WO2003016003A1 - Motor vehicle steering system with a torsional vibration damper - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a motor vehicle steering system with a vibration damper for the torsional vibrations introduced into a steering wheel via a steering spindle.
- a vibration damper for the torsional vibrations introduced into a steering wheel via a steering spindle.
- the amplitudes of oscillations in the plane perpendicular to the longitudinal axis of the steering column are essentially rectilinearly oscillating oscillatory movements, that is, of oscillations which occur in the Steering column longitudinal axis vertical plane occur, for example, in the horizontal direction or in the vertical direction.
- a hydraulic damper damper tuned to the natural frequency of the steering system for reducing such steering wheel torsional vibrations, in which a damper mass supported on springs oscillates with large deflections in a hydraulic damping medium. It can be provided as a damper damper attached to a tie rod stroke damper with oscillating in the axial direction, designed as a damper piston damper. Alternatively, a rotary absorber damper fastened to the steering column and having a damper mass that swings in the circumferential direction is proposed in this document. In practice, however, torsional vibration dampers have not yet become established in motor vehicle steering systems.
- a larger mass is preferably attached to the steering wheel in the region of the largest possible diameter in such an elastic manner that this mass can vibrate at least slightly compared to the steering wheel.
- This mass should be able to execute torsional vibrations essentially around the center of the steering wheel or around the center of the steering wheel. It is important that this mass is not negligibly small compared to the weight of the steering wheel, which is why the specific weight of this so-called mass, which is best formed by at least one suitably shaped metal element, is significantly greater than that of the steering wheel base material or essentially that Steering wheel forming material mix should be.
- this mass can be arranged as far as possible, or at least one metal element forming this mass, if this metal element or the possibly a plurality of metal elements is / are essentially accommodated in the steering wheel rim, in such a way that it or they can be or are at least slightly movable relative to it.
- the metal element is then preferably ring-shaped, in the sense of an advantageous production a single closed metal ring can be elastically embedded in the steering wheel rim.
- an inner metal ring can be guided so as to be displaceable relative to an outer metal ring surrounding it, around its common steering wheel center.
- the elastic connection of the metal element to the steering wheel or steering wheel rim can take place via an elastomer element, this so-called connection being designed in such a way that slight torsional vibrations preferably around the center of the steering wheel between the steering wheel and the (or) metal element (s) ) possible are.
- the metal element can be completely connected to the steering wheel rim via an elastic connection, but next to it - viewed over the cross section of the steering wheel rim - only a partial, i.e. possible in some areas and in particular over one or more segment (s) elastic connection.
- the torsional vibrations introduced into the steering wheel by the oscillatory system formed by the motor vehicle steering and the vehicle axle with the steerable wheels can be reduced, in the best case to the extent that they are no longer perceived as disturbing by the driver of the motor vehicle - be taken.
- the Steering wheel rim or the crown skeleton forming the steering wheel rim which, as usual, is still foamed or wrapped, has a recess that receives the metal element. This recess can be almost completely filled with a suitable elastomer material, in which then or via which the metal element is then virtually floating.
- the recess can also be provided with a cover on which the metal element is suspended elastically.
- the elastic suspension mentioned does not have to take place via a suitably designed elastomer element; rather, other elastic suspensions, for example via spring elements or the like, are also possible.
- the metal element can be made of brass or steel, while the lighter steering wheel rim and the steering wheel spokes can be formed by a light metal skeleton, in particular made of aluminum or magnesium.
- FIGS. 1, 2 each showing a cross section through the ring skeleton of a motor vehicle steering wheel according to the invention.
- the reference number 1 designates the steering wheel rim or the skeleton of a steering wheel (not shown further) which can be rotated about an axis of rotation 7, in or near which the center of the otherwise conventional, essentially circular steering wheel is located.
- the steering wheel rim 1 is encased by a handle structure, not shown, which is foamed, for example.
- a circumferential recess 2 on the rear side of the steering wheel facing away from the driver, into which a metal ring 3 (here closed and thus extending over the entire rim circumference) is inserted, which - to choose a more general term - is also referred to as the metal element 3 according to the invention.
