WO2003057547A1 - Steering module for a steer-by-wire system in motor vehicles - Google Patents

Steering module for a steer-by-wire system in motor vehicles Download PDF

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WO2003057547A1
WO2003057547A1 PCT/EP2002/014264 EP0214264W WO03057547A1 WO 2003057547 A1 WO2003057547 A1 WO 2003057547A1 EP 0214264 W EP0214264 W EP 0214264W WO 03057547 A1 WO03057547 A1 WO 03057547A1
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housing
steering
steering module
module according
limiting unit
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PCT/EP2002/014264
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Geert Helge Wittenberg
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Autoliv Development Ab
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    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
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    • B62D5/001—Mechanical components or aspects of steer-by-wire systems, not otherwise provided for in this maingroup
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D1/00—Steering controls, i.e. means for initiating a change of direction of the vehicle
    • B62D1/02—Steering controls, i.e. means for initiating a change of direction of the vehicle vehicle-mounted
    • B62D1/16—Steering columns
    • B62D1/18—Steering columns yieldable or adjustable, e.g. tiltable
    • B62D1/19—Steering columns yieldable or adjustable, e.g. tiltable incorporating energy-absorbing arrangements, e.g. by being yieldable or collapsible
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B60R—VEHICLES, VEHICLE FITTINGS, OR VEHICLE PARTS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B60R21/00—Arrangements or fittings on vehicles for protecting or preventing injuries to occupants or pedestrians in case of accidents or other traffic risks
    • B60R21/02—Occupant safety arrangements or fittings, e.g. crash pads
    • B60R21/16—Inflatable occupant restraints or confinements designed to inflate upon impact or impending impact, e.g. air bags
    • B60R21/20—Arrangements for storing inflatable members in their non-use or deflated condition; Arrangement or mounting of air bag modules or components
    • B60R21/203—Arrangements for storing inflatable members in their non-use or deflated condition; Arrangement or mounting of air bag modules or components in steering wheels or steering columns

Definitions

  • the invention relates to a steering module for a steer-by-wire steering system in motor vehicles.
  • Such a steering module with a steering wheel angle sensor and a force feedback unit is known from DE 199 12 169 AI; This publication only describes how the driver's steering request detected by the steering wheel angle sensor can be modified taking into account driving dynamics, while at the same time an individual adaptation to different driver requirements through adaptive simulation of the hand torque mediated by a feedback actuator and thus the generation of adaptive setpoints for the driver Steering wheel controller takes place. With regard to a structural design of such a steering module, no information is given in the document.
  • a previously described steering module can also be found in DE 100 33 107 AI with regard to its essential structural individual parts.
  • a steer-by-wire steering system in which, according to one embodiment, the steering wheel is held on a deformable column on the dashboard of the vehicle, so that the steering wheel in the event of an accident Vehicle occupants evade and so there should be enough space for inflating an airbag.
  • the invention has for its object to provide a steering module for a steer-by-wire steering system, which is easy to assemble with its components and also offers sufficient security against impact of the vehicle occupant in an accident.
  • the basic concept of the invention provides a steering module which consists of a steering wheel having an integrated airbag unit, a steering wheel angle sensor, a force feedback unit and a force limiting unit for absorbing the force exerted by the occupant on the steering wheel in the event of an accident, the steering module as a prefabricated unit with the production of electrical connections between the vehicle and the steering module in a vehicle-side receptacle.
  • the invention has the advantage that the complete steering module with its components can be prefabricated, so that simple and quick assembly is made possible by inserting the steering module into a suitably designed receptacle of the motor vehicle and merely connecting it electrically. Since the steering module according to the invention additionally has a force limiting unit, there is a further advantage of a reduction in the Load values for the vehicle occupants in the event of an impact on the steering wheel, since this can yield to the impact.
  • a modular steering column unit in which the steering wheel module can be mounted as a prefabricated structural unit by establishing electrical connections between the vehicle and the steering wheel module in a receptacle on the vehicle, is known from DE 696 14 596 T2; however, the known steering column unit is not designed as a steer-by-wire steering system and can therefore give no suggestion with regard to the solution according to the invention.
  • the electrical connections can be made during the assembly of the steering module in the vehicle-side receptacle by cable connector or in that on the one hand on the vehicle-side receptacle and, on the other hand, electrical contacts located on the steering module are closed during assembly in the manner of a plug connection.
  • the force limiting unit is set up to be controllable as a function of the accident conditions.
  • the invention provides that the steering wheel with an integrated airbag unit is arranged by means of a piston rod at a distance from a force housing, the force feedback unit and the force limiting unit receiving the steering wheel angle sensor, and the piston rod extends into a housing of the force limiting unit arranged in the module housing, and is connected to a piston arranged inside the housing.
  • the steering wheel with integrated airbag unit and the steering wheel angle sensor arranged thereon and the force feedback unit are designed pot-shaped with a recess open to the dashboard of the vehicle and, in the event of load, can be pushed over the recess via a housing of the force limiting unit fastened on the vehicle.
  • the steering wheel angle sensor and force feedback unit in the between the outer wall of the module housing and the housing wall Force limiting unit formed annular space are arranged.
  • a piston rod protrudes from the steering wheel body into the recess and extends into the housing of the force limiting unit and is connected here to a piston arranged inside the housing.
  • the force limiting unit can work differently, namely mechanically or alternatively hydraulically or alternatively magnetorheologically or alternatively in another suitable manner by the arrangement of prestressed springs.
  • the interior of the housing of the force limiting unit is filled with a silicone and at least one overflow bore is formed in the piston, whereby according to one embodiment of the invention the cross section of the overflow bore can be designed to be controllable, so that a corresponding control option for the force limiting unit results.
  • the interior of the housing of the force limiting unit is filled with an electro-rheological medium and a device for generating an electric field is arranged in the housing.
