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Die Erfindung betrifft eine Lenkvorrichtung für ein Kraftfahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Ist ein autonomer Fahrmodus eines autonomen Fahrzeugs aktiviert, so ist es nicht zwingend erforderlich, dass sich eine zum Eingeben eines Lenkwinkels dienende Lenkhandhabe des Fahrzeugs im Zugriffsbereich eines Fahrzeugführers des Fahrzeugs befindet. Somit kann es aus Komfortgründen, oder um dem Fahrzeugführer andere Tätigkeiten zu ermöglichen, zweckmäßig sein, die Position der Lenkhandhabe verstellen zu können.
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Die
WO 2017/060149 A1 beschreibt eine Lenkvorrichtung für ein autonomes Fahrzeug, deren Lenkhandhabe in eine raumsparende, eingeklappte und von einem Fahrersitz wegverschobene Position gebracht werden kann. Nachteilig kann hierbei der Platzbedarf der für die Verstellung der Lenkhandhabe notwendigen Antriebe und Mechaniken sein.
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Das der Erfindung zugrunde liegende Problem besteht darin, die Verstellbarkeit der Lenkhandhabe mit möglichst geringem zusätzlichen Platzbedarf zu realisieren.
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Dieses Problem wird durch die Bereitstellung der Lenkvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Danach wird eine Lenkvorrichtung für ein Kraftfahrzeug bereitgestellt, mit
- - einer um eine Drehachse drehbaren Lenkhandhabe; und
- - einer Verstellanordnung zum Verstellen der Position der Lenkhandhabe, wobei die Verstellanordnung einen Antrieb sowie ein mit dem Antrieb zusammenwirkendes Getriebe umfasst, wobei
- - der Antrieb und/oder das Getriebe in oder an der Lenkhandhabe angeordnet sind.
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Die Lenkhandhabe umfasst beispielsweise ein von einem Fahrer des Fahrzeugs zum Eingeben eines Lenkwinkels betätigbares und insbesondere um die Drehachse rotierbares Betätigungselement; zum Beispiel in Form eines Griffs oder eines (z.B. in konventioneller Weise gestalteten) Lenkradkranzes, der einen zentralen Bereich (zum Beispiel eine Nabe) der Lenkhandhabe zumindest teilweise umläuft. Denkbar ist, dass der Antrieb und/oder das Getriebe in dem Bereich einer Nabe der Lenkhandhabe angeordnet sind.
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Die Verstellanordnung ist insbesondere zum Verstellen der Position der Lenkhandhabe entlang der Drehachse ausgebildet, so dass sich beispielsweise die Höhenposition der Lenkhandhabe verändern lässt. Beispielsweise erlaubt die Verstellanordnung ein stufenloses Verstellen der Position der Lenkhandhabe. Darüber hinaus kann die Drehachse, um die die Lenkhandhabe drehbar ist, mit einer Achse einer (insbesondere der Lenkhandhabe zugeordneten) Lenkwelle der Lenkvorrichtung zusammenfallen.
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Gemäß einer anderen Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Lenkvorrichtung eine erste Arretiervorrichtung zum Arretieren der Lenkwelle und/oder eine zweite Arretiervorrichtung zum Arretieren der Lenkhandhabe.
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Die erste Arretiervorrichtung weist insbesondere ein Arretierelement auf, das aus einer Ausgangsstellung in eine Arretierstellung gebracht werden kann, in der sie die Lenkwelle arretiert, d. h. einer Rotation der Lenkwelle um deren Längsachse entgegenwirkt. Die Arretierung der Lenkwelle mit Hilfe des Arretierelements erfolgt insbesondere form- und/oder kraftschlüssig. Denkbar ist, dass das Arretierelement in der Arretierstellung die Lenkwelle mit einer fahrzeugfesten Komponente koppelt. Beispielsweise handelt es sich bei der Fahrzeugkomponente um ein fahrzeugfestes Stützelement (beispielsweise einer Lenksäule des Fahrzeugs).
