DE112017007708T5

DE112017007708T5 - Fahrzeuglenkvorrichtung

Info

Publication number: DE112017007708T5
Application number: DE112017007708.7T
Authority: DE
Inventors: Norifumi Terada
Original assignee: Showa Corp
Current assignee: Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2017-06-29
Filing date: 2017-06-29
Publication date: 2020-03-19
Anticipated expiration: 2037-06-30
Also published as: US20200070870A1; DE112017007708B4; JPWO2019003370A1; US11104372B2; WO2019003370A1; CN110603186A; JP6242549B1

Abstract

Eine Fahrzeuglenkvorrichtung (10) umfasst eine Lenkstange (26), die in einer Fahrzeugbreitenrichtung bewegbar ist, ein Gehäuse (32), das die Lenkstange (26) aufnimmt, einen Anschlag (51), der an einem vom Gehäuse (32) freiliegenden Stangenende (26a) der Lenkstange (26) vorgesehen ist, und ein Kollisionspufferelement (52), das am Gehäuse (32) vorgesehen ist und das einen Bewegungsbereich des Anschlags (51) in der Fahrzeugbreitenrichtung begrenzt. Das Kollisionspufferelement (52) weist einen elastischen Bereich (A1), der eine Auftreffbelastung aufgrund einer normalen Lenktätigkeit absorbiert, die vom Anschlag (51) eingeleitet wird, und einen plastischen Bereich (A2) auf, der eine Stoßbelastung absorbiert, die vom Anschlag (51) eingeleitet wird und größer als die Auftreffbelastung aufgrund der normalen Lenktätigkeit ist.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Fahrzeuglenkvorrichtung, die einen Anschlag, der an einem Wellenende einer Lenkstange (z.B. einer Zahnstange) vorgesehen ist, und ein Kollisionspufferelement umfasst, das das Auftreffen des Anschlags abmildert.
Hintergrund
Fahrzeuglenkvorrichtungen, wie sie üblicherweise und oft verwendet werden, umfassen eine sogenannte Zahnstangengetriebe-Lenkvorrichtung, die mittels einer Zahnstange und eines Zahnrads eine Drehung eines Lenkrads in eine axiale Bewegung einer Zahnstange (Lenkstange) umwandelt. Die Zahnstange ist einem Gehäuse derart aufgenommen, dass sie in einer Fahrzeugbreitenrichtung beweglich ist. Ein Anschlag (ein Zahnstangenende) ist an einem Wellenende der Zahnstange vorgesehen. Wenn der Anschlag leicht auf ein elastisches Element (ein Kollisionspufferelement) trifft, das an einem Ende des Gehäuses vorgesehen ist, wird die Bewegung der Zahnstange und des Anschlags begrenzt. Eine derartige Fahrzeuglenkvorrichtung ist z.B. in Patentschrift 1 offenbart.
Das elastische Element der in Patentschrift 1 offenbarten Fahrzeuglenkvorrichtung umfasst ein ringförmiges Gummielement, durch das ein Ende der Zahnstange hindurchtreten kann. Wenn die Lenkstange durch eine normale Lenktätigkeit mittels des Lenkrads in Fahrzeugbreitenrichtung bewegt wird, stößt der Anschlag (das Gehäuse eines Kugelgelenks) leicht an das elastische Element, unmittelbar bevor er an ein Ende des Gehäuses stößt, d.h. unmittelbar vor einem Hubende. Eine Auftreffbelastung, die auf das elastische Element wirkt, ist zu diesem Zeitpunkt gering. Das elastische Element, das sich elastisch verformt, absorbiert und mildert die Auftreffbelastung.
Liste zitierter Dokumente
Patentliteratur
Patentschrift 1: JP H06-69061A (5)
Zusammenfassung der Erfindung
Technisches Problem
Wenn z.B. ein Rad, das mittels des Lenkrads zu drehen ist, über einen Randstein einer Straße fährt, wirkt eine große Stoßbelastung in axialer Richtung vom Rad auf die Lenkstange. Diese Stoßbelastung wird vom Anschlag der Lenkstange auf das elastische Element übertragen. Die Stoßbelastung ist zu diesem Zeitpunkt erheblich größer als die Auftreffbelastung bei einer normalen Lenktätigkeit. Nachdem das elastische Element komprimiert und um einen bestimmten Betrag deformiert ist, grenzt der Anschlag daher an das Ende des Gehäuses an und stoppt die Bewegung in der axialen Richtung. Die Stoßbelastung, die von der gesamten Lenkvorrichtung, die das Gehäuse umfasst, aufgenommen wird, ist groß. In Hinblick auf eine Verbesserung der Lebensdauer der Lenkvorrichtung ist es bevorzugt, die Stoßbelastung zu reduzieren. Um die Stoßbelastung mittels des elastischen Elements, das in Patentschrift 1 offenbart ist, zumindest auf einen vorbestimmten Sollwert zu reduzieren, ist es notwendig, den verformbaren Anteil des elastischen Elements zu vergrößern. Dies führt zwangsläufig zu einer Vergrößerung des elastischen Elements.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung, eine Technologie bereitzustellen, die sowohl das Verkleinern eines Kollisionspufferelements als auch eine Reduktion einer Stoßbelastung, die auf eine Lenkvorrichtung ausgeübt wird, ermöglicht.
Lösung des Problems
Gemäß der vorliegenden Offenbarung wird eine Fahrzeuglenkvorrichtung bereitgestellt, die umfasst:

eine Lenkstange, die in einer Fahrzeugbreitenrichtung bewegbar ist;
ein Gehäuse, das die Lenkstange aufnimmt;
einen Anschlag, der an einem vom Gehäuse freiliegenden Stangenende der Lenkstange vorgesehen ist; und
ein Kollisionspufferelement, das am Gehäuse vorgesehen ist, einen Bewegungsbereich des Anschlags in der Fahrzeugbreitenrichtung begrenzt und einen elastischen Bereich, der eine Auftreffbelastung aufgrund einer normalen Lenktätigkeit absorbiert, die vom Anschlag eingeleitet wird, und einen plastischen Bereich aufweist, der eine Stoßbelastung absorbiert,
die vom Anschlag eingeleitet wird und größer als die Auftreffbelastung aufgrund der normalen Lenktätigkeit ist.

