BE1031363B1 - Lenksäule für ein Kraftfahrzeug - Google Patents

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Lenksäule (1) für ein Kraftfahrzeug, umfassend ein Mantelrohr (24) mit einer in Längsrichtung erstreckten Längsachse (L), welches in einer Trageinheit (22) in Längsrichtung über einen Verstellweg verstellbar aufgenommen ist, wobei ein elektromotorischer Verstellantrieb (5) zur Verstellung des Mantelrohrs (24) relativ zur Trageinheit (22) vorgesehen ist, und eine Sensorvorrichtung zur Erfassung der Position des Mantelrohrs (24) relativ zur Trageinheit (22). Um einen verbesserten Betrieb der Verstellung mit geringerem Aufwand zu ermöglichen, schlägt die Erfindung vor, dass die Sensorvorrichtung eine Kraftschwellenvorrichtung (6) aufweist, die innerhalb des Verstellwegs wirkungsmäßig zwischen Mantelrohr (24) und Trageinheit (22) angeordnet ist, und die ausgebildet ist, eine definierte, in Längsrichtung überwindbare Kraftschwelle beim Verstellen des Mantelrohrs (24) relativ zur Trageinheit (22) zu erzeugen.

Description

" BE2023/5131

Lenksäule für ein Kraftfahrzeug

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft eine Lenksäule für ein Kraftfahrzeug, umfassend ein Mantelrohr mit einer in Längsrichtung erstreckten Längsachse, welches in einer Trageinheit in Längsrichtung über einen Verstellweg verstellbar aufgenommen ist, wobei ein elektromotorischer Verstellantrieb zur

Verstellung des Mantelrohrs relativ zur Trageinheit vorgesehen ist, und eine Sensorvorrichtung zur Erfassung der Position des Mantelrohrs relativ zur Trageinheit. Ein Verfahren zur Messung der Verstellzustands einer Lenksäule ist ebenfalls Gegenstand der Erfindung.

Eine derartige Lenksäule für ein Kraftfahrzeug weist ein Mantelrohr auf. Darin kann beispiels- weise eine Lenkspindel um ihre Längsachse drehbar gelagert sein, an deren in Fahrtrichtung hinteren, dem Fahrer zugewandten Ende ein manuelles Lenkeingabemittel, beispielsweise ein

Lenkrad zur manuellen Einbringung eines Lenkbefehls durch den Fahrer angebracht ist. Diese

Anordnung wird auch als Stelleinheit bezeichnet. Das Mantelrohr wird von einer an der Fahr- zeugkarosserie befestigten Trageinheit gehalten, wobei durch eine Versschiebung des Mantel- rohrs relativ zur Trageinheit in Längsrichtung die Einstellung der Lenkradposition relativ zur

Fahrzeugkarosserie ermöglicht wird.

Zur Längsverstellung ist es im Stand der Technik bekannt, einen motorischen Verstellantrieb mit einem elektrischen Motor vorzusehen, der über eine lineare Verstelleinrichtung, wie bei- spielsweise einen Spindeltrieb oder dergleichen, in Längsrichtung an der Trageinheit und dem

Mantelrohr angreift. Dadurch kann das Mantelrohr innerhalb eines vorgegebenen Verstellwegs positioniert werden.

Zur Ermittlung des Verstellzustands, welcher der Position des Mantelrohrs relativ zur Tragein- heit entspricht, kann eine Sensorvorrichtung mit einer Positionserfassungseinrichtung zur abso- luten Positionserfassung vorgesehen sein, wie beispielsweise in der DE 10 2020 202 536 A1 oder der DE 10 2020 205 731 A1 beschrieben ist. Diese weist ein oder mehrere im Verlauf des

Stellwegs angeordnete Sensorelemente auf, die ein dem Verstellzustand entsprechendes elekt- risches Positionssignal ausgeben können. Dieses kann zur Ansteuerung des Verstellantriebs genutzt werden, beispielsweise um eine vorgegebene Verstellung automatisiert einstellen zu

? BE2023/5131 können. Mittels einer derartigen Sensoranordnung ist zwar eine zuverlässige absolute Positi- onserfassung und -einstellung möglich. Die erforderliche elektrische Ansteuerung und die bauli- che Integration der elektronischen Sensorelemente ist jedoch aufwendig.

