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Die
Erfindung betrifft eine verbesserte Lenkungsanordnung für ein Straßenfahrzeug,
beispielsweise für
einen Personenkraftwagen. Insbesondere betrifft sie eine Lenkungsanordnung
vom elektrischen Servolenkungstyp (EPAS).
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EPAS
Anordnungen umfassen einen Elektromotor, der über ein Getriebe und optional über eine
Kupplung wirkt, um ein Hilfsdrehmoment an eine Lenkwelle eines Fahrzeuges
anzulegen. Der Fahrer dreht das Lenkrad, indem er ein Drehmoment
auf ein Lenkrad aufbringt, das auf die Lenkwelle übertragen wird.
Das durch den Motor angelegte Hilfsdrehmoment wirkt so, dass es
den Fahrer beim Drehen des Lenkrades unterstützt, was die zum Steuern des Fahrzeuges
erforderliche Kraft reduziert.
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Die
Lenkwelle und der Motor müssen
während
des normalen Betriebs des Fahrzeuges in einer festen Position präzise zueinander
gehalten werden. Jedoch ist es bei einem Unfall, der zu einer schnellen Verzögerung des
Fahrzeuges führt,
wünschenswert, dass
die Lenkungsanordnung kollabiert, was dem Lenkrad ermöglicht,
sich unter dem Gewicht des Fahrers in Richtung Fahrzeugfront zu
bewegen. Dies wurde in der Vergangenheit auf viele Arten erreicht. Bei
einer Anordnung ist die Lenkwelle als ein einziges Bauteil mit Schwachstellen
entlang ihrer Länge hergestellt,
was ihr erlaubt, axial durch eine kontrollierte Deformation zu kollabieren,
während
eine Kraft auf das Lenkrad aufgebracht wird. Bei einer Alternative
ist es bekannt, eine zweiteilige Lenkwelle vorzusehen, bei der ein
Teil axial über
das andere gleitet, während
eine Kraft auf das Lenkrad aufgebracht wird.
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Nicht
nur soll die Lenkwelle kollabieren dürfen, ebenso essenziell ist
es, der Abdeckung, die die Welle umschließt und stützt, zu erlauben, dass sie kollabiert.
Ein Beispiel einer solchen Anordnung wird in unserer früheren Anmeldung
GB 9716747.2 gelehrt. Bei
der in dieser Anmeldung beschriebenen Anordnung wird die Abdeckung
in zwei Abschnitten bereitgestellt, wobei ein Abschnitt in den anderen
gleitet. Um die Lenkwelle zu lagern, weist der untere Abschnitt
(der am weitesten vom Lenkrad entfernt ist) zwei ringförmige Lager
auf, die die Lenkwelle an voneinander beabstandeten Stellen stützen.
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Bei
einigen Anwendungen, typischerweise bei höherwertigen Fahrzeugen, ist
es auch wünschenswert,
dass das Lenkrad sowohl bezüglich
der Höhe
als auch der Reichwei te einstellbar ist. Die Reichweiteneinstellung
erfordert eine axiale Bewegung des Lenkrades vom Fahrer weg oder
zu ihm hin. Ein solcher Einstellungsbereich erlaubt dem Fahrer,
eine komfortablere Fahrposition einzunehmen. Dies verkompliziert
die Konstruktion der Lenkungsanordnung weiter.
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In
vielen Fällen
ist häufig
ein sehr begrenzter Platz vorhanden, innerhalb dessen die kollabierbare Anordnung
angeordnet werden kann. Zumindest ein Teil dieses Platzes kann vom
Elektromotor und dessen Gehäuse
eingenommen werden, was das Vorsehen eines adäquaten Aufprallschutzes zu
einer anspruchsvolleren Herausforderung als bei einem herkömmlicheren
Lenkungssystem ohne Servounterstützung
macht.
