WO2000056579A1 - Lenkrad mit tilgersystem für fahrzeuge - Google Patents

Lenkrad mit tilgersystem für fahrzeuge Download PDF

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WO2000056579A1
WO2000056579A1 PCT/EP2000/002167 EP0002167W WO0056579A1 WO 2000056579 A1 WO2000056579 A1 WO 2000056579A1 EP 0002167 W EP0002167 W EP 0002167W WO 0056579 A1 WO0056579 A1 WO 0056579A1
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steering wheel
airbag module
airbag
gas generator
mass
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Franz-Josef Wolf
Alexander Noll
Joachim Schneider
Ralf Kolb
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Woco Franz-Josef Wolf & Co.
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60R—VEHICLES, VEHICLE FITTINGS, OR VEHICLE PARTS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B60R21/00—Arrangements or fittings on vehicles for protecting or preventing injuries to occupants or pedestrians in case of accidents or other traffic risks
    • B60R21/02—Occupant safety arrangements or fittings, e.g. crash pads
    • B60R21/16—Inflatable occupant restraints or confinements designed to inflate upon impact or impending impact, e.g. air bags
    • B60R21/20—Arrangements for storing inflatable members in their non-use or deflated condition; Arrangement or mounting of air bag modules or components
    • B60R21/203—Arrangements for storing inflatable members in their non-use or deflated condition; Arrangement or mounting of air bag modules or components in steering wheels or steering columns
    • B60R21/2035—Arrangements for storing inflatable members in their non-use or deflated condition; Arrangement or mounting of air bag modules or components in steering wheels or steering columns using modules containing inflator, bag and cover attachable to the steering wheel as a complete sub-unit
    • B60R21/2037—Arrangements for storing inflatable members in their non-use or deflated condition; Arrangement or mounting of air bag modules or components in steering wheels or steering columns using modules containing inflator, bag and cover attachable to the steering wheel as a complete sub-unit the module or a major component thereof being yieldably mounted, e.g. for actuating the horn switch or for protecting the driver in a non-deployment situation
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D7/00—Steering linkage; Stub axles or their mountings
    • B62D7/22—Arrangements for reducing or eliminating reaction, e.g. vibration, from parts, e.g. wheels, of the steering system
    • B62D7/222—Arrangements for reducing or eliminating reaction, e.g. vibration, from parts, e.g. wheels, of the steering system acting on the steering wheel

