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Die Erfindung betrifft Energie aufnehmende Mechanismen für eine Lenksäulenanordnung, insbesondere zum Steuern der Zusammenschiebgeschwindigkeit einer Lenksäule im Falle eines Crashs. Sie betrifft auch eine Lenksäulenanordnung, die einen Energieaufnahmemechanismus enthält.
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Um die Sicherheit des Fahrers eines Fahrzeugs zu verbessern, ist bekannt, dass eine Lenksäulenanordnung so ausgeführt ist, dass sie sich zusammenschiebt, wenn der Fahrer am Lenkrad nach vorne geworfen wird. Dies kann bei relativ niedrigen Geschwindigkeiten erfolgen, wenn der Fahrer nicht angeschnallt ist. Indem ermöglicht wird, dass sich das Lenkrad bewegt, wenn es von einem Fahrer getroffen wird, wird die Kraft auf den Fahrer reduziert.
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Es ist üblich, einen Energieaufnahmemechanismus bereitzustellen, der Crash-Energie aufnimmt, die auf das Lenkrad ausgeübt wird, wenn der Körper eines Fahrers nach vorne auf das Lenkrad geworfen wird. Das Steuern der Bewegung des Lenkrads ist besser als einfach zu gestatten, dass es sich unkontrolliert nach vorne bewegt, da es ermöglicht, die durch den Fahrer angelegte Belastung über den gesamten Zusammenschiebungshub sorgfältig auf den Fahrzeugaufbau zu übertragen.
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Ein typischer Energieaufnahmemechanismus nimmt die Crash-Energie durch Verformung beim Zusammenschieben der Lenksäule auf. Bei den gebräuchlichsten Anordnungen wird ein längliches Band um eine schmale Öffnung herumgezogen, wodurch sie plastisch verformt wird, oder wird um eine gewundene Bahn gezogen, wenn sich die Lenksäule zusammenschiebt, wodurch das Band gebogen wird und dadurch Energie aufnimmt. Es kann auch Reibung dadurch erzeugt werden, dass das Band über die die gewundene Bahn definierenden Hindernisse reibt. Die Bahn kann einen starren Amboss beinhalten, um den das Band teilweise herumgewickelt wird, wobei Energie aufgenommen wird, wenn das Band über den Amboss gezogen wird. Der Amboss muss bezüglich des Aufbaus des Fahrzeugs in Position fixiert sein, und dies wird oftmals dadurch erreicht, dass er als ein Teil einer Halterung der Lenksäule des Fahrzeugs ausgebildet ist.
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Eine Aufgabe der Erfindung besteht in der Bereitstellung einer Lenksäulenanordnung, die zusammenschiebbar ist und die ohne zusätzliche Komponenten zur Verwendung in Kombination mit verschiedenen Säulen und/oder verschiedenen Crash-Leistungsanforderungen leicht modifiziert werden kann.
