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Die Erfindung betrifft eine Verstellbare Lenksäule für ein Steer-by-Wire-Lenksystem eines Kraftfahrzeugs.
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Stand der Technik
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Steer-by-wire-Lenksysteme für Kraftfahrzeuge weisen herkömmlicherweise sogenannte Feedback-Aktuatoren auf, welche mittels einer Elektromotor/Getriebeeinheit ein Drehmoment auf eine Lenkspindel einbringen, um dem Fahrer auf das Lenksystem einwirkende Krafteinflüsse zu simulieren.
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Aktuell bestehen solche Feedback-Aktuatoren aus der Motor-Getriebeeinheit bestehend aus Schnecke/Schneckenrad bzw. einem Schraubradgetriebe. Eine Getriebeeingangswelle ist mit dem Rotor des Elektromotors gekoppelt. Eine Getriebeausgangswelle ist mit einer oberen Lenkwelle bzw. Lenkspindel, die mit einem Lenkrad verbunden ist, gekoppelt.
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WO 2017/089218 A1 offenbart einen Feedback-Aktuator für Kraftfahrzeuge mit einem auf die gelenkten Räder wirkenden, in Abhängigkeit des Fahrerlenkwunsches elektronisch geregelten Lenksteller, wobei der Feedback-Aktuator über eine Lenkwelle die Rückwirkungen der Straße auf das Lenkrad überträgt, wobei der Feedback-Aktuator als Drehmoment erzeugendes Mittel einen vorgespannten Kurbeltrieb und einen Elektromotor aufweist.
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Je nach Verstellszenario des Lenksystems, muss für das autonome Fahren eine vordefinierte Verstauposition des Lenksystems angefahren werden. Dies soll sowohl automatisch, in einer angemessenen Zeitspanne, als auch in einem komfortablen Akustikniveau stattfinden, was typischerweise zur Verwendung von voll elektrisch verstellbaren Lenksäulen mit zwei oder mehr Antrieben führt.
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Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Steer-by-wire-Lenksystem mit einem Feedback-Aktuator bereitzustellen, welches ein Verstellen der Lenksäule von einer Fahrposition in Verstauposition und umgekehrt unter Verwendung nur eines Antriebs und/oder ohne, dass eine axiale bzw. vertikale Startposition angefahren werden muss, ermöglicht.
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Die Aufgabe wird mit einem Steer-by-wire-Lenksystem für ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
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Offenbarung der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung schafft eine verstellbare Lenksäule für ein Steer-by-Wire-Lenksystem eines Kraftfahrzeugs.
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Die Lenksäule umfasst einen Lenksäulenkörper zur Lagerung einer drehbaren Lenkwelle sowie einen mit der Lenkwelle verbundenen Feedback-Aktuator umfassend zumindest eine Motor-Getriebeeinheit zum Erzeugen eines auf die Lenkwelle wirkenden Drehmoments.
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Die Lenksäule umfasst ferner eine Lenkkonsole zur Halterung des Lenksäulenkörpers, eine mit der Lenkkonsole und dem Lenksäulenkörper verbundene erste Verstelleinrichtung zum axialen Verstellen des Lenksäulenkörpers relativ zur Lenkkonsole und eine mit der Lenkkonsole und dem Lenksäulenkörper verbundene zweite Verstelleinrichtung zum vertikalen Verstellen des Lenksäulenkörpers relativ zur Lenkkonsole.
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Der Lenksäulenkörper weist einen Befestigungspunkt auf, an welchem dieser an der ersten Verstelleinrichtung drehbar gelagert ist. Die zweite Verstelleinrichtung ist an einer Leitgeometrie der Lenkkonsole verschiebbar geführt. Ferner ist der Lenksäulenkörper bei Betätigung der ersten Verstelleinrichtung von einer Fahrposition in eine durch die Leitgeometrie der Lenkkonsole vorgegebene Verstauposition und umgekehrt bewegbar.
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Durch das Abfahren der vordefinierten Leitgeometrie lassen sich sowohl manuelle, als auch elektrische Lenksäulen in ihre Verstauposition verfahren, ohne das a) ein Hebel gelöst oder b) eine axiale bzw. vertikale Startposition (elektrisch) angefahren werden muß. Dabei kann die Verstauposition in axialer als auch vertikaler Richtung variieren. Durch die Erfindung kann die Komfortverstellung bei manuellen Lenksäulen weiterhin kostengünstig von Hand eingestellt werden.