Definitions

  • the invention relates to a steering wheel for vehicles.
  • German published patent application DE 1 97 31 314 A1 that the airbag module and the Separate the cover cap for this module from each other, rigidly connect the cap to the steering wheel skeleton and separately connect the airbag module to the steering wheel via at least one decoupling element.
  • At least one elastic element made of rubber serves as the decoupling element.
  • the elastic elements made of rubber are matched in their hardness to the mass of the vibrating airbag module in such a way that the natural frequency of the overall system, which in particular consists of the airbag module, the contact bridge, the connecting plates and the cap, is in areas by a phase shift in the vibration of the airbag module is shifted, which are not critical in the motor vehicle.
  • the airbag module is therefore vibration-decoupled from the steering wheel by using the decoupling element.
  • the cap held separately on the top of the steering wheel from the airbag module swings together with the steering wheel, so that there is no relative movement between these two elements, while the airbag module decouples and oscillates independently of the steering wheel with a self-resonance set such that its occurrence in the Motor vehicle is not critical.
  • the invention is based on one of solving the technical problem described at the outset Coupling of the airbag vibration system to the vibrating steering wheel, with the interposition of a spring element in such a way that the inherent resonance of the steering wheel occurring in the undesired area is wiped out by utilizing and using the mass of the gas generator of the airbag.
  • a coordinated absorber system is effective through the targeted adjustment of the gas generator mass to the natural resonance of the steering wheel.
  • the damper spring preferably an elastomer spring, can be inserted both between the steering wheel skeleton and the carrier plate of the airbag module and, alternatively, between this carrier plate and the gas generator.
  • the spring element of the absorber system is preferably an elastomer spring element, which, when inserted between the steering wheel and the carrier plate of the airbag module, preferably as a snap-in bearing, and when inserted between the carrier plate and the gas generator, preferably as a support ring or carrier ring for the mass of the Gas generator is formed.
  • Fig. 1 in axial section a steering wheel with the features of
  • the steering wheel 1 shown in Fig. 1 consists essentially of a steering wheel skeleton 2, which is covered with a hard foam 3.
  • An airbag module 4 is integrated centrally in the steering wheel 1 and is covered on the outside with a cap 5.
  • the airbag module 4 essentially consists of a gas generator 6, a gas bag 7, a boundary plate 8 for the folding space and a cover 9 which is arranged below the cap 5.
  • the limiting plate 8 and the cover 9 enclose the folded gas bag 7.
  • the limiting plate 8, the cover 9 and the gas bag 7 are fastened by means of screws 10 to a carrier plate 11 of the airbag module 4.
  • the gas generator 6 is not rigidly connected to the carrier plate 11, but is supported in a three-dimensionally freely oscillatable manner via a spring ring 12 made of an elastomer, on which an annular carrier flange 17 of the gas generator 6 rests.
  • the carrier plate 11 of the airbag module is in turn rigidly connected to the steering wheel skeleton 2 via three fixed screw connections 15, which are distributed uniformly over the circumference of the carrier plate 11, via intermediate plates 13, 14 and screws 16. If, in this embodiment of the invention, the steering wheel 1 is subjected to vibrations from the rigidly coupled steering column (not shown in the figures), the mass-spring damper system 6, 12 begins to oscillate counter to the imprinted interference vibrations. The resonance frequency of this damper system for the entire steering wheel is essentially matched to the mass of the gas generator 6.
  • FIG. 2 A second exemplary embodiment of the invention is shown in FIG. 2.
  • the same reference numerals as in FIG. 1 are used in FIG. 2 insofar as the same parts are identified.
  • the gas generator 6 is likewise rigidly connected to the carrier plate 11 via the carrier flange 17 and the screw 10.
  • the carrier plate 11 is connected to the steering wheel skeleton 2 via three plates 12, 14, and a bolt connection 19, 20 in a resiliently oscillating manner via the plates 13, 14.
  • the entire airbag module 4 thus forms the absorber mass, which is coupled to the steering wheel skeleton 2 via the Tiiger spring 18, namely the snap-in bearing, for absorbing the steering wheel vibrations. Because of its mass, the total mass of the damper is also determined predominantly by the mass of the gas generator in this structure of the vibration damper for a steering wheel.
  • FIGS. 1 and 2 show possibilities of how, according to the core idea of the invention, the gas generator 6 of an airbag module 4 can be used as an absorber mass in connection with suitably arranged and designed springs together with these as an absorber for actively absorbing the steering wheel vibrations .
  • the person skilled in the art has a lot more options for training the damper springs than it would make sense here. exhaustively dealt with in further modifications to the two basic models of the arrangement of the damper spring explained above.

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Abstract

Bei einem Kraftfahrzeuglenkrad mit Airbagmodul (4) ist das Airbagmodul (4), zumindest dessen Gasgenerator, federnd am Lenkrad gelagert, so dass im Betrieb des Fahrzeugs am Lenkrad (1) auftretende Störvibrationen getilgt werden können. Zu diesem Zweck sind die Elastizität der Federn (12, 18) und die Masse des Gasgenerators (6) bzw. der anderen leichteren Teile des Airbagmoduls (4) so abgestimmt, dass die Resonanzfrequenz des so verfügbaren Tilgersystems im Störvibrationsbereich der Lenkradvibrationen liegt.

