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Für die Anmeldung
wird die Priorität
der am 3. Januar 2005 eingereichten koreanischen Patentanmeldung
Nr. 10-2005-0000145
beansprucht, deren gesamter Inhalt durch Bezugnahme hierin einbezogen
ist.
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Die
Erfindung betrifft ein motorbetriebenes Lenksäulensystem eines Fahrzeuges
mit wechselbarem Kipp/Teleskop-Modus, und insbesondere ein motorbetriebenes
Lenksäulensystem,
bei dem Kraftübertragungsstrecken
für den
Kipp/Teleskop-Betrieb mittels eines einzigen Motors gebildet werden.
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Im
Allgemeinen wird ein Lenksäulensystem eines
Fahrzeuges zur Änderung
der Fahrtrichtung des Fahrzeuges verwendet. Zu diesem Zweck verschiebt
das Lenksäulensystem
die Ausrichtung der Vorderräder
oder sämtlicher
Räder des
Fahrzeuges um einen vorbestimmten Winkel, wodurch die Fahrtrichtung
des Fahrzeuges gesteuert wird. Typischerweise wird die Lenkkraft
von einem Fahrer über
ein Lenkrad, Gestänge,
usw. auf einen Spurstangenhebel eines Fahrzeugrades übertragen,
so dass der Spurstangenhebel des Fahrzeuges gedreht wird, wodurch
die Fahrtrichtung des Fahrzeuges geändert wird.
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Eine
Lenkspindel des Lenksäulensystems
ist mit einer Nabe gekuppelt, die in der Mitte des Lenkrades vorgesehen
ist. Die Länge
der Lenkspindel ist fixiert, so dass es unmöglich ist, die Länge der
Lenkspindel entsprechend des Körpers
des Fahrers einzustellen. Um dieses Problem zu lösen, wurde eine Kipp/Teleskop-Einheit
zum Einstellen der Länge
und des Winkels der Lenkspindel entsprechend dem Körper des
Fahrers vorgeschlagen und umfassend benutzt.
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In
letzter Zeit wird der Kipp/Teleskop-Betrieb unter Verwendung der
Antriebskraft eines Motors derart gesteuert, dass der Fahrer den
Kipp/Teleskop-Betrieb des Lenksäulensystems
leicht manipulieren kann. Das heißt, ein motorbetriebenes Lenksäulensystem
wechselt die teleskopische Linearbewegung und die kippende Drehbewegung
mittels einer Drehkraft des Motors, so dass die Höhe und der Winkel
der Lenkspindel entsprechend dem Gefühl und dem Körper des
Fahrers leicht eingestellt werden können. Außerdem ist es möglich, die
gewünschte Position
der Lenkspindel zu speichern, um die Lenkspindel in die gewünschte Position
zurückzuführen, wie
sie von dem Fahrer benötigt
wird.
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Jedoch
werden, da das motorbetriebene Lenksäulensystem separate Motoren
für den
Kipp- bzw. Teleskop-Betrieb verwendet, die Anzahl von Bauteilen
und die Herstellungskosten für
das Lenksäulensystem
erhöht.
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Mit
der Erfindung wird ein motorbetriebenes Lenksäulensystem eines Fahrzeuges
mit wechselbarem Kipp/Teleskop-Modus unter Verwendung eines einzigen
Motors mit geringer Größe zum Erzeugen der
Antriebskraft durch Schalten von Kraftübertragungsstrecken für den Kipp/Teleskop-Betrieb
geschaffen.
