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Title:
STEERING COLUMN ASSEMBLY FOR A MOTOR VEHICLE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2004/103796
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a steering column assembly for a motor vehicle, which shortens during an impact, thus absorbing energy. Said assembly comprises a telescopic steering-column tube (1, 2) that is fixed to the bodywork, at least one deformation element (7) and an energy absorption element (5). The energy absorption element (5) is displaced in relation to the deformation element (7) during the impact, is deformed by the action of the deformation element (7), thus exerting a resistance that counteracts the impact. The degree of deformation of said energy absorption element (5) is set by altering the position of the deformation element (7). To increase the safety of vehicle occupants, a hollow body is provided as the energy absorption element (5), the shape of said hollow body being altered by the action of the deformation element (7).

Inventors:
GARZKE MARTIN (DE)
Application Number:
PCT/EP2004/003337
Publication Date:
December 02, 2004
Filing Date:
March 30, 2004
Export Citation:
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Assignee:
DAIMLER CHRYSLER AG (DE)
GARZKE MARTIN (DE)
International Classes:
B62D1/19; F16F7/12; (IPC1-7): B62D1/19; F16F7/12
Foreign References:
DE10154608A12003-05-22
DE10064250A12001-09-20
EP1184253A12002-03-06
DE19617561C11997-09-25
US5609364A1997-03-11
EP0662414A11995-07-12
Attorney, Agent or Firm:
Bergen-babinecz, Katja (Intellectual Property Management IPM-C106, Stuttgart, DE)
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Claims:
Patentansprüche
1. Lenksäulenanordnung für ein Kraftfahrzeug, welche bei einer Stosseinwirkung unter Energieaufnahme verkürzbar ist, mit einem an einer Karosserie befestigten teleskopierbaren Mantelrohr (1, 2), mindestens einem Umformelement (7) und einem Energieabsorptionselement (5), welches sich bei der Stoßeinwirkung relativ zu dem Umformelement (7) be wegt, dabei durch dessen Einwirken verformt und der Stoß einwirkung einen Widerstand entgegensetzt, wobei durch eine Änderung der Position des Umformelements (7) der Verformungsgrad des Energieabsorptionselements (5) einge stellt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Energieabsorptionselement (5) ein Hohlkörper ist, dessen Gestalt sich durch Einwirken des Umformele ments (7) verändert.
2. Lenksäulenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Umformelement (7) das Volumen des Energieabsorp tionselements (5) verkleinert.
3. Lenksäulenanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Energieabsorptionselement (5) rohrförmig ist.
4. Lenksäulenanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass durch Einwirken des Umformelements (7) der Durchmes ser des rohrförmigen Energieabsorptionselements (5) ver kleinert wird.
5. Lenksäulenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, dass das Umformelement (7) an einem schwenkbar gelagerten Kniehebel (9) angeordnet ist.
6. Lenksäulenanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Position des Umformelements (7) über ein Ver schwenken des Kniehebels (9) verändert wird.
7. Lenksäulenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, dass das Umformelement (7) ein drehbar gelagerter Zylin der ist.
8. Lenksäulenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, dass das Energieabsorptionselement (5) mit einem ver schiebbar angeordneten Teil der Lenksäulenanordnung ver bunden ist.
9. Lenksäulenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Umformelemente (7) vorgesehen sind.
10. Lenksäulenanordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Kniehebel (9) der beiden Umformelemente (7) über ein Zwischenelement (14) miteinander in Verbindung ste hen.
11. Lenksäulenanordnung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine Verstellkraft (Fv) zum Verändern der Position der Umformelemente (7) an dem Zwischenelement (14) an greift.
12. Lenksäulenanordnung nach einem der Ansprüche 9 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Zwischenelement (14), die Kniehebel (9) sowie die Umformelemente (7) symmetrisch zueinander angeordnet sind.
Description:
Lenksäulenanordnung für ein Kraftfahrzeug Die Erfindung betrifft eine Lenksäulenanordnung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Eine solche Lenksäulenanordnung ist beispielsweise aus der EP 0 662 414 AI bekannt. Diese Lenksäulenanordnung umfasst-ein teleskopierbares Mantelrohr, eine hierzu innendrehbar und konzentrisch angeordnete Lenkspindel und ein Energieabsorpti- onselement. Das bekannte Energieabsorptionselement besteht aus einem Draht, welcher mit dem einen Ende um ein Umformele- ment gewickelt ist und mit dem anderen Ende an einem Siche- rungselement befestigt ist. Bei einem Aufprall bewegt sich das Umformelement vom Sicherungselement weg und erzeugt so eine Spannung im Draht. Diese Spannung bewirkt eine Abwick- lung des Drahts, wodurch der Draht deformiert wird und ein Widerstand erzeugt. Dabei wird Aufprallenergie absorbiert.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Lenksäulenanordnung für ein Kraftfahrzeug der eingangs ge- nannten Art zu schaffen, welche die Sicherheit für Fahrzeug- insassen erhöht.