- This metal element 3 is held elastically on the steering wheel rim 1 or in its recess 2 such that the metal element 3 or the metal ring 3 can perform at least a slight oscillating movement about the axis of rotation 7 relative to the steering wheel rim 1.
- the recess 2 is almost completely filled with a suitable elastomer material, which forms an elastomer element 4, in or over which the metal element 3 is mounted in a quasi-floating manner.
- the cutout 2 can also be provided with a cover 5, on which the metal element 3 is suspended elastically, specifically via a suitably foamed elastomer element 4.
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Abstract
Description
Kraftfahrzeuglenkung mit einem Drehschwingungs-TilgerMotor vehicle steering with a torsional vibration absorber
Die Erfindung betrifft eine Kraftfahrzeuglenkung mit einem Schwingungstilger für die über eine Lenkspindel in ein Lenkrad eingeleiteten Drehschwingungen. Zum technischen Umfeld wird neben der DE 37 10 173 C2 auf die DE- OS 2 249 655 verwiesen, ferner sei die WO 00/18617 zitiert.The invention relates to a motor vehicle steering system with a vibration damper for the torsional vibrations introduced into a steering wheel via a steering spindle. Regarding the technical environment, in addition to DE 37 10 173 C2, reference is made to DE-OS 2 249 655, and WO 00/18617 is also cited.
An Kraftfahrzeugen treten im Betrieb naturgemäß eine Vielzahl von Schwingungen auf, die u.a. auch in das Lenksystem des Fahrzeugs eingeleitet werden können. Da der Fahrzeugführer das Lenkrad stets in den Händen hält, werden hier deutliche spürbare Schwingungen, wie sie insbesondere im Bereich der Eigenfrequenzen des durch die Kraftfahrzeug- Lenkung sowie die Fahrzeugachse mit den lenkbaren Rädern gebildeten schwingungsfähigen Systems auftreten, als unangenehm empfunden. Grundsätzlich hat dieses schwingungsfähige System mehrere Eigenfrequenzbereiche, die unterschiedlich störend empfunden werden. Geeignete Maßnahmen zur Tilgung oder zumindest Dämpfung solcher Schwingungen sind daher wünschenswert.A multitude of vibrations naturally occur on motor vehicles during operation, which among other things can also be introduced into the steering system of the vehicle. Since the driver of the vehicle always holds the steering wheel in his hands, clear, noticeable vibrations, such as occur particularly in the area of the natural frequencies of the oscillatory system formed by the motor vehicle steering and the vehicle axle with the steerable wheels, are perceived as unpleasant. Basically, this vibratory system has several natural frequency ranges that are perceived as different disturbances. Suitable measures to eradicate or at least dampen such vibrations are therefore desirable.
So ist bspw. in der o.g. DE 37 10 173 C2 vorgeschlagen, bei einer Kraftfahrzeuglenkung mit einem Lenkrad mit integrierter Aufprallschutzvorrichtung, die in einem innerhalb des Lenkradkranzes angeordneten Gehäuse untergebracht ist, dieses Gehäuse gegenüber dem Lenkrad in bezüglich der Lenksäulen-Längsachse senkrechter Richtung gedämpft schwimmend und dabei in dieser Richtung bewegbar zu lagern. Diese gedämpft schwimmende Lagerung des Aufprallschutzvorrichtungs-Gehäuses senkt die Schwingungsamplituden des Lenkrads erheblich ab. Abgesenkt werden mit diesem bekannten Stand der Technik (sowie mit einer Vielzahl von Weiterbildungen hiervon, die in diversen Druckschriften beschrieben sind) die Amplituden von in der Ebene senkrecht zur Lenksäulen-Längsachse auftretenden im wesentlichen geradlinig oszillierenden Schwingungsbewegungen, d.h. von Schwingungen, die in der zur Lenksäulen-Längsachse senkrechten Ebene bspw. in Horizontalrichtung oder in Vertikalrichtung auftreten.For example, in the above-mentioned DE 37 10 173 C2 it is proposed that in a motor vehicle steering system with a steering wheel with an integrated impact protection device, which is accommodated in a housing arranged within the steering wheel rim, this housing is dampened, floating relative to the steering wheel in a direction perpendicular to the longitudinal axis of the steering column while being movable in this direction. This steamed floating Storage of the impact protection device housing significantly reduces the vibration amplitudes of the steering wheel. With this known prior art (and with a variety of further developments thereof, which are described in various publications), the amplitudes of oscillations in the plane perpendicular to the longitudinal axis of the steering column are essentially rectilinearly oscillating oscillatory movements, that is, of oscillations which occur in the Steering column longitudinal axis vertical plane occur, for example, in the horizontal direction or in the vertical direction.
