BE1030038B1 - Steer-by-Wire-Lenksäule für ein Kraftfahrzeug - Google Patents

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine verstellbare Steer-by-Wire-Lenksäule (1) für ein Kraftfahrzeug, umfassend eine Manteleinheit (5), in der eine Lenkspindel (51) um eine in Längsrichtung verlaufende Längsachse (L) drehbar gelagert ist, und die einen Außenmantel (53), einen Zwischenmantel (54) und einen Innenmantel (55) aufweist, wobei der Zwischenmantel (54) in dem Außenmantel (53) und der Innenmantel (55) in dem Zwischenmantel (54) teleskopartig verstellbar aufgenommen ist, wobei die Manteleinheit (5) einen elektromotorischen Feedback-Aktuator (6) aufweist, der ausgebildet ist zur Erzeugung und Einleitung eines Feedbackmoments in die Lenkspindel (51), und die Manteleinheit (5) einen Verstellantrieb (8) aufweist, der eine motorische Antriebseinheit (81) aufweist und ausgebildet ist zur relativen Verstellung von Außenmantel (53), Zwischenmantel (54) und Innenmantel (55). Um eine verbesserte Verstauung zu ermöglichen und eine kompaktere Bauweise im Bedienbereich bereitzustellen, schlägt die Erfindung vor, dass der Feedback-Aktuator (6) an dem Zwischenmantel (54) angebracht ist.

Description

t BE2022/5628

Steer-by-Wire-Lenksäule für ein Kraftfahrzeug

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft eine verstellbare Steer-by-Wire-Lenksäule für ein Kraftfahrzeug, umfas- send eine Manteleinheit, in der eine Lenkspindel um eine in Längsrichtung verlaufende Längs- achse drehbar gelagert ist, und die einen AuBenmantel, einen Zwischenmantel und einen In- nenmantel aufweist, wobei der Zwischenmantel in dem AuBenmantel und der Innenmantel in dem Zwischenmantel teleskopartig verstellbar aufgenommen ist, wobei die Manteleinheit einen elektromotorischen Feedback-Aktuator aufweist, der ausgebildet ist zur Erzeugung und Einlei- tung eines Feedbackmoments in die Lenkspindel, und die Manteleinheit einen Verstellantrieb aufweist, der eine motorische Antriebseinheit aufweist und ausgebildet ist zur relativen Verstel- lung von AuBenmantel, Zwischenmantel und Innenmantel.

Die Lenksäule umfasst eine Lenkspindel, an der zur Lenkung eines Kraftfahrzeugs in Bedienpo- sition bezüglich der Fahrtrichtung hinten eine Lenkhandhabe, beispielsweise ein Lenkrad zur manuellen Eingabe von Lenkbefehlen durch Drehung der Lenkspindel angebracht ist. Die Lenk- spindel ist in einer Manteleinheit um eine in Längsrichtung verlaufende Längsachse drehbar ge- lagert. Bei Steer-by-Wire-Lenksystemen wird ein Drehwinkel- und/oder ein Drehmoment eines in die Lenkspindel eingebrachten Lenkbefehls mittels eines elektrischen Drehsensors erfasst, und ein daraus erzeugtes elektrisches Steuersignal wird an einen Lenksteller abgeben, der mit- tels eines elektrischen Stellantriebs einen entsprechenden Lenkeinschlag der lenkbaren Räder einstellt. Im autonomen Fahrbetrieb bei selbstfahrenden Fahrzeugen, in der keine manuelle

Lenkeingabe erfolgt, kônnen die elektrischen Lenkungs-Steuersignale von einer elektronischen

Steuereinheit bereitgestellt werden.

Zur Erzeugung eines realistischen Fahrgefühls weist die Manteleinheit einen elektromotorischen

Feedback-Aktuator auf. Aus einer tatsächlichen momentanen Fahrsituation werden Parameter wie Fahrzeuggeschwindigkeit, Lenkwinkel, Lenkungs-Reaktionsmoment und dergleichen erfasst oder in einer Simulation berechnet, und aus diesen GrôBen wird ein Rückkopplungs-Signal ge- bildet, mit dem der Feedback-Aktuator angesteuert wird. Dieser erzeugt abhängig von dem Rück- kopplungs-Signal ein dem realen Reaktionsmoment entsprechendes Rückstellmoment, welches als Feedbackmoment über die Lenkspindel in das Lenkrad eingekoppelt wird. Derartige ,Force- feedback“-Systeme geben dem Fahrer den Eindruck einer realen Fahrsituation wie bei einer kon- ventionellen, mechanisch gekoppelten Lenkung, was eine intuitive Reaktion erleichtert.

