DE3890516C2

DE3890516C2 - Verstellbares Lenkrad

Info

Publication number: DE3890516C2
Application number: DE3890516A
Authority: DE
Inventors: Hans-Olof Arvidsson
Original assignee: Volvo AB
Current assignee: Volvo AB
Priority date: 1987-06-15
Filing date: 1988-06-13
Publication date: 1998-02-26
Anticipated expiration: 2008-06-14
Also published as: SE8702484L; JPH02503896A; SE8702484D0; WO1988010205A1; SE457871B; US5035446A; JP2647476B2

Description

Die Erfindung betrifft eine Lenkradanordnung, die für Kraftfahrzeuge bestimmt ist und ein Lenkrad umfaßt, eine das Lenkrad tragende Lenksäule, und eine Vorrichtung zur Verstellung der Position des Lenkrades in Richtung der Lenksaule und/oder bezüglich des Winkels, in dem das Lenkrad gegenüber der Lenksaule geneigt ist.

Bisher bekannte Lenkradanordnungen mit verstellbaren Lenkrädern umfassen von Hand betätigte Arretierungsanordnungen und sind derart ausgestaltet, daß die tatsächliche Verstellung der Lenkradposition völlig über die Kraft durchgeführt wird, die seitens des Fahrzeuglenkers dem Lenkrad erteilt wird. Die Verstellung wird somit mittels eines völlig von Hand durchgeführten Vorganges bewirkt, bei welchem der Fahrer zuerst die Arretierung löst, beispielsweise mit Hilfe einer Taste oder eines Betätigungshebels der gleichen Art, wie der für die Betätigung der Richtungsblinkers oder -anzeigers des Fahrzeuges verwendete Hebel. Während die Arretierung gelöst gehalten wird, bewegt oder verschwenkt der Fahrer dann das Lenkrad in die gewünschte Position, worauf er den Betätigungshebel für die Arretierung freigibt, um das Lenkrad in seiner neuen Position zu verriegeln.

Bei dieser Bauart einer Lenkradanordnung ist es schwierig, die Position des Lenkrades während des Fahrens genau einzustellen. Die ineinanderschiebbaren Gelenke und Gelenkhebel, die nötig sind, um eine Einstellung des Lenkrades auf jeweils unterschiedliche Axial- und Winkelstellungen zu gestalten, dürfen keinen zu starken Widerstand gegen die Einstellung aufweisen, sondern müssen "frei ansprechen", was es in Verbindung mit dem Umstand, daß der Betätigungshebel der Arretierung während des gesamten Einstellvorganges "einbehalten" werden muß, schwierig macht, die Idealposition während der Fahrt rasch zu erreichen. Falls der Fahrer beispielsweise wünscht, während der Fahrt seine Arme auszustrecken und daher das Lenkrad in einem geringen Umfang zurückstoßen will, ist das übliche Ergebnis dieses Vorganges, daß das Lenkrad durch den Fahrer mehrere Male vorwärts und rückwärts bewegt wird, bis eine ideale Lenkradposition erreicht ist, was einen Nachteil darstellt und im Hinblick auf die Verkehrssicherheit unerwünscht ist, da die Möglichkeit einer Drehung des Lenkrades bei niedergedrücktem Arretierungshebel sehr begrenzt ist.