  • the agneto-rheological mode of operation is available in that the interior of the housing of the force limiting unit is rheological medium and a device for generating a magnetic field is arranged in the housing.
  • the device required to influence the electro-rheological or magneto-rheological fluid is arranged in the piston according to an embodiment of the invention.
  • a permanent magnet is arranged in the piston and a coil in the housing for generating a magnetic opposing field.
  • the force limiting unit is designed as a gas-filled damping device, the gas pressure in the gas-filled damping device being controllable.
  • FIG. 3 shows the object of FIG. 2 in section
  • 4 shows the force limiting unit according to FIG. 3 in an enlarged individual illustration
  • FIG. 7 shows the force limiting unit according to FIG. 6 in an enlarged individual illustration.
  • the steering module 10 shown in FIG. 1 consists of a steering wheel 11, in which an airbag unit, indicated by 12, is integrated.
  • the steering wheel 11 is arranged via a piston rod 13 at a distance “S ⁇ from a module housing 14, a steering wheel angle sensor 15, a force feedback unit 16 and a force limiting unit 17 being arranged in the module housing.
  • the steering wheel angle sensor 15 and the force feedback unit 16 can be connected to a vehicle-side control system via electrical feed lines 30.
  • the function of the steering wheel angle sensor 15 and force feedback unit 16 in detail is not the subject of the invention and so far described in DE 199 12 169 AI.
  • the piston rod 13 extends through the module housing 14 into a housing 18 of the force limiting unit 17 and is connected to a piston 20 located in the interior 19 of the housing 18.
  • the housing 18 has such an extent that the piston 20 when it is displaced can travel the same distance “S ⁇ , which corresponds to the distance between the steering wheel 11 and the module housing 14.
  • the force limiting unit can work magneto-rheologically or hydraulically; however, a mechanical design is also conceivable in that corresponding springs are arranged in the interior 19 of the force limiting unit 17.
  • the force limiting unit in the event of an accident can be adjusted to the driving situation such as the speed and angle of impact of the vehicle as well as to the driver, namely his size and weight etc.
  • the housing 18 of the force limiting unit 17 is to be fastened to the vehicle via a mounting plate 24, the electrical leads 30 to the steering wheel angle sensor 15 and force feedback unit 16 being wound around the outside of the housing 18 and on the mounting plate 24 can be connected such that there is an electrical connection to the vehicle, for example via a plug connection.
  • the housing 18 of the force limiting unit 17 can be inserted into a cup-shaped recess 35 formed in the module housing 14, the module housing 14 being an integral part of the steering wheel 11 in these exemplary embodiments.
  • the steering wheel angle sensor 15 and the force feedback unit 16 are arranged in the annular space 23 between the outer wall 21 of the module housing 14 and the wall 22 of the housing 18 of the force limiting unit 17.
  • a piston rod 13 extends from the steering wheel 10 into the recess 35 of the module housing 14 and is guided into the interior 19 of the housing 18 and connected to a piston 20 arranged here.
  • the piston 20 passes through the interior 19 of the force limiting unit 17 and displaces a medium arranged therein.
  • a silicone is filled in the interior 19 of the force limiting unit 17, and the piston 20 is provided with a series of overflow bores 25, so that when the piston 20 moves through the interior 19 of the force limiting unit 17 the silicone can flow through the overflow bore 25.
  • the cross section of the overflow bore 25 can be regulated in a suitable manner. The damping force is dependent on the impact speed, and the damping path is dependent on the impact speed and the mass of the occupant.
  • the interior 19 of the housing 18 is filled with a magneto-rheological medium, a gas-filled space 29 being separated from the interior 19 by a membrane 28.
  • the gas present under pressure in space 29 provides the pressure required for temperature compensation.
  • a coil 26 the Besro tion leads via the electrical lead 30 to build up a corresponding magnetic field, which changes the behavior of the magneto-rheological medium, so that the force limitation can be regulated accordingly.
  • the exemplary embodiments shown in FIGS. 2 to 7 and described in detail also have the advantage that, following the force limitation, the steering wheel 11 is reset to its starting position. If, after the force limit has been completed, the piston 20 with the piston rod 13 is inserted into the interior 19 of the housing 18, then different sizes of piston surfaces acted upon by the pressure in the interior 19 result on the two sides of the piston 20 in the interior 19. 4 and 7, the entire piston surface is pressurized on the left side, the right side surface is reduced by the cross-sectional area of the piston rod 13; thus assuming a pressure equilibrium in the interior 19 of the housing 18, the piston 20 experiences a force to the right, that is to say in the direction of extension of the piston rod 13, which corresponds to the starting position of the steering wheel 11.
  • the return speed for the steering wheel 11 can be preset to a desired level.

Abstract

The invention relates to a steering module for a steer-by-wire system in motor vehicles. Said steering module consists of a steering wheel comprising an integrated airbag unit, a steering wheel angle sensor, a force feedback unit, and a force limitation unit for absorbing the force exerted by passengers on the steering wheel during an accident. The inventive steering module can be mounted as a pre-assembled modular unit in a receiving element on the side of the vehicle, producing electrical connections between the vehicle and the steering module.

Description

Lenkmodul für ein Steer-by-wire-Lenksystem in Kraftfahrzeugen Steering module for a steer-by-wire steering system in motor vehicles
B e s c h r e i b u n gDescription
Die Erfindung betrifft ein Lenkmodul für ein Steer-by-wire- Lenksystem in Kraftfahrzeugen.The invention relates to a steering module for a steer-by-wire steering system in motor vehicles.