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Das Ein -und Ausfahren aus der Verstauposition erfolgt unabhängig von der vom Fahrer voreingestellen Komfortposition und garantiert somit die positionsgenaue Übergabe an den Fahrer. Elektrisch ausgestattete Fahrzeuge profitieren dadurch, dass sich zum Ein -und Ausfahren der Verstauposition nur ein Motor bewegen muß. Dies reduziert die Stromaufnahme und garantiert gewohnte Akustikperformance.
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Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Figuren.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die erste Verstelleinrichtung einen ersten Spindeltrieb aufweist, welcher eine mit dem Lenksäulenkörper verbundene erste Spindelmutter, eine an der Lenkkonsole angeordnete erste Antriebseinheit, insbesondere einen mit einem Getriebe verbundenen Elektromotor, und eine durch die Antriebseinheit antreibbare erste Gewindespindel, insbesondere eine Drehspindel, aufweist. Hierdurch kann in vorteilhafter Weise eine effektive Verstellung des Lenksäulenkörpers von der Fahrposition in die Verstauposition erreicht werden.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die erste Verstelleinrichtung einen ersten Spindeltrieb aufweist, welcher eine mit dem Lenksäulenkörper verbundene erste Gewindespindel, insbesondere eine Tauchspindel, und eine an der Lenkkonsole angeordnete erste Antriebseinheit, insbesondere einen mit einem Getriebe verbundenen Elektromotor, aufweist. Die Ausführung des Spindelbetriebs mit einer Tauchspindel bildet somit eine weitere bevorzugte Implementierung der Erfindung.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die erste Verstelleinrichtung einen ersten Zahnstangenantrieb aufweist, welcher eine an der Lenkkonsole angeordnete erste Zahnstange und eine am Lenksäulenkörper angeordnete erste Zahnstangenantriebseinheit, insbesondere einen mit einem Getriebe verbundenen Elektromotor, aufweist, wobei ein Ritzel der Zahnstangenantriebseinheit mit der ersten Zahnstange im Eingriff ist. Die Ausführung der Verstelleinrichtung als Zahnstangenantrieb bildet somit eine weitere bevorzugte Implementierung der Erfindung.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die zweite Verstelleinrichtung einen zweiten Spindeltrieb aufweist, welcher eine mit dem Lenksäulenkörper verbundene zweite Spindelmutter, eine an der Lenkkonsole angeordnete zweite Antriebseinheit, insbesondere einen mit einem Getriebe verbundenen Elektromotor, und eine durch die Antriebseinheit antreibbare zweite Gewindespindel, insbesondere eine Drehspindel, aufweist, und wobei die zweite Gewindespindel und/oder die zweite Antriebseinheit an der Leitgeometrie der Lenkkonsole verschiebbar geführt ist. Hierdurch kann in vorteilhafter Weise eine effektive Verstellung des Lenksäulenkörpers von der Fahrposition in die Verstauposition erreicht werden
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die zweite Verstelleinrichtung einen zweiten Spindeltrieb aufweist, welcher eine mit dem Lenksäulenkörper verbundene zweite Gewindespindel, insbesondere eine Tauchspindel, und eine an der Lenkkonsole angeordnete zweite Antriebseinheit, insbesondere einen mit einem Getriebe verbundenen Elektromotor, aufweist, und wobei die zweite Gewindespindel und/oder die zweite Antriebseinheit an der Leitgeometrie der Lenkkonsole verschiebbar geführt ist. Die Ausführung des Spindelbetriebs mit einer Tauchspindel bildet somit eine weitere bevorzugte Implementierung der Erfindung.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die zweite Verstelleinrichtung einen zweiten Zahnstangenantrieb aufweist, welcher eine an der Lenkkonsole angeordnete zweite Zahnstange und eine am Lenksäulenkörper angeordnete zweite Zahnstangenantriebseinheit, insbesondere einen mit einem Getriebe verbundenen Elektromotor, aufweist, wobei ein Ritzel der zweiten Zahnstangenantriebseinheit mit der zweiten Zahnstange im Eingriff ist, und wobei die zweite Zahnstange und/oder die zweite Zahnstangenantriebseinheit an der Leitgeometrie der Lenkkonsole verschiebbar geführt ist. Die Ausführung der Verstelleinrichtung als Zahnstangenantrieb bildet somit eine weitere bevorzugte Implementierung der Erfindung.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die zweite Verstelleinrichtung ein manuell betätigbares Stellelement zum Lösen des Lenksäulenkörpers von der Lenkkonsole und zum Arretierten des Lenksäulenkörpers an der Lenkkonsole aufweist, und wobei das manuell betätigbare Stellelement an der Leitgeometrie der Lenkkonsole verschiebbar geführt ist. Auch eine verstellbare Lenksäule, welche ein manuell betätigbares Stellelement aufweist, kann somit effektiv von der Fahrposition in die Verstauposition und umgekehrt geführt werden.