CN103754254B - 四向可调的溃缩吸能转向管柱 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种四向可调的溃缩吸能转向管柱，包括上管柱系统、下管柱系统、安装支架和锁紧机构，所述上管柱系统包括上柱管，所述上柱管下端的管壁上沿母线方向开设有长条形开口，所述开口根部为直径大于开口宽度的圆孔，所述锁紧机构卡接在所述开口的两侧。本发明上柱管上的滑槽、开口设计及锁紧机构与上柱管系统的配合，使得锁紧机构的收拢和恢复能够实现对上柱管孔径变化的控制。上下柱管的溃缩力小且易控制，更好的满足溃缩吸能的设计，提高整车的驾驶舒适性和被动安全性。

Description

四向可调的溃缩吸能转向管柱

技术领域

本发明涉及汽车转向管柱领域，特别是一种四向可调的溃缩吸能转向管柱。

背景技术

转向管柱是转向系统的重要零部件，基本功能是实现转向力矩的传递。但随着技术的发展，消费者对车辆的驾驶的舒适性及安全性提出了更高的要求。整车上要求转向管柱能够实现上下角度的调节和沿管柱轴向的伸缩调节，以满足不同驾驶员的人机工程学要求；同时，车辆发生碰撞时，驾驶员会与方向盘碰撞作用，为了降低碰撞时方向盘对人体的伤害，需要管柱具有溃缩吸能功能。

现有的转向管柱多为仅能实现管柱倾斜角度调节的溃缩吸能管柱，转向管柱无轴向调节功能。溃缩结构设计简单且缺少溃缩导向功能，即拉脱锁脱落后，上柱管会与仪表台管梁骨架脱离而下坠，不利于上下柱管以及上下转向轴的相对滑移，且压溃力较大，碰撞时若不能溃缩则无法起到很好的吸能作用，方向盘对人体造成的冲击力仍然较大。

为了解决上述技术缺陷，公开号为CN02963415的中国专利公开了一种四向调节吸能汽车转向柱，其包括：一体式结构的管柱体，其内孔中设有一体式结构的转向轴；设置于管柱体上的铰接支座，铰接支座上开设有沿管柱体的轴向延伸第一滑槽；通过铰接销轴与铰接支座相连的下支架，铰接销轴穿过下支架和第一滑槽；设置于管柱体上的固定座，固定座上开设有沿管柱体的轴向延伸第二滑槽；通过调节销轴与固定座相连的上支架，调节销轴穿过上支架和第二滑槽；设置于管柱体上的吸能支架，吸能支架上开设有沿管柱体的轴向延伸，且与第一滑槽连通的吸能槽，吸能槽与铰接销轴过盈配合。该技术方案虽然有轴向调节的溃缩吸能的功能，但调节及溃缩结构过于复杂。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种能实现四向调节及溃缩吸能功能，提高整车的驾驶舒适性和被动安全性的溃缩吸能转向管柱。。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种四向可调的溃缩吸能转向管柱，包括上管柱系统、下管柱系统、安装支架和锁紧机构，所述上管柱系统包括上柱管，所述上柱管下端的管壁上沿母线方向开设有长条形开口，所述开口根部为直径大于开口宽度的圆孔，所述锁紧机构卡接在所述开口的两侧；

所述开口两侧的上柱管管壁上沿该上柱管轴向设置有两个平行对称的侧壁，所述侧壁上分别开设有轴向滑槽；所述锁紧机构包括U型支架，所述U型支架的两侧为钣金，所述钣金卡接在所述轴向滑槽内，所述两侧钣金上对称开设有角度调节滑槽，锁紧螺栓穿过所述钣金的角度调节滑槽后，依次套装有凸轮机构、推力滚子轴承、手柄和锁紧螺母；

每个所述钣金的底端设置有折弯部；每个所述钣金的外侧分别设置有复位弹簧；所述复位弹簧呈C型，其一端设置为固定孔，另一端设置为半圆形弯折部；一所述复位弹簧的固定孔卡装在与该复位弹簧同侧的钣金的折弯部上，半圆形弯折部卡装在所述凸轮机构的外径上；另一所述复位弹簧的固定孔卡装在与该复位弹簧同侧的钣金的折弯部上，半圆形弯折部卡装在所述锁紧螺栓的根部。

