DE10312516A1

DE10312516A1 - Lenksäulenbaugruppe mit Umdrehungs-Beschränkung

Info

Publication number: DE10312516A1
Application number: DE10312516A
Authority: DE
Inventors: Brian James Andonian; Bing Zheng; Muqtada Husain
Original assignee: Visteon Global Technologies Inc
Current assignee: Visteon Global Technologies Inc
Priority date: 2002-03-28
Filing date: 2003-03-20
Publication date: 2003-10-23
Also published as: GB2387429A; GB2387429B; US6688645B2; US20030184072A1; GB0303648D0

Abstract

Eine Lenksäulen-Baugruppe (10) mit Umdrehungs-Beschränkung weist eine Lenksäule (12) auf, die um ihre Achse (14) drehbar ist. Die Lenksäule (12) dreht eine erste Scheibe (26), die eine spiralförmige erste Bahn (32) definiert. Die erste Scheibe (26) dreht sich relativ zu einer zweiten Scheibe (28), die eine spiralförmige zweite Bahn (36) definiert. Die Scheiben sind so angeordnet, dass die spiralförmigen Bahnen (32, 36) überlappen und dabei einen Kreuzungspunkt definieren, an dem sich ein Gleit-Element (42) befindet. Die Lenksäule (12) ist drehbar zwischen einem ersten Stopp, bei dem sich das Gleit-Element (42) zwischen den inneren Enden (46, 52) der spiralförmigen Bahnen (32, 36), und einem zweiten Stopp, bei dem sich das Gleit-Element (42) zwischen den äußeren Enden (48, 54) der spiralförmigen Bahnen (32, 36) befindet.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Lenksäulen-Baugruppe mit Umdrehungs-Beschränkung bzw. Begrenzung zur Verwendung im Lenksystem eines Fahrzeuges oder dergleichen, und im Besonderen auf eine Lenksäulen-Baugruppe mit Umdrehungs-Beschränkung, die ein Gleit-Element verwendet, das in spiralförmigen Bahnen angeordnet ist, um die Umdrehung der Lenksäule zu beschränken.
Ein typisches Fahrzeug bzw. Automobil besitzt ein Lenkrad, das durch den Fahrer gedreht wird, um die Räder des Fahrzeugs zu drehen und dadurch die Richtung des Fahrzeugs zu ändern. Das Lenkrad ist auf einer Lenksäule montiert, die mechanisch mit den Rädern gekoppelt ist. Die Richtungs- Auslenkung der Räder während der Drehbewegung wird limitiert durch mechanische Stopps bzw. Anschläge. Dadurch wird erreicht, dass die Räder auf die Stopps laufen, wenn die Räder eine vorgegebene Richtungs-Auslenkung erreichen, die einem minimalen Wendekreis des Fahrzeugs entsprechen. Die mechanische Kopplung verhindert, dass der Fahrer das Lenkrad über die Stopps hinaus noch weiter dreht. Auf diese Weise erkennt der Fahrer, dass der minimale Wendekreis erreicht worden ist.
Es ist vorgeschlagen worden, ein "steer-by-wire"-System zu verwenden, also Lenken über Draht, das die mechanische Verbindung zwischen dem Fahrer und den Rädern des Fahrzeugs aufhebt. Um das Fahrgefühl für einen typischen Fahrer nachzubilden, benutzt das "steer-by-wire"-System ein Lenkrad und eine Lenksäule ähnlich denen, die in mechanisch gekoppelten Lenksystemen von Fahrzeugen vorhanden sind. Ein Sensor ist mit der Lenksäule operativ verbunden und erzeugt ein elektrisches Signal auf Grund der Umdrehung der Lenksäule. Dieses elektrische Signal wird dann auf einen elektronischen Stell-Antrieb übergeben, zum Beispiel einen Motor, der die Räder in die gewünschte Richtung einstellt. Da hier keine mechanische Kopplung vorliegt, kann das Lenkrad gedreht werden, auch wenn die zu steuernden Räder an einer Auslenkung gehindert sind. Eine andauernde Drehbewegung des Lenkrads kann auch Schaden an den Sensoren verursachen. Außerdem kann der Fahrer nicht erkennen, dass eine weitere Drehbewegung des Lenkrads die Lenkbewegung des Fahrzeugs nicht weiter vergrößert.
Eine Funktion eines typischen mechanisch gekoppelten Systems ist, dass das Lenkrad mehr als 360 Grad in jede Richtung gedreht werden kann, wenn das Fahrzeug in eine Kurve gelenkt wird. Um die Empfindlichkeit eines mechanisch gekoppelten Systems nachzubilden, ist es erwünscht, dass der Fahrer genauso in der Lage ist, das Lenkrad in einem "steer-by-wire" - Fahrzeug um mehr als 360 Grad zu drehen. Daher besteht ein Bedürfnis für eine Lenksäulen-Baugruppe, die in einem "steer-by-wire"-System eingesetzt werden kann und die die gewohnte Erfahrung mit einem mechanisch gekoppelten Lenksystem nachbildet, indem es dem Fahrer erlaubt wird, das Lenkrad um mehr als 360 Grad in jede Richtung zu drehen, das aber einen Mechanismus zur Beschränkung der Umdrehung enthält, der verhindern kann, dass das Lenkrad über einen Punkt hinaus gedreht wird, wo eine weitere Umdrehung sich nicht mehr auf die Auslenkung der Räder auswirkt. Dieser Umdrehungs-Beschränkungs-Mechanismus soll auch leicht zu fertigen sein und in die Lenksäulen-Baugruppe integriert sein, ohne mit dem "steer-bywire"-Sensor oder anderen Komponenten in Konflikt zu geraten.