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die erste Verstelleinrichtung und die zweite Verstelleinrichtung dazu ausgebildet sind, ein Verstellen des Lenksäulenkörpers in einem für einen manuellen Fahrbetrieb nutzbaren Verstellbereich, durchzuführen. Die erste und zweite Verstelleinrichtung sind somit in vorteilhafter Weise ebenfalls für eine Komfortverstellung der Lenksäule einsetzbar.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die erste Verstelleinrichtung dazu ausgebildet ist, das Bewegen des Lenksäulenkörpers von der Fahrposition in die Verstauposition und umgekehrt durchzuführen, wobei bei Bewegen des Lenksäulenkörpers von der Fahrposition in die Verstauposition die zweite Verstelleinrichtung entlang der Leitgeometrie der Lenkkonsole mitführbar ist. Durch das Mitführen der zweiten Stelleinrichtung entlang der Leitgeometrie der Lenkkonsole kann somit in vorteilhafter Weise eine voreingestellte vertikale Ausrichtung des Lenksäulenkörpers beibehalten werden.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Leitgeometrie der Lenkkonsole einen geraden Abschnitt und einen sich an den geraden Abschnitt anschließenden gekrümmten Abschnitt aufweist, wobei die Leitgeometrie der Lenkkonsole dazu ausgebildet ist, einen ersten Kippwinkel des Lenksäulenkörpers relativ zur Lenkkonsole in der Verstauposition gegenüber einem zweiten Kippwinkel des Lenksäulenkörpers relativ zur Lenkkonsole in der Fahrposition zu verringern. Das Lenkrad wird somit vorteilhafter Weise in einem relativ flachen Winkel verstaut und kann daher platzsparend angeordnet werden.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Leitgeometrie der Lenkkonsole durch einen Stab ausgebildet ist, wobei die zweite Verstelleinrichtung eine Öffnung aufweist, durch welche der Stab durchgeführt ist oder wobei die Leitgeometrie der Lenkkonsole eine an der Lenkkonsole ausgebildete Nut aufweist, wobei die zweite Verstelleinrichtung in der Nut geführt ist. Hierdurch kann in vorteilhafter Weise ein effektives Mitführen der zweiten Verstelleinrichtung entlang der Leitgeometrie sichergestellt werden.
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Die beschriebenen Ausgestaltungen und Weiterbildungen lassen sich beliebig miteinander kombinieren.
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Weitere mögliche Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmale der Erfindung.
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Figurenliste
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Die beiliegenden Zeichnungen sollen ein weiteres Verständnis der Ausführungsformen der Erfindung vermitteln. Sie veranschaulichen Ausführungsformen und dienen im Zusammenhang mit der Beschreibung der Erklärung von Prinzipien und Konzepten der Erfindung.
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Andere Ausführungsformen und viele der genannten Vorteile ergeben sich im Hinblick auf die Zeichnungen. Die dargestellten Elemente der Zeichnungen sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu zueinander gezeigt.
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Es zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung einer verstellbaren Lenksäule für ein Steer-by-Wire-Lenksystem eines Kraftfahrzeugs gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
- 2 eine schematische Darstellung der verstellbaren Lenksäule für das Steer-by-Wire-Lenksystem des Kraftfahrzeugs gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;
- 3 eine schematische Darstellung der verstellbaren Lenksäule für das Steer-by-Wire-Lenksystem des Kraftfahrzeugs gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung;
- 4 eine schematische Darstellung der verstellbaren Lenksäule für das Steer-by-Wire-Lenksystem des Kraftfahrzeugs in einer Verstauposition gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung;
- 5 eine schematische Darstellung der verstellbaren Lenksäule für das Steer-by-Wire-Lenksystem des Kraftfahrzeugs in einer Fahrposition gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung; und
- 6 eine schematische Darstellung der verstellbaren Lenksäule für das Steer-by-Wire-Lenksystem des Kraftfahrzeugs in einer Verstauposition gemäß der vierten Ausführungsform der Erfindung.
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In den Figuren der Zeichnungen bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder funktionsgleiche Elemente, Bauteile oder Komponenten, soweit nichts Gegenteiliges angegeben ist.
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1 zeigt eine schematische Darstellung einer verstellbaren Lenksäule für ein Steer-by-Wire-Lenksystem eines Kraftfahrzeugs gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung.
