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Die Erfindung betrifft eine Lenksäulenbaugruppe für ein Kraftfahrzeug, mit einer elektronischen Steuereinheit, einem Lagergehäuse, einer Lenkwelle, die in dem Lagergehäuse drehbar gelagert ist, und einer Verstellvorrichtung, mittels der die Lenkwelle relativ zu einer Karosserie des Kraftfahrzeugs verstellbar ist und die einen Antrieb und ein Getriebe hat, das ein Antriebselement des Antriebs mit einem Abtriebselement der Verstellvorrichtung koppelt. Die Erfindung betrifft ferner ein Kraftfahrzeug mit einer Karosserie und einer derartigen Lenksäulenbaugruppe sowie ein Verfahren zur Steuerung einer derartigen Lenksäulenbaugruppe.
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Lenksäulenbaugruppen für Kraftfahrzeuge sowie Kraftfahrzeuge mit einer Lenksäulenbaugruppe sind bekannt.
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Eine Lenksäulenbaugruppe hat üblicherweise ein Lagergehäuse, in dem die Lenkwelle mit dem Lenkrad drehbar gelagert ist, sowie eine Verstellvorrichtung, mittels der die Lenkwelle relativ zur Karosserie des Kraftfahrzeugs verstellbar ist, um die Position bzw. Ausrichtung des Lenkrads in Bezug auf Abstand und Neigung individuell an den Fahrer anzupassen.
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Um den Komfort zu erhöhen, weisen moderne Lenksäulenbaugruppen einen Antrieb auf, der die Verstellvorrichtung über ein Getriebe antreibt und somit verstellt. Hierbei werden beispielsweise Gewindespindeln eingesetzt, um das Drehmoment des Motors in eine entsprechende Verstellbewegung der Lenkwelle bzw. des Lenkrads zu überführen.
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Die dabei zum Einsatz kommenden Getriebe weisen üblicherweise einen komplexen Aufbau auf, um entsprechende Getriebefunktionen bereitzustellen.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Lenksäulenbaugruppe für ein Kraftfahrzeug bereitzustellen, die ein besonders effizient gestaltetes Getriebe aufweist. Aufgabe der Erfindung ist es ferner, ein Kraftfahrzeug mit einer derartigen Lenksäulenbaugruppe sowie eine Verfahren zur Steuerung einer derartigen Lenksäulenbaugruppe bereitzustellen.
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Die Aufgabe wird gelöst durch eine Lenksäulenbaugruppe für ein Kraftfahrzeug, mit einer elektronischen Steuereinheit, einem Lagergehäuse, einer Lenkwelle, die in dem Lagergehäuse drehbar gelagert ist, und einer Verstellvorrichtung, mittels der die Lenkwelle relativ zu einer Karosserie des Kraftfahrzeugs verstellbar ist. Die Verstellvorrichtung hat einen Antrieb und ein Getriebe, das ein Antriebselement des Antriebs mit einem Abtriebselement der Verstellvorrichtung koppelt. Ferner weist das Getriebe einen Kupplungskanal mit einer magnetorheologischen Flüssigkeit sowie einen dem Kupplungskanal zugeordneten Elektromagnet auf, der dazu eingerichtet ist, im Kupplungskanal ein Magnetfeld zu erzeugen, das die Viskosität der magnetorheologischen Flüssigkeit im Kupplungskanal ändert. Hierbei grenzen das Antriebselement und das Abtriebselement an die magnetorheologische Flüssigkeit im Kupplungskanal an und das Getriebe hat einen ersten Kupplungsmodus, in dem das Antriebselement mit dem Abtriebselement über die magnetorheologische Flüssigkeit drehmomentübertragend gekoppelt ist, und einen zweiten Kupplungsmodus, in dem das Abtriebselement vom Antriebselement drehmomentübertragend entkoppelt ist.
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Alternativ kann dem Kupplungskanal anstelle eines Elektromagneten ein Permanentmagnet zugeordnet sein. Zum Entkoppeln im zweiten Kopplungsmodus kann ein gegenpoliges Magnetfeld zur Neutralisierung des Permanentmagneten mittels einer Spule aufgebaut werden. Als Spule kann eine Spule des Elektromagneten zum Realisieren des ersten und/oder zweiten Bremsmodus dienen.
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Zusätzlich oder alternativ weist das Getriebe ein Getriebegehäuse, einen Bremskanal mit einer magnetorheologischen Flüssigkeit und einen dem Bremskanal zugeordneten Elektromagnet auf, der dazu eingerichtet ist, im Bremskanal ein Magnetfeld zu erzeugen, das die Viskosität der magnetorheologischen Flüssigkeit im Bremskanal ändert. Hierbei grenzen das Abtriebselement und das Getriebegehäuse an die magnetorheologische Flüssigkeit im Bremskanal an und das Getriebe hat einen ersten Bremsmodus, in dem das Abtriebselement mit dem Getriebegehäuse über die magnetorheologische Flüssigkeit drehmomentübertragend gekoppelt ist, und einen zweiten Bremsmodus, in dem das Abtriebselement vom Getriebegehäuse drehmomentübertragend entkoppelt ist.
