CN106143588A - 一种可重复使用的多级缓冲式转向柱 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可重复使用的多级缓冲式转向柱，包括内柱壳体和套在外面的外柱壳体；内柱壳体上开有手柄槽以及插芯孔、内部设有缓冲装置、复位装置；缓冲装置包括插芯和压缩弹簧；压缩弹簧两端分别与插芯底端挡板和内柱壳体内壁连接；插芯顶端穿出插芯孔；复位装置包括一体化的凸轮轴、复位手柄、凸轮，以及复位齿；凸轮轴上下两端嵌入内柱壳体顶端和底端的圆形槽，且能转动；复位手柄穿出手柄槽，且能来回拨动；复位齿一端固定在挡板上、另一端包绕凸轮，能够在凸轮轴转动时被凸轮压迫实现挤压压缩弹簧；外柱壳体内壁上设有卡槽，卡槽与插芯穿过插芯孔的凸出部分相啮合。本发明能提供不同级别的缓冲力，且能够在碰撞后手动复位，重复使用。

Description

一种可重复使用的多级缓冲式转向柱

技术领域

本发明涉及的是一种可重复利用的多级缓冲式安全转向柱，属于汽车被动安全技术领域。

背景技术

车辆在发生正面碰撞的时候，驾驶员头部和胸部会和方向盘产生撞击，安全带和安全气囊的约束并不能完全保证驾驶员的安全，会发生击穿安全气囊、安全带勒断肋骨等情况。因此设计一种具有缓冲效能的安全转向柱能够缓冲对驾驶员胸部和头部碰撞。

现有的安全转向柱一般通过压溃装置，压溃装置即是通过强度低于转向柱的机械机构在受力时通过本身的压溃吸收方向盘传递过来的力，从而吸收方向盘和乘员的碰撞的动能，减小成员伤害。这种设计存在以下不足：1，传统设计通过机械压溃进行缓冲，当转向柱压溃后即机械装置就会损坏，并不能重复使用，必须要重新安装转向柱，当发生碰撞的时候，乘员的胸部和头部会和方向盘和气囊产生碰撞，气囊的缓冲效果并不能绝对的保护乘员伤害；同时压溃后的转向系统并不能重复使用。2，现有转向柱一般单级缓冲根据特定工况的汽车碰撞进行保护。任何机械的强度都是一定的，传统机械压溃只能根据固定工况进行缓冲，无法根据碰撞的严重程度改变缓冲力。但在实际的碰撞中，由于碰撞速度不同，碰撞过程中乘员的头部和胸部对方向盘或者方向盘上的气囊产生的碰撞力度不同，所以固定的机械压溃强度并不能有效的缓冲方向盘对乘员的伤害。

发明内容

针对上述问题，本发明在现有转向柱的轴中间增加缓冲机构，并且在发生碰撞后能够通过手动调节将转向柱回复使用的安全转向柱。本发明设计的转向柱包括外柱、内柱、弹簧、插芯和重复利用的缓冲装置和复位装置。插芯通过弹簧施加的力处于贴近卡槽的位置，在卡槽给插芯施加力的时候弹簧与压紧，产生阻碍转向柱内柱向下运动的力。转向柱内柱和外柱采用方管啮合，用于提供转向时候的转向力。当发生碰撞的时候，乘员的胸部和头部会撞击气囊和方向盘。一般情况下，方向盘的不可收缩无法实现对头部的缓冲效能，多级级插芯能够根据不同的工况对乘员的胸部和头部进行缓冲，减小乘员伤害。当插芯插入卡槽后，可以通过复位手柄旋转凸轮轴压紧弹簧将内柱调整到复位位置，多次使用。

