DE3544345A1

DE3544345A1 - Kraftfahrzeuglenkung mit einer teleskoplenksaeule

Info

Publication number: DE3544345A1
Application number: DE19853544345
Authority: DE
Inventors: Günter 3170 Gifhorn Hoffmann; Günter Dipl.-Ing. Klaus; Jörg 3300 Braunschweig Schmidtchen; Ruprecht Dipl.-Ing. 3170 Gifhorn Sinnhuber
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 1984-12-24
Filing date: 1985-12-14
Publication date: 1986-07-03
Anticipated expiration: 2005-12-15
Also published as: DE3544345C2

Description

Kraftfahrzeuglenkung mit einer Teleskoplenksäule
Die Erfindung betrifft eine Kraftfahrzeuglenkung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Bei aus der DE-OS 24 08 174, B62D 1/18, bekannten Kraftfahrzeuglenkungen dieser Art ist der Energiespeicher in der Lenksäule, und zwar zwischen den beiden teleskopierenden Bestandteilen, derselben angeordnet. Er enthält beispielsweise eine im kollisionsfreien Betrieb gespannte Feder, die auf einer kolbenartigen Erweiterung des oberen Lenksäulenteils aufliegt, und zur Erzeugung der Arretierungskraft dient eine Gasfüllung, die der Federkraft entgegenwirkt; zusätzlich können Arretierungsstifte für den Kolben vorgesehen sein. Bei einer Kollision wird der Gasdruck der Gasfüllung so weit verringert, daß die Arretierung für die gespannte Feder aufgehoben wird und diese mit ihrer frei werdenden Federkraft den oberen Lenksäulenteil und insbesondere das Lenkrad vom Fahrzeugfahrer wegbewegen kann, bevor dieser auf das Lenkrad aufprallt, wodurch gefährliche Verletzungen hervorgerufen werden könnten.
Die bekannte Konstruktion gestattet jedoch lediglich eine axiale Bewegung des Lenkrads vom Fahrer weg durch Teleskopieren der Lenksäulenanordnung, trägt jedoch der Tatsache nicht Rechnung, daß auch nach dieser Parallelbewegung des Lenkrads die Ebene des Lenkradkranzes noch einen gefährlichen Winkel mit der Ebene des aufprallenden Fahrers bilden kann.
Der Erfindung liegt demgemäß die Aufgabe zugrunde, eine Kraftfahrzeuglenkung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 unter Wahrung ihres wesentlichen Vorteils - Entfernen des Lenkrads vom Fahrer vor dem Aufprall des Fahrers (oder gesteuertes Nachgeben während der Belastung durch den Fahrer) zwecks Schaffung eines Bewegungsraums für den Fahrer zur Abbremsung durch den Sicherheitsgurt -, zu schaffen, die mit einfachen Mitteln auch eine Schwenkung der Ebene des Lenkrads bei Kollision in eine der Körperebene nach Abbremsung durch den Sicherheitsgurt parallele Ebene bewirkt.
Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe besteht in den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1, vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen der Erfindung beschreiben die Unteransprüche.
Die Lösung der definierten Aufgabe wird in vorteilhafter Weise also durch sehr einfache Maßnahmen erreicht: Durch Anordnung des mittels des Kollisionssensors beim Auftreten einer Kollision freigebbaren Energiespeichers außerhalb der Lenksäule wird die Möglichkeit gegeben, nicht nur die zum Teleskopieren, d.h. zum axialen Bewegen des oberen Lenksäulenteils mit dem Lenkrad vom Fahrer weg, erforderlichen Kräfte zu erzeugen, sondern in die Lenksäule auch Momente einzuleiten, die ein Schwenken der Lenksäule um die definierte Schwenkachse und damit des Lenkrads in die gewünschte Ebene ausüben.
Wie Patentanspruch 10 zum Ausdruck bringt, läßt die Erfindung weitgehende Freiheit hinsichtlich der übrigen Gestaltung der Lenkung. So ist es möglich, die Teleskopeigenschaft der Lenksäule dazu auszunutzen, bei einem doch erfolgenden Aufprall des Fahrers auf das Lenkrad, also bei Aufprall des Fahrzeugs mit hoher Geschwindigkeit, die Lenkung nachgiebig zu gestalten.
Im folgenden werden vier Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung erläutert, deren Figuren schematisch senkrechte Schnitte durch einen Personenkraftwagen im Bereich der Lenkung wiedergeben.
