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Die Erfindung betrifft eine Lenksäule gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 für ein Kraftfahrzeug, wie einen Pkw, Lkw, Bus oder ein sonstiges Nutzfahrzeug, vorzugsweise zum Einsatz in einem „Steer-by-Wire“-System. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug mit einer derartigen Lenksäule.
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Aus der
DE 10 2019 109 295 A1 ist eine Lenksäule für ein Kraftfahrzeug bekannt, mit einer zur Übertragung einer Lenkbewegung ausgebildeten, drehbar um eine Drehachse gelagerten Lenkwelle, wobei die Lenkwelle mehrteilig ausgebildet ist, indem sie zumindest eine äußere Hohlwelle sowie eine drehfest mit dieser äußeren Hohlwelle verbundene und axial relativverschiebbar zu der äußeren Hohlwelle angeordnete innere Hohlwelle aufweist.
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Die gattungsbildende
DE 10 2020 128 017 A1 stellt ein verstaubares Lenkrad für autonome Fahrzeuge bereit. Eine Lenksäule für autonome Fahrzeuge beinhaltet einen angetriebenen Aktor, der die Drehung einer unteren Säule, einer inneren Säule und einer oberen Säule, die relativ zu der unteren und der inneren Säule bewegbar ist, steuert. Die Drehung der unteren Säule relativ zur oberen Säule bewegt die obere Säule in Längsrichtung. Eine angetriebene Arretierung verbindet die innere und untere Säule drehbar miteinander, wenn sie sich in einer ersten Position befindet, und arretiert die innere Säule an einer Basis, wenn sie sich in einer zweiten Position befindet. In einem autonomen Modus ist die obere Säule verstaut, befindet sich die angetriebene Arretierung in der ersten Position und blockiert der Motor die Drehung der unteren Säule. In einem manuellen Modus ist die obere Säule ausgefahren, befindet sich die angetriebene Arretierung in der zweiten Position und detektiert ein Sensor eine Winkelposition der oberen Säule.
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Ziel der Erfindung ist es den Bauraumbedarf bekannter Lenksäulen für „Steer-by-Wire“-Systeme zu reduzieren und zugleich eine Crashsicherheit der Lenksäule zu erhöhen.
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Dies wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst. Demnach ist eine Lenksäule für ein Kraftfahrzeug beansprucht, welche eine zur Übertragung einer Lenkbewegung ausgebildete, drehbar um eine Drehachse gelagerte Lenkwelle aufweist, wobei die Lenkwelle ferner mehrteilig ausgebildet ist, indem sie zumindest eine äußere Hohlwelle sowie eine drehfest mit dieser äußeren Hohlwelle verbundene und axial relativverschiebbar zu der äußeren Hohlwelle angeordnete innere Hohlwelle aufweist.
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Somit ist die Lenkwelle als teleskopierbare Hohlwelle ausgeführt, die einerseits ein möglichst geringes Gewicht aufweist, andererseits eine möglichst kompakte Bauweise ermöglicht. Auch wird dadurch die Crashsicherheit der Lenksäule deutlich verbessert.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird weiterhin durch ein Kraftfahrzeug des Anspruchs 8 gelöst. Weitergehende vorteilhafte Ausführungsformen sind mit den Unteransprüchen beansprucht und nachfolgend näher erläutert.
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Für eine robuste Aufnahme der Lenkwelle ist es auch von Vorteil, wenn ein aus der äußeren Hohlwelle hervorstehender erster Endbereich der inneren Hohlwelle zur unmittelbaren Aufnahme eines Lenkrades vorbereitet ist, während ein zweiter Endbereich der inneren Hohlwelle innerhalb der äußeren Hohlwelle aufgenommen / geführt ist. Selbstverständlich sind die beiden Hohlwellen der Lenkwelle nur derart weit relativ zueinander axial verschiebbar, dass der zweite Endbereich der inneren Hohlwelle in jeglichem Betriebszustand innerhalb der äußeren Hohlwelle geführt ist / eingeschoben bleibt. Diesbezüglich ist es auch von Vorteil, wenn die äußere Hohlwelle vorzugsweise mittels zweier Wälzlager verdrehbar abgestützt / gelagert ist.