Vorzugsweise ist das Kollisionspufferelement aus einem Material gebildet, das sowohl elastisch als auch plastisch verformbar ist.
Vorzugsweise ist das Kollisionspufferelement ein zylindrisches Element, in das die Lenkstange derart eingesetzt ist, dass sie in der Fahrzeugbreitenrichtung bewegbar ist.
Vorzugsweise umfasst die obige Fahrzeuglenkvorrichtung weiterhin ein elastisches Element, das einen Außenumfang des Kollisionspufferelements umgibt und das am Gehäuse vorgesehen ist, wobei eine Stirnfläche des elastischen Elements in der Fahrzeugbreitenrichtung dem Anschlag 51 zugewandt ist.
Vorzugsweise befindet sich eine Stirnfläche des Kollisionspufferelements in der Fahrzeugbreitenrichtung in einer selben Ebene wie eine Stirnfläche des elastischen Elements, oder ragt in Richtung des Anschlags über die Stirnfläche des elastischen Elements hinaus.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Gemäß der vorliegenden Offenbarung begrenzt das Kollisionspufferelement, das am Gehäuse vorgesehen ist, den Bewegungsbereich des Anschlags, der am Stangenende der Lenkstange vorgesehen ist, in der Fahrzeugbreitenrichtung. Wenn sich die Lenkstange in der Fahrzeugbreitenrichtung aufgrund einer normalen Lenktätigkeit an die Bewegungsgrenze bewegt, stößt der Anschlag leicht auf das Kollisionspufferelement. Zu diesem Zeitpunkt wird die Auftreffbelastung aufgrund der normalen Tätigkeit vom Anschlag in das Kollisionspufferelement eingeleitet. Das Kollisionspufferelement absorbiert diese Auftreffbelastung der normalen Lenktätigkeit durch den „elastischen Bereich“.
Im Gegensatz dazu wirkt eine große Stoßbelastung in der axialen Richtung vom Rad auf den Anschlag, wenn das Rad z.B. über einen Randstein einer Straße fährt. Folglich stößt der Anschlag an das Kollisionspufferelement, da sich die Lenkstange in der Fahrzeugbreitenrichtung bewegt. Die Stoßbelastung zu diesem Zeitpunkt ist größer als die Auftreffbelastung aufgrund einer normalen Lenktätigkeit. Diese Stoßbelastung wird vom Anschlag in das Kollisionspufferelement eingeleitet. Das Kollisionspufferelement absorbiert diese große Stoßbelastung durch den „plastischen Bereich“. D.h., dass die Stoßbelastung, die auf die Lenkvorrichtung auszuüben ist, reduziert werden kann, da sich das Kollisionspufferelement plastisch verformt, um die Stoßbelastung zu absorbieren. Zudem kann das Kollisionspufferelement im Verhältnis zu einer Konstruktion, bei der eine größere Stoßbelastung durch den „elastischen Bereich“ absorbiert wird, verkleinert werden.
Wie oben beschrieben, kann die Stoßbelastung, die auf die Fahrzeuglenkvorrichtung auszuüben ist, erheblich reduziert werden, obwohl das Kollisionspufferelement, das die Auftreffbelastung aufgrund der normalen Lenktätigkeit absorbiert, kompakt ausgebildet ist. Folglich vergrößert sich der Freiheitsgrad bei der Anordnung der Fahrzeuglenkvorrichtung relativ zum Fahrzeug und die Lebensdauer der Fahrzeuglenkvorrichtung wird verlängert.
Figurenliste

1 ist eine beispielhafte Darstellung einer Fahrzeuglenkvorrichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung;
2 ist eine Querschnittsansicht einer Abminderungsvorrichtung und eines Anschlags, die in 1 dargestellt sind;
3 ist eine Darstellung einer Druckspannungs-Dehnungs-Kurve eines Kollisionspufferelements, das in 2 dargestellt ist;
4 ist ein Korrelationsdiagramm zwischen einer Stoßlast und einer Stoßaufbringungszeit der Abminderungsvorrichtung, die in 2 dargestellt ist; und
5A bis 5D sind jeweils Funktionsdarstellungen der Abminderungsvorrichtung, die in 2 dargestellt ist.