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Gemäß dem Dokument
DE 196 43 203 A1 wird
eine Lenkungsanordnung für
ein Fahrzeug bereitgestellt, mit:
einem hohlen Führungsabschnitt,
einer
sich durch den Führungsabschnitt
erstreckenden Lenksäule,
einem
Klemmmechanismus mit einem Griff und
einer Halterung, die an
dem Fahrzeug befestigt zu werden vermag,
bei der der Klemmmechanismus
ein Paar profilierter Teile aufweist, die derart geformt sind, dass
sie eine Drehbewegung des Griffs in eine Linearbewegung eines Abschnitts
des Klemmmechanismus umsetzen, der dazu verwendet wird, den Führungsabschnitt
an der Halterung festzuklemmen und diesen zu lösen, wodurch bei einer Drehung
des Griffs in eine erste Richtung der Mechanismus den Führungsabschnitt an
der Halterung festklemmt und bei einer Drehung des Griffs in eine
zweite entgegengesetzte Richtung löst.
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Dies
schafft eine Lenkungsanordnung, die an ein Fahrzeug geklemmt und
von diesem gelöst werden
kann, so dass beispielsweise ihre Position relativ zum Fahrzeug
geändert
werden kann.
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Gemäß einem
ersten Aspekt der Erfindung stellen wir eine Lenkungsanordnung für ein Fahrzeug bereit,
bei der vorteilhafterweise sowohl die Klemmkraft als auch die Lösekraft
durch Drehung der profilierten Teile statt der Verwendung irgendeiner
anderen Einrichtung zum Erzeugen einer Kraft erzeugt wird. Die Kraft
wird somit unmittelbar durch den den Griff drehenden Benutzer gesteuert.
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Vorteilhaft
umfasst das Paar profilierter Teile ein erstes und ein zweites Gewindeelement,
wobei das zweite Gewindeelement mit einem zum ersten Gewindeelement
komplementären
Gewinde versehen ist. Vorteilhaft bewirkt die Drehung (typischer weise
in die zweite Richtung) des Griffs eine Drehung des ersten Gewindeelements,
das dann durch die Gewindewirkung gezwungen ist, sich linear zu
bewegen.
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Bei
einer vorteilhaftesten Ausführungsform sind
die Gewindeelemente mit einem Schnellgewinde versehen. Mit Schnellgewinde
meinen wir ein Gewinde mit einer großen Steigung wodurch der Klemmmechanismus
durch eine relativ kleine Drehbewegung des Griffs gelöst werden
kann.
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Bei
einer alternativen Ausführungsform
umfasst das Paar profilierter Teile ein erstes und ein zweites Rampenelement.
Das erste Rampenelement kann betriebsfähig am Griff befestigt sein.
Das zweite Rampenelement kann betriebsfähig am Führungsabschnitt angebracht
sein. Die Drehung des Griffs kann bewirken, dass rampenförmige Bereiche
jedes Rampenelements zusammentreffen und die Rampenelemente auseinander
zwingen. Dies kann bei der Drehung des Griffs in die erste Richtung
auftreten und kann bewirken, dass der Klemmmechanismus den Führungsabschnitt
an die Halterung klemmt.
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Der
Klemmmechanismus kann einen Stift aufweisen, der sich von der Lenksäule durch
den Führungsabschnitt,
an dem der Griff angebracht ist, nach außen erstreckt. Der Stift kann
am Führungsabschnitt
mittels eines Kopfs des Stifts befestigt sein. Der Stift kann das
erste Gewindeelement sein, in welchem Fall der Klemmmechanismus
als das zweite Gewindeelement eine Gewindewelle aufweist, in der sich
der Stift drehen kann. Alternativ kann ein Zwischenelement in den
Stift eingreifen und das erste Gewindeelement mit dem Klemmmechanismus
bilden, der als zweites Gewindeelement eine Gewindewelle umfasst,
in der sich das Zwischenelement drehen kann.
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Der
Klemmmechanismus kann so angeordnet sein, dass eine Drehung des
Griffs in die erste Richtung das Ausüben einer Kraft auf den Stift
in Richtung nach außen
von der Lenksäule
weg bewirkt. Typischerweise wird dies erreicht, indem das erste
rampenförmige
Element des ersten Paars von Profilelementen den Stift von der Halterung
weg drängt.
