CN102233896A - 吸能转向管柱装置及含有该装置的车辆 - Google Patents

Abstract

一种吸能转向管柱装置，包括转向柱及其滑套在所述转向柱上的转向套筒，所述转向柱可带动转向套筒同步转动，所述转向柱相对转向套筒可轴向滑动，所述转向套筒上设有至少一个径向通孔，所述转向柱上设有与所述径向通孔相对应的凹槽，所述径向通孔内设置有限位部件，所述限位部件部分位于所述凹槽内，当所述转向柱受力相对于转向套筒轴向滑动时，所述限位部件脱离所述凹槽。通过以上技术方案，有效缓冲方向盘带来的对驾驶员头部的冲击，提高了车辆的行驶安全性，同时整个结构在发生压溃后可以再次恢复使用，有效避免了更换转向管柱而带来的材料浪费和维修成本高的问题。

Description

吸能转向管柱装置及含有该装置的车辆

技术领域

本发明涉及一种车辆上的吸能装置，尤其涉及一种配备在车辆上的吸能转向管柱装置。

背景技术

方向盘作为车辆上一种用来调节方向的工具，通过转向管柱与车辆的车轮连接，驾驶员通过操纵方向盘的转动带动转向管柱的转动从而带动车轮方向的改变来实现车辆的转向。在车辆发生碰撞的时候，虽然部分车辆的方向盘上设置有安全气囊，但是驾驶员不可避免的会与方向盘发生冲击力或大或小的碰撞，尤其当安全气囊不能顺利爆出的时候，由于碰撞产生的方向盘对驾驶员的冲力可能是致命的。因此，为了有效减小车辆发生撞击时方向盘产生的对驾驶员的冲击，现有的一些车辆安装有吸能转向柱，当车辆发生碰撞时，可避免驾驶员与方向盘发生硬性碰撞。

现有的吸能转向管柱通常采用悬挂点脱落或内部结构压溃方式来实现吸能，此种结构的缺点是在车辆发生碰撞时，吸能转向管柱被压溃后不能恢复到原来的形状，必须更换整个转向管柱，因此对转向管柱的损坏是不可恢复的，而且即使在低速碰撞后也必须更换整个管柱，这样就会导致材料的浪费，而且维修成本高。

发明内容

本发明的目的旨在解决现有技术中吸能转向管柱发生溃缩后不能恢复从而需要更换，维修成本高的问题，提供一种吸能转向管柱装置，在碰撞时发生溃缩后能够可及时修复原状，有效避免了更换整个转向管柱的问题。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种吸能转向管柱装置，包括转向柱及其滑套在所述转向柱上的转向套筒，所述转向柱可带动转向套筒同步转动，所述转向柱相对转向套筒可轴向滑动，所述转向套筒上设有至少一个径向通孔，所述转向柱上设有与所述径向通孔相对应的凹槽，所述径向通孔内设置有限位部件，所述限位部件部分位于所述凹槽内，当所述转向柱受力相对于转向套筒轴向滑动时，所述限位部件脱离所述凹槽。

本发明还提供一种车辆，包括转向传动轴，方向盘，所述车辆还包括上述的吸能转向管柱装置，所述转向柱位于转向套筒外的一端与所述方向盘固定连接，所述转向套筒与所述转向传动轴相连可带转向传动轴运动，实现对车辆的转向。

通过以上技术方案，在所述转向套筒上设有至少一个径向通孔，并在所述转向柱上设有与所述径向通孔相对应的凹槽，所述径向通孔内设置有限位部件，所述限位部件部分位于所述凹槽内，当所述转向柱受力相对于转向套筒轴向滑动时，所述限位部件脱离所述凹槽，即转向柱相对于转向套筒产生轴向滑动。这样在转向柱受到比较大的力或冲击的时候，限位部件能够及时脱离所述凹槽，使转向柱相对转向套筒产生轴向滑动，因这种可压溃的结构设置，可使转向管柱不致因冲击太大而损坏。另外，在车辆受到比较大的撞击时，也可以有效缓冲方向盘带来的对驾驶员头部的冲击，提高了车辆的行驶安全性，同时整个结构在发生压溃后可以再次恢复使用，有效避免了更换转向管柱而带来的材料浪费和维修成本高的问题。

