DE102023105450A1 - Adjustment unit of a steering column - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Verstelleinheit (2) für ein Lenksystem (1) eines Fahrzeugs, aufweisend: eine Verstelleinrichtung (6), die einen Verstellmotor (8), eine Spindel (9) und eine Spindelmutter (10) aufweist, wobei der Verstellmotor (8) drehmomentübertragend mit der Spindel (9) gekoppelt ist, und die Spindelmutter (10) derart auf der Spindel (9) angeordnet ist, dass eine Rotation der Spindel (9) eine axiale Verschiebung der Spindelmutter (10) entlang der Spindel (9) bewirkt, eine Auszugeinrichtung (7), die einen Auszugträger (11), der dazu eingerichtet ist, axialfest an einer Karosserie des Fahrzeugs angeordnet zu sein, und zumindest ein inneres Auszugelement (12) aufweist, das in dem Auszugträger (11) axial verschieblich angeordnet ist, wobei das innere Auszugelement (12) dazu eingerichtet ist, axialfest mit einer Lenkwelle (4) gekoppelt zu sein, ein Crash-Element (13), das als eine Hülse (13) ausgebildet ist, die sich zwischen der Spindelmutter (10) und dem inneren Auszugselement (11) koaxial zur Spindel (9) erstreckt, wobei ein axiales Ende der Hülse (13) auf der Spindelmutter (10) angeordnet ist und über zumindest ein Feststellelement (14) axialfest mit der Spindelmutter (10) gekoppelt ist, wobei sich das Feststellelement (14) bei einer vorbestimmten Aufprallkraft (F) löst und sich die Hülse (13) relativ zur Spindelmutter (10) axial verschiebt, wobei eine Außenkontur (15) der Spindelmutter (10) und eine Innenkontur (16) der Hülse (13) zumindest abschnittsweise derart ausgebildet sind, dass die Hülse (13) durch die axiale Verschiebung relativ zur Spindelmutter (10) plastifiziert wird. Ferner betrifft die Erfindung auch ein steer-by-wire Lenksystem (1) mit einer solchen Verstelleinheit (2).The invention relates to an adjustment unit (2) for a steering system (1) of a vehicle, comprising: an adjustment device (6) which has an adjustment motor (8), a spindle (9) and a spindle nut (10), wherein the adjustment motor (8) is coupled to the spindle (9) in a torque-transmitting manner, and the spindle nut (10) is arranged on the spindle (9) in such a way that a rotation of the spindle (9) causes an axial displacement of the spindle nut (10) along the spindle (9), an extension device (7) which has an extension carrier (11) which is designed to be arranged axially fixedly on a body of the vehicle, and at least one inner extension element (12) which is arranged axially displaceably in the extension carrier (11), wherein the inner extension element (12) is designed to be coupled axially fixedly to a steering shaft (4), a crash element (13) which is designed as a sleeve (13) which is located between the spindle nut (10) and the inner extension element (11) extends coaxially to the spindle (9), wherein an axial end of the sleeve (13) is arranged on the spindle nut (10) and is axially fixedly coupled to the spindle nut (10) via at least one locking element (14), wherein the locking element (14) is released upon a predetermined impact force (F) and the sleeve (13) is axially displaced relative to the spindle nut (10), wherein an outer contour (15) of the spindle nut (10) and an inner contour (16) of the sleeve (13) are formed at least in sections such that the sleeve (13) is plasticized by the axial displacement relative to the spindle nut (10). Furthermore, the invention also relates to a steer-by-wire steering system (1) with such an adjustment unit (2).
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verstelleinheit einer Lenksäule bzw., einer Lenkwelle, eines Fahrzeugs sowie ein steer-by-wire Lenksystem für ein Fahrzeug mit einer solchen Verstelleinheit.The present invention relates to an adjustment unit of a steering column or a steering shaft of a vehicle and a steer-by-wire steering system for a vehicle with such an adjustment unit.
Stand der TechnikState of the art
Bei den heutigen Lenksystemen bzw. Lenkeinrichtungen kann das Lenkrad in der Höhe und in der Länge, also einer axialen Position, verstellt werden. Bei derartigen Verstellsystemen sind Lenksäulenelemente bzw. Lenkwellenelemente zueinander verschieblich, bspw. als eine teleskopierbare Anordnung ausgeführt. Dadurch kann das Lenkrad in eine für den Fahrer passende Position gebracht werden.In today's steering systems and steering devices, the steering wheel can be adjusted in height and length, i.e. in an axial position. In such adjustment systems, steering column elements and steering shaft elements can be moved relative to one another, for example in a telescopic arrangement. This allows the steering wheel to be brought into a position that suits the driver.
Ferner sind auch steer-by-wire Lenksysteme bekannt, bei denen auf die mechanische Verbindung des Lenkrads und der zu lenkenden Achse über die Lenksäule verzichtet wird und die Lenkung der Räder über entsprechende Signale gesteuert wird. Bei den steer-by-wire Lenksystemen können insbesondere zwei Typen unterschieden werden: steer-by-wire Lenksysteme mit einem lenkradfernen Force-Feedback-Aktuator und steer-by-wire Lenksysteme mit einem lenkradnahen Force-Feedback-Aktuator.There are also steer-by-wire steering systems in which there is no mechanical connection between the steering wheel and the axle to be steered via the steering column and the steering of the wheels is controlled via corresponding signals. There are two types of steer-by-wire steering systems in particular: steer-by-wire steering systems with a force feedback actuator remote from the steering wheel and steer-by-wire steering systems with a force feedback actuator close to the steering wheel.