Beschreibung von Ausführungsformen
Ausführungsformen zum Ausführen der vorliegenden Offenbarung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren beschrieben.
Wie in 1 dargestellt, umfasst eine Fahrzeuglenkvorrichtung 10 eine Lenkanordnung 20 von einem Lenkrad 21 eines Fahrzeugs zu Rädern 31 und 31 (lenkende Räder 31 und 31) und einen Hilfsdrehmomentmechanismus 40, der ein Hilfsdrehmoment zur Lenkanordnung 20 beiträgt.
Die Lenkanordnung 20 umfasst das Lenkrad 21, eine Lenkwelle 22, die mit dem Lenkrad 21 verbunden ist, eine Eingangswelle 24, die mit der Lenkwelle 22 mittels eines Kardangelenks 23 verbunden ist, eine Lenkstange 26, die mit der Eingangswelle 24 mittels eines ersten Übertragungsmechanismus 25 verbunden ist, und das rechte und das linke (beide Seiten in Fahrzeugbreitenrichtung) Rad 31 und 31, die jeweils an einem der beiden Enden der Lenkstange 26 mittels entsprechender Kugelgelenke 27 und 27, entsprechender Spurstangen 28 und 28, und entsprechender Achsen 29 und 29 verbunden sind.
Der erste Übertragungsmechanismus 25 ist z.B. ein Zahnstangen-Getriebemechanismus. Die Lenkstange 26 ist in einem Gehäuse 32 derart aufgenommen, dass sie in der Fahrzeugbreitenrichtung bewegbar ist.
Das Gehäuse 32 erstreckt sich in der Fahrzeugbreitenrichtung und weist eine Durchgangsöffnung 32a, die sich in der Fahrzeugbreitenrichtung vollständig durch dieses hindurch erstreckt, und Öffnungen 32b und 32b auf, die jeweils an einem der beiden Enden in Fahrzeugbreitenrichtung angeordnet sind. Diese Öffnungen 32b und 32b sind Öffnungen mit einer Kreisform und mit einem Boden, die konzentrisch zur Durchgangsöffnung 32a sind und einen Durchmesser aufweisen, der größer als der der Durchgangsöffnung 32a ist.
Die Lenkstange 26 ist in der Durchgangsöffnung 32a des Gehäuses 32 in der Fahrzeugbreitenrichtung bewegbar. Beide Enden der Lenkstange 26 ragen in der Fahrzeugbreitenrichtung aus jeweils einem der beiden Enden des Gehäuses 32 heraus. Die Kugelgelenke 27 und 27 sind in der Längsrichtung an den beiden Enden der Lenkstange 26 angeordnet.
Gemäß der Lenkanordnung 20 können das linke und das rechte Rad 31 und 31 mittels des ersten Übertragungsmechanismus 25, der Lenkstange 26 und der rechten und der linken Spurstange 28 und 28 durch ein Lenkmoment gedreht werden, wenn ein Fahrer das Lenkrad 21 dreht.
Der Hilfsdrehmomentmechanismus 40 umfasst einen Lenkmomentsensor 41, eine Steuereinheit 42, einen Elektromotor 43 und einen zweiten Übertragungsmechanismus 44. Der Lenkmomentsensor 41 erfasst ein Lenkmoment der Lenkanordnung 20, das auf das Lenkrad 21 aufgebracht wird. Die Steuereinheit 42 erzeugt basierend auf einem Momenterkennungssignal vom Lenkmomentsensor 41 ein Steuersignal. Der Elektromotor 43 erzeugt ein Motormoment (Hilfsmoment) gemäß dem oben beschriebenen Lenkmoment basierend auf dem Steuersignal von der Steuereinheit 42. Der zweite Übertragungsmechanismus 44 überträgt das Hilfsmoment, das vom Elektromotor 43 erzeugt wird, auf die oben beschriebene Lenkstange 26 und umfasst z.B. einen riemenartigen Übertragungsmechanismus 45 und einen Kugelgewindetrieb 46.
Gemäß dieser Fahrzeuglenkvorrichtung 10 können die Räder 31 und 31 mittels der Lenkstange 26 durch ein kombiniertes Moment gedreht werden, das aus dem Lenkmoment durch den Fahrer besteht, dem das Hilfsmoment durch den Elektromotor 43 hinzugefügt wird.
Die Fahrzeuglenkvorrichtung 10 umfasst eine linke und eine rechte (beide Seiten in der Fahrzeugbreitenrichtung) Abminderungsvorrichtung 50 und 50. Die rechte und die linke Abminderungsvorrichtung 50 und 50 mildern eine Kollisionslast ab, die erzeugt wird, wenn die Lenkstange 26 sich an ein Hubende bewegt. Stellvertretend wird nachfolgend die linke Abminderungsvorrichtung 50 beschrieben.
Wie in 2 dargestellt, umfasst die Abminderungsvorrichtung 50 einen Anschlag 51, ein Kollisionspufferelement 52, und ein elastisches Element 53.
Der Anschlag 51 ist an einem vom Gehäuse 32 freiliegenden Stangenende 26a der Lenkstange 26 vorgesehen und ist z.B. eine Fassung 27a (die auch als Gelenkgehäuse 27a bezeichnet wird) des Kugelgelenks 27. Diese Fassung 27a kann sich relativ zur Öffnung 32b des Gehäuses 32 nach vorne bewegen oder zurückziehen. Eine Endfläche 51a des Anschlags 51 ist eine flache Oberfläche senkrecht zur Lenkstange 26 und ist der Öffnung 32b des Gehäuses 32 zugewandt.
Das Kollisionspufferelement 52 ist eine zylindrische (Kreiszylinder) Komponente, durch die die Lenkstange 26 derart eingefügt ist, dass sie in der Fahrzeugbreitenrichtung bewegbar ist, und ist in der Öffnung 32b des Gehäuses 32 vorgesehen. Das Kollisionspufferelement 52 begrenzt den Bewegungsbereich des Anschlags 51 in der Fahrzeugbreitenrichtung. Eine erste Oberfläche 52a des Kollisionspufferelements 52 ist eine flache Oberfläche in Kontakt mit einer Bodenfläche 32c der Öffnung 32b. Eine zweite Oberfläche 52b (Stirnfläche 52b) des Kollisionspufferelements 52 ist eine flache Oberfläche, die der Endfläche 51a des Anschlags 51 zugewandt ist. D.h., dass die Stirnfläche 52b des Kollisionspufferelements 52 in der Fahrzeugbreitenrichtung dem Anschlag zugewandt ist.