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Eine gattungsgemäBe Lenksäule der eingangs genannten Art ist beispielsweise aus der

EP 3 341 262 B1 bekannt. Diese weist einen Innenmantel auf, aus dem die Lenkspindel mit der

Lenkhandhabe nach hinten zur Fahrerposition hin vorsteht, der in Längsrichtung teleskopartig verstellbar in einem Zwischenmantel aufgenommen ist, der seinerseits teleskopartig verstellbar in einem AuBenmantel aufgenommen ist. Zur Komfortverstellung kann das Lenkrad innerhalb eines Bedienbereichs in eine optimale Bedienposition relativ zur Fahrerposition in Längsrich- tung vor und zurück verstellt werden, bevorzugt durch einen linearen motorischen Verstellan- trieb. Zum Verstauen der Lenksäule im autonomen Fahrbetrieb, wenn kein manueller Lenkein- griff erfolgt, können der Zwischenmantel und der Innenmantel mittels des Verstellamtriebs maxi- mal nach vorn in den AuBenmantel eingefahren werden, wodurch die Manteleinheit in Längs- richtung so weit wie möglich verkürzt wird. Dadurch kann das Lenkrad in einer Verstauposition außerhalb der Bedienposition verstaut werden, um den Bedienbereich im Fahrzeuginnenraum für eine anderweitige Nutzung freizugeben. Die gattungsgemäB mehrfache Teleskopanordnung ermöglicht eine vorteilhafte Verkürzung der Manteleinheit. Dadurch, dass der Feedback-Aktua- tor am AuBenmantel fixiert ist, ist jedoch auch bei maximal zusammengefahrener Manteleinheit der Bauraumbedarf in der Verstauposition und insbesondere innerhalb des Bedienbereichs re- lativ groß.

Eine Steer-by-Wire-Lenksäule der eingangs genannten Art ist aus der DE 10 2019 200 908 A1 bekannt.

Angesichts der vorangehend erläuterten Problematik ist es eine Aufgabe der vorliegenden Er- findung, eine verbesserte Verstauung zu ermöglichen und eine kompaktere Bauweise im Bedi- enbereich bereitzustellen.

Darstellung der Erfindung

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch das Lenksystem mit den Merkmalen des An- — spruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Bei einer verstellbaren Steer-by-Wire-Lenksäule für ein Kraftfahrzeug, umfassend eine Mante- leinheit, in der eine Lenkspindel um eine in Längsrichtung verlaufende Längsachse drehbar ge- lagert ist, und die einen AuBenmantel, einen Zwischenmantel und einen Innenmantel aufweist, wobei der Zwischenmantel in dem AuBenmantel und der Innenmantel in dem Zwischenmantel teleskopartig verstellbar aufgenommen ist, wobei die Manteleinheit einen elektromotorischen

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Feedback-Aktuator aufweist, der ausgebildet ist zur Erzeugung und Einleitung eines Feedback- moments in die Lenkspindel, und die Manteleinheit einen Verstellantrieb aufweist, der eine mo- torische Antriebseinheit aufweist und ausgebildet ist zur relativen Verstellung von Außenmantel,

Zwischenmantel und Innenmantel, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Feedback-Aktua- tor an dem Zwischenmantel angebracht ist.

Im Folgenden werden die Begriffe „längs“ und „axial“ gleichbedeutend zur Bezeichnung der

Längsrichtung verwendet. Die Längsrichtung weist in Einbaulage bezüglich der Fahrtrichtung von hinten nach vorn, wobei am hinteren Ende des Innenmantels das Lenkrad anbringbar ist, und der Zwischenmantel und der Außenmantel bezüglich des Innenmantels vorn angeordnet sind. Innen-. Zwischen und Außenmantel werden gemeinsam kurz als die Mäntel bezeichnet.

Erfindungsgemäß ist der Feedback-Aktuator am Zwischenmantelrohr fixiert, bevorzugt stirnsei- tig am vorderen Endbereich. Entsprechend kann er zusammen mit dem Zwischenmantel relativ zum Außenmantel in Längsrichtung verstellt werden. Dadurch kann ein kleineres Bauvolumen des Außenmantels realisiert werden. Insbesondere dadurch, dass der Feedback-Aktuator nicht mehr wie im eingangs genannten Stand der Technik stirnseitig am Außenmantel angeordnet ist, kann eine verkürzte axiale Baulänge der Manteleinheit realisiert werden. Dabei kann der Feed- back-Aktuator mit Vorteil koaxial am Zwischenmantel angebracht sein, wobei er von der Längs- _ achse aus gesehen in radialer Richtung nicht oder weniger radial nach außen von dem AuBen- mantel vorsteht, so dass eine zusätzlich Bauraum sparende, schlankere Ausführung der Mante- leinheit und damit der gesamten Lenksäule ermöglicht wird. Daraus ergeben sich verbesserte und erweiterte Möglichkeiten zur Ausnutzung des im Fahrzeuginnenraum zur Verfügung ste- henden Bauraums zur Verstauung der Lenksäule. Alternativ können durch die kompaktere Bau- weise bei gleichbleibendem Bauvolumen erhöhte Sicherheitsfunktionen, beispielsweise größere

Knautschzonen, bereitgestellt werden.