Ein derartiges Lenkmodul mit einem Lenkradwinkelsensor sowie einer Force-Feedback-Einheit ist aus der DE 199 12 169 AI bekannt; in dieser Druckschrift ist lediglich beschrieben, wie der vom Lenkradwinkelsensor erfaßte Fahrerlenkwunsch unter Berücksichtigung von fahrdynamischen Größen modifiziert werden kann, wobei gleichzeitig eine individuelle Anpassung an verschiedene Fahreransprüche durch eine adaptive Nachbildung des durch einen Feedback-Aktuator vermittelten Handmoments und damit die Erzeugung adaptiver Sollwerte für den Lenkradregler erfolgt. Hinsichtlich einer konstruktiven Ausgestaltung eines derartigen Lenkmoduls sind in der Schrift keine Angaben gemacht.Such a steering module with a steering wheel angle sensor and a force feedback unit is known from DE 199 12 169 AI; This publication only describes how the driver's steering request detected by the steering wheel angle sensor can be modified taking into account driving dynamics, while at the same time an individual adaptation to different driver requirements through adaptive simulation of the hand torque mediated by a feedback actuator and thus the generation of adaptive setpoints for the driver Steering wheel controller takes place. With regard to a structural design of such a steering module, no information is given in the document.
Ein vorbeschriebenes Lenkmodul ist hinsichtlich seiner wesentlichen konstruktiven Einzelteile ebenfalls der DE 100 33 107 AI zu entnehmen.A previously described steering module can also be found in DE 100 33 107 AI with regard to its essential structural individual parts.
Aus der US 6 179 326 Bl ist weiterhin ein Steer-by-wire- Lenksystem bekannt, bei welchem nach einem Ausführungsbeispiel das Lenkrad über eine deformierbare Säule an dem Armaturenbrett des Fahrzeuges gehaltert ist, so daß das Lenkrad bei einem unfallbedingten Aufprall des Fahrzeuginsassen ausweicht und so genügend Raum für das Aufblasen eines Airbags geschaffen sein soll.From US 6 179 326 Bl a steer-by-wire steering system is also known, in which, according to one embodiment, the steering wheel is held on a deformable column on the dashboard of the vehicle, so that the steering wheel in the event of an accident Vehicle occupants evade and so there should be enough space for inflating an airbag.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Lenkmodul für ein Steer-by-wire-Lenksystem zu schaffen, welches mit seinen Komponenten leicht zu montieren ist und darüber hinaus eine ausreichende Sicherheit gegen Aufprall des Fahrzeuginsassen bei einem Unfall bietet.The invention has for its object to provide a steering module for a steer-by-wire steering system, which is easy to assemble with its components and also offers sufficient security against impact of the vehicle occupant in an accident.
Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich einschließlich vorteilhafter Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung aus dem Inhalt der Patentansprüche, welche dieser Beschreibung nachgestellt sind.This object is achieved, including advantageous refinements and developments of the invention, from the content of the patent claims, which follow this description.
Die Erfindung sieht in ihrem Grundgedanken ein Lenkmodul vor, welches aus einem eine integrierte Airbageinheit aufweisenden Lenkrad, aus einem Lenkradwinkelsensor, einer Force-Feedback-Einheit sowie einer Kraftbegrenzungseinheit zur Aufnahme der bei einem Unfall vom Insassen auf das Lenkrad ausgeübten Kraft besteht, wobei das Lenkmodul als vorgefertigte Baueinheit unter Herstellung von elektrischen Verbindungen zwischen dem Fahrzeug und dem Lenkmodul in eine fahrzeugseitige Aufnahme montierbar ist. Mit der Erfindung ist der Vorteil verbunden, daß das komplette Lenkmodul mit seinen Komponenten vorgefertigt werden kann, so daß eine einfache und schnelle Montage ermöglicht ist, indem das Lenkmodul in eine geeignet ausgestaltete Aufnahme des Kraftfahrzeuges eingesteckt und lediglich elektrisch angeschlossen wird. Da das Lenkmodul erfindungsgemäß zusätzlich eine Kraftbegrenzungseinheit aufweist, ergibt sich als weiterer Vorteil eine Verringerung der Belastungswerte für den Fahrzeuginsassen bei einem Aufprall auf das Lenkrad, da dieses dem Aufprall nachgeben kann.The basic concept of the invention provides a steering module which consists of a steering wheel having an integrated airbag unit, a steering wheel angle sensor, a force feedback unit and a force limiting unit for absorbing the force exerted by the occupant on the steering wheel in the event of an accident, the steering module as a prefabricated unit with the production of electrical connections between the vehicle and the steering module in a vehicle-side receptacle. The invention has the advantage that the complete steering module with its components can be prefabricated, so that simple and quick assembly is made possible by inserting the steering module into a suitably designed receptacle of the motor vehicle and merely connecting it electrically. Since the steering module according to the invention additionally has a force limiting unit, there is a further advantage of a reduction in the Load values for the vehicle occupants in the event of an impact on the steering wheel, since this can yield to the impact.
Hierzu ist eine modular aufgebaute Lenksäuleneinheit, bei welcher das Lenkradmodul als vorgefertigte Baueinheit unter Herstellung von elektrischen Verbindungen zwischen dem Fahrzeug und dem Lenkradmodul in eine fahrzeugseitige Aufnahme montierbar ist, aus der DE 696 14 596 T2 bekannt; die bekannte Lenksäuleneinheit ist jedoch nicht als Steer- by-wire-Lenksystem ausgebildet und kann daher keine Anregung im Hinblick auf die erfindungsgemäße Lösung geben.For this purpose, a modular steering column unit, in which the steering wheel module can be mounted as a prefabricated structural unit by establishing electrical connections between the vehicle and the steering wheel module in a receptacle on the vehicle, is known from DE 696 14 596 T2; however, the known steering column unit is not designed as a steer-by-wire steering system and can therefore give no suggestion with regard to the solution according to the invention.
