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Die Erfindung betrifft ein Lenksystem eines Kraftfahrzeuges, und insbesondere ein Lenksystem von einer Kraftfahrzeuglenksäule, das die Stabilität infolge eines sofortigen Kontrahierens in einer Axialrichtung bei Zuführung einer äußeren Einwirkung verbessern kann.
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Im Allgemeinen wird ein Lenksystem eines Kraftfahrzeuges für die Änderung der Bewegungsrichtung des Kraftfahrzeuges entsprechend der Absicht eines Fahrers verwendet. Das Lenksystem weist eine Lenkbetätigungsvorrichtung, die ein Lenkrad und eine Lenksäule umfasst, ein Lenkgetriebe, das eine Richtung der von der Lenkbetätigungsvorrichtung übertragenen Lenkkraft ändert und das Drehmoment erhöht, und eine Spurstangenvorrichtung auf, welche die Lenkkraft des Lenkgetriebes an beide Räder überträgt.
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In letzter Zeit kann das Lenksystem eine Teleskopfunktion oder Kippfunktion zur Änderung einer Position und eines Winkels des Lenkrades entsprechend der Größe oder dem Körpertyp des Fahrers durchführen. Die Teleskopvorrichtung stellt einen Abstand zwischen dem Lenkrad und dem Fahrer durch Verlängerung oder Verkürzung einer Länge der Lenksäule entsprechend dem Körpertyp des Fahrers ein. Die Kippvorrichtung stellt den Winkel der Lenksäule entsprechend dem Körpertyp oder einer Position des Fahrers ein.
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Das Lenksystem ist an einer Fahrzeugkarosserie befestigt und weist einen Montagehalter auf, welcher die Lenksäule abstützt. Der Montagehalter ist mit einer Kapsel versehen, die durch einen starken Aufprall gebrochen werden kann. Daher wird die Kapsel gebrochen, wenn das Kraftfahrzeug plötzlich bremst oder mit einem anderen Kraftfahrzeug zusammenstößt, die Lenksäule kontrahiert in einer Axialrichtung, und der Fahrer wird geschützt.
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Jedoch kann die Lenksäule infolge einer Querverformung der Lenksäule bei einem Fahrzeugzusammenstoß nicht ausreichend in der Axialrichtung kontrahieren, und daher kann das Risiko von Verletzungen des Fahrers bei einem herkömmlichen Lenksystem steigen.
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Die
EP 2 738 063 B1 ,
EP 2 664 517 B1 ,
DE 603 01 385 T2 und
US 2012/0 240 711 A1 beschreiben jeweils ein Lenksystem eines Kraftfahrzeuges, aufweisend einen Montagehalter, der einen Flanschabschnitt, der eine Lenksäule abstützt und mit einer Fahrzeugkarosserie in Kontakt steht, und eine Ausschnittsöffnung aufweist, die in dem Flanschabschnitt ausgebildet ist und in Richtung zu der einen Seite des Flanschabschnitts offen ist, eine Kapsel, die mit der Ausschnittsöffnung gleitend gekuppelt ist und von der Ausschnittsöffnung entkuppelt werden kann, wenn auf sie ein Stoß ausgeübt wird, und wenigstens eine Formstütze, welche die Kapsel und den Flanschabschnitt fixiert und von der Kapsel oder dem Flanschabschnitt weggeschert werden kann, wenn auf sie der Stoß ausgeübt wird.
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Mit der Erfindung wird ein Lenksystem eines Kraftfahrzeuges geschaffen, bei dem die Stabilität durch Erleichterung der Kontraktion der Lenksäule in einer Axialrichtung verbessert wird.