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Im Sinne der Erfindung wird unter „drehmomentübertragend entkoppelt“ ein Wirkungsgrad kleiner als 10%, vorzugsweise kleiner als 1% verstanden, d.h. weniger als 10% bzw. weniger als 1 % des Drehmoments des Antriebselements wird auf das Abtriebselement übertragen.
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Es wurde erfindungsgemäß erkannt, dass ein derartiges Getriebe und somit die das Getriebe aufweisende Lenksäulenbaugruppe besonders einfach und kompakt gestaltet sein können. Hierbei bildet die magnetorheologische Flüssigkeit ein Kupplungselement, das je nach angelegter magnetischer Flussdichte das Antriebselement über den Kupplungskanal mit dem Abtriebselement bzw. das Abtriebselement über den Bremskanal mit dem Getriebegehäuse drehmomentübertragend koppelt. Auf diese Weise ist das Antriebselement im ersten Kupplungsmodus mit dem Abtriebselement drehmomentübertragend gekoppelt, insbesondere um die Verstellvorrichtung anzutreiben, und im zweiten Kupplungsmodus von diesem drehmomentübertragend entkoppelt. Zusätzlich oder alternativ ist das Abtriebselement im ersten Bremsmodus mit dem Getriebegehäuse drehmomentübertragend gekoppelt, beispielsweise um über die Verstellvorrichtung eine relative Änderung der Position oder Lage der Lenksäule zu dämpfen oder zu blockieren, und im zweiten Bremsmodus von diesem drehmomentübertragend entkoppelt, insbesondere um eine Verstellbewegung der Lenksäule zuzulassen bzw. nicht zu behindern. Indem für die Kupplung des Antriebselements mit dem Abtriebselement sowie für die Kupplung des Abtriebselements mit dem Getriebegehäuse separate Kanäle und Elektromagnete vorgesehen sind, können bei einer Ausführungform, in der das Getriebe sowohl einen Kupplungskanal und einen dem Kupplungskanal zugeordneten Elektromagnet als auch einen Bremskanal und einen dem Bremskanal zugeordneten Elektromagnet hat, die Kupplungsmodi unabhängig von den Bremsmodi eingestellt werden.
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Hierbei ist es von Vorteil, wenn der dem Kupplungskanal zugeordnete Elektromagnet dazu eingerichtet ist, ein Magnetfeld zu erzeugen, das die Viskosität der magnetorheologischen Flüssigkeit im Kupplungskanal, jedoch nicht die Viskosität der magnetorheologischen Flüssigkeit im Bremskanal ändert, und/oder der dem Bremskanal zugeordnete Elektromagnet dazu eingerichtet ist, ein Magnetfeld zu erzeugen, das die Viskosität der magnetorheologischen Flüssigkeit im Bremskanal, jedoch nicht die Viskosität der magnetorheologischen Flüssigkeit im Kupplungskanal ändert. Im Sinne der Erfindung ändert das Magnetfeld die Viskosität der magnetorheologischen Flüssigkeit insbesondere dann, wenn die Viskosität mit angelegtem Magnetfeld mindestens 150% der Viskosität ohne angelegtes Magnetfeld beträgt. Ferner ändert das Magnetfeld die Viskosität der magnetorheologischen Flüssigkeit insbesondere dann nicht, wenn die Viskosität mit angelegtem Magnetfeld maximal 110% der Viskosität ohne angelegtes Magnetfeld beträgt. Hierdurch wirken die Magnetfelder der Elektromagneten jeweils auf den dem entsprechenden Elektromagneten zugeordneten Kanal und nicht bzw. nur in einem geringen Maß auf den Kanal, der dem entsprechend anderen Elektromagneten zugeordnet ist. Somit kann die Viskosität der magnetorheologischen Flüssigkeit im Kupplungskanal und die Viskosität der magnetorheologischen Flüssigkeit im Bremskanal im Wesentlichen unabhängig voneinander über die zugeordneten Elektromagneten eingestellt werden.
