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DE102008007162A1 - Steering wheel for motor vehicle, has vibration absorption device comprising piezo-elements for converting mechanical energy of vibration into electrical energy for absorbing vibration of steering wheel - Google Patents

Steering wheel for motor vehicle, has vibration absorption device comprising piezo-elements for converting mechanical energy of vibration into electrical energy for absorbing vibration of steering wheel Download PDF

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DE102008007162A1
DE102008007162A1 DE200810007162 DE102008007162A DE102008007162A1 DE 102008007162 A1 DE102008007162 A1 DE 102008007162A1 DE 200810007162 DE200810007162 DE 200810007162 DE 102008007162 A DE102008007162 A DE 102008007162A DE 102008007162 A1 DE102008007162 A1 DE 102008007162A1
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DE
Germany
Prior art keywords
steering wheel
vibration
piezoelectric element
electrical energy
piezo
Prior art date
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Withdrawn
Application number
DE200810007162
Other languages
German (de)
Inventor
Michael Kreim
Wolfgang Dipl.-Ing. Säuberlich
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mercedes Benz Group AG
Original Assignee
Daimler AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Daimler AG filed Critical Daimler AG
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • 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
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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Abstract

The wheel has an operation area (12) for a driver, where the operation area is held by a steering column-sided connection area (10). A vibration absorption device (20) absorbs vibration of the wheel. The vibration absorption device comprises piezo-elements (22a-22c) that convert mechanical energy of the vibration into electrical energy. The vibration absorption device comprises a controlling device that derives a control value from difference between an adjustable reference value and an actual value and transmits a control signal corresponding to the control value to the piezo-element.

Description

Die Erfindung betrifft ein Lenkrad für ein Kraftfahrzeug der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art.The The invention relates to a steering wheel for a motor vehicle specified in the preamble of claim 1. Art.

Ein derartiges Lenkrad ist beispielsweise bereits aus der EP 1 238 888 B1 als bekannt zu entnehmen und umfasst einen durch einen lenksäulenseitigen Verbindungsbereich gehaltenen Handhabungsbereich für einen Fahrer sowie wenigstens eine Schwingungsdämpfungseinrichtung, mittels welcher eine Schwingung des Lenkrads zu verringern ist. Die Schwingungsdämpfungseinrichtung ist dabei im Kraftflussweg zwischen dem Verbindungsbereich und dem Handhabungsbereich angeordnet und umfasst eine elektro- oder magnetorheologische Flüssigkeit, deren Dämpfungseigenschaften über ein elektrisches bzw. magnetisches Feld verstellbar sind.Such a steering wheel is for example already out of the EP 1 238 888 B1 as known and includes a held by a steering column side connecting region handling area for a driver and at least one vibration damping device by means of which a vibration of the steering wheel is to be reduced. The vibration damping device is arranged in the force flow path between the connection region and the handling region and comprises an electro- or magnetorheological fluid whose damping properties can be adjusted via an electric or magnetic field.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein schwingungsgedämpftes Lenkrad der eingangs genannten Art zu schaffen, welches einfacher und kostengünstiger herstellbar ist.task The present invention is a vibration-damped To create steering wheel of the type mentioned, which is easier and is cheaper to produce.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Lenkrad für ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht-trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Patentansprüchen angegeben.The Task is inventively by a steering wheel for a motor vehicle with the features of the claim 1 solved. Advantageous embodiments with appropriate and non-trivial developments of the invention are in the others Claims specified.

Ein Lenkrad für ein Kraftfahrzeug, welches einfacher und kostengünstiger herstellbar ist, ist erfindungsgemäß dadurch geschaffen, dass die Schwingungsdämpfungseinrichtung wenigstens ein Piezoelement umfasst, mittels welchem eine mechanische Energie der Schwingung in elektrische Energie umwandelbar ist. Im Gegensatz zu aus dem Stand der Technik bekannten Schwingungsdämpfungseinrichtungen sind somit keine aufwendigen und teuren Maßnahmen zur Abdichtung der Schwingungsdämpfungseinrichtung gegen ein Auslaufen von als Dämpfungsmaterial verwendeten Flüssigkeiten erforderlich. Das erfindungsgemäße Lenkrad ermöglicht somit auf konstruktiv einfache und kostengünstige Weise über die Umwandlung der mechanischen Energie der Schwingung in elektrische Energie eine signifikante Reduzierung der Schwingungsamplituden. Da bei einem Lenkrad spürbare Schwingungen besonders auffällig sind, wird dadurch der Komfort für den Fahrer erheblich verbessert und zudem die Wertanmutung des Kraftfahrzeuges deutlich erhöht.One Steering wheel for a motor vehicle, which is simpler and less expensive can be produced is inventively created by in that the vibration damping device has at least one piezoelectric element includes, by means of which a mechanical energy of the vibration is convertible into electrical energy. Unlike from the state known in the art vibration damping devices are therefore no expensive and expensive measures for sealing the vibration damping device against leakage of fluids used as damping material required. The steering wheel according to the invention allows thus in a structurally simple and inexpensive way over the conversion of the mechanical energy of the vibration into electrical Energy a significant reduction in vibration amplitudes. As with a steering wheel noticeable vibrations particularly noticeable Thus, the comfort for the driver becomes considerable improves and also significantly increases the perceived value of the motor vehicle.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich anhand der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels. Dabei zeigt die einzige Figur eine geschnittene perspektivische Schrägansicht eines Lenkrads gemäß einem Ausführungsbeispiel.Further Advantages, features and details of the invention will be apparent from the following description of an embodiment. The single figure shows a cut perspective An oblique view of a steering wheel according to one embodiment.