附图说明

图1是本发明转向管柱装置一种实施例的结构总成示意图；

图2是图1沿A-A方向的剖视图；

图3是本发明转向管柱装置的转向柱一种实施例的结构示意图；

图4是图3沿B-B方向的剖视图；

图5是本发明转向管柱装置的转向套筒一种实施例的结构示意图；

图6是图5沿C-C方向的剖视图；

图7是本发明转向管柱装置一种实施例中弹性元件的受力分析示意图；

图8是本发明转向管柱装置的具有多组凹槽的转向柱的一种实施例的机构示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

如图1所示，本发明的转向管柱装置包括转向柱2及其滑套在所述转向柱2上的转向套筒1，所述转向柱2可带动转向套筒1同步转动，所述转向柱2相对转向套筒1可轴向滑动，所述转向套筒1上设有至少一个径向通孔102，所述转向柱2上设有与所述径向通孔102相对应的凹槽202，所述径向通孔102内设置有限位部件，所述限位部件部分位于所述凹槽202内，当所述转向柱2受力相对于转向套筒1轴向滑动时，所述限位部件脱离所述凹槽202。

结合图2、图3、图4所示，所述转向柱2的一端位于所述转向套筒1内，所述转向柱2相对转向套筒1可轴向滑动，且所述转向柱2可带动转向套筒1沿其自身的轴线转动，其实现方式为：所述转向柱2的外周表面上设有至少一个沿轴向布置的花键201，所述花键201沿轴向的长度可以等于所述转向柱2的轴向长度，也可以小于所述转向柱2的轴向长度，所述花键201可以设置为一个，两个或者三个，甚至更多个，所述多个花键201在转向柱2的外周表面上的排布可以位于转向柱2外周表面的同一条母线上，也可以交错排开，为了便于加工，工艺上更加简单化，优选地，所述转向柱2上的花键201设置为四个，所述四个花键201对称均布在所述转向柱2的外圆周表面上，即所述四个花键位于所述转向柱2的同一段位置上，所述四个花键201的长度相等且所述四个花键201在该段位置的转向柱2的圆周表面上均匀分布。

同样，如图5、图6所示，所述转向套筒1的内圆周面上设有与所述花键201相配合的花键槽101，所述花键槽101优选地贯穿于所述转向套筒1的整个内圆周面，所述转向套筒1通过花键201和花键槽101与所述转向柱2相配合，通过这种配合方式，所述转向柱2可带动转向套筒1同步转动并且所述转向柱2可相对转向套筒1轴向滑动。

所述花键201具体长度的设置可根据车辆转向时，转向柱2与所述转向套筒1之间的扭矩和花键201的具体个数来确定。

当然，作为一种等效替代，也可以在所述转向套筒1上设置花键，在转向柱2上设置与转向套筒1上的花键相配合的花键槽，这种方式也能够实现所述转向柱2可带动转向套筒1同步转动并且所述转向柱2可相对转向套筒1轴向滑动。

作为进一步改进，所述转向柱2的外圆周表面与所述转向套筒1的内圆周表面紧密配合，这里所指的紧密配合的意思是所述转向柱2的外圆周表面与所述转向套筒1的内圆周表面之间的间隙为0，且所述转向柱2与所述转向套筒1之间可相对轴向滑动，这样做的一个目的是防止灰尘或者杂质进入转向柱2与所述转向套筒1之间，影响转向柱2与转向套筒1之间的配合和相对运动，另一个目的是，防止限位部件滑入所述转向柱2与所述转向套筒1之间，影响整个转向管柱装置的工作。