Bei den steer-by-wire Lenksystemen mit einem lenkradfernen Force-Feedback-Aktuator kommen bekannte Crash-Elemente, wie z.B., Blechstreifen, die sich bei Überschreiten einer definiteren Kraft plastisch verformen, zum Einsatz. Ferner sind auch Kunststoffhülsen an der teleskopierbaren Lenkwelle bekannt, die durch eine vorbestimmte Krafteinwirkung zerstört werden. Bei den steer-by-wire Lenksystemen mit einem lenkradnahen Force-Feedback-Aktuator kann die teleskopierbare Lenkwelle entfallen.In steer-by-wire steering systems with a force feedback actuator remote from the steering wheel, known crash elements are used, such as metal strips that plastically deform when a defined force is exceeded. Plastic sleeves on the telescopic steering shaft are also known, which are destroyed by a predetermined force. In steer-by-wire steering systems with a force feedback actuator close to the steering wheel, the telescopic steering shaft can be omitted.
Es hat sich nunmehr herausgestellt, dass ein weiterer Bedarf besteht, eine bekannte Verstelleinheit und/oder ein bekanntes steer-by-wire Lenksystem eines Fahrzeugs zu verbessern. Insbesondere besteht ein weiterer Bedarf eine Verstelleinheit und/oder ein steer-by-wire Lenksystem mit einem lenkradnahen Force-Feedback-Aktuator bereitzustellen, die es ermöglichen ein Crash-Element derart anzuordnen, dass Querkräfte auf das Crash-Element reduziert oder gar vermieden werden können.It has now emerged that there is a further need to improve a known adjustment unit and/or a known steer-by-wire steering system of a vehicle. In particular, there is a further need to provide an adjustment unit and/or a steer-by-wire steering system with a force feedback actuator close to the steering wheel, which make it possible to arrange a crash element in such a way that transverse forces on the crash element can be reduced or even avoided.
Vor diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine verbesserte Verstelleinheit und/oder ein verbessertes steer-by-wire Lenksystem bereitzustellen, die insbesondere ermöglicht, ein Crash-Element derart anzuordnen, dass Querkräfte auf das Crash-Element reduziert oder gar vermieden werden können.Against this background, it is an object of the present invention to provide an improved adjustment unit and/or an improved steer-by-wire steering system, which in particular makes it possible to arrange a crash element in such a way that transverse forces on the crash element can be reduced or even avoided.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Diese und andere Aufgaben, die beim Lesen der folgenden Beschreibung noch genannt werden oder vom Fachmann erkannt werden können, werden durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen sind den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung zu entnehmen.These and other objects, which are mentioned when reading the following description or can be recognized by the person skilled in the art, are solved by the subject matter of the independent claim. Advantageous embodiments and further developments can be found in the subclaims and the following description.
Die erfindungsgemäße Verstelleinheit für ein Lenksystem, insbesondere ein steer-by-wire-Lenksystem, weiter insbesondere ein steer-by-wire Lenksystem mit lenkelementnahem Force-Feedback-Aktuator, eines Fahrzeugs weist eine Verstelleinrichtung, eine Auszugeinrichtung und ein Crash-Element auf. Die Verstelleinrichtung weist einen Verstellmotor, eine Spindel und eine Spindelmutter auf, wobei der Verstellmotor drehmomentübertragend mit der Spindel gekoppelt ist, und die Spindelmutter derart auf der Spindel angeordnet ist, dass eine Rotation der Spindel eine axiale Verschiebung der Spindelmutter entlang der Spindel bewirkt. Die Auszugeinrichtung weist einen Auszugträger, der dazu eingerichtet ist, axialfest, und insbesondere um eine Schwenkachse schwenkbar, an einer Karosserie des Fahrzeugs angeordnet bzw. befestigt zu sein, und zumindest ein inneres Auszugelement auf, das in dem Auszugträger axial verschieblich zum Auszugträger angeordnet ist. Dabei ist das innere Auszugelement dazu eingerichtet, axialfest mit einer, insbesondere inneren, Lenkwelle gekoppelt zu sein. Das Crash-Element ist als eine Hülse ausgebildet, die sich zwischen der Spindelmutter der Verstelleinrichtung und dem inneren Auszugselement der Auszugeinrichtung koaxial zur Spindel, und insbesondere die Spindel umgebend, erstreckt. Dabei ist ein axiales Ende der Hülse auf der Spindelmutter angeordnet und über zumindest ein Feststellelement axialfest mit der Spindelmutter gekoppelt. Das Feststellelement löst sich bei einer, insbesondere im Crash-Fall, wirkenden vorbestimmten Aufprallkraft und die Hülse verschiebt sich durch die in einem Crash-Fall wirkende Aufprallkraft axial relativ zur Spindelmutter. Dabei sind eine Außenkontur der Spindelmutter und eine Innenkontur der Hülse zumindest abschnittsweise derart aufeinander abgestimmt ausgebildet, dass die Hülse durch die axiale Verschiebung relativ zur Spindelmutter plastifiziert, also umgeformt, wird.The adjustment unit according to the invention for a steering system, in particular a steer-by-wire steering system, further in particular a steer-by-wire steering system with a force feedback actuator close to the steering element, of a vehicle has an adjustment device, an extension device and a crash element. The adjustment device has an adjustment motor, a spindle and a spindle nut, wherein the adjustment motor is coupled to the spindle in a torque-transmitting manner, and the spindle nut is arranged on the spindle in such a way that a rotation of the spindle causes an axial displacement of the spindle nut along the spindle. The extension device has an extension carrier which is designed to be arranged or fastened to a body of the vehicle in an axially fixed manner, and in particular