CN104512455B - 车辆转向设备和包括这种转向设备的车辆 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种车辆转向设备，包括方向盘(2)和被设置为连接所述方向盘(2)与所述车辆前轮(3)的转矩传输转向柱设备(1)。转向设备包括连接于所述方向盘(2)的至少一个第一转向柱部分(1a)和连接于前轮(3)的第二转向柱部分(1b)，其中所述第一和第二转向柱部分(1a，1b)通过当检测到事故时适于令所述第一和第二转向柱部分(1a，1b)彼此分离的分离装置(10)彼此连接，因此所述第二转向柱部分(1b)能相对于所述第一柱部分(1a)旋转。本发明还涉及一种包括所述转向设备的车辆。

Description

车辆转向设备和包括这种转向设备的车辆
技术领域
本发明通常涉及包括抗旋转系统的转向设备和包括这种转向设备的车辆。
背景技术
某些车辆碰撞情况可能导致力沿基本上垂直于车轮的方向局部地作用于前轮之一上。该力可能导致车轮的转动。由于车轮连接于方向盘，这又导致方向盘的突然旋转。突然和出乎意料的方向盘旋转可能导致车辆驾驶员受伤，例如手和胳臂受伤。此外，如果在方向盘内安装被动安全装置例如安全气囊系统，则该旋转可能导致乘客与安全气囊之间的非最佳接合。
在当前的安全气囊系统中，保护驾驶员的安全气囊通常安装在方向盘的中心毂内并且随着方向盘旋转。安全气囊缓冲垫可为形状对称和不对称的并且被优化以保护驾驶员。如果在碰撞期间安全气囊随着方向盘旋转，则对称或不对称的安全气囊形状反而无意中将力导向驾驶员头部/颈部上，这可导致安全气囊无意中伤害驾驶员或他/她沿着偏离安全气囊的方向被引导。
有关方向盘无意中旋转和安全气囊位置的上述问题例如与专利申请US7931296B2和WO 2008140633A1相关。
在US 7931296B2中，转向设备包括被设置为彼此偏离的转向柱和方向盘齿轮，使得来自方向盘的转矩被传输至转向柱。容纳在方向盘的方向盘毂内的安全气囊模块是独立安装的，从而通过使用与方向盘和转向柱相互连接的偏置转矩传动装置结构使得所述模块不随着方向盘一起旋转。这种构型能够不受形状影响地展开缓冲垫，并且无意中将力导向头部/颈部上的风险更低。
在WO 2008140633A1中，公开了具有方向盘电枢(steering wheel armature)、毂部和轮辐的方向盘组件。毂部可固定于常规的转向柱轴。方向盘组件具有支撑在转向柱轴上仅绕转向柱轴的轴线自由旋转的第一圆筒。第二圆筒可自由地相对于第一圆筒绕第二轴线旋转。第二轴线平行于转向柱轴并且与其间隔开或关联于其。提供用于在第一圆筒上支撑第二圆筒的固定支撑器具。支撑器具提供了安全气囊模块可安装其上的固定支撑部件，从而使得在方向盘旋转期间安全气囊模块相对于车辆保持固定。
上述方案要求重新构造整个方向盘和/或方向盘柱。重新构造的方向盘柱可能很难插入车辆内紧凑的设计空间并且可能还要求对车辆和车辆部件重新设计。此外，使用多个轴或齿轮将安全气囊模块保持在固定位置的结构是繁琐和复杂的。因此，优选提供一种要求尽可能少地重新设计转向柱的带有抗旋转功能的方向盘组件。
发明内容
本发明的目的是提供包括在事故期间作用从而防止方向盘无意中旋转的抗旋转系统的转向设备。本发明的另一方面是提供包括这种转向设备的车辆。
通过本发明的转向设备和车辆实现这些目的。
因此，本发明涉及一种转向设备，包括方向盘和被设置为连接所述方向盘与所述车辆的前轮的转矩传输转向柱设备。本发明的一个实施例特征在于：它至少包括连接于方向盘的第一转向柱部分和连接于前轮的第二转向柱部分。所述第一和第二转向柱部分通过分离装置彼此连接，当检测到事故时所述分离装置适于令所述第一和第二转向柱部分彼此分离以使所述第二转向柱部分可能相对于所述第一转向柱部分旋转。