Die Figur zeigt eine geschnittene und perspektivische Schrägansicht eines Lenkrads für ein Kraftfahrzeug gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das Lenkrad umfasst dabei einen Verbindungsbereich 10 zur Anbindung des Lenkrads an eine Lenksäule des Kraftfahrzeuges. Der Verbindungsbereich 10 hält weiterhin einen Handhabungsbereich 12, welcher seinerseits mehrere Lenkradspeichen 14a, 14b, sowie einen Lenkradkranz 16 umfasst. Die Lenkradspeichen 14a, 14b sowie der Lenkradkranz 16 sind im vorliegenden Ausführungsbeispiel als Aluminiumgussteile ausgebildet. Alternativ können jedoch auch Magnesium, Stahl oder weitere, dem Fachmann aus dem Stand der Technik bekannte Materialien verwendet werden. Das Lenkrad ist weiterhin mit einer Ummantelung 18 versehen sein, welche beispielsweise aus Stoff, Kunststoff oder Leder bestehen kann. Zur Verringerung von Schwingungen des Lenkrads weist dieses eine Schwingungsdämpfungseinrichtung 20 auf, welche mehrere Piezoelemente 22a–c umfasst. Die Piezoelemente 22a–c ermöglichen dabei eine Umwandlung der mechanischen Energie der Schwingung des Lenkrades in elektrische Energie, wodurch sich eine entsprechende Reduzierung der Schwingungsamplituden ergibt. Zur optimalen Kraftübertragung sind die Piezoelemente 22a–c vorzugsweise mechanisch starr mit dem Handhabungsbereich 12 bzw. dem Lenkradkranz 16 verbunden und können platten- oder scheibenförmig ausgebildet sein. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist das Piezoelement 22a in den Lenkradkranz 16 eingegossen, wohingegen das Piezoelement 22b an der Oberfläche des Lenkradkranzes 16 festgelegt ist. Das Piezoelement 22c ist seinerseits innerhalb einer Aufnahme 24 der Lenkradspeiche 14b aufgenommen. Dabei ist jedoch zu betonen, dass grundsätzlich eine abweichende Anzahl von Piezoelementen 22 vorgesehen sein kann, welche in unterschiedlicher Weise mit dem Handhabungsbereich 12 gekoppelt sein können.The figure shows a sectional and perspective oblique view of a steering wheel for a motor vehicle according to an embodiment. The steering wheel includes a connection area 10 for connecting the steering wheel to a steering column of the motor vehicle. The connection area 10 continues to hold a handling area 12 , which in turn several steering wheel spokes 14a . 14b , as well as a steering wheel rim 16 includes. The steering wheel spokes 14a . 14b as well as the steering wheel rim 16 are formed in the present embodiment as aluminum castings. Alternatively, however, magnesium, steel or other materials known to those skilled in the art may also be used. The steering wheel is still with a sheath 18 be provided, which may for example consist of fabric, plastic or leather. To reduce vibrations of the steering wheel, this has a vibration damping device 20 on which several piezo elements 22a -C includes. The piezo elements 22a -C thereby enable a conversion of the mechanical energy of the vibration of the steering wheel into electrical energy, resulting in a corresponding reduction of the vibration amplitudes. For optimal power transmission are the piezo elements 22a C preferably mechanically rigid with the handling area 12 or the steering wheel rim 16 connected and may be plate-shaped or disc-shaped. In the present embodiment, the piezoelectric element 22a in the steering wheel rim 16 poured, whereas the piezoelectric element 22b on the surface of the steering wheel rim 16 is fixed. The piezo element 22c is in turn within a recording 24 the steering wheel spoke 14b added. However, it should be emphasized that in principle a different number of piezo elements 22 may be provided, which in different ways with the handling area 12 can be coupled.