Esist ebenfalls möglich, ausgehend von einer definierten Endposition der Verstellung aus der vom Verstellantrieb erzeugten relativen Verstellung auf die absolute Verstellposition zu schlie-

Ben. Um dabei Toleranzen durch Schlupf und dergleichen zu vermeiden, ist eine regelmäßige

Kalibrierung des Verstellantriebs erforderlich, beispielsweise bei Inbetriebnahme des Kraftfahr- zeugs. Dabei wird der Verstellantrieb bis zu einem definierten Referenzpunkt bewegt, nämlich gegen einen Endanschlag am Ende des Verstellwegs, oder nacheinander gegen beide Endan- schläge. Dadurch kann anschließend eine zuverlässige relative Positionierung ohne zusätzliche elektrische Positionserfassungseinrichtungen realisiert werden. Nachteilig ist jedoch, dass zur

Kalibrierung relativ weite Verstellwege bis zum Endanschlag zurückgelegt werden müssen, wodurch zeitliche Verzögerungen im Betrieb und ein erhöhter Energieverbrauch auftreten kön- nen.

Eine Lenksäule der eingangs genannten Art ist ebenfalls auch der DE 10 2019 108466 A1 be- kannt.

Angesichts der vorangehend erläuterten Problematik ist es eine Aufgabe der vorliegenden Er- findung, einen verbesserten Betrieb der Verstellung mit geringerem Aufwand zu ermöglichen.

Darstellung der Erfindung

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Lenksäule mit den Merkmalen des An- spruchs 1 und das Verfahren gemäß Anspruch 11. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Bei einer Lenksäule für ein Kraftfahrzeug, umfassend ein Mantelrohr mit einer in Längsrichtung — erstreckten Längsachse, welches in einer Trageinheit in Längsrichtung über einen Verstellweg verstellbar aufgenommen ist, wobei ein elektromotorischer Verstellantrieb zur Verstellung des

Mantelrohrs relativ zur Trageinheit vorgesehen ist, und eine Sensorvorrichtung zur Erfassung der Position des Mantelrohrs relativ zur Trageinheit, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die

Sensorvorrichtung eine Kraftschwellenvorrichtung aufweist, die innerhalb des Verstellwegs wir- kungsmäRig zwischen Mantelrohr und Trageinheit angeordnet ist, und die ausgebildet ist, eine

° BE2023/5131 definierte, in Längsrichtung úberwindbare Kraftschwelle beim Verstellen des Mantelrohrs relativ zur Trageinheit zu erzeugen.

Die erfindungsgemäße Kraftschwellenvorrichtung bildet einen mechanischen Schwellwertgeber (Kraftschwellwertgeber), der innerhalb des möglichen Verstellwegs angeordnet ist, d.h. zwi- schen den Enden. Bevorzugt sind an den Enden in an sich bekannter VVeise mechanische End- anschläge vorgesehen, die nicht von dem Verstellantrieb überwunden werden kônnen, und wel- che den Verstellweg begrenzen. Im Unterschied dazu erzeugt die Kraftschwellenvorrichtung

Über einen in Längsrichtung begrenzten, relativ kurzen Teilabschnitt des Verstellwegs einen er- hôhten mechanischen Widerstand, welcher der Verstellbewegung entgegengesetzt ist. Dadurch wird die zur Verstellung erforderliche Verstellkraft in Längsrichtung in einem definierten Teilbe- reich innerhalb des Verstellbereichs auf einen definierten Kraftschwellwert erhöht, wodurch eine sogenannte Kraftschwelle gebildet wird.

Die Kraftschwellenvorrichtung ist durch den Verstellantrieb überwindbar. Dabei tritt beim Pas- sieren der Kraftschwelle beim Verstellen eine charakteristische Kraftspitze, auch als Kraftpeak bezeichnet, auf, bei dem bei annähernd gleichbleibender Verstellgeschwindigkeit die zur Ver- stellung erforderliche Verstellkraft im Vergleich zu der normalen Verstellkraft, die zur Verstel- lung innerhalb des übrigen Verstellwegs außerhalb der Kraftschwellenvorrichtung aufgewendet werden muss, zunächst signifikant ansteigt und dann wieder auf die normale Verstellkraft ab- fällt. Das Auftreten der Kraftspitze zeigt an, dass sich die Lenksäule in der eindeutig durch die

Kraftschwellenvorrichtung definierten absoluten Verstellposition befindet. Dadurch wird eine Ka- librierung der Verstellung ermöglicht.

Ein Vorteil der Erfindung ist, dass zur Kalibrierung nicht mehr wie im Stand der Technik erfor- derlich ist, den Verstellantrieb über den gesamten Verstellbereich bis gegen einen Endanschlag zu bewegen, sondern nur bis zu der innerhalb des Verstellbereichs liegenden Kraftschwelle.

