WO2024041693A1 - Length-adjustable operating unit and steer-by-wire system - Google Patents

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WO2024041693A1
WO2024041693A1 PCT/DE2023/100566 DE2023100566W WO2024041693A1 WO 2024041693 A1 WO2024041693 A1 WO 2024041693A1 DE 2023100566 W DE2023100566 W DE 2023100566W WO 2024041693 A1 WO2024041693 A1 WO 2024041693A1
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WO
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jacket tube
casing tube
tube
operating unit
length
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Application number
PCT/DE2023/100566
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Inventor
Sebastian Müller
Benjamin Severin
Joseph GISSLER
Original Assignee
Schaeffler Technologies AG & Co. KG
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Publication date
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    • B62D1/185—Steering columns yieldable or adjustable, e.g. tiltable adjustable by axial displacement, e.g. telescopically
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    • B62D1/19—Steering columns yieldable or adjustable, e.g. tiltable incorporating energy-absorbing arrangements, e.g. by being yieldable or collapsible
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    • B62D1/181—Steering columns yieldable or adjustable, e.g. tiltable with power actuated adjustment, e.g. with position memory

Definitions

  • the present invention relates to a length-adjustable operating unit for influencing a driving direction of a motor vehicle by a user, in particular for use in a steer-by-wire system, comprising an actuable telescopic extension with an inner casing tube, a middle casing tube, which is coaxial with the inner casing tube is arranged and the middle jacket tube surrounds the inner jacket tube at least in sections, an outer jacket tube which is arranged coaxially to the middle jacket tube, and the outer jacket tube surrounds the middle jacket tube at least in sections, the middle jacket tube being axially displaceable relative to the outer jacket tube.
  • the invention further relates to a steer-by-wire system.
  • Electric steering devices are used - among other things in motor vehicles - to receive a driver's direction request and to convert it into corresponding movements of one or more wheels.
  • These steer-by-wire steering devices in particular have the advantage that the control unit can be positioned relatively freely within the vehicle independently of mechanical connection components, which, in addition to cost savings when distinguishing between, for example, right-hand and left-hand drive vehicles, also improves accident behavior due to the absence a steering column.
  • the control unit can be brought into a stowage position, which is also used, for example, with fully automatic steering.
  • a steer-by-wire steering system in the context of the present invention is to be understood as meaning a steering system which essentially consists of a so-called hand wheel actuator (HWA), for example the actuator system around the commanding vehicle steering wheel, and a road wheel actuator ( RWA), i.e. the one on the actuators connected to the steering mechanism connected to the vehicle wheels.
  • the steering signal is transmitted from the HWA to the RWA via wire.
  • DE 102015224602 A1 discloses an adjustable steering column for a steer-by-wire steering device of a motor vehicle, comprising an actuating unit which includes a steering spindle rotatably mounted in a casing unit about a longitudinal axis, the casing unit having a first casing tube in which at least one second casing tube is arranged in a rotationally fixed manner with respect to the longitudinal axis and is mounted in a telescopic, axially displaceable manner, with an actuator being connected to the first and second casing tubes, of which the second casing tube can be axially retracted and extended relative to the first casing tube, and which comprises a spindle drive with a parallel to the longitudinal axis, which can be driven in rotation by an electric servomotor and which is supported on a casing tube and which is screwed into a spindle nut which is attached to the other casing tube in a rotationally fixed manner, the threaded spindle extending
  • DE 102018 212 696 B3 also discloses an adjustment drive for a motor-adjustable steering column for a motor vehicle, comprising a motor drive unit and an external threaded spindle, which has an external thread and a coaxial internal thread, into which an internal threaded spindle engages, the external -Threaded spindle and the internal threaded spindle can be driven by the drive unit to rotate relative to one another about an axis.
  • DE 102018 212 696 B3 proposes that the external threaded spindle engages with its external thread in a drive nut, the drive nut or the internally threaded spindle can be driven in rotation by the drive unit and is supported in the direction of the axis relative to the drive unit.
  • the spindle nut on the spindle drive is usually designed to be self-locking, which means that in the event of an accident, an impact force on the steering wheel is supported by the self-locking mechanism, which increases the risk of injury.
  • the risk of injury to the driver is reduced in the event of an accident by allowing the steering wheel to give way or retreat when force is applied.
  • Such crash elements are used in safety steering columns of the type outlined above to enable the steering wheel (or the casing tube connected to the steering wheel) to be pushed away over a distance of 80-120mm in the event of an accident.
  • Crash elements based on bending strips are widely used, which absorb pre-adjustable displacement forces and curves of 1 -5 kN when bending and bending back a guided sheet metal strip.
  • An example of such crash elements can be found in DE102020209038A1.
  • Plastic deformation plays an important role here, while elasticity, like a spring, is disruptive because it does not destroy energy (but reflects it back).
  • Crash elements are also known from the prior art, in which a rider is pushed over a strip and stretches it or flanges it at the edge, such as in US2020189648.
  • Crash elements such as in CN1 10155152B, which are based on the expansion of an elongated hole by a bolt, are also known.
  • Crash elements based on conical cross-sectional taper are also known, as is also disclosed in WO18210874.
  • Central, coaxial crash elements are also known, which have the advantage of not generating any transverse forces or tilting moments. This makes adjacent components much easier to implement (smaller, weaker, lighter, guideless, smooth).
  • the principles used here are friction (often tolerance-critical) or deformation or continuous tearing, as shown, for example, in DE102016121876A1.
  • the force level and a force progression can be set in advance, e.g. through the width or thickness progression of components when bending or tearing.
  • the object of the present invention is to provide a length-adjustable operating unit for influencing the direction of travel of a motor vehicle by a user, in particular for use in a steer-by-wire system, that solves the problems known from the prior art avoided or at least reduced. It is also the object of the invention to realize a length-adjustable operating unit which is particularly compact in construction and inexpensive to manufacture.
  • a length-adjustable operating unit for influencing a driving direction of a motor vehicle by a user comprising an actuable telescopic extension with an inner jacket tube, a middle jacket tube, which is coaxial to the inner Jacket tube is arranged and the middle jacket tube surrounds the inner jacket tube at least in sections, an outer jacket tube which is arranged coaxially to the middle jacket tube, and the outer jacket tube surrounds the middle jacket tube at least in sections, the middle jacket tube being axially displaceable relative to the outer jacket tube, wherein the inner casing tube is connected to an energy absorption element which is arranged within the central casing tube, so that when a predefined trigger force acting in the retraction direction of the telescopic extension is present, the inner casing tube is offset against the energy absorption element, which deforms under the force.
  • the central arrangement of the energy absorption element also results in short tolerance chains.
  • At least one energy absorption element is provided within the central casing tube. It is of course also possible that several energy absorption elements are present in a series connection and/or parallel connection in order to increase the energy absorption capacity. It is advantageous that the majority of energy absorption elements are essentially identical, which in particular brings with it cost advantages due to increased uniformity.
  • the energy absorption element can have any spatial shape that can be positioned within the central casing tube and can be deformed, in particular compressed, in the axial direction by the inner casing tube in the event of a crash. It is advantageous if the outer contour of the energy absorption element rests at least in sections on the inner lateral surface of the middle jacket tube, so that it is centered in the middle jacket tube.
  • the energy absorption element is designed as a hollow cylindrical body which is arranged within the central casing tube and is axially fixed in position on one side in the retraction direction of the telescopic extension, the inner casing tube being arranged on the front side of the energy absorption element. In this way, a particularly lightweight energy absorption element can be realized.
  • the energy absorption element designed as a hollow cylindrical body is made of a plastic, particularly preferably of a glass fiber reinforced plastic. It may be further preferred that the energy absorption member is formed of a porous material based on plastic or metal, which can further improve the energy absorption capabilities.
  • the energy absorption element is arranged in one piece on the middle jacket tube and extends at least in sections radially inwards with a contact section into the middle jacket tube, the inner jacket tube resting on the contact section.
  • the energy absorption element can be formed in or on the middle casing tube in a manufacturing process, for example punching.
  • the inner jacket tube and the middle jacket tube have a polygonal, in particular octagonal, cross-sectional contour that deviates from the circular shape.
  • the advantageous effect of this configuration is that a relative movement of the casing tubes in the circumferential direction is prevented.
  • the inner casing tube and the middle casing tube are axially fixed to one another via at least one triggering means, with the triggering means being released, deformed and/or destroyed in the presence of a predefined triggering force acting in the retraction direction of the telescopic extension is so that the inner casing tube is offset against the energy absorption element, which deforms under the force.