Zusammenfassung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Lenksäulen-Baugruppe mit Umdrehungs-Beschränkung, die eine Lenksäule, die um ihre Achse drehbar ist, und eine erste mit der Lenksäule drehbare Scheibe aufweist. Die erste Scheibe definiert eine erste spiralförmige Bahn, die ein inneres und ein äußeres Ende besitzt. Die Erfindung weist weiterhin eine zweite Scheibe auf, die so angeordnet ist, dass sie eine Drehbewegung der ersten Scheibe relativ zur zweiten Scheibe erlaubt. Die zweite Scheibe definiert eine zweite spiralförmige Bahn, die ein inneres und ein äußeres Ende besitzt. Die Scheiben sind so angeordnet, dass ein Abschnitt der ersten Bahn axial über einem Abschnitt der zweiten spiralförmigen Bahn liegt, und dabei einen Kreuzungspunkt definiert. Die erste spiralförmige Bahn verläuft vom Kreuzungspunkt zum inneren Ende der ersten spiralförmigen Bahn in eine erste Richtung, und die zweite spiralförmige Bahn verläuft von dem Kreuzungspunkt zum inneren Ende der zweiten spiralförmigen Bahn in einer zweiten Richtung, die verschieden ist von der ersten Richtung. Ein Gleit-Element ist am Kreuzungspunkt angeordnet, und es ist verschiebbar entlang der ersten Bahn und der zweiten Bahn. Das Gleit-Element, die erste spiralförmige Bahn und die zweite spiralförmige Bahn arbeiten zusammen, um eine Drehung zwischen einem ersten Stopp zu erlauben, wo das Gleit-Element sich am inneren Ende der ersten Bahn und am inneren Ende der zweiten Bahn befindet, und einem zweiten Stopp, wo das Gleit-Element sich am äußeren Ende der ersten Bahn und am äußeren Ende der zweiten Bahn befindet.
In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 einen Ausschnitt aus dem Innenraum eines Fahrzeugs einschließlich einer Lenksäulen-Baugruppe mit Umdrehungs- Beschränkung in Einklang mit der Erfindung,
Fig. 2 eine Querschnitts-Ansicht einer Lenksäulen-Baugruppe mit Umdrehungs-Beschränkung, wie in Fig. 1 gezeigt,
Fig. 3 eine Draufsicht auf eine Scheibe aus Fig. 2 entlang der Linie 3-3 in Richtung der Pfeile, die Elemente der Lenksäulen-Baugruppe mit Umdrehungs-Beschränkung zeigen in einer Orientierung ohne Dreheinschlag der Räder, also Geradeaus-Lauf,
Fig. 4 eine Draufsicht ähnlich Fig. 3 mit der Orientierung am Anschlag der Drehbewegung für eine Linkskurve, und
Fig. 5 eine Draufsicht ähnlich wie in Fig. 3 mit der Orientierung am Anschlag der Drehbewegung für eine Rechtskurve.