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Die
Halterung kann vorteilhaft mit einem Schlitz ausgebildet sein, der
allgemein rechtwinklig zur Achse der Lenksäule ist und entlang dem der Klemmmechanismus
und folglich der Führungsabschnitt
und die Lenksäule
sich bewegen können. Demgemäß ermöglicht dies
die Neigungseinstellung der Lenkungsanordnung. Ein kleines Gummiformteil kann
auch an jedem Ende des Schlitzes in der Halterung eingesetzt sein,
um "weiche Anschläge" bereitzustellen,
die ein lautes Anschlaggeräusch
an den Endpositionen der Einstellung vermeiden.
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Die
Lenksäule
kann teleskopartig mit zumindest einem oberen Teil und einem unteren
Teil sein, wobei das obere Teil mit dem unteren Teil zusammenarbeitet.
Dies kann vorteilhafterweise ein Kollabieren der Lenkanordnung im
Fall eines Aufpralls ermöglichen.
Bei solch einer teleskopartigen Ausführung kann die Anordnung mit
einer hohlen oberen Abdeckung versehen sein, die zumindest teilweise
in den Führungsbereich
passt und sich vom Führungsbereich
weg erstreckt, wo sich die zwei Teile der Lenksäule durch den Führungsabschnitt
und den oberen Abdeckungsabschnitt erstrecken. Eine Befestigungseinrichtung,
beispielsweise Klemmschrauben können
die Abdeckung relativ zum Führungsabschnitt
befestigen.
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Der
Klemmmechanismus kann beim Festklemmen des Führungsabschnitts die obere
Abdeckung festklemmen. Dies kann eine Einstellung der Position der
Abdeckung relativ zum Führungsabschnitt
und daher der Gesamtlänge
oder der Reichweite der Lenkanordnung schaffen. Der Stift kann sich
in die Abdeckung erstrecken und kann an dieser befestigt sein. Der
Kopf des Stifts kann mit einer Schiene zusammenwirken, die an der
Abdeckung ausgebildet ist, wobei die Schiene einen Schlitz definiert,
der in der Axialrichtung der Lenksäule verläuft. Dies ermöglicht das
Kollabieren der Säule
im Fall eines Unfalls.
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Der
Klemmmechanismus kann ferner einen Zahnkörper aufweisen, der an der
Abdeckung befestigt ist, wobei ein am Kopf des Stifts angebrachter Block
mit zum Zahnkörper
komplementären
Zähnen ausgebildet
ist. Demgemäß wirken
bei einer Drehung des Griffs in eine erste Richtung die Zähne des
Stifts mit dem gezahnten Kanal zusammen und klemmen die Abdeckung
und den Führungsabschnitt
an der Halterung fest.
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Der
Kopf des Stifts kann das erste Gewindeelement bilden, wobei der
Block das zweite Gewindeelement bildet.
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Es
kann ein energieabsorbierendes Bauteil vorhanden sein, das die obere
Abdeckung mit dem Führungsabschnitt
verbindet, wobei sich das Bauteil verformt, während bei einem Aufprall die
obere Abdeckung weiter in den Führungsabschnitt
bewegt wird. Dies kann vorteilhaft einen Metallstreifen umfassen, der
an der Befestigungseinrichtung befestigt ist und über ein
unteres Ende der oberen Abdeckung eingehängt ist.
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Wenn
sich die Abdeckung in den Führungsabschnitt
bewegt, wird der Streifen gebogen, was Energie absorbiert.
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Alternativ
kann das energieabsorbierende Bauteil den Zahnkörper mit dem Führungsabschnitt auf
solche Weise verbinden, dass bei normaler Verwendung der Zahnkörper und
die Abdeckung bezüglich
einander festgelegt sind, ihnen aber im Fall eines Aufpralls erlaubt
wird, dass sie sich relativ zueinander auf eine kontrollierte Weise
bewegen. Vorteilhaft kann das energieabsorbierende Bauteil zumindest einen
länglichen
Metallstreifen aufweisen, der mit einem Ende des Zahnkörpers verbunden
ist und über sich
selbst zurück
und entlang der Länge
des Zahnkörpers
so gebogen ist, dass bei einem Aufprall auf die Lenksäule die
Abdeckung den oder jeden Metallstreifen entlang seiner Länge beansprucht
und ihn dann biegt.
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Die
Breite und/oder die Dicke des oder jedes Streifens kann entlang
seiner Länge
variieren, um während
des Kollabierens der Anordnung die Energieabsorptionsrate zu steuern.