pivotable about a pivot axis, and at least one inner extension element which is arranged in the extension carrier so as to be axially displaceable relative to the extension carrier. The inner extension element is designed to be coupled to a, in particular inner, steering shaft in an axially fixed manner. The crash element is designed as a sleeve that extends between the spindle nut of the adjustment device and the inner extension element of the extension device coaxially to the spindle, and in particular surrounding the spindle. An axial end of the sleeve is arranged on the spindle nut and is axially fixedly coupled to the spindle nut via at least one locking element. The locking element is released when a predetermined impact force is applied, in particular in the event of a crash, and the sleeve is displaced axially relative to the spindle nut due to the impact force acting in the event of a crash. An outer contour of the spindle nut and an inner contour of the sleeve are designed to be coordinated with one another, at least in sections, in such a way that the sleeve is plasticized, i.e. deformed, by the axial displacement relative to the spindle nut.
Das Feststellelement kann auch als ein Auslöseelement bezeichnet werden und ist dazu eingerichtet, die Hülse axialfest auf der Spindelmutter zu positionieren. Ferner ist das Feststellelement dazu eingerichtet bei Erreichen bzw. Überschreiten der vorbestimmten Aufprallkraft die axialfeste Verbindung zwischen der Hülse und der Spindelmutter zu lösen, um so ein Verschieben der Hülse relativ zur Spindelmutter, und die damit einhergehende Plastifizierung der Hülse zu ermöglichen. Ein Verschiebeweg der Hülse kann z.B., etwa 80-100 mm betragen. Das Feststellelement kann bspw. als zumindest ein Scherstift ausgebildet sein, der bei Erreichen oder Überschreiten der vorbestimmten Aufprallkraft bricht. Ferner ist es auch denkbar, das Feststellelement als eine umlaufende oder zumindest abschnittweise umlaufende Nut oder als Eindellungen, in der Hülse umzusetzen, die durch die Aufprallkraft umgeformt wird.The locking element can also be referred to as a release element and is designed to position the sleeve axially fixed on the spindle nut. Furthermore, the locking element is designed to release the axially fixed connection between the sleeve and the spindle nut when the predetermined impact force is reached or exceeded, in order to prevent the sleeve from moving relative to the Spindle nut, and the associated plasticization of the sleeve. A displacement path of the sleeve can be, for example, about 80-100 mm. The locking element can be designed, for example, as at least one shear pin, which breaks when the predetermined impact force is reached or exceeded. It is also conceivable to implement the locking element as a circumferential or at least partially circumferential groove or as indentations in the sleeve, which is deformed by the impact force.
Der Force-Feedback-Aktuator umfasst einen Motor, oder einen Motor und ein Getriebe, insbesondere mit hoher Übersetzung. Die Motor-Getriebe-Kombination ermöglicht es, insbesondere den Motor kleiner und kompakter auszulegen, da der Motor im Vergleich zu einem Motor ohne Getriebe ein kleineres Moment erzeugen muss, um dasselbe Drehmoment auf die Lenkwelle zu erreichen.The force feedback actuator comprises a motor, or a motor and a gearbox, especially with a high gear ratio. The motor-gearbox combination makes it possible to make the motor smaller and more compact, since the motor has to generate a smaller torque to achieve the same torque on the steering shaft compared to a motor without a gearbox.
Der Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung liegt insbesondere darin, dass das Crash-Element in die Auszugeinrichtung und insbesondere in den dortigen Kraftfluss integrierbar ist. Durch eine solche, im Wesentlichen koaxiale, Anordnung des Crash-Elements zur Spindel ist es möglich, im Crash-Fall einen Kraftfluss zu erzielen, durch den nur geringe bis gar keine Querkräfte bzw. Biegemomente auf das Crash-Element wirken. Querkräfte bzw. Biegemomente auf das Crash-Element können ein Verkanten und/oder Verkippen des Crash-Elements verursachen, sowie eine Reibung erhöhen und/oder seitliche Biegungen in der Crash-Hülse bewirken. Da erfindungsgemäß nur sehr geringe oder gar keine Querkräfte bzw. Biegemomente auf das Crash-Element wirken, kann eine Auslegung des Crash-Elements vereinfacht werden, da die durch Querkräfte bzw. Biegemomente verursachten Nachteile wegfallen. Somit sind nur wenige bis gar keine zusätzlichen Bauteile erforderlich, wodurch die Kosten für die Verstelleinheit reduziert werden können. Zusätzlich ist es möglich, diese Bauteile bei der Herstellung als Umform-Werkzeug-Elemente zu nutzen.The advantage of the solution according to the invention is in particular that the crash element can be integrated into the pull-out device and in particular into the force flow there. By arranging the crash element in such a substantially coaxial manner to the spindle, it is possible to achieve a force flow in the event of a crash through which only small or no transverse forces or bending moments act on the crash element. Transverse forces or bending moments on the crash element can cause the crash element to tilt and/or tip, as well as increase friction and/or cause lateral bending in the crash sleeve. Since, according to the invention, only very small or no transverse forces or bending moments act on the crash element, the design of the crash element can be simplified because the disadvantages caused by transverse forces or bending moments are eliminated. This means that only a few or no additional components are required, which can reduce the costs for the adjustment unit. In addition, it is possible to use these components as forming tool elements during production.