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Gemäß einem ersten Aspekt stellt die Erfindung eine zusammenschiebbare Lenksäulenanordnung bereit, die einen Energieaufnahmemechanismus beinhaltet, wobei die Lenksäulenanordnung Folgendes umfasst:
- eine zusammenschiebbare Lenksäulenverkleidung, die eine zusammenschiebbare Lenkwelle stützt, welche ein erstes Ende zur Verbindung mit einem Lenkrad eines Fahrzeugs aufweist;
- eine Halterung, die die Lenksäulenverkleidung bezüglich des Fahrzeugs stützt und einen festen Abschnitt, der an einem festen Teil des Fahrzeugaufbaus fixiert ist, und
- einen lösbaren Abschnitt, der an der Lenkwelle fixiert ist und durch einen oder mehrere zerbrechbare Verbinder auch an dem festen Abschnitt der Halterung fixiert ist, umfasst, wobei die Verbinder dazu ausgeführt sind, im Falle eines Crashs zu brechen, damit sich der lösbare Abschnitt und die Lenkwelle bezüglich des festen Abschnitts bewegen können;
- wobei der feste Abschnitt Folgendes beinhaltet:
- einen ersten Amboss, der eine abgerundete Nase aufweist, die dem Lenkrad zugekehrt ist,
- einen Führungsteil, der in einer von dem Lenkrad weg verlaufenden Richtung von dem ersten Amboss versetzt ist, und
- wobei der Führungsteil einen Haken definiert, der
- eine Oberfläche aufweist, die von einer benachbarten Oberfläche des festen Abschnitts der Halterung vertikal versetzt ist, wobei der Raum zwischen der Oberfläche des Führungsteils und der Oberfläche des ersten Teils der Halterung eine gewundene Bahn definiert, und ferner umfassend ein Energieaufnahmeband, das einen ersten Bereich aufweist, der an mindestens einem von der Lenksäulenverkleidung und dem lösbaren Abschnitt der Halterung fixiert ist und von dem sich das Energieaufnahmeband entlang einer Bahn erstreckt, das den ersten Amboss umschlingt und dann entlang der gewundenen Bahn verläuft.
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Die erfindungsgemäße Lenkanordnung kann so konfiguriert sein, dass die Art und Weise, auf die Energie während eines Zusammenschiebens der Lenksäulenanordnung aufgenommen wird, zumindest teilweise durch die relative Position des Führungsteils und der benachbarten Teile der oberen Fläche der Halterung bestimmt wird, die die Form der gewundenen Bahn bestimmt.
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Der Führungsteil kann sich über einem Loch oder einer Aussparung in dem festen Teil der Halterung erstrecken, das bzw. die so angeordnet ist, dass das Band dazu gezwungen wird, einer gewundenen Bahn zu folgen, die nach unten in die Aussparung bzw. das Loch und dann wieder aus dieser bzw. diesem heraus verläuft. In diesem Fall ist der die gewundene Bahn definierende Bereich durch eine Unterseitenfläche des Führungsteils und durch die Ränder oder den Hohlraum oder die Aussparung und im Falle einer Aussparung auch durch eine Oberseite der Aussparung begrenzt.
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Die Erfindung stellt eine einfache Anordnung bereit, bei der Crash-Kraft durch Variieren der relativen Position des Führungsteils bezüglich des Hohlraums eingestellt werden kann, die Erfindung kann dazu führen, dass eine oder mehrere derzeit verwendete Komponenten weggelassen werden, wodurch der Herstellungsprozess vereinfacht wird. Ein zusätzlicher Vorteil der Erfindung betrifft die Fähigkeit der Einstellung des Energieaufnahmegrads im Montagestadium der Herstellung, wodurch die Auswirkung einer Variation von Komponenten auf den letzten Energieaufnahmegrad begrenzt oder beseitigt wird.
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Die relative Position des Führungsteils bezüglich des ersten Ambosses bestimmt zumindest teilweise den Kontaktbereich zwischen dem Energieaufnahmeband und dem ersten Amboss während des Zusammenschiebens der Lenkwelle, wodurch die Reibungskraft zwischen dem Energieaufnahmeband und dem ersten Amboss beeinflusst wird.
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Darüber hinaus kann die Komponente der Zusammenschiebungskraft senkrecht zu der Kontaktfläche zwischen dem Führungsteil und dem Energieaufnahmeband zumindest teilweise durch die relative Höhe des Führungsteils zu der oberen Fläche des festen Abschnitts der Halterung eingestellt werden, wodurch die Reibungskraft zwischen dem Führungsteil und dem Energieaufnahmeband beeinflusst wird.
