CN102656077B - 可调式安全转向柱 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于机动车辆的可调式安全转向柱，包括至少一个夹紧装置(100)，所述夹紧装置具有用于对所述可调式转向柱进行纵向固定的扭转弹簧(130)，所述扭转弹簧将伸入所述夹紧装置(100)的、用于转向轴(110)的外包管(110)夹紧在可以通过松开所述扭转弹簧(130)加以调节的位置上。至少在所述扭转弹簧(130)的一个末端附近设有至少一个止挡元件(141，142，143)，当所述外包管(110)沿轴向朝容置管方向移动(V)时，所述扭转弹簧(130)撞到所述止挡元件上，从而使所述扭转弹簧(130)的卷绕结构发生程度可加以限制的斜置。由此实现可调节的碰撞防护功能。

Description

可调式安全转向柱

技术领域

本发明涉及一种如权利要求1前序部分所述的可调式安全转向柱和一种如并列权利要求前序部分所述的用于调节该转向柱的夹紧装置。本发明具体涉及一种安全转向柱和一种夹紧装置，二者至少在轴向上能方便实现转向柱位置的调节并提供碰撞防护功能。

背景技术

现有技术中的安全转向柱一般会用至少一个夹紧装置来调节转向柱位置。

DE 102008036548描述一种可分别借助一个夹紧装置调节其长度和倾斜度的转向柱。每个夹紧装置均具有优选实施为扭转弹簧或线圈弹簧的弹性元件，该弹簧被施加作用力后扩张，但常态为收紧，以便对该扭转弹簧所导引的部件施加夹紧力。举例而言，用于长度调节和纵向固定的夹紧装置具有扭转弹簧，该扭转弹簧对用于转向轴的容置管或外包管产生作用并将该外包管夹紧在目标位置上。扭转弹簧扩张后该夹紧状态被解除，由此可以很方便地对外包管位置、安装在该外包管内的转向轴的位置以及转向柱长度进行调节。可以借助由电动机驱动的机构使扭转弹簧发生扩张。只有在扩张扭转弹簧时才需要启动电动机；夹紧时不必启动电动机或为其上电。倾斜度调节也采用这种夹紧装置。根据此案所提供的设计方案，使用两个扭转弹簧或线圈弹簧(又称Porter弹簧)就能实现一个操作起来既快又方便的转向柱调节机构。这样也能实现碰撞防护功能，因为一旦发生追尾事故，外包管或转向轴因此而发生移动时，至少用于纵向固定的夹紧装置会松弛，以便外包管或转向轴能更深地滑入容置式固定件中。理想的带碰撞防护功能的可调式转向柱应该是，当车辆发生碰撞时，其能实现明确而安全的滑动性能。

专利申请公开案DE 1605885描述一种设有扭转弹簧或盘簧的安全转向柱，该扭转弹簧或盘簧以摩擦接合的方式包围转向管(Lenküberrohr)或转向轴外包管，因而摩擦力会阻碍碰撞所引发的移动。正常行驶时，可以通过用手动机构扩张扭转弹簧来调节转向柱长度。因此，锁定功能和碰撞防护功能的实现基本上都取决于扭转弹簧的夹紧力，其中，锁定功能注重的是粘着摩擦，碰撞防护功能注重的是克服该粘着摩擦后所产生的滑动摩擦。滑动摩擦力相对小得多，因而有可能无法取得有效的制动效果(碰撞缓冲)。这一点对于现代车辆特别重要，因为现代车辆大多配备安全气囊，该安全气囊安装在方向盘中，发生碰撞时被启动。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种能避免上述缺点的可调式安全转向柱。本发明具体提供一种不需要以降低其可调性为代价就能提供明确而安全的碰撞防护功能的可调式安全转向柱。

本发明用以达成上述目的的解决方案为一种具有权利要求1所述特征的可调式安全转向柱和一种具有并列权利要求所述特征的相关夹紧装置。

据此，本发明提出一种包括至少一个夹紧装置的可调式安全转向柱，所述夹紧装置具有用于对所述可调式转向柱进行纵向固定的扭转弹簧，所述扭转弹簧将伸入所述夹紧装置的转向轴外包管夹紧在可以通过松开所述扭转弹簧加以调节的位置上，其中，至少在所述扭转弹簧的一个末端附近设有至少一个止挡元件，当所述外包管沿轴向朝伸入方向或朝容置式固定件方向移动时，所述扭转弹簧撞到所述止挡元件上，从而使所述扭转弹簧的卷绕结构发生程度可加以限制的斜置。

