DE102013218474A1

DE102013218474A1 - Lenkungsträgerelement

Info

Publication number: DE102013218474A1
Application number: DE201310218474
Authority: DE
Inventors: Ryo Atsumi
Original assignee: Suzuki Motor Corp
Current assignee: Suzuki Motor Corp
Priority date: 2012-09-21
Filing date: 2013-09-16
Publication date: 2014-03-27
Anticipated expiration: 2033-09-17
Also published as: CN103661631A; JP2014061776A; DE102013218474B4; US20140084629A1; JP5949378B2; CN103661631B; US8979176B2

Abstract

Aufgabe: Bereitstellen eines Lenkungsträgerelements, das verbesserte Tragfestigkeit und Tragsteifigkeit bieten kann, und gleichzeitiges Reduzieren von dessen Gewicht. Mittel zur Lösung der Aufgabe: Ein erfindungsgemäßes Lenkungsträgerelement 100 trägt eine Lenkwelle 139, verläuft in Fahrzeugquerrichtung, ist mit beiden Enden 104a an seitwärts gelegenen Seiten eines Fahrzeugs befestigt und ist aus einer Leichtmetalllegierung oder einem Harzverbundwerkstoff geformt. Und das Lenkungsträgerelement 100 weist auf einen kegelstumpfförmigen Fixierungsabschnitt 110, der von der Nähe einer Position aus, die die Lenkwelle trägt, zu einer Fahrzeugvorderseite hin verläuft, wobei eine Deckseite 110a des Fixierungsabschnitts 110 an einer Stirnwand 102 fixiert ist, welche einen Motorraum in einem vorderen Abschnitt des Fahrzeugs begrenzt, und mehrere Verstärkungsrippen 118, 120, 122, 124, 126 und 128, die entlang Tangenten La, Lb, Lc, Ld, Le und Lf an einen Kreis E, der durch die Deckseite des Fixierungsabschnitts gebildet wird, und an einen Bodenkreis F angeordnet sind.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Lenkungsträgerelement, das eine Lenkwelle oder dergleichen trägt und in Fahrzeugquerrichtung verläuft.
TECHNISCHER HINTERGRUND
Bei einem Fahrzeug wie einem Automobil ist ein Lenkungsträgerelement zum Beispiel in einem Raum angeordnet, der durch eine Stirnwand und eine Instrumententafel unterteilt ist. Bei der Stirnwand handelt es sich um ein Karosserieblech, das sich in einem vorderen Abschnitt des Fahrzeugs befindet und einen Motorraum von einer Fahrzeugkabine abgrenzt. Bei der Instrumententafel handelt es sich um eine auf einer Kabinenseite der Stirnwand angeordnete Innenkomponente bzw. Innenverkleidungskomponente.
Das Lenkungsträgerelement ist ein Element, das in Fahrzeugquerrichtung verläuft, dessen beide Enden an den seitwärts gelegenen Seiten des Fahrzeugs wie etwa Stirnseitenwänden fixiert sind, und das verschieden Arten von Komponenten wie etwa einen Lenkmechanismus trägt. Daher muss das Lenkungsträgerelement die zum Tragen des Gewichts der verschiedenen Arten von Komponenten erforderliche Festigkeit und Steifigkeit aufweisen. „Lenkmechanismus” bezieht sich auf Komponenten wie eine Lenkwelle, ein Lenkrad und dergleichen.
Wenn die Steifigkeit des Lenkungsträgerelements gering ist, werden Vibrationen, die von der Karosserie (z. B. der Federung) ausgehen, oder Motorvibrationen im Leerlauf an den Lenkmechanismus übertragen, und es kann zu sogenannten Lenkungsvibrationen kommen, die das Wohlbefinden der Insassen beeinträchtigen.
In den letzten Jahren ist man bestrebt, das Fahrzeuggewicht zu reduzieren. Daher besteht bei der Herstellung von Fahrzeugkomponenten Interesse an der Verwendung von Werkstoffen mit exzellenter spezifischer Festigkeit und spezifischer Steifigkeit, d. h. Leichtmetalllegierungen, für die eine Magnesiumlegierung ein typisches Beispiel ist, und Harzverbundwerkstoffen, für die kohlenstofffaserverstärkte Kunststoffe (CFRP – Carbon Fiber Reinforced Plastics) ein typisches Beispiel sind.
Da diese Werkstoffe außerdem eine exzellente Formbarkeit aufweisen, erwartet man, dass sie als Werkstoffe für Lenkungsträgerelemente zum Einsatz kommen werden. Bisher werden Lenkungsträgerelemente zum Beispiel aus Eisen hergestellt und weisen die Form eines Rundstabs auf.
Andererseits wird in Patentdokument Nr. 1 eine Instrumententafel-Trägerstruktur beschrieben, die aus Magnesium hergestellt ist und eine Lenksäule (die einem Lenkmechanismus oder dergleichen entspricht) trägt. In Patentdokument Nr. 2 wird ein Fahrersitz-Seitenelement beschrieben, das einstückig aus einer Magnesiumlegierung geformt ist und einen Lenkmechanismus trägt.
STAND DER TECHNIK
PATENTDOKUMENTE

Patentdokument Nr. 1: japanische Patentanmeldung Nr. JP 2007-506610
Patentdokument Nr. 2: japanische Patentanmeldung Nr. JP 2006-160019

ÜBERBLICK ÜBER DIE ERFINDUNG
VON DER ERFINDUNG ZU LÖSENDE AUFGABEN
Da für die in Patentdokument Nr. 1 und Nr. 2 beschriebenen Strukturen bzw. Elemente Werkstoffe mit exzellenter Formbarkeit benutzt werden, ist ein Längsschnitt des Lenkungsträgerelements entlang der Fahrzeuglängsrichtung U-förmig, wobei eine Seite (z. B. eine Fahrzeugvorderseite) offen ist, um beispielsweise dessen Steifigkeit zu verbessern oder andere Komponenten in der Umgebung nicht zu beschädigen.