  • the invention can also be further developed in such a way that the operating unit comprises a steering shaft which passes through the inner casing tube and the middle casing tube coaxially, the steering shaft being rotatably coupled to a steering means and rotatable relative to the inner casing tube and the middle casing tube by means of a rolling bearing arrangement is stored.
  • the operating unit comprises a steering shaft which passes through the inner casing tube and the middle casing tube coaxially, the steering shaft being rotatably coupled to a steering means and rotatable relative to the inner casing tube and the middle casing tube by means of a rolling bearing arrangement is stored.
  • the inner casing tube has a first cylindrical ring-shaped bearing seat for a first rolling bearing of the rolling bearing arrangement and / or the middle casing tube has a second cylindrical ring-shaped bearing seat for a second rolling bearing of the rolling bearing arrangement.
  • first bearing seat is made in one piece, in particular monolithically, is formed with the inner jacket tube and / or the second bearing seat is formed in one piece, in particular monolithically, with the middle jacket tube, which means, for example, that there is no need to weld a separate bearing seat.
  • first rolling bearing is configured as a fixed bearing and the second rolling bearing as a floating bearing, so that, for example, thermal expansion can be compensated for.
  • the second roller bearing is subjected to an axial force via a preloading means, the preloading means being releasably axially supported on the steering shaft, so that when a predefined triggering force is present, acting in the retraction direction of the telescopic extension Biasing means is offset relative to the second rolling bearing.
  • a steer-by-wire system for influencing the direction of travel of a motor vehicle by a user, comprising a length-adjustable operating unit according to one of claims 1 -9.
  • FIG. 1 shows a motor vehicle with a steer-by-wire system in a schematic block diagram
  • Figure 2 shows a length-adjustable control unit of a steer-by-wire system in a perspective view
  • 3 shows a telescopic extension of a first embodiment of a length-adjustable operating unit in an axial sectional view and an exploded view
  • FIG. 4 shows a telescopic extension of a second embodiment of a length-adjustable operating unit in an axial sectional view and an exploded view
  • FIG. 5 shows a telescopic extension of a third embodiment of a length-adjustable operating unit in an axial sectional view and an exploded view
  • FIG. 6 shows an energy absorption element of a length-adjustable operating unit in an operating position before and after a crash event in an axial sectional view
  • Figure 7 shows a detailed view of the second rolling bearing and a preloading means in an axial sectional view.
  • RWA 19 road wheel actuator
  • the length-adjustable operating unit 1 comprises an actuable telescopic extension 4 with an inner casing tube 5 and a central casing tube 7, which is arranged coaxially to the inner casing tube 5.
  • the middle casing tube 7 surrounds the inner casing tube 5 at least in sections can also be clearly seen in the axial sectional views of Figures 3-6.
  • the middle jacket tube 7 cannot be seen in the illustration in FIG. 2 because it is located inside the outer jacket tube 8.
  • the telescopic extension 4 also has an outer jacket tube 8, which is arranged coaxially to the middle jacket tube 7.
  • the outer jacket tube 8 encompasses the middle jacket tube 7 at least in sections, the middle jacket tube 7 being axially displaceable relative to the outer jacket tube 8, so that the length-adjustable operating unit 1 can be telescoped.
  • the inner jacket tube 5 is connected to an energy absorption element 9, which is arranged within the middle jacket tube 7, so that when there is a predefined triggering force acting in the retraction direction of the telescopic extension 4, the inner jacket tube 5 counteracts the energy absorption element 9 is offset, which deforms under the force.
  • an energy absorption element 9 which is arranged within the middle jacket tube 7, so that when there is a predefined triggering force acting in the retraction direction of the telescopic extension 4, the inner jacket tube 5 counteracts the energy absorption element 9 is offset, which deforms under the force.
  • the energy absorption element 9 is designed as a hollow cylindrical body, which is arranged within the central casing tube 7 and is axially fixed in position on one side in the retraction direction of the telescopic extension 4, the inner casing tube 5 being arranged on the front side of the energy absorption element 9.
  • Figures 4-5 show embodiments in which the energy absorption element 9 is arranged in one piece on the middle jacket tube 7 and extends at least in sections radially inwards with a contact section 10 into the jacket tube 7, the inner jacket tube 5 resting on the contact section 10.
  • 4 shows an embodiment in which the energy absorption element 9 is designed as a tab which is formed in one piece with the central casing tube 7 and extends in the axial direction.
  • Figure 5 shows a variant in which the energy absorption element 9 was formed by a strip-like caulking extending in the axial direction.
  • the inner jacket tube 5 and the middle jacket tube 7 have a polygonal, in particular octagonal, cross-sectional contour that deviates from the circular shape.
  • the inner casing tube 5 and the middle casing tube 7 are axially fixed to one another via at least one triggering means 18, whereby in the presence of a predefined triggering force acting in the retraction direction of the telescopic extension 4, the triggering means 18 is released and deformed and/or destroyed, so that the inner casing tube 5 is offset against the energy absorption element 9, which deforms under the force.
  • the operating unit 1 comprises a steering shaft 11, which coaxially passes through the inner jacket tube 5 and the middle jacket tube 7, the steering shaft 11 being rotatably coupled to a steering means 6 and rotatable relative to it by means of a rolling bearing arrangement 12 the inner jacket tube 5 and the middle jacket tube 7 is stored.
  • the inner casing tube 5 has a first cylindrical ring-shaped bearing seat 13 for a first rolling bearing 14 of the rolling bearing arrangement 12 and the middle casing tube 7 has a second cylindrical ring-shaped bearing seat 15 for a second rolling bearing 16 of the rolling bearing arrangement 12.
  • the first rolling bearing 14 is as a fixed bearing and the second rolling bearing 16 is designed as a floating bearing.

Abstract

The invention relates to a length-adjustable operating unit (1) for influencing a driving direction of a motor vehicle (2) by a user, in particular for use in a steer-by-wire system (3), comprising an actuatable telescopic pull-out system (4) having an inner casing tube (5), a central casing tube (7), which is arranged coaxially to the inner casing tube (5), and the central casing tube (7) at least partially surrounds the inner casing tube (5), and an outer casing tube (8), which is arranged coaxially to the central casing tube (7), and the outer casing tube (8) at least partially surrounds the central casing tube (7), wherein the central casing tube (7) is able to be offset axially relative to the outer casing tube (8), wherein the inner casing tube (5) is connected to an energy absorption element (9), which is arranged inside the central casing tube (7), such that, in the presence of a predefined triggering force acting in the retraction direction of the telescopic pull-out system (4), the inner casing tube (5) is offset with respect to the energy absorption element (9), which deforms under the action of force.

Description

Länqenverstellbare Bedieneinheit und Steer-by-Wire-System Length-adjustable control unit and steer-by-wire system
Die vorliegende Erfindung betrifft eine längenverstellbare Bedieneinheit zur Beeinflussung einer Fahrrichtung eines Kraftfahrzeugs durch einen Benutzer, insbesondere zur Verwendung in einem Steer-By-Wi re-System, umfassend einen aktuierbaren Teleskopauszug mit einem inneren Mantelrohr, einem mittleren Mantelrohr, welches koaxial zu dem inneren Mantelrohr angeordnet ist und das mittlere Mantelrohr das innere Mantelrohr zumindest abschnittsweise umgreift, einem äußeren Mantelrohr, welches koaxial zu dem mittleren Mantelrohr angeordnet ist, und das äußere Mantelrohr das mittlere Mantelrohr zumindest abschnittsweise umgreift, wobei das mittlere Mantelrohr relativ zum äußeren Mantelrohr axial versetzbar ist. Die Erfindung betrifft ferner ein Steer-by-Wire- System. The present invention relates to a length-adjustable operating unit for influencing a driving direction of a motor vehicle by a user, in particular for use in a steer-by-wire system, comprising an actuable telescopic extension with an inner casing tube, a middle casing tube, which is coaxial with the inner casing tube is arranged and the middle jacket tube surrounds the inner jacket tube at least in sections, an outer jacket tube which is arranged coaxially to the middle jacket tube, and the outer jacket tube surrounds the middle jacket tube at least in sections, the middle jacket tube being axially displaceable relative to the outer jacket tube. The invention further relates to a steer-by-wire system.