Das Kollisionspufferelement 52 ist aus einem Material gebildet, das sowohl „elastisch“ als auch „plastisch“ verformbar ist. Z.B. ist das Kollisionspufferelement 52 aus einem Harzmaterial oder einem Metallmaterial gebildet. Beispielhafte Harzmaterialien sind Polyamid (PA)-Harz, Polyphenylensulfid (PPS)-Harz, Polyethersulfon (PES)-Harz, Polyamidimid (PAI)-Harz, Polyetherimid (PEI)-Harz, Polyetheretherketon (PEEK)-Harz, Polyacetal (POM)-Harz, Polyethylenterephthalat (PET)-Harz, und Polypropylen (PP)-Harz.
Das elastische Element 53 umgibt einen Außenumfang 52c des Kollisionspufferelements 52 und ist in der Öffnung 32b des Gehäuses 32 vorgesehen. Dieses elastische Element 53 ist aus einem elastischen Material gebildet, wie z.B. einem Urethanharz oder einem Gummi, und ist in einer Kreiszylinderform ausgebildet. Eine erste Oberfläche 53a des elastischen Elements 53 ist eine flache Oberfläche in Kontakt mit einer Bodenfläche 32c der Öffnung 32b. Eine zweite Oberfläche 53b (Stirnfläche 53b) des elastischen Elements 53 ist eine flache Oberfläche, die der Endfläche 51a des Anschlags 51 zugewandt ist. D.h., dass die Stirnfläche 53b des elastischen Elements 53 in der Fahrzeugbreitenrichtung dem Anschlag 51 zugewandt ist.
Eine ringförmige Platte 54, die aus einem Metall gebildet ist, ist an der Stirnfläche 53b des elastischen Elements 53 befestigt. Die Stirnfläche 53b wird von der Außenseite geschützt, indem sie durch die ringförmige Platte 54 bedeckt ist. Der Anschlag 51 stößt über die ringförmige Platte 54 an die Stirnfläche 53b des elastischen Elements 53 an. Es ist anzumerken, dass die ringförmige Platte 54 bei Bedarf vorgesehen werden kann.
Die Stirnfläche 52b des Kollisionspufferelements 52 kann in der Fahrzeugbreitenrichtung relativ zur Stirnfläche 53b des elastischen Elements 53 in derselben Ebene vorgesehen sein oder in der Fahrzeugbreitenrichtung in Richtung des Anschlags 51 über die Stirnfläche 53b des elastischen Elements 53 hinausragen.
Es ist anzumerken, dass entsprechend der Anordnung, bei der die ringförmige Platte 54 am elastischen Element 53 vorgesehen ist, die nachfolgende Wirkung erreicht wird. D.h., dass die Stirnfläche 52b des Kollisionspufferelements 52 in der Fahrzeugbreitenrichtung in dieselbe Ebene wie die Stirnfläche 54a der ringförmigen Platte 54 gelegt wird oder um eine überstehende Länge Le in Fahrzeugbreitenrichtung in Richtung des Anschlags 51 über die Stirnfläche 54a der ringförmigen Platte 54 hinausragt. Die überstehende Länge Le ist derart festgelegt, dass sie bewirkt, dass die Endfläche 51a des Anschlags 51 an die Stirnfläche 54a der ringförmigen Platte 54 stößt, wenn ein Betrag der Verformung des Kollisionspufferelements 52 bis zu einem oberen Grenzwert oder bis nahe des oberen Grenzwerts eines elastischen Bereichs zunimmt.
Als Nächstes wird unter Bezugnahme auf 3 ein Fall beschrieben, bei dem das Kollisionspufferelement 52 aus einem Harzmaterial gebildet ist.
3 ist ein Druckspannungs-Dehnungs-Kurvendiagramm eines Harzmaterials, das eine vertikale Achse aufweist, die eine Druckspannung Pc repräsentiert, die im Harzmaterial erzeugt wird, und das eine horizontale Achse aufweist, die einen Betrag δ der Verformung des Harzmaterials repräsentiert, wodurch die Charakteristik des Betrags der Verformung relativ zur Druckspannung abgebildet wird. Es ergibt sich aus 3, dass die Charakteristik des Harzmaterials im Wesentlichen linear ist und innerhalb eines elastischen Bereichs A1 (elastisches Intervall A1) vom Ursprung aus ansteigt. Das Kollisionspufferelement 52 (siehe 2) verformt sich daher elastisch.
Die Charakteristik des Harzmaterials geht in einen plastischen Bereich A2 über, wenn eine obere Grenze Py des elastischen Bereichs A1 erreicht wird, d.h. ein Eigenschaftswechselpunkt Py (oberer Versagenspunkt Py). Im plastischen Bereich A2 nach dem elastischen Bereich A1 nehmen Eigenschaften, wie z.B. die Druckspannung, nicht zu, aber der Betrag der Verformung steigt, d.h. dass eine Charakteristik erreicht wird, die eine plastische Verformung aufweist. Da der Betrag δ der Verformung übermäßig groß wird, wenn der plastische Bereich A2 überschritten wird, ist das Harzmaterial beschädigt oder gebrochen.
In Anbetracht des Vorangehenden, weist das Kollisionspufferelement 52 eine Charakteristik auf, die sowohl einen elastischen Bereich A1 als auch einen plastischen Bereich A2 hat.
Es ist anzumerken, dass es bekannt ist, dass es unter den Metallmaterialien, die für das Kollisionspufferelement 52 verwendbar sind, einige Materialien gibt, die keinen eindeutigen Versagenspunkt aufweisen, wie z.B. eine Aluminiumlegierung, eine Kupferlegierung und austenitischer Edelstahl, und solche Materialien Eigenschaften aufweisen, die sich aus dem elastischen Bereich heraus allmählich plastisch verformen.