Ferner ist aus der DE 36 34 977 A1 eine Anordnung zur Neigung eines Lenkrades bekannt, bei der ein Stellmotor zur Durchführung einer Einstellbewegung des Lenkrades bezüglich eines Winkels zur Lenksäule vorgesehen ist. Dabei besteht die Anordnung im wesentlichen aus der Lenksäule mit einer oberen Welle und dem Lenkrad sowie einem Neigungslager, das schwenkbar auf einem am Fahrzeugkörper befestigten Montagelager sitzt. In Reaktion auf ein elektrisches Signal, beispielsweise ein Öffnen oder Schließen der Fahrertür, wird der Stellmotor eingeschaltet und betätigt das Neigungslager, wodurch das Neigungslager über einen vorbestimmten Winkelbereich in bezug auf das Montagelager geschwenkt wird. Bei einer Unterbrechung der Stromversorgung für den Stellmotor wird die Lenkradanordnung mit einem Verriegelungsmechanismus in einer gewünschten Fahrerposition innerhalb des vorbestimmten Winkelbereichs positioniert und gehalten. Mit einer derartigen Konstruktion ist es jedoch nicht möglich, das Lenkrad in Richtung der Lenksäule zu verstellen. Ferner kann der Einstellvorgang der gewünschten Lenkradposition vom Fahrer nicht während des Fahrens durch eine von ihm in Einstellrichtung ausgeübte Druck- oder Zugkraft eingeleitet oder beendet werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Lenkradanordnung der in der Einleitung dargelegten Art zu schaffen, die leichter einzustellen ist als die bekannten Anordnungen und die es ermöglicht, daß das Lenkrad rasch in verkehrssicherer Weise genau in die vom Fahrer gewünschte Position verstellt wird.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die Merkmale des Anspruchs 1. Insbesondere weist die erfindungsgemäße Lenkradanordnung eine Einrichtung zum Verstellen der Position des Lenkrades in Richtung der Lenksäule und/oder bezüglich eines Winkels zur Lenksäule auf, sowie Einrichtungen zum Erfassen der auf das Lenkrad in Einstellrichtung wirkenden Kraft, die mindestens ein elastisch verformbares Einsatzelement, das mit der Verstelleinrichtung koordiniert ist, und eine Betätigungseinrichtung umfassen, die Teil eines Einschaltkreises bildet, so daß bei Verformung des Einsatzelementes in Abhängigkeit von einer in Einstellrichtung wirkenden Kraft mit vorgegebenem Wert, der Einschaltkreis eingeschaltet und ein Stellmotor der Verstelleinrichtung eingeschaltet wird. Dadurch wird der Stellmotor in einem aktiven Laufzustand gehalten, bis die in Einstellrichtung wirkende Kraft unterhalb des vorgegebenen Wertes liegt. Hierdurch ergibt sich gegenüber den bekannten Lenkradanordnungen der große Vorteil, daß ein Verstellen der Position des Lenkrades in Richtung der Lenksäule und/oder bezüglich eines Winkels zur Lenksäule auch während des Fahrens in einer verkehrssicheren Weise leicht durchführbar ist.

Bei Verwendung der erfindungsgemäßen Anordnung ist es für den Fahrer eines Fahrzeuges nicht notwendig, mit der Verstellung der Position des Lenkrades irgendeine Form einer Arretierung zu lösen oder auszuüben. Was der Fahrer zu tun hat, ist lediglich, eine höhere Druckkraft oder Zugkraft als gewöhnlich in der Verstellrichtung auszuüben. Ist das Lenkrad in die gewünschte neue Position unter Einwirkung des Stellmotors gebracht, so wird der Einstellvorgang beendet, indem der vom Fahrer auf das Lenkrad ausgeübte Druck oder die ausgeübte Kraft entlastet wird. Der Fahrer des Fahrzeuges hat während des gesamten Verstellvorganges eine vollständige Kontrolle des Fahrzeuges.

Die Erfindung wird nunmehr im einzelnen unter Bezugnahme auf ein in den Zeichnungen dargestelltes Ausführungsbeispiel beschrieben; es zeigen:

Fig. 1 eine teilweise im Schnitt dargestellte Seitenansicht einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lenkradanordnung; und

Fig. 2 eine Längsschnittdarstellung des Stellmotors.

In Fig. 1 bezeichnet das Bezugszeichen (1) ein gestrichelt dargestelltes Fahrzeugarmaturenbrett. Unterhalb des Armaturenbrettes ist eine Trägeranordnung (2) für ein allgemein mit (3) bezeichnetes Lenksäulenrohr angebracht. Das Rohr oder der Mantel (3) hat einen Hauptteil (4), der zur axialen Verschiebung in der Trägeranordnung (2) befestigt ist. Zu diesem Zweck umfaßt die Trägeranordnung (2) eine untere Hülse (5), die einen Einsatz (6) aus einem geeigneten reibungsarmen Werkstoff aufweist. Am oberen Ende der Trägeranordnung ist ein Paar Flansche (7) angebracht, die an den jeweiligen Seiten des Hauptteils (4) des Lenksäulenmantels nach unten vorstehen und die mit Nuten (8) ausgestattet sind, in die axial verlaufende Rippen (9) am Hauptteil (4) des Mantels eingreifen. Der Mantel (3) der Lenksäule umfaßt ferner einen oberen kürzeren Teil (10), der bei (11) schwenkbar am Hauptteil (4) des Mantels befestigt ist, so daß er in der vertikalen Längsebene des Fahrzeuges verschwenkbar ist.