Wenn ein Längsschnitt des Lenkungsträgerelements U-förmig ist, wird auf der offenen Seite ggf. keine ausreichende Festigkeit und Steifigkeit erzielt. Um dies zu verhindern, ist es vorstellbar, eine Wanddicke zu erhöhen oder weitere Verstärkungskomponenten hinzuzufügen. Dies macht jedoch das Lenkungsträgerelement schwer und erschwert seine Gewichtsreduktion.
Angesichts der vorstehenden Probleme liegt der vorliegenden Erfindung als Aufgabe zugrunde, ein Lenkungsträgerelement bereitzustellen, das eine verbesserte Tragfestigkeit und Tragsteifigkeit aufweist, und dabei dessen Gewicht zu reduzieren.
MITTEL ZUM LÖSEN DER AUFGABE
Die Aufgabe wird durch ein Lenkungsträgerelement mit einer beispielhaften erfindungsgemäßen Ausgestaltung gelöst, bei dem es sich um ein Lenkungsträgerelement handelt, das eine Lenkwelle trägt, in Fahrzeugquerrichtung verläuft, mit beiden Enden an seitwärts gelegenen Seiten eines Fahrzeugs befestigt ist, aus einer Leichtmetalllegierung oder einem Harzverbundwerkstoff geformt ist und aufweist: einen kegelstumpfförmigen Fixierungsabschnitt, der von der Nähe einer Position aus, die die Lenkwelle trägt, zu einer Fahrzeugvorderseite hin verläuft, wobei eine Deckseite (Seite der Deckfläche) des Fixierungsabschnitts an einem Karosserieblech fixiert ist, welches einen Motorraum in einem vorderen Abschnitt des Fahrzeugs begrenzt, und mehrere Verstärkungsrippen, die entlang Tangenten an Kreise angeordnet sind, die durch die Deckseite, den Boden oder jeden beliebigen anderen Schnitt durch den Fixierungsabschnitt gebildet werden.
Angenommen, die Karosseriebleche üben eine Last auf das Lenkungsträgerelement aus (oder das Lenkungsträgerelement übe eine Last auf die Karosseriebleche aus). In diesem Fall wird die Last nicht konzentriert oder in eine bestimmte Richtung abgelenkt, da der Fixierungsabschnitt kegelstumpfförmig ist und keine Ecken aufweist. Daher kann der Fixierungsabschnitt die Last unabhängig davon, in welcher Richtung sie ausgeübt wird, auf gut ausgeglichene Weise übertragen.
Da Verstärkungsrippen, die einstückig mit dem Fixierungsabschnitt geformt sind, entlang Tangenten an Kreise angeordnet sind, die durch eine Deckseite, einen Boden oder jeden beliebigen anderen Schnitt durch den Fixierungsabschnitt gebildet werden, kann die ausgeübte Last flüssig von dem Fixierungsabschnitt auf die Verstärkungsrippen übertragen werden. Sind der Fixierungsabschnitt und die Verstärkungsrippen, wie vorstehend beschrieben, einstückig geformt, ist es möglich, eine lokale Konzentration der ausgeübten Last zu vermeiden und dadurch die Tragfestigkeit und Tragsteifigkeit des Lenkungsträgerelements zu verbessern. Außerdem ist es dank der verbesserten Tragsteifigkeit des Lenkungsträgerelements möglich, Lenkungsvibrationen zu unterdrücken.
Weiterhin können das Gewicht und die Komponentenanzahl des Lenkungsträgerelements im Vergleich zu vorhandenen Lenkungsträgerelementen aus Eisen reduziert werden, da das Lenkungsträgerelement einstückig aus einer Leichtmetalllegierung oder einem Harzverbundwerkstoff geformt ist. Zudem weisen Leichtmetalllegierungen und Harzverbundwerkstoffe eine exzellente Formbarkeit auf, so dass es möglich ist, einen Freiheitsgrad bezüglich der Form des Lenkungsträgerelements zu erhöhen.
Die mehreren Verstärkungsrippen können symmetrisch zu einer in der vertikalen Fahrzeugrichtung verlaufenden Mittellinie des Fixierungsabschnitts angeordnet sein und Folgendes umfassen: ein Paar erster Verstärkungsrippen, die in Richtungen verlaufen, die gegeneinander schräg stehen und sich entweder nach oben oder nach unten im Fahrzeug hin aufweiten, und ein Paar zweiter Verstärkungsrippen, die in Richtungen verlaufen, die gegeneinander schräg stehen und sich in derselben Richtung wie die ersten Verstärkungsrippen weiter aufweiten.
Da das Paar erster Verstärkungsrippen und das Paar zweiter Verstärkungsrippen, die in unterschiedlichen Richtungen schräg stehen, symmetrisch zu einer Mittellinie des Fixierungsabschnitts angeordnet sind, lässt sich auf diese Weise das Ausbreitungsverhalten der ausgeübten Last einfach analysieren. Die Ergebnisse der Analyse des Ausbreitungsverhaltens der Last können dann benutzt werden, um beispielsweise Positionen zu identifizieren, die verstärkt werden müssen. Die ausgeübte Last wird von den wie vorstehend beschrieben angeordneten Verstärkungsrippen effizient verteilt, und die Festigkeit und die Steifigkeit des Lenkungsträgerelements können verbessert werden.
Das Lenkungsträgerelement kann derart geformt sein, dass sein Längsschnitt in Fahrzeuglängsrichtung U-förmig ist, und die U-Form kann aufweisen: eine Längswand, wobei der Fixierungsabschnitt und die mehreren Verstärkungsrippen auf der Fahrzeugvorderseite der Längswand ausgebildet sind, und einen oberen Flansch und einen unteren Flansch, die von einem oberen bzw. einem unteren Ende der Längswand aus jeweils in Richtung einer Fahrzeugvorderseite hervorstehen, wobei der Fixierungsabschnitt und die mehreren Verstärkungsrippen zwischen dem oberen Flansch und dem unteren Flansch angeordnet sind, wobei der obere Flansch einen hervorstehenden Abschnitt aufweisen kann, der in Richtung der Fahrzeugvorderseite hervorsteht und oberhalb des Fixierungsabschnitts weiter vorn als alle anderen Bereiche des oberen Flanschs angeordnet ist, und der hervorstehende Abschnitt bei Betrachtung von der Fahrzeugvorderseite aus zusammen mit den zweiten Verstärkungsrippen einen dreieckigen Bereich ausbilden kann.