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Dies
wird gemäß der Erfindung
erreicht durch ein motorbetriebenes Lenksäulensystem mit wechselbarem
Kipp/Teleskop-Modus unter Verwendung von Zahnrädern, aufweisend: einen einzigen Antriebsmotor
zum Drehen einer Antriebswelle, an deren Außenumfangsabschnitt ein Antriebswellenzahnrad
ausgebildet ist, um eine Drehkraft für Kipp/Teleskop-Betrieb durch
Aufnehmen von Batteriestrom von einer ECU zu erzeugen, an welche
ein Steuersignal eines Modussteuerschalters übertragen wird; eine Kraftschalteinheit
mit einem Umkehrmotor, der entsprechend einem Steuersignal der ECU
in Richtung nach vorn oder nach hinten angetrieben wird, einem Übertragungszahnrad,
das mit einem an einer Antriebswelle des Umkehrmotors ausgebildeten
Zahnrad in Eingriff steht, so dass das Übertragungszahnrad in Richtung nach
vorn oder nach hinten drehbar ist, einem bewegbaren Zahnstangenhebel,
der durch den Eingriff mit einem an der einen Seite des Übertragungszahnrades
vorgesehenen Übertragungswellenzahnrad
linear bewegt wird, und einem Schalthebel, der an dem einen Ende
des bewegbaren Zahnstangenhebels mittels eines Kupplungsbolzens
fixiert ist, um eine Wippbewegung entsprechend der Linearbewegung
des bewegbaren Zahnstangenhebels durchzuführen und somit die Drehkraft
des Antriebsmotors für
den Kipp/Teleskop-Betrieb selektiv zu schalten; und Kipp/Teleskop-Kraftübertragungseinheiten
mit Drehstützwellen, an
deren Außenumfangsabschnitten
Kraftübertragungszahnräder ausgebildet
sind, die mit beiden Seiten des an der Antriebswelle des Antriebsmotors
ausgebildeten Antriebswellenzahnrades in Eingriff stehen, bewegbaren
Wellen, welche die Drehstützwellen
aufnehmen und deren Außenumfangsabschnitte innerhalb
eines vorbestimmten Abstandes zwischen einer Verbindungsstange und
einem Betätigungsstangenabschnitt
des Schalthebels positioniert sind, so dass die bewegbaren Wellen
die Drehkraft während
der Linearbewegung entsprechend einer Betätigungsrichtung des Schalthebels
aufnehmen, und Verbindungszahnradabschnitten, die an den Drehstützwellen
und den bewegbaren Wellen ausgebildet sind und mittels des Schalthebels
miteinander kuppelbar oder voneinander trennbar sind.
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Die
Erfindung wird mit Bezug auf die Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:
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1 eine
Ansicht der Struktur eines motorbetriebenen Lenksäulensystems
mit wechselbarem Kipp/Teleskop-Modus unter Verwendung von Zahnrädern gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung;
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2 eine
Ansicht der Struktur eines Schalthebels zum Schalten einer Antriebskraftübertragungsstrecke
eines Antriebsmotors für
den Kipp/Teleskop-Modus gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung; und
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3 eine
Ansicht der Struktur eines Schalthebels zum selektiven Übertragen
der Antriebskraft eines Motors gemäß einer Ausführungsform
der Erfindung.
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Mit
Bezug auf die Zeichnung wird ein motorbetriebenes Lenksäulensystem
gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung beschrieben.
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Wie
in 1 gezeigt, weist ein motorbetriebenes Lenksäulensystem
einen Antriebsmotor 20, der eine Drehkraft für den Kipp/Teleskop-Modus durch
Aufnehmen von Batteriestrom mittels eines Modussteuerschalters erzeugt,
eine ECU 10, welche die Drehkraft des Antriebsmotors 20 durch
Bestimmen des Kipp/Teleskop-Modus entsprechend dem Steuersignal
des Modussteuerschalters selektiv überträgt, und eine Kraftschalteinheit 30 auf,
die von der ECU 10 zum Betätigen des motorbetriebenen Lenksäulensystems
in einen ausgewählten
Modus gesteuert wird.
