CN103249630B - 自适应吸能式方向盘 - Google Patents

Abstract

提供一种方向盘，可以包括中央部件、与所述中央部件间隔开的边缘、以及在所述中央部件与所述边缘之间延伸的轮辐。所述轮辐能够包括附接到所述中央部件的第一部分、附接到所述边缘的第二部分、以及位于所述第一部分与所述第二部分之间的中间部分。所述中间部分能够附接到所述中央部件，而且当对应用到所述方向盘预定大小的力反应时，所述中间部分可以与所述中央部件分离。

Description

自适应吸能式方向盘

技术领域

本公开涉及用于交通工具的方向盘，更具体地，涉及具有吸能特性的方向盘。

背景技术

本节提供关于本公开的不必是现有技术的背景信息。

通常，交通工具包括驾驶员可以操纵来随意控制交通工具的方向盘。撞击事件中，方向盘的结构特性在交通工具的体验和操作以及能量吸收中起到重要的作用。同样地，撞击事件中，方向盘操作者试图在方向盘的增加体验及操作特性以及增加能量吸收特性之间取得平衡。平衡方向盘的结构特性向方向盘生产商提出挑战，因为在撞击事件中改进方向盘性能的方向盘特性的优化通常会降低方向盘在正常驾驶条件下在体验以及操作方面的总体性能。

例如，期望的是：通过增加方向盘外周长或者边缘的质量增加方向盘的转动惯量，来增加方向盘在正常驾驶条件下的性能以及体验。然而，在方向盘的外圆周上布置这样额外的质量可能将方向盘的固有频率降低到可接受的范围以外。因此，必须使方向盘的一个或者多个轮辐变得坚固，来向外圆周提供额外的支撑以增加方向盘的固有频率。然而，增加的刚度以及支撑增加将方向盘偏斜预定距离所需的力（即方向盘的力相比偏斜度的特性），从而降低方向盘在撞击事件中的能量吸收特性。因此，当确定方向盘的转动惯量、固有频率、质量、以及力-偏斜度（force-deflection）特性时，使方向盘的性能在正常驾驶条件下以及撞击事件中达到最佳向方向盘生产商提出挑战。

发明内容

本节提供本公开概括的综述，并不是全范围或者包含所有特征的全面的公开。

提供一种方向盘，能够包括中央部件、与中央部件分隔开的边缘、以及在中央部件与边缘之间延伸的轮辐。所述轮辐能够包括附接到中央部件的第一部分、附接到边缘的第二部分、以及设置在第一部分与第二部分之间的中间部分。所述中间部分能够附接到所述中央部件，对应用到所述方向盘的预定大小的力反应时，所述中间部分能够与所述中央部件分离。

提供一种方向盘，能够包括中央部件以及边缘。所述边缘可以在第一位置与所述中央部件分隔开固定距离，也能够在第二位置相对于所述边缘偏斜。轮辐能够在中央部件以及边缘之间延伸，并能够包括当边缘位于第一位置时的第一刚度以及当边缘位于第二位置时的第二刚度，其中，所述第一刚度大于第二刚度。

提供一种方向盘，能够包括中央部件、与所述中央部件分隔开的边缘、以及多个在中央部件和边缘之间延伸的轮辐。所述多个轮辐中的每个轮辐能够包括固定地从所述中央部件延伸的第一端以及固定地连接到所述边缘的第二端。多个轮辐中的至少第一和第二轮辐均能够包括位于所述第一端与所述第二端之间的中间部分，所述中间部分分别在第一和第二断裂式连接处固定到所述中央部件。对预定大小的力反应时，所述中间部分可以在断裂式连接处从所述中央部件分离。

根据此处提供的描述，进一步的应用领域将显而易见。发明内容中的描述以及具体的例子意在说明，并非限制本公开的范围。

附图说明

此处描述的附图目的仅在于对选择的实施例进行阐述，并不是所有可能的实现，意不在限制本公开的范围。

图1是根据本公开的原则包括方向盘的交通工具内部部分透视图；

图2是去掉部分外壳露出方向盘内部部件的方向盘的前视图；

图3是根据本公开的原则的图2所示方向盘内部结构的前视图；

图4是根据本公开的原则的图2所示方向盘的另一内部结构的前视图；

图5是根据本公开的原则位于使用位置的方向盘的图解侧视图；以及

图6是根据本公开的原则位于偏斜位置的方向盘的图解侧视图。

贯穿附图的一些视图的对应的附图标记指示对应的部件。

具体实施方式

现在参考附图，更加充分地描述实施例。

提供实施例以使本领域技术人员能够充分并完全理解本公开。阐述许多具体细节例如具体部件、装置以及方法，以透彻理解本公开实施例。对本领域技术人员来说，显然，不需要采用具体的细节，实施例可以以许多不同的形式进行具体体现，而且不应该解释为对本公开范围的限制。在一些实施例中，公知步骤、公知装置结构、以及公知技术不再详细描述。