本发明相应还提出一种用于对上述转向柱进行纵向固定或倾斜固定的夹紧装置，所述夹紧装置具有扭转弹簧，所述扭转弹簧将所述外包管或转向管夹紧在可以通过松开所述扭转弹簧加以调节的位置上，其中，至少在所述扭转弹簧的一个末端附近设有至少一个止挡元件，发生碰撞事故时，所述扭转弹簧撞到所述止挡元件上，从而使所述扭转弹簧的卷绕结构发生程度可加以限制的斜置。

由此实现一种用少量部件就能同时实现调节和夹紧功能以及有效碰撞防护功能的可调式安全转向柱。所述一或多个扭转弹簧在撞车情况下进行有限收缩，使其卷绕结构斜置，从而获得明确的制动效果，进而实现安全的、程度可定的碰撞防护功能。

优选地，所述扭转弹簧的一端设有第一止挡元件，另一端设有第二止挡元件，其中，所述外包管一旦发生移动，所述末端就会分别撞向其中一个止挡元件。借此确保在正常情况下，但主要是在撞车情况下，一旦出现移动，扭转弹簧就会立即斜置，从而使得正常状态下主要由扭转弹簧的夹紧力决定的粘着摩擦力能更轻松地被克服。所述第二止挡元件可沿周向与所述第一止挡元件错开布置。这种错开布置不是必要条件，但能进一步简化卷绕结构的斜置。整体上可以使得正常状态下主要由扭转弹簧的夹紧力决定的粘着摩擦力能更轻松地被克服，之后所产生的滑动摩擦力基本上取决于所述卷绕结构程度上可加以限制的斜置或收缩。

优选在与所述扭转弹簧的其中一个末端相隔可规定距离处设有(第三)止挡元件或端部止挡元件，只有当所述转向轴的移动距离达到或超过所述可规定距离时，所述扭转弹簧的这个末端才会撞到所述端部止挡元件上。借此可设定最大允许收缩程度，进而将摩擦值设定为由所述距离以及可用该距离调节的最大收缩度决定的水平。虽然狭义上的摩擦值(即材料间的摩擦值)不会发生变化，但摩擦力水平会发生变化，而根据本发明，这个摩擦力水平是可以进行调节的。所述距离优选为0至20mm。这个间隔一定距离布置的(第三)止挡元件的定位方式减小了扭转弹簧的最大可能斜置度，这样就能对分离力(用以克服粘着摩擦的力)和移动力(滑动摩擦)进行调节。所述距离越大，即允许斜置度越大，所产生的夹紧力就越小。

作为替代或补充方案，可在所述扭转弹簧的其中一个末端附近设置沿周向延伸的长条形止挡元件，其中，所述长条形止挡元件以相对于横向可加以调节的倾角进行布置，因而在发生移动的情况下，扭转弹簧的这个末端以由该倾角规定的斜置度抵靠到该长条形止挡元件上。借此为扭转弹簧的一个末端实现斜置的接触面，这样就能十分精确地设定明确的最大收缩度。在此情况下，所述倾角最好介于0度与10度之间。此外，所述长条形止挡元件优选以可规定的角度沿周向延伸。这个角度大体确定了撞车时与扭转弹簧末端发生接触的长度或面积，该角度优选介于45度与120度之间，但也可以介于0度与360度之间。

也可以为所述可调式安全转向柱配置两个或两个以上的上述夹紧装置，其中，第一夹紧装置用于对该可调式转向柱进行纵向固定，第二夹紧装置用于对该可调式转向柱进行纵向固定或倾斜固定，每个夹紧装置均具有扭转弹簧，至少在所述扭转弹簧的一个末端附近设有至少一个止挡元件，所述扭转弹簧在车辆发生碰撞时撞到该止挡元件上，从而使所述扭转弹簧的卷绕结构发生程度可加以限制的斜置。这样就能实现例如沿纵向发挥作用的多重或多级碰撞防护功能。或者实现沿纵向和倾斜方向发挥作用的多重碰撞防护功能。