Diese Aufgabe wird durch eine Lenksäulenanordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.

Demnach zeichnet sich die erfindungsgemäße Lösung durch ein Energieabsorptionselement in Form eines Hohlkörpers aus, wel- ches im Falle einer Stoßwirkung relativ zu einem Umformele- ment bewegt wird, wobei das Einwirken des Umformelementes auf das Energieabsorptionselement eine Veränderung der Gestalt des Energieabsorptionselementes bewirkt. Somit wird im Falle eines Aufpralls durch Verformen des Energieabsorptionsele- ments Formänderungsarbeit geleistet, die Aufprallenergie ab- sorbiert. Durch eine Änderung der Position des Umformelements verändert sich der Grad der Verformung des Energieabsorpti- onselements. Somit kann über eine veränderte Position der Verformungsgrad des Energieabsorptionselements eingestellt werden. Demnach kann das Maß der Energieabsorption besonders einfach beispielsweise an insassenbezogene und/oder fahrzeug- bezogene Randbedingungen angepasst werden und ein Aufprall bestmöglich gedämpft werden.

Um die Funktion der Erfindung zu gewährleisten, ist das Ener- gieabsorptionselement einerseits und das Umformelement ande- rerseits an zwei im Falle einer Stoßeinwirkung relativ zuein- ander beweglichen Teilen der Lenksäulenanordnung angeordnet.

Dadurch bewegt sich das Energieabsorptionselement im Falle eines Aufpralls und einer Verkürzung der Lenksäulenanordnung relativ zum Umformelement und wird dabei verformt.

Bei einem Hohlkörper lässt sich auf besonders einfache Art und Weise eine Gestaltveränderung realisieren. Wenn das Um- formelement von außen auf den Hohlkörper einwirkt, kann sich die Wand des Hohlkörpers nach innen bewegen. Ebenso ist es denkbar, das Umformelement von innen auf den Hohlkörper wir- ken zu lassen und eine Veränderung der Gestalt durch Verfor- men der Wandung des Hohlkörpers nach außen zu erzielen.

Vorteilhafte Ausgestaltungen sind den Unteransprüchen zu ent- nehmen.

Es ist auch denkbar, das Volumen des Energieabsorptionsele- ments beim Einwirken durch das Umformelement entweder zu ver- größern oder zu verkleinern.

Das Energieabsorptionselement kann rohrförmig ausgebildet sein. Bei einem Rohr handelt es sich um ein standardisiertes Bauteil, welches einfach und kostengünstig herzustellen ist, so dass sich die Verwendung eines solchen Bauteils positiv auf die Kosten der Lenksäulenanordnung auswirkt. Es ist auch die Verwendung eines vorgeformten Rohres denkbar, welches ei- ne sichere Funktionsweise des Crashelementes sicherstellt, weil eine zuverlässige Verformung von Anfang an gewährleistet ist.