此处使用的术语仅是为了描述具体的实施例，意不在限制。如此处使用的，除非上下文清楚指出，单数形式“一”以及“这个”也可以包括复数形式。术语“包括”是包含的，因此详细说明陈述的特征、整体、步骤、操作、元件、和/或部件，并不排除一个或者多个其它的特征、整体、步骤、操作、元件、部件、和/或其组合的存在或附加。

当把元件或者层状结构描述成“处于……之上”，或“接合到”、“连接到”、或者“联结到”另一个元件或者层状结构时，它可以直接在另一个元件或者层状结构上，或直接接合到、连接到、或者联结到另一个元件或者层状结构，或者可以存在介于其间的元件或者层状结构。相反，当把元件描述成“直接处于……之上”，或“直接接合到”、“直接连接到”、或者“直接耦合到”另一个元件或者层状结构时，不存在介于其间的元件或者层状结构。用于描述元件之间关系的其它词语应以相似的形式解释（例如：“在……之间”对比“直接在……之间”，“毗邻”对比“直接毗邻”，等等）。如此处使用的，术语“和/或”包括一个或多个列出的相关项目的任一个以及所有结合。

尽管术语第一、第二、第三——等等——可以用来描述各种元件、部件、区域、层状结构和/或部分，这些元件、部件、区域、层状结构和/或部分不应被这些术语限制。这些术语可以仅用来将一个元件、部件、区域、层状结构或者部分与另一区域、层状结构或者部分区别开来。除非上下文清楚地指出，当使用例如“第一”、“第二”、以及其它数字术语这样的术语时，不暗指序列或者顺序。因此，在不背离实施例的教导的情况下，下文描述的第一元件、部件、区域、层状结构、或者部分可以被称为第二元件、部件、区域、层状结构或者部分。

为便于描述，与空间相关的术语——例如：“内部的”、“外部的”、“在下方”、“在下面”、“较低的”、“在上面”、“较高的”等等——可以用来描述一个元件或者特征与其它元件或者特征之间的关系，如图所示。除了图中描绘的方位关系，与空间相关的术语意在包含使用中的或者操作中的装置不同的方位关系。例如，如果翻转图中的装置，被描述为在其它元件或者特征“之下”或“下方”的元件此时可以描述为在其它元件或者特征“上方”。因此，示例术语“之下”既可以包括在上方的方位关系，又可以包括在下方的方位关系。另外，可以确定装置的方位（旋转90度或者其它方向），据此使用与空间相关的描述进行解释。

参考图1至图6，提供方向盘10，所述方向盘10可以包括中央部件12、多个轮辐14、以及外边缘16。所述外边缘16围绕所述中央部件12以及所述轮辐14，并大体限定所述方向盘10的周长。所述方向盘10可操作地与交通工具18连接。虽然图1示出的具体的交通工具18是汽车，但是，本公开的所述方向盘10可以用在其它交通工具中，例如船只以及飞机。通常，所述方向盘10可以联结到驾驶杆20，所述驾驶杆20再联结到所述交通工具18的轮子（未示出），使得所述方向盘10的旋转使所述交通工具18的轮子进行调整。所述中央部件12、所述轮辐14以及所述边缘16可以至少部分地包在例如皮革、泡棉、和/或其它人造材料制成的外壳21内，来提供舒适的手握表面以及美观的外形。

参考图3，所述中央部件12可以包括轮毂22以及支撑部件24。所述轮毂22将所述方向盘10连接到所述驾驶杆20的可旋转部分26，并可以包括多个花键（spline）或者键孔（keyedaperture）（均未示出）。所述中央部件12可以具有如下特性：允许多种仪器以及部件——例如喇叭、驾驶员侧安全气囊、立体声控制、和/或巡航控制按钮——用附图标记29示意性示出（图1以及图2）——附接到所述方向盘10。