所述转向柱或者受所述扭转弹簧作用的部件还可具有例如纵缝形式的槽口，该槽口或该纵缝能明确地削弱材料强度，借此实现对所产生的夹紧力的调节。

本发明的上述及其他有利设计方案另见从属权利要求。

附图说明

下文将参照附图以实施例形式对本发明进行详细说明，其中：

图1为本发明所提供的安全转向柱的整体构造剖面图；

图2为本发明借助扭转弹簧而实现的具有安全功能的夹紧装置的详图；

图3为碰撞引起扭转弹簧明确收缩的示意图；

图4为止挡元件在扭转弹簧上或扭转弹簧附近的布置方案示例；

图5为多个扭转弹簧和多个止挡元件的布置方案图，其中一个止挡元件实施为沿周向延伸的元件；

图6为转向柱上设有纵缝的方案；以及

图7为用以阐述夹紧装置工作原理的瞬时图a)与b)。

具体实施方式

图1为安全转向柱10的整体构造剖面图，该安全转向柱可以用下文将予详细说明的夹紧装置100和100′调节其长度及倾斜度，其中的至少一个夹紧装置还能实现碰撞防护功能。

图中所示的安全转向柱10具有转向手柄200或方向盘，该方向盘安装在转向柱或用于转向轴的外包管110上，该转向轴伸入夹紧装置100。转向柱10和布置在该转向柱上的夹紧装置100和100′通过杠杆机构150与车辆的车身连接，其中，杠杆机构150与夹紧装置100′配合作用可以对转向柱110的倾角进行调节。另一夹紧装置100可以在纵向或轴向上对外包管110和所述转向柱进行调节。在这两个夹紧装置(至少在夹紧装置100)上还能实现下文将予详细说明的碰撞防护功能：

图2为具有夹紧装置100和100′的转向柱区段的结构详图。接下来的说明主要涉及用于对转向柱进行纵向锁定(纵向调节L)的夹紧装置100，外包管110和安装在该外包管内的转向轴伸入该夹紧装置。另一夹紧装置100′通过杠杆机构150实现对转向柱的倾斜锁定(倾角调节N)。

为此，两个夹紧装置各具有一个扭转弹簧130、130′，其中，第一扭转弹簧130以实施纵向调节为目的将转向柱或外包管110夹紧，第二扭转弹簧130′将容置管110′夹紧并通过与杠杆机构150之间的可转动铰接连接在倾斜方向上将转向柱锁定。根据本发明，扭转弹簧130和130′的至少一个末端设有至少一个止挡元件，该止挡元件在此示范性地用止挡元件140表示。这些止挡元件正常情况下用于导引扭转弹簧，以确保扭转弹簧分别处于各自的最佳轴向正常位置。在所述正常情况下，即当转向柱受到调节时，两个弹簧分别被夹紧在其各自的位置上。扭转弹簧或线圈弹簧130用于夹紧外包管110，从而实现纵向上的锁定。另一扭转弹簧或线圈弹簧130′与容置管110′之间同样存在夹紧作用，该夹紧作用用于实现倾斜方向上的锁定。也就是说，在正常情况下，两个扭转弹簧在其各自的位置上施加起锁定作用的夹紧力。

调节转向柱时只需打开相应的扭转弹簧，这一点优选通过电动机驱动装置来完成。在此过程中，扭转弹簧的末端被施加作用力，该作用力能增大卷绕直径，从而促使扭转弹簧扩张。而这又能消除当前所存在的夹紧力，从而可以对转向柱10的长度L和倾斜度N进行调节。一旦找到最佳调节位置，电动机驱动装置即停止工作，扭转弹簧再度收紧并夹紧在其预设位置上。

本发明基于以下认识：发生撞车事故时，转向柱内特别是外包管或转向轴内会产生很大的轴向力，这个轴向力会导致转向柱向内移动V即缩短。所产生的碰撞力一旦超过扭转弹簧130中所存在的夹紧力(粘着摩擦)，与转向轴连接的外包管110就会发生相对于夹紧装置100的滑动并且滑入容置式固定件120或容置管110′中，进而使转向柱如愿发生收缩，从而实现安全特征。