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Des Weiteren umfasst die zweite Arretiervorrichtung beispielsweise ebenfalls ein Arretierelement, das aus einer Ausgangsstellung in eine Arretierstellung bewegbar ist. In der Arretierstellung greift das Arretierelement in die Lenkhandhabe oder in eine mit der Lenkhandhabe verbundene Komponente ein und arretiert die Lenkhandhabe. Auch die Arretierung der Lenkhandhabe mit Hilfe des Arretierelements erfolgt insbesondere form- und/oder kraftschlüssig.
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Beispielsweise ist der Antrieb und/oder das Getriebe zumindest teilweise in einem durch die Lenkhandhabe ausgebildeten oder mit der Lenkhandhabe verbundenen Gehäuse untergebracht, wobei das Arretierelement der zweiten Arretiervorrichtung in der Arretierstellung mit dem Gehäuse gekoppelt ist, in dem es beispielsweise in eine Aussparung oder eine Aufnahme des Gehäuses eingreift. Das Gehäuse ist zum Beispiel einstückiger Bestandteil der Lenkhandhabe. Denkbar ist auch, dass das Gehäuse als separates Bauteil der Lenkhandhabe ausgeführt ist. Darüber hinaus kann in dem Gehäuse ein oberes Ende der Lenkwelle (zum Beispiel relativ zu dem Gehäuse und damit zur Lenkhandhabe drehbar) gelagert sein.
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Darüber hinaus ist die Verstellanordnung insbesondere ausgebildet, die Position der Lenkhandhabe entlang der Drehachse zu verstellen, wenn sich die erste Arretiervorrichtung in einer Stellung befindet, in der sie die Lenkwelle nicht arretiert, und sich die zweite Arretiervorrichtung in einer Stellung befindet, in der sie die Lenkhandhabe arretiert.
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Möglich ist auch, dass die erfindungsgemäße Lenkvorrichtung eine Rückstellmomenterzeugungsvorrichtung aufweist, welche bei Betätigung der Lenkhandhabe durch einen Fahrzeugführer des Kraftfahrzeuges ein bestimmtes Gegendrehmoment erzeugt bzw. einstellt. Die Rückstellmomenterzeugungsvorrichtung dient (zum Beispiel, wenn die erfindungsgemäße Lenkvorrichtung Bestandteil eines Steer-by-wire-Lenksystems ist) insbesondere dazu, ein Rückstellmoment zu erzeugen, das einem durch einen Fahrzeugführer über die Lenkhandhabe erzeugten Drehmoment (einer Drehung der Lenkhandhabe) entgegenwirkt. Bei einer Steer-by-wire-Lenkung wird bei einem durch den Fahrzeugführer auf die Lenkhandhabe ausgeübten Drehmoment (Lenkmoment) ein Drehwinkel erzeugt, der über eine Sensorik oder Aktuatorik in einen Lenkwinkel für die zu steuernden Fahrzeugräder (Radlenkwinkel) des Kraftfahrzeugs umsetzbar ist. Das durch den Fahrzeugführer ausgeübte Lenkmoment wird durch Drehung der Lenkhandhabe um eine Achse aufgebracht, welche der Drehachse einer der Lenkhandhabe zugeordneten Lenkwelle entspricht.
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Die Erzeugung eines derartigen Rückstellmoments ist bei Steer-by-wire Lenkungen erforderlich, da die Fahrzeugräder mechanisch von der Lenkhandhabe entkoppelt sind. Ein über die Lenkhandhabe vom Fahrzeugführer eingegebener gewünschter Lenkwinkel wird dabei ausschließlich auf elektrischem Weg an Stellaggregate oder Aktuatoren zur Lenkung der Fahrzeugräder übermittelt. Bei einer Lenkbewegung auf die Räder wirkende Kräfte werden daher nicht unmittelbar an die Lenkhandhabe weitergegeben. Um dem Fahrer dennoch ein Fahrgefühl ähnlich einer konventionellen Lenkung zu vermitteln, werden beispielsweise elektronisch angesteuerte Aktuatoren, etwa in Form von Elektromotoren, zur Erzeugung eines Rückstellmoments verwendet, welches in Größe und Richtung an unterschiedliche Gegebenheiten angepasst werden kann.