结合图2、图5、图6所示，所述转向套筒1上设置有至少一个径向通孔102，在所述转向柱2上设有与所述径向通孔102相对应的凹槽202，所述径向通孔102内设置有限位部件，所述限位部件部分位于所述凹槽内，通过限位部件的作用，可以限位转向柱2与转向套筒1在轴向上的相对滑动。但是通过限位部件的限位后，并不等于转向柱2与转向套筒1在轴向上不会产生相对滑动。当所述转向柱2或者转向套筒1所受的轴向撞击力大于所述限位部件的限位力时，所述限位部件就会脱离所述凹槽，使得转向柱2可相对转向套筒1沿轴向滑动。

所述转向套筒上的径向通孔102可以设置为一个，或者更多个，这里所述的径向通孔102的中心线穿过所述转向套筒的轴线，所述孔的中心线可以垂直于所述轴线，也可以不垂直于所述轴线。所述多个径向通孔102在转向套筒1的外周表面上的排布可以位于同一条母线上，也可以交错排开，为了便于加工，工艺上更加简单化，优选地，所述转向套筒1上的径向通孔102设置为四个，所述四个径向通孔102的中心线位于所述转向套筒的同一截面上，所述四个径向通孔102均匀分布在所述转向套筒1的该截面上。

相应的，在所述转向柱2上设有与所述径向通孔102相对应的凹槽202，所述凹槽202的数量也相应为四个，所述四个凹槽202形成第一级缓冲带，该缓冲带中的四个凹槽202与所述花键201在所述转向柱2的轴向投影上呈间隔排布，这样就避免了凹槽202设置在花键上而引起该花键201的强度的不足，从而容易在转向柱2与转向套筒1之间扭矩传递时容易出现花键强度不足而引起的断裂问题。

所述限位部件位于所述转向套筒1的径向通孔102内，并且由内向外依次包括：钢珠3、弹性元件4及锁扣5，所述锁扣5固定锁紧安装在径向通孔102位于转向套筒1外周圆面的一端，所述弹性元件4的一端抵靠在所述锁扣5上，所述弹性元件4的另一端抵靠在所述钢珠3上，所述钢珠3在所述弹性元件4的作用力下抵靠在所述凹槽202内，通过这种配合方式限位了转向柱2相对转向套筒1在轴向上的相对滑动。但是通过钢珠3的限位后，并不等于转向柱2与转向套筒1在轴向上不会产生相对滑动。

结合图7所示，当转向柱2受到沿轴向的作用力时，钢珠3就会受到转向柱2的作用力的冲击而产生一个受力方向朝向钢珠3的中心的作用力Fz，将钢珠3受到的作用力Fz分解后，在沿径向通孔的方向上得到一个分力Fx，Fx＝Fz*sina，a为作用力Fz的作用方向与所述通孔的径向方向之间的夹角，当Fx大于弹性元件4的最小变形力Ft时，弹性元件4在钢珠3的作用力下就会发生收缩，因而钢珠3就会脱离凹槽202，从而使得转向柱2与所述转向套筒1发生沿轴向的相对滑动。这里的弹性元件4优选为螺旋弹簧。

作为一种实施例，当所述径向通孔102的数量为四个时，所述每个径向通孔102内都分别设置有一个包括钢珠3、弹性元件4和锁扣5的限位部件，因此当所述转向柱2受到轴向作用力时，每个钢珠3沿径向通孔所受到的作用力为Fz*sina/4，当作用力Fz*sina/4大于弹性元件4的最小变形力Ft时，弹性元件4在钢珠3的作用力下就会发生收缩，因而钢珠3就会脱离凹槽202，从而使得转向柱2与所述转向套筒1发生沿轴向的相对滑动。如果所述转向套筒1上设有m个径向通孔，那么每个径向通孔102中的钢珠所受到的转向柱2的作用力为Fz/m，这样每个钢珠在径向通孔上得到的分力为Fz*sina/m，只有当作用力Fz*sina/m大于弹性元件4的最小变形力Ft时，弹性元件4在钢珠3的作用力下才会发生收缩，从而钢珠3就会脱离凹槽202，使得转向柱2与所述转向套筒1发生沿轴向的相对滑动。