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Für eine verbesserte
Klemmung der Halterung relativ zum Führungsabschnitt können die
Halterung und der Führungsabschnitt
mit zusammenwirkenden Zähnen
ausgebildet sein, die ineinander eingreifen, wenn die Halterung
und der Führungsabschnitt
aneinander festgeklemmt werden. Dies macht den Führungsabschnitt und die Halterung
im geklemmten Zustand weniger anfällig für eine Relativbewegung.
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Die
Anordnung stellt vorzugsweise einen Teil einer elektrischen Servolenkungsanordnung
dar. Als solcher kann der Führungsabschnitt
einen oder mehrere Anbringungsabschnitt(e) zum Befestigen des Führungsabschnitts
an einem Gehäuse
eines Elektromotors oder an einem Gehäuse eines Untersetzungsgetriebes
aufweisen. Der Führungsabschnitt kann
am Motorgehäuse
starr befestigt sein. Er kann beispielsweise am Motor oder Getriebegehäuse angeschraubt,
angeschweißt
oder andersartig befestigt sein.
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Eine
Ausgangswelle des Motors oder des Getriebes kann mit einem unteren
Ende des unteren Lenkwellenteils zusammenwirken, das sich vom Führungsabschnitt
in das Motorgehäuse
erstreckt. Das Gehäuse
kann auch einen Drehmomentsensor aufnehmen, der das durch die Lenkwelle übertragende Drehmoment
misst und ein das Drehmoment angebendes Ausgangssignal erzeugt,
das verwendet wird, um zumindest teilweise den durch den Motor an die
Welle angelegten Drehmomentwert zu bestimmen.
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Die
Erfindung wird nun anhand eines Beispiels unter Bezugnahme auf die
begleitenden Zeichnungen beschrieben, in denen:
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1 ein
Schnitt durch die Lenkungsanordnung einer ersten Ausführungsform
der Erfindung ist, und
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2 ein
Schnitt durch die Lenkungsanordnung einer zweiten Ausführungsform
der Erfindung ist.
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Bei
einer ersten Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Fahrzeuglenkungsanordnung
wird, wie in 1 der beigefügten Zeichnungen gezeigt ist,
ein "zweifacher
Einstell-Mechanismus" verwendet,
der sowohl die Einstellung der Höhe
als auch der Reichweite der Lenkungsanordnung gestattet.
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Diese
Ausführungsform
hat einen C-förmigen
Führungsabschnitt 7,
innerhalb dessen eine allgemein zylindrische, hohle obere Abdeckung 10 angebracht
ist. Eine zweiteilige teleskopartige Lenksäule mit einem oberen Teil 2 und
einem unteren Teil 1 ist innerhalb der oberen Abdeckung 10 aufgenommen.
Das untere Teil 1 ist betriebsfähig an einem unteren Ende (nicht
gezeigt) mit dem Lenkmechanismus verbunden und ist an einem oberen
Ende längsverzahnt,
so dass es verschiebbar in ein entsprechend längsverzahntes hohles, zylindrisches
unteres Ende des oberen Teils 2 passt. Ein oberes Ende
des oberen Teils 2 ist mit dem Lenkrad (nicht gezeigt)
verbunden. Das obere Teil 2 wird bezüglich der Abdeckung 10 axial
festgelegt gehalten und das untere Teil 1 wird bezüglich dem
Führungsabschnitt 7 festgelegt
gehalten mittels eines oberen bzw. eines unteren Lagers.
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Der
Führungsabschnitt 7 ist
bezüglich
des Fahrzeugs, an dem er angebracht ist, festlegbar mittels eines
hierin nachstehend beschriebenen Klemmmechanismus an einer Säulenhalterung 106,
die an der Fahrzeugkarosserie befestigt ist. Ferner ist er schwenkbar
an einer tieferen Position als derjenigen, die in 1 der
begleitenden Zeichnungen gezeigt ist, mit dem Fahrzeug verbunden.