然而相关的试验结果表明，起锁定作用的夹紧力一般都比较大，会妨碍转向柱进行明确的、柔和而均匀的滑移。

而本发明认为，撞车时如果通过调节使扭转弹簧130发生明确收缩，转向轴110或直接受夹紧装置作用的其他转向柱部件就能实现均匀滑动，这样就能避免抖震效应或其他类型的妨碍性效应。为能实现这种明确收缩，本发明在此提出如下解决方案：设置至少一个止挡元件(见图2中的140)，撞车时扭转弹簧130将明确撞到该止挡元件上，从而发生收缩。优选还设置其他止挡元件，撞车时这些止挡元件将规定收缩方式和收缩程度(引起收缩，直至达到明确的倾角)，从而最终形成低于正常夹紧力的滑动力。

其结果是，撞车时转向柱会收缩并以较小的力进入夹紧装置，使得车辆乘员撞向方向盘(见图1中的转向手柄200)时得到最大程度的缓冲(使用安全气囊时也同样如此)，主要是避免转向柱不收缩或者发生抖震并且在此过程中插入车辆内部这样的情况。本发明能以较低成本实现锁定与安全功能。

图3为扭转弹簧130的详图，该扭转弹簧上在该扭转弹簧的末端附近设置了多个止挡元件141、142和143，其布置方式如下：

第一止挡元件141位于扭转弹簧130指向所述容置管一端(在此为右侧)。扭转弹簧130的另一端设有第二止挡元件142，该止挡元件在周向上与第一止挡元件错开布置。第一止挡元件141与第二止挡元件142之间可以错开数度，但优选应错开约180度。这样就能确保一旦发生撞车事故，两个止挡元件141和142在其各自的接触点上分别将扭转弹簧130向里推，即挤压该扭转弹簧，其中，止挡元件错开布置可以使扭转弹簧发生收缩，可以实现卷绕结构的斜置。

如图7a和图7b所示，在正常情况下施加常规操作力时，线圈弹簧的端面(另见图3和图4)分别抵靠在止挡件141和142上。由于这些止挡件之间相隔一定轴向距离，扭转弹簧可以实现一定程度的斜置，进而实现一定程度的预应力(见图7a)。发生碰撞，即V向上产生碰撞力时，这种斜置度会变大，致使扭转弹簧与止挡件142分离，最终与止挡件143发生接触并且能以明确的斜置度和明确的夹紧力水平进行相对于外包管110(或图2中的容置管120)的移动。

这种由相应措施明确引起的收缩已经能起到减小夹紧力的作用，进而使转向轴110立即沿V向滑动。

为能精确调节滑动效果，设有第三止挡元件143，该止挡元件最初在正常情况下与扭转弹簧130间隔距离dX。这个距离dX例如可为0-20mm。发生碰撞时，扭转弹簧130收缩，使得第三止挡元件143在移动距离V超过距离dX后也与扭转弹簧130的其中一侧发生接触，之后便起端部止挡件的作用。这个端部止挡件143将扭转弹簧130的收缩限制或设定于明确的倾角。这个倾角主要取决于距离dX。以这种方式精确设定倾角后，就能极其精确地实现理想的摩擦效果或滑动效果，进而实现最佳的碰撞防护功能。

图4为设有上述止挡元件141、142和143的扭转弹簧130的另一视图。如图4所示，在最初的正常状态下，只有止挡元件141和142与扭转弹簧相接触。然而一旦发生碰撞，扭转弹簧130也会与端部止挡件143发生接触，而不再与止挡元件142卡合，从而受到明确的收缩限制。

在如图5所示的另一实施方式中，其中一个止挡元件(即止挡元件142*)实施为沿周向延伸的长条形止挡元件。这个止挡元件142*的延伸度或扩展度由圆周角α定义，该圆周角例如约为90°。亦即，止挡角α的大小决定了止挡元件142*的有效长度，进而也决定了所产生的夹紧力。α越大，夹紧力就越小。因此也就是说，通过对止挡元件142*进行相应设计，也能对理想的夹紧力大小进行设定。此外，长条形止挡元件142*还能以一定的调节角度β进行安装，该调节角度最终定义的是扭转弹簧130收缩的理想倾角。