Detaillierte Beschreibung einer bevorzugten Ausführung

In den Fig. 1 und 2 ist eine Lenksäulen-Baugruppe 10 mit Umdrehungs- Beschränkung in einem Fahrzeug mit "steer-by-wire"-Lenksystem dargestellt, entsprechend einer bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung. Die Baugruppe 10 enthält eine Lenksäule 12, die um eine Drehachse 14 drehbar ist. Ein Lenkrad 11 ist an einem Ende der Lenksäule 12 innerhalb des Fahrzeug - Innenraums montiert, so dass der Fahrer dieses zur Steuerung des Fahrzeugs verwenden kann. Die Lenksäulen-Baugruppe 10 ist am Chassis des Fahrzeugs in einer Aufhänge-Vorrichtung (nicht gezeigt) gelagert, die die Lenksäule 10 mit dem Fahrzeug verbindet. Die Baugruppe 10 kann zusätzlich nicht gezeigte Komponenten aufweisen, die während des Fahrens vom Fahrer gebraucht werden, einschließlich eines Mechanismus zur Betätigung der Gangschaltung oder eines Mechanismus für das Fahrtrichtungs-Signal, ebenso wie Kabelverbindungen für zusätzliche Funktionen, einschließlich Cruise-Control und Hupe. Es ist ein Vorteil des Mechanismus zur Umdrehungs-Beschränkung nach der vorliegenden Erfindung, dass er in Lenk-Baugruppen eingebaut werden kann, ohne Änderungen an der Lagerung bzw. Befestigung oder anderen Komponenten erforderlich zu machen.
In einer bevorzugten Ausführung erzeugt ein Sensor 16, der auf der Lenksäule 12 montiert ist, ein elektrisches Signal entsprechend der Rotationsbewegung der Lenksäule. Wie es in mechanisch verbundenen Lenksystemen üblich ist, lenkt die Umdrehung des Lenkrads im Uhrzeigersinn die Räder des Fahrzeugs in Richtung einer Rechtskurve, während die Umdrehung im Gegenuhrzeigersinn die Räder zur Linkskurve hin bewegt. Ein bevorzugter Sensor erzeugt ein Signal, das abhängig ist vom Winkel und dem Drehmoment, mit dem die Lenksäule gedreht wird. Während in der bevorzugten Ausführung diese Erfindung in einem "steer-by-wire"-System angewendet wird, ist sie auch anwendbar in mechanisch gekoppelten Lenksystemen, um die Umdrehung der Lenksäule zu beschränken, ohne auf mechanische Beschränkungs-Elemente bzw. Anschläge an den Rädern oder anderswo angewiesen zu sein, einschließlich dem Einsatz in Fahrzeugen mit Servo-Lenkung, um dort die Drehbewegung der Lenksäule zu beschränken, da sonst das Servolenkungs-System beschädigt werden könnte oder auch die Wirkung dieses Systems gestört werden könnte.
In Fig. 2 enthält die Baugruppe 10 einen Mechanismus 20 zur Umdrehungs-Beschränkung entsprechend der vorliegenden Erfindung. In dieser Ausführung ist der Mechanismus 20 zwischen dem Lenkrad 11 und dem Sensor 16 angeordnet, er kann aber in jeder geeigneten Anordnung eingebaut werden, einschließlich der Position am Ende der Lenksäule 12 gegenüber dem Lenkrad 11 mit dem Sensor zwischen diesen. Der Mechanismus 12 enthält ein Gehäuse 22, das an einem Teil des Chassis des Fahrzeugs 24 befestigt ist und so um die Lenksäule 12 herum angeordnet ist, dass die Lenksäule relativ zum Gehäuse drehbar ist. Es ist eine Funktion der bevorzugten Ausführung, dass der Mechanismus zur Umdrehungs-Beschränkung kompakt ist und nur einen beschränkten Raum in axialer Richtung um die Lenksäule herum benötigt, so dass sein Platzbedarf mit den Aufhängungs- Vorrichtungen und/oder mit anderen Komponenten der Lenksäulen-Baugruppe vereinbar ist. Alternativ kann der Mechanismus 20 an einer Lagerung der Lenksäule 12 angebracht sein und/oder kann er die Lenksäule 12 innerhalb des Fahrzeugs lagern und zusätzlich deren Drehung ermöglichen.
