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Title:
MOTOR VEHICLE STEERING SYSTEM WITH A TORSIONAL VIBRATION DAMPER
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2003/016003
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a motor vehicle steering system comprising a vibration damper for torsional vibrations which are introduced into a steering wheel via a steering spindle. At least one metal element (3) is placed on the steering wheel in relation to the centre point of said steering wheel in a position which is as far outward as possible. The specific weight thereof is nominally greater than that of the steering wheel material. Preferably, the metal element (3) is embodied in the form of a ring and elastically embedded into the steering wheel rim (1); whereby the metal element (3) can be rotated on the steering wheel plane about the centre point of the steering wheel at least slightly in relation to the edge of the steering wheel rim (1). The metal element is suspended on the steering wheel rim by means of an elastomer element (4). The metal element can be fully or only partially connected to the steering wheel rim; from a cross-sectional point of view, by means of an elastic link. Preferably, the steering wheel rim (1) is provided with a recess which accommodates the metal element and which is provided with a cover (5) on which the metal element is elastically suspended.

Inventors:
ERTLMAIER STEPHAN (DE)
Application Number:
PCT/EP2002/007278
Publication Date:
February 27, 2003
Filing Date:
July 02, 2002
Export Citation:
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Assignee:
BAYERISCHE MOTOREN WERKE AG (DE)
ERTLMAIER STEPHAN (DE)
International Classes:
B62D1/06; B62D7/22; (IPC1-7): B26D1/04; B62D7/22
Foreign References:
JPS6264675U1987-04-22
EP1180464A22002-02-20
JP2002154439A2002-05-28
DE20016639U12001-02-08
EP1063146A12000-12-27
Other References:
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 1996, no. 09 30 September 1996 (1996-09-30)
Attorney, Agent or Firm:
Schmidt, Günter c/o BMW AG Patentabteilung (AJ-3 München, DE)
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Claims:
Patentansprüche
1. Kraftfahrzeuglenkung mit einem Schwingungstilger für die über eine Lenkspindel in ein Lenkrad eingeleiteten Drehschwingungen dadurch gekennzeichnet, dass am Lenkrad bezüglich des Lenkrad Mittelpunktes weit außen liegend zumindest ein Metallele ment (3) elastisch angebracht ist, dessen spezifisches Gewicht nen nenswert größer als dasjenige des dort anzutreffenden Lenkrad Materials ist.
2. Kraftfahrzeuglenkung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Metallelement (3) ringförmig ausgebildet ist und elastisch in den Lenkradkranz (1) eingebettet ist, derart, dass das Metallelement (3) in der LenkradEbene um den LenkradMittelpunkt (Drehachse 7) zumindest geringfügig gegenüber dem Lenkradkranz (1) verdrehbar ist.
3. Kraftfahrzeuglenkung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Metallelement (3) über ein ElastomerElement (4) am Lenkradkranz (1) angehängt ist.
4. Kraftfahrzeuglenkung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Metallelement (3) im Querschnitt betrachtet vollständig oder nur partiell über eine elastische Anbindung mit dem Lenkradkranz (1) verbunden ist.
5. Kraftfahrzeuglenkung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Lenkradkranz (1) eine das Metallelement aufnehmende Aussparung (2) aufweist.
6. Kraftfahrzeuglenkung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussparung (2) mit einer Abde ckung (5) versehen ist, an der das Metallelement (3) elastisch aufge hängt ist.
7. Kraftfahrzeuglenkung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das spezifische Gewicht des Metall elementes (3) zumindest 7,5 kg/dm3 beträgt.
8. Kraftfahrzeuglenkung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Metallelement (3) in Messing ausgeführt und der Lenkradkranz (1) sowie die Lenkradspeichen durch ein Leichtmetallskelett, insbesondere aus Aluminium oder Mag nesium gefertigt, gebildet sind.
Description:
Kraftfahrzeuglenkung mit einem Drehschwingungs-Tilger Die Erfindung betrifft eine Kraftfahrzeuglenkung mit einem Schwingungstilger für die über eine Lenkspindel in ein Lenkrad eingeleiteten Drehschwingun- gen. Zum technischen Umfeld wird neben der DE 37 10 173 C2 auf die DE- OS 2 249 655 verwiesen, ferner sei die WO 00/18617 zitiert.