优选地，所述上柱管的下端管壁周向封闭，与所述开口之间设置有一个环形槽。

优选地，所述凸轮机构上套装有O型压紧弹簧，所述O型压紧弹簧置于所述钣金和复位弹簧之间。

优选地，所述轴向滑槽内嵌有滑槽衬垫。

优选地，所述U型支架的顶部均匀排布有多个螺纹孔；所述安装支架包括安装板，所述安装板的中部沿所述上柱管轴向开设有两个平行对称的长滑槽，螺栓依次穿过压片、上垫片、所述长滑槽、下垫片与所述螺纹孔连接，将所述U型支架与安装板固装。

优选地，所述下管柱系统包括下柱管和固装在所述下柱管底部的壳体，所述下柱管其与壳体联接的管壁外套装有橡胶垫；所述壳体上设置有与所述下柱管垂直的固定孔；所述安装支架还包括设置在所述安装板端部的两个支脚，两所述支脚相互对称且与所述长滑槽平行，所述支脚上分别开设有安装孔，所述安装孔处于同一轴线，螺栓穿过所述安装孔和固定孔将所述安装支架与壳体连接。

优选地，所述上管柱系统包括置于所述上柱管内的上转向轴，所述下管柱系统包括置于所述下柱管内的下转向轴，所述上转向轴和下转向轴之间花键连接。

优选地，所述上转向轴和下转向轴花键连接中的外花键上设置有尼龙涂覆。

本发明的有益效果如下：

(1)上柱管上的滑槽、开口设计，及锁紧机构与上柱管系统的配合，可直接通过锁紧机构U型支架的两侧钣金的收拢和回复实现对上柱管孔径变化的控制，实现上下柱管的锁紧和松开，结构简单，且上下柱管的溃缩力小且易控制，更好的满足溃缩吸能的设计；滑槽衬垫的使用，主要减少轴向调节时上柱管移动的摩擦力即改善轴向调节力以及降低噪声的作用。

(2)锁紧机构为凸轮时锁紧机构，靠两侧钣金的收拢，压紧上柱管实现锁紧即锁紧机构与上柱管系统、下柱管系统、安装支架都相对固定，与一般的转向管柱凸轮锁紧机构相比，特点在于锁紧功能的实现与碰撞溃缩吸能的结构实现了很好的集成设计；复位弹簧结构简单，成本低，防止转向管柱自动下坠，同时保证合理的角度调节力，满足调节的方便性、舒适性；压紧弹簧的缓冲作用，保证了手柄锁紧和松开操作的平稳和可靠。

(3)锁紧机构通过U型支架、下垫片、上垫片、螺栓、压片等被固定在安装支架的长滑槽上。溃缩时U型支架、下垫片、上垫片、螺栓、压片一起沿着长滑槽移动，具有防管柱掉落的功能。下垫片、上垫片为塑料件，降低溃缩时的摩擦力。