Es ist weiterhin die Anordnung von Kraftbegrenzungseinrichtungen als solchen auch an Lenkeinheiten bekannt. Die DE 199 59 107 AI, die DE 100 25 980 AI sowie die WO 01/32494 AI beschreiben dabei übereinstimmend im Bereich der jeweiligen Lenksäule ausgebildete Kraftbegrenzungseinrichtungen, indem die Lenksäulen jeweils zusa menschiebbar ausgebildet sind und die Einschubbewegung der Lenksäulenteile gegeneinander zur Kraftbegrenzung herangezogen ist. Dabei sind die Kraftbegrenzungseinrichtungen teilweise in Abhängigkeit von den Unfallbedingungen steuerbar. Auch diese Druckschriften beinhalten daher keinen Hinweis, bei einen Steer-by-wire- Lenksystem eine Kraftbegrenzungseinrichtung im Lenkmodul selbst anzuordnen.The arrangement of force limiting devices as such on steering units is also known. DE 199 59 107 AI, DE 100 25 980 AI and WO 01/32494 AI describe force limiting devices designed in the area of the respective steering column, in that the steering columns are each designed to be human-pushable and the insertion movement of the steering column parts against one another is used to limit the force. The force limiting devices are partially controllable depending on the accident conditions. Therefore, these publications also contain no reference to arrange a force limiting device in the steering module itself in a steer-by-wire steering system.
Nach Ausführungsbeispielen der Erfindung können die elektrischen Verbindungen bei der Montage des Lenkmoduls in der fahrzeugseitigen Aufnahme durch Kabelverbinder hergestellt werden oder aber dadurch, daß einerseits an der fahrzeugseitigen Aufnahme und andererseits an dem Lenkmodul befindliche elektrische Kontakte bei der Montage nach der Art einer Steckverbindung geschlossen werden.According to embodiments of the invention, the electrical connections can be made during the assembly of the steering module in the vehicle-side receptacle by cable connector or in that on the one hand on the vehicle-side receptacle and, on the other hand, electrical contacts located on the steering module are closed during assembly in the manner of a plug connection.
Nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist vorgesehen, daß die Kraftbegrenzungseinheit in Abhängigkeit von den Unfallbedingungen steuerbar eingerichtet ist.According to one embodiment of the invention, it is provided that the force limiting unit is set up to be controllable as a function of the accident conditions.
In einer ersten Ausführungsform sieht die Erfindung vor, daß das Lenkrad mit integrierter Airbageinheit mittels einer Kolbenstange im Abstand zu einem den Lenkradwinkelsensor die Force-Feedback-Einheit und die Kraftbegrenzungseinheit aufnehmenden Modulgehäuse angeordnet ist und die Kolbenstange in ein im Modulgehäuse angeordnetes Gehäuse der Kraftbegrenzungseinheit reicht und an einen im Inneren des Gehäuses angeordneten Kolben angeschlossen ist.In a first embodiment, the invention provides that the steering wheel with an integrated airbag unit is arranged by means of a piston rod at a distance from a force housing, the force feedback unit and the force limiting unit receiving the steering wheel angle sensor, and the piston rod extends into a housing of the force limiting unit arranged in the module housing, and is connected to a piston arranged inside the housing.
Alternativ kann vorgesehen sein, daß das Lenkrad mit integrierter Airbageinheit und dem jeweils daran angeordneten Lenkradwinkelsensor und der Force-Feedback- Einheit topfförrαig mit einer zum Armaturenbrett des Fahrzeuges offenen Ausnehmung ausgebildet und im Lastfall mit der Ausnehmung über ein fahrzeugseitig befestigtes Gehäuse der Kraftbegrenzungseinheit überschiebbar ist.Alternatively, it can be provided that the steering wheel with integrated airbag unit and the steering wheel angle sensor arranged thereon and the force feedback unit are designed pot-shaped with a recess open to the dashboard of the vehicle and, in the event of load, can be pushed over the recess via a housing of the force limiting unit fastened on the vehicle.
Zur Verringerung der Baugröße des Lenkmoduls kann vorgesehen sein, daß Lenkradwinkelsensor und Force- Feedback-Einheit in dem zwischen der Außenwandung des Modulgehäuses und der Gehäusewandung der Kraftbegrenzungseinheit gebildeten Ringraum angeordnet sind.To reduce the size of the steering module it can be provided that the steering wheel angle sensor and force feedback unit in the between the outer wall of the module housing and the housing wall Force limiting unit formed annular space are arranged.
Es kann vorgesehen sein, daß von dem Lenkradkorpus eine Kolbenstange in die Ausnehmung hervorsteht und in das Gehäuse der Kraftbegrenzungseinheit reicht und hier an einen im Inneren des Gehäuses angeordneten Kolben angeschlossen ist.It can be provided that a piston rod protrudes from the steering wheel body into the recess and extends into the housing of the force limiting unit and is connected here to a piston arranged inside the housing.
Die Kraftbegrenzungseinheit kann unterschiedlich, nämlich durch die Anordnung vorgespannter Federn mechanisch oder alternativ hydraulisch oder alternativ magnetorheologisch oder alternativ in anderer geeigneter Weise arbeiten. So kann nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung vorgesehen sein, daß der Innenraum des Gehäuses der Kraftbegrenzungseinheit mit einem Silikon gefüllt und in dem Kolben wenigstens eine Überströmbohrung ausgebildet ist, wobei nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung der Querschnitt der Überströmbohrung regelbar ausgebildet sein kann, so daß sich eine entsprechende Regelmöglichkeit für die Kraftbegrenzungseinheit ergibt.The force limiting unit can work differently, namely mechanically or alternatively hydraulically or alternatively magnetorheologically or alternatively in another suitable manner by the arrangement of prestressed springs. Thus, according to one embodiment of the invention it can be provided that the interior of the housing of the force limiting unit is filled with a silicone and at least one overflow bore is formed in the piston, whereby according to one embodiment of the invention the cross section of the overflow bore can be designed to be controllable, so that a corresponding control option for the force limiting unit results.