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Dies wird gemäß der Erfindung durch ein Lenksystem eines Kraftfahrzeuges nach den Merkmalen aus dem Anspruch 1 oder 11 erreicht. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
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Die Erfindung wird mit Bezug auf die Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:
- 1 ein Schema eines Lenksystems eines Kraftfahrzeuges gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung, wobei eine Kapsel von einem Montagehalter demontiert ist;
- 2 eine perspektivische Ansicht eines mit einer Kapsel gekuppelten Montagehalters gemäß der beispielhaften Ausführungsform der Erfindung;
- 3 eine perspektivische Ansicht eines Montagehalters gemäß der beispielhaften Ausführungsform der Erfindung;
- 4 eine perspektivische Ansicht einer Kapsel, die aus einem Montagehalter gemäß der beispielhaften Ausführungsform der Erfindung austritt;
- 5 ein Diagramm, das eine Änderung der Kraft darstellt, wenn eine äußere Einwirkung auf ein Lenksystem ausgeübt wird;
- 6 ein Schema eines Lenksystems eines Kraftfahrzeuges gemäß einer anderen beispielhaften Ausführungsform der Erfindung;
- 7 eine perspektivische Ansicht eines mit einer Kapsel gekuppelten Montagehalters gemäß der anderen beispielhaften Ausführungsform der Erfindung;
- 8 eine perspektivische Ansicht eines Montagehalters gemäß der anderen beispielhaften Ausführungsform der Erfindung; und
- 9 eine perspektivische Ansicht einer Kapsel, die aus einem Montagehalter gemäß der anderen beispielhaften Ausführungsform der Erfindung austritt.
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In den Figuren sind gleiche Teile mit denselben Bezugszeichen bezeichnet.
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Nachfolgend wird mit Bezug auf die Zeichnung ein Lenksystem eines Kraftfahrzeuges gemäß beispielhaften Ausführungsformen der Erfindung ausführlich beschrieben.
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Mit Bezug auf die 1 bis 4 weist ein Lenksystem 10 eines Kraftfahrzeuges gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung eine Lenksäule 12, einen Montagehalter 20, eine Kapsel 30, eine Formstütze 40 und einen Formstift 43 auf.
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Der Montagehalter 20 ist derart konfiguriert, dass er die Lenksäule 12 umhüllt, und ein Kipphalter 21 ist an einer Seite des Montagehalters 20 ausgebildet. Ein Paar Flanschabschnitte 22, die mit einer Kraftfahrzeugkarosserie im Kontakt stehen, sind an beiden Seiten eines Abschnitts des Montagehalters 20, der die Lenksäule 12 umhüllt, ausgebildet. Eine Ausschnittsöffnung 24, die in Richtung zu der einen Seite offen ist, ist in jedem Flanschabschnitt 22 ausgebildet. Beide Seiten der Ausschnittsöffnung 24 bilden einen Winkel von etwa 8° bis 12° derart, dass die Kapsel 30 aus der Ausschnittsöffnung 24 austreten kann, und ein Abstand zwischen den beiden Seiten der Ausschnittsöffnung 24 wird in Richtung zu der einen Seite breiter. Zum Beispiel können die beiden Seiten der Ausschnittsöffnung 24 einen Winkel von 10° bilden.
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Ein Paar Stufenabschnitte 26 sind an dem Flanschabschnitt 22 entlang beiden Seitenflächen der Ausschnittsöffnung 24, an welchen die Kapsel 30 gleiten kann, ausgebildet. Die Stufenabschnitte 26 sind mit einem Schmelzharz gefüllt. Jeder Stufenabschnitt 26 ist an einer oberen Fläche und einer Innenfläche des Flanschabschnitts 22 nahe den beiden Seiten der Ausschnittsöffnung 24 ausgebildet. Das heißt, mit Bezug auf 3 ist jeder Stufenabschnitt 26 als „¬“-Form ausgebildet. Die Stufenabschnitte 26 können an einem Teil oder einer gesamten Länge der beiden Seitenflächen der Ausschnittsöffnung 24 ausgebildet sein.
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Hierin können eine Mehrzahl von Einsetzöffnungen 28 in jedem Stufenabschnitt 26 des Flanschabschnitts 22 ausgebildet sein. Die Einsetzöffnungen 28 sind mit dem entsprechenden Stufenabschnitt 26 verbunden, und ein Teil des Schmelzharzes ist in die Einsetzöffnungen 28 eingespritzt. Die Einsetzöffnungen 28 sind in vorbestimmten Abständen voneinander weg ausgebildet. Zum Beispiel sind zwei Einsetzöffnungen 28 in jedem Stufenabschnitt 26 ausgebildet, und die beiden Einsetzöffnungen 28 sind entlang einer Gleitrichtung der Kapsel 30 voneinander weg angeordnet.