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Für eine robuste Drehmomentübertragung ist es auch zweckmäßig, wenn an einem axialen Endbereich der äußeren Hohlwelle ein Koppelabschnitt, vorzugsweise in Form einer Verzahnung / eines Verzahnungsabschnittes, ausgebildet ist, der in Wirkverbindung mit weiteren Aktoren und/oder Sensoren steht. Besonders bevorzugt befindet sich der Koppelabschnitt mit einer Vorrichtung zur Winkelmessung, einer einen Endanschlag bildenden Vorrichtung oder einer Vorrichtung, die als Lenkradschloss dient, in Wirkverbindung. Eine Längsausrichtung eines Gehäuses des Aktors und/oder Sensors erfolgt besonders bevorzugt achsparallel zur Drehachse.
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Ferner ist es von Vorteil, wenn ein Kraftrückkopplungsaktuator mit dem Koppelabschnitt rotatorisch gekoppelt ist. Der Kraftrückkopplungsaktuator weist bevorzugt ein Gehäuse auf, das achsparallel zu der Drehachse ausgerichtet ist.
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Als vorteilhaft hat es sich zudem herausgestellt, wenn ein Zahnrad des Aktors und/oder des Sensors und/oder des Kraftrückkopplungsaktuators direkt mit dem Koppelabschnitt in Eingriff steht. Alternativ hierzu ist es auch zweckmäßig, wenn das Zahnrad des Aktors und/oder Sensors und/oder Kraftrückkopplungsaktuators mittels eines Endloszugmittels, wie einer Kette oder eines Riemens, mit dem Koppelabschnitt rotatorisch gekoppelt ist.
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Für eine möglichst kompakte Bauweise ist ein Längsverstellungsaktuator radial innerhalb der beiden Hohlwellen eingesetzt. Jener Längsverstellungsaktuator dient unmittelbar zur Längsverstellung / axialen Verstellung der beiden Hohlwellen relativ zueinander.
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Für eine möglichst kompakte Aufnahme ist erfindungsgemäß der Längsverstellungsaktuator an der inneren Hohlwelle befestigt / angebracht. Somit ist der Längsverstellungsaktuator bevorzugt koaxial innerhalb der Hohlwellen angeordnet. Dies ermöglicht eine nahezu platzneutrale Anbringung des Längsverstellungsaktuators.
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Für eine möglichst robuste Verstellbarkeit der Hohlwellen zueinander ist es auch zuträglich, wenn der Längsverstellungsaktuator ein Antriebselement aufweist, das in eine Abtriebskontur der äußeren Hohlwelle eingreift.
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Des Weiteren ist es von Vorteil, wenn das Antriebselement ein axial ausgerichtetes, in die Abtriebskontur eingreifendes Schraubrad oder Ritzel (Stirnrad) ist. Die Abtriebskontur ist vorzugsweise eine Zahnstangenkontur, die unmittelbar an der Innenseite der äußeren Hohlwelle (integral mit der äußeren Hohlwelle) eingeformt ist.
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Sind gar mehrere Antriebselemente und/oder Abtriebskonturen in Umfangsrichtung verteilt angeordnet, ergibt sich eine zentrierte Kraftaufbringung. Bevorzugt befindet sich jedes Antriebselement mit einer eigenen Abtriebskontur in Eingriff.
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Für die Sicherheit des entsprechenden Fahrers ist es zudem zuträglich, wenn der Längsverstellungsaktuator mittels eines eine axiale Verschiebung des Längsverstellungsaktuators durch seine plastische Verformung im Crashfall gezielt ermöglichenden / umsetzenden Abfangelementes mit der inneren Hohlwelle verbunden ist. Jenes Abfangelement ist besonders bevorzugt als ein axial umgelegtes Metallelement ausgeführt, das mit seinem jeweiligen Ende an dem Längsverstellungsaktuator oder an der inneren Hohlwelle befestigt ist.