Dadurch kann die Kalibrierung schneller und energiesparender erfolgen.

Ein weiterer wesentlicher Vorteil ist, dass die erfindungsgemäße Kraftschwellenvorrichtung rein mechanisch ausgestaltet sein kann. Die Detektierung der charakteristischen Kraftspitze kann mittels des motorischen Antriebs des Stellantriebs erfolgen, beispielsweise durch Auswertung von Betriebsparametern wie dem elektrischen Betriebsstrom des Motors, der Umdrehungszahl des Motors, der Verstellgeschwindigkeit oder dergleichen.

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Es ist überdies denkbar und möglich, die anliegende Verstellkraft über einen Kraftsensor zu messen, der beispielsweise in den Stellantrieb integriert sein kann, oder zwischen dem Stellan- trieb und dem Mantelrohr oder der Trageinheit eingesetzt ist.

In dem Mantelrohr kann bevorzugt eine Lenkspindel um die Längsachse drehbar gelagert sein.

An dem bezüglich der Fahrtrichtung hinterem, der Fahrerposition zugewandten Ende kann zur

Eingabe von manuellen Lenkbefehlen eine Lenkhandhabe, beispielsweise ein Lenkrad oder dergleichen angebracht sein. Diese Anordnung wird auch als Stelleinheit bezeichnet. Durch

Drehung des Lenkrads kann die Lenkspindel rotiert werden. In einem Steer-by-Wire-Lenksys- tem kann die Drehung mittels Drehsensoren erfasst und in elektrische Lenkbefehle umgesetzt werden, mit denen elektrische Lenksteller zur Erzeugung eines Lenkanschlags der lenkbaren

Räder angesteuert werden kônnen.

Es ist bevorzugt vorgesehen, dass die Sensorvorrichtung mindestens ein Sensorelement auf- weist, welches ausgebildet ist, um die von der Kraftschwellenvorrichtung erzeugte Kraftschwelle zu detektieren. Das Sensorelement umfasst einen Kraftsensor, durch den die von dem Verstell- antrieb in Längsrichtung zwischen Mantelrohr und Trageinheit beim Verstellen ausgeübte Ver- stellkraft mittelbar oder unmittelbar messbar ist. Der Kraftsensor kann beispielsweise einen elektrischen Stromsensor aufweisen, der den Betriebsstrom des Motors des Stellantriebs misst und überwacht. Beim Passieren der Kraftschwelle tritt ein mit der Kraftspitze korrespondierende

Stromspitze auf, die elektronisch ausgewertet und zur Kalibrierung genutzt werden kann. Der

Vorteil dabei ist, dass die Positionsbestimmung mittels einer elektrischen Motorsteuereinheit er- folgen kann, wobei außerhalb des Verstellantriebs keine weiteren elektrischen Komponenten erforderlich sind.

Eine vorteilhafte Ausführung sieht vor, dass die Kraftschwellenvorrichtung mindestens ein von dem Mantelrohr quer zur Längsachse vorstehendes Nockenelement aufweist, mit dem ein an der Trageinheit quer zur Längsachse vorstehendes Tastelement zusammenwirkt. Das Nocken- element weist einen nockenartig über einen begrenzten Längsabschnitt von dem Mantelrohr nach außen vorstehenden Profilquerschnitt auf, der beim Verstellen in Längsrichtung in einem

Bewegungsquerschnitt entlangbewegt wird. In diesen ragt das Tastelement von außen, radial in

Richtung auf die Längsachse zu, hinein. Dadurch kann das Tastelement beim Verstellen in me- chanischen Kontakt mit dem Nockenelement kommen, wodurch die Verstellkraft über einen kur- zen Teilabschnitt des Verstellwegs zur Erzeugung einer Kraftspitze erhöht wird.

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Damit das Nockenelement in Längsrichtung an dem Tastelement vorbeibewegt werden kann, kann bevorzugt vorgesehen sein, dass das Tastelement beim Passieren des Nockenelements quer zur Längsrichtung nach außen ausweichen kann. Dies kann beispielsweise dadurch reali- siert werden, dass das Tastelement in sich nachgiebig ausgestaltet ist, beispielsweise mit ei- nem Federelement, oder zusätzlich oder alternativ an dem Tragelement quer zur Längsachse verlagerbar gehalten ist.