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Wie
in 2 gezeigt, weist die Kraftschalteinheit 30 einen
Umkehrmotor 31, der entsprechend dem Steuersignal der ECU
(10) in Richtung nach vorn oder nach hinten (in oder entgegengesetzt
zur Uhrzeigerrichtung) angetrieben wird, ein Übertragungszahnrad 32,
das mit einem an einer Antriebswelle 31a des Umkehrmotors 31 ausgebildeten Zahnrad
in Eingriff steht und in Richtung nach vorn oder nach hinten drehbar
ist, einen bewegbaren Zahnstangenhebel 33, der durch den
Eingriff mit einem an der einen Seite des Übertragungszahnrades 32 vorgesehenen Übertragungswellenzahnrad 32a linear
bewegt wird, einen Schalthebel 34, der an dem einen Ende
des bewegbaren Zahnstangenhebels 33 mittels eines Kupplungsbolzens 33a fixiert
ist, um eine Wippbewegung entsprechend der Linearbewegung des bewegbaren
Zahnstangenhebels 33 durchzuführen, und Kipp/Teleskop- Kraftübertragungseinheiten 40 und 50 zum Übertragen
der Kraft für
den Kipp/Teleskop-Betrieb entsprechend der Richtung der Wippbewegung
des Schalthebels 34 auf.
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Der
Umkehrmotor 31, das Übertragungszahnrad 32 und
der Schalthebel 34 sind in einem Gehäuse (nicht gezeigt) untergebracht.
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Außerdem weist,
wie in 3 gezeigt, der Schalthebel 34 eine Verbindungsstange 35,
an deren unteren Fläche
eine als Gelenkwelle in Bezug auf das Gehäuse dienende untere Gelenkstützwelle 36 ausgebildet
ist und deren eines Ende über
den Kupplungsbolzen 33a mit dem bewegbaren Zahnstangenhebel 33 gekuppelt
ist, einen Stützkörper 38,
der an einem oberen Abschnitt eines von der Verbindungsstange 35 vertikal
nach oben vorstehenden Verbindungskörpers 37 vorgesehen
ist und mit einer Durchgangsöffnung
zum Aufnehmen einer Antriebswelle 21 des Antriebsmotors 20 versehen
ist, einen Betätigungsstangenabschnitt 39,
der sich horizontal von beiden Seiten des Stützkörpers 38 über eine
vorbestimmte Entfernung erstreckt, und eine obere Gelenkstützwelle 39' auf, die von
dem oberen Abschnitt des Stützkörpers 38 vertikal
nach oben vorsteht und als Gelenkwelle in Bezug auf das Gehäuse dient.
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Ein
vorbestimmter Abstand L ist zwischen der Verbindungsstange 35,
die einen ersten und eine zweiten Betätigungsflügel 35a und 35b aufweist,
und dem Betätigungsstangenabschnitt 39 gebildet,
der einen ersten und einen zweiten Betätigungsflügel 39a und 39b aufweist.
Der erste Betätigungsflügel 35a der
Verbindungsstange 35 ist über den Kupplungsbolzen 33a mit
dem bewegbaren Zahnstangenhebel 33 gekuppelt.
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Außerdem sind
die Kipp/Teleskop-Kraftübertragungseinheiten 40 und 50 um
den Antriebsmotor 20 herum derart ausgerichtet, dass die
Antriebskraft des Antriebsmotors 20 entsprechend der Betätigung des
Schalthebels 34 selektiv auf die Kipp/Teleskop-Kraftübertragungseinheiten 40 und 50 übertragen
werden kann. Das heißt,
die Kipp/Teleskop-Kraftübertragungseinheiten 40 und 50 stehen mit
beiden Seiten eines an der Antriebswelle 21 des Antriebsmotors 20 ausgebildeten
Antriebswellenzahnrades 22 in Eingriff und werden mittels
des Schalthebels 34 betätigt,
um den Kipp/Teleskop-Betrieb durch selektives Aufnehmen der Antriebskraft des
Antriebsmotors 20 durchzuführen.