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Die Erfindung wird nun nachfolgend anhand von Figuren näher erläutert.
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Es zeigen:
- 1 eine perspektivische Darstellung einer erfindungsgemäßen, in Längsrichtung geschnitten veranschaulichten Lenksäule nach einem ersten Ausführungsbeispiel, wobei ein innerer Aufbau einer teleskopierbaren Lenkwelle mit einem darin untergebrachten Längsverstellungsaktuator gut zu erkennen ist,
- 2 eine Querschnittsansicht der in 1 veranschaulichten Lenksäule, sodass mehrere Antriebselemente des Längsverstellungsaktuators und dessen Wechselwirkung mit Abtriebskonturen an einer äußeren Hohlwelle zu erkennen sind,
- 3 eine Querschnittsdarstellung einer erfindungsgemäßen Lenksäule eines zweiten Ausführungsbeispiels, mit der lediglich ein einzelnes Antriebselement eingesetzt ist,
- 4 eine Querschnittsdarstellung einer erfindungsgemäßen Lenksäule eines dritten Ausführungsbeispiels, mit der ebenfalls lediglich ein einzelnes Antriebselement und zudem Wälzkörper zwischen den beiden Hohlwellen eingesetzt sind,
- 5 eine perspektivische Darstellung eines in dem ersten Ausführungsbeispiel der 1 eingesetzten Schraubrades des Längsverstellungsaktuators,
- 6 eine perspektivische Darstellung einer in dem ersten Ausführungsbeispiel der 1 eingesetzten inneren Hohlwelle des Längsverstellungsaktuators,
- 7 eine Seitendarstellung einer ungeschnittenen Lenksäule des ersten Ausführungsbeispiels, wobei zwei mit einem axialen Endbereich der äußeren Hohlwelle gekoppelte Aktoren bzw. Sensoren mit dargestellt sind,
- 8 eine perspektivische Darstellung der erfindungsgemäßen Lenksäule des ersten Ausführungsbeispiels mit angebrachtem Lenkrad, wobei das Lenkrad in zwei unterschiedlichen axialen Positionen gezeigt ist, die zwei Verschiebestellungen der teleskopierbaren Lenkwelle entsprechen,
- 9 eine perspektivische Darstellung einer erfindungsgemäßen, in Längsrichtung geschnitten dargestellten Lenksäule nach einem vierten Ausführungsbeispiel, wobei der Längsverstellungsaktuator nun mittels Ritzeln in die Abtriebskonturen der äußeren Hohlwelle eingreift,
- 10 eine weitere perspektivische Darstellung der in Längsrichtung geschnitten dargestellten Lenksäule nach 9, womit eine vollständig eingefahrene / zusammengefahrene Verschiebestellung der Lenkwelle gezeigt ist,
- 11 eine weitere perspektivische Darstellung der in Längsrichtung geschnitten dargestellten Lenksäule nach 9, wobei die Lenkwelle nun in ihrer vollständig ausgefahrenen Verschiebestellung veranschaulicht ist,
- 12 eine weitere perspektivische Darstellung der Lenksäule nach 9, wobei die innere Hohlwelle samt der äußeren Hohlwelle um die Drehachse um etwa 30° gegenüber der Abbildung der 11 verdreht gezeigt sind,
- 13 eine weitere perspektivische Darstellung der in Längsrichtung geschnitten dargestellten Lenksäule nach 9, wobei für einen Crashfall das vorhandene Abfangelement plastisch verformt (axial verlängert) gezeigt ist,
- 14 eine Querschnittsdarstellung der Lenksäule nach 9, womit die Antriebselemente des Längsverstellungsaktuators und dessen Wechselwirkung mit Abtriebskonturen an der äußeren Hohlwelle gezeigt sind, sowie
- 15 eine Querschnittsdarstellung einer erfindungsgemäßen Lenksäule nach einem fünften Ausführungsbeispiel, in der der jeweilige Aktor / Sensor über ein Endloszugmittel mit der äußeren Hohlwelle rotatorisch verbunden ist.