Ein Teil (12) der Lenksäule ist drehbar im Teil (10) des Mantels befestigt und wird in diesem Teil des Mantels gegen eine Axialbewegung gehalten. Das äußere Ende dieses Teils trägt ein Lenkrad (13). Der erwähnte Teil (12) der Lenksäule erstreckt sich in den Hauptteil (4) des Mantels über ein entsprechendes bekanntes Universalgelenk, dessen Schwenkachse mit der Drehachse des Teils (10) des Mantels zusammenfällt. Der Teil (12) der Lenksäule und ein unterer Lenksäulenteil (14), der zur Kopplung mit dem (nicht dargestellten) Lenkgetriebe des Fahrzeuges bestimmt ist, erstrecken sich in eine Hülse (15), die drehbar im Hauptteil (4) des Mantels gelagert, aber darin gegen eine axiale Drehung gehalten wird, und sind jeweils nicht-drehbar aber axial beweglich mit der Hülse (15) mittels einer jeweiligen Keilnutverbindung verbunden, wovon nur die untere Keilnutverbindung (16) dargestellt ist. Die letztgenannte Anordnung dient dazu, beabsichtigte Einstellungen bezüglich der Position des Lenkrades zu gestatten und ferner zu gewährleisten, daß die gesamte Lenkanordnung im Falle eines Aufpralls nachgeben kann.

Die vorausgehend beschriebene Ausführungsform ermöglicht es, am Lenkrad (13) Lageverstellungen zu machen, sowohl in Richtung der Längsachse des Hauptteils (4) des Mantels als auch bezüglich des Winkels des Lenkrades gegenüber dieser Achse. Erfindungsgemäß werden die tatsächlichen Verstellungen mit Hilfe zweier Einstellmotoren (20, 21) durchgeführt, die bei der dargestellten Ausführungsform zwei elektrische Servomotoren sind.

Der Servomotor (20) wird betrieben, um die axiale Verstellung durchzuführen und ist in einem Gehäuse (22) untergebracht, das schwenkbar in der unteren Hülse (5) der Trägeranordnung (2) befestigt ist. Die Betätigungsstange (23) des Servomotors (20) ist mit einem Achszapfen (24) verbunden, der starr zwischen einem Paar Nasen (25) am Hauptteil (4) des Mantels der Lenksäule befestigt ist. Infolgedessen wird, wenn die Betätigungstange (23) axial gegenüber dem Gehäuse (22) bewegt wird, der Mantel (3) der Lenksäule axial gegenüber der Trägeranordnung (2) bewegt und ändert damit den axialen Abstand zwischen dem Lenkrad (13) und dem Armaturenbrett (1). Der maximale Abstand zwischen den jeweiligen Endpositionen des Lenkrades, die strichpunktiert angegeben sind, wird in Fig. 1 mit (A) bezeichnet.

Der Servomotor (21) wird betätigt, um die Winkelverstellungen der Lenkradposition durchzuführen und er ist in einem Gehäuse (26) angebracht, das schwenkbar am Achszapfen (24) befestigt ist. Die Betätigungsstange (27) des Servomotors (21) ist mit einem Achszapfen (28) verbunden, der starr zwischen einem Paar Nasen (29) am rohrförmigen Teil (10) der Lenksäule befestigt ist. Der rohrförmige Teil (10) kann durch Bewegung der Betätigungsstange (27) relativ zum Gehäuse (26) zwischen den strichpunktiert in Fig. 1 dargestellten Winkelpositionen eingestellt werden.

