DE3710173C2 - - Google Patents
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- 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
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- B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
- B62D1/00—Steering controls, i.e. means for initiating a change of direction of the vehicle
- B62D1/02—Steering controls, i.e. means for initiating a change of direction of the vehicle vehicle-mounted
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Kraftfahrzeuglenkung mit einem
Lenkrad mit integrierter, ein aufblasbares Gaskissen beinhaltender Aufprallschutzvorrichtung
gemäß Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Bei Kraftfahrzeuglenkrädern stellt sich aufgrund der starren Kopplung der
daran angeschlossenen Lenksäule mit anderen karosseriefesten Funktionseinheiten
stets das Problem, daß zumindest in gewissen Geschwindigkeitsbereichen
ein mehr oder weniger stark ausgeprägtes "Lenkradzittern" festzustellen
ist, welches den Fahrkomfort bisweilen sehr nachhaltig beeinträchtigt.
Wie Versuche ergeben haben, ist dieses Lenkradzittern bei
Kraftfahrzeuglenkrädern mit integrierter Aufprallschutzvorrichtung in
besonders ausgeprägter Weise anzutreffen.
Ursächlich für diese Erscheinung ist u. a. eine gewisse Unwucht an der
Hinterachse. Die Wirkung ist dann am größten, wenn die Unwucht an beiden
Hinterrädern gleich ist, das heißt in die gleiche Richtung zeigt (gleichphasig).
Normalerweise tritt dies nur zeitweilig auf, da in der Regel die
Räder nie exakt den gleichen Umfang haben, so daß eine geringfügige Drehzahldifferenz
die Folge ist. Grundsätzlich kann gesagt werden, daß das
Lenkradzittern auch vom Fahrzeugtyp abhängig ist, da ebenso Querbeschleunigungen
eine maßgebliche Rolle spielen. In diesem Falle ist die Größtwirkung
bei gegenphasiger Unwucht der Hinterräder festzustellen.
Stets ist es jedoch so, daß es kritische Geschwindigkeitsbereiche gibt,
in denen dieses Lenkradzittern bezüglich Frequenz und/oder Amplitude besonders
ausgeprägt und dabei besonders störend ist.
Im Bestreben, dieser Erscheinung abzuhelfen, wurden bereits verschiedene
Maßnahmen getroffen (beispielsweise Steifigkeitserhöhungen im Bereich der
Lagerung der Lenksäule selbst und der Anbindung an das Lenkrad), die aber
allesamt nicht den erhofften Erfolg gebracht haben. Häufig war dabei die
Folge, daß der Resonanzbereich der Lenkradschwingungen in einen anderen
Fahrzeug-Geschwindigkeitsbereich verlegt wurde, unter gleichzeitiger Erhöhung
der Schwingungsamplitude.
Entsprechende Hinweise zur Problematik - Lenkradzittern - sind beispielsweise
in der DE-OS 29 35 936 enthalten. In dieser Vorveröffentlichung
wird ebenfalls ein Lenkrad für Kraftfahrzeuge beschrieben, bei dem angestrebt
wird, aufgrund unfallanalytischer Gesichtspunkte Kranz und Speichen
nachgiebiger auszubilden als bisher, ohne daß das Lenkrad seine
Fähigkeit zur Energieabsorption verliert oder etwa so nachgiebig ausgebildet
ist, daß beim Fahrbetrieb ein Lenkradzittern oder dergleichen auftreten
kann. Es wird also davon ausgegangen, daß zur Beseitigung bzw.
Vorbeugung des Lenkradzitterns eigentlich eine steife Grundkonzeption
vorliegen sollte.
Somit liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine geeignete
Maßnahme aufzuzeigen, durch die das beschriebene Lenkradzittern beseitigt,
zumindest jedoch beträchtlich eingeschränkt werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß unter Verwendung einer gattungsgemäßen
Kraftfahrzeuglenkung gelöst, die die kennzeichnenden Merkmale des Patentan
spruches 1 aufweist.