Es ist vorteilhaft, dass das Tastelement gegen das Nockenelement vorgespannt ist. Dabei ist das Tastelement quer zur Längsachse, in Richtung auf das Nockenelement zu, federnd oder elastisch belastet. Dies kann mittels einer Vorspanneinrichtung erfolgen, die ein an der Tragein- heit abgestütztes Federelement aufweist, und welche das Tastelement von der Trageinheit aus gesehen quer zur Längsachse in Richtung auf das Mantelrohr zu elastisch abstützt. Alternativ kann das Tastelement in sich federnd ausgebildet sein. Außerhalb des Nockenelements kann das Tastelement Abstand zum Mantelrohr haben. Entsprechend kommt es dann nur zum me- — chanischen Kontakt, wenn das vorstehende Nockenelement das Tastelement beim Verstellen in

Längsrichtung passiert. Dabei wird das Tastelement durch das Nockenelement entgegen der

Vorspannung nach außen gedrängt. Die dazu erforderliche Kraft wird durch die Verstellkraft ein- geleitet, die entsprechend ansteigt, und wieder abfällt, wenn es das Nockenelement passiert hat. Dadurch wir ein Kraftpeak der Verstellkraft erzeugt.

Es ist vorzugsweise vorgesehen, dass das Nockenelement und das Tastelement miteinander in

Kontakt bringbare Kontaktflächen aufweisen. Diese Kontaktflächen korrespondieren miteinan- der und erstrecken sich in Längsrichtung und quer dazu. Durch die Längserstreckung der Kon- taktflächen kann die Länge der Kraftschwelle festgelegt werden, und durch deren Höhe quer zur Längsachse die Höhe der Kraftspitze. Auf den Kontaktflächen können das Nockenelement und das Tastelement in Längsrichtung und quer dazu aneinander entlanggleiten.

Es kann bevorzugt vorgesehen sein, dass die Kontaktflächen zumindest abschnittweise im Ver- lauf der Längsrichtung rampenartig schräg zur Längsachse an- und absteigend ausgebildet sind. Die rampenartige Ausbildung sieht vor, dass eine Kontaktfläche zumindest abschnittweise schräg geneigt zur Längsrichtung steht. Dadurch wird eine Art keilförmige Rampe gebildet. Es kann eine geradlinige oder eine bogenartig geschwungene Schräge ausgebildet sein. Beispiels- weise kann das Nockenelement eine ansteigende und eine abfallende Rampe aufweisen, und das Tastelement kann eine kegel- oder kugelförmige Spitze aufweisen, die beim Passieren des

Nockenelements von der einen Rampe zunächst nach außen bewegt wird, und der anderen

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Rampe folgend wieder nach innen in die Ausgangslage gleitet. In einer möglichen Weiterbil- dung kann es vorgesehen sein, dass zwischen den Rampen ein Plateauabschnitt ausgebildet ist, dessen Verlauf parallel zur Längsrichtung ausgebildet ist. Durch die geometrische Ausge- staltung der Kontaktflächenkann kann mit geringem konstruktiven die Länge, Hôhe und Form des Kraftpeaks vorgegeben werden.

Es ist môglich, dass das Nockenelement ein mit dem Mantelrohr verbundenes Einsatzteil auf- weist. Ein Einsatzteil kann als Einleger ausgebildet sein, der nachträglich an dem Mantelrohr angebracht wird. Das hat den Vorteil, dass die Position des Nockenelements einfach verändert werden kann, und die Geometrie des Nockenelements unabhängig von dem Mantelrohr ange- passt werden kann, um beispielsweise das Profil des Kraftpeaks zu optimieren. Ein weiterer

Vorteil ist, dass das Material des Nockenelements unabhängig vom Material des Mantelrohrs gewählt werden kann, um es funktional zu optimieren. Beispielsweise kann das Nockenelement als hartes und verschleifsfestes Sinterteil ausgebildet sein, und/oder es kônenn die Gleiteigen- schaften optimiert werden, oder dergleichen.

Es kann bevorzugt vorgesehen sein, dass die Sensorvorrichtung einen Stromsensor des Ver- stellantriebs aufweist. Mittels des Stromsensors wird der Betriebsstrom des elektrischen Motors des Verstellantriebs gemessen. Die beim Passieren der erfindungsgemäBen Kraftschwellenvor- richtung erzeugte Kraftspitze bewirkt, dass die zur weiteren Verstellung erforderliche Verstell- kraft zunächst signifikant ansteigt. Entsprechend steigt der Betriebsstrom des Motors an. Dieser