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Wie
in 1 gezeigt, weisen die Kipp/Teleskop-Kraftübertragungseinheiten 40 und 50 Drehstützwellen 41 und 51,
an deren Außenumfangsabschnitten
Kraftübertragungszahnräder 42 und 52 ausgebildet
sind, die mit beiden Seiten des an der Antriebswelle 21 des
Antriebsmotors 20 ausgebildeten Antriebswellenzahnrades 22 in
Eingriff stehen, bewegbare Wellen 47 und 57, welche
die Drehstützwellen 41 und 51 aufnehmen
und deren Außenumfangsabschnitte
innerhalb des vorbestimmten Abstandes L zwischen der Verbindungsstange 35 und dem
Betätigungsstangenabschnitt 39 des
Schalthebels 34 positioniert sind, so dass die bewegbaren Wellen 47 und 57 die
Drehkraft während
der Linearbewegung entsprechend der Betätigungsrichtung des Schalthebels 34 aufnehmen,
und Verbindungszahnradabschnitte auf, die an den Drehstützwellen 41 und 51 und
den bewegbaren Wellen 47 und 57 ausgebildet sind
und mittels des Schalthebels 34 miteinander kuppelbar oder
voneinander trennbar sind.
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Die
Verbindungszahnradabschnitte weisen Verbindungszahnräder 43 und 53,
die an der einen Seite jedes Kraftübertragungszahnrades 42 und 52 der
Drehstützwellen 41 und 51 vorgesehen
sind, und bewegbare Zahnräder 44 und 54 auf,
die an Endabschnitten der bewegbaren Wellen 47 und 57 gegenüberliegend
zu den jeweiligen Verbindungszahnrädern 43 und 53 vorgesehen
sind und deren Durchmesser größer als
die der bewegbaren Wellen 47 und 57 sind. Die
Verbindungszahnräder 43 und 53 und
die bewegbaren Zahnräder 44 und 54 sind
jeweils an ihren einander zugewandten Flächen mit Sägezähnen oder Ritzelzähnen versehen.
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Außerdem sind
Verriegelungsflansche 45 und 55, deren Durchmesser
größer als
die der bewegbaren Wellen 47 und 57 sind, an Außenumfangsabschnitten
der bewegbaren Wellen 47 und 57 derart vorgesehen,
dass sie Aufnahmemulden 46 und 56 im Zusammenwirken
mit den bewegbaren Zahnrädern 44 und 54 bilden
können.
Wenn der erste und der zweite Betätigungsflügel 35a und 35b der
Verbindungsstange 35 und der erste und der zweite Betätigungsflügel 39a und 39b des
Betätigungsstangenabschnitts 39 des
Schalthebels 34 bewegt werden, bilden die Verriegelungsflansche 45 und 55 einen
Kontakt mit den ersten und den zweiten Betätigungsflügeln der Verbindungsstange 35 und
des Betätigungsstangenabschnitts 39,
wodurch die bewegbaren Zahnräder 44 und 54 mit
den Verbindungszahnrädern 43 und 53 gekuppelt
oder von diesen getrennt werden.
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Nachfolgend
wird der Betrieb des Lenksäulensystems
gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung mit Bezug auf die Zeichnung ausführlich beschrieben.
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Wenn
eine Bedienperson den Kipp-Modus oder den Teleskop-Modus mittels des
Modussteuerschalters auswählt,
um das motorbetriebene Kipp/Teleskop-Lenksäulensystem zu betreiben, sendet
der Modussteuerschalter ein ausgewähltes Steuersignal an die ECU 10.
Mit dem Aufnehmen des ausgewählten
Steuersignals von dem Modussteuerschalter betätigt die ECU 10 den
Antriebsmotor 20 und gleichzeitig die Kraftschalteinheit 30.
Daher wird der Kipp-Betrieb oder der Teleskop-Betrieb entsprechend
der von dem Antriebsmotor 20 erzeugten Antriebskraft durchgeführt.
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Zum
Beispiel schaltet die Bedienperson im Falle des Kipp-Betriebs einen
Kipp-Modusschalter des Modussteuerschalters, um die Lenksäule zu kippen.
Das von dem Kipp-Modusschalter erzeugte Kipp-Steuersignal wird an
die ECU 10 übertragen,
so dass die ECU 10 Batteriestrom an den Antriebsmotor 20 und
die Kraftschalteinheit 30 zuführt.