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Die Figuren sind lediglich schematischer Natur und dienen ausschließlich dem Verständnis der Erfindung. Die gleichen Elemente sind mit denselben Bezugszeichen versehen.
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Mit den 1, 2 und 5 bis 8 ist zunächst ein erstes erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel einer Lenksäule 1 veranschaulicht. Erfindungsgemäß weist die Lenksäule 1 eine mehrteilige, teleskopierbare Lenkwelle 3 auf, wie nachfolgend näher erläutert. Die Lenksäule 1 stellt dabei ein fahrerseitiges Lenksystem dar, das Teil eines Steer-by-Wire-Systems eines Kraftfahrzeuges ist. Die Lenksäule 1 ist somit bevorzugt Bestandteil eines Fahrzeugführungssystems, bei dem ein Lenkrad 8 (8) mit der Lenkwelle 3 nicht direkt mit einem (radseitigen) Lenkmechanismus des Kraftfahrzeuges gekoppelt ist. Die Lenksäule 1 weist typischerweise das Lenkrad 8 mit auf. Das Lenkrad 8 muss dabei nicht rein kreisförmig ausgebildet sein, sondern kann auch auf andere Weise ausgeformt sein und beispielsweise elliptische Formen oder abgeflachte Kreisformen einnehmen. Das Lenkrad 8 stellt dabei stets ein von einem Fahrer / Bediener des Kraftfahrzeuges direkt ergreifbares Bedienelement dar. Das Lenkrad 8 ragt somit im Betrieb des Kraftfahrzeuges in einen Fahrerraum des Kraftfahrzeuges hinein.
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Das Lenkrad 8 ist drehfest mit der Lenkwelle 3 der Lenksäule 1 verbunden. Die Lenkwelle 3 verläuft von dem Fahrerraum in Richtung eines Motorraums / Getrieberaums des Kraftfahrzeuges. Eine Drehachse der Lenkwelle 3 ist mit dem Bezugszeichen 2 gekennzeichnet.
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Die Lenkwelle 3 umfasst eine äußere Hohlwelle 4 sowie eine (radial) innerhalb der äußeren Hohlwelle 4 aufgenommene innere Hohlwelle 5. Äußere Hohlwelle 4 und innere Hohlwelle 5 sind relativverschiebbar zueinander gelagert. Somit ist die Lenkwelle 3 durch die Relativverschiebbarkeit der äußeren Hohlwelle 4 zu der inneren Hohlwelle 5 teleskopierbar.
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Ein aus der äußeren Hohlwelle 4 hervorstehender Endbereich der inneren Hohlwelle 5 ist als erster Endbereich 6 gekennzeichnet und dient zur unmittelbaren Aufnahme des Lenkrades 8. Ein, dem ersten Endbereich 6 gegenüberliegender, zweiter Endbereich 7 der inneren Hohlwelle 5 ist stets (radial und axial) innerhalb der äußeren Hohlwelle 4 angeordnet und dort geführt / aufgenommen / gelagert.
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Die äußere Hohlwelle 4 dient zudem zur gesamtheitlichen verdrehbaren Lagerung der Lenkwelle 3. An der äußeren Hohlwelle 4 sind dazu nahe ihren beiden entgegengesetzten axialen Endbereichen zwei Wälzlager 20a und 20b vorhanden. Diese dienen zum Lagern der Lenkwelle 3 relativ zu einem fahrzeugrahmenfesten Bestandteil, bzw. einem nicht dargestellten höhenverstellbaren / höhenschwenkbarem Halter.