Der Erfinder der vorliegenden Anmeldung hat die folgenden fünf Proben Sp1 bis Sp5 bereitgestellt, bei denen ein Aufbau verwendet wird, der als Kollisionspufferelement geeignet ist, und hat Tests durchgeführt, bei denen eine Stoßbelastung (Drucklast) in der axialen Richtung auf jede dieser Proben Sp1 bis Sp5 ausgeübt wird. Anschließend wurde ein Übergang der Daten der Stoßbelastung auf jede der Proben Sp1 bis Sp5 und einer Stoßaufbringungszeit verglichen. Die Eingangsbedingungen zum Aufbringen der Stoßbelastungen auf die entsprechenden Proben Sp1 bis Sp5 waren jedoch alle einheitlich.
Die Proben Sp1 bis Sp4 waren aus Gummi gebildet. Die fünfte Probe Sp5 war aus einem Harzmaterial gebildet.
Die erste Probe Sp1 hatte den kleinsten Außendurchmesser und die kürzeste Gesamtlänge.
Im Vergleich zur ersten Probe Sp1 hatte die zweite Probe Sp2 einen Außendurchmesser, der dem 1,2-fachen Außendurchmesser entspricht, und hatte eine Gesamtlänge, die der 1,5-fachen Gesamtlänge entspricht.
Im Vergleich zur ersten Probe Sp1 hatte die dritte Probe Sp3 einen Außendurchmesser, der dem 1,2-fachen Außendurchmesser entspricht, und hatte eine Gesamtlänge, die der 2,1-fachen Gesamtlänge entspricht.
Für die vierte Probe Sp4 wurde ein Aufbau verwendet, bei dem zwei erste Proben Sp1 im Wesentlichen in Reihe angeordnet und miteinander verbunden waren. Die vierte Probe Sp4 hatte einen Außendurchmesser, der dem 1,2-fachen dessen der ersten Probe Sp1 entspricht.
Die fünfte Probe Sp5 hatte im Wesentlichen die gleiche Größe wie die erste Probe Sp1.
Ein Vergleichsergebnis der Daten jeder Probe Sp1 bis Sp5 ist in 4 dargestellt. 4 ist ein Korrelationsdiagramm einer Stoßbelastung und einer Stoßaufbringungszeit, weist eine vertikale Achse, die eine Stoßbelastung fc repräsentiert, und eine horizontale Achse auf, die eine Stoßaufbringungszeit tc repräsentiert, wodurch ein Übergang der Stoßaufbringungszeit und der Stoßbelastung abgebildet wird.
Die Daten für die erste Probe Sp1 sind durch eine dünne durchgehende Linie gekennzeichnet.
Die Daten für die zweite Probe Sp2 sind durch eine dünne gestrichelte Linie gekennzeichnet.
Die Daten für die dritte Probe Sp3 sind durch eine dünne Strich-Punkt-Linie gekennzeichnet.
Die Daten für die vierte Probe Sp4 sind durch eine dünne Strich-Zweipunkt-Linie gekennzeichnet.
Die Daten für die fünfte Probe Sp5 sind durch eine dicke durchgehende Linie gekennzeichnet.
Gemäß dieser Daten wird der Maximalwert der Stoßbelastung fc umso größer, je kleiner die Probe ist, und der Maximalwert der Stoßbelastung fc wird umso kleiner, je größer die Probe ist, wenn man die vier Proben Sp1 bis Sp4 vergleicht, die jeweils ein Gummielement sind. In Anbetracht der vorangehenden Ergebnisse ist es erforderlich, das große Kollisionspufferelement 52 (siehe 2) einzusetzen, um den Maximalwert der Stoßbelastung fc auf einen gewünschten Sollwert zu reduzieren. Im Fall des großen Kollisionspufferelements 52, wird der Betrag der elastischen Verformung in Druckrichtung groß und die Stoßbelastung fc kann reduziert werden. Dadurch kann jedoch nicht sowohl eine Verkleinerung des Kollisionspufferelements 52 als auch eine Reduktion der Stoßbelastung, die auf die Lenkvorrichtung 10 (siehe 1) zu übertragen ist, erreicht werden.
Folglich ist das, worauf sich der Erfinder der vorliegenden Anmeldung konzentriert hat, dass „der Gesamtbetrag einer Stoßenergie unverändert bleibt, wenn ein Eingangszustand der Stoßbelastung fc konstant ist. Folglich ist es geeignet, einen Bereich Z1 nahe dem Maximalwert der Stoßbelastung fc in der Charakteristik der ersten und der zweiten Proben Sp1 und Sp2 in Richtung der Anfangsphase der Stoßaufbringungszeit tc zu verschieben“. Als Nächstes hat der Erfinder der vorliegenden Anmeldung ein Konzept entworfen, um durch Überdenken des Materials des Kollisionspufferelements 52 Stoßenergie in zwei Phasen zu absorbieren. Genauer wird die Stoßbelastung fc zunächst innerhalb einer recht kurzen Zeit in einer Anfangseinleitungsphase t1 (einer ersten Phase t1) stark erhöht. Um dies zu erreichen, eignet es sich, ein Material zu wählen, das eine hohe Festigkeit aufweist. In einer darauf folgenden zweiten Phase t3 wird die Erhöhung der Stoßbelastung fc verringert. Um dies zu erreichen, eignet es sich, ein Versagen des hochfesten Materials durch die Stoßbelastung fc zu bewirken, um die Festigkeit des Materials abzubauen.
Es wird daher das Material gewählt, das sowohl eine elastische Verformung als auch eine plastische Verformung ausführen kann. Ein solches Material ist ein Harzmaterial. Die Druckspannungs-Dehnungs-Charakteristik dieses Harzmaterials ist wie unter Bezugnahme auf 3 beschrieben.
Wie oben beschrieben, ist die fünfte Probe Sp5 aus einem Harzmaterial gebildet. Bezüglich der Charakteristik dieser fünften Probe Sp5, wie sie in 4 durch eine dicke durchgehende Linie dargestellt ist, nimmt die Stoßbelastung fc in der Anfangseinleitungsphase t1 (der ersten Phase t1) der Stoßbelastung fc innerhalb einer recht kurzen Zeit stark zu im Vergleich zu den vier Proben Sp1 bis Sp4, die ein Gummielement sind. Die Charakteristik in der ersten Phase t1 entspricht dem elastischen Bereich A1, der in 3 dargestellt ist. Eine Ausführungszeit t2 der ersten Phase t1 entspricht dem oberen Versagenspunkt Py, der in 3 dargestellt ist. Der Maximalwert der Stoßbelastung fc der fünften Probe Sp5 zu diesem Ausführungszeitpunkt t2 ist im Vergleich zu den Maximalwerten der Stoßbelastungen fc der ersten und der zweiten Probe Sp1 und Sp2 erheblich verringert. In der zweiten Phase t3 nach der Ausführungszeit t2 der ersten Phase t1 verringert sich der Anstieg der Stoßbelastung fc. D.h., dass sich die Charakteristik der fünften Probe Sp5 in der zweiten Phase t3 sich zu einer flachen Charakteristik ändern. Die Eigenschaften der zweiten Phase t3 entsprechen dem plastischen Bereich A2, der in 3 dargestellt ist.