附图说明

图1为本发明提供的四向可调的溃缩吸能转向管柱的主视图；

图2为图1的A-A剖视图；

图3为图1的俯视图；

图4为图3的B-B剖视图；

图5为本发明提供的四向可调的溃缩吸能转向管柱中锁紧机构与安装支架连接后的主视图；

图6为图5的C-C剖视图；

图7为本发明提供的四向可调的溃缩吸能转向管柱中上管柱系统的立体图；

图8为本发明提供的四向可调的溃缩吸能转向管柱中上柱管的立体图；

图9为本发明提供的四向可调的溃缩吸能转向管柱中滑槽衬垫的立体图；

图10为本发明提供的四向可调的溃缩吸能转向管柱中下管柱系统的立体图；

图11为本发明提供的四向可调的溃缩吸能转向管柱中安装支架的立体图；

图12为本发明提供的四向可调的溃缩吸能转向管柱中锁紧机构的立体图；

图13为本发明提供的四向可调的溃缩吸能转向管柱中复位弹簧的立体图；

图14为本发明提供的四向可调的溃缩吸能转向管柱中压紧弹簧的立体图；

图15为本发明提供的四向可调的溃缩吸能转向管柱中U型支架和安装板连接爆炸图；

图16为本发明提供的四向可调的溃缩吸能转向管柱中安装支架和下管柱系统连接剖视图；

图17为为本发明提供的四向可调的溃缩吸能转向管柱的立体图。

图中：1-上管柱系统、2-下管柱系统、3-安装支架、4-锁紧机构11-上柱管、12-上转向轴、13-上轴承、14-滑槽衬垫、12.1-尼龙涂覆、111-轴向滑槽、112-开口、113-环形槽、21-下柱管、22-下转向轴、24-橡胶垫、23-壳体、23.1螺栓、23.2-套筒、23.3-衬垫、231-固定孔、31-安装板、32-支脚、34.1-下垫片、34.2-上垫片、34.3-螺栓、34.4-压片、311-腰形孔、312-长滑槽、321-安装孔、322-空壳、323-螺母、41-U型支架、42-锁紧螺栓、43-手柄、411-螺纹、412-钣金、413-滑槽、414-折弯部、44-凸轮机构、45-推力滚子轴承、46-锁紧螺母、47-复位弹簧、471-固定孔、472-弯折部、48-O型压紧弹簧。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明：

一种四向可调的溃缩吸能转向管柱(以下简称转向管柱)，如图1、图3、图5、图17所示，包括上管柱系统1、下管柱系统2、安装支架3和锁紧机构4。

上管柱系统1，如图7所示，包括上柱管11、上转向轴12、上轴承13、滑槽衬垫14(如图9所示)。

如图8所示，上柱管11为一体式铸铝柱管，上柱管柱11与周边零部件的连接配合处均采用机加工处理，精度高、重量轻、外观简单大方。上柱管11的下端沿其轴向设有设置有两个平行对称的侧壁，侧壁上分别开设有轴向滑槽111。在两轴向滑槽111中间，上柱管11的管壁上沿母线方向开设有长条形开口112，开口112根部为直径大于开口宽度的圆孔，开口112的设计增大了上柱管11径向收缩的变形能力，保证了上柱管11和下柱管21间一定的过盈锁紧。

上柱管11的下端管壁周向封闭，与开口112之间设置有一个环形槽113。上柱管11下端管壁周向封闭的结构也保证了上柱管11和下柱管21的相对滑移的可靠性，若碰撞溃缩滑移至极限时，也可与橡胶垫24(其安装位置见下述)均匀接触，起到进一步的缓冲作用。

如图7和图9所示，轴向滑槽111内嵌有滑槽衬垫14，滑槽衬垫14材料为塑料，主要减少轴向调节时上柱管11移动的摩擦力即改善轴向调节力以及降低噪声的作用。

如图4所示，上转向轴12通过上轴承13置于上柱管11内，上转向轴12下端为中空内花键，与下转向轴22外花键配合，既保证传递扭矩的作用，又可使上转向轴12和下转向轴22沿其轴线相对滑动，为碰撞溃缩提供了保障。

下管柱系统2，如图10所示，包括下柱管21、下转向轴22、壳体23、橡胶垫24。

本实施例中，与下柱管21固连的壳体23主要是电动助力转向系统驱动单元的壳体，从转向管柱的调节及碰撞溃缩的角度来说，壳体23可视为下柱管21的一部分，二者可视为一体。下柱管21其与壳体23联接的管壁外套装有橡胶垫24。

如图4所示，下柱管21中空，下转向轴22通过壳体轴承及驱动单元等结构置于下柱管21中，装配时下柱管21嵌入上柱管11内，其外壁与上柱管11内壁配合，同时下转向轴22内嵌于与上转向轴12内，二者花键配合。下转向轴22外花键，上转向轴12内花键，两者配合既可以沿轴线相对滑动又能传递扭矩，为了防止磨损及降噪设计往往在下转向轴22的花键上做尼龙涂覆12.1。上柱管11和下柱管21及上转向轴12和下转向轴22的尺寸及配合长度要满足轴向调节距离的要求和溃缩行程的要求。

