einer aus der Lenksäule (10) und der Zahnstange (14) hervorstehenden Position (P3) in eine in der Lenksäule (10) und der Zahnstange (14) versenkten Position (P4), insbesondere eine Verriegelungsposition, zu bewegen.
Lenksäulenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in der Lenksäule (10), insbesondere in dem Lenksäulenschlitten, eine in Querrichtung (Q) der Lenksäule (10) ausgebildete vierte Nut (34) und in der Zahnstange (14) eine, zu der vierten Nut (34) in Querrichtung (Q) der Zahnstange (14) benachbart angeordnete fünfte Nut (36) ausgebildet ist, in welchen ein sich entlang der vierten Nut (34) und der fünften Nut (36) erstreckendes, die Lenksäule (10) und die Zahnstange (14) miteinander verbindendes Losbrechelement (38) angeordnet ist, wobei das Losbrechelement (38) an einem ersten längsaxialen Endabschnitt (38a) durch ein erstes Befestigungsmittel (40) an der Lenksäule (10) und an einem zweiten längsaxialen Endabschnitt (38b) durch ein zweites Befestigungsmittel (42) an der Zahnstange (14) befestigt ist.
Lenksäulenanordnung nach Anspruch 8, wobei das Losbrechelement (38) an einem im Querschnitt längsaxialen Mittenabschnitt (38c) eine durch eine im Einbauzustand an einer Unterseite des Losbrechelements (38) im Wesentlichen bogenförmige Aussparung (38d) ausgebildete Sollbruchstelle (38e) aufweist, wobei das Losbrechelement (38) dazu ausgebildet ist, bei Anwenden einer bei einem Fahrzeugaufprall auf die Lenksäule (10) wirkenden, einen vorgegebenen Schwellwert überschreitenden Axialkraft abgeschert zu werden.
Lenksäulenanordnung nach Anspruch 9, wobei der im Querschnitt längsaxiale Mittenabschnitt (38c) des Losbrechelements (38) im Einbauzustand des Losbrechelements (38) oberhalb einer Oberfläche der Lenksäule (10), insbesondere des Lenksäulenschlittens, und einer Oberfläche der Zahnstange (14) ausgebildet ist, und wobei das Losbrechelement (38) eine in Längsrichtung (L) der Zahnstange (14), insbesondere beidseitig, ausgebildete, Aussparung aufweist.
Lenksäulenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Energieabsorptionselement (20) bandförmig ausgebildet ist, welches an einem ersten längsaxialen Endabschnitt an der Lenksäule (10), insbesondere dem Lenksäulenschlitten, angeordnet ist, und an einem zweiten längsaxialen Endabschnitt an auf einer Oberseite der Zahnstange (14) aufliegt, wobei das bandförmige Energieabsorptionselement (20) dazu ausgebildet ist, zum Absorbieren einer axialen Aufprallenergie bei einer durch einen Aufprall bewirkten Bewegung der Lenksäule (10) relativ zur Zahnstange (14) abrollbar ist.
Lenksäulenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei an einem längsaxialen Endabschnitt (10a) der Lenksäule (10) ein, insbesondere plattenförmiger, Endanschlag (44) angeordnet ist, welcher dazu ausgebildet ist, eine Relativbewegung der Lenksäule (10), insbesondere des Lenksäulenschlittens, zur Zahnstange (14) in Richtung eines Fahrgastraums des Kraftfahrzeugs, insbesondere durch Anliegen des plattenförmigen Endanschlags (44) an einer Stirnseite der Lenksäule (10) und an einer Stirnseite der Zahnstange (14), zu blockieren.
Lenksäulenanordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 10, wobei das Verriegelungselement (24) bei einer durch einen Aufprall bewirkten Relativbewegung der Lenksäule (10), insbesondere des Lenksäulenschlittens, zur Zahnstange (14) in einer zum Fahrgastraum des Kraftfahrzeugs entgegengesetzten Richtung dazu ausgebildet ist, bei Erreichen des zweiten längsaxialen Endabschnitts (30b) der dritten Nut (30) eine weitere Relativbewegung der Lenksäule (10) zur Zahnstange (14), insbesondere einen Crash-Hub der Zahnstange (14), zu begrenzen.
Lenksäulenanordnung nach Anspruch 13, wobei das Verriegelungselement (24) dazu ausgebildet ist, die weitere Relativbewegung der Lenksäule (10) zur Zahnstange (14) bei Erreichen des zweiten längsaxialen Endabschnitts (30b) der dritten Nut (30) durch Anpressen des zweiten Abschnitts des Verriegelungselements (24) an die Oberfläche der Zahnstange (14) zu begrenzen, wobei eine durch das Verriegelungselement (24) bewirkte Anpresskraft durch Anwenden einer aufgrund der Relativbewegung der Lenksäule (10) zur Lenksäulenhalterung (16) von der am zweiten längsaxialen Endabschnitt (30b) der dritten Nut (30) ausgebildeten Schräge (32) auf das Verriegelungselement (24) übertragenen Kraft erzeugt wird.