当连接于前轮的第二柱部分能够相对于连接于方向盘的第一柱部分旋转时，源自事故且沿基本上垂直于前轮的方向作用的巨大力不会导致方向盘旋转。因此，减小了驾驶员手受伤的风险。此外，可能使用为驾驶员提供更好保护的对称和不对称的安全气囊缓冲垫。
在一个实施例中，当来自事故检测传感器的指示碰撞状况的致动信号被发出时和/或当源自碰撞状况的力沿基本上垂直于至少一个前轮的方向作用于所述至少一个前轮上时，分离装置适于被致动以分离第一和第二转向柱。
当使用来自碰撞传感器的信号致动分离装置时，在碰撞的时候发生第一和第二转向柱部分的主动分离。但是如果作用于至少一个车轮上的力用于致动分离装置时，由不必要的力引发的前轮转动所产生的扭曲转向柱的转矩使得第一和第二转向柱部分被动分离。因此，转矩自身在分离装置的位置处拧断转向柱设备。
在一个实施例中，分离装置是转向柱设备中被设置为将所述转向柱设备分离为所述至少第一和第二柱部分的至少一个设计好的材料变弱点。
使用材料变弱点作为分离装置是在转向柱设备中产生断裂表示的简单但有效的方式。
在一个实施例中，弱点具有比所述转向柱设备的其余部分低的抗扭强度的材料变弱部。
所述材料变弱部例如可为转向柱内的切口、抗扭强度低于转向柱设备的其余部分的不同材料、具有比转向柱设备的其余部分更小直径或更小材料厚度的区域或任何其它材料变弱部。
在另一实施例中，分离装置是允许所述第一与第二转向柱部分之间能够旋转运动的旋转结合。
在一个实施例中，旋转结合包括锁定装置，所述锁定装置被设置为将所述第一和第二转向柱部分锁定在一起形成所述转矩传输转向柱设备。
锁定装置可包括机械、摩擦、液压、磁性、电动或任意其它锁定类型。
当使用带有锁定装置的旋转结合作为分离装置时，能够非常全面地控制分离过程。当从碰撞传感器发出致动信号时，锁定装置能够在毫秒内将第二转向柱部分从第一转向柱部分释放。
在一个实施例中，力产生装置被设置为致动所述分离装置并且分离所述第一与第二转向柱部分。
力产生装置例如可以是连接于分离装置的机械或烟火装置。力产生装置产生具有强度的力或冲击波以分开旋转结合的锁定装置或在弱点内产生裂缝，裂缝导致第一和第二转向柱部分的分离。
在一个实施例中，所述设备包括检测事故的传感器，检测事故的传感器适于发送用于分离所述第一和第二转向柱部分的致动信号。
该传感器可为常规车辆碰撞传感器或可为特别用于转向设备目的的独立传感器。
在另一实施例中，方向盘包括带有设置在方向盘毂中的对称或不对称安全气囊缓冲垫的安全气囊模块。
安全气囊缓冲垫连接于碰撞传感器并且当检测到碰撞时适于膨胀。用于该非旋转系统中的对称安全气囊缓冲垫具有的优点是导向头部/颈部的无意识的力的风险更小，因为在碰撞期间它是固定的。不对称的安全气囊缓冲垫可被设计为在事故期间为驾驶员提供更好的支撑。该不对称的安全气囊缓冲垫为驾驶员提供更好的保护并且可以是这样的结构：其中膨胀缓冲垫被优化以避免接触驾驶员胸部或减少挤压接触以最小化力和减少对驾驶员胸部的伤害。它可被设置在方向盘毂内从而具有与与限定前轮的0度转弯的方向盘轴线基本对齐的延展方向，即在ENU坐标系中沿基本平行于车辆x-z平面的方向。
在另一实施例中，所述设备包括被设置为防止所述方向盘旋转的方向盘锁。
方向盘锁使得可能带有安全气囊模块的方向盘在前轮旋转期间相对于车辆保持固定。
在一个实施例中，方向盘锁被设置为将所述方向盘锁定在与限定所述前轮的0度转弯的方向盘轴线基本对齐的位置。