Description

LENKRAD MIT TILGERSYSTEM FÜR FAHRZEUGE
BESCHREIBUNG
Die Erfindung betrifft ein Lenkrad für Fahrzeuge.
Trotz aller Fortschritte bei der Dämmung und Dämpfung von Störschwingungen und Vibrationen im Kraftfahrzeug bleibt das Ausschalten der Vibrationen^ im Lenkrad ein bislang nur ungenügend gelöstes Problem.
So ist es zwar aus der Praxis bekannt, Lenkradvibrationen durch Tilger zu unterdrücken, jedoch ist deren Integration in ein Lenkrad herstellungsbedingt so aufwendig , daß solche Systeme bislang fast nur in Dieselfahrzeugen der gehobenen Preisklasse zu finden sind.
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung das technische Problem zugrunde, Mittel und Wege zu finden, die ein
Unterdrücken der Lenkradvibrationen selbst in Serienfahrzeugen der unteren Preisklasse ermöglichen.
Unabhängig von dem vorstehend formulierten technischem Problem führt das Auftreten von Vibrationen am Lenkrad eines Kraftfahrzeugs auch dann zu größeren Problemen, wenn bei der mittlerweile üblichen Integration eines Airbagmoduls im Lenkrad ein solches Airbagmodul mit einer Kappe abgedeckt ist, die relativ zum Lenkrad schwimmend gelagert ist. Während das Lenkrad infolge der starren Kupplung mit der Längsspindel schwingt, treten an einer solchen Kappe des Airbagmoduls keine oder zumindest verringerte Vibrationen auf. Aus diesem Grunde muß zwischen der Kappe und dem Lenkrad ein relativ großer Spalt vorhanden sein, um bei Betrieb des Kraftfahrzeugs ein Reiben und Schlagen zwischen Kappe und Lenkrad und damit das Auftreten lästiger Geräusche durch Leπkradvibrationen zu vermeiden.
Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 1 97 31 314 A1 ist es zur Lösung dieses Problems bekannt, das Airbagmodul und die Abdeckkappe für dieses Modul voneinander zu trennen, die Kappe starr mit dem Lenkradskelett zu verbinden und das Airbagmodul über mindestens ein Entkopplungselement separat mit dem Lenkrad zu verbinden. Als Entkopplungselement dient mindestens ein aus Gummi bestehendes elastisches Element. Die elastischen Elemente aus Gummi sind dabei in ihrer Härte auf die Masse des schwingenden Airbagmoduls so abgestimmt, daß durch eine Phasenverschiebung der Schwingung des Airbagmoduls die Eigenfrequenz des Gesamtsystems, das insbesondere aus dem Airbagmodul, der Kontaktbrücke, den Verbindungsblechen und der Kappe besteht, in Bereiche verschoben wird, die im Kraftfahrzeug unkritisch sind. Bei dieser Anordnung nach dem Stand der Technik ist also das Airbagmodul durch die Verwendung des Entkopplungselements vom Lenkrad schwingungsentkoppelt. Bei einer Vibration des Lenkrades schwingt die an der Lenkradoberseite getrennt vom Airbagmodul gehalterte Kappe zusammen mit dem Lenkrad, so daß zwischen diesen beiden Elementen keine Relativbewegung vorhanden ist, während das Airbagmodul entkoppelt und unabhängig vom Lenkrad mit einer solcherart eingestellten Eigenresonanz schwingt, daß deren Auftreten im Kraftfahrzeug unkritisch ist.
Schließlich ist aus dem landläufigen Stand der Technik weiterhin bekannt, das Auftreten von Vibrationen an einem Airbag-Lenkrad dadurch unwirksam werden zu lassen, daß unmittelbar am Lenkrad selbst Zusatzmassen angebracht sind, durch deren Wirken die Eigenresonanz der Lenkrad-Airbag-Baugruppe ebenfalls in Bereiche verschoben wird, die im Kraftfahrzeug als unkritisch gelten.
Im Gegensatz zu den vorstehend beschriebenen Versuchen des Standes der Technik, ein Airbag-Lenkrad durch Verschieben von Eigenresonanzen zu beruhigen und zu diesem Zweck auch das gesamte Airbagmodul vom Lenkrad zu entkoppeln, geht die Erfindung zur Lösung des eingangs beschriebenen technischen Problems gerade von einer Ankopplung des Airbag-Schwingungssystems an das vibrierende Lenkrad aus, und zwar unter Zwischenschaltung eines Federelements dergestalt, daß die im unerwünschten Bereich auftretende Eigenresonanz des Lenkrades durch Ausnutzung und unter Einsatz der Masse des Gasgenerators des Airbags getilgt wird. Durch die gezielte Abstimmung der Gasgeneratormasse auf die Eigenresonanz des Lenkrades wird ein abgestimmtes Tilgersystem wirksam. Die durch die starre Ankopplung des Lenkrades an die Lenksäule unvermeidbare Vibration des Lenkrades beim Betrieb des Kraftfahrzeugs wird also gemäß der Erfindung nicht mit aufwendigen Mitteln und Maßnahmen in irgendwelche als "unkritisch" angesehenen Frequenzbereiche verschoben, sondern unter Benutzung der ohnehin vorhandenen Masse des Gasgenerators des Airbagmoduls unmittelbar am Ort des Auftretens getilgt.
Zur Verwirklichung des solcherart aufgebauten Tilgersystems im Airbag- Lenkrad kann die Tilgerfeder, vorzugsweise eine Elastomerfeder, sowohl zwischen dem Lenkradskelett und dem Trägerblech des Airbag-Moduis als auch, alternativ, zwischen diesem Trägerblech und dem Gasgenerator eingefügt sein.