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Zu
diesem Zeitpunkt wird die Drehrichtung des Antriebsmotors 20 für den Kipp-Betrieb
als Uhrzeigerrichtung bestimmt.
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Wenn
der Antriebsmotor 20 angetrieben wird, wird das Antriebswellenzahnrad 22 durch
Aufnehmen der Antriebskraft des Antriebsmotors 20 mittels
der Antriebswelle 21 gedreht. Zu diesem Zeitpunkt wird,
wenn der Betrieb der Kraftschalteinheit 30 nicht vollendet
wurde, wie in 1 gezeigt ist, die Antriebskraft
des Antriebsmotors 20 nicht auf die Kipp/Teleskop-Kraftübertragungseinheiten 40 und 50 übertragen,
da die Drehstützwellen 41 und 51 der Kipp/Teleskop-Kraftübertragungseinheiten 40 und 50 von
den jeweiligen Verbindungszahnrädern
getrennt sind, die an den bewegbaren Wellen 47 und 57 ausgebildet
sind.
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Wenn
die ECU 10 den Batteriestrom an die Kraftschalteinheit 30 zuführt, dreht
sich der Umkehrmotor 31 entgegengesetzt zur Uhrzeigerrichtung (Umkehrrichtung),
so dass das Übertragungszahnrad 32,
das mit dem an der Antriebswelle 31a des Umkehrmotors 31 ausgebildeten
Zahnrad in Eingriff steht, ebenfalls entgegengesetzt zur Uhrzeigerrichtung
gedreht wird, wodurch sich der bewegbare Zahnstangenhebel 33 nach
oben bewegt (2).
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Das
heißt,
der bewegbare Zahnstangenhebel 33, der mit dem an der einen
Seite des Übertragungszahnrades 32 vorgesehenen Übertragungswellenzahnrad 32a in
Eingriff steht, wird nach oben bewegt, wenn sich das Übertragungswellenzahnrad 32a entgegengesetzt
zum Uhrzeigersinn dreht, wodurch der Schalthebel 34 betätigt wird,
der über
den Kupplungsbolzen 33a mit dem bewegbaren Zahnstangenhebel 33 gekuppelt
ist.
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Daher
wird der Schalthebel 34 mittels des bewegbaren Zahnstangenhebels 33 nach
unten gezogen und führt
eine Wippbewegung um die untere und die obere Gelenkstützwelle 36 und 39' durch, die mit
dem Gehäuse
gekuppelt sind. Das heißt,
wenn der erste Betätigungsflügel 35a der
Verbindungsstange 35 des Schalthebels 34 mittels
des bewegbaren Zahnstangenhebels 33 nach unten gezogen
wird, führt
der zwischen den Kipp/Teleskop-Kraftübertragungseinheiten 40 und 50 positionierte
Schalthebel 34 die Wippbewegung um die untere und die obere Gelenkstützwelle 36 und 39' durch. Wenn
der Schalthebel 34 die Wippbewegung durchführt, betätigen der
erste und der zweite Betätigungsflügel 39a und 39b des
Betätigungsstangenabschnitts 39 die
bewegbaren Wellen 47 und 57 der Kipp/Teleskop-Kraftübertragungseinheiten 40 und 50.
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Das
heißt,
wenn der Schalthebel 34 die Wippbewegung in Uhrzeigerrichtung
durchführt, während dieser
mittels des bewegbaren Zahnstangenhebels 33 nach unten
gezogen wird, bewegt der erste Betätigungsflügel 39a des Betätigungsstangenabschnitts 39 die
bewegbare Welle 47 nach oben, so dass das bewegbare Zahnrad 44,
das an der bewegbaren Welle 47 ausgebildet ist, mit dem
an der Drehstützwelle 41 ausgebildeten
Verbindungszahnrad 43 in Eingriff gelangen kann.