Neben den im wesentlichen geradlinigen (linearen) Schwingungen von Kraftfahrzeug-Lenkrädern können an diesen auch periodische Drehschwingungen auftreten, die durch an den lenkbaren Fahrzeug-Rädern wirkende Kräfte, nämlich insbesondere durch die infolge Unwucht der Räder verursachten Zentrifugalkräfte angeregt werden. Eine weitere Ursache für Lenkrad-Drehschwingungen sind auftretende Drehmomentschwankungen beim Bremsen, die bspw. durch Ungleichförmigkeiten an der Bremsscheibe verursacht werden. Derartige Lenkrad-Drehschwingungen können durch die in der genannten DE 37 10 173 C2 beschriebene Anordnung oder ähnliche Anordnungen nicht erfolgreich bedämpft werden.In addition to the essentially linear (linear) vibrations of motor vehicle steering wheels, periodic torsional vibrations can also occur on them, which are excited by forces acting on the steerable vehicle wheels, in particular by the centrifugal forces caused by the unbalance of the wheels. Another cause of steering wheel torsional vibrations is the torque fluctuations that occur during braking, which are caused, for example, by irregularities on the brake disc. Such steering wheel torsional vibrations can not be successfully damped by the arrangement described in DE 37 10 173 C2 or similar arrangements.
In der oben zweitgenannten DE-OS 2 249 655 ist zur Verringerung derartiger Lenkrad-Drehschwingungen ein auf die Eigenfrequenz des Lenksystems abgestimmter hydraulischer Tilgerdämpfer vorgeschlagen, bei dem eine auf Federn abgestützte Tilgermasse in einem hydraulischen Dämpfungsmedium mit großen Ausschlägen schwingt. Dabei kann als Tilgerdämpfer ein an einer Spurstange befestigter Hubtilgerdämpfer mit in axialer Richtung schwingender, als Dämpferkolben ausgebildeter Tilgermasse vorgesehen sein. Alternativ ist in dieser Schrift ein an der Lenksäule befestigter Drehtilger- dämpfer mit in Umfangsrichtung schwingender Tilgermasse vorgeschlagen. In der Praxis jedoch haben sich Drehschwingungs-Tilger in Kraftfahrzeug- Lenksystemen noch nicht durchgesetzt. In jüngerer Zeit wird vielmehr ein anderer Weg beschriften, und zwar wird die Lenkrad-Anordnung solchermaßen gestaltet, dass sich ein hohes Lenkrad-Trägheitsmoment ergibt, wodurch die Drehschwingungs-Eigenfrequenz in einen günstigen Bereich verschoben wird. Die o.g. WO 00/18617 zeigt hierfür ein Beispiel.In the second-mentioned DE-OS 2 249 655, a hydraulic damper damper tuned to the natural frequency of the steering system is proposed for reducing such steering wheel torsional vibrations, in which a damper mass supported on springs oscillates with large deflections in a hydraulic damping medium. It can be provided as a damper damper attached to a tie rod stroke damper with oscillating in the axial direction, designed as a damper piston damper. Alternatively, a rotary absorber damper fastened to the steering column and having a damper mass that swings in the circumferential direction is proposed in this document. In practice, however, torsional vibration dampers have not yet become established in motor vehicle steering systems. Recently, a different way has been labeled, namely the steering wheel arrangement is designed in such a way that a high steering wheel moment of inertia results, whereby the torsional natural frequency is shifted into a favorable range. The above WO 00/18617 shows an example of this.
Hiermit soll nun aufgezeigt werden, wie Lenkrad-Drehschwingungen wirkungsvoll mit einfachen Maßnahmen bedämpft werden können (= Aufgabe der vorliegenden Erfindung).This is to show how steering wheel torsional vibrations can be effectively damped with simple measures (= object of the present invention).