固定的锁定位置优选被设置为使得方向盘处于其初始零位置，即在正常驾驶期间车轮被对准为平行于ENU系统中车辆的x-坐标。方向盘大约在分离装置被致动且第一和第二转向柱部分彼此分离的同时被锁定在该位置。当方向盘被锁定在该位置时，不对称的安全气囊缓冲垫为驾驶员提供了最佳的保护。
在另一实施例中，所述设备包括适于自动地旋转所述方向盘的电动转向系统。
当使用电动转向时，可能从分开的转向柱自动地旋转方向盘直至它定向在其初始零位置或由不同的方向盘角度所限定的其它位置。当与这些不同的方向盘角度对齐时，安全气囊缓冲垫的形状可被优化。
本发明的另一方面涉及一种包括第一和第二前轮以及上述方向盘组件的车辆。
在另一实施例中，车辆包括适于自动地旋转所述方向盘从而辅助驾驶员的电动转向系统。
用于自动地旋转方向盘的电动转向系统可以是已用于以一定策略例如车道保持和泊车来辅助驾驶员的车辆集成系统。当检测到事故并且方向盘与转向柱分开时电动转向系统也可用于自动地旋转方向盘至特定位置。
附图说明
现在参照附图通过示例描述本发明，其中：
图1公开了带有不同的可能分离点的转向设备，
图2公开了分离装置的第一实施例，
图3公开了分离装置的第二实施例，
图4公开了包括处于非致动和致动状态下的安全气囊模块的转向设备的实施例。
具体实施方式
下面，参照附图公开了本发明不同实施例的详细说明。此处的所有示例被视为一般说明的一部分并且因此可能以任何方式概括地组合。此外，各种实施例和方法的各个特征可被组合或互换，除非这种组合或互换明显与转向设备的总体功能相悖。
简要地说，本发明涉及一种包括当检测到碰撞状况时开始动作的抗旋转系统的转向设备以及包括这种转向设备的车辆。抗旋转系统包括在事故期间作用以防止方向盘无意间旋转的分离装置。
在图1中，转向设备被示为车辆的一部分。转向设备包括连接于车辆的第一和第二前轮3a、3b的转向柱设备1和方向盘2。方向盘2 连接于转向柱1上端处的第一转向柱部分1a；1a1，1a2，1a3，1a4， 1a5，1a6。第二转向柱部分1b；1b1，1b2，1b3，1b4，1b5，1b6在转向柱1的下端处连接于车辆前轮3。转向柱1可还包括小齿轮5，其与齿条4啮合以便移动使车辆车轮3a、3b转向的转向横拉杆(tie rods) 6a、6b。术语转向柱1应当被诠释为包括方向盘2与齿条4之间的所有独立部分，例如转向柱组件7、中间轴8、万向接头9和其它可能的未命名的部分。当车轮处于沿基本上垂直于前轮的方向作用于车轮周缘部分的外力F的影响下时，转矩从方向盘2经由转向柱1、齿条4 和转向横拉杆6a、6b被传输至车辆车轮3a、3b，反之亦然。在某些特定的事故状况期间该力F发生并产生扭曲转向柱设备的反向转矩，在现有技术中其可能导致方向盘的不必要转动。源自碰撞状况的力F 比常规行车条件下作用于车轮的力高的多，更可能高大约70％-100％。
车辆可还具备使用电动机的电动转向系统以辅助车辆驾驶员通过方向盘2的旋转来令前轮3a、3b转向。电动转向系统优选包括不同类型的传感器和控制单元。当传感器检测到一定状况时控制单元发出信号以自动地旋转方向盘。传感器例如可检测车辆在道路上的速度和位置并且使用电动转向系统以及其它车辆集成系统一起将车辆保持在特定车道。当停车时系统还可用于帮助驾驶员。
第一与第二转向柱部分1a1，1a2，1a3，1a4，1a5，1a6；1b1，1b2， 1b3，1b4，1b5，1b6之间的某处至少设置一个分离装置10。在图1 中，示出分离装置10的若干可能位置P1、P2、P3、P4、P5和P6。但是，当然也可以将至少一个分离装置放置在方向盘2与齿条4之间的任意位置处。第一和第二转向柱部分分别包括哪些部分1a1，1a2，1a3， 1a4，1a5，1a6；1b1，1b2，1b3，1b4，1b5，1b6，这取决于分离装置 10设置在何处，在转向设备的不同实施例中可变化，正如附图公开的那样。