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In einer Ausführungsform hat die Verstellvorrichtung ein zweites Getriebe, das ein zweites Antriebselement des Antriebs mit einem zweiten Abtriebselement der Verstellvorrichtung koppelt. Das zweite Getriebe weist dabei einen zweiten Kupplungskanal mit einer magnetorheologischen Flüssigkeit sowie einen dem zweiten Kupplungskanal zugeordneten Elektromagnet auf, der dazu eingerichtet ist, im zweiten Kupplungskanal ein Magnetfeld zu erzeugen, das die Viskosität der magnetorheologischen Flüssigkeit im zweiten Kupplungskanal ändert. Hierbei grenzen das zweite Antriebselement und das zweite Abtriebselement an die magnetorheologische Flüssigkeit im zweiten Kupplungskanal an und das zweite Getriebe hat einen ersten Kupplungsmodus, in dem das zweite Antriebselement mit dem zweiten Abtriebselement über die magnetorheologische Flüssigkeit drehmomentübertragend gekoppelt ist, und einen zweiten Kupplungsmodus, in dem das zweite Abtriebselement vom zweiten Antriebselement drehmomentübertragend entkoppelt ist. Zusätzlich oder alternativ weist das zweite Getriebe ein zweites Getriebegehäuse, einen zweiten Bremskanal mit einer magnetorheologischen Flüssigkeit und einen dem zweiten Bremskanal zugeordneten Elektromagnet auf, der dazu eingerichtet ist, im zweiten Bremskanal ein Magnetfeld zu erzeugen, das die Viskosität der magnetorheologischen Flüssigkeit im zweiten Bremskanal ändert. Hierbei grenzen das zweite Abtriebselement und das zweite Getriebegehäuse an die magnetorheologische Flüssigkeit im zweiten Bremskanal an und das zweite Getriebe hat einen ersten Bremsmodus, in dem das zweite Abtriebselement mit dem zweiten Getriebegehäuse über die magnetorheologische Flüssigkeit drehmomentübertragend gekoppelt ist, und einen zweiten Bremsmodus, in dem das zweite Abtriebselement vom zweiten Getriebegehäuse drehmomentübertragend entkoppelt ist. Auf diese Weise sind das erste und das zweite Abtriebselement der Verstellvorrichtung über das erste bzw. zweite Getriebe mit dem Antrieb parallel verschaltet. Somit können über den einen Antrieb die beiden Abtriebselemente getrennt voneinander oder gleichzeitig angetrieben werden, allerdings nur in derselben Antriebsrichtung. Hierdurch kann die Verstellvorrichtung so gestaltet sein, dass mit dem einen Antriebselement die Lenkwelle um die Schwenkachse gegenüber der Karosserie schwenkbar ist, während unabhängig davon, jedoch nicht gleichzeitig, mit dem anderen Antriebselement die Lenkwelle in Axialrichtung gegenüber der Karosserie verstellbar ist. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, dass die Verstellvorrichtung besonders kompakt und effizient gestaltet ist.
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In einer weiteren Ausführungsform hat die Verstellvorrichtung einen zweiten Antrieb und ein zweites Getriebe, das ein Antriebselement des zweiten Antriebs mit einem zweiten Abtriebselement der Verstellvorrichtung koppelt. Das zweite Getriebe weist dabei einen zweiten Kupplungskanal mit einer magnetorheologischen Flüssigkeit sowie einen dem zweiten Kupplungskanal zugeordneten Elektromagnet auf, der dazu eingerichtet ist, im zweiten Kupplungskanal ein Magnetfeld zu erzeugen, das die Viskosität der magnetorheologischen Flüssigkeit im zweiten Kupplungskanal ändert. Hierbei grenzen das Antriebselement des zweiten Antriebs und das zweite Abtriebselement an die magnetorheologische Flüssigkeit im zweiten Kupplungskanal an und das zweite Getriebe hat einen ersten Kupplungsmodus, in dem das Antriebselement des zweiten Antriebs mit dem zweiten Abtriebselement über die magnetorheologische Flüssigkeit drehmomentübertragend gekoppelt ist, und einen zweiten Kupplungsmodus, in dem das zweite Abtriebselement vom Antriebselement des zweiten Antriebs drehmomentübertragend entkoppelt ist. Zusätzlich oder alternativ weist das zweite Getriebe ein zweites Getriebegehäuse, einen zweiten Bremskanal mit einer magnetorheologischen Flüssigkeit und einen dem zweiten Bremskanal zugeordneten Elektromagnet auf, der dazu eingerichtet ist, im zweiten Bremskanal ein Magnetfeld zu erzeugen, das die Viskosität der magnetorheologischen Flüssigkeit im zweiten Bremskanal ändert. Hierbei grenzen das zweite Abtriebselement und das zweite Getriebegehäuse an die magnetorheologische Flüssigkeit im zweiten Bremskanal an und das zweite Getriebe hat einen ersten Bremsmodus, in dem das zweite Abtriebselement mit dem zweiten Getriebegehäuse über die magnetorheologische Flüssigkeit drehmomentübertragend gekoppelt ist, und einen zweiten Bremsmodus, in dem das zweite Abtriebselement vom zweiten Getriebegehäuse drehmomentübertragend entkoppelt ist. Diese Gestaltung hat den Vorteil, dass zwei separate Antriebe vorgesehen sind, die über das erste bzw. zweite Getriebe mit dem ersten bzw. zweiten Abtriebselement der Verstellvorrichtung koppelbar sind, um die Verstellvorrichtung zu verstellen. Hierdurch kann die Verstellvorrichtung so gestaltet sein, dass mit dem einen Antriebselement die Lenkwelle um die Schwenkachse gegenüber der Karosserie schwenkbar ist, während unabhängig davon mit dem anderen Antriebselement die Lenkwelle in Axialrichtung gegenüber der Karosserie verstellbar ist. Indem zwei separate Antriebe vorgesehen sind, kann auch die Antriebsrichtung für das erste und das zweite Abtriebselement zu jeder Zeit unabhängig voneinander, insbesondere mit voneinander unterschiedlichen Geschwindigkeiten, eingestellt werden.
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Bei Ausführungsformen mit einem, insbesondere einem einzigen, Abtriebselement kann vorgesehen sein, dass die Verstellvorrichtung derart ausgebildet ist, dass die Lenkwelle um eine Schwenkachse gegenüber der Karosserie schwenkt und/oder in Axialrichtung der Lenkwelle gegenüber der Karosserie verstellt wird, wenn das Abtriebselement rotiert. Auf diese Weise kann mit einem einzelnen Abtriebselement die Lenkwelle gleichzeitig um die Schwenkachse gegenüber der Karosserie geschwenkt und in Axialrichtung der Lenkwelle gegenüber der Karosserie verstellt werden.