转向柱通过方形外柱和方形内柱啮合实现转向功能，通过弹簧压紧多级插芯能够在胸部碰撞方向盘的时候进行多级缓冲。

实现本发明的技术方案如下：

一种可重复使用的多级缓冲式转向柱，包括内柱总成和外柱总成；

所述内柱总成包括若干个缓冲装置、复位装置和内柱壳体；所述复位装置和所述若干个缓冲装置位于所述内柱壳体的内部；

所述内柱壳体的体壁上开有手柄槽以及若干个插芯孔，所述内柱壳体内部顶端和底端分别设有圆形槽；

所述缓冲装置包括插芯和压缩弹簧；所述压缩弹簧的一端与所述插芯底端固定连接、另一端固定在所述内柱壳体的内壁上；所述插芯顶端穿出所述内柱壳体的插芯孔；

所述复位装置包括凸轮轴、复位手柄、若干个凸轮和复位齿；所述凸轮轴、复位手柄、若干个凸轮固定一体；所述凸轮轴的上下两端分别嵌入所述内柱壳体内部顶端和底端的圆形槽内，且能够绕自身转动；所述复位手柄穿出所述内柱壳体上的手柄槽，且能够沿手柄槽来回运动；所述复位齿一端固定在插芯底端、另一端包绕所述凸轮，并且在凸轮轴转动时，所述凸轮的转动能够压迫所述复位齿；

所述外壳总成包括外柱壳体；所述外柱壳体套在所述内柱壳体外面；所述内柱壳体能够相对所述外柱壳体上下滑动，并且能够带动所述外柱壳体一起转动；所述外柱壳体内壁上设有若干个卡槽，所述卡槽的形状与所述插芯的形状相匹配；所述卡槽能够与所述插芯穿过插芯孔的凸出部分相啮合。

进一步地，所述内柱壳体与所述外柱壳体均为方形，所述内柱壳体与所述外柱壳体之间相啮合。

进一步地，所述插芯底端还设有挡板，所述挡板的尺寸大于所述内柱壳体上的插芯孔尺寸。

进一步地，所述复位齿为L形，L形顶端与所述挡板固定，L形底端包绕所述凸轮。

进一步地，所述插芯的截面、所述卡槽的截面均为三角形。

进一步地，所述若干个缓冲装置完全相同，所述若干个插芯孔完全相同，所述若干个卡槽完全相同；所述若干个缓冲装置之间的距离、所述若干个插芯孔之间的距离、所述若干个卡槽之间的距离相同。

进一步地，所述若干个缓冲装置、所述若干个插芯孔、所述若干个卡槽的个数根据实际需求设置。

本发明的有益效果：

1、既能够根据不同的碰撞强度提供不同级别的缓冲力，保护乘员安全又能够在碰撞后通过手动调节复位，重复使用。

2、转向柱内柱和外柱采用方管啮合，用于提供转向时候的转向力。解决了内外柱采用圆柱在转向时候仅仅通过插芯提供转向力缓冲效能差的问题。

附图说明

图1为本发明所提供的多级式缓冲转向柱的整体外观图；

图2为本发明单级插芯结构示意图；

图3为本发明的单级缓冲装置示意图；

图4为本发明的复位装置示意图；

图5为本发明的转向柱外柱壳体内部构造示意图；

图6为转向柱内柱壳体结构示意图；

图7为多级缓冲式转向柱插芯、弹簧、内柱和复位装置剖面示意图。

附图标记说明：

1-插芯Ⅰ，2-插芯Ⅱ，3-插芯Ⅲ，4-压缩弹簧Ⅰ，5-压缩弹簧Ⅱ，6-压缩弹簧Ⅲ，7-卡槽Ⅰ，8-卡槽Ⅱ，9-卡槽Ⅲ，10-凸轮Ⅰ，11-凸轮Ⅱ，12-凸轮Ⅲ，13-复位齿Ⅰ，14-复位齿Ⅱ，15-复位齿Ⅲ，16-插芯孔Ⅰ，17-插芯孔Ⅱ，18-插芯孔Ⅲ，19-复位手柄，20-手柄槽，21-外柱壳体，22-内柱壳体，23-凸轮轴，24-传统转向柱Ⅰ，25-传统转向柱Ⅱ，26-复位齿，27-插芯，28-挡板，29-压缩弹簧。