Es ist denkbar, dass durch Einwirken des Umformelements auf das Energieabsorptionselement der Durchmesser des rohrförmi- gen Energieabsorptionselements verkleinert wird. Das kann beispielsweise dann der Fall sein, wenn das Umformelement ro- tationssymmetrisch zum rohrförmigen Energieabsorptionselement angeordnet ist. Eine derartige Anordnung bringt den Vorteil mit sich, dass die bei der Verformung des Umformelementes aufgebrachte Energie einfach berechnet werden kann, so dass das Maß der Energieabsorption zuverlässig eingestellt werden kann.

Das Energieabsorptionselement kann an einem schwenkbar gela- gerten Kniehebel angeordnet sein. Wenn die schwenkbare Lage- rung des Kniehebels in dessen Mitte-d. h. in dem Bereich, in dem sich die zwei, den Kniehebel bildenden Schenkel berüh- ren-gelagert ist und das Umformelement an einem der Schen- kel gelagert ist, ermöglicht diese Anordnung ein Verschwenken des Umformelementes auf einer Kreisbahn. Die Veränderung der Position des Umformelementes, die über ein Verschwenken des Kniehebels erfolgen kann, kann somit ebenfalls einfach be- rechnet werden.

Als Umformelement kann ein drehbar gelagerter Zylinder vorge- sehen sein. Das bringt den Vorteil mit sich, dass beim Ver- formen des Energieabsorptionselementes überwiegend Rollrei- bung auftritt, wodurch das Maß der Energieabsorption zuver- lässig kalkuliert werden kann, weil lediglich die Formände- rungsarbeit sowie die Rollreibung berücksichtigt werden müs- sen. Die Zylinder können jedoch auch fest angeordnet sein.

Dadurch tritt bei der Verformung des Energieabsorptionsele- ments zusätzlich Reibung auf. Die Reibung erhöht die Absorp- tion der Aufprallenergie, indem sie der Stoßeinwirkung einen höheren Widerstand entgegensetzt. Folglich kann das Energie- absorptionselement bei gleicher Energieabsorption kürzer und damit platzsparender ausgestaltet werden.

Das Energieabsorptionselement kann mit einem verschiebbar an- geordneten Teil der Lenksäulenanordnung verbunden sein. In diesem Fall müssen die Umformelemente an einem fahrzeugfest angeordneten Teil angeordnet sein. Nur so ist während der Stoßeinwirkung eine Relativbewegung des Energieabsorptions- elementes zu dem Umformelement möglich. Selbstverständlich ist es auch denkbar, dass das Umformelement an einem ver- schiebbar angeordneten Teil der Lenksäulenanordnung und das Energieabsorptionselement an einem fahrzeugfesten Teil ange- ordnet ist.

Es ist denkbar, mehrere Umformelemente, beispielsweise zwei, vorzusehen, dadurch kann auf kürzerer Strecke mehr Energie absorbiert werden. Das wirkt sich positiv auf den Bauraum aus.

Bei mehreren Umformelementen ist es denkbar, deren Kniehebel über ein Zwischenelement miteinander zu verbinden. Auf diese Weise kann eine zum Verändern der Position der Umformelemente verwendete Verstellkraft über das eine Zwischenelement beson- ders einfach auf die Umformelemente übertragen werden.- Das Zwischenelement, die Kniehebel und die Umformelemente können symmetrisch zueinander angeordnet sein. Das bringt den Vorteil mit sich, dass für die Anordnung zu einem großen Teil identische Bauteile verwendet werden können.

Im Folgenden wird die erfindungsgemäße Lenksäulenanordnung anhand dem in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbei- spiel näher erläutert. Es zeigen : Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer Lenksäulenanord- nung sowie Fig. 2 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Crashelements.

