BR102012003322A2 - Sistema de coluna de direção para veículo automotivo e veículo - Google Patents

Abstract

SISTEMA DE COLUNA DE DIREÇÃO PARA VEÍCULO AUTOMOTIVO E VEÍCULO. A invenção refere-se essencialmente à um sistema de coluna de direção para veículo automotivo compreendendo um eixo de transmissão (11), permitindo transmitir o torque dinâmico de volante às rodas do veículo, ligado à um corpo da coluna (12), uma estrutura (21) de defesa do eixo de transmissão (11) e um suporte ligado à uma travessa do painel do bordo. O sistema de invenção permite reduzir o peso ou o espaço da coluna de direção se utilizando um ou vários elementos de material plástico, preferivelmente de poliamida reforçado com fibras de vidro.

Description

SISTEMA DE COLUNA DE DIREÇÃO PARA VEÍCULO AUTOMOTIVO E VEÍCULO"

A invenção se refere a um sistema de coluna de direção para veículo automotivo. A invenção tem notadamente por objetivo reduzir o peso ou o espaço da coluna de direção. A invenção traz igualmente uma aplicação vantajosa para a prestação de segurança de maneira a absorver uma maior quantidade de energia durante um acidente.

Um sistema de coluna de direção clássico para um veículo automotivo compreende um eixo de transmissão, que gira em torno de um eixo longitudinal e sendo destinado à transmitir à um mecanismo de direção um torque de rotação aplicado pelo volante da direção, e compreendendo um corpo da coluna, fixo em relação ao movimento de rotação do eixo de transmissão. Além de outros elementos subentendidos, no corpo da coluna é fixado um suporte em uma travessa do painel de bordo e um meio de regulagem da posição habilitada à ajustar a posição do volante.

Essas colunas de direção são feitas à partir de materiais ferruginosos como aço ou alumínio. Esses materiais impõem os inconvenientes de peso, o espaço e os inconvenientes ligados aos processos de fabricação dos elementos (estampagem, moldagem e soldagem). Assim, essas colunas de direção são às vezes pesadas e embaraçantes. Além disso, elas fornecem prestações limitadas em termos de absorção de energia.

O processo de fabricação dos elementos de uma coluna de direção clássica impõe inconvenientes geométricos nas formas utilizadas e limitando os graus de liberdade da coluna de direção e seus anexos.

A rigidez dos elementos ferruginosos compreendendo as colunas de direção clássicas apresenta igualmente os inconvenientes ligados à montagem dos elementos da coluna de direção.

A invenção propõe reduzir o peso e/ou o espaço de uma coluna de direção para veículo automotivo se utilizando matérias plásticas. A invenção permite igualmente obter melhores respostas em caso de absorção de energia e de oferecer novos níveis de liberdade para a fabricação dos elementos e dos periféricos da coluna de direção. Nesse sentido, de acordo com um primeiro aspecto, a presente invenção se refere a um sistema de coluna de direção para veículo automotivo compreendendo um eixo de transmissão habilitado à transmitir o torque de elasticidade do volante às rodas do veículo e um corpo da coluna disposta em torno do eixo de transmissão, o referido corpo da coluna compreendendo um suporte para fixação à travessa do painel de bordo e uma estrutura de defesa do eixo de transmissão, caracterizado por o eixo de transmissão e/ou o referido suporte para fixação à travessa do painel de bordo e/ou a referida estrutura de defesa do eixo de transmissão serem de material plástico. De acordo com uma configuração de aplicação, a coluna de direção compreende um sistema de regulagem de posição dó volante.

De acordo com uma configuração de aplicação,a coluna de direção é desprovida de um sistema de regulagem de posição do volante.

De acordo com uma configuração de aplicação, a matéria plástica e do tipo poliamida.

De acordo com uma configuração de aplicação, a matéria plástica é reforçada com fibras de vidro.

De acordo com uma configuração de aplicação, a coluna de direção é ajustada se colocando uma ou várias nervuras em um ou vários elementos da coluna de direção.

De acordo com uma configuração de aplicação, a ou as nervuras são colocadas perpendicularmente ao eixo seguinte no qual o ou os elementos submetem-se à uma restrição mecânica de rigidez.

De acordo com um segundo aspecto, a presente invenção visa um veículo compreendendo um sistema de coluna de direção objeto da presente invenção. A invenção será melhor compreendida após explanação detalhada da mesma com relação aos desenhos em anexo, apresentados e caráter exemplificativo e não limitativo, nos quais:

- A Figura 1 mostra um sistema de coluna de direção da presente invenção;

- A Figura 2 mostra uma tabela detalhando as propriedades mecânicas de quatro materiais;

- A Figura 3 mostra uma tabela ilustrando a vantagem da relação peso-rigidez para um elemento plástico de diversos tamanhos de corte. Os elementos idênticos, similares ou análogos, conservam as mesmas referências em todas as figuras.