Der Mechanismus 20 weist eine erste drehbare Scheibe 26 und eine zweite fest angeordnete Scheibe 28 auf, die im Gehäuse 22 um die Lenksäule 12 herum angeordnet sind. Die Scheibe 26 ist an der Lenksäule 12 befestigt, und sie dreht sich in Verbindung mit der Lenksäule um die Achse 14 frei innerhalb des Gehäuses 22. Die Scheibe 26 besitzt eine Oberfläche 30, die senkrecht bzw. rechtwinklig zur Achse 14 steht und der Scheibe 28 gegenüber liegt. Entsprechend der vorliegenden Erfindung ist eine spiralförmige Bahn 32 durch eine Rille in der Oberfläche 30 definiert. Die Scheibe 28 ist im Gehäuse 22 fest montiert. Sie enthält eine Oberfläche 34, die senkrecht bzw. rechtwinklig angeordnet ist zu Achse 14 und der Oberfläche 30 gegenüber liegt. Die Scheibe 28 weist weiterhin eine Rille auf, die eine spiralförmige Bahn 36 definiert. (Kugel-) Lager 38 sind zwischen der Oberfläche 30 und der Oberfläche 34 angeordnet, um die Drehung der ersten Scheibe 26 relativ zur zweiten Scheibe 28 zu ermöglichen. Ein Kugellager 40 ist zwischen der Lenksäule 12 und der zweiten Scheibe 20 angeordnet, um die Drehbewegung der Lenksäule relativ zur feststehenden Scheibe zu ermöglichen. Ein Gleit- Element 42, das in der bevorzugten Ausführung ein Kugellager ist, ist in den Bahnen 32 und 36 angeordnet, um die Drehbewegung der rotierbaren Scheibe 26 relativ zur feststehenden Scheibe 28 zu beschränken und dadurch die Drehbewegung der Lenksäule 12 um die Achse 30, wie hier diskutiert, zu beschränken.
Fig. 3 zeigt eine Draufsicht der Oberfläche 34 der Scheibe 28 mit der spiralförmigen Bahn 36 um die Achse 14 herum. Die Bahn 32 besitzt eine substanziell konstante Breite um die Mittellinie 44 herum, und sie verläuft im Uhrzeigersinn zwischen dem inneren Ende 46, das beim Radius R1min lokalisiert ist, und dem äußeren Ende 48 beim Radius R1max. Hier wird Bezug genommen auf den Radius, der dem Abstand zwischen der Achse 14 und der Mittellinie 44 entspricht. In dieser Ausführung ist die Winkel-Auslenkung zwischen dem inneren Ende und dem äußeren Ende 540 Grad. Die Bahn 36 verläuft vom inneren Ende zum äußeren Ende in einer ersten Richtung, die in der beschriebenen Ausführung im Uhrzeigersinn ist. Die Bahn 32 ist bevorzugt spiralförmig und, im speziellen, eine Archimedische Spirale. Dabei wird verwendet, dass eine Archimedische Spirale eine Spirale ist, worin die Änderung des Radius R pro Winkelgrad, ΔR/Δθ, ein konstanter Wert ist.
Die rotierbare Scheibe 26 enthält eine Bahn 32 auf der Oberfläche 30, die in der Draufsicht bevorzugt in der Form identisch ist mit der Bahn 36, aber sie ist so orientiert, dass sie der Oberfläche 34 der Scheibe 28 gegenüber liegt. Entsprechend Fig. 3 ist der Verlauf der Bahn 32 gezeigt in Phantom-Linien (gestrichelt), die auf die Scheibe 28 auf projiziert sind. Genauso wie Bahn 36 hat die Bahn 32 substanziell Rillen konstanter Breite um eine Mittellinie 50 herum, ein inneres Ende 52 bei einer Radius R2min von der Achse 14, und ein äußeres Ende 54 bei einem Radius R2max von der Achse 14, wobei der Radius R2 min gleich R1min und R2max gleich R1max ist. Im Gegensatz zur Bahn 36 verläuft die Bahn 32 vom inneren Ende 52 zum äußeren Ende 54 in der entgegengesetzten Richtung von Bahn 36, das heißt im Uhrzeigersinn in Fig. 3. Als Ergebnis der gegenüberliegenden Positionierung gibt es eine Überlappung eines beschränkten Ausschnitts der Bahnen, so dass ein Kreuzungspunkt geformt wird, obwohl die Bahnen 32 und 36 in ihrer Form identisch sind. Ein Abschnitt der ersten Bahn 32 fällt koaxial mit einem Abschnitt der zweiten Bahn 36 zusammen. Das Gleit-Element 42 ist am Kreuzungspunkt lokalisiert, wo Bahn 32 und Bahn 36 überlappen. In dieser Ausführung ist der Winkelabstand zwischen dem inneren Ende S2 und dem äußeren Ende 540 Grad. Bahn 36 ist bevorzugt eine spiralförmige Bahn und noch genauer eine Archimedische Spirale identisch mit Bahn 32.