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Ferner kann bei Ausführungsformen mit einem ersten und einem zweiten Abtriebselement vorgesehen sein, dass die Verstellvorrichtung derart ausgebildet ist, dass die Lenkwelle um eine Schwenkachse gegenüber der Karosserie schwenkt, wenn das erste Abtriebselement rotiert, und/oder dass die Lenkwelle in Axialrichtung der Lenkwelle gegenüber der Karosserie verstellt wird, wenn das zweite Abtriebselement rotiert. Hierdurch kann die Lenkwelle unabhängig voneinander um die Schwenkachse gegenüber der Karosserie geschwenkt und in Axialrichtung der Lenkwelle gegenüber der Karosserie verstellt werden.
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Erfindungsgemäß ist zur Lösung der oben genannten Aufgabe auch ein Kraftfahrzeug mit einer Karosserie und einer erfindungsgemäßen Lenksäulenbaugruppe mit den zuvor genannten Vorteilen vorgesehen.
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Ferner schafft die Erfindung ein Verfahren zur Steuerung einer erfindungsgemäßen Lenksäulenbaugruppe mit dem Schritt:
- Betreiben des Getriebes im ersten Bremsmodus, wenn ein Rückhaltefall von der Steuereinheit erfasst wird.
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Im Sinne der Erfindung ist ein Rückhaltefall ein Unfall bzw. Crash oder ein Fall, der dazu führt, dass Sicherheitseinrichtungen für die Fahrzeuginsassen wie Gurtstraffer oder Gassäcke ausgelöst werden.
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Indem das erste und/oder zweite Getriebe, je nach Ausführungsform, bei einem Rückhaltefall im ersten Bremsmodus betrieben wird, kann das entsprechende Getriebe eine Dämpfungsfunktion bereitstellen, so dass die Lenksäule mit einem bestimmten Widerstand verstellbar ist und damit als Dämpfer in das Sicherheitssystem des Kraftfahrzeugs integriert sein kann, um eine besonders hohe Schutzfunktion für Fahrzeuginsassen bereitzustellen.
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Ein weiteres erfindungsgemäßes Verfahren zur Steuerung einer erfindungsgemäßen Lenksäulenbaugruppe umfasst den Schritt:
- Betreiben des Getriebes im ersten Bremsmodus, wenn sich die Lenkwelle auf einem Verstellweg auf einen Endanschlag zubewegt und sich in einem Endabschnitt des Verstellwegs befindet, wobei der Endabschnitt an den Endanschlag angrenzt und weniger als 10% des gesamten Verstellwegs beträgt.
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Auf diese Weise kann eine Endanschlagdämpfung, d.h. eine Dämpfung der Verstellbewegung der Lenkwelle, bevor diese einen Endanschlag erreicht, bereitgestellt werden, um den Bedienkomfort zu erhöhen und/oder eine Akustik zu verbessern, insbesondere um die Entstehung störender Geräusche zu reduzieren oder zu vermeiden.
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Ein anderes erfindungsgemäßes Verfahren zur Steuerung einer erfindungsgemäßen Lenksäulenbaugruppe umfasst den Schritt:
- Betreiben des Getriebes im ersten Bremsmodus, so dass eine Änderung einer Position der Lenkwelle auf einem Verstellweg blockiert ist.
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Hierdurch kann die Lenkwelle bzw. eine räumliche Ausrichtung der Lenkwelle mittels des Getriebes in einer bestimmten Stellung auf dem Verstellweg fixiert werden, der dem Getriebe zugeordnet ist. Auf diese Weise können zusätzliche Einrichtungen zum Fixieren der Lenkwelle entfallen, wodurch die Lenksäulenbaugruppe besonders kompakt und effizient gestaltet sein kann.
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Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung sowie aus den beigefügten Zeichnungen. In diesen zeigen:
- - 1 in einer schematischen Darstellung ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Lenksäulenbaugruppe,
- - 2 in einer schematischen Darstellung einen Verstellweg der Lenksäulenbaugruppe aus 1,
- - 3 in einer schematischen Darstellung einen Antrieb sowie in einer halben axialen Schnittansicht ein erstes und ein zweites Getriebe der Lenksäulenbaugruppe aus 1 gemäß einer Ausführungsform,
- - 4 in einer halben axialen Schnittansicht das erste Getriebe aus 3, und
- - 5 in einer schematischen Darstellung einen ersten und einen zweiten Antrieb sowie je in einer halben axialen Schnittansicht ein erstes und ein zweites Getriebe der Lenksäulenbaugruppe aus 1 gemäß einer weiteren Ausführungsform.
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In 1 ist ein Kraftfahrzeug 10 mit einer Lenksäulenbaugruppe 20 gezeigt.
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Das Kraftfahrzeug 10 ist beispielsweise ein PKW, ein LKW oder ein Bus.