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Wenn
das bewegbare Zahnrad 44 mit dem Verbindungszahnrad 43 in
Eingriff steht, wird die Drehkraft der Drehstützwelle 41, die sich
entgegengesetzt zur Uhrzeigerrichtung dreht, während sie über das Kraftübertragungszahnrad 42 mit
dem Antriebswellenzahnrad 22 des Antriebsmotors 20 in Eingriff steht,
auf das bewegbare Zahnrad 44 übertragen. Daher kann das bewegbare
Zahnrad 44, das mit dem an der Drehstützwelle 41 ausgebildeten
Verbindungszahnrad 43 in Eingriff steht, die bewegbare Welle 47 drehen,
deren Drehkraft auf eine allgemein bekannte Kipp-Betätigungseinheit
(nicht gezeigt) übertragen
wird, so dass der Kipp-Betrieb durchgeführt wird.
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Indessen
kann, wenn die Kipp-Kraftübertragungseinheit 40 betrieben
wird, die Teleskop-Kraftübertragungseinheit 50 nicht
arbeiten, da die Drehkraft des Antriebsmotors 20 nicht
auf die Teleskop-Kraftübertragungseinheit 50 übertragen
wird. Das heißt, wenn
der Schalthebel 34 die Wippbewegung in Uhrzeigerrichtung
durchführt,
wie in 2 gezeigt ist, bewegt der zweite Betätigungsflügel 39b des
Betätigungsstangenabschnitts 39 die
bewegbare Welle 57 der Teleskop-Kraftübertragungseinheit 50 nach
unten, so dass die Drehkraft des Antriebsmotors 20 nicht
auf die Teleskop-Kraftübertragungseinheit 50 übertragen
wird.
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In
anderen Worten, wenn sich das an der bewegbaren Welle 57 ausgebildete
bewegbare Zahnrad 54 von dem an der Drehstützwelle 51 vorgesehenen
Verbindungszahnrad 53 weg bewegt, wird das bewegbare Zahnrad 54 von
dem Verbindungszahnrad 53 getrennt. Daher wird die Drehstützwelle 51, die
sich in Uhrzeigerrichtung dreht, während sie über das Kraftübertragungszahnrad 52 mit
dem Antriebswellenzahnrad 22 des Antriebsmotors 20 in
Eingriff steht, im Leerlauf gedreht, während sie mit der bewegbaren
Welle 47 gekuppelt ist, so dass die Drehkraft der bewegbaren
Welle 57 nicht auf eine allgemein bekannte Teleskop-Betätigungseinheit
(nicht gezeigt) übertragen
wird und somit kein Teleskop-Betrieb durchgeführt wird.
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Indessen
wird, wenn die Bedienperson einen Teleskop-Modusschalter des Modussteuerschalters einschaltet,
um die Lenksäule
im Teleskop-Modus zu betätigen,
das von dem Teleskop-Modusschalter erzeugte Steuersignal an die
ECU 10 übertragen,
so dass die ECU 10 Batteriestrom an den Antriebsmotor 20 und
die Kraftschalteinheit 30 zuführt. Zu diesem Zeitpunkt wird
anders als beim Kipp-Betrieb der Kraftschalteinheit 30 die
Drehkraft des Antriebsmotors 20 auf die Teleskop-Kraftübertragungseinheit 50 übertragen.
Der Vorgang des Teleskop-Betriebs ist im wesentlichen gleich dem
Vorgang des Kipp-Betriebs, außer
dass der Schalthebel 34 die Wippbewegung entgegengesetzt
zur Uhrzeigerrichtung durchführt,
so dass eine ausführliche
Beschreibung des Vorgangs weggelassen wird.
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Wie
oben beschrieben, wird gemäß der Erfindung
die Drehkraft des einzigen Antriebsmotors selektiv geschaltet, um
das Lenksäulensystem
im Kipp-Modus oder Teleskop-Modus zu betätigen, so dass mit der Erfindung
die Anzahl von Motoren und Bauteilen reduziert und die Struktur
des motorbetriebenen Lenksäulensystems
vereinfacht werden kann.