如图10所示，壳体23上设置了与下柱管21垂直的调节转向管柱倾角的固定孔231，转向管柱装配完成后，转向管柱可绕该固定孔231轴线旋转实现倾角的调节。

锁紧机构4，如图2和图12所示，包括U型支架41，其顶部均匀排布有四个螺纹孔411；该U型支架41的两侧为钣金412，钣金412卡接在轴向滑槽111内，钣金412上对称开设有角度调节滑槽413，锁紧螺栓42穿过钣金412的角度调节滑槽413后，依次套装有凸轮机构44、推力滚子轴承45、手柄43和锁紧螺母46。每个钣金412的底端分别设置有折弯部414。

每个钣金412的外侧分别设置有C型的复位弹簧47，如图13所示，该复位弹簧47的一端设置为固定孔471，另一端设置为半圆形弯折部472。一复位弹簧47其固定孔471卡装在与该复位弹簧47同侧的钣金412的折弯部414上，半圆形弯折部472卡装在凸轮机构44的外径上。另一复位弹簧47其固定孔471卡装在与该复位弹簧47同侧的钣金412的折弯部414上，半圆形弯折部472卡装在锁紧螺栓42的根部。利用C型复位弹簧47的弹性，手柄43松开时转向管柱不会自动下坠，同时保证合理的角度调节力，满足调节的方便性、舒适性。凸轮机构44上套装有O型压紧弹簧48(如图14所示)，O型压紧弹簧48置于钣金412和复位弹簧47之间。锁紧时，可以通过压紧弹簧48均匀施力于侧面钣金412，同时，O型压紧弹簧48弥补了复位弹簧47和侧面钣金412之间的间隙，手柄43锁紧和松开时，利用其弹性起到一定的缓冲作用。

通过手柄43、凸轮机构44，推力滚子轴承45、锁紧螺母46、复位弹簧47、O型压紧弹簧48等的共同作用，可实现侧面钣金412的收拢和恢复。实际上通过手柄43的操作来实现收拢和恢复，即对应转向管柱调节功能的的锁紧和松开状态。收拢时，侧面钣金412内壁压紧轴向滑槽111，轴向滑槽111带动上柱管11收紧，并卡紧下柱管21，上柱管11管径缩小，与下柱管21过盈配合，实现管柱调节功能的锁紧，此时转向管柱为锁紧状态，不能实现角度和轴向的调节；当手柄43松开，侧面钣金412恢复，此时U型支架41的侧面钣金412没有完全压紧轴向滑槽111，上柱管11也没有收紧，上柱管11和下柱管21可相对滑动，上柱管11和下柱管21为间隙配合，两者可相对滑动，从而实现了轴向调节。

锁紧机构4与一般常用的转向管柱凸轮锁紧机构相比，特点在于锁紧功能的实现与碰撞溃缩吸能的结构实现了很好的集成设计，同时复位弹簧47和压紧弹簧46的设计也是其特有之处。

安装支架3，如图11所示，包括安装板31、两个支脚32，二者均为钣金冲压成型件，通过焊接固连。安装板31的中部沿上柱管11轴向开设有两个平行对称的长滑槽312，如图6和图15所示，螺栓34.3依次穿过压片34.4、上垫片34.2、长滑槽312、下垫片34.1与螺纹孔411连接，将U型支架41与安装板31固装。下垫片34.1、上垫片34.2为塑料件，降低溃缩时的摩擦力，长滑槽312也为碰撞溃缩提供了导向作用。