具体实施方式

为了减少驾驶员在碰撞过程中的头部和胸部的伤害，增大生存空间，吸收碰撞中的能量并且节约成本和重复多次使用，本发明提出了一种可以多次使用的多级缓冲式转向柱。下面结合附图并以三级缓冲为例对本发明进一步说明。

如图1所示，为一种可重复使用的三级缓冲式转向柱总体外观图。图中可以看出所述转向柱分为外柱总成和内柱总成。所述外柱总成包括外柱壳体21。外柱壳体21内部开有卡槽Ⅰ7、卡槽Ⅱ8和卡槽Ⅲ9，具体如图5所示，卡槽Ⅰ7、卡槽Ⅱ8和卡槽Ⅲ9大小和形状完全相同，本发明实施例中形状为三角形，相邻卡槽之间距离为固定值d(d的值可根据转向柱具体要求设置)，并且相邻卡槽之间没有间隙(卡槽Ⅰ7的底部为卡槽Ⅱ8的顶部，卡槽Ⅱ8的底部为卡槽Ⅲ9的顶部)。内柱总成的上端与传统现有的转向柱连接一体，外柱总成下端和传统现有的转向柱连接一体。

内柱总成如图7所示，包括内柱壳体22、复位装置和缓冲装置；所述复位装置和所述缓冲装置位于内柱壳体22的内部。本发明实施例中，所述缓冲装置分为三级，每一级缓冲装置完全相同，单级缓冲装置如图3所示，均由插芯和与其相连的压缩弹簧构成。第一级缓冲装置包括插芯Ⅰ1和压缩弹簧Ⅰ4，第二级缓冲装置包括插芯Ⅱ2和压缩弹簧Ⅱ5，第三级缓冲装置包括插芯Ⅲ3和压缩弹簧Ⅲ6；三级缓冲装置自上而下并列设置在内柱壳体内部。所述压缩弹簧Ⅰ4、压缩弹簧Ⅱ5和压缩弹簧Ⅲ6完全相同，相邻压缩弹簧之间距离为d；所述插芯Ⅰ1、插芯Ⅱ2和插芯Ⅲ3完全相同，相邻插芯之间距离为d，每一级插芯的具体形状如图2所示，插芯的剖面为三角形，插芯形状与外柱壳体21内壁上的卡槽形状匹配。所述每一级的压缩弹簧两端分别固定连接内柱壳体22的内壁和对应的插芯，提供缓冲力；插芯三角形的底端还设有挡板，挡板大小略大于插芯孔，用于阻碍由于压缩弹簧反弹引起的插芯弹出插芯孔。

内柱壳体22和外柱壳体21都采用方形柱，两者之间采用啮合方式连接，内柱壳体22和外柱壳体21为间隙配合，二者间隙足够小但能够保证柱壳体22可以沿着外柱壳体21轴线方向滑动，同时随着内柱壳体22的转动外柱壳体21会跟着转动，二者不能发生相对转动。

所述内柱壳体22如图6所示，内柱壳体22上开有手柄槽20、插芯孔Ⅰ16、插芯孔Ⅱ17和插芯孔Ⅲ18。每个插芯孔大小相同，相邻插芯孔之间距离为d且恰好能够保证对应的插芯刚好穿过。每个插芯孔的大小要确保对应插芯恰好能够在其内部滑动并保证插芯不发生转动。外柱壳体21内壁上的卡槽恰好可以与每个插芯穿过插芯孔的凸出部分啮合，每个卡槽宽度大于插芯的宽度，卡槽纵截面和插芯纵截面为一样的三角形，这样的目的是插芯下平面恰好与卡槽下平面重合。所述每个相邻卡槽之间的距离、每个相邻插芯孔之间的距离和每个相邻插芯之间的距离相同(都为d)。

