ES2206969T3 - Mejoras relacionadas con conjuntos de columnas de direccion. - Google Patents

Abstract

Se proporciona un montaje de columna de dirección, absorbedor de energía, en el cual un eje de columna de dirección (3a, 3b) está sostenido dentro de una cubierta de la columna de dirección, en dos piezas. La cubierta de las dos piezas incluye una primera pieza (1) fijada a la carrocería, y una segunda pieza (2) que está sostenida por la primera pieza (1), y adaptada para deslizarse telescópicamente con respecto a la primera pieza en un accidente. Se proporciona un resorte (5) en un espacio entre las dos piezas y, ante el movimiento relativo entre la primera y la segunda pieza (1, 2), el resorte (5) se desliza a lo largo de al menos una de las dos piezas, para generar una fuerza de fricción que proporciona un efecto amortiguador. También se proporciona una realización adicional y separada, en la cual la cubierta de dos piezas (1, 2) está fijada al vehículo a través de un mecanismo controlador de energía (300, 400), que incluye una primera porción que se "estruja" a lo largo, o a través, deuna abertura sobre una segunda porción. La variación de la sección transversal de la primera porción, según pasa a través de la abertura en la segunda porción, permite que se genere una fuerza de amortiguación predeterminada.

Description

Mejoras relacionadas con conjuntos de columnas de dirección.

Esta invención se refiere a conjuntos de dirección tales como se definen en el preámbulo de la reivindicación 1 y son conocidos, por ejemplo, por el documento DE 9 207 473 U.

Es conocida la columna de dirección que transmite un par producido por un volante hasta un mecanismo de dirección que hace girar las ruedas de un vehículo o similar. Por ejemplo, el mecanismo de dirección puede ser del tipo de piñón y cremallera, en el cual la columna de dirección tiene montada en un extremo una rueda dentada que engrana en una parte del mecanismo de cremallera. También se conocen dispositivos alternativos entre los que se incluyen mecanismos de dirección por recirculación de bolas.

Para mantener la columna de dirección en la posición deseada es práctica común encerrar, al menos parcialmente, una parte de la columna en un soporte de la columna de dirección. La columna de dirección dispone de movimiento rotativo en el interior del soporte y puede estar fijada por unos cojinetes situados en uno o varios puntos a lo largo de la misma.

Dado que el volante de dirección de un vehículo tal como un automóvil o un camión está situado típicamente delante del conductor, en caso de colisión existe un gran riesgo de que el conductor se lesione por un impacto contra el volante. En el peor de los casos, el volante puede ser empujado hacia atrás y hacia el conductor a la vez que el conductor es lanzado hacia delante, lo cual ocurre en el caso de un fuerte impacto que provoque una elevada desaceleración.

Para reducir el riesgo de lesiones, se hace colapsable la carcasa soporte de la columna de dirección, dotándola de una parte de menor resistencia que puede deformarse bajo un esfuerzo. La propia columna de dirección también puede ser deformable.

Aparece un problema cuando la longitud de la columna de dirección y del soporte es insuficiente para que pueda proveerse una parte de menor resistencia con el tamaño adecuado. Esta situación se presenta en el caso de un vehículo provisto de un sistema eléctrico de dirección asistida en el cual existe un motor preparado para aplicar un par de asistencia sobre la columna de dirección en función de una medida del par ejercido por el conductor. El par se mide habitualmente utilizando un sensor independiente de par situado sobre la columna de dirección, lo cual, junto con la necesidad de conectar el motor a la columna de dirección a través de una rueda de cremallera o similar, reduce la longitud disponible para hacer deformable la columna de dirección.

Según la invención, un conjunto de columna de dirección para un vehículo comprende unas piezas soporte telescópicas primera y segunda que definen una carcasa, un elemento amortiguador de energía, y una columna de dirección preparada para sostener un volante en un extremo y que está sustancialmente encerrada en la carcasa, estando al menos una de las piezas soporte unida a una parte del vehículo y estando la otra pieza soporte sujeta en una posición normal con respecto a la primera pieza y preparada de manera que, en caso de accidente, la segunda pieza se desplace telescópicamente con respecto a la primera pieza, venciendo una fuerza determinada por el elemento amortiguador de energía que actúa entre dichas piezas primera y segunda, estando caracterizado dicho conjunto porque al menos una de las piezas soporte primera y segunda comprende un elemento alargado que tiene una base y un par de paredes laterales, y porque las dos piezas están preparadas para deslizarse la una con respecto a la otra al existir un canal en una de las piezas y un carril cooperante en la otra pieza.