如图8所示，在所述转向柱2上除了第一级缓冲带的四个凹槽(202)之外，所述转向柱2上还设有第二级缓冲带、第三级缓冲带、……、第n级缓冲带，所述每级缓冲带中的凹槽数量与所述第一组凹槽中的数量相同，如所述第二级缓冲带包括四个凹槽202’，第三级缓冲带也包括四个凹槽202”，所述缓冲带分别位于所述转向套筒1的不同横截面上，且所述第二级缓冲带，第三级缓冲带，……，第n级缓冲带中，每一级缓冲带中四个凹槽相对于第一级缓冲带中四个凹槽的对应轴向偏角为0。当所述转向柱2受力相对于转向套筒1沿轴向滑动时，所述限位部件脱离所述第一级缓冲带中的四个凹槽(202)，从而进入另一级缓冲带中的四个凹槽。因第一级缓冲带中凹槽的数量优选为四个，因此所述第二级缓冲带，第三级缓冲带，……，第n级缓冲带中，每一级缓冲带中所述凹槽的数量也优选为四个，与第一级缓冲带中凹槽的数量相同。所述n的数值可根据本发明需要缓冲吸能的级数，及转向柱2的长度来根据需求确定，本实施例中n的取值范围优选为1≤n≤3，且所述n级缓冲带在所述转向柱2的轴向上等间距排列，这样做的好处是，当车辆受到撞击时，转向柱2受到驾驶员的撞击力就会沿转向套筒1轴向滑动，而n级缓冲带沿所述转向柱2的轴向上等间距排列，会使得转向柱2在所述转向套筒1中的运动比较均匀，因此驾驶员在冲击方向上受到的缓冲就会比较均匀，更好地对驾驶员进行保护。

以上所述的技术方案中，可以根据车辆的用途、结构及对驾驶员的防护等级对应设置钢珠脱离力Fx的大小，如图7中所示，如果对所述转向管柱的吸能等级要求比较高，即要求转向管柱在受到冲击时比较容易变形，因此在转向柱2或者转向套筒1在受到同样大小的轴向力时，应当尽可能增大该轴向力沿径向通孔的分力，即增大力Fx；一种做法是使用容易变形的弹性元件，即所使用的弹性元件发生变形式所要施加的力比较小，通过这种方式相当于变相增大了Fx；另一种做法是减小凹槽的深度，凹槽的深度越浅，那么力Fz与Fy的夹角a就会越大，即钢珠3的受力Fz的方向与所述通孔的径向方向上的夹角a就会越大，那么Fz在径向通孔放上上的分力Fx就会越大，即在对转向柱2施加相同的轴向作用力的前提下，所述凹槽的深度越浅，那么钢珠越容易脱离所述凹槽，转向管柱的吸能等级就会越高。相反，如果对所述转向管柱的吸能等级要求比较低，那么应当尽可能减小该轴向力沿径向通孔的分力，即减小力Fx，一种做法是使用不容易变形的弹性元件，即所使用的弹性元件发生变形式所要施加的力比较大；另一种做法是增大凹槽的深度，凹槽的深度越深，那么力Fz与Fy的夹角a就会越小，那么Fz在径向通孔方向上的分力Fx就会越小，即在对转向柱2施加相同的轴向作用力的前提下，所述凹槽的深度越深，那么钢珠越不容易脱离所述凹槽，转向管柱的吸能等级就会越低。