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Die verstellbare Lenksäule 10 für ein Steer-by-Wire-Lenksystem 1 eines Kraftfahrzeugs umfasst einen Lenksäulenkörper 12 zur Lagerung einer drehbaren Lenkwelle 14 und einen mit der Lenkwelle 14 verbundenen Feedback-Aktuator 16 umfassend zumindest eine Motor-Getriebeeinheit 16a zum Erzeugen eines auf die Lenkwelle 14 wirkenden Drehmoments M.
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Die verstellbare Lenksäule umfasst ferner eine Lenkkonsole 18 zur Halterung des Lenksäulenkörpers 12 sowie eine mit der Lenkkonsole 18 und dem Lenksäulenkörper 12 verbundene erste Verstelleinrichtung 20 zum axialen Verstellen des Lenksäulenkörpers 12 relativ zur Lenkkonsole 18.
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Des Weiteren umfasst die verstellbare Lenksäule eine mit der Lenkkonsole 18 und dem Lenksäulenkörper 12 verbundene zweite Verstelleinrichtung 22 zum vertikalen Verstellen des Lenksäulenkörpers 12 relativ zur Lenkkonsole 18.
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Der Lenksäulenkörper 12 weist ferner einen Befestigungspunkt 24 auf, an welchem dieser an der ersten Verstelleinrichtung 20 drehbar gelagert ist, wobei die zweite Verstelleinrichtung 22 an einer Leitgeometrie 26 der Lenkkonsole 18 verschiebbar geführt ist. Der Lenksäulenkörper 12 ist dabei bei Betätigung der ersten Verstelleinrichtung 20 von einer Fahrposition P1 in eine durch die Leitgeometrie 26 der Lenkkonsole 18 vorgegebene Verstauposition P2 und umgekehrt bewegbar.
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Die erste Verstelleinrichtung 20 weist einen ersten Spindeltrieb 20a auf, welcher eine mit dem Lenksäulenkörper 12 verbundene erste Spindelmutter 20a1, eine an der Lenkkonsole 18 angeordnete erste Antriebseinheit 20a2, insbesondere einen mit einem Getriebe verbundenen Elektromotor, und eine durch die Antriebseinheit 20a2 antreibbare erste Gewindespindel 20a3, insbesondere eine Drehspindel, aufweist.
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Die zweite Verstelleinrichtung 22 weist einen zweiten Spindeltrieb 20b auf, welcher eine mit dem Lenksäulenkörper 12 verbundene zweite Spindelmutter 20b1, eine an der Lenkkonsole 18 angeordnete zweite Antriebseinheit 20b2, insbesondere einen mit einem Getriebe verbundenen Elektromotor, und eine durch die Antriebseinheit antreibbare zweite Gewindespindel 20b3, insbesondere eine Drehspindel, aufweist. Die zweite Gewindespindel 20b3 und/oder die zweite Antriebseinheit 20b2 ist ferner an der Leitgeometrie 26 der Lenkkonsole 18 verschiebbar geführt.
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Die erste Verstelleinrichtung 20 und die zweite Verstelleinrichtung 22 sind überdies dazu ausgebildet, ein Verstellen des Lenksäulenkörpers 12 in einem für einen manuellen Fahrbetrieb nutzbaren Verstellbereich, durchzuführen.
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Die erste Verstelleinrichtung 20 ist ferner dazu ausgebildet, das Bewegen des Lenksäulenkörpers 12 von der Fahrposition P1 in die Verstauposition P2 und umgekehrt durchzuführen. Bei Bewegen des Lenksäulenkörpers 12 von der Fahrposition P1 in die Verstauposition P2 ist die zweite Verstelleinrichtung 22 entlang der Leitgeometrie 26 der Lenkkonsole 18 mitführbar.
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Die Leitgeometrie 26 der Lenkkonsole 18 einen geraden Abschnitt 26a und einen sich an den geraden Abschnitt 26a anschließenden gekrümmten Abschnitt 26b aufweist, wobei die Leitgeometrie 26 der Lenkkonsole 18 dazu ausgebildet ist, einen ersten Kippwinkel α1 des Lenksäulenkörpers 12 relativ zur Lenkkonsole 18 in der Verstauposition P2 gegenüber einem zweiten Kippwinkel α2 des Lenksäulenkörpers 12 relativ zur Lenkkonsole 18 in der Fahrposition P1 zu verringern.
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Die Leitgeometrie 26 der Lenkkonsole 18 ist ferner durch einen Stab 28 ausgebildet, wobei die zweite Verstelleinrichtung 22 eine Öffnung 30 aufweist, durch welche der Stab 28 durchgeführt ist.