Zwar ist aus der DE-OS 20 21 930 ein Lenkrad mit Prallplatte bekannt geworden,
bei dem diese federnd unmittelbar auf oder in den Speichen des
Lenkrades befestigt ist. Die federnde Lagerung bzw. Befestigung wirkt
aber in Richtung der Lenksäulen-Längsachse und nicht quer dazu. Mit der
in dieser Offenlegungsschrift beschriebenen Anordnung sollen insbesondere
Isolierungsschwierigkeiten bei der Befestigungs- und Kontakteinrichtung
von Lenkrädern mit Prallplatten beseitigt werden, bei denen die Prallplatte
gleichzeitig der Signalgabe dient. Die Problematik - Lenkradzittern -
spielt dabei keine Rolle.
Allein schon deshalb vermochte die DE-OS 20 21 930 es nicht, irgendwelche
Anregungen zu vermitteln, die zur erfindungsgemäßen Lösung hätten führen
können.
Die vorteilhafte Wirkung der erfindungsgemäßen Maßnahme wurde bereits anhand
von Versuchen in überzeugender Weise bestätigt. So senkt die gedämpft
schwimmende Lagerung des Gehäuses für die Aufprallschutzvorrichtung
die Schwingungsamplituden des Lenkrades erheblich ab. Durch eine
entsprechend abgestimmte Auslegung der Schersteifigkeit der die gedämpft
schwimmende Lagerung bewirkenden Elemente in Richtung quer zur Lenksäulen-Längsachse
kann die Resonanzfrequenz des Gehäuses für die Aufprallschutzvorrichtung
auf einen Geschwindigkeitsbereich abgestimmt werden,
bei dem noch keine großen Amplituden an der Fahrzeugkarosserie auftreten
(beispielsweise 120 km/h). Bei höheren Fahrgeschwindigkeiten ist das Gehäuse
dann "überkritisch" und wirkt wie eine zusätzliche Versteifung des
Lenkrades.
Durch die gedämpft schwimmende Lagerung wird die erste Eigenfrequenz des
Systems Lenkrad/Gehäuse so niedrig abgestimmt, daß sie in einem Geschwindigkeitsbereich
zu liegen kommt, in dem noch keine hohen Anregungsamplituden
auftreten.
Zusätzlich vorgesehene, zur Lenkradachse symmetrisch angeordnete Federelemente
mit relativ geringer Federsteifigkeit sollen bei Geradeausstellung
des Lenkrades das Eigengewicht der Aufprallschutzvorrichtung kompensieren
und so die Mittenstellung in den die schwimmende Lagerung gewährleistenden
Lagern sicherstellen.
Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispieles beschrieben und in
der Zeichnung dargestellt. Diese zeigt dabei im einzelnen in
Fig. 1 eine schematisierte Darstellung (Draufsicht) der Kraftfahrzeug
lenkung mit der schwimmend gelagerten Aufprallschutzvor
richtung,
Fig. 2 ein konstruktives Ausführungsbeispiel für eine schwimmende
Lagerung,
Fig. 3 eine Seitenansicht der Darstellung nach Fig. 2 (von der
Lenksäule her betrachtet),
Fig. 4 ein Diagramm zur Darstellung des Schwingungsverhaltens der
erfindungsgemäßen Kraftfahrzeuglenkung in Vergleich zum
Stand der Technik und
Fig. 5 ein weiteres Diagramm zur Verdeutlichung der prinzipiellen
Wirkung der schwimmenden Lagerung der Aufprallschutzvorrichtung
Fig. 1 zeigt in einer schematisierten Darstellung ein auf eine Nabe (1)
aufgesetztes und daran befestigtes Lenkrad (2) mit integrierter Aufprall
schutzvorrichtung (3). Die von der Nabe (1) ausgehenden, nach außen gerichte
ten Speichen (4) münden in einen Lenkradkranz (5). Die Aufprallschutzvor
richtung (3) besteht im wesentlichen aus einem sich bei einer bestimmten
Fahrzeugverzögerung selbsttätig aufblasenden Gaskissen, welches mit einem
Gasgenerator gekoppelt ist, der einen gaserzeugenden, bei einer bestimmten
Fahrzeugverzögerung zündenden Brennsatz enthält.