所述轮辐14可以大致是弓形的元件，每个轮辐14包括连接到所述边缘16的第一部分30、连接到所述中央部件12的第二部分32、以及位于所述第一以及第二部分30,32之间的第三部分34。所述轮辐14可以从所述中央部件12放射状向外并向上（相对于图5和图6所示视图）延伸，将所述中央部件12以及所述边缘16连接在一起。经过适当地制造过程（例如浇铸），所述轮辐14可以与所述中央部件12和/或所述边缘16整体构成。或者，所述轮辐14可以相对于所述中央部件12和/或边缘16独立形成，并能够通过焊接和/或机械紧固件固定地附接到所述中央部件12和/或边缘16。

所述支撑部件24可以大致是在所述中央部件12以及至少一个所述轮辐14之间延伸的三角形部件。虽然图3所示的所述支撑部件24被描述成大致三角形，但是，所述支撑部件24可以具有任何形状，如图4所示。在图3所示的具体的构造中，所述支撑部件24附接到所述中央部件12以及两个相邻的轮辐14。所述支撑部件24能够包括第一部件36、第二部件38、交叉部件40以及突出部42（图3）。所述第一以及第二部件36,38的第一端44能够固定到所述中央部件12或与所述中央部件12整体构成，来将所述支撑部件24附接到所述中央部件12。所述交叉部件40可以在所述第一以及第二部件36,38的第二端46之间以及大体上在一对轮辐14之间延伸。

一个突出部42能够从所述支撑部件24的第一部分延伸，另一个突出部42能够从所述支撑部件24的第二部分延伸。从所述支撑部件24的所述第一部分延伸的所述突出部42能够位于接近所述第一部件36与所述交叉部件40交叉点的位置，从所述支撑部件24的所述第二部分延伸的突出部42能够位于接近所述第二部件38与所述交叉部件40交叉点的位置。虽然所述突出部42分别被描述为位于接近所述第一部件36与所述交叉部件40交叉点的位置以及接近所述第二部件38与所述交叉部件40交叉点的位置，但是，所述突出部42可以不相对于交叉部件40沿着所述支撑部件24位于任何位置。

所述突出部42可以是相对薄的部件，且可以分别通过所述第一部件36以及所述第二部件38将所述轮辐14连接到所述中央部件12。在图3示出的具体的构造中，所述突出部42连接到所述轮辐14各自的位于所述第一以及第二部分30,32之间的第三部分34，大体上位于所述轮辐14的中间部位。所述突出部42能够具有比所述轮辐14更小的弯曲力矩。虽然元件42被描述为突出部，但是，元件42能够具有任意形状——位于所述第一部件36与一个轮辐14的交叉点处以及位于所述第二部件38与另一个轮辐14的交叉点处——如下文描述的，当所述方向盘10受到预定大小的力时，所述元件42允许所述轮辐14有选择地与所述支撑部件24分离。

所述突出部42与所述轮辐14的交叉点可以具有相当小的面积，对施加到所述方向盘10的预定大小的力反应时，允许所述突出部42与所述轮辐之间的连接断开。换句话说，所述突出部42与所述轮辐14之间的连接弱于所述轮辐14与所述中央部件12之间的连接，以及弱于所述轮辐14与所述边缘16之间的连接。就这一点而论，突出部42限定了断裂式连接（break-awayconnection）。当预定大小的力施加到所述方向盘10上时，所述突出部42与所述轮辐14分离，而所述轮辐14的端部与所述中央部件12之间的连接以及所述轮辐14与所述边缘16之间的连接保持不变。通过使所述突出部42具有比所述第一部件36、所述第二部件38、和/或所述轮辐14更小的横截面面积，可以使得所述突出部42与所述轮辐14之间的连接弱于所述轮辐14的端部与所述中央部件12之间的连接，以及弱于所述轮辐14与所述边缘16之间的连接。

在阐述的具体的实施例中，所述方向盘10包括四个轮辐14。然而，可以理解的是，根据本发明的教导，可以使用更多或者更少数量的轮辐14。在阐述的实施例中，没有连接到所述支撑部件24的两个轮辐14大体上穿过所述边缘16限定的圆的中间延伸。其它轮辐14位于中心线以下。

参考图3至图6，详细描述所述方向盘10的操作。位于使用位置时（图3至图5），用户可以关于驾驶杆20限定的轴线转动方向盘10的边缘16，这使得所述交通工具18的轮子相应地移动，如上文所述。当预定大小的力F施加到所述方向盘10时（即撞击事件中），所述方向盘10可以从使用位置（图3至图5）移动到分离位置（图6）。

