CN106335460A - 带有安全气囊的可收缩转向柱系统、具有其的车辆和方法 - Google Patents

Abstract

转向柱系统包括，转向柱轴，转向柱输入装置，连接至转向柱轴，柱调节组件，构造为在收缩位置和驾驶位置之间转换转向柱，以及安全气囊，操作地与转向输入装置起布置，安全气囊可展开至第一尺寸和第二尺寸的一者，第二尺寸大于第一尺寸。当转向柱轴处于驾驶位置时，安全气囊可展开至第一尺寸，且当转向柱轴处于收缩位置时，安全气囊可展开至第二尺寸。

Description

带有安全气囊的可收缩转向柱系统、具有其的车辆和方法

相关申请的交叉引用

本申请要求于2015年6月25日提交的美国临时专利申请序列号62/184,357的优先权，该文献的全部内容通过引用并入本文。

技术领域

以下描述涉及转向柱组件，并且更具体地，涉及带有安全气囊的可收缩转向柱组件。

背景技术

车辆方向盘通常用于使车辆转向。当车辆装配有自动驾驶辅助转向(“ADAS”)系统时，由于自驾驶系统使道路车轮转动，因此方向盘不需要旋转。这种不旋转允许转向柱和方向盘具有其它用途或目的。

因此，期望的是提供一种转向柱组件，其使得驾驶员能够操纵方向盘的位置或目的，同时仍然提供驾驶员保护。

发明内容

在本公开的一个实施例中，转向柱系统包括转向柱轴、联接至转向柱轴的转向输入装置、构造为使转向柱轴在收缩位置和驾驶位置之间平移的柱调节组件，以及操作性地与转向输入装置一起布置的安全气囊，该安全气囊能够展开至第一尺寸和第二尺寸中的一者，第二尺寸大于第一尺寸。当转向柱轴处于驾驶位置时，安全气囊能够展开至第一尺寸，且当转向柱轴处于收缩位置时，安全气囊能够展开至第二尺寸。

在本公开的另一个实施例中，车辆包括转向柱轴、联接至转向柱轴的转向输入装置、构造为使转向柱轴在收缩位置和驾驶位置之间平移的柱调节组件，以及操作性地与转向输入装置一起布置的安全气囊，该安全气囊能够展开至第一尺寸和第二尺寸中的一者，第二尺寸大于第一尺寸。当转向柱轴处于驾驶位置时，安全气囊能够展开至第一尺寸，且当转向柱轴处于收缩位置时，安全气囊能够展开至第二尺寸。

在本发明的又一实施例中，操作车辆的转向柱组件的方法包括使转向柱轴平移至收缩位置和驾驶位置中的一者，转向输入装置联接至转向柱轴，以及操作性地与转向输入装置一起布置的安全气囊，所述安全气囊能够展开至第一尺寸和第二尺寸，第二尺寸大于第一尺寸；以及，在经历碰撞事件时，当转向柱轴处于收缩位置时，将安全气囊展开至第二尺寸，且当转向柱轴处于驾驶位置时，将安全气囊展开至第一尺寸。

这些和其它优点和特征将通过结合附图从下文的描述中变得更加显而易见。

附图说明

被视为本发明的主题在本说明书的结论处的权利要求中具体地指出并且明确地要求保护。本发明的前述和其它特征以及优点从以下结合附图的详细描述中显而易见，附图中：

图1是根据本公开的一个实施例的车辆和转向柱组件的示意图；

图2A和2B是根据本公开的一个实施例，转向柱组件和膨胀的安全气囊分别处于驾驶位置和收缩位置的示意图；以及，

图3A和3B示出示出展示根据本公开的一个实施例的车辆和转向柱组件的操作的流程图。

具体实施方式

现在参考附图，其中将在不限制实施例的情况下描述实施例，图1图示车辆10的实施例，诸如装配有自动驾驶辅助转向(“ADAS”)的车辆，通常具有仪表板12和可收缩转向柱组件14。转向柱组件14通常包括转向柱轴16和连接至该转向柱轴16的转向输入装置(诸如方向盘18)。