所述复位装置如图4所示，包括凸轮轴23、凸轮Ⅰ10、凸轮Ⅱ11、凸轮Ⅲ12、复位手柄19以及复位齿Ⅰ、复位齿Ⅱ、复位齿Ⅲ；所述凸轮轴23、凸轮Ⅰ10、凸轮Ⅱ11、凸轮Ⅲ12、复位手柄19为固定一体化。所述凸轮轴23的上下两端分别嵌入内柱壳体22顶部和底部的圆形槽内(如图7所示)，所述3个复位齿为L形，3个复位齿L形的顶端分别固定在每级插芯底端的挡板上,3个L形的底端分别包绕对应位置处的凸轮，转动复位手柄19能够带动凸轮轴23可以绕自身转动，进而带动3个凸轮转动，凸轮的转动对L形复位齿的底端施加压力，进而压缩复位弹簧使得插芯向内柱壳体内部移动。待插芯完全缩进内柱壳体22的内部时，向上提拉内柱壳体，同时松开复位手柄，使得压缩装置复位供下次使用。

如图1所示，本次发明涉及的转向柱集成在传统转向柱上，内柱壳体22和传统转向柱Ⅰ24一体，外柱壳体21和传统转向柱Ⅱ25为一体。

本发明转向柱的缓冲工作原理如下：

未发生碰撞的常规状态下：插芯Ⅲ3穿过内柱壳体22的插芯孔Ⅰ1与卡槽Ⅰ7啮合。压缩弹簧Ⅲ6提供很小的力确保插芯Ⅲ3和卡槽Ⅰ7产生的摩擦刚好能够使二者啮合并且不会因震动产生松动。

当发生碰撞时，驾驶员胸部和头部会对方向盘或方向盘上面的气囊产生撞击，此时本发明所设计的转向柱内柱总成接受来自方向盘的力会沿着外柱壳体21内向下滑动。第三级缓冲装置开始工作，插芯Ⅲ3会与卡槽Ⅰ7产生滑动，受卡槽底端斜面的挤压，插芯Ⅲ3向内柱壳体的内部运动并对压缩弹簧Ⅲ6进行压缩。由于压缩弹簧Ⅲ6的压缩和插芯Ⅲ3相对卡槽Ⅰ7的摩擦，产生阻碍方向盘下沉的缓冲力，吸收乘员的能量，减小方向盘对驾驶员的伤害。

当碰撞力相对较大时，第三级缓冲装置不能产生足够的缓冲力来减小对驾驶员的伤害，此时插芯Ⅲ3已经将压缩弹簧Ⅲ6压至最大压缩量，并且插芯Ⅲ3滑出卡槽Ⅰ7，进入卡槽Ⅱ8，插芯Ⅱ2会进入卡槽Ⅰ7。此状态下，插芯Ⅱ2和插芯Ⅲ3分别被卡槽Ⅰ7和卡槽Ⅱ8挤压，压缩弹簧Ⅱ5和压缩弹簧Ⅲ6会同时被压缩，第二级缓冲装置和第三级缓冲装置同时工作，产生相对更大的缓冲力，吸收更多的能量。

当碰撞力进一步增大时，插芯Ⅲ3进入卡槽Ⅲ9、插芯Ⅱ2进入卡槽Ⅱ8、插芯Ⅰ1进入卡槽Ⅰ7，此时插芯Ⅰ1、插芯Ⅱ2和插芯Ⅲ3同时分别被卡槽Ⅰ7、卡槽Ⅱ8和卡槽Ⅲ9挤压，压缩弹簧Ⅰ4、压缩弹簧Ⅱ5和压缩弹簧Ⅲ6会同时被压缩，三级缓冲装置同时工作，产生更大的缓冲力。