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Des Weiteren ist zu erkennen, dass an einem axialen Endbereich 9 der äußeren Hohlwelle 4 ein Koppelabschnitt 10 vorhanden ist, um weitere Aktoren und/oder Sensoren 11 anzubinden. Der Koppelabschnitt 10 ist hierbei als ein Verzahnungsabschnitt, vorzugsweise ein separat ausgeformtes, drehfest und axialfest auf der äußeren Hohlwelle 4 angebrachtes Zahnrad umgesetzt.
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Wie in Verbindung mit den 7 und 8 auch gut zu erkennen, dient der Koppelabschnitt 10 im konkreten Ausführungsbeispiel zur drehfesten Koppelung mit mindestens einem Kraftrückkopplungsaktuator 12, der auch als Force-Feedback-Aktuator bezeichnet ist, sowie mit weiteren Aktoren und/oder Sensoren 11, die konkret als Endanschlag, Winkelmesssensor und/oder Lenkradschlossaktor ausgeführt sind.
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Jene Aktoren und/oder Sensoren 11 und jener Kraftrückkopplungsaktuator 12 befinden sich mit ihren Zahnrädern 21 unmittelbar in Eingriff mit dem Koppelabschnitt 10.
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Diesbezüglich sei auch auf 15 verwiesen, die ein fünftes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Lenksäule 1 darstellt. Gemäß dieser Ausführung ist es auch möglich, die Zahnräder 21 mittels eines Endloszugmittels 22, hier eines Riemens, mit dem Koppelabschnitt 10 rotatorisch zu koppeln.
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Zurückkommend auf das erste Ausführungsbeispiel in 8 ist des Weiteren zu erkennen, dass mit der Lenkwelle 3 auf typische Weise ein Lenkrad 8 im Betrieb drehfest verbunden ist. Jene innere Hohlwelle 5 weist dazu einen entsprechenden Aufnahmezapfen 23 auf, der in 1 gut zu erkennen ist.
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Um die beiden Hohlwellen 4, 5 entlang der Drehachse 2 der Lenkwelle 3 relativ zueinander zu verschieben, ist erfindungsgemäß innerhalb der Lenkwelle 3 ein Längsverstellungsaktuator 13 unmittelbar untergebracht. Jener Längsverstellungsaktuator 13 weist einen hier lediglich schematisch angedeuteten Motor 24 auf, der im Wesentlichen koaxial zur Drehachse 2 angeordnet ist. In jener Ausführung ist der Längsverstellungsaktuator 13 innerhalb der inneren Hohlwelle 5 eingesetzt und mit dieser verbunden. Der Längsverstellungsaktuator 13 rotiert somit bei einem Drehen der Lenkwelle 3 / der inneren Hohlwelle 5 mit der äußeren Hohlwelle 4 um die Drehachse 2 mit. In dem schematisch angedeuteten Motorraum / Motorbauraum (Raum, in dem Motor 24 angeordnet ist) kann auch ein Getriebemotor mit einer koaxialen Planetenstufe ausgeführt sein.
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In Verbindung mit den 2, 5 und 6 ist zudem ersichtlich, dass der Längsverstellungsaktuator 13 mehrere, hier drei in Umfangsrichtung verteilt angeordnete Abtriebselemente 14 in Form von Schraubrädern 17 aufweist. Die Schraubräder 17 sind in Längsrichtung gesehen parallel zur Drehachse 2 sowie zueinander ausgerichtet. Die Schraubräder 17 weisen einen Hauptgewindeabschnitt 25 auf, der sich direkt in Eingriff mit einer Abtriebskontur 15 in Form einer Zahnstangenkontur an der äußeren Hohlwelle 4 befindet. Hierzu durchgreifen die Schraubräder 17 entsprechende radiale Fenster 26 in der inneren Hohlwelle 5, um mit der Abtriebskontur 15 an der radialen Innenseite der äußeren Hohlwelle 4 in Eingriff zu gelangen. Die Fenster 26 bzw. Aussparungen können, wie abgebildet (siehe auch 6), nahezu mittig oder versetzt bzw. am Ende der inneren Hohlwelle 4 angeordnet sein.