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Die Lenksäulenbaugruppe 20 ist an einer Karosserie 12 des Kraftfahrzeugs 10 angebracht und dazu eingerichtet, ein Lenkrad 14 gegenüber einem Fahrer 16 zu positionieren, der auf einem Fahrersitz 18 des Kraftfahrzeugs 10 sitzt.
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Hierzu hat die Lenksäulenbaugruppe 20 ein Lagergehäuse 22, eine Lenkwelle 24 und eine Verstellvorrichtung 26.
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Die Lenkwelle 24 ist um ihre Längsachse im Lagergehäuse 22 drehbar gelagert sowie drehmomentübertragend mit dem Lenkrad 14 gekoppelt.
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Auf diese Weise werden Steuereingaben, die vom Fahrer 16 über eine Rotation des Lenkrads 14 getätigt werden, auf die Lenkwelle 24 übertragen und können von dieser über eine Steuervorrichtung in eine entsprechende Lenkbewegung des Kraftfahrzeugs 10 übersetzt werden, beispielsweise mittels Steer-by-Wire.
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Das Lagergehäuse 22 ist teleskopartig gestaltet, beispielsweise mittels zwei Lagerabschnitten, die in Axialrichtung Ader Lenkwelle 24 zueinander verschiebbar gelagert und verstellbar sind.
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Hierdurch ist die Lenkwelle 24 und damit das Lenkrad 14 in Axialrichtung A auf den Fahrersitz 18 zu bzw. von diesem weg verstellbar, sodass der Abstand zum Fahrer 16 einstellbar ist.
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Ferner ist das Lagergehäuse 22 um die Schwenkachse S schwenkbar an der Karosserie 12 befestigt, beispielsweise mittels eines Lenksäulengelenks.
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Auf diese Weise ist die Lenkwelle 24 und damit das Lenkrad 14 in Umfangsrichtung U um die Schwenkachse S schwenkbar, wodurch die Ausrichtung bzw. die Neigung der Lenkwelle 24 gegenüber dem Fahrer 16 einstellbar ist.
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An dieser Stelle wird darauf hingewiesen, dass in den Figuren Richtungen mit einem Doppelpfeil gekennzeichnet sind, um darzustellen, dass eine Bewegung sowohl in als auch entgegen der entsprechenden Richtung möglich ist.
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In 2 ist schematisch der Verstellweg 28 dargestellt, auf dem die Lenkwelle 24 zwischen einem ersten Endanschlag 30 und einem zweiten Endanschlag 32 in Axialrichtung A verstellbar ist.
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Der Verstellweg 28 hat hierbei einen ersten Endabschnitt 34, der an den ersten Endanschlag 30 angrenzt, und einen zweiten Endabschnitt 36, der an den zweiten Endanschlag 32 angrenzt.
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Die Länge des ersten Endabschnitts 34 in Axialrichtung A und die Länge des zweiten Endabschnitts 36 in Axialrichtung A betragen dabei jeweils weniger als 10% der Länge des Verstellwegs 28 in Axialrichtung A.
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Der Verstellweg, auf dem die Lenkwelle 24 in Umfangsrichtung U um die Schwenkachse S verstellbar ist, kann analog zum Verstellweg 28 gestaltet sein, auf dem die Lenkwelle 24 in Axialrichtung A verstellbar ist.
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Grundsätzlich können die Verstellwege, auf denen die Lenkwelle 24 verstellbar ist, jeweils beliebig gestaltet sein.
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Um die Lenkwelle 24 zu verstellen, hat die Verstellvorrichtung 26 einen Antrieb 38 (siehe 3), ein erstes Getriebe 40 und ein zweites Getriebe 42 sowie ein erstes Abtriebselement 44 und ein zweites Abtriebselement 46.
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Der Antrieb 38 ist ein Elektromotor.
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In der vorliegenden Ausführungsform hat der Antrieb 38 eine Antriebswelle 48 mit einer Rotationsachse R1 sowie ein erstes Antriebselement 50 und ein zweites Antriebselement 52.
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Die Antriebswelle 48 ist hierbei parallel mit dem ersten Antriebselement 50 und dem zweiten Antriebselement 52 drehmomentübertragend gekoppelt.
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Ferner ist das erste Antriebselement 50 über das erste Getriebe 40 mit dem ersten Abtriebselement 44 drehmomentübertragend koppelbar, während das zweite Antriebselement 52 über das zweite Getriebe 42 mit dem zweiten Abtriebselement 46 drehmomentübertragend koppelbar ist, wie später erläutert wird.
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Das erste Abtriebselement 44 ist über einen ersten Abtriebsabschnitt 54 und das zweite Abtriebselement 46 ist über einen zweiten Abtriebsabschnitt 56 mit entsprechenden Verstellstrukturen bzw. Verstelleinrichtungen der Verstellvorrichtung 26 gekoppelt, die dazu eingerichtet sind, das Drehmoment der Abtriebselemente 44, 46 in eine entsprechende Verstellbewegung der Lenkwelle 24 in Umfangsrichtung U bzw. in Axialrichtung A umzusetzen.
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In diesem Zusammenhang ist die Verstellvorrichtung 26 so gestaltet, dass eine Rotation des ersten Abtriebselements 44 um die Rotationsachse R1 dazu führt, dass die Lenkwelle 24 in Umfangsrichtung U um die Schwenkachse S schwenkt, während eine Rotation des zweiten Abtriebselements 46 um die Rotationsachse R1 dazu führt, dass die Lenkwelle 24 in Axialrichtung A verstellt wird.