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2 zeigt eine schematische Darstellung der verstellbaren Lenksäule für das Steer-by-Wire-Lenksystem des Kraftfahrzeugs gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung.
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Die erste Verstelleinrichtung 20 weist einen ersten Spindeltrieb 20a' auf, welcher eine mit dem Lenksäulenkörper 12 verbundene erste Gewindespindel 20a3', insbesondere eine Tauchspindel, und eine an der Lenkkonsole 18 angeordnete erste Antriebseinheit 20a2', insbesondere einen mit einem Getriebe verbundenen Elektromotor, aufweist.
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Die zweite Verstelleinrichtung 22 weist einen zweiten Spindeltrieb 20b' auf, welcher eine mit dem Lenksäulenkörper 12 verbundene zweite Gewindespindel 20b3', insbesondere eine Tauchspindel, und eine an der Lenkkonsole 18 angeordnete zweite Antriebseinheit 20b2', insbesondere einen mit einem Getriebe verbundenen Elektromotor, aufweist. Die zweite Gewindespindel 20b3' und/oder die zweite Antriebseinheit 20b2' ist ferner an der Leitgeometrie 26 der Lenkkonsole 18 verschiebbar geführt.
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Die Leitgeometrie 26 der Lenkkonsole 18 weist eine an der Lenkkonsole 18 ausgebildete Nut 32 auf, wobei die zweite Verstelleinrichtung 22 in der Nut 32 geführt ist.
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3 zeigt eine schematische Darstellung der verstellbaren Lenksäule für das Steer-by-Wire-Lenksystem des Kraftfahrzeugs gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung.
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Die erste Verstelleinrichtung 20 weist einen ersten Zahnstangenantrieb 20a'' auf, welcher eine an der Lenkkonsole 18 angeordnete erste Zahnstange 20a3'' und eine am Lenksäulenkörper 12 angeordnete erste Zahnstangenantriebseinheit 20a2'', insbesondere einen mit einem Getriebe verbundenen Elektromotor, aufweist. Ein Ritzel der Zahnstangenantriebseinheit 20a2 ist dabei mit der ersten Zahnstange 20a3'' im Eingriff.
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Die zweite Verstelleinrichtung 22 weist einen zweiten Zahnstangenantrieb 20b'' auf, welcher eine an der Lenkkonsole 18 angeordnete zweite Zahnstange 20b3'' und eine am Lenksäulenkörper 12 angeordnete zweite Zahnstangenantriebseinheit 20b2'', insbesondere einen mit einem Getriebe verbundenen Elektromotor, aufweist. Ein Ritzel der zweiten Zahnstangenantriebseinheit 20b2'' ist ferner mit der zweiten Zahnstange 20b3'' im Eingriff. Die zweite Zahnstange 20b3'' und/oder die zweite Zahnstangenantriebseinheit 20b2'' ist dabei an der Leitgeometrie 26 der Lenkkonsole 18 verschiebbar geführt.
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4 zeigt eine schematische Darstellung der verstellbaren Lenksäule für das Steer-by-Wire-Lenksystem des Kraftfahrzeugs in einer Verstauposition P2 gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung.
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Die an einer Leitgeometrie 26 der Lenkkonsole 18 verschiebbar geführte zweite Verstelleinrichtung 22 ist dabei an einem axialen Endabschnitt der Leitgeometrie 26 angeordnet.
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5 zeigt eine schematische Darstellung der verstellbaren Lenksäule für das Steer-by-Wire-Lenksystem des Kraftfahrzeugs in einer Fahrposition gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung.
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Die zweite Verstelleinrichtung 22 weist ein manuell betätigbares Stellelement 22a zum Lösen des Lenksäulenkörpers 12 von der Lenkkonsole 18 und zum Arretierten des Lenksäulenkörpers 12 an der Lenkkonsole 18 auf. Das manuell betätigbare Stellelement 22a ist dabei an der Leitgeometrie 26 der Lenkkonsole 18 verschiebbar geführt.
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6 zeigt eine schematische Darstellung der verstellbaren Lenksäule für das Steer-by-Wire-Lenksystem des Kraftfahrzeugs in einer Verstauposition gemäß der vierten Ausführungsform der Erfindung.
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Die an einer Leitgeometrie 26 der Lenkkonsole 18 verschiebbar geführte zweite Verstelleinrichtung 22, welche durch das manuell betätigbare Stellelement 22a ausgebildet ist, ist dabei an einem axialen Endabschnitt der Leitgeometrie 26 angeordnet.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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