作为本发明的进一步改进，同时也为了避免在所述转向柱2或者转向套筒1受到比较大的冲击时，所述钢珠3不能够脱离出所述凹槽，所述钢珠3位于所述凹槽内的径向长度小于等于所述钢珠3的半径，所述凹槽的凹面优选为球面形状，所述凹槽的半径小于等于所述钢珠3的半径，这里所述的凹槽是指所述第一级缓冲带，第二级缓冲带，……，第n级缓冲带中的所有的凹槽。

本发明还提供一种车辆，所述车辆包括方向盘及与所述车轮相连接的转向传动轴，所述车辆还包括上述的吸能转向管柱装置，所述转向柱2位于转向套筒1外的一端与所述方向盘固定连接，所述转向套筒与所述转向传动轴相连可带转向传动轴运动，实现对车辆的转向。

在所述吸能转向管柱装置受到轴向作用力时，整个转向管柱的工作过程如下：方向盘会对转向柱2施加一个轴向冲击，因而所述转向柱2会对钢珠3产生一个作用力Fz，所述作用力的方向朝向所述钢珠3的中心，作用力Fz被设置在转向套筒1内的m个钢珠均分后，每个钢珠3受到的作用力为Fz/m，其每个钢珠3沿径向通孔102方向上的分力为Fz*sina/m，当此分力大于所述弹性元件4的最小变形力时，所述弹性元件4发生变形，钢珠3就会脱离所述一个缓冲带中的凹槽，这样转向柱2就相对于转向套筒1在轴向方向上产生滑动，因此缓冲转向柱2受到的轴向冲击。此时由于另外一个缓冲带中的凹槽的设置与上面所述缓冲带中凹槽的设置在轴向上的偏角为0，且转向柱2相对于转向套筒1不能周向转动，那么当钢珠3从一个缓冲带中的四个凹槽中脱离出来后，在转向柱沿转向套筒1轴向滑动的同时，钢珠3会进入另一个缓冲带中的四个凹槽中，完成对所述冲击的一级缓冲和吸能。如果此时钢珠3受到的在径向通孔轴向上的力仍然大于所述弹性元件4发生形变的最小作用力，那么钢珠会再次脱出凹槽，从而使得转向柱2相对于转向套筒1再一次沿轴向方向上产生滑动，在转向柱2沿转向套筒1滑动的同时，钢珠3再一次另一个缓冲带中的凹槽，以此类推，直到钢珠所受到的力不能使得钢珠3从所述凹槽中脱离出来时，转向柱2就会停止相对于转向套筒1沿轴向的滑动，完成对所述冲击的缓冲和吸能。有效分解了车辆撞击带来的方向盘对驾驶员的伤害。当冲击完成后，驾驶员可以通过施加一定的力将所述转向柱2从所述转向套筒1中拉出来，使其回复原位，又可以继续使用该转向管柱装置，有效避免了传统技术方案中因需更换转向管柱装置而带来的材料和成本的浪费。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (17)

1.一种吸能转向管柱装置，包括转向柱(2)及套在所述转向柱(2)上的转向套筒(1)，所述转向柱(2)可带动转向套筒(1)同步转动，所述转向柱(2)相对转向套筒(1)可轴向滑动，其特征在于，所述转向套筒(1)上设有至少一个径向通孔(102)，所述转向柱(2)上设有与所述径向通孔(102)相对应的凹槽(202)，所述径向通孔(102)内设置有限位部件，所述限位部件位于所述凹槽(202)内，当所述转向柱(2)相对于转向套筒(1)轴向滑动时，所述限位部件脱离所述凹槽(202)。

2.根据权利要求1所述的吸能转向管柱装置，其特征在于，所述限位部件位于所述径向通孔(102)内，并且由内向外依次包括钢珠(3)、弹性元件(4)及锁扣(5)，所述锁扣(5)锁紧在所述径向通孔(102)的外端，所述弹性元件(4)的一端抵靠在所述锁扣(5)上，所述弹性元件(4)的另一端抵靠在所述钢珠(3)上，所述钢珠(3)在所述弹性元件(4)的作用力下部分抵靠在与所述径向通孔(102)相对应的凹槽内。