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Der
Klemmmechanismus weist einen Klemmstift 23 auf, der in
einem länglichen
Schlitz im Führungsabschnitt 7 angebracht
ist und durch eine zylindrische, hohle Buchse 122 verläuft. Die
Buchse 122 erstreckt sich vom Führungsabschnitt 7 weg
und ist auf ihm eine Schiebepassung. Eine Buchse 122 ist am
Führungsabschnitt 7 befestigt
und sie kann als Teil des Führungsabschnitts 7 betrachtet
werden. Der Führungsabschnitt 7 erstreckt
sich durch einen länglichen
Kanal 18, der im Zentrum des "C" des Führungsabschnitts 7 gebildet
ist, und durch einen Schlitz in einer Schiene 19, die an
die obere Abdeckung 10 geschweißt ist.
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Ein
Klemmgriff 30 mit einer sich bewegenden, darin gebildeten
Nocke 31 ist an einem Ende des Klemmstifts 23 distal
zur oberen Abdeckung 10 angebracht. Die sich bewegende
Nocke 31 arbeitet mit einer feststehenden Nocke 32 zusammen,
die an der Buchse 122 angebracht ist und durch das Zusammenwirken
mit einem rechtwinkligen Vorsprung 28, der einen Teil des
Führungsabschnitts 7 bildet, drehfest
gestaltet ist. Die Nocken 31, 32 bilden zwei entgegengesetzte
rampenförmige
Elemente. Wenn der Klemmgriff 30 in die "geklemmte" Stellung bewegt
wird, zwingen die Nocken 31, 32, den Griff 30 und
folglich den Klemmstift 23, sich von der Abdeckung 10 wegzubewegen.
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Das
der Abdeckung 10 nächste
und innerhalb der Schiene 19 befindliche Ende des Klemmstifts 23 ist
mit von der Abdeckung abgewandten Zähnen 112 ausgebildet.
Ferner ist ein gezahnter Körper 85 als
ein Gleitpasselement innerhalb der Schiene 19 vorhanden
und an ihr mit einem schmelzbaren Mittel befestigt. Wenn der Klemmstift 23 von der
Abdeckung 10 weggezogen wird, kämmen die Zähne 112 mit den Zähnen des
Zahnkörpers 85,
was den Zahnkörper
an die Schiene 19 klemmt, wodurch eine Bewegung der Abdeckung
entlang ihrer Länge verhindert.
Demgemäß ist die "Reichweiten"-Einstellung fixiert.
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Des
Weiteren ist eine starre Nocke 32 mit Zähnen 110 auf der der
Nocke entgegengesetzten Seite ausgebildet. Wenn der Griff in die "geklemmte" Stellung bewegt
wird, bewegt sich die starre Nocke gegen die Kraft einer Nockenfeder 123,
um mit den an der Säulenhalterung 106 ausgebildeten
Zähnen zu
kämmen.
Dies blockiert dann eine Bewegung des Führungsabschnitts 7 relativ
zur Säulenhalterung 106,
was die "Neigungs"-Einstellung immobilisiert.
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Wenn
der Griff 30 in die gelöste
Stellung bewegt wird, müssen
die Zähne 110 und 112 sich
aus den Zähnen,
mit denen sie kämmen,
lösen.
Die an der starren Nocke 32 ausgebildeten Zähne 110 werden
mittels der Nockenfeder 123 weggedrückt, was eine "Neigungs"-Einstellung erlaubt.
Das äußere zum
Führungsabschnitt
distale Ende der Buchse 122 ist mit einem Schnellgewinde 124 ausgebildet.
Um dieses Ende ist eine Hülse 107 eingepasst,
die auf ihrer Innenseite mit einem korrespondierenden Schnellgewinde
ausgebildet ist. Die Hülse
ist so positioniert, dass sie sich teilweise innerhalb der beweglichen
Nocke 31 befindet. Die Außenseite der Hülse 107 ist
gerif felt, wobei korrespondierende Riffelungen 126 an der
beweglichen Nocke 31 ausgebildet sind.
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Wenn
der Griff gedreht wird, dreht sich demgemäß die bewegliche Nocke 31 und
aufgrund der Kraftübertragung
durch die Riffelungen 126 auch die Buchse 107.