Die Maßnahmen gemäß Patentanspruch 11 - die Ansprüche 12 und 13 beschreiben vorteilhafte Ausführungsbeispiele dafür - tragen der Tatsache Rechnung, daß bei schrägen, also nicht exakt in Längsrichtung des Fahrzeugs erfolgenden Kollisionen die Gefahr eines Verklemmens der Teleskoplenksäule und/oder des Verschiebelagers der Abstützung des oberen Lenksäulenteils auftreten kann. Auch ist es bei einer solchen schrägen Kollision zur Verringerung der Verletzungsgefahr vorteilhaft, wenn das Lenkrad um eine im wesentlichen senkrechte Schwenkachse in eine Stellung schwenkt, in der es den sich schräg nach vorn bewegenden Fahrer auffangen kann.
Die Merkmale dieser Patentansprüche zeigen ihre Vorteile auch dann, wenn Energiespeicher und Kollisionssensor fehlen, wenngleich sie letztlich zur vollkommenen Lösung der oben definierten Aufgabe beitragen.
Betrachtet man zunächst Fig. 1, so enthält die Teleskoplenksäule 1 den oberen, das Lenkrad 2 tragenden Lenksäulenteil 3 und den unteren Lenksäulenteil 4, die sich an ihren einander zugekehrten Endbereichen teleskopierend umgeben. Mit dem oberen Lenksäulenteil 3 ist in Teleskopierungsrichtung, d.h. in Achsrichtung der Lenksäule 1, der Lenksäulenmantel 5 fest verbunden, der sich über das Deformationsglied 6 und das Schwenkgelenk 7 an der Gelenkwelle 8 abstützt, die ihrerseits über das weitere, mit dem nicht dargestellten Lenkgetriebe in Verbindung stehende Schwenklager 9 abgefangen ist.
Mit dem Mantelrohr 5 ist starr der eine Bestandteil 10 des Verschiebelagers 11 verbunden, dessen anderer, etwa schienen- oder kulissenartiger Bestandteil 12 über das Schwenklager 13 am Fahrzeugaufbau 14 gehalten ist. Das Schwenklager 13 definiert eine zur Fahrzeuglängsachse senkrecht verlaufende Schwenkachse für die Lenksäule 1 nebst Mantelrohr 5.
Bei 15 greift am vorderen Ende von Mantelrohr 5 und Deformationsglied 4 die hier ein bei 16 umgelenktes Seil 17 enthaltende kraftübertragende Verbindung zum Kolben 18 der Kolben-Zylinder-Anordnung 19 an, die im Fahrzeugaufbau 14 an geeigneter Stelle gelagert ist und der über die Leitung 20 in Abhängigkeit vom Zustand eines nicht dargestellten, da an sich bekannten elektrischen oder mechanischen Kollisionssensors ein Druckmedium, z.B. Gas, unter einem vorgegebenen Druck zugeführt wird. In Fig. 1 ist angenommen, daß der Arbeitsraum 21 des Energiespeichers 19 im kollisionsfreien Zustand praktisch überdruckfrei ist, so daß die einzelnen Teile der Lenkung die dargestellte Betriebslage einnehmen. Sobald jedoch ein Aufprall des Fahrzeugs auf ein Hindernis erfolgt ist, wird der Kollisionssensor beispielsweise durch Verformung eines vorderen Teils des Fahrzeugs oder aber in Abhängigkeit von der auftretenden Verzögerung betätigt, so daß er eine starke Druckerhöhung im Arbeitsraum 21 und damit ein Bewegen des Kolbens 18 in Fig. 1 nach rechts bewirkt.
Dies hat über das Seil 17, das an seiner Befestigungsstelle 15 zumindest während eines Teils der Aufwärtsbewegung einen von 90° abweichenden Winkel mit der Achse der Lenksäule 1 einschließt, sowohl ein Schwenken derselben um die durch das Schwenklager 13 definierte Schwenkachse als auch eine Verschiebung der Lenksäule 1 in der Figur nach links unter Einschaltung des Verschiebelagers 11 zur Folge.
Damit wird das Lenkrad 2 also nicht nur vom Fahrer weg nach vorn bewegt, sondern der Lenkradkranz auch in eine steilere Ebene bewegt, so daß bei einer Kollision mit hoher Geschwindigkeit der - durch den Sicherheitsgurt bereits abgebremste - Fahrer nicht nur örtlich, sondern auf den gesamten Umfang des Lenkrads aufprallt.
Um den Verhältnissen bei einer schrägen Kollision Rechnung zu tragen, kann der Bestandteil 10 des Verschiebelagers 11 als kreisscheibenförmiger Kulissenstein ausgebildet sein, der Schwenkbewegungen um eine senkrecht zu seiner Ebene und damit auch räumlich etwa senkrecht verlaufende Schwenkachse nicht behindert. Das gleiche wird erreicht, wenn man das Schwenklager 13 als Kugel-Kugelpfannen-Lager kardanartig ausbildet. Schwenkbewegungen um diese etwa senkrechte Schwenkachse erfolgen beim Crash unter der Wirkung der Massenträgheit insbesondere des Lenkrads 2.
In dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 erkennt man wiederum die Lenksäule 30 mit den beiden Lenksäulenteilen 31 (an dem das Lenkrad 32 drehfest befestigt ist) und 33 sowie dem Mantelrohr 34, an dem das Verschiebelager 35 festgelegt ist; dieses ist über das Schwenklager 36 am Fahrzeugaufbau 37 gehalten. Auch hier findet sich zwischen den beiden Gelenken 38 und 39 eine Gelenkwelle 40. Ebenso wie in dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 liegt die Gelenkwelle nicht in der Zeichenebene, sondern etwas zu dieser geneigt, so daß der Anlenkungspunkt 41 der hier als Stange 42 ausgeführten Kraftübertragung zum Kolben 43 des Energiespeichers 44 Schwenkbewegungen ausführen kann.
In Fig. 2 ist der Zustand des Deformationsglieds 45 des Mantelrohrs 34 und die Lage der Bestandteile der Lenkung bei einer Kollision dargestellt. Der Kolben befindet sich infolge von dem Kollisionssensor eingeleiteter Druckerhöhung in der Arbeitskammer 46 in seiner oberen Stellung, in der er unter Ausnutzung der Lager 35 und 36 sowohl eine Verschiebebewegung des oberen Lenksäulenteils 31 als auch eine Schwenkbewegung desselben hervorgerufen hat, so daß das Lenkrad 32 sowohl vom Fahrer weg bewegt als auch in eine steilere Ebene geschwenkt ist. Außerdem ist angenommen, daß der Fahrer auf das Lenkrad 32 aufgeprallt ist, wodurch das sich über die Gelenkwelle 40 abstützende Deformationselement 45 unter Energieumsetzung zusammengestaucht wurde.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 3 mit Teleskoplenksäule 50, Lenkrad 51, Gelenkwelle 52, Gelenken 53 und 54, Verschiebelager 55 und Schwenklager 56 greift die kraftübertragende Verbindung, hier durch den Kraftpfeil 57 angedeutet, zu dem nicht dargestellten Energiespeicher an dem Montagebock 58 zwischen Mantelrohr 59 und Verschiebelager 55 an. Dies setzt verständlicherweise voraus, daß die Anlenkungsstelle der Verbindung 57 am Montagebock 58 bezüglich des Schwenklagers 56 so liegt, daß die Verbindung 57, die wiederum stangen- oder seilartig ausgeführt sein kann, Drehmomente bezüglich der Schwenkachse des Schwenklagers 56 in das Mantelrohr 59 und damit die Lenksäule 50 einleiten kann.
Auch in Fig. 3 ist der Zustand nach einem Aufprall angenommen, d.h. das Deformationsglied 60 im gestauchten Zustand gezeichnet.
Fig. 4 zeigt eine andere Ausbildungsmöglichkeit für den Energiespeicher, nämlich als Drehfeder 70, die zwischen dem Fahrzeugaufbau 71 und dem Montagebock 72 für das Verschiebelager 73 am Mantelrohr 74 für die Teleskoplenksäule 75 eingespannt ist. Die Drehfeder 70 überbrückt also gleichsam das Schwenklager 76 für die Lenksäule 75.
Zwischen den beiden Gelenken 77 und 78 erstreckt sich wiederum eine Gelenkwelle 79. In diesem Ausführungsbeispiel wird eine größere Freiheit hinsichtlich der bei einem Crash vorgenommenen Bewegungen des Lenkrads 80 dadurch erzielt, daß, wie durch die Pfeile 81 angedeutet, durch den Kollisionssensor ein Herauslösen oder Heraussprengen zumindest eines Bereichs der Gelenkwelle 79 eingeleitet wird. Zu diesem Zweck können Sprengelemente nach Art von Sprengbolzen oder Sprengschrauben Einsatz finden, wie sie an sich beispielsweise aus der US-PS 3 988 027, B62D 1/18, bekannt sind. Im kollisionsfreien Betrieb bildet die Gelenkwelle 79 zumindest einen Bestandteil der Arretierung des durch die Drehfeder 70 gebildeten Energiespeichers. Sobald die Drehfeder 70 freigegeben ist, bewirkt sie, wie durch den Pfeil 82 angedeutet, eine Bewegung des Mantelrohrs 74 und damit zumindest des oberen, das Lenkrad 80 tragenden Lenksäulenteils um ihre fahrzeugfeste Anlenkung 84. Auch hier ist angenommen, daß durch späteren Aufprall des Fahrers auf das Lenkrad 80 das Deformationselement 83 gestaucht ist.
Führt man die Arretierung als lösbare Reibverbindung aus, ergibt sich die Möglichkeit, sie zur Lenkradeinstellung im Betrieb auszunutzen.
Wie die Ausführungsbeispiele zeigen, bietet die Erfindung eine Möglichkeit, mit einfachen technischen Mitteln bereits vor dem Aufprall des Fahrers auf das Lenkrad sowohl eine Entfernung desselben vom Fahrer als auch eine optimale Ausrichtung der Ebene des Lenkradkranzes sicherzustellen.
v - Leerseite -