Die durch die Anregung des Kraftfahrzeugs auftretenden Schwingungen des Lenkrads können bei der gezeigten Anordnung der Piezoelemente 22 am Lenkradkranz 16 besonders vorteilhaft reduziert werden, da hier die größten Schwingungsamplituden auftreten. Dabei kann vorgesehen sein, dass die Schwingungsdämpfungseinrichtung 20 aktiv und/oder passiv ausgebildet ist. Eine aktiv ausgebildete Schwingungsdämpfungseinrichtung 20 umfasst dabei eine Regeleinrichtung (nicht dargestellt), welche ausgelegt ist, aus einer Differenz zwischen einem einstellbaren Sollwert und einem die elektrische Energie wenigstens eines Piezoelements 22 charakterisierenden Istwert einen Stellwert abzuleiten und ein mit dem Stellwert korrespondierendes Stellsignal an wenigstens ein Piezoelement 22 zu übermitteln. Mit anderen Worten wird zunächst mittels des Piezoelements 22 die mechanische Energie in elektrische Energie umgewandelt, welche dann mittels der Regeleinrichtung ausgewertet wird. Zur Verringerung der Schwingung leitet die Regeleinrichtung dann einen Stellwert ab, welcher in Form elektrischer Energie zurück zum Piezoelement 22 übermittelt und von diesem zurück in mechanische Energie umgewandelt wird. Der Sollwert wird dabei vorteilhafter Weise derart eingestellt, dass sich das Piezoelement 22 im Frequenzbereich der störenden Schwingung des Lenkrads wie ein viskoser Dämpfer verhält. Mit Hilfe der Regeleinrichtung kann somit das Piezoelement 22 gezielt zum Schwingen angeregt werden und erzeugt dabei in starrer Kopplung mit der Masse des Lenkrades einen zeitlich definierten Kraftverlauf. Die Anregung des Piezoelementes 22 erfolgt dabei idealerweise gegenphasig zur störenden Schwingung des Lenkrades, wodurch diese weitgehend minimiert oder vollständig neutralisiert wird. Die Regeleinrichtung weist ihrerseits eine Spannungsquelle, eine Steuerungselektronik und einen das Piezoelement 22 umfassenden Regelkreis auf. Dabei kann vorgesehen sein, dass die Regeleinrichtung in das Lenkrad integriert ist. Alternativ kann die Regeleinrichtung jedoch auch räumlich getrennt vom Lenkrad angeordnet oder in eine ohnehin vorhandene Steueranlage des Kraftfahrzeugs integriert sein.The vibrations of the steering wheel occurring as a result of the excitation of the motor vehicle can, in the case of the arrangement of the piezoelements shown 22 on the steering wheel rim 16 be reduced particularly advantageous, since the largest vibration amplitudes occur here. It can be provided that the vibration damping device 20 is active and / or passive. An actively trained vibration damping device 20 in this case comprises a control device (not shown), which is designed from a difference between an adjustable desired value and the electrical energy of at least one piezoelectric element 22 characterizing the actual value to derive a control value and a control signal corresponding to the control value to at least one piezoelectric element 22 to convey. In other words, first by means of the piezoelectric element 22 the mechanical energy into electrical Energy is converted, which is then evaluated by means of the control device. To reduce the vibration, the control device then derives a control value, which in the form of electrical energy back to the piezoelectric element 22 transmitted and converted back into mechanical energy. The setpoint is advantageously set such that the piezoelectric element 22 behaves in the frequency range of the disturbing vibration of the steering wheel like a viscous damper. With the help of the control device can thus the piezoelectric element 22 can be selectively stimulated to vibrate and generates a rigid force coupling in a rigid coupling with the mass of the steering wheel. The excitation of the piezo element 22 ideally takes place in opposite phase to the disturbing vibration of the steering wheel, whereby this is largely minimized or completely neutralized. The control device in turn has a voltage source, a control electronics and the piezoelectric element 22 comprehensive control circuit. It can be provided that the control device is integrated in the steering wheel. Alternatively, however, the control device can also be arranged spatially separated from the steering wheel or integrated into an already existing control system of the motor vehicle.