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Ein Paar Gleitnuten 34 sind in beiden Seitenflächen der Kapsel 30 ausgebildet. Die beiden Seiten der Ausschnittsöffnung 24 sind in das Paar Gleitnuten 34 gleitend eingesetzt. Daher ist die Kapsel 30 mit der Ausschnittsöffnung 24 gleitend gekuppelt. Außerdem ist eine Eingriffsöffnung 32 in der Kapsel 30 derart ausgebildet, dass die Kapsel 30 durch ein in die Eingriffsöffnung 32 eingesetztes Befestigungselement mit der Kraftfahrzeugkarosserie gekuppelt ist. Darüber hinaus sind eine Mehrzahl von Einspritzöffnungen 31 in einem Abschnitt der Kapsel 30, der mit dem Flanschabschnitt 22 im Kontakt steht, ausgebildet. Die Mehrzahl von Einspritzöffnungen 31 sind entlang der Gleitrichtung der Kapsel 30 in vorbestimmten Abständen voneinander weg angeordnet. Das Schmelzharz ist in die Mehrzahl von Einspritzöffnungen 31 derart eingegossen, dass der Stufenabschnitt 26 befüllt ist. In der beispielhaften Ausführungsform kann, jedoch ist diese nicht darauf beschränkt, ein Durchmesser jeder Einspritzöffnung 31 gleich 1,1 mm sein. Der Durchmesser der Einspritzöffnung 31 ist derselbe wie der des Formstiftes 43. Außerdem sind die Durchmesser der Einspritzöffnungen 31 gemäß der beispielhaften Ausführungsform kleiner als die der herkömmlichen Einspritzöffnungen.
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Währenddessen wird die Formstütze 40 durch Erstarren des Schmelzharzes gebildet, das dem Stufenabschnitt 26 durch die Einspritzöffnungen 31 hindurch zugeführt wird. Das heißt, das Schmelzharz wird dem Stufenabschnitt 26 durch die Einspritzöffnungen 31 hindurch in einem Zustand zugeführt, in dem die Kapsel 30 mit dem Montagehalter 20 gekuppelt ist. Danach erstarrt das Schmelzharz in dem Stufenabschnitt 26 und bildet die Formstütze 40. Kunstharz, wie Kunststoff, kann als das Schmelzmaterial verwendet werden. Ein Paar Formstützen 40 sind an den beiden Seiten der Ausschnittsöffnung 24, an welchen die Kapsel 30 gleiten kann, vorgesehen. Jede Formstütze 40 weist einen ersten Stützabschnitt 41, der mit dem Stufenabschnitt 26 korrespondiert, und einen zweiten Stützabschnitt 42 auf, der mit jeder Einsetzöffnung 28 korrespondiert. Zum besseren Verständnis ist in 1 die Formstütze 40 gemäß der beispielhaften Ausführungsform von der Kapsel 30 und dem Montagehalter 20 entkuppelt dargestellt. Jedoch ist, da das Schmelzharz in einem Zustand, in dem die Kapsel 30 tatsächlich mit dem Montagehalter 20 gekuppelt ist, dem Stufenabschnitt 26 zugeführt wird und erstarrt, die Formstütze 40 einstückig mit der Kapsel 30 und dem Flanschabschnitt 22 gekuppelt. Die Formstütze 40 fixiert in einem normalen Zustand die Kapsel 30 an dem Flanschabschnitt 22, wird jedoch durch äußere Einwirkung bei einem Fahrzeugzusammenstoß von der Kapsel 30 und dem Flanschabschnitt 22 weggeschert.
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Jeder Formstift 43 wird durch Erstarren des in jede Einspritzöffnung 31 eingespritzten Schmelzharzes gebildet und hat eine Stiftform. Der Formstift 43 ist einstückig mit der Kapsel 30 und der Formstütze 40 gekuppelt. Daher fixiert der Formstift 43 in dem normalen Zustand die Kapsel 30 an der Formstütze 40, wird jedoch durch äußere Einwirkung bei einem Fahrzeugzusammenstoß von der Kapsel 30 und der Formstütze 40 weggeschert.
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Das Herstellungsverfahren der Formstütze 40 gemäß den beispielhaften Ausführungsformen der Erfindung wird nachfolgend ausführlich beschrieben.
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Zuerst wird die Kapsel 30 in die Ausschnittsöffnung 24 des Montagehalters 20 geschoben und eingesetzt.
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Danach wird das Schmelzharz durch die Einspritzöffnungen 31 der Kapsel 30 hindurch zugeführt und in die Stufenabschnitte 26 und die Einsetzöffnungen 28 gefüllt. Nachdem die Stufenabschnitte 26 und die Einsetzöffnungen 28 mit dem Schmelzharz befüllt sind, werden auch die Einspritzöffnungen 31 mit dem Schmelzharz befüllt.