Eine vorteilhafte Weiterbildung sieht vor, dass der Außenmantel eine in Längsrichtung durchge- hende Durchgangsöffnung aufweist, aus welcher der Zwischenmantel bezüglich der Längsrich- tung nach vorn und nach hinten verstellbar ist. In der Durchgangsöffnung ist der Zwischenman- tel längsverschiebbar gelagert. Der Außenmantel ist zumindest im Bereich der Durchgangsöff- nung in Längsrichtung kürzer als der Zwischenmantel und erstreckt sich dadurch lediglich über einen axialen Teilabschnitt des Zwischenmantels. Anders als im Stand der Technik, bei dem der Zwischenmantel nur nach hinten aus dem Außenmantel vorsteht und entsprechend auch nur nach hinten aus dem Außenmantel heraus ausgefahren werden kann, durchsetzt der Zwi- schenmantel erfindungsgemäß den in Längsrichtung zwischen einem vorderen und einem hin- teren Ende der Durchgangsöffnung durchgehend offen ausgebildeten AuBenmantel vollständig

‘ BE2022/5628 und steht axial in beiden Richtungen, d.h. nach vorn und hinten, aus der Durchgangsöffnung vor. Dadurch kann der Zwischenmantel bezüglich der Längsrichtung nach vorn und nach hinten aus der Durchgangsöffnung herausbewegt werden. Somit ist der Zwischenmantel nicht wie im

Stand der Technik nur in einer Richtung nach hinten, sondern längs in beiden Richtungen nach vorn und nach hinten über den AuBenmantel hinaus verfahrbar. Durch den im Vergleich zum

Stand der Technik kürzeren AuBenmantel kann Bauraum eingespart werden, und es ergeben sich erweiterte konstruktive Möglichkeiten zur Integration der Lenksäule.

In der vorgenannten Ausführung ist der Feedback-Aktuator auf der einen Seite axial vor dem

AuBenmantel angeordnet, und der Innenmantel steht auf der anderen Seite nach hinten aus dem AuBenmantel vor. Diese Anordnung hat den Vorteil, dass die bei der Lenkeingabe auftre- tenden Querkräfte und Momente bei verringertem Bauraumbedarf effektiv von dem AuBenman- tel aufgenommen und an der Fahrzeugkarosserie abgestützt werden können.

Es kann bevorzugt vorgesehen sein, dass die motorische Antriebseinheit des Verstellantriebs an dem AuBenmantel angebracht ist. Der Verstellantrieb weist mindestens einen Linearantrieb auf, der in Längsrichtung an den Mänteln angreift. Bevorzugt kann dieser in an sich bekannter

Weise als Spindeltrieb ausgebildet sein, bei dem eine in eine Spindelmutter und eine darin axial eingreifende Gewindespindel von einer motorischen Antriebseinheit relativ zueinander drehend angetrieben werden. Je nach Bauform wird bei einem Tauchspindelantrieb die axial an der An- triebseinheit abgestützte Spindelmutter drehend angetrieben, und relativ dazu rotatorisch fest- stehende Gewindespindel wird linear bewegt, oder bei einem Rotationsspindelantrieb wird die axial an der Antriebseinheit abgestützte Gewindespindel drehend angetrieben, und die relativ dazu rotatorisch feststehende Spindelmutter wird linear bewegt. In jedem Fall weist die An- triebseinheit einen elektrischen Motor und Getriebemittel zur Übertragung des Motormoments auf den Spindeltrieb auf. Bei der Erfindung ist vorteilhaft, dass der Verstellantrieb axial auf bei- den Seiten des AuBenmantels direkt oder indirekt an dem Zwischenmantel angreifen kann, wodurch sich erweiterte konstruktive Möglichkeiten zur optimierten Nutzung des Bauraums er- geben. Dabei ist es denkbar, auch andere Arten von linearen Verstellantrieben einzusetzen, beispielsweise Zahnriemen-, Riemen- oder Zahnstangentriebe oder dergleichen.