Fig. 2 stellt den Aufbau der Servomotoren (20, 21) näher dar, und ferner schematisch die verwendeten Einrichtungen zum Starten und Anhalten der Motoren. Die jeweiligen Motorgehäuse (22, 26) umfassen einen Elektromotor (30). Die Ausgangswelle der jeweiligen Motoren trägt ein Zahnrad (31), das in einen Zahnkranz (32) auf einer Mutter eingreift, die auf einem Gewindeabschnitt der jeweiligen Betätigungsstangen (23, 27) sitzt. Die äußeren Enden der jeweiligen Betätigungsstangen sind mit einer Hülse (33) versehen, die an ihrem Außenumfang eine Schulter (34) aufweist, die zwischen ein Paar metallischer Kontakte eines Schalters (35) zum Ein- und Ausschalten ragt, der im elektrischen Schaltkreis angeordnet ist, in der der Motor liegt. Die Hülse (33) an den jeweiligen Betätigungsstangen oder Armen (23, 27) greift an ihrem jeweiligen Achszapfen (24, 28) unter Zwischenschaltung eines federnden Elementes (36) an, das eine Büchse aus elastischem Werkstoff sein kann.

Jeder der Schalter (35) soll jenen Teil begleiten, dessen Position durch seinen jeweiligen Servomotor geändert wird, d. h. die Lenksäulenteile (4, 10), wobei die Betriebsweise der Anordnung wie folgt ist.

Soll die Position des Lenkrades in Axialrichtung geändert werden, so wird eine bezüglich der Lenksäule symmetrische Kraft ausgeübt, wie durch den Pfeil (a) in Fig. 1 angegeben wird. Infolge dieser Kraft wird der Hauptteil (4) des Mantels der Lenksäule, und mit diesem auch der Schalter (35) relativ zur Betätigungsstange (23) bewegt, und somit auch relativ zur Schulter (34) unter Verformung des nachgiebigen oder federnden Elementes (36), die durch den Achszapfen (24) verursacht wird, womit bei Erreichen einer vorgegebenen Kraft mit resultierender Verformung des Elementes (36) der Schalter (35) betätigt wird, um den Servomotor einzuschalten und den Hauptteil (4) des Mantels der Lenksäule in der beabsichtigten Richtung mit nachfolgender Änderung in der Position des Lenkrades zu verschieben. Diese Verstellung der Position des Lenkrades wird solange fortgesetzt, wie die Verformung des federnden Elementes (36) aufrecht erhalten wird, weil der Fahrer die durchgeführten Einstellbewegungen beibehält und die Verformung des Elementes (36) erforderlich ist, damit die Schulter (34) den Schalter (35) betätigt hält. Läßt der Fahrer den Druck oder die Belastung am Lenkrad nach, so daß das federnde Element (36) den Achszapfen (24) in der Hülse (33) zentrieren kann, so wird die Schulter (34) ebenfalls zwischen den Kontakten des Schalters (35) zentriert, wodurch der Strom zum Servomotor unterbrochen und das Lenkrad in der eingestellten Position verriegelt wird. Das Erfordernis für zusätzliche Verriegelungsvorrichtungen kann entfallen, indem Servomotoren einer sich selbst verriegelnden Spindel-Mutter-Bauart verwendet werden.

Soll eine Winkelverstellung an der Position des Lenkrades vorgenommen werden, so wird diesem eine Kraft erteilt, die asymmetrisch gegenüber der Lenksäule ist, wie durch die Pfeile (b) in Fig. 1 angegeben ist. Die Winkelverstellung wird dann mittels der Wirkung des Servomotors (21) durchgeführt, wobei der Ablauf der Vorgänge völlig analog zu den vorausgehend beschriebenen ist.

Es ist offensichtlich, daß es im Rahmen der Erfindung liegt, eine Lenkradanordnung vorzusehen, die nur eine der vorstehend beschriebenen Einstellanordnungen aufweist. Ferner können Servomotoren verwendet werden, die keine elektrischen Servomotoren mit selbstverriegelnder Spindel- und Mutteranordnung sind. Sind die Servomotoren nicht selbstverriegelnd, so ist es erforderlich, getrennte Verriegelungsvorrichtungen vorzusehen, die mit den Servomotoren derart zusammenwirken, daß die Verriegelungsvorrichtungen jeweils gelöst und betätigt werden, wenn die Motoren eingeschaltet und angehalten werden.