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Danach erstarrt das Schmelzharz in den Stufenabschnitten 26 und den Einsetzöffnungen 28 derart, dass die Formstütze 40 gebildet wird. Außerdem erstarrt das Schmelzharz in den Einspritzöffnungen 31 derart, dass die Formstifte 43 gebildet werden.
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Wenn das Schmelzharz erstarrt, werden die Kapsel 30 und der Flanschabschnitt 22 aneinander fixiert.
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Wenn in diesem Zustand ein Fahrzeugzusammenstoß auftritt oder eine äußere Einwirkung auf das Lenksystem 10 ausgeübt wird, wird zuerst der Formstift 43 gebrochen, und dann wird die Formstütze 40 weggeschert. Daher beginnt die Kapsel 30, von dem Flanschabschnitt 22 des Montagehalters 20 weg zu gelangen. Da die Kapsel 30 weggeht, kontrahiert die Lenksäule 12 in einer Axialrichtung (Vertikalrichtung).
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Zu diesem Zeitpunkt wird, da der Durchmesser des Formstiftes 43 kleiner als der des herkömmlichen Formstiftes ist, die kritische Scherspannung des Formstiftes 43 im Vergleich zu dem herkömmlichen Formstift reduziert. Das heißt, da der Formstift 43 durch eine geringere Kraft leicht gebrochen werden kann, kann die Kapsel 30 schneller weggelangen.
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Obwohl der Durchmesser des Formstiftes 43 reduziert ist, kann die Fixierkraft der Kapsel 30 und des Montagehalters 20 durch die Formstütze 40 ausreichend sichergestellt werden, wenn das Kraftfahrzeug fährt. Außerdem kann, da die Formstütze 40 durch eine vorbestimmte Stoßkraft weggeschert werden kann, die Kapsel 30 wegtreten.
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Indessen zeigt 5 eine Kraft B, die auf eine herkömmliche Lenksäule ausgeübt wird, und eine Kraft A, die auf die Lenksäule 12 gemäß der beispielhaften Ausführungsform der Erfindung ausgeübt wird. In 5 stellt eine horizontale Achse einen Kontraktionsweg der Lenksäule 12 in der Axialrichtung dar, und eine vertikale Achse stellt eine Querkraft dar, die auf die Lenksäule 12 ausgeübt wird. Während die auf die herkömmliche Lenksäule ausgeübte Kraft schnell reduziert wird, wird die auf die Lenksäule 12 gemäß der beispielhaften Ausführungsform ausgeübte Kraft durch die Formstütze 40 allmählich reduziert.
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Da gemäß der beispielhaften Ausführungsform der Erfindung eine Restkraft durch die Formstütze 40 erhalten bleibt, wenn die Kapsel 30 wegtritt, wird verhindert, dass die auf die Lenksäule 12 ausgeübte Kraft schnell reduziert wird.
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Mit Bezug auf 5 wird, wenn durch eine äußere Einwirkung oder einen Fahrzeugzusammenstoß eine Stoßkraft auf das Lenksystem 10 ausgeübt wird, eine Querkraft auf die Lenksäule 12 ausgeübt, da die Kapsel 30 wegtritt. In diesem Falle wird, nachdem die starke Querkraft auf die Lenksäule 12 ausgeübt wird, die auf die Lenksäule 12 ausgeübte Querkraft herkömmlich schnell reduziert (mit Bezug auf „B“ in 5). Daher steigt eine Querverschiebung der Lenksäule 12 an. Dadurch ist es schwierig, dass die Lenksäule 12 in der Vertikalrichtung kontrahiert werden kann.
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Im Vergleich dazu wird gemäß der beispielhaften Ausführungsform der Erfindung, wenn beim Gleiten und Wegtreten der Kapsel 30 die Querkraft auf die Lenksäule 12 ausgeübt wird, die auf die Lenksäule 12 ausgeübte Querkraft allmählich reduziert (mit Bezug auf „A“ in 5), da die Scherspannung durch die Formstütze 40 beibehalten wird. Daher kann die Querverschiebung der Lenksäule 12 minimiert werden.