Stromanstieg kann erfasst und ausgewertet werden. Nach dem Passieren der Kraftschwellen- vorrichtung fällt die Verstellkraft wieder auf den normalen Wert wie vor der Kraftschwellenvor- richtung zurück, und entsprechend folgt der Stromverlauf der Form des Kraftpeaks. Dadurch kann sicher erkannt werden, dass die Lenksäule den durch die Lage der Kraftschwellenvorrich- tung eindeutig definierte Verstellposition erreicht und passiert hat. Ein Vorteil der erfindungsge- mäßen Anordnung ist, dass die Sensorvorrichtung keine zusätzlichen elektrischen Sensoren zwischen Mantelrohr und Trageinheit erfordert, sondern lediglich die erfindungsgemäß rein me- chanisch darstellbare Kraftschwelle. Dadurch kônnen Aufwand und Kosten eingespart werden.

Es ist ebenfalls denkbar, dass die Sensorvorrichtung einen mit dem Tastelement zusammenwir- kenden Verlagerungssensor aufweist. Der Verlagerungssensor ist dazu ausgebildet, eine durch das Nockenelement verursachte Verlagerung des Tastelements zu detektieren, beispielsweise durch einen Schaltkontakt, oder eine induktive oder kapazitive Messung oder dergleichen. Ein

Verlagerungssensor bedeutet zwar einen erhöhen Aufwand, kann aber zusätzlich vorgesehen

/ BE2023/5131 sein, um eine redundante Messung zu ermöglichen.

Es ist möglich, dass eine Mehrzahl von Kraftschwellenvorrichtungen vorgesehen ist. Diese kön- nen beispielsweise in Längsrichtung beabstandet angeordnet sein. Dadurch ist es möglich, mit geringem Aufwand weitere Referenzpunkte zur Kalibrierung des Verstallantriebs bereitzustel- len.

Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Messung der Verstellzustands einer Lenksäule für ein Kraftfahrzeug, umfassend ein Mantelrohr, in dem eine Lenkspindel um eine in Längsrich- tung erstreckte Längsachse drehbar gelagert ist, und welches in einer Trageinheit in Längsrich- tung über einen Verstellweg verstellbar aufgenommen ist, wobei ein elektromotorischer Verstell- antrieb zur Verstellung des Mantelrohrs relativ zur Trageinheit vorgesehen ist, und eine Sensor- vorrichtung zur Erfassung der Position des Mantelrohrs relativ zur Trageinheit, bei dem erfin- dungsgemäB vorgesehen ist, dass von der Sensorvorrichtung beim Verstellen des Mantelrohrs relativ zur Trageinheit eine Veränderung der Verstellkraft detektiert wird , die beim Passieren einer wirkungsmäBig zwischen Mantelrohr und Trageinheit innerhalb des Verstellwegs angeord- neten Kraftschwellenvorrichtung erzeugt wird.

Die Kraftschwellenvorrichtung kann ausgebildet sein wie vorangehend für die Leksäule be- schrieben. Dabei können sämtliche in diesem Zusammenhang genannten Merkmale einzeln o- der in Kombination für das erfindungsgemäße Verfahren genutzt werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren basiert darauf, im Verlauf des Verstellwegs mindestens einen definierten Kraftpeak der Verstellkraft zu erzeugen. Dadurch kann eine zusätzliche externe elektrische Positionserfassung wegfallen.

Der definierte Kraftpeak kann einfach rein mechanisch mittels der Kraftschwellenvorrichtung er- zeugt werden, wie dies oben beschrieben ist.

Es ist vorteilhaft, dass die Veränderung der Stellkraft in ein elektrisches Steuersignal umgesetzt wird, zu Definition einer festgelegten Referenzposition. Das durch beim Passieren der Kraft- schwellenvorrichtung aus der Veränderung der Verstellkraft erzeugte Signal kann genutzt, um die Lenksäule zu kalibrieren. Dabei wird der momentane Verstellzustand mit einem vorgegebe- nen Referenzwert innerhalb des zur Verfügung stehenden Verstellwegs gleichgesetzt, der als

Ausgangswert für weitere Verstellungen genutzt werden kann. Ein Vorteil gegenüber dem

Stand der Technik, der lediglich einen Endanschlag am Ende des Verstellwegs zur Erzeugung

© BE2023/5131 eines Referenzwerts nutzten kann ist, dass eine Kalibrierung der Lenksäule mit kürzeren Ver- stellwegen ermöglicht wird. Im Gegensatz zum Stand der Technik muss die Lenksäule nicht durch den Verstellantrieb bis zum Endanschlag verfahren werden, sondern lediglich bis zu der durch die Kraftschwellenvorrichtung definierten Verstellposition innerhalb des Verstellbereichs.