Darüber hinaus ermöglicht die erfindungsgemäße Anordnung des Crash-Elements, eine Aufprallenergie-Umwandlung in Form einer Absorption sowie eine Selbstzentrierung des Crash-Elements zur Spindelmutter, insbesondere bei Verkantungen und/oder Verkippungen und/oder Offset-Kräften. Gleichzeitig kann ein Spindeldrehmoment bei der Längenverstellung des Lenkelements über das Crash-Element abgestützt werden. In addition, the arrangement of the crash element according to the invention enables an impact energy conversion in the form of absorption and self-centering of the crash element to the spindle nut, particularly in the case of canting and/or tilting and/or offset forces. At the same time, a spindle torque can be supported by the crash element when adjusting the length of the steering element.
Außerdem kann die Spindel durch das Crash-Element (und die Spindelmutter) geführt und/oder gelagert werden. Dies kann insbesondere bei langen Spindeln, bspw. mit einer Länge ab etwa 100 mm oder mehr, vorteilhaft sein.In addition, the spindle can be guided and/or supported by the crash element (and the spindle nut). This can be particularly advantageous for long spindles, e.g. with a length of around 100 mm or more.
Mit anderen Worten kann man sagen, dass die erfindungsgemäße Verstelleinheit es ermöglicht, die meist aus ungünstigen Hebelarmen resultierenden Beigemomente, die auf das Crash-Element wirken zu reduzieren oder gar zu eliminieren. Dadurch ist es möglich, auf weitere Bauteile, wie bspw. eine Crash-Element-Führung, -Anbindung, und/oder Umlenkung zu verzichten.In other words, it can be said that the adjustment unit according to the invention makes it possible to reduce or even eliminate the bending moments that act on the crash element, which usually result from unfavorable lever arms. This makes it possible to dispense with additional components, such as a crash element guide, connection, and/or deflection.
Gemäß einer Ausführungsform weist die Innenkontur der unplastifizierten Hülse zumindest abschnittsweise Deformationsbereiche und Pufferbereiche auf, und die Außenkontur der Spindelmutter ist derart ausgebildet, dass sich die Außenkontur der Spindelmutter mit der Innenkontur der Hülse in dem Deformationsbereichen überschneidet, und insbesondere zu den Pufferbereichen beabstandet angeordnet ist. Im Crash-Fall drückt die Aufprallkraft das Crash-Element, also die Hülse, die auch als Crash-Hülse bezeichnet werden kann, im Wesentlichen symmetrisch über die im Wesentlichen ortsfeste, selbsthemmende Spindelmutter. Hierzu weist die Spindelmutter zumindest in den sich überschneidenden Bereichen an der Außenkontur ein härteres Material auf als die Crash-Hülse.According to one embodiment, the inner contour of the unplasticized sleeve has deformation areas and buffer areas at least in sections, and the outer contour of the spindle nut is designed such that the outer contour of the spindle nut overlaps with the inner contour of the sleeve in the deformation areas and is arranged in particular at a distance from the buffer areas. In the event of a crash, the impact force presses the crash element, i.e. the sleeve, which can also be referred to as a crash sleeve, essentially symmetrically over the essentially stationary, self-locking spindle nut. For this purpose, the spindle nut has a harder material than the crash sleeve, at least in the overlapping areas on the outer contour.
Durch die Überschneidung der Außenkontur der Spindelmutter und der Innenkontur der Hülse in den Deformationsbereichen wird die Crash-Hülse in diesen Bereichen durch die Spindelmutter plastifiziert, also umgeformt. Damit die Crash-Hülse durch die Plastifizierung nicht aufreißt, sind die Spindelmutter und die Crash-Hülse in den Pufferbereich zueinander beabstandet, sodass während der Plastifizierung der Crash-Hülse in den Deformationsbereichen, das dafür „fehlende“ Material durch die Pufferzonen ausgeglichen werden kann. Mit anderen Worten kann man sagen, dass sich durch die Plastifizierung der Crash-Hülse in den Deformationsbereichen im Wesentlichen die gesamte Innenkontur der Hülse verändert.Due to the overlap of the outer contour of the spindle nut and the inner contour of the sleeve in the deformation areas, the crash sleeve is plasticized, i.e. reshaped, by the spindle nut in these areas. To prevent the crash sleeve from tearing due to the plasticization, the spindle nut and the crash sleeve are spaced apart from each other in the buffer area so that during the plasticization of the crash sleeve in the deformation areas, the "missing" material can be compensated for by the buffer zones. In other words, one can say that the plasticization of the crash sleeve in the deformation areas essentially changes the entire inner contour of the sleeve.