分离装置10适于将所述第一和第二转向柱部分1a、1b彼此分离以使所述第二转向柱部分1b可相对于所述第一柱部分1a旋转。当检测到事故或发生事故时致动分离设备10。当存在作用于前轮3a、3b 上且基本上垂直于前轮3a、3b的力F时，致动可通过源自检测事故的带有一定临界负荷的传感器的致动信号来主动地触发和/或通过扭曲转向柱1的转矩被动地触发。致动信号例如可源自集成在初始车辆碰撞检测系统中的碰撞传感器或源自连接于或与转向设备集成一体的独立传感器。
在图2中，分离装置10是至少一个设计好的材料变弱点MWP。弱点MWP在该实施例中设置在万向接头9附近，但该位置是可选的。弱点可被设计为具有抗扭强度低于转向柱设备的其余部分的材料变弱部。弱点的抗扭强度可为转向柱设备的其余部分的70-95％之间。例如，所述材料变弱部可为转向柱中的切口、抗扭强度低于转向柱设备的其余部分的不同材料或具有比转向柱设备的其余部分更小直径或更小材料厚度的区域。当然还可能使用任意其它材料变弱作为断裂指示点。在切槽内抗扭强度被设计为多低可能随着车辆类型的不同而不同。例如，在碰撞期间来自更重车辆的冲量在转向柱上产生更大的力。因此，重型车辆的切槽内的抗扭强度不需要降至与比重型车辆相比较轻的车辆一样。
在图3中，当处于解锁状态时，分离装置10是允许第一与第二转向柱部分1a、1b之间能够旋转运动的旋转结合RC。旋转结合装置 RC被设置为具有当处于锁定状态时能够在方向盘2与前轮3之间传递扭矩的结构。所述装置可包括可旋转地结合于第一或第二转向柱部分 1a、1b之一的转子RCa和结合于第二或第一转向柱部分1b、1a中另一个的电枢RCb。
旋转结合RC包括被构造为与转子RCa选择性地接合的锁定装置 RCc。因此，锁定装置RCc被设置为将旋转结合RC的转子RCa和电枢RCb锁定在一起，其又将第一和第二转向柱部分1a、1b锁定在一起，形成转矩传输设备。锁定装置RCc可包括机械、摩擦、液压、磁性、电磁、电动或任意其它锁定类型。如果旋转结合被用作分离装置，则分离装置的位置点优选在与外界水分和碎屑隔离的干燥空间内，优选在车辆轿厢(coupe)内。当检测到事故时，致动信号触发锁定装置 RCc的解锁，即旋转结合RC的转子RCa与电枢RCb之间脱离。第一和第二转向柱部分1a、1b随后彼此分离。
在一个实施例中，致动信号致动了连接于分离装置10的力产生装置11，例如机械或烟火装置。力产生装置11产生具有强度的力或冲击波从而脱离锁定装置RCc或在材料变弱点MWP内产生裂缝，这又导致第一和第二转向柱部分1a、1b的分离。在示例实施例中，锁定装置RCc可为连接旋转结合的转子RCa和电枢RCb的销、活塞或其它机械连接，其中所述连接被设计为在一定力下断裂或被设置为被力所移动。所述力可由力产生装置11产生。
在图4中，示出根据一个实施例的驾驶员D和方向盘2的示意图。方向盘包括经由至少一个轮辐2c连接于方向盘毂2b的外环2a。方向盘毂2b包括被设置为当检测到事故状况时膨胀的安全气囊模块12。安全气囊模块12包括对称或不对称的安全气囊缓冲垫12a。不对称的安全气囊缓冲垫12a被设计为当发生事故时为驾驶员D提供更好的支撑并且强迫驾驶员朝向小汽车和方向盘- 2 的前部。不对称的安全气囊缓冲垫12a可以是这样的结构，其中膨胀缓冲垫被优化以避免接触驾驶员D的胸部或减少挤压接触以最小化力和减少对驾驶员D胸部的伤害。为了恰当地起作用，膨胀缓冲垫可优选被设置为基本上平行于限定了前轮0度转弯的方向盘轴线A，因此沿与驾驶员D的脊柱和上身基本上对齐的方向，即在ENU坐标系中沿基本上平行于车辆的x-z平面的方向。