Es kann vorgesehen sein, dass der Verstellantrieb wirkungsmäBig zwischen dem AuBenmantel und dem Innenmantel angeordnet ist. Dadurch, dass der Verstellantrieb beispielsweise direkt an dem Innenmantel angreift, kann die Bedienposition des daran gelagerten Lenkrads relativ zum AuBenmantel direkt eingestellt werden. Um dabei eine kontrollierte Verstellung des Innen- mantels relativ zum Zwischenmantel zu ermöglichen, kann dieser zeitweilig relativ zum AuBen- mantel axial fixiert sein, beispielsweise mittels einer Sperr- oder Verriegelungseinrichtung. Der

> BE2022/5628 an dem Innenmantel angreifende Verstellantrieb kann dadurch auch dazu eingesetzt werden, um den Zwischenmantel relativ zum Außenmantel zu verfahren. Dazu wird der Innenmantel re- lativ zum Zwischenmantel axial fixiert, und die Fixierung des Zwischenmantels am Außenmantel wird gelöst, so dass dieser zusammen mit dem Innenmantel von dem Verstellantrieb nach vorn bis in die Verstauposition verfahren werden kann, oder umgekehrt aus der Verstauposition her- aus in die Bedienposition. Beispielweise kann die Sperreinrichtung derart umschaltbar ausge- staltet sein, dass sie wahlweise den Zwischenmantel am Außenmantel oder am Innenmantel axial verriegelt. Dabei kann eine Betätigungssequenz vorgegeben sein, so dass beispielsweise der in Bedienposition nach hinten ausgefahrene Innenmantel beim Verstauen zunächst nach vorn in den mit dem Außenmantel verriegelten Zwischenmantel voll eingefahren wird, und an- schließend durch Umschalten der Sperr- oder Verriegelungseinrichtung der Zwischenmantel vom Außenmantel entriegelt und der Innenmantel mit dem Zwischenmantel verriegelt wird, so dass der Zwischenmantel relativ zum Außenmantel verfahren werden kann. Ein Vorteil dieser

Anordnung ist, dass ein einziger Verstellantrieb zum Verstauen und Einstellen der Lenksäule _ ausreicht.

Eine weitere Möglichkeit ist, dass der Verstellantrieb einen Verstauantrieb aufweist, der wir- kungsmäßig zwischen dem Außenmantel und dem Zwischenmantel angeordnet ist. Dieser

Verstauantrieb kann als separater Linearantrieb ausgebildet sein, der vorzugsweise ausschließ- lich dazu dient, den Zwischenmantel zusammen mit dem daran angebrachten Feedback-Aktua- tor und der aus dem Innenmantel und der Lenkspindel gebildeten Stelleinheit relativ zum Au-

Benmantel aus der Bedien- in die Verstauposition zu bringen, oder umgekehrt. Der Verstauan- trieb ist vorzugsweise zusätzlich zu einem Verstellantrieb vorgesehen, der wirkungsmäßig zwi- schen dem Außenmantel und dem Innenmantel oder zwischen dem Zwischenmantel und dem

Innenmantel angeordnet ist, der dann ausschließlich zur Verstellung des Innenmantels relativ zum AuBen- oder Zwischenmantel dient.

Im Prinzip können Verstell- und Verstauantrieb gleichartig ausgebildet sein, beispielsweise als

Spindeltriebe. Dabei kann es jedoch vorteilhaft sein, dass der Verstauantrieb leistungsstärker ist, um die größere träge Masse des Zwischenmantels samt Feedback-Aktuator und Innenman- tel möglichst schnell zwischen Bedien- und Verstauposition bewegen zu können. Der Verstell- antrieb zum Verstellen der Bedienposition kann dann relativ klein und leicht ausgestaltet sein.

Dadurch wird in vorteilhafter Weise eine Optimierung des Gewichts-, Bauraum und Energiebe- darfs ermöglicht.

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Es ist zweckmäBig, dass ein elektrischer Drehsensor vorgesehen ist zur Erfassung der Drehung der Lenkspindel relativ zur Manteleinheit. Der Drehsensor kann vorzugsweise einen Drehwin- kelsensor und/oder einen Drehmomentsensor aufweisen, mit denen bei der manuellen Eingabe eines Lenkbefehls der dabei eingebrachte Drehwinkel der Lenkspindel und das dabei aufge- wendete Handmoment erfasst werden. Diese MessgrôBen dienen zur Ansteuerung der Lenk- steller zur Erzeugung eines Lenkeinschlags der lenkbaren Räder, und auch zur Ansteuerung des Feedback-Aktuators.

Es kann vorteilhaft sein, dass zwischen dem AuBenmantel und dem Zwischenmantel eine Ener- gieabsorptionseinrichtung angeordnet ist. Wird im Crashfall durch einen auf das Lenkrad auf- treffenden Kôrper eine hohe Kraft in Längsrichtung auf die Lenkspindel ausgeübt, die einen vor- gegebenen Grenzwert überschreitet, werden die Mäntel teleskopartig zusammengeschoben. In der Energieabsorptionseinrichtung, welche zwischen den Mänteln eingekoppelt ist, wird die durch die relative Bewegung eingeleitete kinetische Energie absorbiert und in Verformungsar- beit umgewandelt, so dass der auf das Lenkrad auftreffende Körper kontrolliert abgebremst wird und die Verletzungsgefahr verringert wird.