Somit ist in dem Lenkungsträgerelement ein dreieckiger Bereich ausgebildet, der in Richtung der Fahrzeugvorderseite hervorsteht. Dass durch die zweiten Verstärkungsrippen und den hervorstehenden Abschnitt des oberen Flanschs der dreieckige Bereich ausgebildet wird, bedeutet, dass sich die zweiten Verstärkungsrippen zur Oberseite hin aufweiten. Daher wird die offene Seite des U-förmigen Längsschnitts von dem dreieckigen Bereich in dem Lenkungsträgerelement getragen. Zwar ist die Steifigkeit der offenen Seite des U-förmigen Längsschnitts niedrig, doch kann eine Verringerung der Steifigkeit der offenen Seite verhindert werden, da diese von dem dreieckigen Bereich getragen wird. Der hervorstehende Abschnitt wird von den zweiten Verstärkungsrippen getragen, die den dreieckigen Bereich bilden. Somit wird das Lenkungsträgerelement mit U-förmigem Längsschnitt von dem dreieckigen Bereich verstärkt und verformt sich nicht, selbst wenn eine Last auf den Fixierungsabschnitt ausgeübt wird.
Das Lenkungsträgerelement kann ferner aufweisen: einen Befestigungsabschnitt, der in dem dreieckigen Bereich oder in dessen Nähe angeordnet ist und an dem die Lenkwelle befestigt werden kann. Somit ist die Lenkwelle auf dem stabilen Befestigungsabschnitt befestigt, der in dem dreieckigen Bereich, der eine Verstärkungsstruktur bildet, oder in dessen Nähe angeordnet ist. Folglich lassen sich die Tragfestigkeit und die Tragsteifigkeit der Lenkwelle verbessern und Lenkungsvibrationen unterdrücken.
Das Lenkungsträgerelement kann ferner aufweisen: ein Paar dritter Verstärkungsrippen, die durchgängig jeweils von Positionen aus verlaufen, an denen die zweiten Verstärkungsrippen jeweils den oberen Flansch berühren, und auf fachwerkartige Weise in Fahrzeugquerrichtung weg von dem Fixierungsabschnitt zwischen dem unteren Flansch und dem oberen Flansch verlaufen. Somit verlaufen die dritten Verstärkungsrippen durchgängig in Fahrzeugquerrichtung, berühren dabei den oberen Flansch und den unteren Flansch und sind auf fachwerkartige Weise miteinander verbunden. Folglich ist das Lenkungsträgerelement in Fahrzeugquerrichtung verstärkt.
Das Lenkungsträgerelement kann ferner aufweisen: eine Vorwölbung, bei der ein Teil der Längswand in eine Richtung im Fahrzeug nach unten vorgewölbt ist; wobei die Vorwölbung aufweist ein Paar gegenüberliegender Flansche, die aus dem in eine Richtung im Fahrzeug nach unten gebogenen unteren Flansch ausgebildet sind, und eine vierte Verstärkungsrippe, die auf fachwerkartige Weise in der vertikalen Fahrzeugrichtung zwischen dem Paar Flansche verläuft. Somit verläuft die vierte Verstärkungsrippe durchgängig in eine Richtung im Fahrzeug nach unten, berührt dabei ein Paar Flansche der Vorwölbung und ist auf fachwerkartige Weise zusammen verbunden. Folglich ist das Lenkungsträgerelement auch in eine Richtung im Fahrzeug nach unten verstärkt.
EFFEKT DER ERFINDUNG
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, ein Lenkungsträgerelement bereitzustellen, das eine verbesserte Tragfestigkeit und Tragsteifigkeit bieten kann, und dabei dessen Gewicht zu reduzieren.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine schematische Darstellung, die einen Teil eines Fahrzeugs mit einem Lenkungsträgerelement gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
2 ist eine schematische Darstellung, die das gesamte Lenkungsträgerelement aus 1 zeigt.
3 ist eine Ansicht des in 2 gezeigten Lenkungsträgerelements in Richtung des Pfeils A.
4 zeigt Ansichten des in 2 gezeigten Lenkungsträgerelements entlang der Richtungen der Pfeile B und C.
5 ist eine schematische Darstellung, die das Lenkungsträgerelement aus 2 bei Betrachtung von einer Fahrzeugvorderseite aus zeigt.
6 ist eine Querschnittsansicht des in 5 gezeigten Lenkungsträgerelements.
7 ist eine schematische Darstellung des Lenkungsträgerelements gemäß der vorliegenden Ausführungsform, auf dem ein Lenkmechanismus befestigt ist.
AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung im Einzelnen beschrieben. Die für diese Ausführungsform beschriebenen Abmessungen, Werkstoffe und weiteren konkreten numerischen Werte sind lediglich Beispiele, die das Verständnis der vorliegenden Erfindung erleichtern sollen; sie sollen nicht so ausgelegt werden, dass sie die vorliegende Erfindung einschränken, sofern dies nicht explizit erwähnt wird. Es sei angemerkt, dass Elemente, die im Wesentlichen gleiche Funktionen und Konfigurationen darstellen, in der vorliegenden Beschreibung und den Zeichnungen gleiche Bezugszeichen tragen und daher von einer erneuten Beschreibung abgesehen wird. Auch wurden Elemente, die für die vorliegende Erfindung nicht direkt relevant sind, nicht mit dargestellt.
1 ist eine schematische Darstellung, die einen Teil eines Fahrzeugs mit einem Lenkungsträgerelement gemäß der vorliegenden Ausführungsform zeigt. 2 ist eine schematische Darstellung, die das gesamte Lenkungsträgerelement aus 1 zeigt. In den folgenden Darstellungen geben jeweils die Pfeile X eine Richtung zur Vorderseite, Y eine Richtung zur linken Seite und Z eine Richtung nach unten im Fahrzeug an.