Gemäß einer Ausführungsform weist die Spindelmutter eine konische und/oder ballige Außenkontur auf. Dadurch ist es möglich, dass sich die Crash-Hülse bei einer nicht symmetrisch in die Crash-Hülse eingeleiteten Aufprallkraft, wodurch zumindest geringe Querkräfte auf die Crash-Hülse wirken können, selbst zentriert. Dadurch kann ein Verkanten der Crash-Hülse an der Spindelmutter verhindert werden, und somit die Funktion des Crash-Elements, nämlich die Absorption der Aufprallenergie durch Plastifizierung, auch bei Quer- und/oder Offsetkräften sicherzustellen.According to one embodiment, the spindle nut has a conical and/or spherical outer contour. This makes it possible for the crash sleeve to center itself if an impact force is not introduced symmetrically into the crash sleeve, whereby at least small transverse forces can act on the crash sleeve. This can prevent the crash sleeve from tilting on the spindle nut, thus ensuring the function of the crash element, namely the absorption of the impact energy through plasticization, even in the case of transverse and/or offset forces.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Hülse an dem anderen axialen Ende flächig mit dem inneren Auszugelement gekoppelt. Dadurch wird eine symmetrische Krafteinleitung über die komplette an dem Auszugelement anliegenden Stirnfläche der Crash-Hülse gewährleistet. Durch die große Abstützfläche kann eine hohe Kippsteifigkeit erzielt werden.According to one embodiment, the sleeve is coupled to the inner extension element at the other axial end. This ensures a symmetrical introduction of force over the entire front surface of the Crash sleeve ensures high tipping stiffness. The large support surface enables high tipping stiffness to be achieved.
Gemäß einer Ausführungsform weist die Hülse eine rechteckartige Innenkontur mit abgerundeten Ecken auf und die Spindelmutter weist eine rechteckartige Außenkontur mit abgerundeten Ecken auf, wobei die abgerundeten Ecken der Innenkontur der Hülse einen größeren Radius aufweisen als die abgerundeten Ecken der Außenkontur der Spindelmutter. Durch die sich überschneidenden Radien wird der große Radius der Crash-Hülse durch den kleineren Radius der Spindelmutter plastifiziert, also umgeformt, sodass der Radius der Crash-Hülse nach der Plastifizierung im Wesentlichen dem Radius der Spindelmutter entspricht. Es sind jedoch auch andere Konturen und Konturpaarungen für die Crash-Hülse und die Spindelmutter denkbar. Insbesondere ist es möglich, die Konturen und/oder die Überdeckung (kleine oder große Überdeckung) der Konturen in den Deformationsbereichen in Abhängigkeit einer gewünschten Durchschiebekraft, und/oder der Aufprallkraft, zu wählen.According to one embodiment, the sleeve has a rectangular inner contour with rounded corners and the spindle nut has a rectangular outer contour with rounded corners, wherein the rounded corners of the inner contour of the sleeve have a larger radius than the rounded corners of the outer contour of the spindle nut. Due to the overlapping radii, the large radius of the crash sleeve is plasticized, i.e. reshaped, by the smaller radius of the spindle nut, so that the radius of the crash sleeve after plasticization essentially corresponds to the radius of the spindle nut. However, other contours and contour pairings for the crash sleeve and the spindle nut are also conceivable. In particular, it is possible to select the contours and/or the overlap (small or large overlap) of the contours in the deformation areas depending on a desired push-through force and/or the impact force.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Verstelleinrichtung, und damit insbesondere das Crash-Element, innerhalb der Auszugeinrichtung, insbesondere innerhalb des Auszugträgers angeordnet. Diese Anordnung ist insbesondere durch das Wegfallen der teleskopartigen Lenkwelle bei den steer-by-wire Lenksystemen mit lenkelementnahem Force-Feedback-Aktuator möglich, da hierbei Bauraum innerhalb der Auszugeinrichtung „frei“ wird. Somit ist für die Verstelleinheit kein zusätzlicher Bauraum erforderlich und das Crash-Element ist in den im Crash-Fall auftretenden Kraftfluss integrierbar.According to one embodiment, the adjustment device, and thus in particular the crash element, is arranged within the extension device, in particular within the extension support. This arrangement is possible in particular due to the elimination of the telescopic steering shaft in steer-by-wire steering systems with a force feedback actuator close to the steering element, as this "frees up" installation space within the extension device. This means that no additional installation space is required for the adjustment unit and the crash element can be integrated into the force flow that occurs in the event of a crash.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Verstelleinrichtung, und damit insbesondere das Crash-Element, außerhalb der Auszugeinrichtung angeordnet, wobei das Crash-Element und die Spindel (und die Spindelmutter) koaxial angeordnet sind. Dabei ist das Crash-Element auch außerhalb der Auszugeinrichtung zwischen der Verstelleinrichtung und der Auszugeinrichtung angeordnet.According to one embodiment, the adjustment device, and thus in particular the crash element, is arranged outside the pull-out device, wherein the crash element and the spindle (and the spindle nut) are arranged coaxially. The crash element is also arranged outside the pull-out device between the adjustment device and the pull-out device.