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Wie oben beschrieben, ist, während der Durchmesser des Formstiftes 43 derart minimiert ist, dass der Formstift 43 leicht gebrochen wird und die auf die Lenksäule 12 ausgeübte Anfangskraft reduziert wird, die Formstütze 40 zusätzlich zu dem Formstift 43 derart vorgesehen, dass die Formstütze 40 im Allgemeinen gebrochen wird und die auf die Lenksäule 12 ausgeübte Kraft nicht schnell, sondern allmählich sinkt. Daher kann die Querverschiebung der Lenksäule 12 minimiert werden, und die Lenksäule 12 kann in der Vertikalrichtung sanft kontrahieren.
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Außerdem ist, da gemäß den beispielhaften Ausführungsformen der Erfindung die Formstütze 40 den ersten Stützabschnitt 41, der durch das in den Stufenabschnitt 26 gefüllte Schmelzharz gebildet wird, und den zweiten Stützabschnitt 42 aufweist, der durch das in die Einsetzöffnung 28 gefüllte Schmelzharz gebildet wird, die Formstütze 40 in strikterer Weise an dem Montagehalter 20 fixiert. Daher kann die Restkraft wirksam erhalten bleiben.
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Mit Bezug auf die 6 bis 9 weist ein Lenksystem eines Kraftfahrzeuges gemäß einer anderen beispielhaften Ausführungsform der Erfindung die Lenksäule 112, den Montagehalter 120, die Kapsel 130, die Formstütze 140 und den Formstift 143 auf. Außerdem ist der Stufenabschnitt 126 zum Aufnehmen des Schmelzharzes an dem Flanschabschnitt 122 des Montagehalters 120 ausgebildet. Im Gegensatz zu der einen beispielhaften Ausführungsform der Erfindung sind jedoch bei der anderen Ausführungsform der Erfindung nicht die Mehrzahl von Einsetzöffnungen in dem Stufenabschnitt 126 ausgebildet.
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Da die Lenksäule 112, der Montagehalter 120, der Flanschabschnitt 122, die Kapsel 130, die Formstütze 140 und der Formstift 143 gemäß der anderen beispielhaften Ausführungsform der Erfindung dieselben oder entsprechend wie die der einen beispielhaften Ausführungsform der Erfindung sind, wird deren ausführliche Beschreibung weggelassen.
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Während gemäß der anderen beispielhaften Ausführungsform der Erfindung der Durchmesser des Formstiftes 143 derart minimiert ist, dass der Formstift 143 leicht gebrochen wird und die auf die Lenksäule 112 ausgeübte Anfangskraft reduziert wird, ist die Formstütze 140 zusätzlich zu dem Formstift 143 derart vorgesehen, dass die Formstütze 140 im Allgemeinen gebrochen wird und die auf die Lenksäule 112 ausgeübte Kraft nicht schnell, sondern allmählich sinkt. Daher kann die Querverschiebung der Lenksäule 112 minimiert werden, und die Lenksäule 112 kann in der Vertikalrichtung sanft kontrahieren.
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Außerdem ist mit Bezug auf 6 die Gestalt der Formstütze 126 vereinfacht. Daher kann die Formstütze 126 leicht hergestellt werden.
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Da gemäß den beispielhaften Ausführungsformen der Erfindung die Formstütze zum Fixieren des Montagehalters und der Kapsel zusätzlich zu dem Formstift vorgesehen ist, kann durch die Formstütze eine Restkraft beibehalten werden, wenn ein Fahrzeugzusammenstoß auftritt und die Kapsel wegtritt. Daher kann verhindert werden, dass die auf die Lenksäule ausgeübte Kraft schnell reduziert wird. Außerdem kann die Querverschiebung der Lenksäule minimiert werden, und die Lenksäule kann in der Vertikalrichtung sanft kontrahieren.
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Außerdem kann die Fixierkraft der Kapsel und des Montagehalters durch die Formstütze ausreichend sichergestellt werden, wenn das Kraftfahrzeug fährt, obwohl der Durchmesser des Formstiftes minimiert ist. Außerdem kann die auf die Lenksäule anfänglich ausgeübte Kraft durch Minimieren des Durchmessers des Formstiftes reduziert werden.
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Zur Vereinfachung der Erläuterung und genauen Definition in den beigefügten Ansprüchen werden die Begriffe „oben“, „unten“, „innen“ und „außen“ verwendet, um Merkmale der beispielhaften Ausführungsformen in Bezug auf die Positionen dieser Merkmale in den Figuren zu beschreiben.