Ein Lenkungsträgerelement 100 ist in einem Raum angeordnet, der durch eine Stirnwand 102, die in einem vorderen Abschnitt des Fahrzeugs angeordnet ist und wie in 1 gezeigt einen Teil des Fahrzeugs bildet, und eine Instrumententafel (nicht gezeigt) unterteilt ist. Bei der Stirnwand 102 handelt es sich um ein Karosserieblech, das einen Motorraum in einem vorderen Abschnitt des Fahrzeugs von einer Fahrzeugkabine abgrenzt. Bei der Instrumententafel handelt es sich um eine auf der Kabinenseite der Stirnwand 102 angeordnete Innenkomponente bzw. Innenverkleidungskomponente, und sie weist eine gestaltete Oberfläche auf, die von den Insassen betrachtet wird.
Das Lenkungsträgerelement 100 verläuft in Fahrzeugquerrichtung, und seine beiden Enden 104a und 104b (siehe 2) sind an Stirnseitenwänden (nicht gezeigt) fixiert, die die seitwärts liegenden Seiten des Fahrzeugs bilden. Bei den Stirnseitenwänden handelt es sich um ein Paar Elemente, die die dazwischen angeordnete Stirnwand 102 tragen.
Das Lenkungsträgerelement 100 weist einen Lenkungsbefestigungsabschnitt 108 auf, der verschiedene Arten von Komponenten wie einen Lenkmechanismus 106 (hier nicht gezeigt, siehe 7) trägt. Der Lenkmechanismus 106 umfasst Komponenten wie beispielsweise eine Lenkwelle und ein Lenkrad. Bei dem Lenkungsbefestigungsabschnitt 108 handelt es sich um eine Vertiefung, die, wie dargestellt, in Richtung der Fahrzeugvorderseite zurückgesetzt ist.
Wie in 1 gezeigt ist, weist das Lenkungsträgerelement 100 einen Fixierungsabschnitt 110 auf, der von der Nähe bzw. dem Bereich des Lenkungsbefestigungsabschnitts 108 aus in Richtung der Stirnwand 102 (d. h., in Richtung der Fahrzeugvorderseite) verläuft.
Eine Deckseite 110a dieses Fixierungsabschnitts 110 wird durch Festschrauben oder Verschweißen an der Stirnwand 102 fixiert. Die Deckseite 110a des Fixierungsabschnitts 110 kann an einem Karosserieblech fixiert sein, das nicht auf die Stirnwand 102 eingeschränkt ist und sich im vorderen Abschnitt des Fahrzeugs befindet, wie etwa an einem Windlaufblech. Somit wird die von den Karosserieblechen oder dem Lenkmechanismus 106 ausgehende Last auf den Fixierungsabschnitt 110 des Lenkungsträgerelements 100 ausgeübt.
Das Lenkungsträgerelement 100 weist einen hervorstehenden Abschnitt 112 auf, der oberhalb des Fixierungsabschnitts 110 angeordnet ist und in Richtung der Fahrzeugvorderseite hervorsteht, sowie eine Vorwölbung 114, die in eine Richtung im Fahrzeug nach unten vorgewölbt ist und an einem Karosseriebodenblech (nicht gezeigt) festgeschraubt ist. Außerdem ist an dem Lenkungsträgerelement 100 eine Erweiterung 116 ausgebildet, die in Richtung zur Stirnwand 102 hin verläuft.
Hierbei wird das Lenkungsträgerelement 100 aus einer Leichtmetalllegierung wie etwa Aluminium oder Magnesium oder aus einem Kunststoffverbundwerkstoff wie etwa kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFRP – Carbon Fiber Reinforced Plastics) oder glasfaserverstärktem Kunststoff (GFRP – Glass Fiber Reinforced Plastics) geformt, um das Gewicht des Fahrzeugs zu reduzieren. Wenn eine Leichtmetalllegierung benutzt wird, kann diese durch Druckgießen oder Spritzgießen geformt werden, und wenn ein Kunststoffverbundwerkstoff benutzt wird, kann dieser durch Formpressen oder Spritzgießen geformt werden, aber es besteht diesbezüglich keine Einschränkung. Diese Ausgangsstoffe weisen eine exzellente spezifische Festigkeit, spezifische Steifigkeit und Formbarkeit auf.
Da das Lenkungsträgerelement 100 einstückig aus einer Leichtmetalllegierung oder einem Harzverbundwerkstoff mit exzellenter Formbarkeit geformt wird, kann es eine komplizierte Form aufweisen. Zum Beispiel kann das Lenkungsträgerelement 100 nicht nur eine Form aufweisen, die wie oben beschrieben an der Stirnwand 102, der Stirnseitenwand und dem Karosseriebodenblech fixiert werden kann, oder eine Form, die darüber hinaus den oben beschriebenen Lenkmechanismus 106 trägt, sondern auch eine Form, die an einer Instrumententafel festgeschraubt werden kann, eine Form, die an Komponenten befestigt werden kann, die in der Instrumententafel untergebracht sind, oder eine Form, die nach Bedarf an anderen Komponenten festgeschraubt werden kann.
3 ist eine Ansicht des in 2 gezeigten Lenkungsträgerelements 100 bei Betrachtung in Richtung des Pfeils A. 4 zeigt Ansichten des in 2 gezeigten Lenkungsträgerelements 100 entlang der Richtungen der Pfeile B und C.
Wie in 3 gezeigt ist sowie in einer Ansicht in Richtung des Pfeils B in 4(a), ist der Fixierungsabschnitt 110 des Lenkungsträgerelements 100 kegelstumpfförmig und weist die Deckseite 110a, einen Boden 110b und eine Mantelfläche 110c auf. Der Lenkungsbefestigungsabschnitt 108 ist in der Nähe bzw. im Bereich einer Unterseite der Mantelfläche 110c des Fixierungsabschnitts 110 ausgebildet.