Die Energieabsorptionseinrichtung kann ein direkt oder mittelbar zwischen dem AuBenmantel und dem Zwischenmantel angeordnetes Energieabsorptionselement aufweisen. Ein Deformati- onsabschnitt des Energieabsorptionselements wird durch die relative Bewegung zwischen Au-

Benmantel und Stelleinheit in Crashfall unter Absorption kinetischer Energie plastisch defor- miert, beispielsweise durch Umbiegen einer Biegelasche, Auftrennen einer ReiBlasche, Aufwei- ten eines Schlitzes oder dergleichen. Es können auch Reibungselemente vorgesehen sein, die kinetische Energie in Reibungswärme umwandeln. Derartige und weitere Energieabsorptions- elemente sowie Kombinationen davon sind aus dem Stand der Technik prinzipiell bekannt.

Eine vorteilhafte Ausführung kann vorsehen, dass die Energieabsorptionseinrichtung zwischen dem Verstellantrieb und dem AuBenmantel angeordnet ist. Beispielsweise kann ein Energie- absorptionselement wie vorangehend beschrieben zwischen der Antriebseinheit des Verstellan- triebs und dem AuBenmantel eingegliedert sein. Dadurch kann eine optimierte Bauraumnutzung erfolgen, und die konstruktiven Möglichkeiten werden erweitert.

Es ist auch denkbar und möglich, eine Energieabsorptionseinrichtung in den Verstellantrieb zu integrieren, beispielsweise durch eine verformbare oder unter Energieabsorption verlagerbare

Gewindespindel oder Spindelmutter.

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Eine vorteilhafte Ausführung sieht vor, dass der AuBenmantel von einer Trageinheit gehalten ist. Die Trageinheit dient zur Montage der Lenksäule im Kraftfahrzeug und weist Verbindungs- mittel zur Befestigung der Lenksäule an einer Fahrzeugkarosserie auf und hält den AuBenman- tel zumindest in Längsrichtung fix an der Fahrzeugkarosserie. Durch die erfindungsgemäBe An- ordnung kann der Zwischenmantel samt Feedback-Aktuator relativ zur Trageinheit verstellt wer- den. Dadurch werden die konstruktiven Möglichkeiten erweitert und eine verbesserte Bauraum- nutzung ermöglicht.

Es kann vorgesehen sein, dass die Manteleinheit in einer Höhenrichtung quer zur Längsachse relativ zur Trageinheit verstellbar ist. Zur Höhenverstellung kann die Manteleinheit beispiels- weise um eine quer zur Längsachse liegende Schwenkachse verschwenkbar gelagert sein, so dass das am hinteren Ende der Lenkspindel angebrachte Lenkrad in der Höhe relativ zur

Fahrerposition eingestellt werden kann. Die Höhenverstellung kann manuell erfolgen. Insbeson- dere zum automatisierten Verstauen der Lenksäule beim autonomen Fahren ist es vorteilhaft, dass ein elektromotorischer Hôhenverstellantrieb zwischen der Manteleinheit und der Tragein- heit angeordnet ist, von dem die Manteleinheit relativ zur Trageinheit auf oder ab bewegbar ist.

Ein Höhenverstellantrieb kann beispielsweise durch einen elektromotorisch angetriebenen Spin- deltrieb realisiert werden, wie vorangehend für die Längsverstellung beschrieben. Zur Fixierung der Höhenposition kann vorgesehen sein, dass die Manteleinheit mittels einer Spanneinrich- tung, wie vorangehend für die Längsverstellung erläutert, lösbar mit der Trageinheit verspann- bar ist.

Es ist möglich, dass zwischen dem AuBenmantel und der Trageinheit eine Energieabsorptions- einrichtung angeordnet ist. Diese kann im Crashfall, wenn eine hohe Kraft über die Lenkspindel auf die Manteleinheit ausgeübt wird, bei einer dadurch verursachten Bewegung der Mantelein- heit relativ zur Trageinheit kinetische Energie absorbieren. Die Energieabsorptionseinrichtung kann in Längs- und/oder Höhenrichtung wirksam sein, und kann im Prinzip ähnlich aufgebaut sein, wie oben für die zwischen AuBenmantel und Zwischenmantel angeordnete Energie- absorptionseinrichtung beschrieben.

Es kann vorgesehen sein, dass die Trageinheit ein Verstaugehäuse aufweist. Das Verstauge- häuse umfasst Verbindungsmittel zur Verbindung mit der Fahrzeugkarosserie, und weist einen

Stauraum auf, der sich vom vorderen Ende des AuBenmantels in Längsrichtung nach vorn er- streckt. In dem Stauraum kann der beim Verstauen nach vorn aus dem AuBenmantel heraustre- tende Zwischenmantel mit dem daran angebrachten Feedback-Aktuator aufgenommen werden.