Alternativ kann vorgesehen sein, daß der Innenraum des Gehäuses der Kraftbegrenzungseinheit mit einem elektro- rheologischen Medium gefüllt und in dem Gehäuse eine Einrichtung zur Erzeugung eines elektrischen Feldes angeordnet ist.Alternatively, it can be provided that the interior of the housing of the force limiting unit is filled with an electro-rheological medium and a device for generating an electric field is arranged in the housing.
Als weitere Alternative steht die agneto-rheologische Arbeitsweise zur Verfügung, indem der Innenraum des Gehäuses der Kraftbegrenzungseinheit mit einem magneto- rheologischen Medium gefüllt und in dem Gehäuse eine Einrichtung zur Erzeugung eines magnetischen Feldes angeordnet ist.As a further alternative, the agneto-rheological mode of operation is available in that the interior of the housing of the force limiting unit is rheological medium and a device for generating a magnetic field is arranged in the housing.
Die zur Beeinflussung der elektro-rheologischen bzw. magneto-rheologischen Flüssigkeit erforderliche Einrichtung ist nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung im Kolben angeordnet.The device required to influence the electro-rheological or magneto-rheological fluid is arranged in the piston according to an embodiment of the invention.
Bei der magneto-rheologischen Arbeitsweise kann vorgesehen sein, daß im Kolben ein Permanentmagnet und im Gehäuse eine Spule zur Erzeugung eines magnetischen Gegenfeldes angeordnet ist.In the magneto-rheological mode of operation, it can be provided that a permanent magnet is arranged in the piston and a coil in the housing for generating a magnetic opposing field.
Alternativ kann vorgesehen sein, daß die Kraftbegrenzungseinheit als gasgefüllte Dämpfungseinrichtung ausgebildet ist, wobei der Gasdruck in der gasgefüllten Dämpfungseinrichtung regelbar ist.Alternatively, it can be provided that the force limiting unit is designed as a gas-filled damping device, the gas pressure in the gas-filled damping device being controllable.
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung wiedergegeben, welche nachstehend beschrieben sind. Es zeigen:In the drawing, exemplary embodiments of the invention are shown, which are described below. Show it:
Fig. 1 ein Lenkmodul in einer teilweise geschnittenen Seitenansicht,1 shows a steering module in a partially sectioned side view,
Fig. 2 eine andere Ausführungsform des Lenkmoduls mit Kraftbegrenzungseinheit in Seitenansicht,2 shows another embodiment of the steering module with force limiting unit in side view,
Fig. 3 den Gegenstand der Figur 2 im Schnitt, Fig. 4 die Kraftbegrenzungseinheit gemäß Figur 3 in einer vergrößerten Einzeldarstellung,3 shows the object of FIG. 2 in section, 4 shows the force limiting unit according to FIG. 3 in an enlarged individual illustration,
Fig. 5 eine weitere Ausführungsform des Lenkmoduls mit Kraftbegrenzungseinheit in einer isometrischen Darstellung,5 shows a further embodiment of the steering module with force limiting unit in an isometric illustration,
Fig. 6 den Gegenstand der Figur 5 im Schnitt,6 the object of FIG. 5 in section,
Fig. 7 die Kraftbegrenzungseinheit gemäß Figur 6 in einer vergrößerten Einzeldarstellung.7 shows the force limiting unit according to FIG. 6 in an enlarged individual illustration.
Das in Figur 1 dargestellte Lenkmodul 10 besteht aus einem Lenkrad 11, in welches eine mit 12 angedeutete Airbageinheit integriert ist. Das Lenkrad 11 ist über eine Kolbenstange 13 mit einem Abstand „Sλ zu einem Modulgehäuse 14 angeordnet, wobei in dem Modulgehäuse ein Lenkradwinkelsensor 15, eine Force-Feedback-Einheit 16 sowie eine Kraftbegrenzungseinheit 17 angeordnet sind. Der Lenkradwinkelsensor 15 sowie die Force-Feedback-Einheit 16 sind über elektrische Zuleitungen 30 an ein fahrzeugseitiges Steuersystem anschließbar. Die Funktion von Lenkradwinkelsensor 15 und Force-Feedback-Einheit 16 im einzelnen ist nicht Gegenstand der Erfindung und insoweit in der DE 199 12 169 AI beschrieben.The steering module 10 shown in FIG. 1 consists of a steering wheel 11, in which an airbag unit, indicated by 12, is integrated. The steering wheel 11 is arranged via a piston rod 13 at a distance “S λ from a module housing 14, a steering wheel angle sensor 15, a force feedback unit 16 and a force limiting unit 17 being arranged in the module housing. The steering wheel angle sensor 15 and the force feedback unit 16 can be connected to a vehicle-side control system via electrical feed lines 30. The function of the steering wheel angle sensor 15 and force feedback unit 16 in detail is not the subject of the invention and so far described in DE 199 12 169 AI.
Die Kolbenstange 13 reicht durch das Modulgehäuse 14 bis in ein Gehäuse 18 der Kraftbegrenzungseinheit 17 und ist an einen im Innenraum 19 des Gehäuses 18 befindlichen Kolben 20 angeschlossen. Das Gehäuse 18 weist eine solche Erstreckung auf, daß der Kolben 20 bei seiner Verschiebung den gleichen Weg „SλΛ zurücklegen kann, der dem Abstand des Lenkrades 11 zum Modulgehäuse 14 entspricht.The piston rod 13 extends through the module housing 14 into a housing 18 of the force limiting unit 17 and is connected to a piston 20 located in the interior 19 of the housing 18. The housing 18 has such an extent that the piston 20 when it is displaced can travel the same distance “S λΛ , which corresponds to the distance between the steering wheel 11 and the module housing 14.