Das elektrische Steuersignal kann mit geringem Aufwand aus den Betriebsstrom des Motors des Verstellantriebs abgeleitet werden. Der Kraftpeak erzeugt nämlich einen korrespondieren- den Strompeak, der in der elektrischen Steuereinheit erkannt und zur Kalibrierung genutzt wer- den kann.

In dem Mantelrohr kann bevorzugt eine Lenkspindel um die Längsachse drehbar gelagert sein.

An dem bezüglich der Fahrtrichtung hinterem, der Fahrerposition zugewandten Ende kann zur

Eingabe von manuellen Lenkbefehlen eine Lenkhandhabe, beispielsweise ein Lenkrad oder dergleichen angebracht sein. Diese Anordnung wird auch als Stelleinheit bezeichnet. Durch

Drehung des Lenkrads kann die Lenkspindel rotiert werden. In einem Steer-by-Wire-Lenksys- tem kann die Drehung mittels Drehsensoren erfasst und in elektrische Lenkbefehle umgesetzt werden, mit denen elektrische Lenksteller zur Erzeugung eines Lenkanschlags der lenkbaren

Räder angesteuert werden können.

Beschreibung der Zeichnungen

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

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

Figur 2 eine perspektivische Ansicht der Lenksäule gemäß Figur 1,

Figur 3 eine schematische, teilweise freigestellte Ansicht gemäß Figur 2,

Figur 4 eine vergrößerte Detailansicht aus Figur 3,

Figur 5 eine schematische Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Kraftschwellenein- richtung der Lenksäule gemäß den Figuren 2 bis 4 in einem ersten Verstellzu- stand,

Figur 6 eine Darstellung wie in Figur 5 in einem zweiten Verstellzustand,

Figur 7 eine Darstellung wie in Figur 6 in einem dritten Verstellzustand.

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.

Fig. 1 zeigt ein Lenksystem 1, welches als Steer-by-WireLenksystem für ein Kraftfahrzeug aus- gebildet ist und eine erfindungsgemäße Lenksäule 2 umfasst.

Die Lenksäule 2 weist eine Lenkspindel 21 auf, die um ihre in Längsrichtung erstreckte Längs- achse L relativ zu einer Trageinheit 22 drehbar gelagert ist. Am bezüglich der Fahrtrichtung hin- teren, der Fahrerposition zugewandten Ende der Lenkspindel 21 ist als Lenkeingabemittel ein

Lenkrad 23 angebracht.

Zur Verstellung der Lenkradposition in Längsrichtung, wie in Figur 1 mit einem Doppelpfeil an- gedeutet, ist die Lenkspindel 21 in einem Mantelrohr 24 gelagert, welches in Längsrichtung tele- skopartig verstellbar in der Trageinheit 22 aufgenommen ist. Diese kann über nicht näher be- zeichnete Verbindungsmittel an einer hier nicht gezeigten Kraftfahrzeug-Karosserie befestigt werden.

Über hier nicht dargestellte Drehsensoren wird ein in die Lenkspindel 21 manuell eingegebener

Lenkbefehl in elektrische Steuersignale umgesetzt, die einen elektromotorischen Lenksteller 3 über eine Steuerleitung 31 ansteuern können. Dieser kann in Abhängigkeit von den Steuersig- nalen einen mechanischen Lenkeinschlag von lenkbaren Rädern 4 erzeugen.

Figuren 2, 3 und 4 zeigen schematische perspektive Teildarstellungen der Lenksäule 2.

Die Lenkspindel 21 weist am hinteren Ende einen Befestigungsabschnitt 231 auf, an dem das

Lenkrad 23 anbringbar ist, welches hier weggelassen ist.

Ein elektromotorischer Verstellantrieb 5 ist im gezeigten Beispiel in an sich bekannter Weise als

Spindeltrieb mit einer Gewindespindel 51 ausgebildet, die zu einer relativ dazu motorisch dre- hend antreibbaren Spindelmutter 52 linear in Richtung der Längsachse L verstellbar ist. Der

Verstellantrieb 5 ist an der Trageinheit 22 angebracht und greift an dem Mantelrohr 24 an, wel- ches dadurch wie mit dem Doppelpfeil angedeutet in Längsrichtung verstellbar ist.

An der Trageinheit 22 und dem Mantelrohr 24 ist eine erfindungsgemäße Kraftschwellenvorrich- tung 6 angebracht, die anhand der nachfolgenden Figuren 3 bis 7 näher erläutert ist. Dabei ist in Figur 3 in derselben Ansicht wie in Figur 3 die Trageinheit 22 weggelassen, um einen Blick auf das Mantelrohr 24 freizugeben. Figur 4 zeigt eine vergrößerte Detailansicht der Kraftschwel- leneinrichtung 6 aus Figur 3.