Außerdem kann es eine energieabsorbierende Knautschzone aufweisen, und/oder ein energie- absorbierendes Eintauchen der Aufnahmeeinheit ermöglichen. Dabei kann das Verstaugehäuse

3 BE2022/5628 eine relativ zu der Spritzwand, die den Fahrzeuginnenraum nach vorn begrenzt, eine nach vorn eingeformte Ausbuchtung oder Vertiefung aufweisen, die den Stauraum aufweist. Dadurch wird eine Verstauung des eingefahrenen Zwischenmantels auBerhalb des Fahrzeuginnenraums er- môglicht.

Der AuBenmantel, der Zwischenmantel und der Innenmantel kônnen jeweils ein Mantelrohr auf- weisen oder als Mantelrohr ausgebildet sein. Die Mantelrohre kônnen in an sich bekannter

Weise ineinander geschachtelt und geführt sein. Wie oben bereits erwähnt, ist dabei das Au-

Benmantelrohr kürzer als das Zwischenmantelrohr, wobei das Zwischenmantelrohr bevorzugt durch eine Durchgangsôffnung des AuBenmantels hindurchgeht und axial in beiden Richtungen aus dem AuBenmantelrohr heraus vorsteht und verfahrbar ist. Mit anderen Worten bildet das

AuBenmantelrohr eine Art Rohrhülse, welche das Zwischenmantelrohr umgreift und in beide

Richtungen darauf axial vor und zurück bewegbar ist. Ein Vorteil der rohrfôrmigen Mäntel ist die hohe Steifigkeit der Teleskopanordnung bei einem kompakten Aufbau. Außerdem kann die Fer- tigung aus Rohrabschnitten rationell und kostengünstig erfolgen.

Es kann vorgesehen sein, dass das Mantelrohr einen runden oder unrunden Querschnitt auf- weist. Der Rohrquerschnitt kann rund, unrund oder mehreckig sein. Dabei ist der Innenquer- schnitt des jeweils auBenliegenden Mantelrohrs an den AuBenquerschnitt des darin innen auf- genommenen Mantelrohrs angepasst, um eine Teleskopführung zu bilden. Zwischen den Man- telrohren kann eine lineare Gleit- oder Wälzkörperführung angeordnet sein. Durch die Anpas- sung des Rohrquerschnitts kann eine vorteilhaft hohe Steifigkeit und Eigenfrequenz der Mante- leinheit realisiert werden.

Beschreibung der Zeichnungen

Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung werden im Folgenden anhand der Zeichnungen nâher erläutert. Im Einzelnen zeigen:

Figur 1 eine schematische Darstellung eines Steer-by-Wire-Lenksystems,

Figur 2 eine erfindungsgemäBe Lenksäule in einer schematischen perspektivischen An- sicht,

Figur 3 eine Seitenansicht der Lenksäule gemäß Figur 2 in Betriebsposition,

Figur 4 eine Seitenansicht der Lenksäule gemäß Figur 2 in Verstauposition.

Ausführungsformen der Erfindung

In den verschiedenen Figuren sind gleiche Teile stets mit den gleichen Bezugszeichen verse- hen und werden daher in der Regel auch jeweils nur einmal benannt bzw. erwähnt.

Die Richtungsangaben beziehen sich auf die reguläre Fahrtrichtung eines nicht im Einzelnen dargestellten Fahrzeugs, wobei die Längsrichtung nach vorn in den Figuren als Richtung V mit einem Pfeil angegeben ist, und entsprechend nach hinten die entgegengesetzte Richtung H.

Figur 1 zeigt schematisch ein Steer-by-Wire-Lenksystem 1, welches eine erfindungsgemäße

Lenksäule 2 umfasst, die über eine elektrische Steuerleitung 3 mit einem elektrischen Len- kungsantrieb 4 verbunden ist.

Der Lenkungsantrieb 4 umfasst einen mit der Steuerleitung 3 verbundenen Stellmotor 41, der ein Lenkungs-Stellmoment in ein Lenkgetriebe 42 einleitet. Dort wird das Lenkungs-Stellmo- ment über ein Ritzel 43 und eine Zahnstange 44 in eine Translationsbewegung von Spurstan- gen 45 umgesetzt, wodurch in an sich bekannten Weise durch Verschwenkung von Achsschen- keln ein Lenkeinschlag der gelenkten Räder 46 bewirkt wird. Alternativ können die gelenkten

Räder 46 mit einzeln ansteuerbaren elektrischen Stellantrieben verbunden sein zur Realisie- rung einer Einzelradlenkung.

Die Lenksäule 2 weist eine Manteleinheit 5 auf, in der eine Lenkspindel 51 um eine in Längs- richtung von hinten nach vorn gerichtete Längsachse L drehbar gelagert ist. Am hinteren Ende ist ein Lenkrad 52 angebracht.