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In allen Ausführungsformen kann die Lenksäulenbaugruppe 20 ferner weitere Verstellstrukturen bzw. Verstelleinrichtungen aufweisen, beispielsweise in Form einer Verstellmimik, die das Lagergehäuse 22, die Lenkwelle 24 und/oder die Verstellvorrichtung 26 gegenüber der Karosserie 12 entsprechend lagern und führen, um auf diese Weise die Funktion der Verstellvorrichtung 26 zu unterstützen.
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Das erste Getriebe 40 hat ein erstes Getriebegehäuse 58 mit einem ersten Kanal 60, in dem das erste Antriebselement 50 und das erste Abtriebselement 44 jeweils abschnittsweise angeordnet sind.
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Das erste Antriebselement 50 und das erste Abtriebselement 44 sind im ersten Kanal 60 in radialer Richtung gegenüberliegend zueinander angeordnet, wodurch zwischen dem ersten Antriebselement 50 und dem ersten Abtriebselement 44 ein erster Kupplungskanal 62 gebildet ist, der sich in axialer Richtung erstreckt.
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Ferner ist das erste Abtriebselement 44 im ersten Kanal 60 in radialer Richtung gegenüberliegend zum ersten Getriebegehäuse 58 angeordnet, wodurch zwischen dem ersten Abtriebselement 44 und dem ersten Getriebegehäuse 58 ein erster Bremskanal 64 gebildet ist, der sich in axialer Richtung erstreckt.
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Der erste Kupplungskanal 62 sowie der erste Bremskanal 64 sind mit einer magnetorheologischen Flüssigkeit (MRF) 66 gefüllt.
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Der erste Kupplungskanal 62 ist somit als MRF-Scherspalt für den Kupplungsbetrieb eingerichtet, während der erste Bremskanal 64 als MRF-Scherspalt für den Bremsbetrieb eingerichtet ist.
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Grundsätzlich können sich das erste Antriebselement 50 und das erste Abtriebselement 44 beliebig im ersten Kanal 60 erstrecken, solange zwischen dem ersten Antriebselement 50 und dem ersten Abtriebselement 44 ein erster Kupplungskanal 62 gebildet ist, der als MRF-Scherspalt für den Kupplungsbetrieb eingerichtet ist, und zwischen dem ersten Abtriebselement 44 und dem ersten Getriebegehäuse 58 ein erster Bremskanal 64 gebildet ist, der als MRF-Scherspalt für den Bremsbetrieb eingerichtet ist.
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Der erste Kupplungskanal 62 und der erste Bremskanal 64 sind strömungsmäßig verbunden und bilden eine Kammer 68, die über Dichtelemente 70 (siehe 4) abgedichtet ist, um ein Auslaufen der MRF 66 zu verhindern.
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In einer alternativen Ausführungsform können der erste Kupplungskanal 62 und der erste Bremskanal 64 jeweils Teil einer separaten mit MRF 66 gefüllten Kammer sein.
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Das erste Abtriebselement 44 sowie die Antriebswelle 48 mit dem ersten Antriebselement 50 sind über Lager 72 im ersten Getriebegehäuse 58 um die Rotationsachse R1 drehbar gelagert.
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Ferner hat das erste Getriebe 40 einen ersten Elektromagnet 74, der dem ersten Kupplungskanal 62 zugeordnet ist, und einen zweiten Elektromagnet 76, der dem ersten Bremskanal 64 zugeordnet ist.
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Der erste Elektromagnet 74 ist hierbei dazu eingerichtet, ein Magnetfeld B1 zu erzeugen, das die Viskosität der MRF 66 im ersten Kupplungskanal 62 wesentlich ändert und gleichzeitig die Viskosität der MRF 66 im ersten Bremskanal 64 nicht wesentlich ändert.
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Ferner ist der zweite Elektromagnet 76 dazu eingerichtet, ein Magnetfeld B2 zu erzeugen, das die Viskosität der MRF 66 im ersten Bremskanal 64 wesentlich ändert und gleichzeitig die Viskosität der MRF 66 im ersten Kupplungskanal 62 nicht wesentlich ändert.
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Die Magnetfelder B1, B2 sind in 4 durch Pfeile dargestellt.
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Das zweite Getriebe 42 ist analog zum ersten Getriebe 40 gestaltet und hat entsprechend ein zweites Getriebegehäuse 78, einen zweiten Kanal 80, einen zweiten Kupplungskanal 82, einen zweiten Bremskanal 84, einen dem zweiten Kupplungskanal 82 zugeordneten dritten Elektromagnet 86 und einen dem zweiten Bremskanal 84 zugeordneten vierten Elektromagnet 88.
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In einer Ausführungsform sind das erste Getriebegehäuse 58 und das zweite Getriebegehäuse 78 Teil eines gemeinsamen Gehäuses.
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Die Elektromagneten 74, 76, 86, 88 sowie der Antrieb 38 sind signalübertragend mit einer elektronischen Steuereinheit 90 der Lenksäulenbaugruppe 20 verbunden, die dazu eingerichtet ist, die Verstellvorrichtung 26 wie nachfolgend beschrieben zu steuern.