Sämtliche vorgenannten, im Detail nicht näher dargestellten Funktionselemente
der Aufprallschutzvorrichtung (3) sind zweckmäßigerweise zu einer Baueinheit
zusammengefaßt und in einem entsprechenden Gehäuse (6) untergebracht. Dieses
ist vorzugsweise innerhalb des Lenkradkranzes (5) und dabei ebenfalls in
etwa zentrisch zur Lenksäulen-Längsachse (7) der Kraftfahrzeuglenkung angeord
net.
Das Gehäuse (6) der Aufprallschutzvorrichtung (3) wird von den Speichen
(4) des Lenkrades (2) an vier, vorzugsweise symmetrisch zu den Lenkradmitten
linien (8, 9) angeordneten Lagerstellen (10) gedämpft schwimmend gehalten.
Eine Ausführungsform einer solchen Lagerstelle (10) ist in den Fig. 2
und 3 näher dargestellt. Weitere, ebenfalls symmetrisch angeordnete Lager
stellen (13) dienen dem Zweck, einen Gewichtsausgleich für die Aufprall
schutzvorrichtung (3) herbeizuführen.
Zu beiden Seiten des Gehäuses (6) ist an dieses ein in etwa t-förmig ausgestal
teter Haltebügel (14) angesetzt und daran beispielsweise mittels Befestigungs
schrauben (15) befestigt. Seine jeweils nach oben und unten auskragenden
Arme (16) weisen im Bereich ihrer Enden eine Bohrung (17) auf, in die eine,
mit beidseitigen flanschähnlichen Anlageflächen (12, 18) versehene Lagerbuchse
(19) eingesetzt ist. Sie besteht dabei vorzugsweise aus einem Werkstoff,
der unter anderem auch geräuschdämpfende Eigenschaften besitzt.
Durch die Lagerbuchse (19) hindurch ragt der Schaft einer Halteschraube (20),
deren unteres Ende (22) mit einem Gewinde versehen ist und so mit einem
damit korrespondierenden, an der Speiche (4) vorgesehenen Aufnahmegewinde
zusammenwirkt. Die Unterseite des Schraubenkopfes (23) kommt dabei mit einer
der bereits vorbeschriebenen Anlageflächen (18) der Lagerbuchse (19) in
Kontakt und legt sich an diese an. Diese Endstellung wird durch eine Druck
feder (24) bestimmt, die sich an der gegenüberliegenden Anlagefläche (12)
sowie an einer geeignet gestalteten weiteren Anlagefläche (25) an der Speiche
(4) abstützt.
Zwischen dem Innenquerschnitt D 1 der Lagerbuchse (19) und dem Durchmesser
D 2 des Schaftes der Halteschraube (20) besteht eine Differenz von vorzugs
weise 4-6 mm.
Durch entsprechende Bemessung der Druckfeder (24) in Kombination mit aufein
ander abgestimmten Haft- bzw. Gleitreibungseigenschaften zwischen der Anlage
fläche (18) der Lagerbuchse (19) und der Unterseite des Schraubenkopfes
(23) kann eine bezüglich der Vertikalen schwimmende Lagerung mit gleichzeitiger
Dämpfung erzielt werden. Die exakte Auslegung von Federsteifigkeit und Dämpfungs
eigenschaften muß fahrzeugspezifischen Berechnungen und Versuchen vorbehalten
bleiben, denen eine Reihe unterschiedlicher Parameter zugrundezulegen sind.
Dabei ist eine entsprechende Haft- bzw. Gleitreibungszahl
der einen Anlagefläche (18) der Lagerbuchse (19) und der Unterseite des
Schraubenkopfes (23) sowie zwischen der weiteren Anlagefläche (12) der Lager
buchse (19) und der Druckfeder (24) maßgebend. Bei der Bemessung von oberer
und unterer Druckfeder (24) ist außerdem das durch das Gehäuse (6) der Auf
prallschutzvorrichtung (3) auf den Haltebügel (14) ausgeübte Kippmoment
zu berücksichtigen.