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Der Führungsteil bildet vorzugsweise einen hervorstehenden Arm, der auf mindestens einer Seite eines Hohlraums oder eines Lochs oder einer Aussparung der Halterung mit dem festen Abschnitt der Halterung verbunden ist. Die Position dieses Arms, insbesondere seine Höhe bezüglich der oberen Fläche des festen Abschnitts der Halterung, kann während der Herstellung eingestellt werden, um die Form der gewundenen Bahn zu bestimmen. Zum Beispiel bedeutet das Einstellen des Arms unter der oberen Fläche, dass das Energieaufnahmeband einer stark gewundenen Bahn, die zunächst nach unten in den Hohlraum und dann nach oben aus dem Hohlraum heraus verläuft, folgen muss. Durch das Einstellen des Arms auf einer Höhe mit der Oberfläche wird die Bahn weniger gewunden. Durch das Einstellen des Arms über der Oberfläche in einem geringeren Ausmaß als die Dicke des Energieaufnahmebands wird die Bahn wieder weniger gewunden.
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Die Position des Führungsteils kann einstellbar sein, um ein Einstellen der Crash-Kraft während des Designs, der Installation oder eines Wartungsprozesses zu gestatten.
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Bei einer einfachen kostengünstigen Anordnung sind der Führungsteil und der feste Abschnitt der Halterung als eine einzige einstückig ausgebildete Komponente gebildet. Zum Beispiel kann der Führungsteil durch einen U-förmigen Ausschnitt in dem festen Abschnitt der Halterung gebildet werden, der eine mittlere Nase definiert, die dann aus der durch die obere Fläche des festen Abschnitts der Halterung definierten Ebene herausgebogen wird. Wenn der feste Abschnitt der Halterung ein gestanztes Teil ist, kann der Hohlraum in dessen obere Fläche gestanzt werden.
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Bei einer Alternative kann der Führungsteil über einem Bereich der oberen Fläche der Halterung zurückgefaltet werden, wobei der Bereich so geformt ist, dass er eine Aussparung bildet, die eine Unterseite der gewundenen Bahn begrenzt.
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Bei einer anderen Anordnung kann der Führungsteil eine getrennte Komponente umfassen, die zum Beispiel durch Schweißen oder Schrauben oder Verwendung von Klebstoff an der oberen Fläche der Halterung fixiert ist. Sie kann entfernbar sein, um die Auswahl einer Palette von verschieden geformten Führungsabschnitten gemäß der gewünschten Leistung der Anordnung zu gestatten, oder kann während der Herstellung elastisch verformbar sein, um die Form der gewundenen Bahn einzustellen.
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Der lösbare Abschnitt der Halterung kann ein Paar herabhängender Arme umfassen, die sich entlang einander gegenüberliegender Seiten der Lenkwelle nach unten erstrecken, und es kann ein Verriegelungsmechanismus vorgesehen sein, der die Lenkwelle an diesen Armen fixiert. Der Verriegelungsmechanismus kann einstellbar sein, um eine Einstellung der Höhe und der Neigung des Lenkrads zu ermöglichen.
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Die Lenkwelle kann einen oberen Teil und einen unteren Teil umfassen, wobei die beiden im Falle eines Crashs teleskopisch zusammenschiebbar sind.
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Wenn die Lenksäulenverkleidung teleskopisch ist und einen festen Abschnitt und einen beweglichen Abschnitt aufweist, kann der erste Abschnitt des Energieaufnahmebands an dem festen Abschnitt fixiert sein, der mit einem zweiten Amboss versehen ist, welcher dem Lenkrad abgekehrt ist, das Energieaufnahmeband wird vor dem Umwickeln des ersten Ambosses mindestens während eines Zusammenschiebens der Lenksäulenanordnung um den zweiten Amboss herumgewickelt.
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Gemäß einem zweiten Aspekt stellt die Erfindung ein Verfahren zum Konfigurieren der Lenksäulenanordnung gemäß dem ersten Aspekt bereit, wobei es Bestimmen eines gewünschten Kraft-Abstands-Profils für einen Crash, Bestimmen eines oder mehrerer der Eigenschaften des Energieaufnahmebands und der Abmessungen der Lenksäulenanordnung und Einstellen der Höhe des Führungsteils bezüglich der oberen Fläche des festen Abschnitts der Halterung als eine Funktion des Crash-Kraft-Abstands-Profils umfasst.