在该示例性实施例中，转向柱组件14能够在收缩位置20、展开或驾驶位置22以及配件(accessory)或实用(utility)位置24之间运动。方向盘18定位成在驾驶位置22比在收缩位置20更接近驾驶员46。而且，方向盘18在驾驶位置22比在收缩位置20更加远离仪表板12。在收缩位置20中，组件14的部分(诸如方向盘18)布置为远离驾驶员46，朝向或进入仪表板12，这为驾驶员46提供了增加的空间。在图示的实施例中，仪表板12包括一个或多个接收区划或区域26，以接收转向柱组件14的一些或全部。例如，接收区域26可以构造为接收方向盘18，使得方向盘18及因此组件14可以在收缩位置20中收缩在仪表板12内并与其齐平。转向柱轴16和方向盘18在收缩位置20中的位移形成额外的座舱空间，以便驾驶员舒适和便利地执行非驾驶活动，包括但不限于，阅读、工作、娱乐、进食、发信息，等等。

在驾驶位置22，驾驶员46可以使用方向盘18来使车辆10转向。虽然仅示出一个驾驶位置22，但是可以利用多个驾驶位置22来舒适地适应不同的驾驶员46。在配件位置24，组件14的部分(诸如方向盘18)可以用于诸如阅读、工作或其它形式的娱乐的非驾驶活动。如此，方向盘18的至少一部分构造为不能够旋转，使得类似电脑或书籍的物体可放置在其上。例如，托盘桌或工作表面28可以联接至方向盘18或与方向盘18一体化，以使得这些活动能够实现。替代性地，仅方向盘18的轮圈(rim)或毂不能够旋转且包括附件(诸如钩)以支撑工作表面28。在其它实施例中，电子装置等(诸如但不限于平板电脑)整合于静止方向盘18或工作表面28中。

在一个实施例中，转向柱组件14可以进一步包括转向柱调节组件30、分离组件32、扭矩接口组件34、一个或多个传感器36、双向锁38和延伸检测装置48。组件30、32、34，传感器36，锁38和装置48中的每一个在每个位置20、22、24中都与转向柱组件14相关联，然而，为了清晰起见，组件30、32、34，传感器36，锁38和装置48中的一者或多者并未在每个位置20、22、24中绘出。此外，组件30、32、34，传感器36，锁38和装置48中的任意两者或多者可以组合成单一系统，以便与转向柱组件14一起使用。调节组件30构造为使转向柱组件14运动以便驾驶员舒适(例如，伸缩或倾斜度调节)并且使组件14在收缩位置20和驾驶位置22之间运动。调节组件30可以包括一个或多个诸如马达的机械/电气机构。调节组件30还可以包括收缩机构，其使得驾驶员46能够机械地、电子地或手动地使方向盘18从收缩位置20返回驾驶位置22。调节组件30可以进一步包括使转向柱轴16和方向盘18前后运动的电气致动器。

在一个实施例中，分离组件32构造为选择性地使组件14的一个或多个部分(例如，轴16)从车辆转向齿轮31分离，使得方向盘18处于不可旋转模式。可以机械地或电气地，例如通过离合器、或者通过线控转向、或通过伺服致动器反向旋转来启用这种分离组件32。替代地或额外地，组件32可以为方向盘18提供反向旋转，以对抗由ADAS系统98所引起的方向盘18的任何旋转，使得方向盘18作用且表现为不可旋转的。

此外，分离组件32允许转向柱轴16和方向盘18在车辆10中向前位移至收缩位置20，这是因为驾驶员46不再使用方向盘18来引导车辆10。收缩动作可以通过可以包括长冲程的转向柱调节组件30、通过开关和马达控制器响应驾驶员的意图的电气致动器实现，或者由驾驶员46手动地释放卡夹并将方向盘18和转向柱轴16向前推动至收缩位置20。在任意情形中，本文所描述的实施例使得转向柱轴16和方向盘18收缩远离驾驶员46成为可能，从而提供用于非驾驶相关的活动(诸如工作、阅读和玩游戏)的空间。在收缩位置20中，方向盘18是超过距离驾驶位置22的正常人机工程学范围的预设距离。例如但不限制，方向盘18可以在驾驶员的正常驾驶位置22的前方大约100mm处。分离组件32还可用于当轴16和方向盘18处于驾驶位置22时，将组件14的一个或多个部分(例如，轴16)再联接至车辆转向齿轮31，使得驾驶员46再次能够使用方向盘18来引导车辆10，然而，当轴16和方向盘18处于收缩位置20或实用位置24时，分离组件32使组件14的一个或多个部分(例如，轴16)从车辆转向齿轮31分离。