Elektrische Lenkvorrichtungen dienen - unter anderem in Kraftfahrzeugen - dazu, einen Richtungswunsch eines Fahrers entgegenzunehmen und in entsprechende Bewegungen eines oder mehrerer Räder umzusetzen. Gegenüber rein mechanischen Lenkvorrichtungen unterscheidet man bei elektrischen Lenkvorrichtungen zwischen elektrisch unterstützten Lenkvorrichtungen sowie vollständig elektrischen Lenkvorrichtungen, sogenannten „Steer-by-Wire“- Lenkvorrichtungen. Insbesondere diese Steer-by-Wire-Lenkvorrichtungen haben den Vorteil, dass die Bedieneinheit unabhängig von mechanischen Verbindungskomponenten relativ frei innerhalb des Fahrzeuges positioniert werden kann, was neben einer Kostenersparnis bei der Unterscheidung von z.B. rechts- und linksgelenkten Fahrzeugen zudem zu einem verbesserten Unfallverhalten durch Fehlen einer Lenksäule führt. Weiterhin kann die Bedieneinheit in eine Verstauposition gebracht werden, welche z.B. auch bei vollständig automatischem Lenken genutzt wird. Electric steering devices are used - among other things in motor vehicles - to receive a driver's direction request and to convert it into corresponding movements of one or more wheels. Compared to purely mechanical steering devices, a distinction is made between electrical steering devices between electrically assisted steering devices and fully electric steering devices, so-called “steer-by-wire” steering devices. These steer-by-wire steering devices in particular have the advantage that the control unit can be positioned relatively freely within the vehicle independently of mechanical connection components, which, in addition to cost savings when distinguishing between, for example, right-hand and left-hand drive vehicles, also improves accident behavior due to the absence a steering column. Furthermore, the control unit can be brought into a stowage position, which is also used, for example, with fully automatic steering.
Unter einem Steer-By-Wire-Lenksystem im Sinne der vorliegenden Erfindung ist ein Lenkungssystem zu verstehen, welches im Wesentlichen aus einem sogenannten Hand Wheel Aktuator (HWA), beispielsweise der Aktuatorik um das befehlsgebende Fahrzeug-Lenkrad herum, und einem Road Wheel Aktuator (RWA), also der auf die mit den Fahrzeugrädern verbundene Lenkmechanik wirkenden Aktuatorik, besteht. Per Leitung („by wire“) wird dabei das Lenksignal vom HWA zum RWA übertragen. A steer-by-wire steering system in the context of the present invention is to be understood as meaning a steering system which essentially consists of a so-called hand wheel actuator (HWA), for example the actuator system around the commanding vehicle steering wheel, and a road wheel actuator ( RWA), i.e. the one on the actuators connected to the steering mechanism connected to the vehicle wheels. The steering signal is transmitted from the HWA to the RWA via wire.
Derartige Systeme sind aus dem Stand der Technik grundsätzlich bekannt. So offenbart die DE 102015224602 A1 eine verstellbare Lenksäule für eine steer-by- wire-Lenkeinrichtung eines Kraftfahrzeugs, umfassend eine Stelleinheit, die eine in einer Manteleinheit um eine Längsachse drehbar gelagerte Lenkspindel umfasst, wobei die Manteleinheit ein erstes Mantelrohr aufweist, in dem zumindest ein zweites Mantelrohr bezüglich der Längsachse drehfest angeordnet und teleskopierend axial verschiebbar gelagert ist, wobei mit dem ersten und dem zweiten Mantelrohr ein Stellantrieb verbunden ist, von dem das zweite Mantelrohr relativ zum ersten Mantelrohr axial ein- und ausfahrbar ist, und der einen Spindeltrieb umfasst mit einer parallel zur Längsachse angeordneten, von einem elektrischen Stellmotor drehend antreibbaren Gewindespindel die sich an einem Mantelrohr abstützt und die in eine Spindelmutter eingeschraubt ist, die drehfest an dem anderen Mantelrohr angebracht ist, wobei die Gewindespindel sich innerhalb des ersten Mantelrohrs erstreckt, und die Spindelmutter an dem zweiten Mantelrohr angebracht ist Such systems are basically known from the prior art. Thus, DE 102015224602 A1 discloses an adjustable steering column for a steer-by-wire steering device of a motor vehicle, comprising an actuating unit which includes a steering spindle rotatably mounted in a casing unit about a longitudinal axis, the casing unit having a first casing tube in which at least one second casing tube is arranged in a rotationally fixed manner with respect to the longitudinal axis and is mounted in a telescopic, axially displaceable manner, with an actuator being connected to the first and second casing tubes, of which the second casing tube can be axially retracted and extended relative to the first casing tube, and which comprises a spindle drive with a parallel to the longitudinal axis, which can be driven in rotation by an electric servomotor and which is supported on a casing tube and which is screwed into a spindle nut which is attached to the other casing tube in a rotationally fixed manner, the threaded spindle extending within the first casing tube, and the spindle nut on the second casing pipe is attached
Der DE 102018 212 696 B3 ist weiterhin ein Verstellantrieb für eine motorisch verstellbare Lenksäule für ein Kraftfahrzeug bekannt, umfassend eine motorische Antriebseinheit und eine Außen-Gewindespindel, die ein Außengewinde und ein koaxiales Innengewinde aufweist, in das eine Innen-Gewindespindel eingreift, wobei die Außen-Gewindespindel und die Innen-Gewindespindel von der Antriebseinheit relativ zueinander um eine Achse drehend antreibbar sind. Um einen Verstellantrieb zur Verfügung zu stellen, der ein geringeres Antriebsmoment erfordert und einen optimierten freien Verstellweg bietet, schlägt die DE 102018 212 696 B3 vor, dass die Außen-Gewindespindel mit ihrem Außengewinde in eine Antriebsmutter eingreift, wobei die Antriebsmutter oder die Innen-Gewindespindel von der Antriebseinheit drehend antreibbar ist und in Richtung der Achse relativ zur Antriebseinheit abgestützt ist. DE 102018 212 696 B3 also discloses an adjustment drive for a motor-adjustable steering column for a motor vehicle, comprising a motor drive unit and an external threaded spindle, which has an external thread and a coaxial internal thread, into which an internal threaded spindle engages, the external -Threaded spindle and the internal threaded spindle can be driven by the drive unit to rotate relative to one another about an axis. In order to provide an adjustment drive that requires a lower drive torque and offers an optimized free adjustment path, DE 102018 212 696 B3 proposes that the external threaded spindle engages with its external thread in a drive nut, the drive nut or the internally threaded spindle can be driven in rotation by the drive unit and is supported in the direction of the axis relative to the drive unit.
In Hinsicht auf die Weiterentwicklung in Richtung autonomes Fahren, möchte man dem Fahrer des Fahrzeugs die Möglichkeit eröffnen das Lenkrad im autonomen Fährbetrieb nahezu vollständig in Richtung der Armaturentafel einzufahren, um einen verbesserten Komfortbereich ohne ein möglicherweise als störend empfundenes Lenkrad zu erzielen, was auch vollständig neue Gestaltungskonzepte der Fahrgastzelle erlaubt. With regard to the further development towards autonomous driving, we would like to give the driver of the vehicle the opportunity to use the steering wheel autonomously During ferry operations, the vehicle can be retracted almost completely towards the dashboard in order to achieve an improved comfort level without a steering wheel that may be perceived as disturbing, which also allows completely new design concepts for the passenger cell.
Bei derartigen, neuen Gestaltungen der Fahrgastzelle in autonom fahrenden Kraftfahrzeugen ergeben sich häufig besondere Anforderungen an das einzufahrende Lenkrad, insbesondere hinsichtlich des erforderlichen Verfahrweges, welcher in der Regel wesentlich größer ist, als der Verfahrweg für eine ausfahrbare Lenksäule bei einem nicht-autonom fahrenden Automobil. With such new designs of the passenger cell in autonomously driving motor vehicles, there are often special requirements for the steering wheel to be retracted, in particular with regard to the required travel distance, which is usually significantly greater than the travel distance for an extendable steering column in a non-autonomous driving automobile.
Größere Verfahrwege über längere Spindeln mit dem aus dem Stand der Technik bekannten Ansätzen umzusetzen, sind hinsichtlich Bauraum und Stabilität kritisch. Beispielsweise müsste bei den konventionellen Konzepten die Spindel länger als die Lenksäule ausgeführt werden müssen, was beim Einfahren zu einer Kollision mit dem Lenkrad führt. Außerdem wird die passive Fahrzeugsicherheit deutlich verschlechtert, da so ein Penetrator in Fahrer-Richtung vorhanden ist. Implementing larger travel distances over longer spindles using the approaches known from the prior art is critical in terms of installation space and stability. For example, in conventional concepts the spindle would have to be longer than the steering column, which would lead to a collision with the steering wheel when retracting. In addition, passive vehicle safety is significantly worsened because there is a penetrator in the driver's direction.