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Das Verfahren kann während der Herstellung oder nach der Montage der Lenksäulenanordnung durchgeführt werden.
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Es wird nunmehr rein beispielhaft eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen und gemäß ihrer Veranschaulichung darin beschrieben; es zeigen:
- 1 eine perspektivische Ansicht einer ersten Ausführungsform einer Lenksäulenanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung, die an einem Lenkrad und einem Getriebe angebracht ist;
- 2 eine Seitenansicht der Halterung und des Energieaufnahmebands;
- 3 eine perspektivische Ansicht der Halterung und des Energieaufnahmebands von vorne und von oben;
- 4 eine Ansicht der Anordnung, wobei der Führungsteil dazu eingestellt ist, eine hohe Energieaufnahmerate bereitzustellen; und
- 5 eine Ansicht, die 4 entspricht, wobei der Führungsteil dazu eingestellt ist, eine niedrige Energieaufnahmerate bereitzustellen.
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1 zeigt eine zusammenschiebbare Lenksäulenanordnung (1), die eine zweiteilige teleskopisch zusammenschiebbare Lenkwelle (2) mit einem oberen Teil und einem unteren Teil umfasst. Diese wird durch Lager (nicht gezeigt) in einer teleskopisch zusammenschiebbaren Lenksäulenverkleidung (3) gestützt. Die Lenkwelle (2) weist ein erstes Ende zur Verbindung mit einem Lenkrad (4) eines Fahrzeugs und ein zweites Ende, das ein Untersetzungsgetriebe (20) in Eingriff nimmt, auf. Dieses Getriebe (20) weist einen Ausgang auf, der mit den Straßenrädern des Fahrzeugs verbunden ist. Wie gezeigt ist, ist ein Motor (22) mit dem Getriebe (20) verbunden, um elektrisches Unterstützungsmoment anzulegen.
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Die Lenksäulenverkleidung (3) ist an einem von dem Lenkrad (4) am weitesten entfernten Ende mit dem Getriebe (20) verbunden, das wiederum schwenkbar an einem starren Teil des Fahrzeugs wie beispielsweise einem Querträger oder einer Schottwand fixiert ist. Die Lenksäulenverkleidung (3) ist auch über eine Halterung (12) an einem starren Teil des Fahrzeugs fixiert. Ein Verriegelungsmechanismus ermöglicht die Einstellung der Position der Lenksäulenverkleidung (3) bezüglich der Halterung durch einen Fahrer, um die Höhe oder die Neigung oder in diesem Beispiel sowohl die Neigung als auch die Höhe der Lenkung einzustellen. Es liegt im Schutzumfang der Erfindung, wenn die Höhe oder die Neigung nicht einstellbar sind. Bei solch einer Anordnung wird der Verriegelungsmechanismus während der Herstellung eingestellt.
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Die Halterung (12) weist zwei Abschnitte, einen festen Abschnitt (13) und einen lösbaren Abschnitt (14), auf. Der feste Abschnitt (13) ist ein starrer Metallhalter, der durch hochfeste Schrauben an einem festen Teil eines Fahrzeugaufbaus fixiert ist. Die Fixierung sollte stark genug sein, um jegliche Bewegung des festen Abschnitts (13) im Falle eines Crashs zu verhindern. Der lösbare Abschnitt (14) ist durch den Verriegelungsmechanismus an der Lenksäulenverkleidung (3) fixiert und ist durch einen oder mehrere zerbrechbare Verbinder auch an dem festen Abschnitt (13) fixiert. Diese Verbinder verhindern eine relative Bewegung zwischen den beiden Abschnitten der Halterung (12) bei normalem Gebrauch, brechen aber im Falle eines Crashs, um zu gestatten, dass sich der lösbare Abschnitt (14) relativ zu dem festen Abschnitt (13) bewegt. Diese Bewegung gestattet ein Zusammenschieben der Lenksäulenverkleidung (3) und der Lenkwelle (2), wenn während eines Crashs eine ausreichend starke Kraft an das Lenkrad angelegt wird.