In Fig. 3 ist die Kombination von Bahn 32, Bahn 34 und Gleit-Element 42 in einer Position des Nicht-Drehens gezeigt, entsprechend einer Geradeaus- Richtung des Fahrzeugs, wobei die Räder des Fahrzeugs so orientiert sind, dass sie geradeaus nach vorn ohne Kurveneinschlag orientiert sind. In dieser Position kann der Fahrer das Lenkrad frei in eine Richtung mit dem oder gegen den Uhrzeigersinn drehen, um die Richtung des Fahrerzeugs zu ändern. Um nach links zu fahren, dreht der Fahrer das Lenkrad 11 gegen den Uhrzeigersinn, um die Lenksäule 12 zu drehen. Der Sensor 16 erfasst die Drehung der Lenksäule 12 und erzeugt ein elektrisches Signal, um die Räder des Fahrzeugs entgegen dem Uhrzeigersinn auszulenken, entsprechend der Richtung für eine Linkskurve des Fahrzeugs. Die Drehung der Lenksäule 12 dreht die Scheibe 26 relativ zuvor Scheibe 28. Die Drehung der Scheibe 26 ändert die Position des Kreuzungspunkts, an dem die Bahnen 32 und 36 überlappen. Das Gleit-Element 42 gleitet entlang den Bahnen 32 und 36 im Kreuzungspunkt.
Fortgesetzte Drehung des Lenkrads durch den Fahrer ist möglich, bis die Scheiben entsprechend Fig. 4 gestellt sind. In dieser Orientierung befindet sich das Gleit-Element am inneren Ende 46 der Bahn 32 und am inneren Ende 52 der Bahn 36, und es ist nicht möglich, dass es weiter entlang der Bahn gleitet. Dadurch, dass das Gleit-Element an den inneren Enden in dieser Weise gefangen ist, kann sich die Lenksäule 12 nicht weiter in Gegenuhrzeigersinn drehen, und der Fahrer kann das Lenkrad nicht weiter in diese Richtung bewegen. Dementsprechend stellt die Positionierung in Fig. 4 den ersten Stopp dar, der die äußerste, nach links gerichtete Drehbewegung des Lenkrads verkörpert. Während das Lenkrad an weiterer Drehung im Gegenuhrzeigersinn gehindert ist, kann es frei im Uhrzeigersinn durch den Fahrer gedreht werden, um das Lenkrad und dadurch auch die Räder des Fahrzeugs in die Orientierung von Fig. 3 entsprechend der Geradeausfahrt zu bringen.
In ähnlicher Weise führt der Fahrer mit der Lenksäule aus der neutralen Position in Fig. 3 eine Rechtskurve durch, indem er das Lenkrad 11 im Uhrzeigersinn dreht, und die Lenksäule 12 entsprechend rotiert. Der Sensor 16 erfasst die Drehung im Uhrzeigersinn der Lenksäule 12 und erzeugt ein elektrisches Signal, das die Räder des Fahrzeugs in Uhrzeigersinn verstellt und die Fahrtrichtung des Autos zur Rechtskurve verändert. Die Umdrehung der Lenksäule 12 dreht die Scheibe 26 relativ zur Scheibe 28 und ändert die Position des Kreuzungspunkts, wo die Bahnen 32 und 36 überlappen. Das Gleit-Element 42 gleitet entlang den Bahnen 32 und 36, um am Kreuzungspunkt lokalisiert zu bleiben. Fortgesetzte Umdrehung des Lenkrades ist dem Fahrer solange möglich, bis die Scheiben in der Position angekommen sind, die in Fig. 5 gezeigt ist. In dieser Orientierung ist das Gleit-Element 42 eingefangen zwischen dem äußeren Ende 48 der Bahn 32 und dem äußeren Ende 54 der Bahn 36 und es ist nicht möglich, dass es weiter entlang der Bahnen gleitet. Auf diese Weise wird verhindert, dass die Lenksäule 12 sich weiter im Uhrzeigersinn dreht, und der Fahrer kann dementsprechend das Lenkrad nicht weiter im Uhrzeigersinn drehen. Dementsprechend stellt die Positionierung in Fig. 4 eine zweite Stopp-Position dar, die der äußersten Auslenkung des Lenkrads für eine Rechtskurve entspricht. Während das Lenkrad an weiterer Drehung im Uhrzeigersinn gehindert ist, kann es frei im Gegenuhrzeigersinn durch den Fahrer gedreht werden, um das Lenkrad und dadurch auch die Räder des Fahrzeugs in die Orientierung von Fig. 3 entsprechend der Geradeausfahrt zu bringen.
Die gesamte Umdrehung, die dem Fahrer des Fahrzeugs möglich ist, von der Position der äußersten Linkskurve wie in Fig. 4 bis zur Position der äußersten Rechtskurve wie in Fig. 5 ist ungefähr 1080 Grad. Dementsprechend erlaubt es die vorliegende Erfindung dem Fahrer, das Lenkrad um mehr als 360 Grad von der neutralen Position in jede Richtung zu drehen, im Uhrzeigersinn oder gegen den Uhrzeigersinn, entsprechend einer gesamten Winkel-Drehung von mehr als 720 Grad zwischen dem ersten und dem zweiten Stopp.