En una realización, el elemento amortiguador de energía puede deformarse cuando la segunda pieza se desplaza telescópicamente con respecto a la primera pieza. La deformación puede producir una fuerza de reacción que puede resistir al movimiento relativo entre las piezas primera y segunda.

Mediante la presente invención, se elimina la necesidad de una parte de menor resistencia. Las piezas soporte primera y segunda pueden ser de construcción sustancialmente rígida, y el desplazamiento relativo entre las piezas soporte primera y segunda, venciendo la fuerza del elemento amortiguador de energía, permite que la carcasa se colapse telescópicamente de modo controlado. Naturalmente, también podría proporcionarse una parte de menor resistencia.

Preferiblemente, el elemento amortiguador de energía comprende un muelle de compresión situado entre la primera pieza soporte y la segunda pieza soporte. El muelle puede consistir en un muelle plano ondulado que puede ejercer una fuerza orientada radialmente entre la primera pieza soporte y la segunda pieza soporte. Esta fuerza genera un rozamiento entre el muelle y al menos una de las piezas primera y segunda cuando se desplaza telescópicamente la una respecto a la otra. La fuerza de rozamiento puede graduarse mediante un muelle ondulado más elástico. Alternativamente, usando un muelle idéntico pero disminuyendo la separación entre las piezas soporte primera y segunda, el muelle ondulado se "aplastará" en mayor grado, lo cual hará que aumente la fuerza. El muelle no tiene que deformarse cuando las dos piezas se mueven la una respecto a la otra, y puede estar fijo con respecto a una de las piezas.

El elemento alargado puede ser un canal en forma de U. La primera pieza puede estar fija con respecto a una parte del vehículo con la boca del canal orientada hacia abajo, mientras que las paredes laterales de la segunda pieza pueden estar preparadas para encajar en las paredes laterales de la primera pieza soporte con la boca del segundo canal orientada hacia arriba. Naturalmente, las dos piezas soporte podrían colocarse de manera inversa.

La primera pieza soporte y la segunda pieza soporte pueden estar unidas al vehículo a través de una ménsula de montaje. La ménsula puede fijarse sobre el vehículo con unos medios de fijación rompibles, tales como unos tornillos con una parte de material plástico más débil, que se rompan bajo un esfuerzo elevado. En una alternativa, puede fijarse al vehículo únicamente la segunda pieza mediante una ménsula de montaje y que la segunda pieza soporte al menos parcialmente a la primera pieza.

La provisión de los medios de fijación rompibles proporciona una seguridad adicional ya que permite que el conjunto de columna de dirección se rompa y se separe del vehículo. A su vez la ménsula de montaje puede estar sujeta al vehículo mediante unos soportes independientes que también estén preparados para romperse en caso de accidente.

La columna de dirección puede también ser telescópica, comprendiendo al menos unas partes primera y segunda preparadas para desplazarse axialmente la una con respecto a la otra, al menos cuando las piezas soporte primera y segunda se desplacen la una con respecto a la otra.

Puede proveerse un medio para poder graduar la altura del conjunto de columna de dirección. Este puede consistir en una palanca y un mecanismo de leva que permita un movimiento relativo entre las piezas soporte primera y segunda y la ménsula de montaje.

En una parte de la primera pieza puede proveerse un conjunto de bloqueo de la dirección. El conjunto de bloqueo puede comprender una parte de bloqueo preparada para que encaje en una parte de la columna de dirección para impedir sustancialmente el giro de la columna de dirección con respecto a una o a ambas piezas soporte. Puede estar preparado para deslizarse libremente sobre la segunda pieza cuando la primera pieza se desplace telescópicamente con respecto a la segunda pieza.