本发明转向柱的复位工作原理如下：

当缓冲装置工作后，例如插芯Ⅲ3进入卡槽Ⅲ9，插芯Ⅱ2进入卡槽Ⅱ8，插芯Ⅰ1进入卡槽Ⅰ7，通过拨动复位手柄19使凸轮轴23旋转，凸轮Ⅰ10、凸轮Ⅱ11和凸轮Ⅲ12分别挤压复位齿Ⅰ13、复位齿Ⅱ14和复位齿Ⅲ15，进而压缩三级缓冲装置的压缩弹簧，使得插芯Ⅰ、插芯Ⅱ2和插芯Ⅲ3向内柱壳体的内部运动。当三级插芯都被拉至内柱壳体22的内部时，向上抽动内柱壳体22使插芯Ⅲ3与卡槽Ⅰ7啮合，松开复位手柄19，转向柱即被复位重置。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种可重复使用的多级缓冲式转向柱，其特征在于，包括内柱总成和外柱总成；

所述内柱总成包括若干个缓冲装置、复位装置和内柱壳体；所述复位装置和所述若干个缓冲装置位于所述内柱壳体(22)的内部；

所述内柱壳体(22)的体壁上开有手柄槽(20)以及若干个插芯孔，所述内柱壳体(22)内部顶端和底端分别设有圆形槽；

所述缓冲装置包括插芯(27)和压缩弹簧(29)；所述压缩弹簧(29)的一端与所述插芯(27)底端固定连接、另一端固定在所述内柱壳体(22)的内壁上；所述插芯(27)顶端穿出所述内柱壳体(22)的插芯孔；

所述复位装置包括凸轮轴(23)、复位手柄(19)、若干个凸轮和复位齿(26)；所述凸轮轴(23)、复位手柄(19)、若干个凸轮固定一体；所述凸轮轴(23)的上下两端分别嵌入所述内柱壳体(22)内部顶端和底端的圆形槽内，且能够绕自身转动；所述复位手柄(19)穿出所述内柱壳体(22)上的手柄槽(20)，且能够沿所述手柄槽(20)来回运动；所述复位齿(26)一端固定在插芯(27)底端、另一端包绕所述凸轮，并且在凸轮轴(23)转动时，所述凸轮的转动能够压迫所述复位齿(26)；

所述外壳总成包括外柱壳体(21)；所述外柱壳体(21)套在所述内柱壳体(22)外面；所述内柱壳体(22)能够相对所述外柱壳体(21)上下滑动，并且能够带动所述外柱壳体(21)一起转动；所述外柱壳体(21)内壁上设有若干个卡槽，所述卡槽的形状与所述插芯的形状相匹配；所述卡槽能够与所述插芯穿过插芯孔的凸出部分相啮合。

2.根据权利要求1所述的一种可重复使用的多级缓冲式转向柱，其特征在于，所述内柱壳体(22)与所述外柱壳体(21)均为方形，所述内柱壳体(22)与所述外柱壳体(21)之间相啮合。

3.根据权利要求1所述的一种可重复使用的多级缓冲式转向柱，其特征在于，所述插芯底端还设有挡板(28)，所述挡板(28)的尺寸大于所述内柱壳体(22)上的插芯孔的尺寸。

4.根据权利要求3所述的一种可重复使用的多级缓冲式转向柱，其特征在于，所述复位齿(26)为L形，L形顶端与所述挡板(28)固定，L形底端包绕所述凸轮。

5.根据权利要求1所述的一种可重复使用的多级缓冲式转向柱，其特征在于，所述插芯(27)的截面、所述卡槽的截面均为三角形。

6.根据权利要求1所述的一种可重复使用的多级缓冲式转向柱，其特征在于，所述若干个缓冲装置完全相同，所述若干个插芯孔完全相同，所述若干个卡槽完全相同；所述若干个缓冲装置之间的距离、所述若干个插芯孔之间的距离、所述若干个卡槽之间的距离相同。

7.根据权利要求6所述的一种可重复使用的多级缓冲式转向柱，其特征在于，所述若干个缓冲装置、所述若干个插芯孔、所述若干个卡槽的个数根据实际需求设置。