转向设备可还包括被设置为当检测到事故时防止方向盘2旋转的方向盘锁13。如果带有不对称缓冲垫的安全气囊模块12a位于方向盘 2内，则转向盘锁13可优选将方向盘2锁定在不对称的安全气囊优化位置。即，缓冲垫被设置为与限定前轮0度转弯的方向盘轴线A基本上对齐的位置。
如果电动转向系统用于控制方向盘2的旋转，则通过方向盘锁13 对方向盘的锁定可被调整为以一个或若干个特定方向盘角度出现，所述角度不是必须但可能与方向盘轴线A对齐。在这些方向盘角度处，安全气囊的功能可被优化。因此，当发生分离时，有可能使用电动转向系统来自动地旋转方向盘从转向柱分离直至它定向为其初始零位置或其中安全气囊的功能被优化的其它位置。
此外，请注意在上述详细说明中任意实施例或实施例的特征可被任意组合，只要这种组合不明显互相矛盾即可。

Claims (8)

1.一种车辆转向设备，包括方向盘(2)和被设置为连接所述方向盘(2)与车辆前轮(3a，3b)的转矩传输转向柱设备(1)，所述车辆转向设备还至少包括连接于所述方向盘(2)的第一转向柱部分(1a)和连接于所述前轮(3a，3b)的第二转向柱部分(1b)，其中所述第一转向柱部分(1a)与第二转向柱部分(1b)通过分离装置(10)彼此连接，当检测到事故时所述分离装置(10)适于将所述第一转向柱部分(1a)与第二转向柱部分(1b)彼此分离，使得所述第二转向柱部分(1b)能相对于所述第一转向柱部分(1a)旋转，
其特征在于：当来自检测事故传感器的指示碰撞状况的致动信号被发出时和/或当源自碰撞状况的力(F)沿基本垂直于至少一个前轮(3a，3b)的方向作用于所述至少一个前轮(3a，3b)上时，所述分离装置(10)适于被致动以将所述第一转向柱部分(1a)与第二转向柱部分(1b)分离，其中，致动信号致动连接于所述分离装置(10)的力产生装置(11)，其中，所述力产生装置(11)适于产生具有强度的力或冲击波从而在所述分离装置(10)内产生裂缝，这导致所述第一转向柱部分(1a)与第二转向柱部分(1b)的分离，其中所述分离装置(10)是转向柱设备(1)中的至少一个设计好的材料变弱点(MWP)，所述材料变弱点被设置为将所述转向柱设备(1)分为至少第一转向柱部分(1a)与第二转向柱部分(1b)。
2.根据权利要求1所述的转向设备，其中所述材料变弱点具有比所述转向柱设备(1)的其余部分更低抗扭强度的材料变弱部。
3.根据上述权利要求任意一项所述的转向设备，其中所述方向盘(2)包括设置在方向盘毂(2b)中的对称或不对称的安全气囊模块(12)。
4.根据权利要求1或2所述的转向设备，其中所述设备包括被设置为防止所述方向盘(2)旋转的方向盘锁(13)。
5.根据权利要求4所述的转向设备，其中所述方向盘锁(13)被设置为将所述方向盘(2)锁定在与限定所述前轮(3)的0度转弯的方向盘轴线(A)基本对齐的位置。
6.根据权利要求1或2所述的转向设备，其中所述设备包括适于自动地旋转所述方向盘(2)的电动转向系统。
7.一种车辆，其特征在于：所述车辆包括第一和第二前轮(3a，3b)以及根据上述权利要求1-6任意一项所述的转向设备。
8.根据权利要求7所述的车辆，其中所述车辆包括适于自动地旋转所述方向盘(2)以辅助驾驶员的电动转向系统。
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