Die Kraftschwelleneinrichtung 6 umfasst ein Tastelement 61, welches quer zur Längsachse L radial von außen gegen das Mantelrohr 24 gerichtet ist, und mit einem an dem Mantelrohr 24 angebrachten Nockenelement 62 zur Erzeugung einer Kraftschwelle zusammenwirkt.

Das Tastelement 61 steht stiftartig radial nach innen gerichtet vor, und ist über ein Federele- ment 63, beispielsweise wie im Beispiel eine Schraubenfeder, radial nach außen verlagerbar elastisch gegen einen Haltebolzen 64 abgestützt. Der Haltebolzen 64 ist an der Trageinheit 22 fixiert, beispielsweise durch Einschrauben in eine korrespondierende radiale Gewindebohrung.

In den Figuren 5 bis 7 ist schematisch eine Seitenansicht quer zur Längsrichtung gezeigt, wobei unterschiedlliche Verstellzustände im Bereich der Kraftschwelleneinrichtung 6 dargestellt sind.

Wie in Figur 5 erkennbar ist, weist das Nockenelement 62 einen von dem Mantelrohr 24 radial nach außen vorstehenden Vorsprung 65 auf. Dieser ist nach außen spitz zulaufend ausgebildet und weist — in Längsrichtung gesehen auf den Vorsprung 65 zu — rampenartig schräg zur

Längsachse L ansteigende Kontaktflächen 66 auf.

Das Tastelement 61 ragt im federbelasteten Ruhezustand radial näher gegen die Außenseite des Mantelrohrs 24 heran, als das Nockenelement 62 mit seinem Vorsprung radial nach außen davon absteht, wie man in Figur 5 erkennen kann. Mit anderen Worten steht das Tastelement 61 in den Bewegungsraum des Nockenelements 62 vor, wenn dieses zusammen mit dem Man- telrohr 24 in Längsrichtung verstellt wird.

Wird das Mantelrohr 24 durch den Verstellantrieb 5 motorisch in Längsrichtung verstellt, wie in

Figur 5 mit dem nach links gerichteten Pfeil angedeutet, erreicht es die in Figur 6 gezeigte Posi- tion, in der es das Tastelement 61 passiert. Dieses kommt mit der einen — in der Zeichnung links liegenden — Kontaktfläche 66 in Kontakt und wird durch dessen rampenartige Ausbildung beim weiteren Verstellen des Mantelrohrs 24 radial nach außen gedrängt, wie dies in Figur 6 mit dem nach oben (radial nach außen) gerichteten Pfeil angedeutet ist. Dabei wird die in der

Verstellrichtung von dem Verstellantrieb ausgeübte Verstellkraft gegen die Federkraft des Fe- derelements 63 umgeleitet. Infolge dessen wirkt der Verstellung eine Reaktionskraft F entge- gen, die in Figur 6 eingezeichnet ist.

Nachdem das Nockenelement 62 das Tastelement passiert hat, wie in Figur 7 gezeigt ist, fällt die Reaktionskraft F wieder weg, und das Mantelrohr 24 wieder ungehindert weiter verstellt wer- den.

Durch ihre Höhe und ihren Verlauf erzeugt die Reaktionskraft F eine Kraftschwelle, die beim

Verstellen durch den Verstellantrieb 5 überwunden werden muss. Die Höhe, Länge und die

Form dieser Kraftschwelle, durch die eine der Verstellkraft entgegengesetzte Kraftspitze oder ein Kraftpeak erzeugt wird, ergibt sich aus der Form, relativen Höhe und Länge des Nockenele- ments 62 und des Vorsprungs 65.

Die beim Verstellen auftritt, wenn das Nockenelement 62 an dem Tastelement 61 vorbei bewegt wird, kann mittels einer geeigneten elektrischen Sensorik erfasst werden, beispielsweise mittels eines elektrischen Stromsensors, der den durch die Kraftschwelle verursachten Strompeak misst und einer weiteren Auswertung zuführt. Dadurch kann der Verstellantrieb 5 innerhalb des möglichen Verstellwegs kalibriert werden, und es muss insbesondere keine Endposition wie im

Stand der Technik angefahren werden.

Das Nockenelement 62 kann beispielsweise als separat ausgebildetes Einsatzteil ausgebildet sein, beispielsweise als verschleißfestes Sinterteil, welches mit dem Mantelrohr 24 vebunden ist.