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Beispielsweise wirkt aufgrund von drehfesten Verbindungen zwischen dem oben erwähnten Gehäuse und der Lenkhandhabe sowie des Antriebs und des Gehäuses bei einer Kopplung der Lenkwelle mit einer fahrzeugfesten Komponente (etwa in Form eines Stützelements), z.B. mit Hilfe der oben erwähnten ersten Arretiervorrichtung, bei Betrieb des (an dem Gehäuse festgelegten) Antriebs ein Drehmoment auf das Gehäuse und somit auf die Lenkhandhabe, wobei auf diese Weise das vom Fahrzeugführer wahrnehmbare Rückstellmoment erzeugt wird.
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Eine derartige Lenkvorrichtung nutzt für die Funktion der Höhenverstellung der Lenkhandhabe insbesondere Antriebselemente, die der Lenkhandhabe zugeordnet sind und somit insbesondere den Bauraumbedarf innerhalb einer Lenksäule des Fahrzeugs reduzieren. Bevorzugt erfolgt dies (aus Kostengründen) durch die Verwendung von Antriebselementen, welche beispielsweise gleichzeitig auch für die Erfüllung anderer Funktionen vorgesehen sind, wie z.B. Antriebsfunktionen innerhalb einer Rückstellmomenterzeugungsvorrichtung, wie weiter unten erläutert werden wird.
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Denkbar ist, dass der Antrieb und/oder das Getriebe der Verstellanordnung gleichzeitig der Rückstellmomenterzeugungsvorrichtung zugehört (und insbesondere die Funktion der Rückstellmomenterzeugungsvorrichtung übernimmt) oder die Rückstellmomenterzeugungsvorrichtung ausbildet. Insbesondere wird das Rückstellmoment also mit Hilfe des Antriebs und/oder des Getriebes der Verstellanordnung erzeugt.
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Das Getriebe ist beispielsweise als Schneckenradgetriebe ausgebildet und weist ein drehfest mit einer Lenkwelle der Lenkvorrichtung verbundenes Schneckenrad und eine dem Antrieb zugeordnete und insbesondere von dem Antrieb angetriebene und mit dem Schneckenrad in Eingriff stehende Schneckenwelle auf.
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Möglich ist darüber hinaus, dass die Lenkhandhabe mit Hilfe der Verstellanordnung stufenlos zwischen zwei Endpositionen verstellbar ist.
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Die Erfindung betrifft auch ein Steer-by-Wire-Lenksystem mit einer erfindungsgemäßen Lenkvorrichtung. Allerdings ist die Erfindung nicht auf Steer-by-Wire-Lenksysteme beschränkt. Vielmehr kann die erfindungsgemäße Lenkvorrichtung durchaus auch im Rahmen von Lenksystemen, bei denen eine mechanische Verbindung zwischen der Lenkhandhabe und den zu lenkenden Rädern besteht, eingesetzt werden.
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Darüber hinaus betrifft die Erfindung auch ein Fahrzeug mit der erfindungsgemäßen Lenkvorrichtung. Beispielsweise lässt sich die Lenkhandhabe in eine Verwahrposition, insbesondere in einen Unterbringungsraum einer Instrumententafel des Kraftfahrzeuges, hinein bewegen. Denkbar ist zudem, dass die Verwahrposition einer Funktionseinheit innerhalb der Instrumententafel zugeordnet ist. So kann der Unterbringungsraum durch eine innerhalb der Instrumententafel angeordnete Funktionseinheit ausgebildet sein, wobei die Funktionseinheit nach der Aufnahme der Lenkhandhabe in dem Unterbringungsraum ihre Position bezüglich der Instrumententafel ändern kann.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert. Es zeigen:
- 1 eine Lenkvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung in einem ersten Betriebsmodus;
- 2 die Lenkvorrichtung aus 1 in einem zweiten Betriebsmodus;
- 3 die Lenkvorrichtung aus den 1 und 2 nach Verstellung der Position der Lenkhandhabe;
- 4 schematisch eine in einem Fahrzeug montierte Lenkvorrichtung gemäß der Erfindung mit unterschiedlichen Positionen der Lenkhandhabe; und
- 5 die Lenkvorrichtung aus 4 mit der sich in einer Verwahrposition befindlichen Lenkhandhabe.