在使用位置时，所述支撑部件24的突出部42牢固地连接到所述轮辐14，如图3至图5所示。在这个位置时，所述轮辐14具有第一有效长度L1，所述第一有效长度L1由所述轮辐14与相应突出部42的交叉点与所述轮辐14与所述边缘16的交叉点之间的距离限定。所述长度L1使所述方向盘10在使用位置使用时具有改进的固有频率特征，不需要每个轮辐14具有大的横截面面积。

对牵扯交通工具18的撞击事件做出响应时，对所述方向盘10的撞击大体上向边缘16施加力F（图6）。如果力F的大小以及距驾驶杆20限定的轴线的距离足够产生等于或者大于预定大小的力矩，一个或多个突出部42能够从相应的轮辐14脱开，从而使所述方向盘10位于分离位置，如图6所示。对应用的力F做出响应时，所述突出部42与所述轮辐14之间相对小的接触面积使得所述支撑部件24从至少一个轮辐14上分离。

当所述突出部42从所述轮辐14脱开时（即当所述方向盘10位于分离位置时），所述轮辐14具有第二有效长度L2，所述第二有效长度L2比所述第一有效长度L1长。所述第二有效长度L2可以由所述中央部件12与所述轮辐14的第二部分32的交叉点与所述边缘16与所述轮辐的第一部分30的交叉点之间的距离确定。因此，所述方向盘10从使用位置到分离位置的移动改变所述轮辐14的从所述第一有效长度L1到所述第二有效长度L2的有效长度，而保持所述轮辐14的每个部分30,32分别与所述边缘16以及中央部件12的接合不变。同样地，改变所述轮辐14从L1到L2的有效长度减少每个轮辐14的刚度，因为每个轮辐14仅在所述第一部分30以及所述第二部分32处得到支撑。

当预定大小的载荷应用到所述方向盘10时，允许所述轮辐14的有效长度从L1改变到L2还使得所述轮辐14更易弯曲或者变形。当预定大小的载荷应用到所述方向盘10时，允许所述轮辐14更易弯曲和/或变形使得每个轮辐14吸收与应用的力相关联的期望量的能量。图5和图6中阐述了前述的关系，其中，相比于图5示出的视图，图6示出的轮辐14处于弯曲或者变形状态。

通过将所述轮辐14的有效长度从所述第一有效长度L1改变到所述第二有效长度L2，可以优化所述方向盘10的多种机械和/或结构特性。例如，在使用位置时，所述轮辐14的有效长度L1增加所述轮辐14的刚度，这增加所述方向盘10的固有频率并给所述边缘16提供足够的支撑，使得所述方向盘的所述边缘16的质量（以及因此转动惯量）得以优化。所述轮辐14在使用位置增加的刚度增加偏斜所述轮辐14预定距离所需的力（即力相比偏斜度的特性），从而降低了在撞击事件中适当吸收能量的能力。因此，当期望有能量吸收时（即在撞击事件中），所述支撑部件24从所述轮辐14分离——如上文所述——以增加所述轮辐14的有效长度，从而减少所述轮辐的刚度并提高它们在更长距离或者时间适当吸收能量的能力。

按照这种方式，所述方向盘10的转动惯量以及固有频率可以在使用位置得以优化，同时在分离位置优化能量吸收特性。因此，所述方向盘10同时向用户提供在使用时所述交通工具18改进的体验和操作以及撞击事件中改进的能量吸收特性。

提供对实施例的上述描述目的是进行阐述和说明，意不在穷尽或者限制本发明。特定实施例的单个元件或者特征大体上并不限制在该特定实施例中，即使没有具体示出或者进行描述，可以在可应用的选择的实施例中进行互换并使用。同样也可以按照许多方式进行变化。不应认为这些变化脱离本发明，并且所有这些改变意在包含在本发明的范围内。

Claims (15)

1.一种方向盘，其特征在于，包括：

中央部件；

边缘，与所述中央部件分隔开；

轮辐，在所述中央部件与所述边缘之间延伸，并包括附接到所述中央部件的第一部分、附接到所述边缘的第二部分、以及位于所述第一部分与所述第二部分之间并相互连接到所述中央部件的中间部分；以及