Die Lösung dieser Aufgabe ist dadurch gekennzeichnet, dass am Lenkrad bezüglich des Lenkrad-Mittelpunktes weit außen liegend zumindest ein Metallelement elastisch angebracht ist, dessen spezifisches Gewicht nennenswert größer als dasjenige des dort anzutreffenden Lenkrad- Materials ist. Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen sind Inhalt der Unteransprüche.The solution to this problem is characterized in that at least one metal element, whose specific weight is appreciably greater than that of the steering wheel material found there, is elastically attached to the steering wheel with respect to the center of the steering wheel. Advantageous training and further education are included in the subclaims.
Erfindungsgemäß wird eine größere Masse bevorzugt im Bereich des größtmöglichen Durchmessers des Lenkrads derart elastisch an diesem angebracht, dass diese Masse gegenüber dem Lenkrad zumindest geringfügig schwingen kann. Dabei soll diese Masse Drehschwingungen im wesentlichen um den Lenkrad-Mittelpunkt bzw. um den Lenkrad-Drehpunkt ausführen können. Bedeutsam ist, dass diese Masse gegenüber dem Eigengewicht des Lenkrads nicht vernachlässigbar klein ist, weswegen das spezifische Gewicht dieser sog. Masse, die am besten durch zumindest ein geeignet geformtes Metallelement gebildet wird, nennenswert größer als dasjenige des Lenkrad-Grundmaterials oder des im wesentlichen das Lenkrad bildenden Materialmixes sein sollte.According to the invention, a larger mass is preferably attached to the steering wheel in the region of the largest possible diameter in such an elastic manner that this mass can vibrate at least slightly compared to the steering wheel. This mass should be able to execute torsional vibrations essentially around the center of the steering wheel or around the center of the steering wheel. It is important that this mass is not negligibly small compared to the weight of the steering wheel, which is why the specific weight of this so-called mass, which is best formed by at least one suitably shaped metal element, is significantly greater than that of the steering wheel base material or essentially that Steering wheel forming material mix should be.
Bezüglich des Lenkrad-Dreh- oder Mittelpunktes möglichst weit außenliegend angeordnet werden kann diese genannte Masse bzw. zumindest ein diese Masse bildendes Metallelement, wenn dieses Metallelement oder die ggf. mehreren Metallelemente im wesentlichen im Lenkradkranz untergebracht ist/sind, und zwar derart, dass es bzw. sie zumindest geringfügig gegenüber diesem bewegbar ist bzw. sind. Bevorzugt ist dann das Metall- element ringförmig ausgebildet, wobei im Sinne einer vorteilhaften Fertigung ein einziger geschlossener Metallring elastisch in den Lenkradkranz eingebettet sein kann. Es ist jedoch auch denkbar, mehrere Metallringe oder dgl. vorzusehen, und diese ggf. ineinander geschachtelt, d.h. im Querschnitt konzentrisch zueinander anzuordnen. Dabei kann in einer besonderen Ausführungsform ein innenliegender Metallring gegenüber einem diesen umgebenden außenliegenden Metallring um deren gemeinsamen Lenkrad- Mittelpunkt verschiebbar geführt sein.With regard to the steering wheel turning point or center point, this mass can be arranged as far as possible, or at least one metal element forming this mass, if this metal element or the possibly a plurality of metal elements is / are essentially accommodated in the steering wheel rim, in such a way that it or they can be or are at least slightly movable relative to it. The metal element is then preferably ring-shaped, in the sense of an advantageous production a single closed metal ring can be elastically embedded in the steering wheel rim. However, it is also conceivable to provide a plurality of metal rings or the like and, if necessary, to nest them one inside the other, ie to arrange them concentrically with one another in cross section. In a special embodiment, an inner metal ring can be guided so as to be displaceable relative to an outer metal ring surrounding it, around its common steering wheel center.