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Im Folgenden werden die Betriebsmodi der Getriebe 40, 42 exemplarisch anhand des ersten Getriebes 40 beschrieben. Die Erläuterung gelten entsprechend auch für das analog gestaltete zweite Getriebe 42.
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Das erste Getriebe 40 hat einen ersten Kupplungsmodus, in dem das erste Antriebselement 50 mit dem ersten Abtriebselement 44 drehmomentübertragend gekoppelt ist, und einen zweiten Kupplungsmodus, in dem das erste Antriebselement 50 vom ersten Antriebselement 44 drehmomentübertragend entkoppelt ist.
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Im ersten Kupplungsmodus wird hierbei mittels des Magnetfelds B1 des ersten Elektromagneten 74 die Viskosität der MRF 66 im ersten Kupplungskanal 62 auf einen so hohen Wert eingestellt, dass das erste Antriebselement 50 mit dem ersten Abtriebselement 44 drehmomentübertragend gekoppelt ist.
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Die Stärke der Kopplung bzw. der Wirkungsgrad kann hierbei über die Flussdichte des Magnetfelds B1 eingestellt werden.
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Im zweiten Kupplungsmodus wird mittels des Magnetfelds B1 des ersten Elektromagneten 74 die Viskosität der MRF 66 im ersten Kupplungskanal 62 auf einen so niedrigen Wert eingestellt, dass das erste Antriebselement 50 vom ersten Abtriebselement 44 drehmomentübertragend entkoppelt ist.
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Insbesondere wird hierzu das Magnetfeld B1 abgeschaltet, das heißt, die Flussdichte des Magnetfelds B1 beträgt 0 T.
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Ferner hat das erste Getriebe 40 einen ersten Bremsmodus, in dem das erste Abtriebselement 44 mit dem ersten Getriebegehäuse 58 drehmomentübertragend gekoppelt ist, und einen zweiten Bremsmodus, in dem das erste Abtriebselement 44 vom ersten Getriebegehäuse 58 drehmomentübertragend entkoppelt ist.
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Im ersten Bremsmodus wird hierbei mittels des Magnetfelds B2 des zweiten Elektromagneten 76 die Viskosität der MRF 66 im ersten Bremskanal 64 auf einen so hohen Wert eingestellt, dass das erste Abtriebselement 44 mit dem ersten Getriebegehäuse 58 drehmomentübertragend gekoppelt ist.
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Die Stärke der Kopplung bzw. der Wirkungsgrad kann hierbei über die Flussdichte des Magnetfelds B2 eingestellt werden.
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Im zweiten Bremsmodus wird mittels des Magnetfelds B2 des zweiten Elektromagneten 76 die Viskosität der MRF 66 im ersten Bremskanal 64 auf einen so niedrigen Wert eingestellt, dass das erste Abtriebselement 44 vom ersten Getriebegehäuse 58 drehmomentübertragend entkoppelt ist.
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Insbesondere wird hierzu das Magnetfeld B2 abgeschaltet, das heißt, die Flussdichte des Magnetfelds B2 beträgt 0 T.
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Auf diese Weise kann die Lenkwelle 24 mittels des Antriebs 38 in Umfangsrichtung U geschwenkt werden, wenn das erste Getriebe 40 im ersten Kupplungsmodus und das zweite Getriebe 42 im zweiten Kupplungsmodus betrieben wird.
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Ferner kann die Lenkwelle 24 mittels des Antriebs 38 in Axialrichtung A verstellt werden, wenn das erste Getriebe 40 im zweiten Kupplungsmodus und das zweite Getriebe 42 im ersten Kupplungsmodus betrieben wird.
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Werden das erste Getriebe 40 und das zweite Getriebe 42 gleichzeitig jeweils im ersten Kupplungsmodus betrieben, so kann die Lenkwelle 24 mittels des Antriebs 38 gleichzeitig in Umfangsrichtung U geschwenkt sowie in axialer Richtung A verstellt werden. Zwar werden hierbei das erste Abtriebselement 44 und das zweite Abtriebselement 46 in derselben Richtung angetrieben, in der die Antriebswelle 48 rotiert, jedoch kann über die Flussdichte der Magnetfelder B1, B2 der Wirkungsgrad für das erste Abtriebselement 44 und das zweite Abtriebselement 46 individuell eingestellt werden.
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Ferner können das erste Getriebe 40 und/oder das zweite Getriebe 42 im ersten Bremsmodus betrieben werden, um das erste Abtriebselement 44 bzw. das zweite Abtriebselement 46 gegenüber dem ersten Getriebegehäuse 58 bzw. dem zweiten Getriebegehäuse 78 zu bremsen und somit das Verstellen der Lenkwelle 24 in Umfangsrichtung U bzw. in Axialrichtung A zu dämpfen oder zu blockieren.
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In diesem Zusammenhang ist die Steuereinheit 90 dazu eingerichtet, das erste Getriebe 40 und das zweite Getriebe 42 im ersten Bremsmodus zu betreiben, wenn die Steuereinheit 90 einen Rückhaltefall erfasst.