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Die in 1 dargestellte Lenkvorrichtung 10 für ein Kraftfahrzeug umfasst eine Lenkhandhabe in Form eines Lenkrades 1, das ein Betätigungselement in Form eines eine Nabe 11 umlaufenden Lenkradkranzes 12 aufweist. Über den Lenkradkranz 12 kann von einem Fahrer des Fahrzeugs durch Ausüben eines Drehmoments ein Lenkwinkel eingegeben werden. Beispielsweise ist die Lenkvorrichtung 10 Bestandteil einer Steer-by-wire-Lenkung, bei der in Abhängigkeit von einem über den Lenkradkranz 12 vorgegebenen Lenkwinkel ein Radlenkwinkel erzeugt wird, wie oben bereits erläutert. Der Lenkradkranz 12 ist um eine Achse D drehbar, die mit einer Drehachse einer dem Lenkrad 1 zugeordneten Lenkwelle 2 zusammenfällt.
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Die Lenkvorrichtung 10 umfasst des Weiteren eine Verstellanordnung 3, mit der sich die Position des Lenkrades 1 entlang der Drehachse D verstellen lässt. Das Lenkrad 1 befindet sich in der Darstellung der 1 in einer oberen Endstellung, d.h. in der maximal ausgefahrenen Stellung.
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Die Verstellanordnung 3 weist einen Antrieb 31 (insbesondere in Form eines Elektromotors) auf, der mit einem Getriebe 32 zusammenwirkt. Das Getriebe 32 umfasst wiederum ein Schneckenrad 321, das mit einer von dem Antrieb 31 angetriebenen Schneckenwelle 322 kämmt. Der Antrieb 31, das Schneckenrad 321 und die Schneckenwelle 322 sind zumindest teilweise in einem Gehäuse 13 angeordnet, das drehfest an dem Lenkrad 1 befestigt oder einstückig mit dem Lenkrad 1 verbunden ist. Der Antrieb 31 ist drehfest an dem Gehäuse 13 festgelegt.
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Darüber hinaus ist in dem Gehäuse 13 ein oberes Ende der Lenkwelle 2 gelagert, und zwar relativ zum Gehäuse 13 drehbar. Ein unteres Ende 21 der Lenkwelle 2 weist ein Gewinde 211 auf, wobei das untere Ende 21 in einer Gewindebuchse 20 gelagert, insbesondere mit der Gewindebuchse 20 verschraubt, ist. Die Gewindebuchse 20 ist an einem fahrzeugfesten Halteelement 8 angebracht.
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Die Lenkvorrichtung 10 weist des Weiteren eine erste ansteuerbare Arretiervorrichtung 5 auf, mit der die Lenkwelle 2 arretierbar ist. Insbesondere kann die erste Arretiervorrichtung 5 aus einer Ausgangsposition in die in 1 angedeutete Arretierposition gebracht werden. In der Arretierposition stützt sich die Lenkwelle 2 an einem fahrzeugfesten, insbesondere einer Lenksäule des Fahrzeugs zugehörenden Stützelement 6 gegenüber einer Drehung um seine Achse so ab, dass die Lenkwelle 2 fixiert ist. Obwohl in 1 nicht dargestellt, kann dies auch unter Zwischenschaltung eines elastischen Elementes erfolgen. Des Weiteren kann die Arretiervorrichtung 5 ein (zum Beispiel bolzenartiges) Arretierelement (nicht dargestellt) aufweisen, das in einer Arretierstellung die Lenkwelle 2 mit dem Stützelement 6 koppelt. Zum Bewegen des Arretierelements kann ein in 1 ebenfalls nicht dargestellte Aktuator vorhanden sein.