Wie in 3 gezeigt ist, weist das Lenkungsträgerelement 100 mehrere Verstärkungsrippen 118, 120, 122, 124, 126 und 128 auf. Die mehreren Verstärkungsrippen 118, 120, 122, 124, 126, 128 sind symmetrisch zu einer Mittellinie D des Fixierungsabschnitts 110 angeordnet, die in der vertikalen Fahrzeugrichtung verläuft. Ein Paar Verstärkungsrippen 118 und 120 (erste Verstärkungsrippen) ist entlang Tangenten La, Lb an einen Kreis E angeordnet, der durch die Deckseite 110a des Fixierungsabschnitts 110 gebildet wird. Daher verlaufen die Firstlinien der Verstärkungsrippen 118 und 120 an den Tangenten La und Lb entlang. Die beiden Verstärkungsrippen 118 und 120 verlaufen in Richtungen, die gegeneinander schräg stehen und sich nach oben im Fahrzeug hin aufweiten.
Ein Paar Verstärkungsrippen 122 und 124 (zweite Verstärkungsrippen) ist entlang Tangenten Lc, Ld an einen Bodenkreis F angeordnet, der durch den Boden 110b des Fixierungsabschnitts 110 gebildet wird. Daher verlaufen die Firstlinien der Verstärkungsrippen 122 und 124 an den Tangenten Lc und Ld entlang. Die Verstärkungsrippen 122 und 124 verlaufen in Richtungen, die gegeneinander schräg stehen und sich in derselben Richtung wie das vorstehend beschriebene Paar Verstärkungsrippen 118 und 120 weiter aufweiten.
Darüber hinaus ist ein Paar Verstärkungsrippen 126 und 128 entlang Tangenten Le und Lf an den Bodenkreis F angeordnet. Daher verlaufen die Firstlinien der Verstärkungsrippen 126 und 128 an den Tangenten Le und Lf entlang. Die beiden Verstärkungsrippen 126 und 128 verlaufen in Richtungen, die gegeneinander schräg stehen und sich nach unten im Fahrzeug hin aufweiten.
Wie in 4(a) gezeigt ist, weist das Lenkungsträgerelement 100 eine Längswand 130, einen oberen Flansch 132 und einen unteren Flansch 134 auf und ist U-förmig geformt, wobei bei der U-Form die Fahrzeugvorderseite offen ist. Die Längswand 130 verläuft von dem Boden 110b des Fixierungsabschnitts 110 zum Beispiel in der vertikalen Fahrzeugrichtung, und der Fixierungsabschnitt 110 und die mehreren Verstärkungsrippen 118, 120, 122, 124, 126 und 128 sind auf ihrer Fahrzeugvorderseite ausgebildet.
Der obere Flansch 132 und der untere Flansch 134 sind zurückgefaltet und stehen von dem oberen bzw. dem unteren Ende der Längswand 130 aus jeweils in Richtung der Fahrzeugvorderseite hervor, und der Fixierungsabschnitt 110 und die mehreren Verstärkungsrippen 118, 120, 122, 124, 126 und 128 sind zwischen dem oberen Flansch 132 und dem unteren Flansch 134 angeordnet.
Wie in 4(a) und 4(b) gezeigt ist, weist der obere Flansch 132 einen hervorstehenden Abschnitt 112 auf, der oberhalb des Fixierungsabschnitts 110 angeordnet ist und weiter in Richtung der Fahrzeugvorderseite hervorsteht als alle anderen Bereiche des oberen Flanschs 132. Wie in 3 und 4(a) gezeigt ist, ist das Paar Verstärkungsrippen 118 und 120 zwischen der Mantelfläche 110c, die von der Deckseite 110a zu dem Boden 110b des Fixierungsabschnitts 110 verläuft, der Längswand 130 und dem oberen Flansch 132 mit dem hervorstehenden Abschnitt 112 angeordnet und verbindet diese Elemente miteinander.
Wie in 3 und 4(a) gezeigt ist, ist das Paar Verstärkungsrippen 122 und 124 zwischen einem Teil der Mantelfläche 110c, die von dem Boden 110b des Fixierungsabschnitts 110 aus verläuft, der Längswand 130 und dem oberen Flansch 132 mit dem hervorstehenden Abschnitt 112 angeordnet und verbindet diese Elemente miteinander. Wie in 3 gezeigt ist, bilden das Paar Verstärkungsrippen 122 und 124 und der hervorstehende Abschnitt 112 bei Betrachtung von der Fahrzeugvorderseite einen dreieckigen Bereich G, der in der Figur durch eine gestrichpunktete Linie angezeigt ist.
Der Bereich G ist ein in Richtung der Fahrzeugvorderseite hervorstehender Bereich, da der hervorstehende Abschnitt 112 Teil dieses Bereichs ist. Der hervorstehende Abschnitt 112 wird von dem Paar Verstärkungsrippen 122 und 124 getragen, die den dreieckigen Bereich G bilden. Wie dargestellt kann der Bereich G einen Teil des Bodenkreises F des Fixierungsabschnitts 110 umfassen. Daher wird das Lenkungsträgerelement 100 verstärkt, dessen offene Seite auf der Fahrzeugvorderseite der U-Form von dem dreieckigen Bereich G getragen wird.
Wie in 3 und 4(a) gezeigt ist, ist ein Paar Verstärkungsrippen zwischen einem Teil der Mantelfläche 110c, die von dem Boden 110b des Fixierungsabschnitts 110 aus verläuft, der Längswand 130 und dem unteren Flansch 134 angeordnet und verbindet diese Elemente miteinander.
Wie in 3 gezeigt ist, ist der Lenkungsbefestigungsabschnitt 108 in der Nähe der Unterseite des zuvor beschriebenen Bereichs G, der die Verstärkungsstruktur bildet, angeordnet, d. h., an einer Position mit hoher Festigkeit und Steifigkeit. Daher können die so genannten Lenkungsvibrationen unterdrückt werden, indem der Lenkmechanismus 106 auf dem Lenkungsbefestigungsabschnitt 108 befestigt wird. Die Lenkungsvibrationen tauchen leicht auf, zum Beispiel wenn die Tragfestigkeit und die Steifigkeit des Lenkungsträgerelements 100 niedrig sind, und das Wohlbefinden der Insassen kann durch das Rütteln des Lenkmechanismus 106 beim Fahren oder durch die Ausbreitung der Vibrationen auf den Lenkmechanismus 106 durch den Fahrzeugboden beeinträchtigt werden.