Die in Figur 1 dargestellte Lenksäulenanordnung besteht aus einem fahrzeugfest angeordneten äußeren Mantelrohr 1 und ei- nem teleskopförmig, an dem äußeren Mantelrohr 1 verschieb- baren inneren Mantelrohr 2. In den Mantelrohren 1, 2 ist eine nicht dargestellte, ebenfalls teleskopierbare, Lenkspindel gelagert, an der ein ebenfalls nicht dargestelltes Lenkrad befestigt ist. Zur Ausführung der Teleskopbewegung von Lenk- spindel und Mantelrohr 1, 2 ist eine Lenkspindel 3 vorgese- hen, die entlang der Mantelrohre 1, 2 angeordnet ist. Mit ih- rem einen Ende ist die Spindel an dem dem Lenkrad zugewandten Ende des inneren Mantelrohres 2 angelenkt. Das andere Ende der Spindel 3 wirkt mit einer am äußeren Mantelrohr 1 ange- ordneten Antriebseinheit 4 zusammen. Wenn die Spindel 3'als Gewindespindel ausgeführt ist, kann eine Verstellung sehr einfach über ein Drehen der Spindel 3 erfolgen. Die Teleskop- bewegung dient der Längsverstellung der Lenksäulenanordnung, mit deren Hilfe der Fahrer die Position des Lenkrads an seine individuellen Bedürfnisse anpassen kann und trägt zum Komfort des Fahrers bei.

Durch eine Stoßeinwirkung auf die Lenksäule schiebt sich das innere Mantelrohr 2 durch eine Crashkraft Fc in das äußere Mantelrohr 1. Über die am inneren Mantelrohr 2 befestigte Spindel 3 wird die Crashkraft Fc auf die Antriebseinheit 4 übertragen, deren nicht dargestellte Halterungen so dimensio- niert sind, dass sie ab einer bestimmten Kraft aus ihren An- bindungen reißen, wodurch sich die Antriebseinheit 4 entlang der Mantelrohrachsen verschiebt und eine Relativbewegung zum Mantelrohr 1, 2 ausübt.

Die Lenksäulenanordnung ist mit einem in Figur 2 dargestell- ten Crashelement 5 versehen. Das Crashelement 5 weist ein Energieabsorptionselement 6 in Form eines Rohres mit einem ursprünglichen äußeren Durchmesser dl auf. Weiterhin sind zwei zylindrische Umformelemente 7 vorgesehen, die symmet- risch zueinander angeordnet sind. Die Umformelemente 7 sind über Achsen 8 drehbar gelagert. Die Achsen 8 sind jeweils in einem Kniehebel 9 angeordnet. Die Kniehebel 9 sind über Pich- sen 11 schwenkbar gelagert und weisen zwei in etwa rechtwink- lig zueinander angeordnete Schenkel 12,13 auf. Ein Schenkel 12 nimmt die Achse 8 des Umformelementes auf. Der andere Schenkel 13 ist einem T-förmigen Zwischenelement 14 zugeord- net. Das Zwischenelement 14 verbindet die beiden Kniehebel 9 miteinander. Das Zwischenstück 14 weist im Anbindungsbereich zu den Kniehebeln 9 Langlöcher 15 auf, die entsprechende Bol- zen 16 der Kniehebel aufnehmen. Über diese Lagerung kann eine Lageänderung des Bolzens 16 ausgeglichen werden. Die beiden Langlöcher 15 sind in dem Querbalken des T-förmigen Zwischen- elementes 14 angeordnet. An dem dritten Arm des T-förmigen Zwischenelementes 14 ist eine Verstellstange 17 angeordnet, über die eine Verstellkraft Fv angreift.

Die Verstellkraft Fv kann beispielsweise über einen nicht dargestellten Elektromotor aufgebracht werden.

Im Folgenden wird die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Lö- sung anhand des in Figur 2 dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert.