Zur Bildung der Lagerstelle (10) sind an die Speichen (4) entsprechende
Lagerstege (11) angeformt, die jeweils der Aufnahme der Halteschraube (20)
sowie als Anlagefläche (25) für die Druckfeder (24) dienen.
Um die in Fig. 2 dargestellte mittige Positionierung der Halteschraube
(20) innerhalb der Lagerbuchse (19) im Ruhezustand stets zu gewährleisten,
sind Maßnahmen erforderlich, um das Eigengewicht der Aufprallschutzvorrichtung
(3) zu kompensieren.
Hierzu dient die bereits eingangs erwähnte Lagerstelle (13), welche jeweils
symmetrisch zur Lenkradmittenlinie (9) im linken und rechten äußeren Bereich
der Aufprallschutzvorrichtung (3) angreift. Sie besteht aus einer entsprechend
dimensionierten Zugfeder (26), welche mit ihrem jeweiligen oberen und unteren
Ende in einen, an einer Speiche (4) bzw. an dem Haltebügel (14) angeformten
Haken (27, 28) eingehängt ist. Damit soll im wesentlichen in der Gerade
ausstellung des Lenkrades (2) das Eigengewicht der Aufprallschutzvorrichtung
(3) kompensiert werden, so daß diese immer wieder in ihre mittige Ausgangs
position zurückkehren kann.
Die sich aus den bereits erwähnten Reibungszahlen (μ r , μ) ergebende Dämpfung
muß so gering sein, daß das Gehäuse (6) bereits bei niedrigen Beschleunigungs
amplituden am Lenkrad "schwimmt". Zusammen mit der Federkraft der Zugfeder
(26) ergibt sich rechnerisch eine Resonanzfrequenz, die praktisch jedoch
so stark gedämpft ist, daß sie zu keiner Überhöhung führt. Dies bedeutet,
die Federn (24, 26) sind bezüglich ihrer Federsteifigkeit so weich zu halten,
daß beim Überfahren von
Unebenheiten usw. gerade noch kein Abheben an den
Gleitflächen erfolgt (Klappergeräusche), andererseits darf die "Losbrechkraft"
in Gleitrichtung nicht zu hoch werden.
Die Fig. 4 zeigt in einem Diagramm das Vibrationsverhalten verschieden
ausgestalteter Kraftfahrzeuglenkungen. In Abhängigkeit von der Fahrtgeschwindig
keit (V) ist dabei in der Ordinate die Beschleunigung am Lenkradkranz (Schwing
beschleunigung b) aufgetragen. Es ist daraus eindeutig entnehmbar, daß eine
gedämpft schwimmend gelagerte Aufprallschutzvorrichtung (auch Airbag genannt)
selbst noch ein günstigeres Vibrationsverhalten zeigt, als beispielsweise
eine serienmäßige Kraftfahrzeuglenkung ohne Aufprallschutzvorrichtung. Die
eindeutig ungünstigsten Werte hinsichtlich des Vibrationsverhaltens sind
bei einer Kraftfahrzeuglenkung zu verzeichnen, bei der die Aufprallschutz
vorrichtung starr mit dem Lenkrad verbunden ist.
Fig. 5 zeigt in einem weiteren Diagramm die prinzipielle Wirkungsweise
einer solchen schwimmenden Lagerung. Auch dort ist wieder die Fahrtgeschwindig
keit (V) in Abhängigkeit von der Beschleunigung am Lenkradkranz (Schwingbe
schleunigung b) dargestellt. Mit Hilfe der Schersteifigkeit der Lagerstelle
(10) wird die erste Eigenfrequenz des Systems Lenkrad/Airbag so niedrig
abgestimmt, daß sie in einen Geschwindigkeitsbereich zu liegen kommt, in
dem noch keine hohen Anregungsamplituden auftreten. Außerdem ist die Dämpfung
der Lagerung so groß, daß sowohl die erste als auch die zweite Resonanz
zu keinen bedeutenden Amplitudenüberhöhungen führen.
Die Erfindung ist nicht auf die gezeigte Ausführungsform der gedämpft schwimmen
den Lagerung beschränkt, da hierfür verschiedene Alternativen denkbar sind.