如图11所示，两个支脚32设置在安装板31的端部，两支脚32相互对称且与长滑槽312平行，支脚32上分别开设有安装孔321，安装孔321处于同一轴线，其中一个安装孔321的外侧焊接有方形空壳322，空壳322内放置有一个螺母323，螺母323可以在方形空壳322内，有一定的活动量，但是不可转动，此设计主要是从装配的方便性及工艺的合理性考虑，便于螺栓23.1与螺母323的快速对中及打紧螺母操作，同时降低对安装孔321的同轴度等工艺要求。该螺母323与固定孔231同轴配合，转向管柱角度调节时，绕该固定孔231轴线旋转。如图16所示，螺母323的螺纹孔能够与安装孔321同轴；固定孔231位于安装支架3的支脚32内，在固定孔231内端面和安装孔321的外端面间设有衬垫23.3，固定孔231之间嵌有套筒23.2，长螺栓23.1贯穿固定孔231、孔321、套筒23.2、衬垫23.3，通过方形空壳322和其内的螺母323实现螺栓紧固。下柱管系统2与安装支架3连接后可相对于长螺栓23.1的轴线相对旋转，长螺栓23.1的轴线即为转向管柱角度调节的旋转中心。

安装板31上环绕长滑槽312均匀开设有四个腰形孔311，腰形孔的设计，主要是考虑装配工艺，降低零部件的制造精度和工艺要求。通过腰形孔311转向管柱固定在仪表台骨架上。

四向调节功能说明：

通过操作手柄43，实现锁紧机构4的锁紧和松开。锁紧状态是转向管柱正常的工作状态，此时锁紧机构4与上柱管系统1、下柱管系统2、安装支架3都相对固定。松开手柄43后，U型支架41的两侧钣金412不会收拢压紧轴向滑槽111，上柱管11内径不会收紧，不会与下柱管21外径形成过盈配合，锁紧机构4与上柱管系统1之间以及上柱管系统1和下柱管系统2之间可以实现相对运动而实现调节。轴向调节通过沿轴向拉压上柱管系统1伸缩实现，调节的距离由轴向滑槽111的长度决定。角度调节时以长螺栓23.1的轴线为旋转中心，上柱管系统1和下柱管系统2带动锁紧螺栓42在角度滑槽413内滑动实现角度调节，角度调节滑槽413决定，显然手柄43、凸轮机构44、推力滚子轴承45、锁紧螺母46、压紧弹簧48也会随着锁紧螺栓在角度滑槽413所决定的轨迹运动，而复位弹簧47的存在使得转向管柱不会自动下坠，同时保证合理的角度调节力，满足调节的方便性、舒适性。

溃缩吸能的实现：

车辆碰撞时，人体会撞击到方向盘，为了减少对人的伤害，转向管柱设计成可以溃缩结构，吸收冲击的能量。溃缩主要是通过上柱管系统1和锁紧机构4沿管柱轴线移动来实现，主要有三处特征很好的实现了溃缩吸能设计：

上转向轴12和下转向轴22的花键连接，轴向容易实现滑动，碰撞时显然可以实现溃缩吸能作用。

上柱管11和下柱管21之间在手柄43锁紧的情况下为过盈配合，两者之间的压馈力由锁紧机构4造成的压紧程度来定，可以做到较小的压馈力，即很小的轴向力作用在上柱管11，即可实现上柱管11和下柱管21间滑动溃缩。橡胶垫24也为碰撞提供了缓冲作用。

锁紧机构4和安装支架3的连接：锁紧机构通过U型支架41、下垫片34.1、上垫片34.2、螺栓34.3、压片34.4等被固定在安装支架41的长滑槽312上。溃缩时U型支架41、下垫片34.1、上垫片34.2、螺栓34.3、压片34.4一起沿着长滑槽312移动，具有防管柱掉落的功能。下垫片34.1、上垫片34.2为塑料件，降低溃缩时的摩擦力。

综上所述，本发明的内容并不局限在上述实施例中，本领域的技术人员可以根据本发明的指导思想轻易提出其它实施方式，这些实施方式都包括在本发明的范围之内。

Claims (8)