In alternativen Ausführungen der vorliegenden Erfindung kann die Breite der Bahn 32 und/oder der Bahn 36 variiert werden, um die Rückkopplungs- Kraft zu simulieren, die normalerweise in einem mechanisch gekoppelten Lenksystem empfunden wird. Durch Erhöhung oder Verringerung der Breite der spiralförmigen Bahn kann ein Ingenieur die Reibung, der das Gleit- Element 42 ausgesetzt ist, erhöhen oder verringern, so dass der Fahrer während des Lenkprozesses zunehmend oder abnehmend Widerstand spürt. Obwohl die bevorzugte Ausführung die Bahnen 32 und 36 als spiralförmig beschreibt, und noch mehr bevorzugt als Archimedische Spiralen, kann alternativ die Form der Bahnen auch elliptische oder parabolische Spiralen darstellen. Obwohl die bevorzugte Ausführung die Bahnen 32 und 36 als Rillen beschreiben, zwischen denen ein sphärisches Gleit-Element sich bewegt, können darüber hinaus in alternativen Ausführungen die Bahnen Schlitze sein, die durch die Scheiben verlaufen, und das Gleit-Element kann ein zylindrischer Stab sein, der axial an den Kreuzungspunkten der Schlitze positioniert ist.
Die Erfindung stellt eine Lenksäulen-Baugruppe dar, die es dem Fahrer erlaubt, das Lenkrad zur Steuerung des Fahrzeugs frei zu drehen, dabei aber eine weiter gehende Drehung des Lenkrads verhindert, wenn eine solche weiter gehende Drehbewegung nicht erwünscht oder nicht effektiv ist. Dies wird erreicht durch mechanische Stopps, die die Rückkopplung zum Fahrer herstellen und gegen Schaden an anderen Komponenten der Lenksäulen-Baugruppe schützen, die sonst durch Übersteuerung verursacht werden könnten. Das kompakte Design und die minimale Anzahl von Elementen der Baugruppe erhöhen die Verfügbarkeit des Raumes innerhalb des Fahrzeugs.
Es wird bevorzugt, dass die mechanischen Stopps so lokalisiert sind, dass sie zu den äußeren maximalen Lenkausschlägen der Fahrzeug-Räder korrespondieren, so dass sie dem minimalen Wendekreisradius des Fahrzeugs entsprechen. Optional und/oder zusätzlich können die mechanischen Stopps so positioniert sein, dass sie relevant werden, bevor das Fahrzeug seinen minimalen Wendekreis erreicht, um den Fahrer zu warnen, dass der minimale Wendekreis bevorsteht. Alternativ können die mechanischen Stopps so lokalisiert sein, dass sie nach dem Erreichen des minimalen Wendekreises erkannt werden, um dem Fahrer das Gefühl zu geben, mit einem Fahrzeug mit mechanisch gekoppelter Lenkung zu fahren. Trotzdem ist das einfache Design der vorliegenden Erfindung leicht zu warten und es bietet wertvolle Rückkopplung über die Fahrsituation für die Fahrer von Fahrzeugen die mit "steer-by-wire"-Lenksystemen ausgerüstet sind.
Obwohl in der bevorzugten Ausführung die vorliegende Erfindung für den Gebrauch mit einem "steer-by-wire"-System in einem Fahrzeug beschrieben ist, ist sie auch einsetzbar in mit mechanisch gekoppelten Lenksystemen ausgerüsteten Fahrzeugen, um die Umdrehung der Lenksäule zu beschränken, ohne von den (Rückkopplungen von den) Rädern des Fahrzeugs abhängig zu sein. Weiterhin kann es auch in Fahrsimulatoren angewendet werden, die eine Lenksäule verwenden, um Eingangs-Signale für ein die Fahr-Situation nachbildendes Computerprogramm zu erzeugen.
Wie jeder Fachmann aus der vorangehenden detaillierten Beschreibung und aus den Zeichnungen und Patentansprüchen erkennen kann, sind Modifikationen und Abänderungen der bevorzugten Ausführung dieser Erfindung möglich, ohne den Geltungsbereich dieser Erfindung, der in den folgenden Patentansprüchen definiert ist, zu verlassen.