Durch eine Stoßeinwirkung, die beispielsweise im Falle eines Unfalls durch einen Oberkörperaufprall eines Fahrzeuginsassen auf das Lenkrad entsteht, schiebt sich das innere Mantelrohr 2 durch die dabei aufgebrachte Crashkraft Fc in das äußere Mantelrohr 1. Durch die Verschiebung des inneren Mantelrohrs 2 entsteht eine Zugkraft Fz, die an einem Ende des Energieab- sorptionselementes 5 angreift, wodurch sich das Energieab- sorptionselement 5 relativ zu den Zylindern 7 bewegt. Das Energieabsorptionselement 5 wird unter Deformation an den Zy- lindern 7 vorbeigeführt. Dabei verringert sich der Durchmes- ser von dl auf d2. Durch die Deformation wird Energie absor- biert. Der Grad der Verformung und damit das erwünschte Ener- gieabsorptionsniveau hängt von der Position der Zylinder ab, die wie im Folgenden beschrieben, über die Verstellkraft Fv eingestellt wird. Für die Verformung des Energieabsorptions- elementes 5 wird eine Kraft benötigt. Diese Kraft stellt ei- nen Widerstand für die Zugkraft Fz dar. Dieser Widerstand muss von der Zugkraft Fz überwunden werden. Dabei wird Auf- prallenergie absorbiert, wodurch ein Aufprall des Fahrers auf das Lenkrad gedämpft wird.

Sobald eine Verstellkraft Fv an der Verstellstange 17 an- greift, bewegt sich diese entlang ihrer Längsachse. Dabei nimmt sie das Zwischenelement 14 mit. Über das Zwischenele- ment 14 wird der Verstellweg auf die Schenkel 13 der Kniehe- bel 9 übertragen, wodurch diese um ihre Achse 11 verschwenkt werden. Wird die Verstellkraft Fv in Richtung der Zugkraft Fz in die Verstellstange 17 eingeleitet, so schwenken die Knie- hebel 9 entsprechend der Pfeile A um ihre Achsen 11. Das hat zur Folge, dass die Zylinder 7 näher an das Energieabsorpti- onselement 5 herangeführt werden. Umgekehrt hat eine Einlei- tung der Verstellkraft Fv entgegen der Richtung der Zugkraft Fz ein Verschwenken der Kniehebel 9 in umgekehrter Richtung zur Folge, wodurch die Zylinder 7 von dem Energieabsorptions- element wegbewegt werden können. Je näher die Zylinder 7 auf das Energieabsorptionselement zubewegt werden, insbesondere auf dessen Längsachse a, umso größer ist bei einem Aufprall der Grad der Verformung des Energieabsorptionselementes 5 und damit das Maß an Energieabsorption.

Das Maß an Energieabsorption kann in Abhängigkeit von ver- schiedenen Parametern eingestellt werden. Es ist denkbar, so- wohl fahrzeug-als auch insassenspezifische Parameter zu er- fassen und auszuwerten. Die Daten können dabei in regelmäßi- gen Abständen erfasst und von einem Steuerungssystem in elek- trische Steuersignale umgewandelt werden, über die eine An- steuerung des Verstellmotors erfolgt. Beispielsweise kann das durch Sensoren erfasste Fahrergewicht über einen Bordrechner umgewandelt und entsprechend an den Motor weitergeleitet wer- den. Weiterhin kann über zusätzliche Sensoren der Zustand des Fahrzeugs, z. B. Bergauf-oder Bergabfahren, erfasst werden, wodurch eine Korrektur der Position der Zylinder 7 entspre- chend der physikalischen Randbedingung ermöglicht wird. Denk- bar ist eine einmalige Erfassung des Fahrergewichtes beim Einsteigen in das Fahrzeug bzw. beim Starten des Motors. Zu diesem Zeitpunkt lassen sich die anatomischen Verhältnisse am besten registrieren, im nachfolgenden Fahrbetrieb würde eine saubere Erfassung durch fahrdynamische Einflüsse beeinträch- tigt werden.

Die Aufnahme der Komponenten Kniehebel und Verstellmotor in einem Gehäuse oder in einer Halterung kann zusätzlich so er- folgen, dass sie entlang der Energieabsorptionselementachse a verfahren werden können, wodurch der minimale Abstand zwi- schen Zylinder 7 und Oberfläche des Energieabsorptionselemen- tes 5 entsprechend den Erfordernissen eingestellt werden kann.