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Der Antrieb 31 und das Getriebe 32 sind gleichzeitig Bestandteile einer Rückstellmomenterzeugungsvorrichtung 4, mit der bei einer Betätigung das Lenkrad 1 ein Gegendrehmoment erzeugt wird. Die Erzeugung des Gegendrehmoments erfolgt insbesondere nach Arretierung der Lenkwelle 2 mit Hilfe der ersten Arretiervorrichtung 5. Durch die Arretierung der Lenkwelle 2 ist nämlich auch das mit ihr verbundene Schneckenrad 321 fixiert, so dass bei einem Aktivieren des Antriebs 31, d. h. bei einer Rotation der Schneckenwelle 322, ein Drehmoment um die Drehachse D auf den Antrieb 31 und damit auf das mit ihm verbundene Gehäuse 13 und somit auf den Lenkradkranz 12 ausgeübt wird. Dieses Drehmoment kann vom Fahrzeugführer als Gegendrehmoment wahrgenommen werden.
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An dem Stützelement 6 ist darüber hinaus eine zweite, ansteuerbare Arretiervorrichtung 7 angebracht. Die zweite Arretiervorrichtung 7 umfasst ein bolzenartiges Arretierelement 71, das aus einer in 1 gezeigten Ausgangsstellung in eine Arretierstellung bewegt werden kann, insbesondere mit Hilfe eines Aktuators 72 der zweiten Arretiervorrichtung 7. In der Ausgangsstellung ist das Lenkrad 1 drehbar. In der Arretierstellung jedoch greift das Arretierelement 71 in eine entsprechende Aufnahme oder Aussparung des Gehäuses 13 ein, wodurch das Gehäuse 13 und damit das Lenkrad 1 fixiert wird. Dieser Zustand der Lenkvorrichtung 10 ist in 2 dargestellt.
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Gemäß 2 wurde zudem die Arretierung der Lenkwelle 2 mittels der ersten Arretiervorrichtung 5 gelöst, d. h. die erste Arretiervorrichtung 5 oder ihr Arretierelement wurde in die Ausgangsstellung oder jedenfalls aus der Arretierstellung heraus bewegt. Entsprechend ist die Lenkwelle 2 mit Hilfe des Antriebs 31 und des Getriebes 32 rotierbar. Bei einer Rotation der Lenkwelle 2 wird sich ihr unterer Abschnitt 21 abhängig von der Rotationsrichtung der Lenkwelle 2 in die Gewindebuchse 20 hinein- oder aus ihr hinausschrauben. Bei einem Hineinschrauben der Lenkwelle 2 eine Gewindebuchse 20 bewegt sich die Lenkwelle 2 axial nach unten, wobei das Ende 21 der Lenkwelle 2 zunehmend durch eine unterhalb der Gewindebuchse 20 befindliche Durchgangsöffnung des Halteelements 8 hindurch erstreckt. Der Bewegung der Lenkwelle 2 nach unten folgt auch das Gehäuse 13 und damit das Lenkrad 1.
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Das Arretierelement 71 der zweiten Arretiervorrichtung 7 bleibt bei der axialen Bewegung im Eingriff mit dem Gehäuse 13 und verhindert das Mitdrehen des Lenkrads 1 (gilt für beide Rotationsrichtungen). Beispielsweise erstreckt sich das Arretierelement 71 zunehmend in das Gehäuse 13 hinein. In dieser Stellung der ersten und der zweiten Arretiervorrichtung 5, 7 (erste Arretiervorrichtung 5 geöffnet, zweite Arretiervorrichtung 7 in Arretierstellung) kann durch Betrieb des Antriebs 31 also eine Verstellung der Lenkradposition (der Lenkradhöhe) vorgenommen werden. Die Erzeugung des Rückstellmomentes ist bei diesen Stellungen der ersten und zweiten Arretiervorrichtung 5, 7 jedoch nicht mehr möglich.
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Es wird angemerkt, dass die in den 1 und 2 gezeigte und oben beschriebene Ausführung der ersten und zweiten Arretiervorrichtung 5, 7 lediglich beispielhaft bzw. symbolhaft zu verstehen ist. Die Verwendung anderer Ausführungen der ersten und zweiten Arretiervorrichtung, die die gleichen Funktionen realisieren, sind ebenso möglich. Eine geeignete Arretiervorrichtung umfasst beispielsweise mindestens einen ansteuerbaren Aktuator und ein mit dem Aktuator beaufschlagbares (insbesondere aus einer Ausgangs- in eine Arretierstellung und umgekehrt bewegbares) Arretierelement. Die Arretierung der Lenkwelle oder der Lenkhandhabe erfolgt insbesondere form- und/oder kraftschlüssig.