Bei den eingangs erwähnten Spindeltrieben ist die Spindelmutter auf dem Spindeltrieb in der Regel selbsthemmend ausgeführt, das heißt, im Falle eines Unfalls wird eine Aufprallkraft auf das Lenkrad über die Selbsthemmung abgestützt, wodurch ein erhöhtes Verletzungsrisiko besteht. Durch die Zwischenschaltung eines Crash-Elements zwischen dem Schieber und der Spindelmutter wird im Falle eines Unfalls das Verletzungsrisiko des Fahrers reduziert, indem das Lenkrad bei Krafteinwirkung nachgeben bzw. zurückweichen kann. In the case of the spindle drives mentioned at the beginning, the spindle nut on the spindle drive is usually designed to be self-locking, which means that in the event of an accident, an impact force on the steering wheel is supported by the self-locking mechanism, which increases the risk of injury. By interposing a crash element between the slide and the spindle nut, the risk of injury to the driver is reduced in the event of an accident by allowing the steering wheel to give way or retreat when force is applied.
Derartige Crash-Elemente dienen in Sicherheits-Lenksäulen der oben skizzierten Art also dazu, bei einem Unfall das Wegstoßen des Lenkrades (bzw. des mit dem Lenkrad verbundenen Mantelrohres) über einen Weg von 80-120mm zu ermöglichen. Dadurch wird im ausgefahrenen Zustand des Lenkrads beim Crash beispielsweise der Aufprall des Kopfes des Fahrers weiter abgemildert und Verletzungen minimiert. Weit verbreitet sind auf Biegestreifen basierende Crash-Elemente, die beim Biegen und Zurückbiegen eines geführten Blechstreifens vorab einstellbare Verschiebekräfte und -Verläufe von 1 -5 kN aufnehmen. Ein Beispiel für derartige Crash-Elemente findet sich in DE102020209038A1 . Hierbei spielt plastische Deformation eine wichtige Rolle, während Elastizität, wie bei einer Feder, störend ist, da sie keine Energie vernichtet (sondern zurückwirft). Such crash elements are used in safety steering columns of the type outlined above to enable the steering wheel (or the casing tube connected to the steering wheel) to be pushed away over a distance of 80-120mm in the event of an accident. As a result, when the steering wheel is extended, in the event of a crash, for example, the impact of the driver's head is further mitigated and injuries are minimized. Crash elements based on bending strips are widely used, which absorb pre-adjustable displacement forces and curves of 1 -5 kN when bending and bending back a guided sheet metal strip. An example of such crash elements can be found in DE102020209038A1. Plastic deformation plays an important role here, while elasticity, like a spring, is disruptive because it does not destroy energy (but reflects it back).
Ein unvermeidlicher Nachteil der Biegestreifen ist, dass sie stets "gefasst" oder "umschlossen" werden müssen, damit die Biegung mit einem definiert kleinen Radius bzw. Krümmung erfolgt, wobei die Krümmung die Kraft bzw. die in plastische Deformation umwandelbare Energie bestimmt. An unavoidable disadvantage of the bending strips is that they always have to be "grasped" or "enclosed" so that the bending occurs with a defined small radius or curvature, whereby the curvature determines the force or the energy that can be converted into plastic deformation.
Aus dem Stand der Technik sind ferner auch Crash-Elemente bekannt, bei denen ein Reiter über einen Streifen geschoben wird und diesen dehnt bzw. am Rand umbördelt, wie beispielsweise in US2020189648. Auch Crash-Elemente wie in CN1 10155152B, die auf der Aufspreizung eines Langloches durch einen Bolzen beruhen sind bekannt. Ebenfalls bekannt sind auf konischer Querschnittsverjüngung basierende Crash-Elemente, wie es auch in der WO18210874 offenbart ist. Crash elements are also known from the prior art, in which a rider is pushed over a strip and stretches it or flanges it at the edge, such as in US2020189648. Crash elements such as in CN1 10155152B, which are based on the expansion of an elongated hole by a bolt, are also known. Crash elements based on conical cross-sectional taper are also known, as is also disclosed in WO18210874.
Ebenfalls bekannt sind zentrale, koaxiale Crash-Elemente, welche den Vorteil haben, keine Querkräfte bzw. Kippmomente zu erzeugen. Hierdurch werden angrenzende Bauteile deutlich einfacher (kleiner, schwächer, leichter, führungslos, reibungslos) ausführbar. Die hier eingesetzten Prinzipien sind Reibung (oftmals toleranzkritisch) oder Deformation oder auch kontinuierliches Reißen, wie es beispielsweise auch in der DE102016121876A1 gezeigt ist. Central, coaxial crash elements are also known, which have the advantage of not generating any transverse forces or tilting moments. This makes adjacent components much easier to implement (smaller, weaker, lighter, guideless, smooth). The principles used here are friction (often tolerance-critical) or deformation or continuous tearing, as shown, for example, in DE102016121876A1.
Bei vielen der genannten Crash-Elemente kann das Kraftniveau und ein Kraftverlauf vorab eingestellt werden, z.B. durch den Breiten- oder Dickenverlauf von Bauteilen beim Umbiegen oder Reißen. For many of the crash elements mentioned, the force level and a force progression can be set in advance, e.g. through the width or thickness progression of components when bending or tearing.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es eine längenverstellbare Bedieneinheit zur Beeinflussung einer Fahrrichtung eines Kraftfahrzeugs durch einen Benutzer, insbesondere zur Verwendung in einem Steer-By-Wire-System, bereitzustellen, dass die aus dem Stand der Technik bekannten Probleme vermeidet oder zumindest reduziert. Es ist ferner die Aufgabe der Erfindung, eine längenverstellbare Bedieneinheit zu realisieren, die besonders kompakt im Aufbau und kostengünstig in der Herstellung ist. The object of the present invention is to provide a length-adjustable operating unit for influencing the direction of travel of a motor vehicle by a user, in particular for use in a steer-by-wire system, that solves the problems known from the prior art avoided or at least reduced. It is also the object of the invention to realize a length-adjustable operating unit which is particularly compact in construction and inexpensive to manufacture.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine längenverstellbare Bedieneinheit zur Beeinflussung einer Fahrrichtung eines Kraftfahrzeugs durch einen Benutzer, insbesondere zur Verwendung in einem Steer-By-Wi re-System, umfassend einen aktuierbaren Teleskopauszug mit einem inneren Mantelrohr, einem mittleren Mantelrohr, welches koaxial zu dem inneren Mantelrohr angeordnet ist und das mittlere Mantelrohr das innere Mantelrohr zumindest abschnittsweise umgreift, einem äußeren Mantelrohr, welches koaxial zu dem mittleren Mantelrohr angeordnet ist, und das äußere Mantelrohr das mittlere Mantelrohr zumindest abschnittsweise umgreift, wobei das mittlere Mantelrohr relativ zum äußeren Mantelrohr axial versetzbar ist, wobei das innere Mantelrohr mit einem Energieabsorptionselement verbunden ist, welches innerhalb des mittleren Mantelrohres angeordnet ist, so dass beim Vorliegen einer vordefinierten, in Einzugsrichtung des Teleskopauszugs wirkenden Auslösekraft das innere Mantelrohr gegen das Energieabsorptionselement versetzt wird, welches sich unter der Krafteinwirkung verformt. This object is achieved by a length-adjustable operating unit for influencing a driving direction of a motor vehicle by a user, in particular for use in a steer-by-wire system, comprising an actuable telescopic extension with an inner jacket tube, a middle jacket tube, which is coaxial to the inner Jacket tube is arranged and the middle jacket tube surrounds the inner jacket tube at least in sections, an outer jacket tube which is arranged coaxially to the middle jacket tube, and the outer jacket tube surrounds the middle jacket tube at least in sections, the middle jacket tube being axially displaceable relative to the outer jacket tube, wherein the inner casing tube is connected to an energy absorption element which is arranged within the central casing tube, so that when a predefined trigger force acting in the retraction direction of the telescopic extension is present, the inner casing tube is offset against the energy absorption element, which deforms under the force.