Bei einer passiv ausgelegten Schwingungsdämpfungseinrichtung 20 ist das Piezoelement 22 mit einem elektrischen Widerstand gekoppelt, mittels welchem die elektrische Energie in Wärmeenergie umwandelbar ist. Mit anderen Worten werden die Schwingungen des Lenkrades dadurch verringert, dass die mechanische Energie der Schwingung zunächst mittels des Piezoelementes 22 in elektrische Energie und anschließend über den beispielsweise parallel geschalteten elektrischen Widerstand in Wärmeenergie umgewandelt wird. Dies stellt eine konstruktiv besonders einfache, kostengünstige und robuste Ausgestaltungsmöglichkeit dar. Sowohl das Piezoelement 22 als auch der Widerstand können dabei mittels der Ummantelung 18 vor mechanischer Beschädigung geschützt werden. Der elektrische Widerstand kann beispielsweise als Spule ausgebildet sein. Dem Fachmann sind jedoch auch weitere Ausgestaltungsformen aus dem Stand der Technik als bekannt zu entnehmen. Ebenfalls denkbar ist es, die Schwingungsdämpfungseinrichtung 20 sowohl aktiv als auch passiv auszubilden.In a passively designed vibration damping device 20 is the piezo element 22 coupled with an electrical resistance by means of which the electrical energy is converted into heat energy. In other words, the vibrations of the steering wheel are reduced by the fact that the mechanical energy of the vibration initially by means of the piezoelectric element 22 is converted into electrical energy and then via the example, parallel electrical resistance into heat energy. This represents a structurally particularly simple, cost-effective and robust design possibility. Both the piezo element 22 as well as the resistance can by means of the sheath 18 protected against mechanical damage. The electrical resistance may be formed, for example, as a coil. However, other embodiments of the prior art are known to be known to those skilled in the art. It is also conceivable, the vibration damping device 20 both active and passive.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • - EP 1238888 B1 [0002] - EP 1238888 B1 [0002]

Claims (6)

Lenkrad für ein Kraftfahrzeug, mit einem durch einen lenksäulenseitigen Verbindungsbereich (10) gehaltenen Handhabungsbereich (12) für einen Fahrer und mit wenigstens einer Schwingungsdämpfungseinrichtung (20), mittels welcher eine Schwingung des Lenkrads zu verringern ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwingungsdämpfungseinrichtung (20) wenigstens ein Piezoelement (22) umfasst, mittels welchem eine mechanische Energie der Schwingung in elektrische Energie umwandelbar ist.Steering wheel for a motor vehicle, having a steering column-side connecting region ( 10 ) handling area ( 12 ) for a driver and with at least one vibration damping device ( 20 ), by means of which a vibration of the steering wheel is to be reduced, characterized in that the vibration damping device ( 20 ) at least one piezoelectric element ( 22 ), by means of which a mechanical energy of the oscillation is convertible into electrical energy. Lenkrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwingungsdämpfungseinrichtung (20) eine Regeleinrichtung umfasst, welche ausgelegt ist, aus einer Differenz zwischen einem einstellbaren Sollwert und einem die elektrische Energie des wenigstens einen Piezoelements (22) charakterisierenden Istwert einen Stellwert abzuleiten und ein mit dem Stellwert korrespondierendes Stellsignal an das wenigstens eine Piezoelement (22) zu übermitteln.Steering wheel according to claim 1, characterized in that the vibration damping device ( 20 ) comprises a control device which is designed, from a difference between an adjustable desired value and a the electrical energy of the at least one piezoelectric element ( 22 ) characterizing the actual value to derive a control value and a control signal corresponding to the control value to the at least one piezoelectric element ( 22 ). Lenkrad nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Piezoelement (22) mit einem elektrischen Widerstand gekoppelt ist, mittels welchem die elektrische Energie in Wärmeenergie umwandelbar ist.Steering wheel according to claim 1 or 2, characterized in that the at least one piezoelectric element ( 22 ) is coupled to an electrical resistance by means of which the electrical energy is convertible into heat energy. Lenkrad nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Piezoelement (22) mechanisch starr mit dem Lenkrad verbunden ist.Steering wheel according to one of claims 1 to 3, characterized in that the at least one piezoelectric element ( 22 ) is mechanically rigidly connected to the steering wheel. Lenkrad nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Piezoelement (22) an einer Oberfläche des Handhabungsbereichs (12) und/oder innerhalb des Handhabungsbereichs (12) angeordnet und/oder als Teil des Handhabungsbereichs (12) ausgebildet ist.Steering wheel according to one of claims 1 to 4, characterized in that the at least one piezoelectric element ( 22 ) on a surface of the handling area ( 12 ) and / or within the handling area ( 12 ) and / or as part of the handling area ( 12 ) is trained. Lenkrad nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Handhabungsbereich (12) zumindest teilweise ummantelt (18) ist.Steering wheel according to one of claims 1 to 5, characterized in that the handling area ( 12 ) at least partially encased ( 18 ).
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