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Die Lenksäulenanordnung beinhaltet ein Energieaufnahmeband (5), das ein verformbares längliches Band umfasst, welches an einem ersten Ende an der Lenksäulenverkleidung (3) fixiert ist und entlang einer gewundenen Bahn verläuft, die durch Elemente des festen Abschnitts (13) der Halterung (12) definiert wird. Das Energieaufnahmeband (5) umfasst ein relativ starres Metallband, das um einen ersten Amboss (7) verläuft, der an einem Rand des festen Abschnitts (13) der Halterung (12), der dem Lenkrad (4) am nächsten ist, ausgebildet ist und eine abgerundete Nase aufweist, die dem Lenkrad (4) zugekehrt ist. Hinter dem ersten Amboss (7) befindet sich ein Führungsteil (131), das sich über einen in einer oberen Fläche des festen Abschnitts (13) der Halterung (12) ausgebildeten Hohlraum (132) erstreckt. Das Energieaufnahmeband (5) ist um den ersten Amboss (7) gewickelt und verläuft dann entlang einer durch den Führungsteil (131) und den Hohlraum (132) definierten gewundenen Bahn. Es wird auch ein zweiter Amboss (8) bereitgestellt, der sich an dem festen Abschnitt der Lenksäulenverkleidung (3) befindet und um den das Energieaufnahmeband (5) vor Umwickeln des ersten Ambosses (7) gewickelt wird.
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Die 4 und 5 zeigen den Führungsteil (131), der auf zwei verschiedenen Höhen eingestellt ist. Diese Einstellung kann während der Herstellung oder Montage der Lenksäulenanordnung (1) durchgeführt werden. In 4 ist der Führungsteil (131) vertikal so eingestellt, dass eine Unterseite innerhalb des Hohlraums (132) und unter der oberen Fläche des festen Abschnitts (13) der Halterung (12) liegt. Dies erfordert, dass das Energieaufnahmeband (5) einer stark gewundenen Bahn folgt. 5 zeigt die gleiche Lenksäulenanordnung (1), wobei der Führungsteil (131) höher eingestellt ist, so dass die Unterseite eigentlich über dem Hohlraum (132) liegt. Dies stellt eine nur geringfügig gewundene Bahn bereit.
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Die Höhe des Führungsteils (131) stellt das Ausmaß der Verformung des Energieaufnahmebands (5) ein, während es über den ersten Amboss (7) und um die gewundene Bahn gezogen wird, wodurch wiederum die Höhe der durch das Energieaufnahmeband (5) aufgenommenen Energie eingestellt wird. Je mehr die Bahn gewunden ist, desto mehr wird das Energieaufnahmeband (5) während eines Crashs verformt und desto mehr Energie wird aufgenommen.
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Im Gebrauch beginnt, wenn eine Kraft an das Lenkrad (4) angelegt wird, die bewirkt, dass sich die Lenksäulenanordnung (1) zusammenschriebt, sich die Lenksäulenverkleidung (3) mit dem Lenkrad (4) zu bewegen. Dies bewirkt, dass der zweite Amboss (8) damit beginnt, gegen das Energieaufnahmeband (5) zu drücken, wodurch das Energieaufnahmeband (5) um den ersten Amboss (7) und durch die gewundene Bahn gezogen wird. Wenn das Energieaufnahmeband (5) durch die Lenksäulenverkleidung mitgeführt wird, wird aufgrund von Reibung und aufgrund der Verformung des Energieaufnahmebands (5) Energie aufgenommen.