Hierdurch wird der Vorteil erzielt, dass das Energieabsorptionselement faktisch bauraumneutral und somit sehr kompakt in eine längenverstellbare Bedieneinheit integrierbar ist. Durch den kompakten Aufbau und die Verwendung nur einer sehr geringen Anzahl an Bauelementen, ergibt sich auch eine kostengünstige Herstellung der Bedieneinheit. This achieves the advantage that the energy absorption element is effectively space-neutral and can therefore be integrated very compactly into a length-adjustable operating unit. The compact structure and the use of only a very small number of components also result in the control unit being manufactured cost-effectively.
Durch die zentrale Anordnung des Energieabsorptionselements ergeben sich ferner kurze Toleranzketten. In den noch später als besonders bevorzugte Ausführungsformen beschriebenen Konfigurationen ergeben sich ferner durch eine direkte Krafteinleitung vom inneren Mantelrohr in das Energieabsorptionselement keinerlei Hebelarme im Kraftfluss. The central arrangement of the energy absorption element also results in short tolerance chains. In the configurations described later as particularly preferred embodiments, there are no lever arms in the force flow due to a direct introduction of force from the inner casing tube into the energy absorption element.
Erfindungsgemäß wird innerhalb des mittleren Mantelrohrs wenigstens ein Energieabsorptionselement vorgesehen. Es ist selbstverständlich auch möglich, dass mehrere Energieabsorptionselemente in einer Reihenschaltung und/oder Parallelschaltung vorhanden sind, um die Energieaufnahmekapazität zu erhöhen. Dabei ist es vorteilhaft, dass die Mehrzahl an Energieabsorptionselementen im Wesentlichen identisch ausgeführt ist, was insbesondere Kostenvorteile durch eine erhöhte Gleichteiligkeit mit sich bringt. According to the invention, at least one energy absorption element is provided within the central casing tube. It is of course also possible that several energy absorption elements are present in a series connection and/or parallel connection in order to increase the energy absorption capacity. It is advantageous that the majority of energy absorption elements are essentially identical, which in particular brings with it cost advantages due to increased uniformity.
Grundsätzlich kann das Energieabsorptionselement eine beliebige Raumform aufweisen, die innerhalb des mittleren Mantelrohres positionierbar ist und durch das innere Mantelrohr im Falle eines Crashs in axialer Richtung verformbar, insbesondere stauchbar ist. Dabei ist es von Vorteil, wenn die äußere Kontur des Energieabsorptionselements zumindest abschnittsweise an der inneren Mantelfläche des mittleren Mantelrohres anliegt, so dass es in dem mittleren Mantelrohr zentriert ist. In principle, the energy absorption element can have any spatial shape that can be positioned within the central casing tube and can be deformed, in particular compressed, in the axial direction by the inner casing tube in the event of a crash. It is advantageous if the outer contour of the energy absorption element rests at least in sections on the inner lateral surface of the middle jacket tube, so that it is centered in the middle jacket tube.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das Energieabsorptionselement als hohlzylindrischer Körper ausgebildet ist, der innerhalb des mittleren Mantelrohres angeordnet und in diesem in Einzugsrichtung des Teleskopauszugs einseitig axial lagefixiert ist, wobei das innere Mantelrohr stirnseitig an dem Energieabsorptionselement angeordnet ist. Hierdurch kann ein besonders leichtbauend ausgebildetes Energieabsorptionselement realisiert werden. According to an advantageous embodiment of the invention, it can be provided that the energy absorption element is designed as a hollow cylindrical body which is arranged within the central casing tube and is axially fixed in position on one side in the retraction direction of the telescopic extension, the inner casing tube being arranged on the front side of the energy absorption element. In this way, a particularly lightweight energy absorption element can be realized.
Besonders bevorzugt ist es in diesem Zusammenhang, dass das als hohlzylindrischer Körper ausgebildete Energieabsorptionselement aus einem Kunststoff, besonders bevorzugt aus einem glasfaserverstärkten Kunststoff gebildet ist. Es kann ferner bevorzugt sein, dass das Energieabsorptionselement aus einem porösen Material auf der Basis von Kunststoff oder Metall geformt ist, was die Energieaufnahmefähigkeiten weiter verbessern kann. In this context, it is particularly preferred that the energy absorption element designed as a hollow cylindrical body is made of a plastic, particularly preferably of a glass fiber reinforced plastic. It may be further preferred that the energy absorption member is formed of a porous material based on plastic or metal, which can further improve the energy absorption capabilities.
Es kann gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung auch vorgesehen sein, dass das Energieabsorptionselement einstückig an dem mittleren Mantelrohr angeordnet ist und sich zumindest abschnittsweise radial nach innen mit einem Anlageabschnitt in das mittlere Mantelrohr hineinerstreckt, wobei das innere Mantelrohr an dem Anlageabschnitt anliegt. Es kann hierdurch erreicht werden, dass das Energieabsorptionselement in einem Fertigungsprozess, beispielswese Stanzen, in bzw. an dem mittleren Mantelrohr ausgebildet werden kann. According to a further preferred development of the invention, it can also be provided that the energy absorption element is arranged in one piece on the middle jacket tube and extends at least in sections radially inwards with a contact section into the middle jacket tube, the inner jacket tube resting on the contact section. This can be achieved that the energy absorption element can be formed in or on the middle casing tube in a manufacturing process, for example punching.
Des Weiteren kann es gemäß einer ebenfalls vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen sein, dass das innere Mantelrohr und das mittlere Mantelrohr eine von der Kreisform abweichende, mehreckige, insbesondere achteckige Querschnittskontur aufweisen. Die vorteilhafte Wirkung dieser Ausgestaltung ist darin begründet, dass eine Relativbewegung der Mantelrohre in Umfangsrichtung verhindert ist. Furthermore, according to a likewise advantageous embodiment of the invention, it can be provided that the inner jacket tube and the middle jacket tube have a polygonal, in particular octagonal, cross-sectional contour that deviates from the circular shape. The advantageous effect of this configuration is that a relative movement of the casing tubes in the circumferential direction is prevented.
Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass innere Mantelrohr und das mittlere Mantelrohr über wenigstens ein Auslösemittel axial gegeneinander festgelegt sind, wobei beim Vorliegen einer vordefinierten, in Einzugsrichtung des Teleskopauszugs wirkenden Auslösekraft das Auslösemittel gelöst, verformt und/oder zerstört wird, so dass das innere Mantelrohr gegen das Energieabsorptionselement versetzt wird, welches sich unter der Krafteinwirkung verformt. Hierdurch lässt sich insbesondere der Wirkung erzielen, dass der Auslösezeitpunkt sehr genau steuer- bzw. einstellbar ist. According to a further particularly preferred embodiment of the invention, it can be provided that the inner casing tube and the middle casing tube are axially fixed to one another via at least one triggering means, with the triggering means being released, deformed and/or destroyed in the presence of a predefined triggering force acting in the retraction direction of the telescopic extension is so that the inner casing tube is offset against the energy absorption element, which deforms under the force. This makes it possible, in particular, to achieve the effect that the triggering time can be controlled or adjusted very precisely.
Des Weiteren kann die Erfindung auch dahingehend weiterentwickelt sein, dass die Bedieneinheit eine Lenkwelle umfasst, die das innere Mantelrohr und das mittlere Mantelrohr koaxial durchgreift, wobei die Lenkwelle mit einem Lenkmittel drehfest koppelbar ist und mittels einer Wälzlageranordnung drehbar gegenüber dem inneren Mantelrohr und dem mittleren Mantelrohr gelagert ist. Der Vorteil dieser Ausgestaltung ist, dass sich hierdurch ein multifunktionale Baugruppe bilden lässt, die die Lagerung sowie ein Crash-Element sehr kompakt vereint, was fertigungstechnische wie auch montagetechnische Vorteile bietet. Furthermore, the invention can also be further developed in such a way that the operating unit comprises a steering shaft which passes through the inner casing tube and the middle casing tube coaxially, the steering shaft being rotatably coupled to a steering means and rotatable relative to the inner casing tube and the middle casing tube by means of a rolling bearing arrangement is stored. The advantage of this design is that a multifunctional assembly can be formed that combines the bearing and a crash element in a very compact manner, which offers advantages in terms of manufacturing and assembly technology.