Die Manteleinheit 5 weist einen Feedback-Aktuator 6 auf, der einen hier nicht gezeigten elektro- motorischen Antrieb aufweist, der zur Einkopplung eines Feedback-Moments mit der Lenkspin- del 51 verbunden ist.

Die Manteleinheit 5 ist von einer Trageinheit 7 gehalten, die Verbindungsmittel zur Anbringung der Lenksäule 2 an einer nicht dargestellten Fahrzeugkarosserie aufweist.

In Figur 2 ist die Lenksäule 2 separat in einer perspektivischen Ansicht in einer ausgefahrenen

Betriebsposition dargestellt, und in Figur 3 in einer Seitenansicht. Figur 4 zeigt eine Ansicht wie

Figur 3, wobei sich die Lenksäule 2 in Verstauposition befindet.

Die Lenkspindel 51 weist an ihrem hinteren Endbereich einen Befestigungsabschnitt 510 auf, an dem das Lenkrad 52 anbringbar ist.

Die Manteleinheit 5 weist einen Außenmantel 53 einen Zwischenmantel 54 und einen Innen- mantel 55 auf, die in Längsrichtung teleskopartig verstellbar angeordnet sind, wie mit dem Dop- pelpfeil angedeutet ist. Die Mäntel 53, 54, 55 weisen jeweils ein Mantelrohr auf, das beim Zwi- schenmantel 54 einen mehreckigen Querschnitt aufweist, und beim Innenmantel 55 rund aus- gebildet ist.

Der Feedback-Aktuator 7 ist erfindungsgemäß vorne stirnseitig an dem Zwischenmantel 54 an- gebracht.

Ein linearer Verstellantrieb 8, der im gezeigten Beispiel als Tauchspindelantrieb ausgebildet ist, weist eine elektromotorische Antriebseinheit 81 auf, die an dem Außenmantel 53 angebracht ist. Die Antriebseinheit 81 weist eine in Längsrichtung abgestützte, von einem Elektromotor um eine zur Längsachse L parallele Spindelachse drehend antreibbare Spindelmutter 82 auf, in die eine zur Längsachse parallel angeordnete Gewindespindel 83 eingreift, die mit dem hinteren

Bereich des Innenmantels 55 verbunden ist.

In Figur 3 und 4 ist erkennbar, dass der AuBenmantel 53 in Längsrichtung gesehen deutlich kürzer ist als der Zwischenmantel 54. Dieser durchsetzt einen in Längsrichtung durch den Au-

Benmantel 53 durchgehenden Durchgang, so dass er nach vorn und hinten aus dem AuBen- mantel 53 heraus verfahren werden kann.

Figur 3 zeigt einen Verstellzustand in Betriebsposition, bei dem der Zwischenmantel 54 nach hinten, in der Zeichnung nach rechts, aus dem AuBenmantel 53 ausgefahren ist, und der Innen- mantel 55 ebenfalls nach hinten aus dem Zwischenmantel 54 ausgefahren ist. In dieser Be- triebsposition befindet sich das an dem Befestigungsabschnitt 510 angebrachte Lenkrad 51 zur

Eingabe manueller Lenkbefehle in einem von der Fahrerposition aus zugänglichen Bedienbe- reich. Der Feedback-Aktuator 6 ist an dem Zwischenmantel 54 vor dem vorderen Ende des Au-

Benmantels 53 angeordnet.

Durch den Verstellantrieb 8 kann der Innenmantel 55 nach hinten, in der Zeichnung nach links, in den Zwischenmantel 54 eingefahren werden, und der Zwischenmantel 54 wird durch den

Durchgang des Außenmantels 53 hindurch nach vorn eingefahren, wie in Figur 3 mit dem Pfeil angedeutet ist, bis der in Figur 4 gezeigte Verstauzustand erreicht ist.

Der Außenmantel 53 ist in Längsrichtung an der Trageinheit 7 abgestützt und fixiert. Diese kann ein Verstaugehäuse 71 aufweisen, welches in Figuren 3 und 4 schematisch kastenförmig dar- gestellt ist und einen Stauraum 72 umschließt. In diesen kann der Zwischenmantel 54 zusam- men mit dem daran vorn angebrachten Feedback-Aktuator 6 beim Verstauen eintauchen, bis die in Figur 4 gezeigte Verstauposition erreicht ist.

Es kann eine hier nicht dargestellte Verriegelungseinrichtung vorgesehen sein, durch welche wahlweise der Zwischenmantel 54 mit dem Außenmantel 53 in Längsrichtung verriegelt sein kann, so dass mittels des Verstellantriebs 8 allein der Innenmantel 55 zur Verstellung der Bedi- enposition verstellbar ist. Zum Verstauen kann der Innenmantel 55 in eingefahrenem Zustand mit dem Zwischenmantel 54 verriegelt werden, und der Zwischenmantel 54 vom AuBenmantel 53 entriegelt werden, so dass er in die Verstauposition verfahren werden kann.