Das Federelement des Tilgersystems ist aus Gründen auch der akustischen Isolation vorzugsweise ein Elastomer-Federelement, das bei Einfügen zwischen dem Lenkrad und dem Trägerblech des Airbagmoduls vorzugsweise als Einknüpflager, und beim Einfügen zwischen dem Trägerblech und dem Gasgenerator vorzugsweise als Stützring oder Trägerring für die Masse des Gasgenerators ausgebildet ist.
Unabhängig davon, wo die Tilgerfeder eingefügt und wie sie ausgebildet ist, bleibt der Kern der Erfindung jedoch stets der gleiche, und beruht im
Gegensatz zu allen aus dem Stand der Technik bekannten Versuchen zum Umgang mit der Lenkradvibration darauf, die ohnehin und notwendigerweise vorhandene vergleichsweise große Masse des Gasgenerators für den Airbag als Tilgermasse für ein Tilgersystem zum Tilgen von Lenkradvibration zu verwenden.
Die Erfindung ist im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 im Axialschnitt ein Lenkrad mit den Merkmalen der
Erfindung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel; und
Fig. 2 im Axialschnitt ein Lenkrad mit den Merkmalen der
Erfindung nach einem zweiten Ausführungsbeispiel.
Das in Fig. 1 gezeigte Lenkrad 1 besteht im wesentlichen aus einem Lenkradskelett 2, das mit einem Hartschaum 3 verkleidet ist. Zentral im Lenkrad 1 ist ein Airbagmodul 4 integriert, das nach außen mit einer Kappe 5 abgedeckt ist.
Das Airbagmodul 4 besteht im wesentlichen aus einem Gasgenerator 6, einem Gassack 7, einem Begrenzungsblech 8 für den Faltraum sowie einer Abdeckung 9, die unterhalb der Kappe 5 angeordnet ist. Das Begrenzungsblech 8 und die Abdeckung 9 umschließen den gefalteten Gassack 7. Das Begrenzungsblech 8, die Abdeckung 9 und der Gassack 7 sind mittels Schrauben 10 auf einem Trägerblech 1 1 des Airbagmoduls 4 befestigt. Im Gegensatz zu diesen Elementen ist der Gasgenerator 6 jedoch nicht starr mit dem Trägerblech 1 1 verbunden, sondern über einen Federring 12 aus einem Elastomer, auf dem ein ringförmiger Trägerfiansch 17 des Gasgenerators 6 aufliegt, dreidimensional frei schwingfähig gelagert.
Das Trägerblech 11 des Airbagmoduls ist seinerseits über drei gleichmäßig auf den Umfang des Trägerblechs 11 verteilt angeordnete feste Schraubverbindungen 15 über Zwischenbleche 13, 14 und Schrauben 16 starr mit dem Lenkradskelett 2 verbunden. Wird bei dieser Ausgestaltung der Erfindung das Lenkrad 1 aus der starr angekoppelten Lenksäule (in den Figuren nicht dargestellt) mit Vibrationen beaufschlagt, so beginnt das Masse-Feder-Tilgersystem 6, 12 gegenzuschwingen und die aufgeprägten Störschwingungen zu tilgen. Dabei ist die Resonanzfrequenz dieses Tilgersystems für das gesamte Lenkrad im wesentlichen über die Masse des Gasgenerators 6 abgestimmt.
Ein zweites Ausführuπgsbeispiel der Erfindung ist in der Fig. 2 gezeigt. Dabei sind in den Fig. 2 die gleichen Bezugszeichen wie in der Fig. 1 verwendet, soweit gleiche Teile bezeichnet sind.
Im Gegensatz zu dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ist jedoch bei dem in Fig. 2 gezeigten Ausführungsbeispiel der Gasgenerator 6 über den Trägerflansch 17 und die Schraube 10 ebenfalls starr mit dem Trägerblech 11 verbunden. Statt dessen ist das Trägerblech 1 1 über drei Elastomer-Einknüpflager 18 und eine Bolzenverschraubung 19, 20 federnd schwingfähig über die Bleche 13, 14 mit dem Lenkradskelett 2 verbunden. Das gesamte Airbagmodul 4 bildet also die Tilgermasse, die über die Tiigerfeder 18, nämlich das Einknüpflager, zum Tilgen der Lenkradvibratioπen am Lenkradskelett 2 angekoppelt ist. Wegen seiner Masse wird aber auch bei diesem Aufbau des Vibrationstilgers für ein Lenkrad die Gesamtmasse des Tilgers ganz überwiegend durch die Masse des Gasgenerators bestimmt.
Die beiden in den Figuren 1 und 2 gezeigten Ausführungsbeispiele der Erfindung zeigen Möglichkeiten, wie nach dem Kerngedanken der Erfindung der Gasgenerator 6 eines Airbagmoduls 4 als Tilgermasse in Verbindung mit geeignet angeordneten und ausgelegten Federn zusammen mit diesen als Tilger zum aktiven Tilgen der Lenkradvibrationen eingesetzt werden kann. In diesem Rahmen hat der Fachmann zur Ausbildung der Tilgerfedern in erkennbarer Weise sehr viel mehr Möglichkeiten zur Verfügung als es vorliegend sinnvoll wäre, in weiteren Abänderungen zu den vorstehend erläuterten beiden Grundmodellen der Anordnung der Tilgerfeder erschöpfend abzuhandeln. Wichtig ist lediglich, daß gemäß der Erfindung keine zusätzlichen Massen benötigt werden, um Eigenresonanzen des Lenkrad-Airbag-Gesamtsystems in "unschädliche" Frequenzbereiche zu verlagern, sondern daß eine ohnehin unvermeidbare und vorhandene Masse, nämlich primär die Masse des Gasgenerators des Airbagmoduls, als aktiv tilgende Tilgermasse auszunutzen und einzusetzen.