Das Schnellgewinde 124 zwingt dann die Hülse 107,
sich in Richtung der Abdeckung 10 zu bewegen. Der Klemmstift 23 ist
mit einer Stufe 127 über
eine kleine Distanz seiner Länge
von dort, wo in der geklemmten Stellung die Hülse sitzt, ausgebildet. Wenn
sich die Hülse 107 in
Richtung der Abdeckung 10 bewegt, wirkt sie mit dieser
Stufe 127 zusammen und zwingt den Klemmstift 23 einwärts, was
die Zähne 112 löst und eine "Reichweiten"-Einstellung erlaubt.
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Diese
Ausführungsform
hat auch "weiche Anschläge" 108, die
an der Säulenhalterung 106 für die Neigungseinstellung
positioniert sind, wodurch die Enden des Verfahrweges der Neigungseinstellung
durch einen Benutzer des Systems geführt werden können, ohne
dass es zu einer Kollision des Einstellmechanismus mit der Säulenhalterung 106 kommt.
Diese sind als Gummipolster ausgebildet, die an der Säulenhalterung 106 so
angebracht sind, dass der bewegliche Mechanismus auf diese auftrifft
anstatt beispielsweise und wie es in dem in 1 der begleitenden
Zeichnung dargestellten Fall eintreten würde auf die starre Nocke 32.
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Eine
zweite Ausführungsform
ist in 2 der begleitenden Zeichnungen dargestellt. Diese
ist ähnlich
wie die in 1 gezeigte, jedoch fehlt ihr
die Buchse 122 und der Kopf des Klemmstifts 23,
der sich der Abdeckung 10 am nächsten befindet, ist in der
Form eines separaten Zahnelements 128 ausgebildet, das
durch ein Schnellgewinde 124 am Stift 23 angebracht
ist. Merkmalen, die mit der früheren
Ausführungsform
gemeinsam sind, wurden identische Bezugszeichen gegeben.
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Bei
dieser Ausführungsform
ist die Buchse 122 entfallen. Der Stift 23 ist
unmittelbar in einem Loch im Führungsabschnitt 7 drehbar
angebracht. Der Griff 30 ist am Ende des Stifts 23 angebracht,
so dass sich der Stift 23 mit dem Griff 30 dreht,
wenn der Griff 30 aufgrund des Eingriffs des Einstellelements 129 mit
dem Griff 30 über
eine Zahnoberfläche 131 und
mit dem Stift 23 über
eine D-Form 130 gedreht wird. Die bewegliche Nocke 31 ist
am Griff 30 befestigt und hat eine Oberfläche, die
mit einer korrespondierenden Oberfläche der feststehenden Nocke 32 zusammenarbeitet,
die an einem Führungspfosten mittels
eines rechteckigen Vorsprungs 28 befestigt ist. Zum Reduzieren
der Reibung sind diese Nocken 31, 32 optional
wie dargestellt eine Anordnung aus Kugel und Ausnehmung, wobei eine
Mehrzahl von Kugeln 150, die in der zusammenwirkenden Oberfläche der
beweglichen Nocke 31 ausgebildet sind, in Ausnehmungen 152 in
der festen Nocke 32 aufnehmbar sind. Das bedeutet, dass
wenn der Griff 30 in die Klemmstellung gedreht wird, sich
der Stift 23 dreht und nach außen gedrängt wird, während die Kugeln 150 aus
den Ausnehmungen 152 gehoben werden und dann, sobald sich
die Kugeln 150 außerhalb
der Ausnehmungen 152 befinden.
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Die
zunehmende Spannung im Stift 23 beruht auf der kombinierten
Wirkung der Anordnung aus Kugel und Ausnehmung und dem Schnellgewinde 124.
Die Beziehung zwischen der Drehung des Griffs 30 und der Änderungsrate
der Spannung im Stift 23 ist eine Funktion der Rampenform
der Ausnehmungen 152. Der Stift 23 wird durch
eine sekundäre
Funktion oder durch eine als Halterung wirkende Feder 123 in
einer festen axialen Stellung bezüglich des Führungsabschnitts 7 gehalten.
Wenn der Griff 30 in die gelöste Stellung gedreht wird,
stellt das Schnellgewinde 124 sicher, dass sich das Zahnelement 128 in
Richtung der Abdeckung 10 bewegt und dass die Zähne 112 folglich
zwangsweise außer
Eingriff geraten.