In einer ebenfalls bevorzugten Ausgestaltungsvariante der Erfindung kann auch vorgesehen sein, dass das innere Mantelrohr einen ersten zylinderringförmigen Lagersitz für ein erstes Wälzlager der Wälzlageranordnung aufweist und/oder das mittlere Mantelrohr einen zweiten zylinderringförmigen Lagersitz für ein zweites Wälzlager der Wälzlageranordnung aufweist. Besonders bevorzugt ist es in diesem Zusammenhang, dass der erste Lagersitz einstückig, insbesondere monolithisch, mit dem inneren Mantelrohr ausgeformt ist und/oder der zweite Lagersitz einstückig, insbesondere monolithisch, mit dem mittleren Mantelrohr ausgeformt ist, wodurch beispielsweise auf ein Verschweißen eines separaten Lagersitzes verzichtet werden kann. In a likewise preferred embodiment variant of the invention, it can also be provided that the inner casing tube has a first cylindrical ring-shaped bearing seat for a first rolling bearing of the rolling bearing arrangement and / or the middle casing tube has a second cylindrical ring-shaped bearing seat for a second rolling bearing of the rolling bearing arrangement. In this context, it is particularly preferred that the first bearing seat is made in one piece, in particular monolithically, is formed with the inner jacket tube and / or the second bearing seat is formed in one piece, in particular monolithically, with the middle jacket tube, which means, for example, that there is no need to weld a separate bearing seat.
Auch kann es vorteilhaft sein, die Erfindung dahingehend weiterzuentwickeln, dass das erste Wälzlager als Festlager und das zweite Wälzlager als Loslager konfiguriert ist, so dass beispielsweise Wärmedehnungen kompensiert werden können. It can also be advantageous to further develop the invention in such a way that the first rolling bearing is configured as a fixed bearing and the second rolling bearing as a floating bearing, so that, for example, thermal expansion can be compensated for.
Gemäß einer weiteren zu bevorzugenden Ausgestaltung des Erfindungsgegenstandes kann vorgesehen sein, dass das zweite Wälzlager über ein Vorspannmittel mit einer Axialkraft beaufschlagt ist, wobei sich das Vorspannmittel an der Lenkwelle lösbar axial abstützt, so dass beim Vorliegen einer vordefinierten, in Einzugsrichtung des Teleskopauszugs wirkenden Auslösekraft das Vorspannmittel relativ zum zweiten Wälzlager versetzt wird. Hierdurch kann erreicht werden, dass in einem Crash-Szenario das Vorspannmittel die Vorspannung auf das zweite Wälzlager löst und dadurch die Lenkwelle durch das zweite Wälzlager axial hindurchgleiten kann. According to a further preferred embodiment of the subject matter of the invention, it can be provided that the second roller bearing is subjected to an axial force via a preloading means, the preloading means being releasably axially supported on the steering shaft, so that when a predefined triggering force is present, acting in the retraction direction of the telescopic extension Biasing means is offset relative to the second rolling bearing. This can ensure that in a crash scenario the preloading means releases the preload on the second rolling bearing and the steering shaft can thereby slide axially through the second rolling bearing.
Die Aufgabe der Erfindung wird ferner gelöst durch ein Steer-By-Wire-System zur Beeinflussung einer Fahrrichtung eines Kraftfahrzeugs durch einen Benutzer, umfassend eine längenverstellbare Bedieneinheit nach einem der Ansprüche 1 -9. The object of the invention is further achieved by a steer-by-wire system for influencing the direction of travel of a motor vehicle by a user, comprising a length-adjustable operating unit according to one of claims 1 -9.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Figuren ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens näher erläutert werden. The invention will be explained in more detail below using figures without restricting the general idea of the invention.
Es zeigt: It shows:
Figur 1 ein Kraftfahrzeug mit einem Steer-by-Wi re-System in einer schematischen Blockschaltdarstellung, 1 shows a motor vehicle with a steer-by-wire system in a schematic block diagram,
Figur 2 eine längenverstellbare Bedieneinheit eines Steer-by-Wire-Systems in einer perspektivischen Ansicht, Figur 3 ein Teleskopauszug einer ersten Ausführungsform einer längenverstellbaren Bedieneinheit in einer Axialschnittdarstellung und einer Explosionsansicht, Figure 2 shows a length-adjustable control unit of a steer-by-wire system in a perspective view, 3 shows a telescopic extension of a first embodiment of a length-adjustable operating unit in an axial sectional view and an exploded view,
Figur 4 ein Teleskopauszug einer zweiten Ausführungsform einer längenverstellbaren Bedieneinheit in einer Axialschnittdarstellung und einer Explosionsansicht, 4 shows a telescopic extension of a second embodiment of a length-adjustable operating unit in an axial sectional view and an exploded view,
Figur 5 ein Teleskopauszug einer dritten Ausführungsform einer längenverstellbaren Bedieneinheit in einer Axialschnittdarstellung und einer Explosionsansicht, 5 shows a telescopic extension of a third embodiment of a length-adjustable operating unit in an axial sectional view and an exploded view,
Figur 6 eine Energieabsorptionselement einer längenverstellbaren Bedieneinheit in jeweils einer Betriebsposition vor und nach einem Crash-Ereignis in einer Axialschnittdarstellung, 6 shows an energy absorption element of a length-adjustable operating unit in an operating position before and after a crash event in an axial sectional view,
Figur 7 eine Detailansicht des zweiten Wälzlagers und eines Vorspannmittels in einer Axialschnittdarstellung. Figure 7 shows a detailed view of the second rolling bearing and a preloading means in an axial sectional view.
Die Figur 1 zeigt eine längenverstellbare Bedieneinheit 1 zur Beeinflussung einer Fahrrichtung eines Kraftfahrzeugs 2 durch einen Benutzer, innerhalb eines Steer- By-Wire-Systems 3. Von der Bedieneinheit 1 werden elektrische Signale an einen RWA 19 (Road-Wheel-Aktuator) geleitet, der die Lenkbewegungen an der Bedieneinheit in eine Stellbewegung der Fahrzeugräder übersetzt. 1 shows a length-adjustable operating unit 1 for influencing the direction of travel of a motor vehicle 2 by a user, within a steer-by-wire system 3. Electrical signals are sent from the operating unit 1 to an RWA 19 (road wheel actuator), which translates the steering movements on the control unit into an adjusting movement of the vehicle wheels.
Der Grundsätzliche Aufbau der längenverstellbaren Bedieneinheit 1 kann der Figur 2 entnommen werden. The basic structure of the length-adjustable operating unit 1 can be seen in FIG.
Die längenverstellbaren Bedieneinheit 1 umfasst einen aktuierbaren Teleskopauszug 4 mit einem inneren Mantelrohr 5 und einem mittleren Mantelrohr 7, welches koaxial zu dem inneren Mantelrohr 5 angeordnet ist. Das mittlere Mantelrohr 7 umgreift das innere Mantelrohr 5 zumindest abschnittsweise, was auch gut den Axialschnittdarstellungen der Figuren 3-6 entnommen werden kann.The length-adjustable operating unit 1 comprises an actuable telescopic extension 4 with an inner casing tube 5 and a central casing tube 7, which is arranged coaxially to the inner casing tube 5. The middle casing tube 7 surrounds the inner casing tube 5 at least in sections can also be clearly seen in the axial sectional views of Figures 3-6.
Das mittlere Mantelrohr 7 ist in der Darstellung der Figur 2 nicht zu erkennen, da es sich innerhalb des äußeren Mantelrohrs 8 befindet. The middle jacket tube 7 cannot be seen in the illustration in FIG. 2 because it is located inside the outer jacket tube 8.
Der Teleskopauszug 4 verfügt des Weiteren somit auch über ein äußeres Mantelrohr 8, welches koaxial zu dem mittleren Mantelrohr 7 angeordnet ist. Das äußere Mantelrohr 8 umgreift das mittlere Mantelrohr 7 zumindest abschnittsweise, wobei das mittlere Mantelrohr 7 relativ zum äußeren Mantelrohr 8 axial versetzbar ist, so dass sich eine Teleskopierbarkeit der längenverstellbaren Bedieneinheit 1 ergibt. The telescopic extension 4 also has an outer jacket tube 8, which is arranged coaxially to the middle jacket tube 7. The outer jacket tube 8 encompasses the middle jacket tube 7 at least in sections, the middle jacket tube 7 being axially displaceable relative to the outer jacket tube 8, so that the length-adjustable operating unit 1 can be telescoped.
Wie man anhand der Figuren 3-6 erkenn kann, ist das innere Mantelrohr 5 mit einem Energieabsorptionselement 9 verbunden, welches innerhalb des mittleren Mantelrohres 7 angeordnet ist, so dass beim Vorliegen einer vordefinierten, in Einzugsrichtung des Teleskopauszugs 4 wirkenden Auslösekraft das innere Mantelrohr 5 gegen das Energieabsorptionselement 9 versetzt wird, welches sich unter der Krafteinwirkung verformt. Dies kann insbesondere gut anhand der Figur 6 nachvollzogen werden. As can be seen from Figures 3-6, the inner jacket tube 5 is connected to an energy absorption element 9, which is arranged within the middle jacket tube 7, so that when there is a predefined triggering force acting in the retraction direction of the telescopic extension 4, the inner jacket tube 5 counteracts the energy absorption element 9 is offset, which deforms under the force. This can be understood particularly well with reference to FIG. 6.