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Neben dem Hauptgewindeabschnitt 25 weist jedes Antriebselement 14 einen Antriebsabschnitt 27 auf, der schlicht als Verzahnungs- / Stirnverzahnungsabschnitt ausgeführt ist. Die Antriebsabschnitte 27 der mehreren Schraubräder 17 sind mittels eines zentralen Antriebszahnrades 28 des Längsverstellungsaktuators 13 angetrieben. Somit kommt es bei einem Rotieren des zentralen Antriebszahnrades 28 zu einem Verdrehen der Schraubräder 17 und somit zu einem axialen Verschieben der äußeren Hohlwelle 4 relativ zu der inneren Hohlwelle 5 (entlang der Drehachse 2). Demnach ist die äußere Hohlwelle 4 relativ zu der inneren Hohlwelle 5 in entgegengesetzten axialen Richtungen verschiebbar.
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Ferner sei darauf hingewiesen, dass der Längsverstellungsaktuator 13 gezielt mittels eines für den Crashfall konzipierten Abfangelementes 19, hier gar mittels mehrerer / dreier in Umfangsrichtung verteilter Abfangelemente 19 mit der inneren Hohlwelle 5 verbunden ist. Jedes Abfangelement 19 ist als ein derart plastisch verformbares Element ausgeführt, dass es im Crashfall zu einem axialen Verschieben des Längsverstellungsaktuators 13 innerhalb der inneren Hohlwelle 5 kommt, unter plastischer Verformung (axialer Verlängerung) der Abfangelemente 19 durch die Stoßenergie. Bevorzugt ist jedes Abfangelement 19 in Form eines U-förmig gebogenen Metallblechs ausgebildet, das seitens seiner Enden jeweils an dem Längsverstellungsaktuator 13 oder an der inneren Hohlwelle 5 befestigt ist.
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Gemäß der beiden alternativen Ausführungsbeispiele der 3 und 4 ist es prinzipiell auch möglich eine geringere Anzahl als drei Antriebselemente 14 vorzusehen. Gemäß diesen beiden Ausführungsbeispielen ist lediglich ein Antriebselement 14 vorhanden.
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Auch ist es ferner gemäß 4 möglich weniger als drei Abfangelemente 19, etwa zwei Abfangelemente 19 vorzusehen. Grundsätzlich weist eine symmetrische Ausführung (der Abfangelemente 19 oder der Antriebselemente 14) den Vorteil auf, dass keine Kippmoment-Belastungen und daraus resultierende Reibung entsteht. Ebenso ist es möglich, statt einer Längs-Gleitführung zwischen den profilierten Hohlwellen 4 und 5 mehrere Längs-Wälzführungen mit Wälzkörpern 29 radial zwischen den beiden Hohlwellen 4, 5 vorzusehen. Hierdurch wird die Reibung reduziert, auch bei unsymmetrischer Anordnung.
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Gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel der 9 bis 14 ist es ferner auch möglich, die verschiedenen Antriebselemente 14 auf andere Weise auszubilden. Wie in 9 gut zu erkennen, sind die Antriebselemente 14 mittels Ritzeln 18 / Ritzelrädern realisiert, die jeweils in die Abtriebskonturen 15 eingreifen. Zum Antrieb der Ritzel 18 ist zudem nicht mehr ein zentrales Antriebszahnrad, sondern eine zentrale Schneckenwelle 16 vorhanden, das sich durch den Motor 24 des Längsverstellungsaktuators 13 antreiben lässt und somit gemeinsam die Ritzel 18 antreibt.
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Mit anderen Worten ausgedrückt, ist somit ein Gedanke der Erfindung, ein teleskopierbares Teilsystem zu verwenden, welches sowohl Kräfte als auch Drehmomente überträgt, d.h. das teleskopierbare Teilsystem ist als Ganzes gelagert und drehbar.