在一个实施例中，扭矩接口组件34构造为检测和监测对方向盘18的驾驶员扭矩输入(旋转和平移)，例如，以确定驾驶员46是否处于对车辆10的控制中。如图1中进一步示出的，传感器36构造为检测和监测驾驶员舱条件、驾驶员条件、车辆环境和/或车辆控制系统。例如，传感器36可以：检测收缩的方向盘18和驾驶员46之间的可能引起对于驾驶员而言不安全的情形的物体，以安全地对车辆10重新进行控制；检测驾驶员46是否不处于安全地对车辆10重新进行控制的位置；和/或检测需要驾驶员46对车辆10重新进行控制的不期望的车辆动态。不论处于收缩位置20、展开驾驶位置22还是附属/实用位置24，ADAS系统98都由来自可以定位在转向柱轴16或方向盘18上的扭矩接口组件34、传感器36和延伸检测装置48中的一者或多者的检测数据获知转向柱轴16和方向盘18的前后位置。延伸检测装置48可以合并在转向柱调节组件30中。ADAS系统98的控制器102可以从所监测的系统和传感器中的每一个接收信号。传感器可以包括但不限于开关和电位计。

使转向柱轴16和方向盘18从驾驶位置22(或附属/实用位置24)运动至收缩位置20的收缩过程最终必须反转，以恢复驾驶员46对车辆10的转向控制。如果驾驶员46希望脱离自驾驶特征，驾驶员46可以通过抓握方向盘18上的传感器、向方向盘18施加转向扭矩或者传达意图以接手驾驶车辆10的其它感知手段来向ADAS系统98发出期望自转向的警示。即，驾驶员46应当能够向前触及、抓握方向盘18，且能够相对快速地将方向盘18带至驾驶位置22以恢复车辆10的转向。当返回驾驶位置22时，转向柱16和方向盘18是固定的，至少暂时地固定，诸如由分离组件32和/或可停用的、双向锁38固定在驾驶位置20的前后位置。当固定在驾驶位置20中时，车辆10经由转向柱轴16中的能量吸收机构40、方向盘18的变形和驾驶员的安全气囊42的展开提供了降低驾驶员的动能的能力(诸如可以产生于撞击)。然而，如果方向盘18和安全气囊42在收缩位置20中远离驾驶员46，则对于撞击事件中的驾驶员保护，安全气囊42可能不能理想地定位，并且撞击期间安全气囊42的展开可能不是有效的伤害减小装置，因为其可能距离驾驶员的躯干过远，从而不能有效地扩散撞击力或通过变形和做功来降低驾驶员的动能。因此，根据本公开的实施例，当使转向柱轴16和方向盘18收缩远离正常驾驶位置22时，于是就将预备件(provision)放置在恰当位置以确保驾驶员保护。

在一个实施例中，如图1以及图2A和2B所示，驾驶员侧安全气囊42操作性地构造为包括多个膨胀体积，其适应于转向柱轴16和方向盘18的前后位置。例如，如图2A中所示，在方向盘18的驾驶位置22中，响应于撞击事件，驾驶员侧安全气囊42的第一膨胀体积将利用第一量的气体生成材料80(诸如包含在位于折叠的安全气囊42的下方方向盘18的毂中的罐84中)以常规方式膨胀。然而，如图2B中所示，在方向盘18的第二位置中，诸如但不限于，收缩位置20，响应于撞击事件，驾驶员侧安全气囊42将利用第二量的气体生成材料82(其也可以包含在罐84中或在独立的罐中)膨胀第二膨胀体积。可以结合第一量和第二量的气体生成材料80、82，以使安全气囊42膨胀至第二尺寸，或替代地，可以利用完全不同的气体生成材料源，其包含将安全气囊42填充至第二尺寸所需的量的气体。第二膨胀体积大于第一膨胀体积，以适应方向盘18和驾驶员46之间增加的距离。即，当转向柱组件14处于收缩位置20中时安全气囊42能够延伸的距离D2大于当转向柱组件14处于驾驶位置22中时安全气囊42能够延伸的距离D1。使用额外的、更大容积的气体生成件以引起安全气囊42中的适当气压，当方向盘18从驾驶位置22移位(诸如处于收缩位置20中)时，其体积更大。