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Hülse aus einem Metall, insbesondere einem Blech, ausgebildet. Die aus einem Blechmaterial geformte Hülse ist kostengünstig, bspw. durch Stanzen und Umformen des Blechs, herstellbar. Darüber hinaus weist das Blechmaterial gute Plastifizierungseigenschaften auf. Ferner sind auch Hülsen aus Faserverbundwerkstoffen denkbar, welche im Vergleich zu Metall jedoch teurer sind. According to one embodiment, the sleeve is made of a metal, in particular a sheet metal. The sleeve formed from a sheet metal material can be produced inexpensively, for example by punching and forming the sheet metal. In addition, the sheet metal material has good plasticizing properties. Furthermore, sleeves made of fiber composite materials are also conceivable, although these are more expensive than metal.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Spindelmutter aus einem Metall ausgebildet, das zumindest abschnittsweise, insbesondere an einem Außenumfang, also der Außenkontur, weiter insbesondere an den Bereichen der Außenkontur, die sich mit der Innenkontur der Hülse überdecken, härter ist als das Material der Hülse. Dadurch ist sichergestellt, dass im Crash-Fall die Hülse durch die Spindelmutter plastifiziert wird, und nicht die Spindelmutter durch die Hülse eine Plastifizierung erfährt.According to one embodiment, the spindle nut is made of a metal that is harder than the material of the sleeve at least in sections, in particular on an outer circumference, i.e. the outer contour, and in particular in the areas of the outer contour that overlap with the inner contour of the sleeve. This ensures that in the event of a crash, the sleeve is plasticized by the spindle nut, and the spindle nut does not undergo plasticization by the sleeve.
Gemäß einer Ausführungsform weist die Spindelmutter einen Hauptkörper aus einem Kunststoff und eine Ummantelung aus einem, insbesondere gehärteten, Metall auf. Die Ummantelung kann dabei aus einem Blechmaterial, das insbesondere tiefgezogen und gehärtet ist, ausgebildet sein. Somit ist die Ummantelung kostengünstig herstellbar. der Kunststoff-Hauptkörper der Spindelmutter ermöglicht es ein Geräuschverhalten der Verstelleinrichtung zu verbessern.According to one embodiment, the spindle nut has a main body made of a plastic and a casing made of a metal, in particular a hardened metal. The casing can be made of a sheet metal material, which is in particular deep-drawn and hardened. The casing can thus be produced cost-effectively. The plastic main body of the spindle nut makes it possible to improve the noise behavior of the adjustment device.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein steer-by-wire Lenksystem, insbesondere ein steer-by-wire Lenksystem mit einem lenkelementnahen Force-Feedback-Aktuator, für ein Fahrzeug. Das Lenksystem weist eine (innere) Lenkwelle, ein Lenkelement und die vorstehend und nachfolgend beschriebene, insbesondere erfindungsgemäße, Verstelleinheit auf. Das Lenkelement ist axialfest und drehmomentübertragend mit der (inneren) Lenkwelle gekoppelt. Die (innere) Lenkwelle ist ferner innerhalb des Auszugträgers der Verstelleinheit angeordnet und axialfest mit dem inneren Auszugelement gekoppelt, und somit über bzw. mit dem inneren Auszugelement axial verschieblich gegenüber dem Auszugträger. Darüber hinaus ist die Lenkwelle relativ zum inneren Auszugelement drehbar.A further aspect of the invention relates to a steer-by-wire steering system, in particular a steer-by-wire steering system with a force feedback actuator close to the steering element, for a vehicle. The steering system has an (inner) steering shaft, a steering element and the adjustment unit described above and below, in particular according to the invention. The steering element is coupled to the (inner) steering shaft in an axially fixed and torque-transmitting manner. The (inner) steering shaft is also arranged within the extension support of the adjustment unit and is coupled to the inner extension element in an axially fixed manner, and is thus axially displaceable relative to the extension support via or with the inner extension element. In addition, the steering shaft is rotatable relative to the inner extension element.
Gemäß einer Ausführungsform weist das steer-by-wire Lenksystem ferner zumindest einen Force-Feedback-Aktuator auf, der lenkelementnah und drehmomentübertragend mit der (inneren) Lenkwelle gekoppelt ist. Unter dem Begriff „lenkelementnah“ ist hierin insbesondere eine Anordnung zwischen der Verstelleinheit und dem Lenkelement zu verstehen.According to one embodiment, the steer-by-wire steering system further comprises at least one force feedback actuator which is coupled to the (inner) steering shaft close to the steering element and transmits torque. The term "close to the steering element" is to be understood here in particular as an arrangement between the adjustment unit and the steering element.
Gemäß einer Ausführungsform weist das steer-by-wire Lenksystem ferner eine Höhenverstelleinheit zur Höhenverstellung des Lenkelements auf. Damit ist das Lenkelement sowohl in einer axialen Richtung als auch in eine Höhenrichtung für einen Fahrer individuell einstellbar.According to one embodiment, the steer-by-wire steering system further comprises a height adjustment unit for adjusting the height of the steering element. This allows the steering element to be individually adjusted for a driver in both an axial direction and a height direction.