A Figura 1 mostra um exemplo de coluna de direção, com um sistema de regulagem de posição do volante, objeto da presente invenção. A referida coluna de direção é composta de um eixo de transmissão 11 ligado a um corpo 12 da coluna fixado em um veículo automotivo cujas outras partes não são representadas. O eixo de transmissão 11 permite transmitir o torque dinâmico de direção induzido por um volante, fixado aos anexos 14, para um mecanismo de direção 15. O eixo de direção 11 é dividido em duas partes do eixo 17 e 18 que são ligados entre si por uma junta universal 20.

O corpo 12 da coluna é disposto em torno do eixo de transmissão 11 e compreende um suporte fixo habilitado a ligar a coluna de transmissão 11 à travessa do painel de bordo. O referido corpo 12 e a coluna compreendem ainda uma estrutura 21 de defesa do eixo de transmissão e um sistema de regulagem de posição. O referido sistema de regulagem de posição é representado na Figura 1 por sua alavanca de bloqueio 23 e pelo apoio de oscilação 19, que permite deslocar conjuntamente a estrutura de defesa 21 e o eixo de transmissão 11 com relação ao corpo 12 da coluna de maneira a ajustar a posição do volante.

A coluna de direção apresentada na Figura 1 é feita em plástico. O material tem um impacto direto sobre o peso, o espaço e as propriedades mecânicas da coluna de direção.

A tabela da Figura 2 compara as propriedades mecânicas de vários materiais que poderão ser escolhidos para produzir uma coluna de direção. As diferentes

propriedades são classificadas na coluna Aea coluna B detalha as unidades

»

dessas medidas:

- linha 1: medida do módulo de elasticidade (Young) em gigaPascal (Gpa) obtido se estimando a restrição mecânica que gera um alongamento de 100% do comprimento inicial de um material. Quanto mais o módulo de elasticidade for

elevado, mais o material será rígido;

- linha 2: dimensão da resistência à tração em megaPascal (Mpa) obtido se medindo a restrição máxima que poderá ser aplicada em um material antes de sua ruptura; - linha 3: dimensão da ,densidade em gramas por centímetro cúbico

(g/cm3);

- linha 4: relação do módulo de elasticidade pela densidade em gigaPascal por grama por centímetro cúbico (Gpa/g/cm3);

- linha 5: relação da resistência de tração pela densidade em megaPascal por grama e por centímetro cúbico (Mpa/g/cm3);

- linha 6: dimensão do ponto de fusão em graus Celsius (° C); Quatro materiais são assim comparados:

- Material Ac: Aço fabricado seguindo da norma EN 10130.

- Material Al: Alumínio fabricado seguindo a norma PSA B54 1120.

- Material Poli: Poliamidas reforçados com fibras de vidro de referência: TECHNYL STAR AFX218 V50 PRETP 31N (marca requerida).

- Material Pol2: Poliamidas reforçados com fibras de vidro de referência: TECHNYL STAR FX 218 V60 PRETO 31N * (marca requerida).

O módulo de elasticidade, que fora medido nos dois elementos de matéria plástica, é próximo de 20 Gpa enquanto que o Aço é muito mais rígido pois seu módulo de elasticidade é de 210 GPa. A elasticidade das matérias plásticas permite antecipar a deformação que poderão sofrer os elementos de um veículo. A substituição de certos elementos metálicos por elementos plásticos permite notadamente melhorar as respostas em segurança para absorção de energia. Por exemplo, durante um teste de acidente.

Além disso, a tabela da Figura 2 mostra que os materiais plásticos considerados apresentam uma melhor resistência à tração que os materiais ferruginosos. Os elementos da coluna de direção de material plástico permitem portanto obter melhores resultados aos testes de esforços mecânicos com relação aos elementos de material ferruginoso.

Determinados materiais plásticos, como os poliamidas reforçados com fibras de vidro que são apresentados neste exemplo, tem assim uma relação muito favorável entre:

- rigidez e densidade (relação medida entre o módulo de elasticidade e a densidade, linha 4 da Figura 3);

- resistência e densidade (relação medida entre a resistência à tração e a densidade, linha 5 da Figura 3). As relações favoráveis entre resistência e densidade e entre rigidez e densidade dos materiais plásticos pérmitem igualmente reduzir o peso da coluna de direção, que constitui o principal interesse da invenção. Com efeito, a redução de peso poderá reduzir o consumo de combustível do veículo. Uma coluna de direção menos pesada com a mesma resposta em freqüência oferece a possibilidade de reduzir os ruídos parasitas e diminuir a rigidez e o peso da travessa do painel de bordo ou outros elementos da carroceria. Essa tabela revela portanto que os elementos em poliamidas reforçados, tais como aqueles apresentados,são mais notáveis que os elementos em alumínio ou em aço em termos de elasticidade, de resistência à tração ou ainda de densidade.