驾驶员侧安全气囊42因而具有两个等级的可膨胀体积。第一尺寸包括当转向柱轴16处于驾驶位置22中时在撞击事件中膨胀所需的第一体积。安全气囊42的第一尺寸和形状可由一条或多条系绳86维持，其禁止扩张至安全气囊42的更大的第二尺寸。当发生撞击事件并且转向柱轴16处于收缩位置20中时，能够实现安全气囊42的第二尺寸和体积。具有第二尺寸和体积的安全气囊42的形状设计为在收缩位置20和驾驶位置22之间朝向驾驶员46延伸额外的距离(D2减D1)。在指示撞击事件时(诸如紧接着可膨胀约束逻辑控制器发出信号表示其需求之后)，使用一个或多个系绳释放器88来切断、剪切、移除或以其它方式释放系绳86。释放系绳86允许安全气囊42的一个或多个额外隔室充气膨胀，使得当转向柱组件14处于收缩位置20中时，在撞击事件中气囊42将具有第二尺寸和体积，如图2B中所示，其中系绳86已释放了安全气囊42的额外材料。还可以提供信号以向安全气囊42释放第二量的气体生成材料82(除了第一量的气体生成材料80之外)。在一个非限制性实施例中，系绳释放器88可以包括烟火系绳切割器(pyrotechnic tether cutter)。在另一个非限制性实施例中，系绳释放器88可以包括释放装置，其经由首先组装在膨胀器模块内侧的系绳86的端部释放系绳86，使得当膨胀器模块被供能时，系绳86的该端部被释放。系绳86的释放使得安全气囊42能够膨胀第二体积，以利用第一量和第二量的气体生成材料80、82使安全气囊42扩张至第二尺寸。当转向柱组件14处于驾驶位置20中时，停用系绳释放器88。

因此，由驾驶员的躯干冲击延伸至第二尺寸的安全气囊42所引起的力随后可用于接合两个其它能量吸收装置，否则这在收缩位置20中将不可用。方向盘18的变形和转向柱轴16中的能量吸收机构40的摆动(stroke)能够额外地操作以降低驾驶员的动能，即使当转向柱组件14处于收缩位置20中时也是这样。

在图3A和3B中描绘了带有安全气囊42的可收缩转向柱系统的操作100的实施例。操作100的开始104，如图3A中所示，可以由图1中图解地示出的ADAS系统98的控制器102确定。控制器102可以接收来自但不限于，转向柱调节组件30、分离组件32、扭矩接口组件34、传感器36、双向锁38、延伸检测装置48以及车辆10内能够与控制器102通信的任何其它特征中的一者或多者的信息((多个)信号)。如框106所示，操作100将确定ADAS系统98的ADAS开关是否打开。当ADAS开关未打开时，那么驾驶员46可提供方向控制，如框108所示。方向盘18以及因此安全气囊42处于正常位置，即驾驶位置22，如框110所示。因此，如果发生撞击事件，如框112所示，则利用第一量的气体生成材料80且用第一量的气体生成材料80填充安全气囊42的第一体积，如框114和116所示，且如图2A中所描绘的。安全气囊42由系绳86限制于第一尺寸，当转向柱16处于驾驶位置22中时，不释放系绳86。

然而，当在框106处确定ADAS开关打开时，那么，如框118所示，ADAS系统98可以提供方向控制。如框120所示，控制器102进一步确定转向柱轴16是否已经分离，诸如由分离组件32分离。如果不是，那么如框122所示，驾驶员46保持双手离开方向盘18。如果转向柱轴16已分离，那么如框124所示，使方向盘18的旋转停止。