在如图6所示的另一实施方式中，转向柱110*上设有纵缝111*形式的槽口。也可以采用其他类型的槽口，例如孔、孔型等等。该槽口(在此为纵缝)同样能削弱外包管强度，从而减小扭转弹簧130区域的夹紧力。通过缝隙111*的尺寸也能进行夹紧力调节。

上文中已经提到过的分图7a和7b是用以阐述夹紧装置工作原理的瞬时图：在正常负荷下，扭转弹簧会发生的轻微收缩或者会形成轻微预应力，这通过止挡件141和142基本上就能加以限制。发生碰撞时，即在过载情况下，收缩或斜置程度将明显提高，此时需用端部止挡件143进行限制。

当转向柱在发生撞车事故受到挤压时，本发明可以通过所述至少一个止挡元件对扭转弹簧因此而产生的相对移动进行明确限制，从而使扭转弹簧或者其卷绕结构轻微斜置或扭斜，进而明确减小存在于扭转弹簧与转向柱之间的夹紧力，借此实现转向柱相对于扭转弹簧的可控滑动。而这又能明确消解所产生的碰撞能量。据此，本发明仅用单独一个部件即扭转弹簧，不但达到了夹紧锁定转向柱的目的，还实现了有效的碰撞防护功能。

也就是说，用同一个部件即所述扭转弹簧就能实现两项功能，即转向柱的锁定和碰撞力的消解。因而与现有技术的已知解决方案相比，本发明提供的解决方案所需部件数量更少，空间需求更小。优选用所述至少一个止挡元件限制用于对转向柱进行纵向调节的扭转弹簧的移动性，从而使扭转弹簧在撞车时发生明确收缩，进而实现碰撞力的可控消解。

也可以在转向柱上设置多个扭转弹簧，这些扭转弹簧在撞车时分别撞到至少一个止挡元件上，从而发生明确收缩。所述至少一个止挡元件还在正常运行状态下(即转向柱受到正常调节时)分别对扭转弹簧进行导引。

举例而言，可以使用销状物或钉状物作为所述止挡元件。所述止挡元件也可以实施为沿周向局部延伸的元件，该元件优选以明确的角度进行布置，而该角度定义的是最大允许收缩角或倾角。

Claims (17)

1.一种用于机动车辆的可调式安全转向柱(10)，包括至少一个夹紧装置(100)，所述夹紧装置具有用于对所述可调式转向柱(10)进行纵向固定的扭转弹簧(130)，所述扭转弹簧将伸入所述夹紧装置(100)的转向轴外包管(110)夹紧在可以通过松开所述扭转弹簧(130)加以调节的位置上，其特征在于，至少在所述扭转弹簧(130)的一个末端附近在所述夹紧装置(100)中设有至少一个止挡元件(141，142，143；142*)，当所述外包管(110)沿轴向朝伸入方向移动(V)时，所述扭转弹簧(130)撞到所述止挡元件上，从而使所述扭转弹簧(130)的卷绕结构发生程度可加以限制的斜置。

2.根据权利要求1所述的可调式安全转向柱(10)，其特征在于，在所述扭转弹簧(130)的一末端在所述夹紧装置(100)中设有第一止挡元件(141)，且在所述扭转弹簧(130)的另一末端在所述夹紧装置(100)中设有第二止挡元件(142)，其中，所述末端的端面抵靠在所述止挡元件(141，142)上，且所述转向轴外包管(110)一旦发生所述移动(V)，所述末端就会分别撞向其中一个所述止挡元件(141，142)。

3.根据权利要求2所述的可调式安全转向柱(10)，其特征在于，所述第二止挡元件(142)沿周向与所述第一止挡元件(141)错开布置。

4.根据权利要求2或3所述的可调式安全转向柱(10)，其特征在于，在与所述扭转弹簧(130)的其中一个末端相隔可规定距离(dX)处设有第三止挡元件(143)，当所述外包管(110)的移动距离(V)达到或超过所述可规定距离(dX)时，所述扭转弹簧(130)的这个末端会撞到所述第三止挡元件上。