Folglich kann der Bereich Z1 nahe des Maximalwerts der Stoßbelastung fc der Charakteristika der ersten und der zweiten Probe Sp1 und Sp2 in die Anfangsphase der Stoßaufbringungszeit tc verschoben werden, wie der Bereich Z2 der Stoßbelastung fc der Charakteristik der fünften Probe Sp5 andeutet. Folglich kann die Stoßenergie in zwei Phasen aufgeteilt und absorbiert werden. Zudem ermöglicht die fünfte Probe Sp5 eine Verkleinerung im Vergleich zu den vier Proben Sp1 bis Sp4, die jeweils ein Gummielement sind.
Nachfolgend wird eine Betätigung der Abminderungsvorrichtung 50 unter Bezugnahme auf die 5A bis 5D beschrieben.
Momentan befindet sich der Anschlag 51 in einer Position beabstandet zur Stirnfläche 52b des Kollisionspufferelements 52, wie in 5A durch eine virtuelle Linie dargestellt ist. Dann bewegt sich die Lenkstange 26 aufgrund einer sogenannten normalen Lenktätigkeit, die durch das Drehen des Lenkrads 21 (siehe 1) und/oder durch einen Antrieb mittels des Elektromotors 43 entsteht, in der Fahrzeugbreitenrichtung in Richtung der Mitte. Wie in 5A durch eine durchgezogene Linie dargestellt, stößt die Endfläche 51a des Anschlags 51 leicht gegen die Stirnfläche 52b des Kollisionspufferelements 52, wenn sich die Lenkstange 26 in der Fahrzeugbreitenrichtung in Richtung der Mitte und zur Bewegungsgrenze (Hubende) bewegt. Zu diesem Zeitpunkt wird die Auftreffbelastung aufgrund einer normalen Lenktätigkeit von der Endfläche 51a des Anschlags 51 in die Stirnfläche 52b des Kollisionspufferelements 52 eingeleitet. Folglich absorbiert das Kollisionspufferelement 52 die Auftreffbelastung aufgrund der normalen Lenktätigkeit durch elastische Verformung, d.h. durch den elastischen Bereich, wie in 5B dargestellt.
Anschließend bewegt sich die Endfläche 51a des Anschlags 51 von der Stirnfläche 52b des Kollisionspufferelements 52 weg, wenn sich die Lenkstange 26 in Fahrzeugbreitenrichtung in Richtung der Außenseite bewegt, wie durch die virtuelle Linie in 5A angedeutet. Folglich kehrt die Stirnfläche 52b des Kollisionspufferelements 52 aufgrund der eigenen Elastizität wieder in die ursprüngliche Position zurück.
Darüber hinaus wirkt eine große Stoßbelastung in der axialen Richtung vom Rad 31 auf den Anschlag 51, wenn das Rad 31 (siehe 1) über einen Randstein einer Straße etc. fährt, wobei der Anschlag 51 beabstandet zur Stirnfläche 52b des Kollisionspufferelements 52 ist, wie in 5A durch eine virtuelle Linie dargestellt ist. Folglich stößt die Endfläche 51a des Anschlags 51 an die Stirnfläche 52b des Kollisionspufferelements 52, wie in 5A durch die durchgezogene Linie dargestellt ist. Eine Stoßbelastung zu diesem Zeitpunkt ist größer als die Auftreffbelastung aufgrund der normalen Lenktätigkeit. Diese Stoßbelastung wird von der Endfläche 51a des Anschlags 51 in die Stirnfläche 52b des Kollisionspufferelements 52 eingeleitet.
Wie in 5C dargestellt, verformt sich das Kollisionspufferelement 52 durch die Stoßbelastung elastisch stark bis zu einer Position der Stirnfläche 54a der ringförmigen Platte 54 oder einer dieser nahen Stelle. Des Weiteren tritt das Kollisionspufferelement 52 in den plastischen Bereich nach der Obergrenze des elastischen Bereichs ein. In dem plastischen Bereich nehmen ohne eine Erhöhung der Druckspannung Eigenschaften, wie ein Betrag der Verformung, zu, d.h. dass eine sogenannte plastische Verformung erreicht wird.
Die Endfläche 51a des Anschlags 51 stößt nicht nur an die Stirnfläche 52b des Kollisionspufferelements 52, sondern auch an die Stirnfläche 54a der ringförmigen Platte 54, wenn der Betrag der Verformung des Kollisionspufferelements 52 bis zu einer Obergrenze des elastischen Bereichs oder bis nahe der Obergrenze zunimmt, wie in 5C dargestellt. Im plastischen Bereich wird die Stoßbelastung daher auch von der Endfläche 51a des Anschlags 51 in die Stirnfläche 54a der ringförmigen Platte 54 eingeleitet. Das elastische Element 53 absorbiert die Stoßbelastung durch elastische Verformung. D.h., dass das Kollisionspufferelement 52 und das elastische Element 53 gleichzeitig komprimiert und verformt werden, wenn sich das Kollisionspufferelement 52 in Druckrichtung plastisch verformt, wie in 5D dargestellt. Folglich wird der Betrag der Druckverformung des Kollisionspufferelements 52 gering gehalten, wodurch verhindert wird, dass das Kollisionspufferelement 52 beschädigt oder gebrochen wird.
Das Nachfolgende ist eine Zusammenfassung der obigen Beschreibung.
Wie in 1 und 2 dargestellt, umfasst eine Fahrzeuglenkvorrichtung 10:

eine Lenkstange 26, die in einer Fahrzeugbreitenrichtung bewegbar ist;
ein Gehäuse 32, das die Lenkstange 26 aufnimmt;
einen Anschlag 51, der an einem vom Gehäuse 32 freiliegenden Stangenende 26a der Lenkstange 26 vorgesehen ist; und
ein Kollisionspufferelement 52, das am Gehäuse 32 vorgesehen ist, einen Bewegungsbereich des Anschlags 51 in der Fahrzeugbreitenrichtung begrenzt, und einen elastischen Bereich, der eine Auftreffbelastung aufgrund einer normalen Lenktätigkeit absorbiert, die vom Anschlag 51 eingeleitet wird, und einen plastischen Bereich aufweist, der eine Stoßbelastung absorbiert, die vom Anschlag 51 eingeleitet wird und größer als die Auftreffbelastung aufgrund der normalen Lenktätigkeit ist.

Wenn sich die Lenkstange 26 aufgrund der normalen Lenktätigkeit in der Fahrzeugbreitenrichtung an die Bewegungsgrenze bewegt, trifft der Anschlag 51 leicht auf das Kollisionspufferelement 52. Zu diesem Zeitpunkt wird die Auftreffbelastung aufgrund der normalen Lenktätigkeit vom Anschlag 51 in das Kollisionspufferelement 52 eingeleitet. Das Kollisionspufferelement 52 absorbiert die Auftreffbelastung der normalen Lenktätigkeit durch den „elastischen Bereich“.
Fährt das Rad 31 hingegen z.B. über einen Randstein einer Straße, wirkt eine große Stoßbelastung in axialer Richtung vom Rad 31 auf den Anschlag 51. Folglich stößt der Anschlag 51 an das Kollisionspufferelement 52, da sich die Lenkstange 26 in Fahrzeugbreitenrichtung bewegt. Die Stoßbelastung zu diesem Zeitpunkt ist größer als die Auftreffbelastung durch die normale Lenktätigkeit. Die Stoßbelastung wird vom Anschlag 51 in das Kollisionspufferelement 52 eingeleitet. Das Kollisionspufferelement 52 absorbiert diese große Stoßbelastung durch den „plastischen Bereich“. D.h., dass die Stoßbelastung, die auf die Lenkvorrichtung 10 auszuüben ist, reduziert werden kann, da sich das Kollisionspufferelement 52 plastisch verformt, um die Stoßbelastung zu absorbieren. Zudem kann das Kollisionspufferelement 52 im Vergleich zu einem Aufbau, bei dem eine große Stoßbelastung durch den „elastischen Bereich“ absorbiert wird, verkleinert werden.
Wie oben beschrieben, kann die Stoßbelastung, die auf die Lenkvorrichtung 10 auszuüben ist, erheblich verringert werden, obwohl das Kollisionspufferelement 52, das die Auftreffbelastung aufgrund der normalen Lenktätigkeit absorbieren kann, kompakt ausgebildet ist. Folglich wird der Freiheitsgrad bei der Anordnung der Fahrzeuglenkvorrichtung 10 relativ zum Fahrzeug vergrößert und die Lebensdauer und Beweglichkeit der Fahrzeuglenkvorrichtung 10 werden verbessert.
Z.B. kann eine starke Last, die auf den ersten und zweiten Übertragungsmechanismus 25 und 44 sowie den Elektromotor 43 wirkt, gedämpft werden. Zudem kann eine zuverlässige Beweglichkeit sichergestellt werden, da ein starker Anstieg des Lenkmoments der Lenkanordnung 20 unterbunden werden kann. Eine ausreichende Reaktion der Steuereinheit 42, die den Elektromotor 43 steuert, wird ebenfalls gewährleistet.
Des Weiteren ist das Kollisionspufferelement 52 aus einem Material gebildet, das sowohl als auch plastisch verformbar ist. Die Charakteristika, die sich in einem elastischen Bereich und in einem plastischen Bereich voneinander unterscheiden, können dadurch einfach durch eine einzelne Komponente erreicht werden.
Des Weiteren ist das Kollisionspufferelement 52 ein zylindrisches Element, in das die Lenkstange 26 derart eingefügt ist, dass sie in der Fahrzeugbreitenrichtung bewegbar ist. Eine Lasteinleitung durch den Anschlag 51, die an einem Stangenende 26a der Lenkstange 26 erfolgt, kann effizient über den gesamten Umfang des zylindrischen Kollisionspufferelements 52 aufgenommen werden.
Weiterhin umfasst die Fahrzeuglenkvorrichtung 10 ein elastisches Element 53, das einen Außenumfang 52c des Kollisionspufferelements 52 umgibt und das am Gehäuse 32 vorgesehen ist. Die Stirnfläche 53b des elastischen Elements 53 ist in der Fahrzeugbreitenrichtung dem Anschlag 51 zugewandt. Wenn sich das Kollisionspufferelement 52 plastisch verformt, werden das Kollisionspufferelement 52 und das elastische Element 53 daher gleichzeitig komprimiert und verformt. Folglich wird der Betrag der Druckverformung des Kollisionspufferelements 52 gering gehalten, wodurch verhindert wird, dass das Kollisionspufferelement 52 beschädigt wird oder bricht.
Des Weiteren befindet sich die Stirnfläche 52b des Kollisionspufferelements 52 in der Fahrzeugbreitenrichtung in derselben Ebene wie die Stirnfläche 53b des elastischen Elements 53 (wenn eine ringförmige Platte 54 vorgesehen ist, der Stirnfläche 54a derselben) oder ragt in Richtung des Anschlags 51 über die Stirnfläche 53b des elastischen Elements 53 hinaus.
Wenn die Stirnfläche 52b des Kollisionspufferelements 52 sich in der Fahrzeugbreitenrichtung in derselben Ebene wie die Stirnfläche 53b des elastischen Elements 53 (die Stirnfläche 54a der ringförmigen Platte 54) befindet, nehmen das Kollisionspufferelement 52 und das elastische Element 53 eine Stoßbelastung vom Anschlag 51 auf und werden gleichzeitig komprimiert und verformt. Das elastische Element 53 wirkt sich auf die Druck-Verformungs-Charakteristik des Kollisionspufferelements 52 sowohl im elastischen Bereich als auch im plastischen Bereich des Kollisionspufferelements 52 aus.
Ragt die Stirnfläche 52b des Kollisionspufferelements 52 im Gegensatz dazu in der Fahrzeugbreitenrichtung über die Stirnfläche 53b des elastischen Elements 53 (die Stirnfläche 54a der ringförmigen Platte 54) hinaus, komprimiert und verformt der Anschlag 51 zuerst das Kollisionspufferelement 52 um so viel, wie es seinem Überstand entspricht. Das elastische Element 53 wirkt sich auf die Kompressions-Verformungs- Charakteristik des Kollisionspufferelements 52 im plastischen Bereich des Kollisionspufferelements 52 aus.
Es ist anzumerken, dass die Fahrzeuglenkvorrichtung 10 gemäß der vorliegenden Offenbarung nicht auf diese Ausführungsform beschränkt ist, solange die Funktion und Wirkung der vorliegenden Offenbarung erreichbar sind.
Z.B. kann die Fahrzeuglenkvorrichtung 10 gemäß der vorliegenden Offenbarung nur die Steueranordnung 20 umfassen und kann eine sogenannte manuelle Steuervorrichtung sein, die keinen Hilfsdrehmomentmechanismus 40 umfasst.
Darüber hinaus kann die Fahrzeuglenkvorrichtung 10 eine sogenannte Steer-by-wire-Lenkvorrichtung sein, bei der das Lenkrad 21 und die Lenkstange 26 mechanisch getrennt sind und ein Lenkantrieb (nicht dargestellt) eine Lenkkraft gemäß eines Drehbetrags des Lenkrads 21 erzeugt und diese Lenkkraft auf die Lenkstange 26 überträgt.
Gewerbliche Anwendbarkeit
Die Fahrzeuglenkvorrichtung 10 gemäß der vorliegenden Offenbarung ist für ein Fahrzeug geeignet.
Bezugszeichenliste