La columna de dirección puede estar además preparada para que permita el desplazamiento del volante con respecto al conductor alargando o acortando el conjunto de la columna de dirección. Esto podría conseguirse haciendo que al menos una de las piezas soporte primera y segunda tuviera dos secciones que pudieran desplazarse telescópicamente la una con respecto a la otra. Puede proveerse una palanca de bloqueo que permita al conductor ajustar el volante cuando la palanca de bloqueo esté en posición desbloqueada, pero que fije la posición del conjunto de columna de dirección cuando esté en posición bloqueada.

La primera de las piezas soporte primera y segunda puede estar provista de uno o más raíles preparados para deslizarse por una o varias guías existentes en la otra pieza soporte primera o segunda. Preferiblemente, una de las piezas soporte está provista de unos raíles guía primero y segundo dispuestos en paralelo. Cada uno de los raíles guía primero y segundo puede estar preparado para cooperar con un correspondiente canal guía existente en la otra pieza soporte. El primero de los raíles guía y el correspondiente canal guía pueden incluir unas superficies de apoyo no planas, encajables y cooperantes (adecuadamente en forma de V), mientras que el segundo raíl guía y su correspondiente canal guía pueden incluir unas superficies planas cooperantes para proporcionar un juego entre el segundo raíl y su canal. Así, la primera pareja de raíl y canal guía proporcionan una colocación precisa de la primera pieza con respecto a la segunda pieza, mientras que el juego existente entre el raíl y el canal de la segunda pareja permite que las tolerancias de separación relativa entre los dos raíles (o los dos canales) no sea crítica. Si no existiese el juego, habría que controlar con mucha precisión la separación entre los raíles y/o los canales.

Preferiblemente, puede inyectarse plástico u otro material, al menos en una parte del espacio existente entre las piezas primera y segunda de la columna de dirección, para absorber cualquier juego existente entre las dos piezas. El material puede estar preparado para que se rompa fácilmente cuando la primera pieza se desplace con respecto a la segunda pieza. En una alternativa, puede proveerse un medio mecánico elástico.

Según un según aspecto, la invención proporciona un sistema eléctrico de dirección asistida que incorpora una columna de dirección según el primer aspecto de la invención.

A continuación se describirán, únicamente a título de ejemplo, varias realizaciones de la presente invención con referencia a los dibujos adjuntos, en los cuales:

la Figura 1 es una vista lateral de una realización de un conjunto de columna de dirección para un vehículo;

la Figura 2 es una vista en planta del conjunto de columna de dirección ilustrado en la Figura 1;

la Figura 3 muestra una sección del conjunto de la figura tomada por la línea X-X' de la Figura 2;

la Figura 4 es una vista lateral de una montura amortiguadora de energía para una columna de dirección;

la Figura 5 es una vista en planta de la montura amortiguadora de energía representada en la Figura 4; y

la Figura 6 es una vista en perspectiva de una montura amortiguadora de energía alternativa.

Las Figuras 1 y 2 de los dibujos adjuntos muestran una realización de un conjunto de columna de dirección.

El conjunto de columna de dirección comprende una primera pieza soporte 1 alargada y una segunda pieza soporte 2 que juntas constituyen una carcasa que forma una cubierta para una columna de dirección de dos piezas 3a, 3b. El desplazamiento relativo entre las dos piezas de la columna de dirección se evita inyectando un material plástico entre las dos piezas a través de unos orificios 401, 402. El plástico puede romperse fácilmente permitiendo el desplazamiento relativo en caso de accidente. Las piezas soporte 1, 2 de la columna de dirección están fijas con respecto al vehículo (no representado) por medio de una ménsula de montaje 4 situada aproximadamente en un punto medio de la columna de dirección.

Cada una de las piezas soporte primera y segunda 1, 2 comprende un elemento rígido y alargado de sección transversal en forma de U, según se aprecia en la Figura 3. Se provee un canal guía 15 por el interior de cada una de las paredes laterales de la primera pieza 1 y se provee un raíl guía 16 que sobresale por el exterior de las paredes laterales de la segunda pieza. Naturalmente, esta situación podría invertirse. El ancho de la sección transversal de la segunda pieza es ligeramente inferior al de la primera pieza, y un extremo de la segunda pieza penetra de manera deslizante en un extremo de la primera pieza con los raíles guía 16 protuberantes cooperando con los canales guía 15. Uno de los raíles guía tiene la sección transversal parcialmente en forma de V para obtener un posicionamiento radial preciso entre las piezas primera y segunda. El otro raíl está preparado con una superficie deslizante plana que coopera con su respectivo canal guía. Este contacto de superficies planas proporciona un medio para asegurar que las tolerancias de separación entre los raíles y/o los canales guía primero y segundo no sea crítica.