Além disso, a tabela da Figura 2 revela que o ponto de fusão do poliamida reforçado com fibras de vidro é suficientemente elevado para a aplicação da coluna de direção uma vez que ultrapassa 200° C. Os elementos da coluna de direção fabricados em matéria plástica constituem portanto um interesse importante para melhorar as propriedades mecânicas do sistema. Além disso, os elementos em matéria plástica feitos por injeção a apresentam um método de fabricação mais simples que os elementos de metal feitos por estampagem, soldagem e/ou moldagem. Com relação aos processo de estampagem, a injeção apresenta menos detritos de fabricação e finalização dos elementos sendo melhorada, com menos rebarbas ou saliências, conduzindo a melhores condições de segurança de montagem do veículo, A possibilidade de utilizar rodízios corrediços nos moldes dos elementos plásticos da coluna de direção reduz os investimentos em ferramental da linha de produção no caso de diversidade de peças. A fabricação de elementos em matéria plástica permite igualmente a utilização de materiais verdes, tais como reforços de fibras naturais por exemplo, que poderão impactar positivamente com relação ao ambiente da produção.

Esse processo de fabricação permite igualmente variar mais facilmente a forma do elemento a fim de aumentar sua resistência e propor novos níveis de liberdade para os elementos da coluna de direção e suas interfaces com os anexos, como meia bainha, comandos do sistema elétrico, conjunto de fechamento. A tabela da Figura 3 agrupa várias medidas relativa ao impacto da forma de um elemento de plástico na sua rigidez. A coluna B apresenta 8 formas diferentes numeradas de 0 à 7 na coluna. A linha 0 revela um elemento de comprimento 2in de largura Τ. A linha 1 é um exemplo clássico de escolha efetuada nos elementos metálicos para melhoras sua rigidez, aumentar a espessura do elemento. Assim, o segundo elemento apresenta uma largura dupla com relação ao elemento precedente, que tem por efeito aumentar em 100% o peso do segundo elemento (coluna E) e de 700% de sua rigidez (coluna F). A tabela da Figura 3 mostra, todavia, que a rigidez de um elemento plástico poderá ser aperfeiçoada pela criação de uma ou várias nervuras no elemento. Assim, várias nervuras são consideradas para as linhas 2 à 7, e a coluna C indica que o tamanho da nervura, enquanto que a coluna D indica a relação entre a altura da nervura e a espessura do elemento. As nervuras então criadas no elemento plástico permitem melhorar muito a rigidez do mesmo e com somente um pequeno aumento de peso. Por exemplo, para a linha 4, a rigidez aumenta em 349% enquanto que o peso aumenta somente em 12.5%. Então, será possível obter uma melhor distribuição das tensões mecânicas em um elemento da coluna de direção, se reduzindo o peso do elemento com as prestações na freqüência e uma rigidez mecânica similar às colunas de direção clássicas.

Essa flexibilidade geométrica oferece perspectivas aperfeiçoadas do processo de montagem do veículo e do meio de regulagem da posição do volante e do sistema de absorção de energia (choque modelo). Será igualmente visado reduzir o número de elementos da coluna de direção e o espaço dos elementos. Um novo processo de fabricação dos elementos da coluna de direção se utilizando material plástico permitindo a redução do número de elementos de montagem final se reduzindo custos de produção. Isto permitirá igualmente aperfeiçoar o sistema de regulagem da posição do volante, e por conseqüência, do nível de conforto do veículo.

Claims (8)

1. "SISTEMA DE COLUNA DE DIREÇÃO PARA VEÍCULO AUTOMOTIVO', compreendendo um eixo de transmissão (11) habilitado a transmitir o torque dinâmico de direção do volantes às rodas do veículo e um corpo da coluna (12) disposto em torno do eixo de transmissão, o referido corpo compreendendo um suporte para fixação da travessa do painel de bordo e uma estrutura (21) de defesa do eixo de transmissão (11), caracterizado por o eixo de transmissão (11) e/ou o referido suporte para fixação da travessa do painel de bordo e/ou a referida estrutura (21) de defesa do eixo de transmissão (11) serem de material plástico.

2. "SISTEMA DE COLUNA DE DIREÇÃO', de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a coluna de direção compreender um sistema de regulagem de posição do volante.

3. "SISTEMA DE COLUNA DE DIREÇÃO', de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a coluna de direção ser desprovida de um sistema de regulagem de posição do volante.

4. "SISTEMA DE COLUNA DE DIREÇÃO ", de acordo com as reivindicações1, 2 e 3, caracterizado por o material plástico ser do tipo poliamida.

5. "SISTEMA DE COLUNA DE DIREÇÃO ", de acordo com as reivindicações 1, 2, 3 e 4, caracterizado por o material plástico ser reforçado com fibras de vidro.

6. "SISTEMA DE COLUNA DE DIREÇÃO ", de acordo com as reivindicações1, 2, 3, 4 e 5, caracterizado por a rigidez da coluna de direção ser ajustada se colocando uma ou várias nervuras em um ou vários elementos da coluna de direção.

7. "SISTEMA DE COLUNA DE DIREÇÃO", de acordo com a reivindicação 6, caracterizado por a ou as nervuras serem colocadas perpendicularmente no eixo seguinte no qual o ou os elementos são submetidos à uma restrição mecânica de rigidez.

8. "VEÍCULO", de acordo com as reivindicações 1, 2, 3, 4, 5, 6 e 7, caracterizado por compreender um sistema de coluna de direção da acordo com a presente invenção.