Bezugszeichenliste 1 Lenksystem 2 Lenksäule 21 Lenkspindel 22 Trageinheit 23 Lenkrad 231 Befestigungsabschnitt 24 Mantelroh 3 Lenksteller 31 Steuerleitung 4 Rad 5 Verstellantrieb 51 Gewindespindel 52 Spindelmutter 6 Kraftschwelleneinrichtung 61 Tastelement 62 Nockenelement 63 Federelement 64 Haltebolzen 65 Vorsprung 66 Kontaktfläche

L Längsachse

F Reaktionskraft

Claims (12)

PATENTANSPRÜCHE

1. Lenksäule (1) für ein Kraftfahrzeug, umfassend ein Mantelrohr (24) mit einer in Längs- richtung erstreckten Längsachse (L), welches in einer Trageinheit (22) in Längsrichtung über einen Verstellweg verstellbar aufgenommen ist, wobei ein elektromotorischer Ver- stellantrieb (5) zur Verstellung des Mantelrohrs (24) relativ zur Trageinheit (22) vorgese- hen ist, und eine Sensorvorrichtung zur Erfassung der Position des Mantelrohrs (24) re- lativ zur Trageinheit (22), dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorvorrichtung eine Kraftschwellenvorrichtung (6) aufweist, die innerhalb des Verstellwegs wirkungsmäßig zwischen Mantelrohr (24) und Trageinheit (22) ange- ordnet ist, und die ausgebildet ist, eine definierte, in Längsrichtung überwindbare Kraft- schwelle beim Verstellen des Mantelrohrs (24) relativ zur Trageinheit (22) zu erzeugen.

2. Lenksäule nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorvorrichtung min- destens ein Sensorelement aufweist, welches ausgebildet ist, um die von der Kraft- schwellenvorrichtung (6) erzeugte Kraftschwelle zu detektieren.

3. Lenksäule nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftschwellenvorrichtung (6) mindestens ein von dem Mantelrohr (24) quer zur Längsachse (L) vorstehendes Nockenelement (62) aufweist, mit dem ein an der Tragein- heit (22) quer zur Längsachse (L) vorstehendes Tastelement (61) zusammenwirkt.

4. Lenksäule nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Tastelement (61) ge- gen das Nockenelement (62) vorgespannt ist.

5. Lenksäule nach einem der Ansprüche 3 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das No- ckenelement (62) und das Tastelement (61) miteinander in Kontakt bringbare Kontaktflä- chen (66) aufweisen.

6. Lenksäule nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktflächen (66) zu- mindest abschnittweise im Verlauf der Längsrichtung rampenartig schräg zur Längs- achse (L) an- und absteigend ausgebildet sind.

7. Lenksäule nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Nockenelement (62) ein mit dem Mantelrohr (24) verbundenes Einsatzteil aufweist.

8. Lenksäule nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorvorrichtung einen Stromsensor des Verstellantriebs (5) aufweist.

9. Lenksäule nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorvorrichtung einen mit dem Tastelement (61) zusammenwirkenden Verlage- rungssensor aufweist.

10. Lenksäule nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl von Kraftschwellenvorrichtungen (6) vorgesehen ist.

11. Verfahren zur Messung der Verstellzustands einer Lenksäule (1) für ein Kraftfahrzeug, umfassend ein Mantelrohr (24), in dem eine Lenkspindel (21) um eine in Längsrichtung erstreckte Längsachse (L) drehbar gelagert ist, und welches in einer Trageinheit (22) in Längsrichtung über einen Verstellweg verstellbar aufgenommen ist, wobei ein elektro- motorischer Verstellantrieb (5) zur Verstellung des Mantelrohrs (24) relativ zur Tragein- heit (22) vorgesehen ist, und eine Sensorvorrichtung zur Erfassung der Position des Mantelrohrs (24) relativ zur Trageinheit (22), dadurch gekennzeichnet, dass von der Sensorvorrichtung beim Verstellen des Mantelrohrs (24) relativ zur Tra- geinheit (22) eine Veränderung der Verstellkraft detektiert wird, die beim Passieren einer wirkungsmäßig zwischen Mantelrohr (24) und Trageinheit (22) innerhalb des Verstell- wegs angeordneten Kraftschwellenvorrichtung (6) erzeugt wird.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Veränderung der Stell- kraft in ein elektrisches Steuersignal umgesetzt wird, zu Definition einer festgelegten Re- ferenzposition.