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Lenkrad für Kraftfahrzeuge, die mit einem federnd am Lenkrad gelagerten Airbagmodul ausgrüstet sind, g e ke n n ze i ch n et durch eine Abstimmung des Airbagmoduls (4) als Tilgermasse zum Tilgen von Lenkradvibrationen.
2. Lenkrad nach Anspruch 1, g eke n n ze i c h n et durch eine Abstimmung des Airbagmoduls (4) durch eine Abstimmung der
Masse des Gasgenerators (6) des Airbagmoduls.
3. Lenkrad nach einem der Ansprüche 1 oder 2, geken nzeich n et durch ein Elastomerfederelement (12; 18) als Tiigerfeder.
4. Lenkrad nach einem der Ansprüche 1 bis 3, g e ke n nze ich n et durch eine Anordnung des Elastomerfederelements (18) zwischen einem Airbagträgerblech (11) und dem Lenkrad, bzw. einem Lenkradskelett (2).
5. Lenkrad nach einem der Ansprüche 1 bis 3, g e ke n nze i c h net durch eine Anordnung des Elastomerfederelements (12) zwischen dem Airbagträgerblech (11) und dem Gasgenerator (6) des Airbagmoduls (4).
6. Lenkrad nach Anspruch 4, g e k e n nze i ch n et durch ein Einknüpfiager (18,19,20) als Elastomerfedereiement.
7. Lenkrad nach Anspruch 4, g e ke n nze ic h n et durch einen Elastomerstützring (12) auf oder in dem Airbagträgerblech (11), auf oder in dem der Gasgenerator (6) des Airbagmoduls (4) gelagert ist.
8. Verwendung der Masse eines in einem Kraftfahrzeuglenkrad integrierten Airbag-Gasgenerators als Tilgermasse zum Tilgen von Lenkradvibrationen und am Lenkrad auftretender Schwingungen.
PCT/EP2000/002167 1999-03-23 2000-03-13 Lenkrad mit tilgersystem für fahrzeuge WO2000056579A1 (de)

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