Alternativ kann auch ein Verstauantrieb vorgesehen sein, der einen zwischen dem AuBenman- tel 53 und dem Zwischenmantel 54 angreifenden Linearantrieb umfassen kann, beispielsweise ebenfalls einen motorischen Spindeltrieb.

Bezugszeichenliste 1 Lenksystem 2 Lenksäule (Eingabeeinheit) 3 Steuerleitung 4 Lenkungsantrieb 41 Stellmotor 42 Lenkgetriebe 43 Ritzel 44 Zahnstange 45 Spurstange 46 Rad 5 Manteleinheit 51 Lenkspindel 510 Befestigungsabschnitt 52 Lenkrad 53 AuBenmantel 54 Zwischenmantel 55 Innenmantel 6 Feedback-Aktuator 7 Trageinheit 71 Verstaugehäuse 72 Stauraum 8 Verstellantrieb 81 Antriebseinheit 82 Spindelmutter 83 Gewindespindel

L Längsachse

V Richtung nach vorn

H Richtung nach hinten

Claims (15)

PATENTANSPRÜCHE

1. Verstellbare Steer-by-Wire-Lenksäule (1) für ein Kraftfahrzeug, umfassend eine Mante- leinheit (5), in der eine Lenkspindel (51) um eine in Längsrichtung verlaufende Längs- achse (L) drehbar gelagert ist, und die einen AuBenmantel (53), einen Zwischenmantel (54) und einen Innenmantel (55) aufweist, wobei der Zwischenmantel (54) in dem Au- Benmantel (53) und der Innenmantel (55) in dem Zwischenmantel (54) teleskopartig ver- stellbar aufgenommen ist, wobei die Manteleinheit (5) einen elektromotorischen Feed- back-Aktuator (6) aufweist, der ausgebildet ist zur Erzeugung und Einleitung eines Feed- backmoments in die Lenkspindel (51), und die Manteleinheit (5) einen Verstellantrieb (8) aufweist, der eine motorische Antriebseinheit (81) aufweist und ausgebildet ist zur relati- ven Verstellung von Außenmantel (53), Zwischenmantel (54) und Innenmantel (55), dadurch gekennzeichnet, dass der Feedback-Aktuator (6) an dem Zwischenmantel (54) angebracht ist.

2. Lenksäule nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Außenmantel (53) eine in Längsrichtung durchgehende Durchgangsöffnung aufweist, aus welcher der Zwi- schenmantel (54) bezüglich der Längsrichtung nach vorn und nach hinten verstellbar ist.

3. Lenksäule nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die motorische Antriebseinheit (81) des Verstellantriebs (8) an dem Außenmantel (53) angebracht ist.

4. Lenksäule nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verstellantrieb (8) wirkungsmäßig zwischen dem Außenmantel (53) und dem Innen- mantel (55) angeordnet ist.

5. Lenksäule nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verstellantrieb (8) einen Verstauantrieb aufweist, der wirkungsmäßig zwischen dem Außenmantel (53) und dem Zwischenmantel (54) angeordnet ist.

6. Lenksäule nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein elektrischer Drehsensor vorgesehen ist zur Erfassung der Drehung der Lenkspindel (51) relativ zur Manteleinheit (5).

7. Lenksäule nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Außenmantel (53) und dem Zwischenmantel (54) eine Energieabsorpti- onseinrichtung angeordnet ist.

8. Lenksäule nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Außenmantel (53) von einer Trageinheit (7) gehalten ist.

9. Lenksäule nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Manteleinheit (5) in ei- ner Höhenrichtung quer zur Längsachse (L) relativ zur Trageinheit (7) verstellbar ist.

10. Lenksäule nach einem der vorangehenden Ansprüche 8 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Außenmantel (53) und der Trageinheit (7) ein motorischer Höhen- verstellantrieb angebracht ist.

11. Lenksäule nach einem der vorangehenden Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeich- net, dass zwischen dem Außenmantel (53) und der Trageinheit (7) eine Energieabsorpti- onseinrichtung angeordnet ist.

12. Lenksäule nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Trageinheit (7) ein Verstaugehäuse (71) aufweist.

13. Lenksäule nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Außenmantel (53), der Zwischenmantel (54) und der Innenmantel (55) jeweils ein Mantelrohr aufweisen oder als Mantelrohr ausgebildet sind.

14. Lenksäule nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Mantelrohr einen run- den, mehreckigen oder unrunden Querschnitt aufweist.

15. Lenksäule nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Ener- gieabsorptionseinrichtung zwischen dem Verstellantrieb (8) und dem Außenmantel (53) angeordnet ist.