3.根据权利要求2所述的吸能转向管柱装置，其特征在于，所述钢珠(3)位于所述凹槽内的径向长度小于等于所述钢珠(3)的半径。

4.根据权利要求3所述的吸能转向管柱装置，其特征在于，所述凹槽的凹面为球面形状，所述凹槽的半径小于等于所述钢珠(3)的半径。

5.根据权利要求2所述的吸能转向管柱装置，其特征在于，所述弹性元件(4)为螺旋弹簧。

6.根据权利要求1-5任意一项所述的吸能转向管柱装置，其特征在于，所述转向柱(2)的外圆周表面与所述转向套筒(1)的内圆周表面紧密配合。

7.根据权利要求6所述的吸能转向管柱装置，其特征在于，所述转向柱(2)与所述转向套筒(1)之间通过花键和花键槽相互配合。

8.根据权利要求7所述的吸能转向管柱装置，其特征在于，所述转向柱(2)的外周表面设有至少一个沿轴向布置的花键(201)，所述转向套筒(1)的内圆周面上设有与所述花键相配合的花键槽(101)，所述花键槽(101)沿所述转向套筒(1)的轴向贯穿于所述转向套筒(1)的内圆周面，所述转向柱(2)通过花键(201)和花键槽(101)的配合可带动转向套筒(1)同步转动，并且所述转向柱(2)相对转向套筒(1)可轴向滑动。

9.根据权利要求8所述的吸能转向管柱装置，其特征在于，所述转向柱(2)上沿轴向设有四个花键(201)，所述四个花键(201)对称均布在所述转向柱(2)的外周表面上。

10.根据权利要求9所述的吸能转向管柱装置，其特征在于，所述转向套筒(1)上设有四个径向通孔(102)，所述四个径向通孔(102)的中心线位于所述转向套筒(1)的同一横截面上，所述转向柱(2)上设有与所述径向通孔(102)相对应的四个凹槽(202)，所述四个凹槽(202)形成第一级缓冲带。

11.根据权利要求10所述的吸能转向管柱装置，其特征在于，所述四个径向通孔(102)均布在所述转向套筒(1)的同一横截面上。

12.根据权利要求11所述的吸能转向管柱装置，其特征在于，所述花键(201)与所述第一级缓冲带中的四个凹槽(202)在所述转向柱(2)的轴向投影上呈间隔排布。

13.根据权利要求12所述的吸能转向管柱装置，其特征在于，所述转向柱(2)上还设有第二级缓冲带，第三级缓冲带，……，第n级缓冲带(n为整数)，所述每一级缓冲带分别包括四个凹槽，所述每一级缓冲带分别位于所述转向套筒(1)的不同横截面上，且所述第二级缓冲带，第三级缓冲带，……，第n级缓冲带中，每一级缓冲带中四个凹槽相对于第一级缓冲带中四个凹槽的对应轴向偏角为0。

14.根据权利要求13所述的吸能转向管柱装置，其特征在于，所述缓冲带沿所述转向柱(2)的轴向上等间距排列。

15.根据权利要求13所述的吸能转向管柱装置，其特征在于，所述n的取值范围为1≤n≤3。

16.根据权利要求13所述的吸能转向管柱装置，其特征在于，当所述转向柱(2)受力相对于转向套筒(1)沿轴向滑动时，所述限位部件脱离所述第一级缓冲带中的四个凹槽(202)，进入另一级缓冲带中的四个凹槽。

17.一种车辆，包括转向传动轴，方向盘，其特征在于，所述车辆还包括权利要求1中所述的吸能转向管柱装置，所述转向柱(2)位于转向套筒(1)外的一端与所述方向盘固定连接，所述转向套筒与所述转向传动轴相连可带转向传动轴运动。

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