Detailbeschreibung anhand ZeichnungDetailed description based on drawing
Weitere die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigt:
-
1 eine schematische Darstellung eines steer-by-wire Lenksystems gemäß einer Ausführungsform der Erfindung in einer perspektivischen Längsschnittansicht, -
2 eine schematische Darstellung einer Verstelleinheit gemäß einer Ausführungsform der Erfindung in einer perspektivischen Teilschnittansicht, -
3 eine schematische Darstellung einer Verstelleinheit gemäß einer Ausführungsform der Erfindung in einer Schnittdarstellung, -
4 eine schematische Darstellung einer Verstelleinheit gemäß einer Ausführungsform der Erfindung in einer Längsschnittdarstellung, -
5 eine schematische Darstellung eines Crash-Elements und einer Spindelmutter gemäß einer Ausführungsform der Erfindung in einer perspektivischen Schnittdarstellung, -
6 eine schematische Darstellung eines Crash-Elements und einer Spindelmutter gemäß einer Ausführungsform der Erfindung in einer Explosionsansicht, -
7 schematische Darstellungen eines Crash-Elements und einer Spindelmutter gemäß zweiter Ausführungsformen der Erfindung in einer Längsschnittansicht, -
8 eine schematische Darstellung eines Crash-Elements und einer Spindelmutter gemäß einer Ausführungsform der Erfindung in einer Frontansicht, -
9 vergrößerte schematische Darstellungen der Detailausschnitte IXa und IXb aus8 , -
10 eine schematische Darstellung einer Verstelleinheit gemäß einer Ausführungsform der Erfindung in einer Schnittansicht, -
11 eine schematische Darstellung einer Selbstzentrierungsfunktion eines Crash-Elements zu einer Spindelmutter, -
12 eine schematische Darstellung eines Feststellelements gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zur Positionierung des Crash-Elements auf der Spindelmutter, -
13 eine schematische Darstellung eines Feststellelements gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zur Positionierung des Crash-Elements auf der Spindelmutter, -
14 eine schematische Darstellung eines Feststellelements gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zur Positionierung des Crash-Elements auf der Spindelmutter, -
15 schematische Darstellungen zur Erläuterung einer Innenkonturänderung eines Crash-Elements durch Plastifizierung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, -
16 schematische Darstellungen zur Erläuterung einer Innenkonturänderung eines Crash-Elements durch Plastifizierung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, und -
17 eine schematische Darstellung einer Spindelmutter gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
-
1 a schematic representation of a steer-by-wire steering system according to an embodiment of the invention in a perspective longitudinal sectional view, -
2 a schematic representation of an adjustment unit according to an embodiment of the invention in a perspective partial sectional view, -
3 a schematic representation of an adjustment unit according to an embodiment of the invention in a sectional view, -
4 a schematic representation of an adjustment unit according to an embodiment of the invention in a longitudinal section, -
5 a schematic representation of a crash element and a spindle nut according to an embodiment of the invention in a perspective sectional view, -
6 a schematic representation of a crash element and a spindle nut according to an embodiment of the invention in an exploded view, -
7 schematic representations of a crash element and a spindle nut according to second embodiments of the invention in a longitudinal sectional view, -
8th a schematic representation of a crash element and a spindle nut according to an embodiment of the invention in a front view, -
9 enlarged schematic representations of the detail sections IXa and IXb from8th , -
10 a schematic representation of an adjustment unit according to an embodiment of the invention in a sectional view, -
11 a schematic representation of a self-centering function of a crash element to a spindle nut, -
12 a schematic representation of a locking element according to an embodiment of the invention for positioning the crash element on the spindle nut, -
13 a schematic representation of a locking element according to an embodiment of the invention for positioning the crash element on the spindle nut, -
14 a schematic representation of a locking element according to an embodiment of the invention for positioning the crash element on the spindle nut, -
15 schematic representations to explain an inner contour change of a crash element by plasticizing according to an embodiment of the invention, -
16 schematic representations to explain an inner contour change of a crash element by plasticizing according to an embodiment of the invention, and -
17 a schematic representation of a spindle nut according to an embodiment of the invention.
Die Figuren sind lediglich schematischer Natur und dienen nur dem Verständnis der Erfindung. Die gleichen Elemente sind mit denselben Bezugszeichen versehen.The figures are merely schematic in nature and serve only to understand the invention. The same elements are provided with the same reference numerals.