10: Fahrzeuglenkvorrichtung
26: Lenkstange
26a: Stangenende der Lenkstange
32: Gehäuse
51: Anschlag
52: Kollisionspufferelement
52b: Stirnfläche
52c: Außenumfang des Kollisionspufferelements 52
53: elastisches Element
53b: Stirnfläche

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP H0669061 A [0004]

Claims

Fahrzeuglenkvorrichtung mit: einer Lenkstange, die in einer Fahrzeugbreitenrichtung bewegbar ist; einem Gehäuse, das die Lenkstange aufnimmt; einem Anschlag, der an einem vom Gehäuse freiliegenden Stangenende der Lenkstange vorgesehen ist; einem Kollisionspufferelement, das am Gehäuse vorgesehen ist, einen Bewegungsbereich des Anschlags in der Fahrzeugbreitenrichtung begrenzt und einen elastischen Bereich, der eine Auftreffbelastung aufgrund einer normale Lenktätigkeit absorbiert, die vom Anschlag eingeleitet wird, und einen plastischen Bereich aufweist, der eine Stoßbelastung absorbiert, die vom Anschlag eingeleitet wird und größer als die Auftreffbelastung aufgrund der normalen Lenktätigkeit ist.
Fahrzeuglenkvorrichtung nach Anspruch 1, wobei aus einem Material gebildet ist, das sowohl elastisch als auch plastisch verformen kann.
Fahrzeuglenkvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Kollisionspufferelement ein zylindrisches Element ist, in das die Lenkstange derart eingefügt ist, dass sie in der Fahrzeugbreitenrichtung bewegbar ist.
Fahrzeuglenkvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, weiterhin mit einem elastischen Element, das einen Außenumfang des Kollisionspufferelements umgibt und das am Gehäuse vorgesehen ist, wobei eine Stirnfläche des elastischen Elements in der Fahrzeugbreitenrichtung dem Anschlag zugewandt ist.
Fahrzeuglenkvorrichtung nach Anspruch 4, wobei eine Stirnfläche des Kollisionspufferelements in der Fahrzeugbreitenrichtung in derselben Ebene wie eine Stirnfläche des elastischen Elements liegt oder in Richtung des Anschlags über die Stirnfläche des elastischen Elements hinausragt.