Con las piezas primera y segunda 1, 2 cooperando de manera deslizante, se monta la columna de dirección 3a, 3b dentro de los canales en forma de U, existiendo un rodamiento en el extremo libre de la segunda pieza para soportar la columna. El extremo libre de la primera pieza 1 se sujeta rígidamente mediante unos tornillos 102 a una carcasa 101 de los componentes de un sistema eléctrico de dirección asistida 100. La carcasa contiene un motor eléctrico que transmite un par a través de una caja de engranajes hasta una parte del conjunto de dirección. Se provee un sensor de par 104, en una parte de un eje 103 colocado axialmente con respecto a la columna de dirección, que provee una medida del par que puede utilizarse como variable de control para el motor. La parte de eje 103 está unida a la columna de dirección mediante una junta universal 105.

Un muelle 5 de chapa metálica ondulada está situado entre la primera pieza soporte 1 y la segunda pieza 2. El muelle ondulado 5 proporciona un medio para colocar la primera pieza 1 en una posición fija con respecto a la segunda pieza 2. El muelle 5 está preparado para que ejerza una fuerza de compresión entre las piezas primera y segunda perpendicularmente al eje principal del conjunto de columna de dirección. Así pues, una fuerza de rozamiento creada por el muelle ondulado 5 se opone a la compresión de la columna de dirección que provoca que la segunda pieza 2 se deslice telescópicamente penetrando en la primera pieza 1. Esta fuerza de rozamiento, que se genera cuando se comprime el conjunto de dirección, proporciona una reacción controlada a las fuerzas que hacen que se colapse la columna de dirección, tal como el peso de un conductor actuando sobre la columna a través del volante en caso de accidente.

La segunda pieza 2 se sujeta a la ménsula de montaje 4 utilizando una palanca 10 y una leva 11 que actúa en una ranura 12 de la ménsula 4. Esto permite al conductor mover la columna de dirección con respecto a la ménsula, por ejemplo para variar la altura del volante. Se provee un muelle de empuje 13 que sostenga al menos una parte del peso de la columna para ayudar a elevar la columna. La ménsula de montaje 4 está sujeta al vehículo por medio de unos mecanismos de fijación rompibles 14 situados en la ménsula de montaje 4. Cada mecanismo comprende un tornillo que tiene una parte de plástico más débil y desgarrable que permite que la unión se rompa bajo un esfuerzo, lo cual permite a su vez el libre desplazamiento de la ménsula de montaje, y por lo tanto de la segunda pieza de la columna de dirección, con respecto al punto de montaje del vehículo.

En la segunda pieza soporte 2 se provee un conjunto de bloqueo 200 para poder bloquear la columna de dirección con respecto a la segunda pieza soporte cuando no se esté utilizando el vehículo. El conjunto está preparado para que no impida el desplazamiento relativo entre las dos piezas telescópicas del conjunto.

El conjunto de columna de dirección representado en las Figuras 1 a 3 permite el desplazamiento de la columna de dirección, entre su posición normal (según se muestra en las Figuras) y una posición telescópicamente colapsada, cuando se aplica una fuerza sobre el volante a lo largo del eje de la columna de dirección. Las piezas soporte primera y segunda 1, 2 se juntan telescópicamente venciendo a una fuerza de reacción creada por el muelle ondulado 5 que ayuda a absorber los esfuerzos aplicados sobre la columna de dirección. La fuerza necesaria para desplazar las piezas primera y segunda una con respecto a la otra puede ajustarse cambiando las características del muelle ondulado.

Se entenderá que la invención no está limitada a las realizaciones aquí descritas con referencia a los dibujos adjuntos. En particular, se prevén otras formas para las piezas soporte primera y segunda. Los canales y raíles de las paredes laterales pueden estar invertidos (es decir, canales en la primera pieza y raíles en la segunda), o puede proveerse algún otro dispositivo que facilite un desplazamiento telescópico entre las dos piezas.

En las Figuras 4 y 5 de los dibujos adjuntos se representa una construcción de una montura amortiguadora de energía.