Die elastische Anbindung des Metallelements am Lenkrad bzw. Lenkrad- kränz kann über ein Elastomer-Element erfolgen, wobei diese sog. Anbindung derart gestaltet ist, dass geringfügige Drehschwingungsbewegungen bevorzugt um den Lenkrad-Mittelpunkt zwischen dem Lenkrad und dem (oder den) Metallelement(en) möglich sind. Dabei kann das Metallelement im Querschnitt betrachtet vollständig über eine elastische Anbindung mit dem Lenkradkranz verbunden sein, daneben ist - über dem Querschnitt des Lenkradkranzes betrachtet - aber auch nur eine partielle, d.h. bereichsweise und insbesondere sich über ein oder mehrere Segment(e) erstreckende elastische Anbindung möglich.The elastic connection of the metal element to the steering wheel or steering wheel rim can take place via an elastomer element, this so-called connection being designed in such a way that slight torsional vibrations preferably around the center of the steering wheel between the steering wheel and the (or) metal element (s) ) possible are. Viewed in cross section, the metal element can be completely connected to the steering wheel rim via an elastic connection, but next to it - viewed over the cross section of the steering wheel rim - only a partial, i.e. possible in some areas and in particular over one or more segment (s) elastic connection.
Mit einem erfindungsgemäßen Lenkrad-Drehschwingungstilger können die vom durch die Kraftfahrzeug-Lenkung sowie die Fahrzeugachse mit den lenkbaren Rädern gebildeten schwingungsfähigen System in das Lenkrad eingeleiteten Drehschwingungen reduziert werden, und zwar im günstigsten Fall soweit, dass sie vom Fahrer des Kfz nicht mehr als störend wahrge- nommen werden. Um dem Fahrer dabei weiterhin das gewohnte und angenehme Lenkrad-Handling zu vermitteln, empfiehlt es sich, dass der Lenkradkranz bzw. das den Lenkradkranz bildende Kranz-Skelett, das wie üblich noch umschäumt oder umwickelt wird, eine das Metallelement aufnehmende Aussparung aufweist. Diese Aussparung kann nahezu vollständig mit einem geeigneten Elastomermaterial befüllt sein, in dem dann bzw. über das dann das Metallelement quasi schwimmend gelagert ist. Die Aussparung kann aber auch mit einer Abdeckung versehen sein, an der das Metallelement elastisch aufgehängt ist. In diesem Zusammenhang sei ausdrücklich darauf hingewiesen, dass die genannte elastische Aufhängung nicht über ein geeignet gestaltetes Elastomerelement erfolgen muss; vielmehr sind auch andere elastische Aufhängungen, bspw. über Federelemente oder dgl. möglich.With a steering wheel torsional vibration damper according to the invention, the torsional vibrations introduced into the steering wheel by the oscillatory system formed by the motor vehicle steering and the vehicle axle with the steerable wheels can be reduced, in the best case to the extent that they are no longer perceived as disturbing by the driver of the motor vehicle - be taken. In order to continue to provide the driver with the familiar and pleasant steering wheel handling, it is recommended that the Steering wheel rim or the crown skeleton forming the steering wheel rim, which, as usual, is still foamed or wrapped, has a recess that receives the metal element. This recess can be almost completely filled with a suitable elastomer material, in which then or via which the metal element is then virtually floating. The recess can also be provided with a cover on which the metal element is suspended elastically. In this context, it should be expressly pointed out that the elastic suspension mentioned does not have to take place via a suitably designed elastomer element; rather, other elastic suspensions, for example via spring elements or the like, are also possible.
Ein nennenswerter Unterschied im spezifischen Gewicht besteht zwischen dem Lenkradmaterial sowie dem Material des Metallelementes bzw. der vorgeschlagenen im wesentlichen elastisch aufgehängten Tilgermasse, wenn das spezifische Gewicht des Metallelementes zumindest 7,5 kg/dm3 beträgt. In diesem Sinne kann das Metallelement in Messing oder Stahl ausgeführt sein, während der demgegenüber leichtere Lenkradkranz sowie die Lenkradspeichen durch ein Leichtmetallskelett, insbesondere aus Aluminium oder Magnesium gefertigt, gebildet sein können.There is a significant difference in the specific weight between the steering wheel material and the material of the metal element or the proposed substantially elastically suspended absorber mass if the specific weight of the metal element is at least 7.5 kg / dm 3 . In this sense, the metal element can be made of brass or steel, while the lighter steering wheel rim and the steering wheel spokes can be formed by a light metal skeleton, in particular made of aluminum or magnesium.