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3 zeigt das Lenkrad 1 in einer unteren Endposition. Denkbar ist auch, dass die Höhenposition H des Lenkrads 1 durch Rotation der Lenkwelle 2 um ihre Drehachse (angedeutet durch den Doppelpfeil R) stufenlos in jede Position zwischen einer oberen und der unteren Endpositionen gebracht werden kann. Damit ist die erfindungsgemäße Verstellanordnung auch für eine komfortbedingte Höhenverstellung zur Anpassung zum Beispiel an die körperlichen Gegebenheiten des Fahrzeuginsassen nutzbar.
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Ergänzend wird darauf hingewiesen, dass die durch die vorstehend beschriebene Verstellanordnung 3 (umfassend den Antrieb 31 und das Getriebe 32) gleichzeitig realisierte Rückstellmomenterzeugungsvorrichtung 4 zur Verwendung sowohl mit einem Kraftsensor als auch einem Wegsensor zur Bestimmung eines zu erzeugenden Rückstellmoments geeignet ist. Beispielsweise lässt sich auf der Grundlage einer bekannten Weg-Kraft-Kennung ein Ausmaß einer Lenkbewegung (insbesondere einem Lenkwinkel) dem durch den Antrieb 31 zu erzeugenden Rückstellmoment zuordnen, das der Lenkbewegung des Fahrers entgegenwirkt. Die erfindungsgemäße Lenkvorrichtung und insbesondere ihre Verstellanordnung ist zur Verwendung mit jedweder Sensoranordnung geeignet, die Rückschlüsse auf die Größe einer Lenkbewegung an der Lenkhandhabe oder eines Lenkdrehmoments gestatten.
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In 4 ist das Lenkrad 1 in verschiedenen Position A, B, C relativ zu einer Instrumententafel 9 des Fahrzeugs dargestellt. Die Position A ist eine obere Endposition des Lenkrads 1, während die Position C eine untere Endposition des Lenkrads 1 darstellt, in der sich das Lenkrad 1 weiter entfernt von einem Fahrzeuginsassen 30 befindet. Für den Fall, dass das Fahrzeug autonom gesteuert werden soll, ist der unteren Endposition C (Verwahrposition) innerhalb der Instrumententafel 9 ein Unterbringungsraum 91 zugeordnet, in den das Lenkrad 1 hinein bewegbar ist und in dem es sich in der unteren Endposition C befindet.
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5 bezieht sich auf eine weitere Anwendung für ein autonom gesteuertes Kraftfahrzeug, wonach das Lenkrad 1 einer Funktionseinheit 90 zugeordnet ist, deren Position bezüglich der Instrumententafel 9 veränderbar, bevorzugt schwenkbar, ist. Beispielsweise ist der Unterbringungsraum 91 Bestandteil der Funktionseinheit 90 und wird insbesondere (zum Beispiel zusammen mit dem in ihm verstauten Lenkrad 1) mit der Funktionseinheit 90 mitbewegt.
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Somit kann die Funktionseinheit
90 verschwenkt werden, wenn sich das Lenkrad
1 in dem Unterbringungsraum
91 befindet; insbesondere, um dem Fahrzeuginsassen
30 weitere Funktionen bereitzustellen; zum Beispiel ist nach dem Verschwenken der Funktionseinheit
90 ein Display und/oder eine Tastatur (nicht dargestellt) der Funktionseinheit
90 dem Fahrzeuginsassen
30 zugänglich. Bezüglich der Funktionseinheit
90 wird auf die
DE 10 2018 210 924 A1 verwiesen, auf die insofern ausdrücklich Bezug genommen wird. Es wird zudem darauf hingewiesen, dass in den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen anstelle des Lenkrads
1 natürlich auch eine anders gestaltete Lenkhandhabe verwendet werden kann.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 2017/060149 A1 [0003]
- DE 102018210924 A1 [0038]