Claims

PATENTANSPRÜCHE 1. Kraftfahrzeuglenkung mit einer zwei teleskopierende Lenksäulenteile, von denen ein oberer ein Lenkrad trägt, enthaltenden Lenksäule, deren oberer Teil in Teleskopierungsrichtung nach Überwinden einer Arretierung verschiebbar am Fahrzeugaufbau abgestützt ist, und mit einem durch einen Kollisionssensor freigebbaren Energiespeicher zum Erzeugen einer die Arretierung überwindenden Kraft, dadurch gekennzeichnet, daß der obere Lenksäulenteil (13) auch um eine horizontale, im wesentlichen quer zur Fahrzeuglängsachse verlaufende Schwenkachse schwenkbar abgestützt, der Energiespeicher (19) außerhalb der Lenksäule (1) angeordnet ist und eine kraftübertragende Verbindung (17) zwischen ihm und dem oberen Lenksäulenteil (13) sowohl Axialkräfte als auch Momente um die Schwenkachse einleitend verläuft.
2. Lenkung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstützungen (11,13) für den oberen Lenksäulenteil (3) an einem Lenksäulen-Mantelrohr (5) angreifen, das auch einen Bestandteil der kraftübertragenden Verbindung bildet und mit dem oberen Lenksäulenteil (3) in Teleskopierungsrichtung fest verbunden ist.
3. Lenkung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Verschiebelager (11) für den oberen Lenksäulenteil (3) über ein die Schwenkachse definierendes Schwenklager (13) am Fahrzeug (14) gehalten ist.
4. Lenkung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die kraftübertragende Verbindung ein flexibles oder starres Zugelement (17, 42) enthält, dessen Längsachse lenksäulenseitig mit der Teleskopierungsrichtung einen von 900 abweichenden Winkel einschließt.
5. Lenkung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Energiespeicher (19) eine Kolben-Zylinder-Anordnung mit einer Druckmediumfüllung enthält, deren Druck durch den Kollisionssensor bestimmt ist.
6. Lenkung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Energiespeicher eine im kollisionsfreien Betrieb gespannte Feder (70) enthält.
7. Lenkung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder eine Drehfeder (70) ist.
8. Lenkung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Arretierung Elemente nach Art von Sprengschrauben enthält, die durch den Kollisionssensor gezündet werden.
9. Lenkung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Elemente einer zwischen der Lenksäule (75) und einem Lenkgetriebe angeordneten Gelenkwelle (79) zugeordnet sind, die zugleich einen Bestandteil der Arretierung bildet.
10. Lenkung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der obere Lenksäulenteil (3) in Teleskopierungsrichtung mit einem Mantelrohr (5) fest verbunden ist, das ein bei einem Fahreraufprall wirksam werdendes Deformationsglied (6) enthält.
11. Kraftfahrzeuglenkung mit einer zwei teleskopierende Lenksäulenteile, von denen ein oberer ein Lenkrad trägt, enthaltenden Lenksäule, deren oberer Teil in Teleskopierungsrichtung nach Überwinden einer Arretierung verschiebbar und/oder um eine im wesentlichen quer zur Fahrzeuglängsachse verlaufende Schwenkachse schwenkbar am Fahrzeugaufbau abgestützt ist, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstützung (11,13) auch nach Überwinden der Arretierung Schwenkbewegungen des oberen Lenksäulenteils (3) um eine im wesentlichen senkrechte Schwenkachse zulassend ausgebildet ist.
12. Lenkung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstützung ein Verschiebelager (11) mit einer Kulisse (12) und einem in dieser verschiebbaren Kulissenstein (10) enthält, der eine kreisscheibenartige Form besitzt.
13. Lenkung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstützung ein kardanisches Schwenklager enthält.
14. Lenkung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Schwenklager (13) eine Kugel und eine Kugelpfanne enthält.