Wie in 4(a) und 4(b) gezeigt ist, handelt es sich bei dem Lenkungsbefestigungsabschnitt 108 um eine Vertiefung, die in Richtung der Fahrzeugvorderseite zurückgesetzt ist und beispielsweise einander gegenüberliegende Befestigungspunkte 136a und 136b aufweist. An diesen Befestigungspunkten 136a und 136b ist eine Schraube oder dergleichen befestigt, die in die Lenkwelle eingesetzt ist. Auf diese Weise ist der Lenkmechanismus 106 an dem Lenkungsbefestigungsabschnitt 108 befestigt.
5 ist eine schematische Darstellung, die das Lenkungsträgerelement 100 aus 2 bei Betrachtung von einer Fahrzeugvorderseite aus zeigt. Allerdings wurde die vorstehend beschriebene Erweiterung 116 in der Darstellung weggelassen, und in der Figur ist nur ein Teil der Vorwölbung 114 dargestellt. 6 ist eine Querschnittsansicht des in 5 gezeigten Lenkungsträgerelements 100. In der Figur ist eine entlang der Pfeile H-H genommene Querschnittsansicht dargestellt, und die Erweiterung 116 ist ebenfalls gezeigt.
Wie in 5 gezeigt ist, weist das Lenkungsträgerelement 100 mehrere Verstärkungsrippen 138, und 140 (dritte Verstärkungsrippen) auf, die durchgängig jeweils von den Positionen aus verlaufen, an denen das vorstehend beschriebene Paar Verstärkungsrippen 122 und 124 jeweils den oberen Flansch 132 berührt. Die Paare der Verstärkungsrippen 138 und 140 verlaufen wiederholt auf fachwerkartige (zickzackartige) Weise in Fahrzeugquerrichtung von dem Fixierungsabschnitt 110 weg in Richtung der beiden Enden 104a und 104b zwischen dem unteren Flansch 134 und dem oberen Flansch 132.
Darüber hinaus weist das Lenkungsträgerelement 100, wie in 5 gezeigt, eine Verstärkungsrippe 142 auf. Die Verstärkungsrippe 142 verläuft durchgängig von der Position aus, an welcher die Verstärkungsrippe 126 den unteren Flansch 134 berührt, und verläuft wiederholt auf fachwerkartige (zickzackartige) Weise in Fahrzeugquerrichtung von dem Fixierungsabschnitt 110 weg zu dem Ende 104a.
Daher wird das Lenkungsträgerelement 100 durch die Verstärkungsrippen 138 und 142 verstärkt, die zum Beispiel auf gitterartige Weise zwischen dem unteren Flansch 134 und dem oberen Flansch 132 auf der linken Seite des Fixierungsabschnitts 110 angeordnet sind. Außerdem wird das Lenkungsträgerelement 100 von der Verstärkungsrippe 140 verstärkt, die auf der rechten Seite des Fixierungsabschnitts 110 wiederholt auf fachwerkartige (zickzackartige) Weise in Fahrzeugquerrichtung zu dem Ende 104b verläuft.
Wie in 5 und 6 gezeigt ist, ist die Vorwölbung 114 des Lenkungsträgerelements 100 aus einem Teil der Längswand 130 ausgebildet und steht in die Richtung im Fahrzeug nach unten hervor. Wie in 5 gezeigt ist, weist die Vorwölbung 114 ein Paar einander gegenüberliegender Flansche 144 und 146 auf, die aus dem in eine Richtung im Fahrzeug nach unten gebogenen unteren Flansch 134 ausgebildet sind. Zwischen dem Paar Flansche 144 und 146 sind Verstärkungsrippen 148 (vierte Verstärkungsrippen) angeordnet. Die Verstärkungsrippen 148 verlaufen beispielsweise wiederholt auf fachwerkartige (zickzackartige) Weise, wobei sie das Paar Flansche 144 und 146 in vertikaler Fahrzeugrichtung berühren, und verstärken die Vorwölbung 114.
Folglich ist das Lenkungsträgerelement 100, wie in 5 gezeigt, in Fahrzeugquerrichtung durch die Verstärkungsrippen 138, 140 und 142 und in eine Richtung im Fahrzeug nach unten durch die Verstärkungsrippen 148 verstärkt. Daher sorgt das Lenkungsträgerelement 100 für eine effiziente Ausbreitung beispielsweise einer auf den Fixierungsabschnitt 110 ausgeübten Last ins Innere des Lenkungsträgerelements 100, und es ist möglich, dessen Festigkeit und Steifigkeit zu verbessern. Da insbesondere das Paar Verstärkungsrippen 138 und 140 durchgängig von dem Paar Verstärkungsrippen 122 und 124 aus angeordnet ist, das aufrecht an Tangenten Lc und Ld an den kegelstumpfförmigen Fixierungsabschnitt 110 entlang angeordnet ist, kann sich die ausgeübte Last effizienter ausbreiten.
Nebenbei bemerkt ist, wie in 6 gezeigt, der Querschnitt des Lenkungsträgerelements 100 entlang der Pfeile H-H (Längsschnitt), der entlang einer Fahrzeuglängsrichtung erfolgt, U-förmig und umfasst die Längswand 130, den oberen Flansch 132 und den unteren Flansch 134, die vorstehend beschrieben wurden, und im Allgemeinen besteht die Sorge, dass die Steifigkeit der offenen Seite der U-Form auf der Fahrzeugvorderseite verringert wird. Da jedoch das Lenkungsträgerelement 100 mit dem vorstehend beschriebenen dreieckigen Bereich G verstärkt ist (siehe 3), können eine Verringerung der Steifigkeit der offenen Seite der U-Form und deren Verformung im Falle einer auf den Fixierungsabschnitt 110 ausgeübten Last vermieden werden.