In der Ausführungsform der Figur 3 ist das Energieabsorptionselement 9 als hohlzylindrischer Körper ausgebildet ist, der innerhalb des mittleren Mantelrohres 7 angeordnet und in diesem in Einzugsrichtung des Teleskopauszugs 4 einseitig axial lagefixiert ist, wobei das innere Mantelrohr 5 stirnseitig an dem Energieabsorptionselement 9 angeordnet ist. 3, the energy absorption element 9 is designed as a hollow cylindrical body, which is arranged within the central casing tube 7 and is axially fixed in position on one side in the retraction direction of the telescopic extension 4, the inner casing tube 5 being arranged on the front side of the energy absorption element 9.
Die Figuren 4-5 zeigen Ausführungsformen, bei denen das Energieabsorptionselement 9 einstückig an dem mittleren Mantelrohr 7 angeordnet ist und sich zumindest abschnittsweise radial nach innen mit einem Anlageabschnitt 10 in das Mantelrohr 7 hineinerstreckt, wobei das innere Mantelrohr 5 an dem Anlageabschnitt 10 anliegt. In der Figur 4 ist eine Ausführungsform gezeigt, bei der das Energieabsorptionselement 9 als eine einstückig mit dem mittleren Mantelrohr 7 ausgebildete, sich in axialer Richtung erstreckende Lasche ausgeführt ist. Figur 5 zeigt eine Variante, in der das Energieabsorptionselement 9 durch eine sich in axialer Richtung erstreckende, streifenartige Verstemmung gebildet wurde. Figures 4-5 show embodiments in which the energy absorption element 9 is arranged in one piece on the middle jacket tube 7 and extends at least in sections radially inwards with a contact section 10 into the jacket tube 7, the inner jacket tube 5 resting on the contact section 10. 4 shows an embodiment in which the energy absorption element 9 is designed as a tab which is formed in one piece with the central casing tube 7 and extends in the axial direction. Figure 5 shows a variant in which the energy absorption element 9 was formed by a strip-like caulking extending in the axial direction.
Wie in den Figuren 2-5 dargestellt, weisen das innere Mantelrohr 5 und das mittlere Mantelrohr 7 eine von der Kreisform abweichende, mehreckige, insbesondere achteckige Querschnittskontur auf. As shown in Figures 2-5, the inner jacket tube 5 and the middle jacket tube 7 have a polygonal, in particular octagonal, cross-sectional contour that deviates from the circular shape.
Wie man den Figuren 3-6 ebenfalls gut entnehmen kann, sind das innere Mantelrohr 5 und das mittlere Mantelrohr 7 über wenigstens ein Auslösemittel 18 axial gegeneinander festgelegt, wobei beim Vorliegen einer vordefinierten, in Einzugsrichtung des Teleskopauszugs 4 wirkenden Auslösekraft das Auslösemittel 18 gelöst, verformt und/oder zerstört wird, so dass das innere Mantelrohr 5 gegen das Energieabsorptionselement 9 versetzt wird, welches sich unter der Krafteinwirkung verformt. As can also be clearly seen from Figures 3-6, the inner casing tube 5 and the middle casing tube 7 are axially fixed to one another via at least one triggering means 18, whereby in the presence of a predefined triggering force acting in the retraction direction of the telescopic extension 4, the triggering means 18 is released and deformed and/or destroyed, so that the inner casing tube 5 is offset against the energy absorption element 9, which deforms under the force.
In der Figur 6 ist eine Ausführungsform gezeigt, in der die Bedieneinheit 1 eine Lenkwelle 11 umfasst, die das innere Mantelrohr 5 und das mittlere Mantelrohr 7 koaxial durchgreift, wobei die Lenkwelle 11 mit einem Lenkmittel 6 drehfest koppelbar ist und mittels einer Wälzlageranordnung 12 drehbar gegenüber dem inneren Mantelrohr 5 und dem mittleren Mantelrohr 7 gelagert ist. Hierbei besitzt das innere Mantelrohr 5 einen ersten zylinderringförmigen Lagersitz 13 für ein erstes Wälzlager 14 der Wälzlageranordnung 12 und das mittlere Mantelrohr 7 einen zweiten zylinderringförmigen Lagersitz 15 für ein zweites Wälzlager 16 der Wälzlageranordnung 12. In der gezeigten Konfiguration ist das erste Wälzlager 14 als Festlager und das zweite Wälzlager 16 als Loslager ausgeführt. 6 shows an embodiment in which the operating unit 1 comprises a steering shaft 11, which coaxially passes through the inner jacket tube 5 and the middle jacket tube 7, the steering shaft 11 being rotatably coupled to a steering means 6 and rotatable relative to it by means of a rolling bearing arrangement 12 the inner jacket tube 5 and the middle jacket tube 7 is stored. Here, the inner casing tube 5 has a first cylindrical ring-shaped bearing seat 13 for a first rolling bearing 14 of the rolling bearing arrangement 12 and the middle casing tube 7 has a second cylindrical ring-shaped bearing seat 15 for a second rolling bearing 16 of the rolling bearing arrangement 12. In the configuration shown, the first rolling bearing 14 is as a fixed bearing and the second rolling bearing 16 is designed as a floating bearing.
Anhand der Figuren 6-7 lässt sich nachvollziehen, dass das zweite Wälzlager 16 über ein Vorspannmittel 17 mit einer Axialkraft beaufschlagt ist, wobei sich das Vorspannmittel 17 an der Lenkwelle 11 lösbar axial abstützt, so dass beim Vorliegen einer vordefinierten, in Einzugsrichtung des Teleskopauszugs 4 wirkenden Auslösekraft das Vorspannmittel 17 relativ zum zweiten Wälzlager 16 versetzt wird. Die Erfindung ist nicht auf die in den Figuren dargestellten Ausführungsformen beschränkt. Die vorstehende Beschreibung ist daher nicht als beschränkend, sondern als erläuternd anzusehen. Die nachfolgenden Patentansprüche sind so zu verstehen, dass ein genanntes Merkmal in zumindest einer Ausführungsform der Erfindung vorhanden ist. Dies schließt die Anwesenheit weiterer Merkmale nicht aus. Sofern die Patentansprüche und die vorstehende Beschreibung 'erste' und 'zweite' Merkmal definieren, so dient diese Bezeichnung der Unterscheidung zweier gleichartiger Merkmale, ohne eine Rangfolge festzulegen. Based on Figures 6-7 it can be understood that the second rolling bearing 16 is subjected to an axial force via a preloading means 17, the preloading means 17 being releasably axially supported on the steering shaft 11, so that when there is a predefined, in the retraction direction of the telescopic extension 4 acting triggering force, the biasing means 17 is offset relative to the second roller bearing 16. The invention is not limited to the embodiments shown in the figures. The foregoing description is therefore not to be viewed as limiting but rather as illustrative. The following patent claims are to be understood as meaning that a stated feature is present in at least one embodiment of the invention. This does not exclude the presence of other features. If the patent claims and the above description define 'first' and 'second' features, this designation serves to distinguish two similar features without establishing a ranking.