Wie anhand weiterer Ausführungsbeispiele im einzelnen noch erläutert werden wird, kann die Kraftbegrenzungseinheit magneto-rheologisch oder hydraulisch arbeiten; es ist aber auch eine mechanische Auslegung denkbar, indem in dem Innenraum 19 der Kraftbegrenzungseinheit 17 entsprechende Federn angeordnet sind. Insbesondere ist vorgesehen, daß die Kraftbegrenzungseinheit für den Fall eines Unfalles auf die Fahrsituation wie Geschwindigkeit und Aufprallwinkel des Fahrzeuges wie auch auf den Fahrer, nämlich dessen Größe und Gewicht etc. eingestellt werden kann.As will be explained in more detail with reference to further exemplary embodiments, the force limiting unit can work magneto-rheologically or hydraulically; however, a mechanical design is also conceivable in that corresponding springs are arranged in the interior 19 of the force limiting unit 17. In particular, it is provided that the force limiting unit in the event of an accident can be adjusted to the driving situation such as the speed and angle of impact of the vehicle as well as to the driver, namely his size and weight etc.
Bei den in den Figuren 2 bis 7 dargestellten Ausführungsbeispielen ist das Gehäuse 18 der Kraftbegrenzungseinheit 17 über eine Montageplatte 24 fahrzeugfest zu befestigen, wobei die elektrischen Zuleitungen 30 zu Lenkradwinkelsensor 15 und Force- Feedback-Einheit 16 außen um das Gehäuse 18 gewickelt und an der Montageplatte 24 derart angeschlossen sein können, daß sich beispielsweise über eine Steckverbindung eine elektrische Verbindung zu dem Fahrzeug ergibt. Das Gehäuse 18 der Kraftbegrenzungseinheit 17 ist in eine in dem Modulgehäuse 14 ausgebildete, topfförmige Ausnehmung 35 einschiebbar, wobei bei diesen Ausführungsbeispielen das Modulgehäuse 14 integraler Bestandteil des Lenkrades 11 ist. Dabei sind Lenkradwinkelsensor 15 und Force-Feedback- Einheit 16 in dem Ringraum 23 zwischen der Außenwand 21 des Modulgehäuses 14 und der Wandung 22 des Gehäuses 18 der Kraftbegrenzungseinheit 17 angeordnet. Zur Ausbildung der Kraftbegrenzungseinheit 17 reicht von dem Lenkrad 10 eine Kolbenstange 13 in die Ausnehmung 35 des Modulgehäuses 14 hinein und ist bis in den Innenraum 19 des Gehäuses 18 geführt und an einen hier angeordneten Kolben 20 angeschlossen. Beim Einschieben des Gehäuses 18 in die Ausnehmung 35 durchläuft der Kolben 20 den Innenraum 19 der Kraftbegrenzungseinheit 17 und verdrängt ein darin angeordnetes Medium.In the exemplary embodiments shown in FIGS. 2 to 7, the housing 18 of the force limiting unit 17 is to be fastened to the vehicle via a mounting plate 24, the electrical leads 30 to the steering wheel angle sensor 15 and force feedback unit 16 being wound around the outside of the housing 18 and on the mounting plate 24 can be connected such that there is an electrical connection to the vehicle, for example via a plug connection. The housing 18 of the force limiting unit 17 can be inserted into a cup-shaped recess 35 formed in the module housing 14, the module housing 14 being an integral part of the steering wheel 11 in these exemplary embodiments. The steering wheel angle sensor 15 and the force feedback unit 16 are arranged in the annular space 23 between the outer wall 21 of the module housing 14 and the wall 22 of the housing 18 of the force limiting unit 17. To form the force limiting unit 17, a piston rod 13 extends from the steering wheel 10 into the recess 35 of the module housing 14 and is guided into the interior 19 of the housing 18 and connected to a piston 20 arranged here. When the housing 18 is pushed into the recess 35, the piston 20 passes through the interior 19 of the force limiting unit 17 and displaces a medium arranged therein.
Bei dem in den Figuren 2 bis 4 dargestellten Ausführungsbeispiel ist in dem Innenraum 19 der Kraftbegrenzungseinheit 17 ein Silikon eingefüllt, und es ist der Kolben 20 mit einer Reihe von Überströmbohrungen 25 versehen, so daß bei der Bewegung des Kolbens 20 durch den Innenraum 19 der Kraftbegrenzungseinheit 17 das Silikon durch die Überströmbohrung 25 überströmen kann. Zur Regelung der Kraftbegrenzungseinheit 17 kann vorgesehen sein, daß der Querschnitt der Überströmbohrung 25 in geeigneter Weise regelbar ist. Hierbei ist die Dämpfungskraft abhängig von der Aufprallgeschwindigkeit, und der Dämpfungsweg ist abhängig von der Aufprallgeschwindigkeit und der Masse des Insassen.In the embodiment shown in Figures 2 to 4, a silicone is filled in the interior 19 of the force limiting unit 17, and the piston 20 is provided with a series of overflow bores 25, so that when the piston 20 moves through the interior 19 of the force limiting unit 17 the silicone can flow through the overflow bore 25. To regulate the force limiting unit 17, it can be provided that the cross section of the overflow bore 25 can be regulated in a suitable manner. The damping force is dependent on the impact speed, and the damping path is dependent on the impact speed and the mass of the occupant.