Angenommen, die Stirnwand 102 übe eine Last auf das Lenkungsträgerelement 100 aus (oder das Lenkungsträgerelement 100 übe eine Last auf die Stirnwand 102 aus). In diesem Fall wird die Last nicht in eine bestimmte Richtung abgelenkt und konzentriert, da der Fixierungsabschnitt 110 kegelstumpfförmig ist und keine Ecken aufweist. Daher kann die Last unabhängig davon, in welcher Richtung sie auf den Fixierungsabschnitt 110 ausgeübt wird, auf gut ausgeglichene Weise übertragen werden.
Da die mehreren Verstärkungsrippen 118, 120, 122, 124, 126 und 128 einstückig mit dem Fixierungsabschnitt 110 geformt sind und aufrecht an Tangenten La und Lb an den Kreis E, der durch die Deckseite 110a des Fixierungsabschnitts 110 gebildet wird, bzw. an Tangenten Lc, Ld, Le und Lf an den Bodenkreis F, der von dem Boden 110b gebildet wird, entlang verlaufen, kann die ausgeübte Last flüssig von dem Fixierungsabschnitt 110 auf die Verstärkungsrippen 118, 120, 122, 124, 126 und 128 übertragen werden.
Sind daher der Fixierungsabschnitt 110 und die Verstärkungsrippen 118, 120, 122, 124, 126 und 128 einstückig geformt, ist es möglich, eine lokale Konzentration der ausgeübten Last zu vermeiden und dadurch die Tragfestigkeit und Tragsteifigkeit des Lenkungsträgerelements 100 zu verbessern. Da die ausgeübte Last nicht lokal in dem Lenkungsträgerelement 100 konzentriert wird, kann beispielsweise eine von dem vorderen Abschnitt des Fahrzeugs ausgehende Last effizient an den seitlichen Abschnitt des Fahrzeugs oder den Bodenabschnitt des Fahrzeugs verteilt werden.
7 ist eine schematische Darstellung des Lenkungsträgerelements 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform, auf dem ein Lenkmechanismus 106 befestigt ist. Wie in 7 gezeigt ist, ist auf dem Lenkungsbefestigungsabschnitt 108 des Lenkungsträgerelements 100 unter Verwendung des Befestigungspunkts 136a in einer schräg nach unten verlaufenden Richtung zur Fahrzeugvorderseite hin eine Lenkwelle 139 befestigt. Wie in der Figur dargestellt ist, kann die Lenkwelle 139 mit einem Elektromotor 141 versehen sein, bei dem es sich um eine optionale Komponente handelt.
Auf diese Weise können Lenkungsvibrationen unterdrückt werden, da die Tragfestigkeit und die Tragsteifigkeit des Lenkungsträgerelements 100 durch den Fixierungsabschnitt 110 und die Verstärkungsrippen 118, 120, 122, 124, 126 und 128 wie vorstehend beschrieben selbst dann verbessert werden, wenn das Lenkungsträgerelement 100 verschiedene Arten von schweren Komponenten trägt.
Da das Lenkungsträgerelement 100 einstückig aus einer Leichtmetalllegierung oder einem Harzverbundwerkstoff mit exzellenter Formbarkeit geformt ist, können im Vergleich zu bestehenden Lenkungsträgerelementen aus Eisen ein Freiheitsgrad bezüglich der Form des Lenkungsträgerelements erhöht und das Gewicht und die Komponentenanzahl des Lenkungsträgerelements reduziert werden.
Da darüber hinaus die mehreren Paare Verstärkungsrippen 118, 120, 122, 124, 126 und 128 symmetrisch zu der Mittellinie D des Fixierungsabschnitts 110 angeordnet ist, lässt sich das Ausbreitungsverhalten der ausgeübten Last leicht analysieren. Die Ergebnisse der Analyse des Ausbreitungsverhaltens der Last können dann benutzt werden, um beispielsweise Positionen zu identifizieren, die verstärkt werden müssen. Die ausgeübte Last wird gleichmäßig und effizient verteilt, indem die mehreren Verstärkungsrippen 118, 120, 122, 124, 126 und 128 symmetrisch angeordnet werden, und es ist möglich, die Festigkeit und die Steifigkeit des Lenkungsträgerelements 100 zu erhöhen.
Bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform sind die mehreren Verstärkungsrippen 118, 120, 122, 124, 126 und 128 aufrecht an den Tangenten La und Lb an den Kreis E, der durch die Deckseite 110a des Fixierungsabschnitts 110 gebildet wird, bzw. an den Tangenten Lc, Ld, Le und Lf an den Bodenkreis F, der von dem Boden 110b des Fixierungsabschnitts 110 gebildet wird, entlang angeordnet, es besteht jedoch keine Einschränkung diesbezüglich. Zum Beispiel können die Verstärkungsrippen aufrecht an einer Tangente an jeden beliebigen Kreis entlang angeordnet sein, der ein Schnitt zwischen der Deckseite 110a und dem Boden 110b des kegelstumpfförmigen Fixierungsabschnitts 110 ist. Die mehreren Verstärkungsrippen 118, 120, 122, 124, 126 und 128 sind zwar symmetrisch zu der Mittellinie D des Fixierungsabschnitts 110 angeordnet, sie können jedoch auch unsymmetrisch angeordnet sein, solange sie wie vorstehend beschrieben an Tangenten an Kreise entlang angeordnet sind, und ihre Anzahl kann nach Bedarf variiert werden. Darüber hinaus ist es zum Beispiel auch möglich, dass das Paar Verstärkungsrippen 118 und 120 in Richtungen verläuft, die gegeneinander schräg stehen und sich nach unten im Fahrzeug hin aufweiten, wobei die mehreren Verstärkungsrippen aufrecht an Tangenten an die Kreise entlang angeordnet sind, wie vorstehend beschrieben wurde.