Bezuqszeichenliste Reference character list
1 Bedieneinheit 1 control unit
2 Kraftfahrzeug 2 motor vehicle
3 Steer-By-Wire-System 3 Steer-By-Wire system
4 Teleskopauszug 4 telescopic extensions
5 inneres Mantelrohr 5 inner casing tube
6 Lenkmittel 6 steering means
7 mittleres Mantelrohr 7 middle casing pipe
8 äußeres Mantelrohr 8 outer casing tube
9 Energieabsorptionselement 9 energy absorption element
10 Anlageabschnitt 10 investment section
11 Lenkwelle 11 steering shaft
12 Wälzlageranordnung 12 rolling bearing arrangement
13 erster Lagersitz 13 first bearing seat
14 erstes Wälzlager 14 first rolling bearing
15 zweiter Lagersitz 15 second bearing seat
16 zweites Wälzlager 16 second rolling bearing
17 Vorspannmittel 17 prestressing means
18 Auslösemittel 18 triggering agents
19 RWA 19 RWA

Claims

Ansprüche Längenverstellbare Bedieneinheit (1 ) zur Beeinflussung einer Fahrrichtung eines Kraftfahrzeugs Claims Length-adjustable control unit (1) for influencing the direction of travel of a motor vehicle
(2) durch einen Benutzer, insbesondere zur Verwendung in einem Steer-By-Wire-System (3), umfassend einen aktuierbaren Teleskopauszug (4) mit einem inneren Mantelrohr (5), einem mittleren Mantelrohr (7), welches koaxial zu dem inneren Mantelrohr (5) angeordnet ist und das mittlere Mantelrohr (7) das innere Mantelrohr (5) zumindest abschnittsweise umgreift, einem äußeren Mantelrohr (8), welches koaxial zu dem mittleren Mantelrohr(2) by a user, in particular for use in a steer-by-wire system (3), comprising an actuable telescopic extension (4) with an inner jacket tube (5), a middle jacket tube (7), which is coaxial with the inner Jacket tube (5) is arranged and the middle jacket tube (7) surrounds the inner jacket tube (5) at least in sections, an outer jacket tube (8) which is coaxial with the middle jacket tube
(7) angeordnet ist, und das äußere Mantelrohr (8) das mittlere Mantelrohr (7) zumindest abschnittsweise umgreift, wobei das mittlere Mantelrohr (7) relativ zum äußeren Mantelrohr (8) axial versetzbar ist dadurch gekennzeichnet, dass das innere Mantelrohr (5) mit einem Energieabsorptionselement (9) verbunden ist, welches innerhalb des mittleren Mantelrohres (7) angeordnet ist, so dass beim Vorliegen einer vordefinierten, in Einzugsrichtung des Teleskopauszugs (4) wirkenden Auslösekraft das innere Mantelrohr (5) gegen das Energieabsorptionselement (9) versetzt wird, welches sich unter der Krafteinwirkung verformt. Längenverstellbare Bedieneinheit (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Energieabsorptionselement (9) als hohlzylindrischer Körper ausgebildet ist, der innerhalb des mittleren Mantelrohres (7) angeordnet und in diesem in Einzugsrichtung des Teleskopauszugs (4) einseitig axial lagefixiert ist, wobei das innere Mantelrohr (5) stirnseitig an dem Energieabsorptionselement (9) angeordnet ist. (7) is arranged, and the outer jacket tube (8) surrounds the middle jacket tube (7) at least in sections, the middle jacket tube (7) being axially displaceable relative to the outer jacket tube (8), characterized in that the inner jacket tube (5) is connected to an energy absorption element (9), which is arranged within the central casing tube (7), so that when a predefined trigger force acting in the retraction direction of the telescopic extension (4) is present, the inner casing tube (5) is offset against the energy absorption element (9). , which deforms under the force. Length-adjustable operating unit (1) according to claim 1, characterized in that the energy absorption element (9) is designed as a hollow cylindrical body which is arranged within the central casing tube (7) and is axially fixed in position on one side in the retraction direction of the telescopic extension (4), whereby the inner casing tube (5) is arranged on the front side of the energy absorption element (9).
3. Längenverstellbare Bedieneinheit (1 ) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Energieabsorptionselement (9) einstückig an dem mittleren Mantelrohr (7) angeordnet ist und sich zumindest abschnittsweise radial nach innen mit einem Anlageabschnitt (10) in das Mantelrohr (7) hineinerstreckt, wobei das innere Mantelrohr (5) an dem Anlageabschnitt (10) anliegt. 3. Length-adjustable operating unit (1) according to claim 1 or 2, characterized in that the energy absorption element (9) is arranged in one piece on the central casing tube (7) and extends at least in sections radially inwards with a contact section (10) in the casing tube (7 ) extends into it, with the inner casing tube (5) resting on the contact section (10).
4. Längenverstellbare Bedieneinheit (1 ) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das innere Mantelrohr (5) und das mittlere Mantelrohr (7) eine von der Kreisform abweichende, mehreckige, insbesondere achteckige Querschnittskontur aufweisen. 4. Length-adjustable operating unit (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the inner jacket tube (5) and the middle jacket tube (7) have a polygonal, in particular octagonal, cross-sectional contour that deviates from the circular shape.
5. Längenverstellbare Bedieneinheit (1 ) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass innere Mantelrohr (5) und das mittlere Mantelrohr (7) über wenigstens ein Auslösemittel (18) axial gegeneinander festgelegt sind, wobei beim Vorliegen einer vordefinierten, in Einzugsrichtung des Teleskopauszugs (4) wirkenden Auslösekraft das Auslösemittel (18) gelöst, verformt und/oder zerstört wird, so dass das innere Mantelrohr (5) gegen das Energieabsorptionselement (9) versetzt wird, welches sich unter der Krafteinwirkung verformt. 5. Length-adjustable operating unit (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the inner jacket tube (5) and the middle jacket tube (7) are axially fixed to one another via at least one triggering means (18), whereby in the presence of a predefined, in the retraction direction of the Telescopic extension (4) acting triggering force, the triggering means (18) is released, deformed and / or destroyed, so that the inner casing tube (5) is offset against the energy absorption element (9), which deforms under the force.
6. Längenverstellbare Bedieneinheit (1 ) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bedieneinheit (1 ) eine Lenkwelle (11 ) umfasst, die das innere Mantelrohr (5) und das mittlere Mantelrohr (7) koaxial durchgreift, wobei die Lenkwelle (11 ) mit einem Lenkmittel (6) drehfest koppelbar ist und mittels einer Wälzlageranordnung (12) drehbar gegenüber dem inneren Mantelrohr (5) und dem mittleren Mantelrohr (7) gelagert ist. 6. Length-adjustable operating unit (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the operating unit (1) comprises a steering shaft (11) which passes through the inner casing tube (5) and the middle casing tube (7) coaxially, the steering shaft ( 11) can be coupled in a rotationally fixed manner to a steering means (6) and by means of a Rolling bearing arrangement (12) is rotatably mounted relative to the inner jacket tube (5) and the middle jacket tube (7).
7. Längenverstellbare Bedieneinheit (1 ) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das innere Mantelrohr (5) einen ersten zylinderringförmigen Lagersitz (13) für ein erstes Wälzlager (14) der Wälzlageranordnung (12) aufweist und/oder das mittlere Mantelrohr (7) einen zweiten zylinderringförmigen Lagersitz (15) für ein zweites Wälzlager (16) der Wälzlageranordnung (12) aufweist. 7. Length-adjustable operating unit (1) according to claim 6, characterized in that the inner jacket tube (5) has a first cylindrical ring-shaped bearing seat (13) for a first rolling bearing (14) of the rolling bearing arrangement (12) and / or the middle jacket tube (7) has a second cylindrical ring-shaped bearing seat (15) for a second rolling bearing (16) of the rolling bearing arrangement (12).
8. Längenverstellbare Bedieneinheit (1 ) nach einem der vorherigen Ansprüche 6-7, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Wälzlager (14) als Festlager und das zweite Wälzlager (16) als Loslager konfiguriert ist. 8. Length-adjustable operating unit (1) according to one of the preceding claims 6-7, characterized in that the first rolling bearing (14) is configured as a fixed bearing and the second rolling bearing (16) is configured as a floating bearing.
9. Längenverstellbare Bedieneinheit (1 ) nach einem der vorherigen Ansprüche 6-8, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Wälzlager (16) über ein Vorspannmittel (17) mit einer Axialkraft beaufschlagt ist, wobei sich das Vorspannmittel (17) an der Lenkwelle (11 ) lösbar axial abstützt, so dass beim Vorliegen einer vordefinierten, in Einzugsrichtung des Teleskopauszugs (4) wirkenden Auslösekraft das Vorspannmittel (17) relativ zum zweiten Wälzlager (16) versetzt wird. 9. Length-adjustable operating unit (1) according to one of the preceding claims 6-8, characterized in that the second rolling bearing (16) is subjected to an axial force via a preloading means (17), the preloading means (17) being located on the steering shaft (11 ) is releasably supported axially, so that when there is a predefined triggering force acting in the retraction direction of the telescopic extension (4), the preloading means (17) is offset relative to the second roller bearing (16).
10. Steer-By-Wire-System (3) zur Beeinflussung einer Fahrrichtung eines Kraftfahrzeugs (2) durch einen Benutzer umfassend eine längenverstellbare Bedieneinheit (1 ) nach einem der vorherigen Ansprüche. 10. Steer-by-wire system (3) for influencing a driving direction of a motor vehicle (2) by a user, comprising a length-adjustable operating unit (1) according to one of the preceding claims.
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