Im folgenden wird die Erfindung anhand zweier bevorzugter Ausführungsbeispiele erläutert, wobei die beigefügten Figuren 1, 2 jeweils einen Querschnitt durch das Kranz-Skelett eines erfindungsgemäßen Kfz-Lenkrads zeigen.In the following, the invention will be explained with reference to two preferred exemplary embodiments, the attached FIGS. 1, 2 each showing a cross section through the ring skeleton of a motor vehicle steering wheel according to the invention.
Mit der Bezugsziffer 1 ist der Lenkkradkranz bzw. das diesen bildende Skelett eines nicht weiter dargestellten Lenkrads bezeichnet, das um eine Drehachse 7 verdrehbar ist, in bzw. nahe derer auch der Mittelpunkt des ansonsten üblichen, im wesentlichen kreisförmigen Lenkrades liegt.. Wie üblich ist der Lenkradkranz 1 von einer nicht dargestellten Griffstruktur umhüllt, die bspw. angeschäumt ist. Im Lenkradkranz 1 ist bevorzugt auf der dem Fahrer abgewandten Rückseite des Lenkrads umlaufend eine Aussparung 2 vorgesehen, in die ein (hier geschlossener und sich somit über den gesamten Kranzumfang erstrecken- der) Metallring 3 eingelegt ist, der - um einen allgemeineren Begriff zu wählen - auch als erfindungsgemäßes Metallelement 3 bezeichnet wird. Dieses Metallelement 3 ist am Lenkradkranz 1 bzw. in dessen Aussparung 2 derart elastisch gehalten, dass das Metallelement 3 bzw. der Metallring 3 zumindest eine geringe schwingende Bewegung um die Drehachse 7 gegenüber dem Lenkradkranz 1 ausführen kann.The reference number 1 designates the steering wheel rim or the skeleton of a steering wheel (not shown further) which can be rotated about an axis of rotation 7, in or near which the center of the otherwise conventional, essentially circular steering wheel is located. , As usual, the steering wheel rim 1 is encased by a handle structure, not shown, which is foamed, for example. In the steering wheel rim 1 there is preferably a circumferential recess 2 on the rear side of the steering wheel facing away from the driver, into which a metal ring 3 (here closed and thus extending over the entire rim circumference) is inserted, which - to choose a more general term - is also referred to as the metal element 3 according to the invention. This metal element 3 is held elastically on the steering wheel rim 1 or in its recess 2 such that the metal element 3 or the metal ring 3 can perform at least a slight oscillating movement about the axis of rotation 7 relative to the steering wheel rim 1.
Beim Ausführungsbeispiel nach Figur 1 ist die Aussparung 2 nahezu vollständig mit einem geeigneten Elastomermaterial befüllt, welches ein Elastomerelement 4 bildet, in dem bzw. über das das Metallelement 3 quasi schwimmend gelagert ist. Wie das Ausführungsbeispiel nach Figur 2 zeigt kann die Aussparung 2 aber auch mit einer Abdeckung 5 versehen sein, an der das Metallelement 3 elastisch aufgehängt ist, und zwar über ein geeignet angeschäumtes Elastomerelement 4.In the exemplary embodiment according to FIG. 1, the recess 2 is almost completely filled with a suitable elastomer material, which forms an elastomer element 4, in or over which the metal element 3 is mounted in a quasi-floating manner. As the exemplary embodiment according to FIG. 2 shows, the cutout 2 can also be provided with a cover 5, on which the metal element 3 is suspended elastically, specifically via a suitably foamed elastomer element 4.
Selbstverständlich sind eine Vielzahl von Varianten oder Abwandlungen von diesen dargestellten Ausführungsbeispielen möglich, ohne den Inhalt der Patentansprüche zu verlassen. Stets erhält man jedoch ein Lenkrad, mit dem Lenkrad-Drehschwingungen wirkungsvoll mit einfachen Maßnahmen bedämpft werden können. Of course, a large number of variants or modifications of these illustrated exemplary embodiments are possible without leaving the content of the patent claims. However, you always get a steering wheel with which steering wheel torsional vibrations can be effectively damped with simple measures.
Claims
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE10140473A1 (en) | 2003-02-27 |
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