So ist es beispielsweise nicht erforderlich, die Funktionen Steifigkeit,
Dämpfung und Wegbegrenzung für die Bewegungen der Aufprallschutzvorrichtung
allesamt in die Lagerstelle (10) zu integrieren. Grundsätzlich wäre auch
denkbar und zu berücksichtigen, daß nicht alle Funktionselemente der Aufprall
schutzvorrichtung in dem Gehäuse (6) untergebracht sind.
Claims (7)
1. Kraftfahrzeuglenkung mit einem Lenkrad mit integrierter, ein aufblasbares
Gaskissen beinhaltender Aufprallschutzvorrichtung, welche
in einem innerhalb eines Lenkradkranzes angeordneten Gehäuse untergebracht
ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (6)
gegenüber dem Lenkrad (2) in bezüglich der
Lenksäulen-Längsachse (7) senkrechter Richtung gedämpft schwimmend
gelagert und dabei in dieser Richtung bewegbar ist.
2. Kraftfahrzeuglenkung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß das Gehäuse (6) gegenüber dem Lenkrad (2) auch in Richtung der
Lenksäulen-Längsachse (7) bewegbar ist, wobei Federelemente (24)
vorgesehen sind, die in ihrer weiteren Funktion gleichzeitig die
Dämpfung der schwimmenden Lagerung quer zur Lenksäulen-Längsachse
(7) bewirken.
3. Kraftfahrzeuglenkung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß das der Aufnahme der Aufprallschutzvorrichtung (3) dienende
Gehäuse (6) von Speichen (4) des Lenkrades (2) an symmetrisch zu
den Lenkradmittenlinien (8, 9) angeordneten Lagerstellen (10)
schwimmend gehalten ist, wobei zur Bestimmung einer Lagerstelle
(10) ein dem Gehäuse (6) zugeordneter Haltebügel (14) eine Bohrung
(17) aufweist, in die eine, mit beidseitigen flanschähnlichen
Anlageflächen (12, 18) versehene Lagerbuchse (19) eingesetzt ist,
durch die ein Schaft einer Halteschraube (20) hindurchragt, die in
eine Speiche (4) des Lenkrades (2) eingesetzt ist und mit der
Unterseite ihres Schraubenkopfes (23) unter der Vorspannung einer
Druckfeder (24) an einer der Anlageflächen (18) der Lagerbuchse
(19) zur Anlage kommt.
4. Kraftfahrzeuglenkung nach Patentanspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
daß die Druckfeder (24) sich an der gegenüberliegenden flanschähnlichen
Anlagefläche (12) der Lagerbuchse (19) sowie an einer geeignet
gestalteten weiteren Anlagefläche (25) an der Speiche (4)
abstützt und daß zu beiden Seiten des Gehäuses (6) jeweils einer
der in etwa t-förmig gestalteten Haltebügel (14) befestigt ist,
dessen jeweils nach oben und unten auskragenden Arme (16) im Bereich
ihrer Enden die Bohrung (17) aufweisen.
5. Kraftfahrzeuglenkung nach Patentanspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
daß zwischen Innenquerschnitt der Lagerbuchse (19) und dem Durchmesser
des Schaftes der Halteschraube (20) eine Differenz von 4-6 mm
besteht.
6. Kraftfahrzeuglenkung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß zur Lagerung des Gehäuses (6) eine weitere, dessen Eigengewicht
insbesondere in Geradeausstellung des Lenkrades (2) kompensierende
Einrichtung (26-28) vorgesehen ist.
7. Kraftfahrzeuglenkung nach Patentanspruch 6, dadurch gekennzeichnet,
daß als Einrichtung zur Kompensation des Eigengewichtes des Gehäuses
(6), bezüglich einer Lenkradmittenlinie (9) jeweils symmetrisch
angeordnet, eine entsprechend dimensionierten Zugfeder (26)
vorgesehen ist, welche mit ihrem oberen und unteren Ende in einen
an einer Speiche (4) und am Haltebügel (14) angeformten Haken
(27, 28) eingehängt ist.
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