1.一种四向可调的溃缩吸能转向管柱，包括上管柱系统(1)、下管柱系统(2)、安装支架(3)和锁紧机构(4)，其特征在于：所述上管柱系统(1)包括上柱管(11)，所述上柱管(11)下端的管壁上沿母线方向开设有长条形开口(112)，所述开口(112)根部为直径大于开口宽度的圆孔，所述锁紧机构(4)卡接在所述开口(112)的两侧；

所述开口(112)两侧的上柱管(11)管壁上沿该上柱管(11)轴向设置有两个平行对称的侧壁，所述侧壁上分别开设有轴向滑槽(111)；所述锁紧机构(4)包括U型支架(41)，所述U型支架(41)的两侧为钣金(412)，所述钣金(412)卡接在所述轴向滑槽(111)内，所述钣金(412)上开设有角度调节滑槽(413)，锁紧螺栓(42)穿过所述钣金(412)的角度调节滑槽(413)后，依次套装有凸轮机构(44)、推力滚子轴承(45)、手柄(43)和锁紧螺母(46)；

每个所述钣金(412)的底端设置有折弯部(414)；每个所述钣金(412)的外侧分别设置有复位弹簧(47)；所述复位弹簧(47)呈C型，其一端设置为固定孔(471)，另一端设置为半圆形弯折部(472)；一所述复位弹簧(47)的固定孔(471)卡装在与该复位弹簧(47)同侧的钣金(412)的折弯部(414)上，半圆形弯折部(472)卡装在所述凸轮机构(44)的外径上；另一所述复位弹簧(47)的固定孔(471)卡装在与该复位弹簧(47)同侧的钣金(412)的折弯部(414)上，半圆形弯折部(472)卡装在所述锁紧螺栓(42)的根部。

2.根据权利要求1所述的四向可调的溃缩吸能转向管柱，其特征在于：所述上柱管(11)的下端管壁周向封闭，与所述开口(112)之间设置有一个环形槽(113)。

3.根据权利要求1所述的四向可调的溃缩吸能转向管柱，其特征在于：所述凸轮机构(44)上套装有O型压紧弹簧(48)，所述O型压紧弹簧(48)置于所述钣金(412)和复位弹簧(47)之间。

4.根据权利要求1所述的四向可调的溃缩吸能转向管柱，其特征在于：所述轴向滑槽(111)内嵌有滑槽衬垫(14)。

5.根据权利要求1、3、4中任一项所述的四向可调的溃缩吸能转向管柱，其特征在于：所述U型支架(41)的顶部均匀排布有多个螺纹孔(411)；所述安装支架(3)包括安装板(31)，所述安装板(31)的中部沿所述上柱管(11)轴向开设有两个平行对称的长滑槽(312)，螺栓(34.3)依次穿过压片(34.4)、上垫片(34.2)、所述长滑槽(312)、下垫片(34.1)与所述螺纹孔(411)连接，将所述U型支架(41)与安装板(31)固装。

6.根据权利要求5所述的四向可调的溃缩吸能转向管柱，其特征在于：所述下管柱系统(2)包括下柱管(21)和固装在所述下柱管(21)底部的壳体(23)，所述下柱管(21)其与壳体(23)联接的管壁外套装有橡胶垫(24)；所述壳体(23)上设置有与所述下柱管(21)垂直的固定孔(231)；所述安装支架(3)还包括设置在所述安装板(31)端部的两个支脚(32)，两所述支脚(32)相互对称且与所述长滑槽(312)平行，所述支脚(32)上分别开设有安装孔(321)，所述安装孔(321)处于同一轴线，螺栓(23.1)穿过所述安装孔(321)和固定孔(231)将所述安装支架(3)与壳体(23)连接。

7.根据权利要求6所述的四向可调的溃缩吸能转向管柱，其特征在于：所述上管柱系统(1)包括置于所述上柱管(11)内的上转向轴(12)，所述下管柱系统(2)包括置于所述下柱管(21)内的下转向轴(22)，所述上转向轴(12)和下转向轴(22)之间花键连接。

8.根据权利要求7所述的四向可调的溃缩吸能转向管柱，其特征在于：所述上转向轴(12)和下转向轴(22)花键连接中的外花键上设置有尼龙涂覆(12.1)。