La Figura 4 muestra la montura 300 vista de lado. La montura comprende una primera pieza 302 y una segunda pieza 301. La primera pieza comprende una placa plana que está preparada para ser montada rígidamente sobre el soporte de la columna de dirección, o bien sobre el punto de montaje del vehículo, e incluye una parte elevada 303 que le da a la primera parte una sección transversal variable. La segunda pieza 301 comprende una placa u otra forma en la cual está practicada una abertura 304 perpendicular al plano de la primera pieza 302. La segunda pieza 301 se fija sobre el punto de montaje del vehículo, o bien sobre el soporte de la columna. Ambas piezas están sujetas de tal manera que, en caso de accidente, la primera pieza 302 se desplace con respecto a la segunda pieza 301 oprimiendo la parte elevada contra la abertura. Puesto que la sección transversal de la parte elevada es variable, también es variable la fuerza necesaria para que la primera pieza 302 pase a través de la segunda pieza 301. Por ejemplo, en la Figura 4 se aprecia claramente que la fuerza de resistencia será mayor cuando está pasando a través de la abertura la sección de la parte elevada correspondiente a la línea B-B' que cuando está pasando la sección correspondiente a la línea A-A'.

Se apreciará que la fuerza necesaria para que la parte elevada 303 pase a través de la abertura 304 proporcionará un medio para amortiguar la energía de penetración de la columna de dirección en el vehículo durante un choque, particularmente si se utiliza en combinación con las piezas soporte telescópicas del primer aspecto de la invención.

En la Figura 6 de los dibujos adjuntos se muestra una alternativa de montura amortiguadora de energía 400.

En la montura representada en la Figura 6, la primera pieza 401 consiste en una espiga u otro elemento protuberante de sección transversal constante. La espiga está preparada para pasar a través de una ranura 403 de anchura variable existente en una segunda pieza 402. Esto proporciona sustancialmente el mismo efecto de resistencia que se obtiene utilizando la montura amortiguadora de energía 300, representada en las Figuras 4 y 5. En un dispositivo particularmente ventajoso, el ancho de la ranura 403 está preparado para que la fuerza requerida para que la espiga pase a través de la ranura proporcione al conjunto de columna de dirección una fuerza de amortiguación óptima.

Se comprenderá que la característica ventajosa del segundo aspecto de la invención es la provisión de una montura que, proporcionando una fuerza de reacción predeterminada, puede absorber la energía de una columna de dirección que penetra en la carrocería de un vehículo. La fuerza de reacción está determinada por el perfil y la forma de las piezas primera y segunda de la montura amortiguadora de energía, que de ningún modo están limitados a los perfiles y formas representados en los dibujos adjuntos. Variando la forma de las piezas de la montura amortiguadora de energía, puede obtenerse un gran número de perfiles diferentes para la curva que representa la energía absorbida en función del desplazamiento relativo, la cual define específicamente la forma en que se colapsará el conjunto en caso de un accidente.

Claims (18)

1. Un conjunto de columna de dirección para un vehículo que comprende unas piezas soporte telescópicas primera y segunda (1, 2) que definen una carcasa, un elemento amortiguador de energía (5), y una columna de dirección (3a, 3b) preparada para sostener un volante en un extremo y que está sustancialmente encerrada en la carcasa, estando al menos una de las piezas soporte (1, 2) unida a una parte del vehículo y estando la otra pieza soporte sujeta en una posición normal con respecto a la primera pieza y preparada de manera que, en caso de accidente, la segunda pieza se desplace telescópicamente con respecto a la primera pieza, venciendo una fuerza determinada por el elemento amortiguador de energía (5) que actúa entre dichas piezas primera y segunda, estando caracterizado dicho conjunto porque al menos una de las piezas soporte primera y segunda (1, 2) comprende un elemento alargado que tiene una base y un par de paredes laterales, y porque las dos piezas están preparadas para deslizarse la una con respecto a la otra al existir un canal (15) en una de las piezas y un carril (16) cooperante en la otra pieza.

2. Un conjunto de columna de dirección según la reivindicación 1, en el cual una de las piezas soporte está provista de unos raíles guía primero y segundo en paralelo, estando preparado cada raíl para cooperar con un correspondiente canal guía de la otra pieza soporte.