Bei dem in den Figuren 5 bis 7 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Innenraum 19 des Gehäuses 18 mit einem magneto-rheologischen Medium gefüllt, wobei von dem Innenraum 19 ein gasgefüllter Raum 29 durch eine Membran 28 abgeteilt ist. Das unter Druck in dem Raum 29 anstehende Gas stellt den zur Temperaturkompensation erforderlichen Druck zur Verfügung. Zur Regelung der Kraftbegrenzung ist in dem Kolben 20 eine Spule 26 untergebracht, deren Bestro ung über die elektrische Zuleitung 30 zum Aufbau eines entsprechenden Magnetfeldes führt, welches das Verhalten des magneto-rheologischen Mediums ändert, so daß die Kraftbegrenzung entsprechend regelbar ist.In the exemplary embodiment shown in FIGS. 5 to 7, the interior 19 of the housing 18 is filled with a magneto-rheological medium, a gas-filled space 29 being separated from the interior 19 by a membrane 28. The gas present under pressure in space 29 provides the pressure required for temperature compensation. To regulate the Force limitation is accommodated in the piston 20, a coil 26, the Besro tion leads via the electrical lead 30 to build up a corresponding magnetic field, which changes the behavior of the magneto-rheological medium, so that the force limitation can be regulated accordingly.
Mit den in den Figuren 2 bis 7 dargestellten und im einzelnen beschriebenen Ausführungsbeispielen ist zudem der Vorteil verbunden, daß im Anschluß an die Kraftbegrenzung eine Rückstellung des Lenkrades 11 in dessen Ausgangsposition erfolgt. Ist nämlich nach Abschluß der Kraftbegrenzung der Kolben 20 mit Kolbenstange 13 in den Innenraum 19 des Gehäuses 18 eingeschoben, so ergeben sich auf den beiden Seiten des im Innenraum 19 stehenden Kolbens 20 unterschiedlich große, von dem im Innenraum 19 anstehenden Druck beaufschlagte Kolbenflächen. Während bei den dargestellten Ausführungsbeispielen gemäß Figur 4 und 7 linksseitig die gesamte Kolbenfläche mit Druck beaufschlagt ist, ist die rechtsseitige Fläche um die Querschnittsfläche der Kolbenstange 13 vermindert; somit erfährt der Kolben 20 bei Annahme eines Druckgleichgewichts im Innenraum 19 des Gehäuses 18 eine Kraft nach rechts, also in Ausschubrichtung der Kolbenstange 13, die der Ausgangsstellung des Lenkrades 11 entspricht. Durch die Einstellung der Höhe des Innendruckes und die Abmessungen der jeweiligen Kolbenflächen kann die Rückstellgeschwindigkeit für das Lenkrad 11 auf ein gewünschtes Maß voreingestellt werden. The exemplary embodiments shown in FIGS. 2 to 7 and described in detail also have the advantage that, following the force limitation, the steering wheel 11 is reset to its starting position. If, after the force limit has been completed, the piston 20 with the piston rod 13 is inserted into the interior 19 of the housing 18, then different sizes of piston surfaces acted upon by the pressure in the interior 19 result on the two sides of the piston 20 in the interior 19. 4 and 7, the entire piston surface is pressurized on the left side, the right side surface is reduced by the cross-sectional area of the piston rod 13; thus assuming a pressure equilibrium in the interior 19 of the housing 18, the piston 20 experiences a force to the right, that is to say in the direction of extension of the piston rod 13, which corresponds to the starting position of the steering wheel 11. By adjusting the height of the internal pressure and the dimensions of the respective piston surfaces, the return speed for the steering wheel 11 can be preset to a desired level.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e P a t e n t a n s r u c h e
Lenkmodul (10) für ein Steer-by-wire-Lenksystem in Kraftfahrzeugen, bestehend aus einem eine integrierte Airbageinheit (12) aufweisenden Lenkrad (11), aus einem Lenkradwinkelsensor (15) , einer Force-Feedback- Einheit (16) sowie aus einer Kraftbegrenzungseinheit (17) zur Aufnahme der bei einem Unfall vom Insassen auf das Lenkrad (11) ausgeübten Kraft, wobei das Lenkmodul (10) als vorgefertigte Baueinheit unter Herstellung von elektrischen Verbindungen zwischen dem Fahrzeug und dem Lenkmodul (10) in eine fahrzeugseitige Aufnahme montierbar ist.Steering module (10) for a steer-by-wire steering system in motor vehicles, comprising a steering wheel (11) having an integrated airbag unit (12), a steering wheel angle sensor (15), a force feedback unit (16) and one Force limiting unit (17) for absorbing the force exerted by the occupant on the steering wheel (11) in the event of an accident, the steering module (10) being mountable in a receptacle on the vehicle side as a prefabricated structural unit with the production of electrical connections between the vehicle and the steering module (10) ,
Lenkmodul nach Anspruch 1, bei welchem die elektrischen Verbindungen durch Kabelverbinder herstellbar sind.Steering module according to claim 1, in which the electrical connections can be established by cable connectors.
Lenkmodul nach Anspruch 1, bei welchem die elektrischen Verbindungen über bei der Montage des Lenkmoduls (10) in Anlage gelangende elektrische Kontakte an fahrzeugseitiger Aufnahme und Lenkmodul herstellbar sind.Steering module according to Claim 1, in which the electrical connections can be made via electrical contacts on the vehicle-side receptacle and steering module which come into contact when the steering module (10) is installed.
Lenkmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei welchem die Kraftbegrenzungseinheit (17) in Abhängigkeit von den Unfallbedingungen steuerbar eingerichtet ist. Steering module according to one of claims 1 to 3, in which the force limiting unit (17) is set up to be controllable as a function of the accident conditions.
5. Lenkmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei welchem das Lenkrad (11) mit integrierter Airbageinheit (12) mittels einer Kolbenstange (13) im Abstand zu einem den Lenkradwinkelsensor (15) , die Force-Feedback-Einheit (16) und die Kraftbegrenzungseinheit (17) aufnehmenden Modulgehäuse5. Steering module according to one of claims 1 to 4, wherein the steering wheel (11) with integrated airbag unit (12) by means of a piston rod (13) at a distance from the steering wheel angle sensor (15), the force feedback unit (16) and the force limiting unit (17) receiving module housing
(14) angeordnet ist und die Kolbenstange (13) in ein im Modulgehäuse (14) angeordnetes Gehäuse (18) der Kraftbegrenzungseinheit (17) reicht und an einen im Inneren des Gehäuses (18) angeordneten Kolben (20) angeschlossen ist.(14) and the piston rod (13) extends into a housing (18) of the force limiting unit (17) arranged in the module housing (14) and is connected to a piston (20) arranged inside the housing (18).
6. Lenkmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei welchem das Lenkrad (11) mit integrierter Airbageinheit (12) und dem jeweils daran angeordneten Lenkradwinkelsensor (15) und der Force-Feedback- Einheit (16) topfförrαig mit einer zum Armaturenbrett des Fahrzeuges offenen Ausnehmung (35) ausgebildet und im Lastfall mit der Ausnehmung (35) über ein fahrzeugseitig befestigtes Gehäuse (18) der Kraftbegrenzungseinheit (17) überschiebbar ist.6. Steering module according to one of claims 1 to 4, in which the steering wheel (11) with integrated airbag unit (12) and the steering wheel angle sensor (15) arranged thereon and the force feedback unit (16) are pot-shaped with one to the dashboard of the vehicle Open recess (35) is formed and in the load case with the recess (35) via a vehicle-side housing (18) of the force limiting unit (17) can be pushed over.
7. Lenkmodul nach Anspruch 5 oder 6, bei welchem Lenkradwinkelsensor (15) und Force-Feedback-Einheit (16) in dem zwischen der Außenwandung (21) des7. Steering module according to claim 5 or 6, in which steering wheel angle sensor (15) and force feedback unit (16) in the between the outer wall (21) of the
Modulgehäuses (14) und der Gehäusewandung (22) der Kraftbegrenzungseinheit (17) gebildeten Ringraum (23) angeordnet sind. Module housing (14) and the housing wall (22) of the force limiting unit (17) formed annular space (23) are arranged.
8. Lenkmodul nach Anspruch 6, bei welchem von dem Lenkradkorpus eine Kolbenstange (13) in die Ausnehmung8. Steering module according to claim 6, in which from the steering wheel body a piston rod (13) in the recess
(35) hervorsteht und in das Gehäuse (18) der Kraftbegrenzungseinheit (17) reicht und hier an einen im Inneren des Gehäuses (18) angeordneten Kolben (20) angeschlossen ist.(35) protrudes and extends into the housing (18) of the force limiting unit (17) and is connected here to a piston (20) arranged inside the housing (18).
9. Lenkmodul nach Anspruch 5 oder 8, bei welchem der Innenraum (19) des Gehäuses (18) der9. Steering module according to claim 5 or 8, wherein the interior (19) of the housing (18)
Kraftbegrenzungseinheit (17) mit einem Silikon gefüllt und in dem Kolben (20) wenigstens eine Überströmbohrung (25) ausgebildet ist.Force limiting unit (17) is filled with a silicone and at least one overflow bore (25) is formed in the piston (20).
10. Lenkmodul nach Anspruch 9, bei welchem der Querschnitt der Überströmbohrung (25) regelbar ist.10. Steering module according to claim 9, wherein the cross section of the overflow bore (25) is adjustable.
11. Lenkmodul nach Anspruch 5 oder 8, bei welchem der Innenraum (19) des Gehäuses (18) der Kraftbegrenzungseinheit (17) mit einem elektro- rheologischen Medium gefüllt und in dem Gehäuse (18) eine Einrichtung zur Erzeugung eines elektrischen Feldes angeordnet ist.11. Steering module according to claim 5 or 8, wherein the interior (19) of the housing (18) of the force limiting unit (17) is filled with an electro-rheological medium and a device for generating an electric field is arranged in the housing (18).
12. Lenkmodul nach Anspruch 5 oder 8, bei welchem der Innenraum (19) des Gehäuses (18) der Kraftbegrenzungseinheit (17) mit einem magneto- rheologischen Medium gefüllt und in dem Gehäuse (18) eine Einrichtung (Spule 26) zur Erzeugung eines magnetischen Feldes angeordnet ist. 12. Steering module according to claim 5 or 8, wherein the interior (19) of the housing (18) of the force limiting unit (17) is filled with a magnetorheological medium and in the housing (18) a device (coil 26) for generating a magnetic Field is arranged.
13. Lenkmodul nach Anspruch 11 oder 12, bei welchem die Einrichtung im Kolben angeordnet ist.13. Steering module according to claim 11 or 12, in which the device is arranged in the piston.
14. Lenkmodul nach Anspruch 12, bei welchem im Kolben (20) ein Permanentmagnet und im Gehäuse (18) eine Spule14. Steering module according to claim 12, in which in the piston (20) a permanent magnet and in the housing (18) a coil
(26) zur Erzeugung eines magnetischen Gegenfeldes angeordnet ist.(26) is arranged to generate an opposing magnetic field.
15. Lenkmodul nach Anspruch 5 oder 8, bei welchem die Kraftbegrenzungseinheit (17) als gasgefüllte Dämpfungseinrichtung ausgebildet ist.15. Steering module according to claim 5 or 8, in which the force limiting unit (17) is designed as a gas-filled damping device.
16. Lenkmodul nach Anspruch 15, bei welchem der Gasdruck in der gasgefüllten Dämpfungseinrichtung regelbar ist. 16. Steering module according to claim 15, wherein the gas pressure in the gas-filled damping device is adjustable.
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