Claims

1. Eine Lenksäulen-Baugruppe (10) mit Umdrehungs-Beschränkung weist auf:
eine Lenksäule (12), die um ihre Achse (14) drehbar ist,
eine erste Scheibe, die mit der Lenksäule (12) drehbar ist, wobei diese erste Scheibe (26) eine spiralförmige erste Bahn (32) definiert mit einem inneren Ende (52) und einem äußeren Ende (54),
eine zweite Scheibe (28), die so angeordnet ist, dass sie eine Drehung der ersten Scheibe (26) relativ zu der zweiten Scheibe (28) erlaubt, wobei die zweite Scheibe (28) eine spiralförmige zweite Bahn (36) definiert mit einem inneren Ende (46) und einem äußeren Ende (48) und mit der ersten Scheibe (26) so angeordnet ist, dass ein Abschnitt der ersten Bahn (32) axial über einem Abschnitt der zweiten Bahn (36) liegt und dabei einen Kreuzungspunkt definiert, und weiterhin so, dass die erste Bahn (32) sich von dem Kreuzungspunkt zum inneren Ende (52) der ersten Bahn (32) in einer ersten Richtung erstreckt und die zweite Bahn (36) sich von dem Kreuzungspunkt zum inneren Ende (46) der zweiten Bahn (36) in einer zweiten Richtung erstreckt, die unterschiedlich ist von der ersten Richtung, und
ein Gleit-Element (42), das an dem Kreuzungspunkt angeordnet ist und entlang der ersten Bahn (32) und der zweiten Bahn (36) verschiebbar ist zwischen einem ersten Stopp, bei dem das Gleit- Element (42) sich am inneren Ende (52) der ersten Bahn (32) und am inneren Ende (46) der zweiten Bahn (36) befindet, und einem zweiten Stopp, bei dem das Gleit-Element (42) sich am äußeren Ende (54) der ersten Bahn (32) und am äußeren Ende (48) der zweiten Bahn (36) befindet.