Das Paar Verstärkungsrippen 122 und 124, das zusammen mit dem hervorstehenden Abschnitt 112 den dreieckigen Bereich G bildet, wie vorstehend beschrieben wurde, kann auch an anderen Tangenten als den Tangenten Lc und Ld entlang aufrecht angeordnet sein. Somit kann der Lenkungsbefestigungsabschnitt 108 nicht in der Nähe des dreieckigen Bereichs G, sondern in dem Bereich G, d. h., an einer Position mit höherer Festigkeit und Steifigkeit, angeordnet sein. In diesem Falle lassen sich die Tragfestigkeit und die Tragsteifigkeit des Lenkmechanismus 106 verbessern und die Lenkungsvibrationen weiter unterdrücken.
Im Vorstehenden wurde zwar eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen erläutert, jedoch versteht es sich, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die vorstehend gezeigte Ausführungsform beschränkt ist. Für den Fachmann dürfte ersichtlich sein, dass innerhalb des Schutzumfangs der Erfindung, der in den beigefügten Ansprüchen definiert ist, diverse Modifikationen vorgenommen werden können und Varianten möglich sind, und es versteht sich, dass diese Modifikationen und Varianten in den technischen Schutzumfang der vorliegenden Erfindung fallen.
GEWERBLICHE ANWENDBARKEIT
Die vorliegende Erfindung kann bei einem Lenkungsträgerelement eingesetzt werden, das eine Lenkwelle und dergleichen trägt und in Fahrzeugquerrichtung verläuft.
BEZUGSZEICHENLISTE

100 ... Lenkungsträgerelement; 102 ... Stirnwand; 104a, 104b ... beide Enden; 106 ... Lenkmechanismus; 108 ... Lenkungsbefestigungsabschnitt; 110 ... Fixierungsabschnitt; 110a ... Deckseite; 110b ... Boden; 110c ... Mantelfläche; 112 ... hervorstehender Abschnitt; 114 ... Vorwölbung; 116 ... Erweiterung; 118, 120, 122, 124, 126, 128 ... Verstärkungsrippe; 130 ... Längswand; 132 ... oberer Flansch; 134 ... unterer Flansch; 139 ... Lenkwelle; 141 ... Elektromotor

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2007-506610 [0008]
JP 2006-160019 [0008]

Claims

Lenkungsträgerelement, das eine Lenkwelle trägt, in Fahrzeugquerrichtung verläuft, mit beiden Enden an seitwärts gelegenen Seiten eines Fahrzeugs befestigt ist, aus einer Leichtmetalllegierung oder einem Harzverbundwerkstoff geformt ist und aufweist: einen kegelstumpfförmigen Fixierungsabschnitt, der von der Nähe einer Position aus, die die Lenkwelle trägt, zu einer Fahrzeugvorderseite hin verläuft, wobei eine Deckseite des Fixierungsabschnitts an einem Karosserieblech fixiert ist, welches einen Motorraum in einem vorderen Abschnitt des Fahrzeugs begrenzt, und mehrere Verstärkungsrippen, die entlang Tangenten an Kreise angeordnet sind, die durch die Deckseite, den Boden oder jeden beliebigen anderen Schnitt durch den Fixierungsabschnitt gebildet werden.
Lenkungsträgerelement nach Anspruch 1, wobei die mehreren Verstärkungsrippen symmetrisch zu einer in der vertikalen Fahrzeugrichtung verlaufenden Mittellinie des Fixierungsabschnitts angeordnet sind und Folgendes umfassen ein Paar erster Verstärkungsrippen, die in Richtungen verlaufen, die gegeneinander schräg stehen und sich entweder nach oben oder nach unten im Fahrzeug hin aufweiten, und ein Paar zweiter Verstärkungsrippen, die in Richtungen verlaufen, die gegeneinander schräg stehen und sich in derselben Richtung wie die ersten Verstärkungsrippen weiter aufweiten.
Lenkungsträgerelement nach Anspruch 2, wobei das Lenkungsträgerelement derart geformt ist, dass sein Längsschnitt in Fahrzeuglängsrichtung U-förmig ist, wobei die U-Form umfasst: eine Längswand, wobei der Fixierungsabschnitt und die mehreren Verstärkungsrippen auf der Fahrzeugvorderseite der Längswand ausgebildet sind, und einen oberen Flansch und einen unteren Flansch, die von einem oberen bzw. einem unteren Ende der Längswand aus jeweils in Richtung einer Fahrzeugvorderseite hervorstehen, wobei der Fixierungsabschnitt und die mehreren Verstärkungsrippen zwischen dem oberen Flansch und dem unteren Flansch angeordnet sind, wobei der obere Flansch einen hervorstehenden Abschnitt aufweist, der in Richtung der Fahrzeugvorderseite hervorsteht und oberhalb des Fixierungsabschnitts weiter vorn als alle anderen Bereiche des oberen Flanschs angeordnet ist, und der hervorstehende Abschnitt bei Betrachtung von der Fahrzeugvorderseite aus zusammen mit den zweiten Verstärkungsrippen einen dreieckigen Bereich ausbildet.
Lenkungsträgerelement nach Anspruch 3, das ferner aufweist einen Befestigungsabschnitt, der in dem dreieckigen Bereich oder in dessen Nähe angeordnet ist und an dem die Lenkwelle befestigt werden kann.
Lenkungsträgerelement nach Anspruch 3 oder 4, das ferner aufweist: ein Paar dritter Verstärkungsrippen, die durchgängig jeweils von Positionen aus verlaufen, an denen die zweiten Verstärkungsrippen jeweils den oberen Flansch berühren, und auf fachwerkartige Weise in Fahrzeugquerrichtung weg von dem Fixierungsabschnitt zwischen dem unteren Flansch und dem oberen Flansch verlaufen.
Lenkungsträgerelement nach Anspruch 5, das ferner aufweist: eine Vorwölbung, bei der ein Teil der Längswand in eine Richtung im Fahrzeug nach unten vorgewölbt ist; wobei die Vorwölbung aufweist: ein Paar gegenüberliegender Flansche, die aus dem in eine Richtung im Fahrzeug nach unten gebogenen unteren Flansch ausgebildet sind, und eine vierte Verstärkungsrippe, die auf fachwerkartige Weise in der vertikalen Fahrzeugrichtung zwischen diesem Paar Flansche verläuft.