An Kraftfahrzeugen treten im Betrieb naturgemäß eine Vielzahl von Schwingungen auf, die u. a. auch in das Lenksystem des Fahrzeugs eingeleitet werden können. Da der Fahrzeugführer das Lenkrad stets in den Händen hält, werden hier deutliche spürbare Schwingungen, wie sie insbesondere im Bereich der Eigenfrequenzen des durch die Kraftfahrzeug- Lenkung sowie die Fahrzeugachse mit den lenkbaren Rädern gebildeten schwingungsfähigen Systems auftreten, als unangenehm empfunden.

Grundsätzlich hat dieses schwingungsfähige System mehrere Eigenfre- quenzbereiche, die unterschiedlich störend empfunden werden. Geeignete Maßnahmen zur Tilgung oder zumindest Dämpfung solcher Schwingungen sind daher wünschenswert.

So ist bspw. in der o. g. DE 37 10 173 C2 vorgeschlagen, bei einer Kraftfahr- zeuglenkung mit einem Lenkrad mit integrierter Aufprallschutzvorrichtung, die in einem innerhalb des Lenkradkranzes angeordneten Gehäuse untergebracht ist, dieses Gehäuse gegenüber dem Lenkrad in bezüglich der Lenksäulen-Längsachse senkrechter Richtung gedämpft schwimmend und dabei in dieser Richtung bewegbar zu lagern. Diese gedämpft schwimmende

Lagerung des Aufprallschutzvorrichtungs-Gehäuses senkt die Schwingungs- amplituden des Lenkrads erheblich ab. Abgesenkt werden mit diesem bekannten Stand der Technik (sowie mit einer Vielzahl von Weiterbildungen hiervon, die in diversen Druckschriften beschrieben sind) die Amplituden von in der Ebene senkrecht zur Lenksäulen-Längsachse auftretenden im wesentlichen geradlinig oszillierenden Schwingungsbewegungen, d. h. von Schwingungen, die in der zur Lenksäulen-Längsachse senkrechten Ebene bspw. in Horizontalrichtung oder in Vertikalrichtung auftreten.

Neben den im wesentlichen geradlinigen (linearen) Schwingungen von Kraftfahrzeug-Lenkrädern können an diesen auch periodische Drehschwin- gungen auftreten, die durch an den lenkbaren Fahrzeug-Rädern wirkende Kräfte, nämlich insbesondere durch die infolge Unwucht der Räder verur- sachten Zentrifugalkräfte angeregt werden. Eine weitere Ursache für Lenkrad-Drehschwingungen sind auftretende Drehmomentschwankungen beim Bremsen, die bspw. durch Ungleichförmigkeiten an der Bremsscheibe verursacht werden. Derartige Lenkrad-Drehschwingungen können durch die in der genannten DE 37 10 173 C2 beschriebene Anordnung oder ähnliche Anordnungen nicht erfolgreich bedämpft werden.

In der oben zweitgenannten DE-OS 2 249 655 ist zur Verringerung derartiger Lenkrad-Drehschwingungen ein auf die Eigenfrequenz des Lenksystems abgestimmter hydraulischer Tilgerdämpfer vorgeschlagen, bei dem eine auf Federn abgestützte Tilgermasse in einem hydraulischen Dämpfungsmedium mit großen Ausschlägen schwingt. Dabei kann als Tilgerdämpfer ein an einer Spurstange befestigter Hubtilgerdämpfer mit in axialer Richtung schwingen- der, als Dämpferkolben ausgebildeter Tilgermasse vorgesehen sein.

Alternativ ist in dieser Schrift ein an der Lenksäule befestigter Drehtilger- dämpfer mit in Umfangsrichtung schwingender Tilgermasse vorgeschlagen.

In der Praxis jedoch haben sich Drehschwingungs-Tilger in Kraftfahrzeug- Lenksystemen noch nicht durchgesetzt. In jüngerer Zeit wird vielmehr ein anderer Weg beschritten, und zwar wird die Lenkrad-Anordnung solcherma- ßen gestaltet, dass sich ein hohes Lenkrad-Trägheitsmoment ergibt, wodurch die Drehschwingungs-Eigenfrequenz in einen günstigen Bereich verschoben wird. Die o. g. WO 00/18617 zeigt hierfür ein Beispiel.