5.根据权利要求4所述的可调式安全转向柱(10)，其特征在于，所述可规定距离(dX)介于0与20mm之间。

6.根据权利要求4所述的可调式安全转向柱(10)，其特征在于，所述可规定距离(dX)与所述扭转弹簧(130)的至少一个弹簧参数有关。

7.根据权利要求6所述的可调式安全转向柱(10)，其中所述弹簧参数包括所述卷绕结构的匝数、线径、材料和/或内径。

8.根据权利要求1所述的可调式安全转向柱(10)，其特征在于，在所述扭转弹簧(130)的其中一个末端附近在所述夹紧装置(100)中设有沿周向延伸的长条形止挡元件(142*)，其中，所述长条形止挡元件(142)以相对于横向可加以调节的倾角(β)进行布置，因而当所述外包管(110)发生移动(V)时，所述扭转弹簧(130)的这个末端会抵靠到所述长条形止挡元件(142*)上。

9.根据权利要求8所述的可调式安全转向柱(10)，其特征在于，所述倾角(β)介于0度与10度之间。

10.根据权利要求8或9所述的可调式安全转向柱(10)，其特征在于，所述长条形止挡元件(142*)以可规定的角度(α)沿周向延伸。

11.根据权利要求10所述的可调式安全转向柱(10)，其特征在于，所述扭转弹簧(130)在所述外包管(110)移动(V)时发生斜置，所述斜置与所述倾角(β)和/或周向上的所述角度(α)有关。

12.根据权利要求4所述的可调式安全转向柱(10)，其特征在于，所述第一和第二止挡元件(141，142)可对所述扭转弹簧(130)进行位置固定，所述第三止挡元件(143)通过其间隔一定距离的定位方式来确定所述外包管(110)发生移动(V)以及所述扭转弹簧(130)的卷绕结构发生斜置时所产生的夹紧力。

13.根据权利要求8所述的可调式安全转向柱(10)，其特征在于，所述长条形止挡元件(142*)通过其位置和/或形状来确定所述外包管(110)发生移动(V)以及所述扭转弹簧(130)的卷绕结构发生斜置时所产生的夹紧力。

14.根据权利要求1-3、8或9中任一项权利要求所述的可调式安全转向柱(10)，其特征在于，所述转向柱(10)具有用于对所述可调式转向柱(10)进行纵向固定的第一夹紧装置(100)以及用于对所述可调式转向柱(10)进行纵向固定或倾斜固定的第二夹紧装置(100’)，其中，每个夹紧装置均具有扭转弹簧(130)，至少在所述扭转弹簧(130)的一个末端附近设有至少一个止挡元件(141，142，143；142*)，当所述外包管(110)沿轴向朝伸入方向移动(V)时，所述扭转弹簧(130)撞到所述止挡元件上，从而使所述扭转弹簧(130)的卷绕结构发生程度可加以限制的斜置。

15.根据权利要求1-3、8或9中任一项权利要求所述的可调式安全转向柱(10)，其特征在于，伸入所述夹紧装置(100)的转向轴(110*)具有至少一个槽口。

16.根据权利要求15所述的可调式安全转向柱(10)，其中所述槽口是纵缝(111’)或沿纵向和/或径向分布的孔型。

17.一种用于机动车辆用可调式安全转向柱(10)的夹紧装置(100)，其中，所述夹紧装置具有用于对所述可调式转向柱(10)进行纵向固定或倾斜固定的扭转弹簧(130)，所述扭转弹簧将伸入所述夹紧装置(100)的转向轴外包管(110)夹紧在可以通过松开所述扭转弹簧(130)加以调节的位置上，其特征在于，至少在所述扭转弹簧(130)的一个末端附近在所述夹紧装置(100)中设有至少一个止挡元件(141，142，143；142*)，当所述外包管(110)沿轴向朝伸入方向移动(V)时，所述扭转弹簧(130)撞到所述止挡元件上，从而使所述扭转弹簧(130)的卷绕结构发生程度可加以限制的斜置。