支撑部件，所述支撑部件将所述中间部分连接到所述中央部件；

对施加到所述方向盘的预定大小的力做出反应时，断开由所述支撑部件实现的所述中间部分到所述中央部件的连接。

2.根据权利要求1所述的方向盘，其特征在于，所述支撑部件包括与所述中间部分接触的突出部，所述突出部具有比所述轮辐和所述支撑部件中的至少一个更小的横截面面积。

3.根据权利要求1所述方向盘，其特征在于，进一步包括突出部，所述突出部将所述中间部分连接到所述中央部件，所述突出部具有比所述轮辐更小的横截面面积。

4.根据权利要求1所述的方向盘，其特征在于，对所述中间部分与所述中央部件分离做出反应，所述轮辐的力与偏斜度的比值减小。

5.根据权利要求1所述的方向盘，其特征在于，当所述中间部分附接到所述中央部件时，所述轮辐在第一数量的位置处附接到所述方向盘，当所述中间部分与所述中央部件分离时，所述轮辐在第二数量的位置处附接到所述方向盘，所述第一数量的位置多于所述第二数量的位置。

6.根据权利要求1所述的方向盘，其特征在于，当所述中间部分附接到所述中央部件时，所述方向盘具有第一固有频率，当所述中间部分与所述中央部件分离时，所述方向盘具有第二固有频率，所述第一固有频率不同于所述第二固有频率。

7.根据权利要求1所述的方向盘，其特征在于，当所述中间部分与所述中央部件分离时，所述轮辐具有降低的刚度。

8.一种方向盘，其特征在于，包括：

中央部件；

边缘，在第一位置与所述中央部件分隔固定距离，在第二位置相对于所述中央部件偏斜；

轮辐，在所述中央部件与所述边缘之间延伸，当所述边缘位于所述第一位置时，所述轮辐具有第一刚度，当所述边缘位于所述第二位置时，所述轮辐具有第二刚度，所述第一刚度大于所述第二刚度，其中，所述轮辐包括附接到所述中央部件的第一部分、附接到所述边缘的第二部分和中间部分；以及

支撑部件，所述支撑部件将所述中间部分连接到所述中央部件；

其中，当所述边缘位于所述第一位置时，所述中间部分附接到所述中央部件，当所述边缘位于所述第二位置时，断开由所述支撑部件实现的所述中间部分到所述中央部件的连接。

9.根据权利要求8所述的方向盘，其特征在于，所述支撑部件包括与所述中间部分接触的突出部，所述突出部具有比所述轮辐和所述支撑部件中的至少一个更小的横截面面积。

10.根据权利要求8所述的方向盘，其特征在于，进一步包括突出部，所述突出部将所述中间部分连接到所述中央部件，所述突出部具有比所述轮辐更小的弯曲力矩。

11.根据权利要求8所述的方向盘，其特征在于，当所述边缘位于所述第二位置时，所述轮辐的偏斜力减小。

12.根据权利要求8所述的方向盘，其特征在于，当所述边缘位于所述第一位置时，所述轮辐在第一数量的位置处附接到所述方向盘，当所述边缘位于所述第二位置时，所述轮辐在第二数量的位置处附接到所述方向盘，所述第一数量的位置多于所述第二数量的位置。

13.根据权利要求8所述的方向盘，其特征在于，当所述边缘位于所述第一位置时，所述方向盘具有第一固有频率，当所述边缘位于所述第二位置时，所述方向盘具有第二固有频率，所述第一固有频率不同于所述第二固有频率。

14.一种方向盘，其特征在于，包括：

中央部件；

边缘，与所述中央部件分隔开；以及

多个轮辐，在所述中央部件与所述边缘之间延伸，所述多个轮辐中的每一个包括第一部分以及第二部分，所述第一部分固定地从所述中央部件延伸，所述第二部分固定地连接到所述边缘，所述多个轮辐中的至少第一和第二轮辐均包括中间部分，所述中间部分位于所述第一部分与所述第二部分之间，所述中央部件包括支撑部件，所述第一和第二轮辐的所述中间部分分别在第一和第二断裂式连接处附接到所述中央部件的所述支撑部件，对预定大小的力做出反应时，所述中间部分在所述断裂式连接处与所述中央部件分离。

15.根据权利要求14所述的方向盘，其特征在于，所述支撑部件是三角形的，所述三角形的支撑部件的第一角附接到所述第一轮辐的所述中间部分，所述三角形的支撑部件的第二角附接到所述第二轮辐的所述中间部分。