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Beispielsweise wird hierbei die Lenkwelle 24 über das erste Getriebe 40 und das zweite Getriebe 42 so gebremst, dass die Lenkwelle 24 in Umfangsrichtung U blockiert und in Axialrichtung A gedämpft ist. Somit kann eine axial auf die Lenkwelle 24 wirkende Kraft mittels einer definierten bzw. vorgegebenen Verschiebung abgefangen werden.
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Ferner ist die Steuereinheit 90 dazu eingerichtet, das zweite Getriebe 42 im ersten Bremsmodus zu betreiben, wenn die Lenkwelle 24 im ersten Endabschnitt 34 (siehe 2) des Verstellwegs 28 in Axialrichtung A auf den ersten Endanschlag 30 zubewegt wird und/oder, wenn die Lenkwelle 24 im zweiten Endabschnitt 36 in Axialrichtung A auf den zweiten Endanschlag 32 zubewegt wird.
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Analog hierzu ist die Steuereinheit 90 dazu eingerichtet, das erste Getriebe 40 im ersten Bremsmodus zu betreiben, wenn die Lenkwelle 24 auf ihrem Verstellweg in Umfangsrichtung U auf einen Endanschlag zubewegt wird.
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Des Weiteren ist die Steuereinheit 90 dazu eingerichtet, das erste Getriebe 40 und das zweite Getriebe 42 im ersten Bremsmodus zu betreiben, um die Lenkwelle 24 sowohl in Umfangsrichtung U als auch in Axialrichtung A zu blockieren und damit das Lenkrad 14 gegenüber dem Fahrer 16 in einer definierten Position zu halten.
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Anhand der 5 wird nun eine Lenksäulenbaugruppe 20 gemäß einer weiteren Ausführungsform beschrieben. Für die Bauteile, die von der obigen Ausführungsform bekannt sind, werden dieselben Bezugszeichen verwendet und es wird insoweit auf die vorangegangenen Erläuterungen verwiesen.
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Im Unterschied zur in der 3 dargestellten Ausführungsform hat die Lenksäulenbaugruppe 20 einen zweiten Antrieb 92, der eine zweite Antriebswelle 94 mit einer Rotationsachse R2 aufweist.
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Ferner ist hierbei das zweite Antriebselement 52 drehmomentübertragend mit der zweiten Antriebswelle 94 gekoppelt sowie das zweite Getriebe 42 dem zweiten Antrieb 92 zugeordnet.
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Der zweite Antrieb 92 ist ein Elektromotor.
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Des Weiteren ist der zweite Antrieb 92 mit der Steuereinheit 90 signalübertragend gekoppelt.
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Auf diese Weise hat die Verstellvorrichtung 26 für das erste Abtriebselement 44 und das zweite Abtriebselement 46 jeweils einen separaten Antrieb 38, 92, um das erste Abtriebselement 44 und das zweite Abtriebselement 46 unabhängig voneinander anzutreiben.
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In einer weiteren Ausführungsform hat die Lenksäulenbaugruppe 20 im Unterschied zur in 3 dargestellten Ausführungsform nur das erste Getriebe 40, während das zweite Getriebe 42, das zweite Antriebselement 52 und das zweite Abtriebselement 46 entfallen.
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In dieser Ausführungsform ist die Verstellvorrichtung 26 so gestaltet, dass eine Rotation des ersten Abtriebselements 44 um die Rotationsachse R1 dazu führt, dass die Lenkwelle 24 in Umfangsrichtung U um die Schwenkachse S schwenkt.
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Zusätzlich oder alternativ kann die Verstellvorrichtung 26 so gestaltet sein, dass die Lenkwelle 24 in Axialrichtung A verstellt wird, wenn das erste Abtriebselement 44 um die Rotationsachse R1 rotiert.
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Ferner kann in einer weiteren Ausführungsform zumindest eines der Getriebe 40, 42 keine Kupplungsmodi oder keine Bremsmodi aufweisen.
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Hierbei können entsprechende Strukturen und Bauteile entfallen, die zum Bereitstellen der entsprechenden Modi erforderlich sind.
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In einer Ausführungsform, in der beispielsweise das erste Getriebe 40 keine Kupplungsmodi aufweist, können der erste Kupplungskanal 62 und der erste Elektromagnet 74 entfallen. Das erste Antriebselement 50 ist dabei auf andere Weise drehmomentübertragend mit dem ersten Abtriebselement 44 koppelbar oder gekoppelt, beispielsweise über eine Verzahnung.
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In allen Ausführungsformen sind auf diese Weise eine Lenksäulenbaugruppe 20 sowie ein Kraftfahrzeug 10 mit einer solchen Lenksäulenbaugruppe 20 bereitgestellt, die ein besonders effizient gestaltetes Getriebe 40, 42 aufweist.
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Hierdurch ist die Lenksäulenbaugruppe 20 besonders kompakt sowie kostengünstig herstellbar.
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Die Erfindung ist nicht auf die gezeigten Ausführungsformen beschränkt. Insbesondere können einzelne Merkmale einer Ausführungsform beliebig mit Merkmalen anderer Ausführungsformen kombiniert werden, insbesondere unabhängig von den anderen Merkmalen der entsprechenden Ausführungsformen.