3. Un conjunto de columna de dirección según la reivindicación 2, en el cual el primero de los raíles guía y el correspondiente canal guía comprenden unas superficies de colocación no planas, encajadas y cooperantes, y el segundo raíl guía y su correspondiente canal guía comprenden unas superficies de colocación cooperantes que son planas para que exista un juego entre el segundo raíl y el canal cooperante.

4. Un conjunto de columna de dirección según la reivindicación 3, en el cual el primer canal tiene una sección sustancialmente en forma de V.

5. Un conjunto de columna de dirección según cualquier reivindicación precedente, en el cual la primera pieza está preparada para desplazarse con respecto a la segunda pieza en caso de accidente.

6. Una columna de dirección según cualquier reivindicación precedente, caracterizada porque las piezas soporte primera y segunda (1, 2) son de construcción sustancialmente rígida, y el desplazamiento de las piezas soporte primera y segunda la una con respecto a la otra, venciendo a la fuerza del elemento amortiguador de energía (5), permite que la carcasa se colapse telescópicamente de un modo controlado.

7. Un conjunto de columna de dirección según cualquier reivindicación precedente, caracterizado porque el elemento amortiguador de energía (5) comprende un muelle de compresión que está situado entre la primera pieza soporte y la segunda pieza soporte.

8. Un conjunto de columna de dirección según la reivindicación 7, caracterizado porque el muelle consiste en un muelle ondulado y plano que ejerce una fuerza dirigida radialmente entre la primera pieza soporte y la segunda pieza soporte.

9. Un conjunto de columna de dirección según cualquier reivindicación precedente, en el cual el elemento alargado es un canal en forma de U.

10. Un conjunto de columna de dirección según cualquier reivindicación precedente, en el cual la primera pieza soporte (1) y la segunda pieza soporte (2) están fijadas al vehículo mediante una ménsula de montaje (4) a través de unos medios de fijación rompibles (14).

11. Un conjunto de columna de dirección según cualquier reivindicación precedente, caracterizado porque la columna de dirección es telescópica, comprendiendo al menos unas partes primera (3a) y segunda (3b) preparadas para desplazarse axialmente la una con respecto a la otra al menos cuando las piezas soporte primera y segunda (1, 2) se desplazan la una con respecto a la otra.

12. Un conjunto de columna de dirección según cualquier reivindicación precedente, caracterizado porque se proveen medios para poder ajustar la altura del conjunto de columna de dirección.

13. Un conjunto de columna de dirección según cualquier reivindicación precedente, caracterizado porque se provee un conjunto de bloqueo (200) de la dirección en una parte de la primera pieza, el cual está preparado para deslizarse libremente sobre la segunda pieza cuando la primera pieza se desplaza telescópicamente con respecto a la segunda pieza.

14. Un conjunto de columna de dirección según cualquier reivindicación precedente, caracterizado porque está preparado para permitir el desplazamiento del volante de dirección con respecto al conductor alargando o acortando el conjunto de la dirección.

15. Un conjunto de columna de dirección según cualquier reivindicación precedente, caracterizado porque una de las piezas soporte (1, 2) está provista de unos raíles guía primero y segundo dispuestos en paralelo, estando cada uno de los raíles guía primero y segundo preparado para cooperar con un correspondiente canal guía existente en la otra pieza soporte, incluyendo el primero de los raíles guía y el correspondiente canal guía unas superficies de apoyo no planas, encajables y cooperantes, mientras que el segundo raíl guía y su correspondiente canal guía incluyen unas superficies cooperantes planas para proporcionar un juego entre el segundo raíl y su canal.

16. Un conjunto de columna de dirección según la reivindicación 11, caracterizado porque se inyecta un plástico u otro material al menos en una parte del espacio existente entre las piezas primera y segunda de la columna de dirección para absorber cualquier juego existente entre las dos piezas.

17. Un conjunto de columna de dirección según cualquier reivindicación precedente, en el cual el elemento amortiguador de energía (5) se deforma cuando la segunda pieza se desplaza telescópicamente con respecto a la primera pieza.

18. Un sistema eléctrico de dirección asistida que incorpora un conjunto de columna de dirección según cualquier reivindicación precedente.