Claims

1. Lenkradanordnung für Kraftfahrzeuge mit

- einem Lenkrad (13),
- einer das Lenkrad (13) tragenden Lenksäule,
- einer Einrichtung zum Verstellen der Position des Lenkrades (13) in Richtung der Lenksäule und/oder bezüglich eines Winkels zur Lenksäule, wobei die Verstelleinrichtung mindestens einen Stellmotor (20, 21) zum Durchführen von Einstellbewegungen umfaßt,
- Einrichtungen (34, 35, 36) zum Erfassen der auf das Lenkrad (13) in Einstellrichtung wirkenden Kraft, die dazu dienen, den Stellmotor (20, 21) einzuschalten, wenn die auf das Lenkrad (13) in Einstellrichtung wirkende Kraft einen vorgegebenen Wert erreicht, um den Stellmotor (20, 21) in einem aktiven Laufzustand zu halten, bis die in Einstellrichtung wirkende Kraft unterhalb des vorgegebenen Wertes liegt,
- wobei die Einrichtungen (34, 35, 36) zum Erfassen der auf das Lenkrad in Einstellrichtung wirkenden Kraft mindestens ein elastisch verformbares Einsatzelement (36), das mit dem Stellmotor (20, 21) koordiniert ist, und eine Betätigungseinrichtung (34, 35) umfassen, die Teil eines Einschaltkreises bilden und bei Verformung des Einsatzelementes (36) in Abhängigkeit von der in Einstellrichtung wirkenden Kraft mit vorgegebenen Wert, den Einschaltkreis einschalten, um den Stellmotor (20, 21) zu starten.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lenksäule einen ersten Säulenteil (14) umfaßt, der mit einem Lenkgetriebe verbunden ist, und einen zweiten Säulenteil (12), der mit dem Lenkrad (13) verbunden ist, daß die Säulenteile (12, 14) ineinanderschiebbar miteinander verbunden sind und in einem äußeren Mantel (3) der Steuersäule gelagert werden, der axial relativ zu einem starren Fahrzeugteil, beispielsweise einem Armaturenbrett (1), mittels des Stellmotors (20) bewegt werden kann, und der mit dem Lenkrad (13) verbundene Säulenteil (12) axial relativ zum Mantel der Steuersäule gehalten wird.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Lenksäule (12, 14) in dem äußeren Mantel (3) der Lenksäule angelenkt und gelagert ist, der zwei Teile (4, 10) aufweist, die relativ zueinander in ihrer Winkellage eingestellt werden können und zwischen welchen der Servomotor (21) wirksam ist, um Einstellungen der Winkelpositionen des Lenkrades (13) relativ zur Axialrichtung der Lenksäule durchzuführen.

4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Stellmotor (20, 21) ein elektrischer Servomotor in selbstverriegelnder Spindel- Mutter-Bauart ist.

5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Servomotor (20, 21) eine Betätigungsstange (23, 27) aufweist, die über das elastisch verformbare Element (36) mit jenem Teil des Mantels (4; 10) der Lenksäule verbunden ist, der gegenüber dem Gehäuse des Servomotors beweglich ist, und daß das Betätigungselement (34) zur Betätigung eines Schalters (35), der stationär gegenüber dem beweglichen Teil des Mantels der Lenksäule ist, derart mit der Betätigungsstange (23, 27) verbunden ist, daß das Betätigungselement (34) bei einem gegebenen Verformungszustand des elastisch verformbaren Elementes (36) den Schalter in einen eingeschalteten Zustand bringt.

6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das elastisch verformbare Element ein Buchseneinsatz (36) ist, der sich in einer Hülse (33) befindet, mit der Betätigungsstange (23, 27) verbunden ist und an der eine starre Schulter (34) vorgesehen ist, die als Betätigungselement arbeitet, und daß sich eine mit dem Mantelteil der einstellbaren Lenksäule verbundene Achse (24, 28) durch die Buchse erstreckt.