2. Die Lenksäulen-Baugruppe (10) mit Umdrehungs-Beschränkung gemäß Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste spiralförmige Bahn (32) ein Helicoid ist, und dass die zweite spiralförmige Bahn (36) ebenfalls ein Helicoid ist, der identisch ist zu der ersten spiralförmigen Bahn (32) und der so orientiert ist, dass er der ersten spiralförmigen Bahn (32) gegenübersteht.

3. Die Lenksäulen-Baugruppe (10) mit Umdrehungs-Beschränkung gemäß Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten und zweiten spiralförmigen Bahnen (32, 36) Archimedische Spiralen sind und so orientiert, dass die erste Bahn (32) der zweiten Bahn (36) gegenübersteht.

4. Die Lenksäulen-Baugruppe (10) mit Umdrehungs-Beschränkung gemäß Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste spiralförmige Bahn (32) sich über einen Winkel größer als 360 Grad erstreckt.

5. Die Lenksäulen-Baugruppe (10) mit Umdrehungs-Beschränkung gemäß Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotation der Lenksäule (12) zwischen dem ersten Stopp und dem zweiten Stopp größer ist als 720 Grad.

6. Eine Lenksäulen-Baugruppe (10), die aufweist:
eine Lenksäule (12), die um ihre Achse (14) drehbar ist, eine drehbare Scheibe (26), die an der Lenksäule (12) befestigt ist, wobei diese drehbare Scheibe (26) eine erste spiralförmige Bahn (32) definiert, welche erste spiralförmige Bahn (32) ein Helicoid um die Achse (14) ist, ein inneres Ende (52) aufweist, das sich auf einem inneren Radius befindet, und ein äußeres Ende (54) aufweist, das sich auf einem äußeren Radius befindet,
eine feste Scheibe (28), die auf der Lenksäule (12) gelagert ist, um eine Rotation der rotierbaren Scheibe (26) relativ zu der festen Scheibe (28) zu erlauben, wobei die feste Scheibe (28) eine zweite spiralförmige Bahn (36) definiert, und diese zweite spiralförmige Bahn (36) einen Helicoid um die Achse (14) darstellt, ein inneres Ende (46) aufweist, das sich auf einem inneren Radius befindet, und ein äußeres Ende (48) aufweist, das sich auf einem äußeren Radius befindet, wobei die erste Bahn (32) einen Abschnitt besitzt, der mit einem Abschnitt der zweiten Bahn (32, 36) zusammen fällt, so dass ein Kreuzungspunkt definiert wird, und dass dabei die erste spiralförmige Bahn (32) sich von dem Kreuzungspunkt zum inneren Ende (52) der ersten Bahn (32) in einer ersten Richtung erstreckt und die zweite spiralförmige Bahn (36) sich von dem Kreuzungspunkt zum inneren Ende (46)der zweiten Bahn (36) in einer zweiten Richtung erstreckt, die unterschiedlich ist von der ersten Richtung, und
ein Gleit-Element (42), das sich an dem Kreuzungspunkt befindet und beweglich ist entlang der ersten Bahn (32) und der zweiten Bahn (36),
und wobei das Gleit-Element (42) zusammen mit der ersten Bahn (32) und der zweiten Bahn (36) arbeitet, um eine Rotation der Lenksäule (12) zwischen einem ersten Stopp, bei dem das Gleit-Element (42) sich am inneren Ende (52) der ersten Bahn (32) und am inneren Ende (46) der zweiten Bahn (36) befindet, und einem zweiten Stopp, bei dem das Gleit-Element (42) sich am äußeren Ende (54) der ersten Bahn (32) und am äußeren Ende (48) der zweiten Bahn (36) befindet, zu erlauben.

7. Die Lenksäulen-Baugruppe nach Patentanspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Bahn (32) sich um die Achse (14) zwischen dem inneren und dem äußeren Ende (52, 54) über einen Winkel größer als 360 Grad erstreckt.

8. Die Lenksäulen-Baugruppe nach Patentanspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Bahn (36) sich um die Achse (14) zwischen dem inneren und dem äußeren Ende (46, 48) über einen Winkel größer als 360 Grad erstreckt.

9. Die Lenksäulen-Baugruppe nach Patentanspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die gesamte Winkel-Bewegung der Lenksäule (12) zwischen dem ersten Stopp und dem zweiten Stopp größer ist als 720 Grad.