Hiermit soll nun aufgezeigt werden, wie Lenkrad-Drehschwingungen wirkungsvoll mit einfachen Maßnahmen bedämpft werden können (= Aufgabe der vorliegenden Erfindung).

Die Lösung dieser Aufgabe ist dadurch gekennzeichnet, dass am Lenkrad bezüglich des Lenkrad-Mittelpunktes weit außen liegend zumin- dest ein Metallelement elastisch angebracht ist, dessen spezifisches Gewicht nennenswert größer als dasjenige des dort anzutreffenden Lenkrad- Materials ist. Vorteilhafte Aus-und Weiterbildungen sind Inhalt der Unteran- sprüche.

Erfindungsgemäß wird eine größere Masse bevorzugt im Bereich des größtmöglichen Durchmessers des Lenkrads derart elastisch an diesem angebracht, dass diese Masse gegenüber dem Lenkrad zumindest geringfü- gig schwingen kann. Dabei soll diese Masse Drehschwingungen im wesentlichen um den Lenkrad-Mittelpunkt bzw. um den Lenkrad-Drehpunkt ausführen können. Bedeutsam ist, dass diese Masse gegenüber dem Eigengewicht des Lenkrads nicht vernachlässigbar klein ist, weswegen das spezifische Gewicht dieser sog. Masse, die am besten durch zumindest ein geeignet geformtes Metallelement gebildet wird, nennenswert größer als dasjenige des Lenkrad-Grundmaterials oder des im wesentlichen das Lenkrad bildenden Materialmixes sein sollte.

Bezüglich des Lenkrad-Dreh-oder Mittelpunktes möglichst weit außenlie- gend angeordnet werden kann diese genannte Masse bzw. zumindest ein

diese Masse bildendes Metallelement, wenn dieses Metallelement oder die ggf. mehreren Metallelemente im wesentlichen im Lenkradkranz unterge- bracht ist/sind, und zwar derart, dass es bzw. sie zumindest geringfügig gegenüber diesem bewegbar ist bzw. sind. Bevorzugt ist dann das Metall- element ringförmig ausgebildet, wobei im Sinne einer vorteilhaften Fertigung ein einziger geschlossener Metallring elastisch in den Lenkradkranz eingebettet sein kann. Es ist jedoch auch denkbar, mehrere Metallringe oder dgl. vorzusehen, und diese ggf. ineinander geschachtelt, d. h. im Querschnitt konzentrisch zueinander anzuordnen. Dabei kann in einer besonderen Ausführungsform ein innenliegender Metallring gegenüber einem diesen umgebenden außenliegenden Metallring um deren gemeinsamen Lenkrad- Mittelpunkt verschiebbar geführt sein.

Die elastische Anbindung des Metallelements am Lenkrad bzw. Lenkrad- kranz kann über ein Elastomer-Element erfolgen, wobei diese sog. Anbin- dung derart gestaltet ist, dass geringfügige Drehschwingungsbewegungen bevorzugt um den Lenkrad-Mittelpunkt zwischen dem Lenkrad und dem (oder den) Metallelement (en) möglich sind. Dabei kann das Metallelement im Querschnitt betrachtet vollständig über eine elastische Anbindung mit dem Lenkradkranz verbunden sein, daneben ist-über dem Querschnitt des Lenkradkranzes betrachtet-aber auch nur eine partielle, d. h. bereichsweise und insbesondere sich über ein oder mehrere Segment (e) erstreckende elastische Anbindung möglich.