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Der FFA-Motor (Kraftrückkopplungsaktuator 12) wird dabei vorteilhaft achsparallel (parallel zur Drehachse 2) angeordnet und wirkt per Zahnriemen- oder Stirnradübersetzung auf das drehend gelagerte Teleskop-Teilsystem (Lenkwelle 2), welches direkt zugänglich ist. Es könnten sogar auf einfache Art zwei derartige, dann redundante Kraftrückkopplungsaktuatoren 12 platziert werden.
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Der EAC-Antrieb (Längsverstellungsaktuator 13 mit Motor 24) wird dabei nahezu koaxial angeordnet, was vorteilhaft ist (keine Seitenkräfte) und überhaupt erst dadurch ermöglicht ist, dass das einzige, drehbare Teleskop-Teilsystem einen vergrößerten Durchmesser erhält und Innen-Bauraum zur Verfügung stellt und vom hinteren Ende der Lenksäule her für Verkabelungen etc. zugänglich macht.
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Der EAC-Motor wird beim Lenken mitgedreht (das Kabel verdreht sich also).
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Ebenfalls wird die Crash-Verschiebung und Energie-Aufnahme an der Verbindung zwischen EAC-Motor und dem inneren Teleskoprohr (innere Hohlwelle 5) implementiert, ggf. in Form mehrerer symmetrisch angeordneter Bauteile. Beim Crash verschiebt sich also das Lenkrad 8 zusammen mit dem inneren Teleskoprohr gegenüber dem stehenden äußeren Teleskoprohr (äußere Hohlwelle 4), stehenden Antriebselementen 14 und stehenden EAC-Antrieb 13.
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Somit ist das teleskopierbare Mantelrohr (Lenkwelle 2) als Ganzes drehbar gelagert (d.h. der FFA wandert nicht zum Lenkrad, sondern bleibt mit seiner crashkritischen Masse weit weg von Fahrer). Hierzu ist die Drehmomentübertragung durch das Mantelrohr gleichzeitig reibungsarm und spielfrei gestaltet.
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Der FFA und weitere mit der Lenkraddrehung verbundene Funktionen / Komponenten, wie Endanschlag, Winkelmessung, Lenkradschloss, werden achsparallel, insbesondere verzahnt im hinteren Bereich, an das drehbare Mantelrohr angebunden (d.h. sehr frei konfigurierbar und an Bauraum anpassbar).
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Der innenliegende Bauraum wird für eine konzentrische (mit den Hohlwellen 4 und 5 beim Lenken mitdrehende) Längsverstellung genutzt und dafür die äußere Hohlwelle 4 mit Zahnstangenkonturen versehen (die koaxiale Längsverstellung ist einfacher und reibungsärmer aufgrund des Wegfalls von Querkräften / Biegungen). Der koaxiale Antrieb ist in zwei Ausgestaltungen gezeigt: mit Schraubrad und mit Zahnrädern + Schneckenwelle.
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Das Crashelement (Abfangelement 19) zur Verschiebung des Lenkrads wird nahezu koaxial zwischen Längsantrieb und innerem Mantelrohr angeordnet (d.h. bei Crash werden nur leichtes Lenkrad und inneres Mantelrohr bewegt). Alternativ, aber nicht dargestellt, wird das Crashelement koaxial vorne zwischen Lenkrad und innerem Mantelrohr platziert.
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Somit ist eine Lenksäule einer Steer-by-Wire-Fahrzeuglenkung umgesetzt, umfassend eine teleskopierbare, drehbare Aufnahme einer Lenkhandhabe, eine elektromotorische Längs-Verstelleinrichtung, eine Höhen-Verstelleinrichtung, eine Energieaufnahme-Einrichtung im Crashfall, eine elektromotorische Lenk-Gegenmoment-Einrichtung dadurch gekennzeichnet, dass die Längs-Verstelleinrichtung im Inneren der Teleskopeinrichtung, nahezu koaxial angeordnet ist und die Lenk-Gegenmoment-Einrichtung achsparallel angeordnet und per Stirnrad- oder Riemenübersetzung wirkverbunden ist.