Die Verstelleinheit 2 (siehe auch
Die Auszugeinrichtung 7 weist einen Auszugträger 11 und ein inneres Auszugelement 12 auf. Der Auszugträger 11 ist axialfest und um eine Schwenkachse schwenkbar an einer Karosserie des Fahrzeugs anbringbar, und das innere Auszugelement 12 ist in dem Auszugträger 11, axial verschieblich zu diesem angeordnet. Ferner ist das innere Auszugelement 12 axialfest mit der Lenkwelle 4 gekoppelt, sodass die Lenkwelle 4 über das innere Auszugelement 12 von der Verstelleinrichtung 6 axial verschoben werden kann.The pull-out
Ferner weist die Verstelleinheit 2 ein Crash-Element 13 auf, das als eine Crash-Hülse 13 ausgebildet ist und koaxial zur Spindel 9, die Spindel 9 umgebend zwischen dem Verstellmotor 8 und dem inneren Auszugelement 12 angeordnet ist. Ein axiales Ende der Hülse 13 ist auf der Spindelmutter 10 angeordnet und über zumindest ein, hier zwei, Feststellelemente 14 axialfest mit dieser gekoppelt (siehe auch
Das bzw. die Feststellelemente 14 sind dazu eingerichtet, bei Erreichen oder Überschreiten einer vorbestimmten Kraft, die insbesondere eine vorbestimmte Aufprallkraft in einem Crash-Fall ist, die axiale Kopplung zwischen der Spindelmutter 10 und der Hülse 13 zu lösen, sodass eine relative axiale Verschiebung zwischen der Hülse 13 und der Spindelmutter 10 möglich ist. Da die Spindelmutter 10 eine selbsthemmende Wirkung aufweist, kann die Spindelmutter 10 im Falle eines Crashs als ortsfest betrachtet werden, sodass sich die Hülse 13 relativ zur Spindelmutter 10 axial verschiebt. Darüber hinaus ermöglicht die flächige Anbindung der Hülse 13 an das innere Auszugelement 12 sowohl über die Stirnseite der Hülse 13 als auch über die Befestigungslaschen eine symmetrische Einleitung der Aufprallkraft über die gesamte, an dem inneren Auszugelement 12 anliegenden Stirnfläche der Hülse 13. Durch die große Abstützfläche kann eine hohe Kippsteifigkeit erreicht werden.The locking element(s) 14 are designed to release the axial coupling between the
Wie in
Durch die Überschneidung der Konturen 15, 16 in den Deformationsbereichen 17 wird die Hülse 13 in einem Crash-Fall durch die axiale Verschiebung relativ zur Spindelmutter 10 in den Deformationsbereichen 17 plastifiziert bzw. umgeformt. Das bedeutet, dass die Innenkontur 16 in den Deformationsbereiche 17 sozusagen an die Außenkontur 15 der Spindelmutter 10 angepasst wird. Ein dafür ggf. erforderliches Material kommt aus den Pufferbereichen 18. Man kann also auch sagen, dass die Pufferbereiche 18 dazu eingerichtet sind, zu verhindern, dass die Hülse 13 aufgrund der Plastifizierung in den Deformationsbereichen 17 reißt.Due to the overlap of the
Wie in
Wie in
In
In
Allgemein sind die Feststellelemente 14 insbesondere in den Bereichen der Hülse 13 angeordnet, in denen keine Plastifizierung stattfindet. Zum Beispiel, wenn bei einer rechteckigen Hülse 13 mit abgerundeten Ecken die Plastifizierung in den Eckbereichen stattfindet, sind die Feststellelemente 14 insbesondere in den geraden bzw. ebenen Abschnitten zwischen den Eckbereichen angeordnet.In general, the locking
In
In
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- 11
- steer-by-wire Lenksystemsteer-by-wire steering system
- 22
- VerstelleinheitAdjustment unit
- 33
- HöhenverstelleinheitHeight adjustment unit
- 44
- (innere) Lenkwelle(inner) steering shaft
- 55
- Force-Feedback-AktuatorForce feedback actuator
- 66
- VerstelleinrichtungAdjustment device
- 77
- AuszugeinrichtungPull-out device
- 88th
- VerstellmotorAdjustment motor
- 99
- Spindelspindle
- 1010
- SpindelmutterSpindle nut
- 1111
- AuszugträgerPull-out supports
- 1212
- inneres Auszugelementinner pull-out element
- 1313
- Crash-Element/HülseCrash element/sleeve
- 1414
- FeststellelementLocking element
- 1515
- AußenkonturOuter contour
- 1616
- InnenkonturInner contour
- 16'16'
- InnenkonturInner contour
- 1717
- DeformationsbereichDeformation range
- 1818
- PufferbereichBuffer area
- 1919
- axiales Endeaxial end
- 2020
- ScherstiftShear pin
- 2121
- NutGroove
- 2222
- LascheTab
- 2323
- AbschnittSection
- 2424
- HauptkörperMain body
- 2525
- Ummantelung Sheathing
- FF
- AufprallkraftImpact force
- F1, F2F1, F2
- RückstellkraftRestoring force
- z1, z2z1, z2
- HebelarmLever arm
- uu
- AbstandDistance
- SPSP
- Schwerpunktmain emphasis
Claims (10)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
PCT/DE2023/100629 WO2024088458A1 (en) | 2022-10-28 | 2023-08-30 | Adjusting unit of a steering column |
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102022128651 | 2022-10-28 | ||
DE102022128651.7 | 2022-10-28 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE102023105450A1 true DE102023105450A1 (en) | 2024-05-08 |
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Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE102023105450.3A Pending DE102023105450A1 (en) | 2022-10-28 | 2023-03-06 | Adjustment unit of a steering column |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE102023105450A1 (en) |
-
2023
- 2023-03-06 DE DE102023105450.3A patent/DE102023105450A1/en active Pending
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Legal Events
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---|---|---|---|
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