Mit einem erfindungsgemäßen Lenkrad-Drehschwingungstilger können die vom durch die Kraftfahrzeug-Lenkung sowie die Fahrzeugachse mit den lenkbaren Rädern gebildeten schwingungsfähigen System in das Lenkrad eingeleiteten Drehschwingungen reduziert werden, und zwar im günstigsten Fall soweit, dass sie vom Fahrer des Kfz nicht mehr als störend wahrge- nommen werden. Um dem Fahrer dabei weiterhin das gewohnte und angenehme Lenkrad-Handling zu vermitteln, empfiehlt es sich, dass der

Lenkradkranz bzw. das den Lenkradkranz bildende Kranz-Skelett, das wie üblich noch umschäumt oder umwickelt wird, eine das Metallelement aufnehmende Aussparung aufweist. Diese Aussparung kann nahezu vollständig mit einem geeigneten Elastomermaterial befüllt sein, in dem dann bzw. über das dann das Metallelement quasi schwimmend gelagert ist. Die Aussparung kann aber auch mit einer Abdeckung versehen sein, an der das Metallelement elastisch aufgehängt ist. In diesem Zusammenhang sei ausdrücklich darauf hingewiesen, dass die genannte elastische Aufhängung nicht über ein geeignet gestaltetes Elastomerelement erfolgen muss ; vielmehr sind auch andere elastische Aufhängungen, bspw, über Federele- mente oder dgl. möglich.

Ein nennenswerter Unterschied im spezifischen Gewicht besteht zwischen dem Lenkradmaterial sowie dem Material des Metallelementes bzw. der vorgeschlagenen im wesentlichen elastisch aufgehängten Tilgermasse, wenn das spezifische Gewicht des Metallelementes zumindest 7,5 kg/dm3 beträgt. In diesem Sinne kann das Metallelement in Messing oder Stahl ausgeführt sein, während der demgegenüber leichtere Lenkradkranz sowie die Lenkradspeichen durch ein Leichtmetallskelett, insbesondere aus Aluminium oder Magnesium gefertigt, gebildet sein können.

Im folgenden wird die Erfindung anhand zweier bevorzugter Ausführungsbei- spiele erläutert, wobei die beigefügten Figuren 1,2 jeweils einen Querschnitt durch das Kranz-Skelett eines erfindungsgemäßen Kfz-Lenkrads zeigen.

Mit der Bezugsziffer 1 ist der Lenkkradkranz bzw. das diesen bildende Skelett eines nicht weiter dargestellten Lenkrads bezeichnet, das um eine Drehachse 7 verdrehbar ist, in bzw. nahe derer auch der Mittelpunkt des ansonsten üblichen, im wesentlichen kreisförmigen Lenkrades liegt.. Wie üblich ist der Lenkradkranz 1 von einer nicht dargestellten Griffstruktur umhüllt, die bspw. angeschäumt ist.

Im Lenkradkranz 1 ist bevorzugt auf der dem Fahrer abgewandten Rückseite des Lenkrads umlaufend eine Aussparung 2 vorgesehen, in die ein (hier geschlossener und sich somit über den gesamten Kranzumfang erstrecken- der) Metallring 3 eingelegt ist, der-um einen allgemeineren Begriff zu wählen-auch als erfindungsgemäßes Metallelement 3 bezeichnet wird.

Dieses Metallelement 3 ist am Lenkradkranz 1 bzw. in dessen Aussparung 2 derart elastisch gehalten, dass das Metallelement 3 bzw. der Metallring 3 zumindest eine geringe schwingende Bewegung um die Drehachse 7 gegenüber dem Lenkradkranz 1 ausführen kann.

Beim Ausführungsbeispiel nach Figur 1 ist die Aussparung 2 nahezu vollständig mit einem geeigneten Elastomermaterial befüllt, welches ein Elastomerelement 4 bildet, in dem bzw. über das das Metallelement 3 quasi schwimmend gelagert ist. Wie das Ausführungsbeispiel nach Figur 2 zeigt kann die Aussparung 2 aber auch mit einer Abdeckung 5 versehen sein, an der das Metallelement 3 elastisch aufgehängt ist, und zwar über ein geeignet angeschäumtes Elastomerelement 4.

Selbstverständlich sind eine Vielzahl von Varianten oder Abwandlungen von diesen dargestellten Ausführungsbeispielen möglich, ohne den Inhalt der Patentansprüche zu verlassen. Stets erhält man jedoch ein Lenkrad, mit dem Lenkrad-Drehschwingungen wirkungsvoll mit einfachen Maßnahmen bedämpft werden können.