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Weiterhin ist die elektromotorische Längs-Verstelleinrichtung statorseitig mit der inneren Teleskopeinrichtung verbunden und mindestens ein Schraubrad aufweist, welches mit dem äußeren Teleskoprohr in Wirkverbindung steht.
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Die elektromotorische Längs-Verstelleinrichtung ist statorseitig mit der inneren Teleskopeinrichtung verbunden und mindestens ein Zahnrad umfasst, welches sowohl mit dem äußeren Teleskoprohr als auch mit einer Verstellantriebs-Schneckenwelle kämmt.
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Die Längs-Verstelleinrichtung ist über im Crashfall deformierbare Verbindungselemente (Biegestreifen) mit der inneren Teleskopeinrichtung verbunden.
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Das innere Teleskoprohr der Teleskopeinrichtung mind. eine Aussparung aufweist, durch welche ein Teil der Längs-Verstelleinrichtung mit dem äußeren Teleskoprohr in formschlüssiger Wirkverbindung steht.
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Das äußere Teleskoprohr ist durch mind. ein Lager drehbar verschiebefest im Fahrzeug verbaut, ggf. unter Verwendung einer Höhen-Einstelleinrichtung.
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Das äußere Teleskoprohr weist mind. drei Längsprofilzonen auf, welche als Gleitflächen oder Wälzflächen in Wirkverbindung mit dem inneren Teleskoprohr stehen sowie mindestens eine Zahnstangen oder Gewinde-Profilzone auf, welche in Wirkverbindung mit der Längs-Verstelleinrichtung steht.
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Das äußere Teleskoprohr ist bevorzugt mit einer achsparallel angeordneten Lenk-Gegenmoment-Einrichtung mit einer Übersetzung zwischen 2 und 5 wirkverbunden.
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Das äußere Teleskoprohr ist weiter bevorzugt mit der achsparallel angeordneten Lenk-Gegenmoment-Einrichtung mit einer Übersetzung zwischen 1 und 2 wirkverbunden und die Lenk-Gegenmoment-Einrichtung beinhaltet eine integrierte Planetenübersetzung von 2 bis 5.
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Das Fahrzeug beinhaltend eine Lenksäule, wie oben, sowie ein mit der Lenksäule verbundenen Lenkhandhabe und einer Fahrtrichtungsanzeige-Eingabeeinrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass die Fahrtrichtungsanzeige-Eingabeeinrichtung an der Lenkhandhabe mitdrehend eingerichtet ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Lenksäule
- 2
- Drehachse
- 3
- Lenkwelle
- 4
- äußere Hohlwelle
- 5
- innere Hohlwelle
- 6
- erster Endbereich der inneren Hohlwelle
- 7
- zweiter Endbereich der inneren Hohlwelle
- 8
- Lenkrad
- 9
- axialer Endbereich der äußeren Hohlwelle
- 10
- Koppelabschnitt
- 11
- Aktor und/oder Sensor
- 12
- Kraftrückkopplungsaktuator
- 13
- Längsverstellungsaktuator
- 14
- Antriebselement
- 15
- Abtriebskontur
- 16
- Schneckenrad
- 17
- Schraubrad
- 18
- Ritzel
- 19
- Abfangelement
- 20a
- erstes Wälzlager
- 20b
- zweites Wälzlager
- 21
- Zahnrad
- 22
- Endloszugmittel
- 23
- Aufnahmezapfen
- 24
- Motor
- 25
- Hauptgewindeabschnitt
- 26
- Fenster
- 27
- Antriebsabschnitt
- 28
- Antriebszahnrad
- 29
- Wälzkörper