在操作100期间的一些时刻，驾驶员46会希望将方向盘18收缩远离驾驶位置22。控制器102将确定(诸如经由接收信号)，如框126所示，在收缩操作期间柱轴16和方向盘18是否收缩至位置20。如果不是，那么如框128所示，驾驶员46将保持双手离开方向盘18，并且驾驶员46将距离方向盘18和安全气囊42第一距离(常规距离)，如框132所示。然而，如果转向柱轴16和方向盘18已收缩，那么如框130所示，车辆10内的驾驶员座舱空间扩大。而且驾驶员46距离方向盘18和安全气囊42大于第一距离的第二距离。

图3B中的框134示出已发生撞击事件。当驾驶员46和方向盘18如框132中所标示间隔第一距离时，则第一量的气体生成材料80将被排入安全气囊42内，如框136所示，并且具有第一尺寸的安全气囊42将展开，如框138所示，且如图2A中所示。当驾驶员46和方向盘18如框130所标示间隔第二距离时，则除了第一量的气体生成材料80之外，第二量的气体生成材料82将被排入安全气囊42内(或者替代地，利用完全不同的气体生成材料源，其包含将安全气囊42填充至第二尺寸所需的量的气体)，如框140所示且如图2B中所示。启用(多个)系绳释放器88以释放系绳86，如框142所示，并且具有第二尺寸的安全气囊42将展开，如框144所示且如图2B中所示。

因此，已经描述了可收缩转向柱系统的实施例，其使得方向盘内的安全气囊的使用能够在驾驶位置和收缩位置二者中对于驾驶员的保护都是有用的。

虽然已经结合仅有限数量的实施例详细描述了本发明，但是应当容易地理解的是，本发明并不限于这些公开的实施例。而且，能够修改本发明以结合任何数量的未在前描述、但是与本发明的精神和范围相当的变型、变更、替代或等价布置。在描述本发明的背景中(尤其在以下权利要求的背景中)使用术语“一”和“一个”以及“该”和类似对象将解释为涵盖单数和复数两者，除非在本文中另外地指示或与上下文明显矛盾。此外，应进一步注意到，本文中的术语“第一”、“第二”等并不表示任何次序、数量或重要性，而是用于将一个元件与其它元件区分。此外，虽然已经描述了本发明的各种实施例，但是将理解的是，本发明的方面可以仅包括所描述的实施例中的一些。因此，本发明不应被视为受到前述描述限制。

图3A和3B

104 开始

106 ADAS开关是否打开？

YES是NO否

108 驾驶员提供方向控制

110 方向盘和安全气囊处于正常位置

112 撞击发生

114 生成等级1的气体

116 展开等级1的气囊体积

118 ADAS提供方向控制

120 转向轴是否分离？

122 驾驶员保持手离开方向盘

124 方向盘旋转停止

126 方向盘是否收缩？

128 驾驶员保持手离开方向盘

130 驾驶员座舱空间增加，驾驶员更远离方向盘和安全气囊

132 驾驶员和方向盘及安全气囊处于适当位置

TO FIG.2B至图2B

FROM FIG.2A从图2A

134 撞击发生

136 生成等级1的气体

138 展开等级1的气囊

140 生成等级2的气体

142 启用系绳切割器

144 展开等级2的气囊

Claims (16)

1.转向柱系统，包括：

转向柱轴；

联接至所述转向柱轴的转向输入装置；

构造为使所述转向柱轴在收缩位置和驾驶位置之间平移的柱调节组件；

安全气囊，其操作性地与所述转向输入装置一起布置，所述安全气囊能够展开至第一尺寸和第二尺寸中的一者，所述第二尺寸大于所述第一尺寸；以及当所述转向柱轴处于所述驾驶位置时，所述安全气囊能够展开至所述第一尺寸，且当所述转向柱轴处于所述收缩位置时，所述安全气囊能够展开至所述第二尺寸。

2.如权利要求1所述的转向柱系统，还包括第一量的气体生成材料，当所述转向柱轴处于所述驾驶位置中时，所述第一量的气体生成材料能够释放至所述安全气囊，以及第二量的气体生成材料，当所述转向柱轴处于所述收缩位置中时，所述第二量的气体生成材料能够释放至所述安全气囊，其中，当所述转向柱轴处于所述收缩位置中时，能够释放至所述安全气囊的气体生成材料的总量大于气体生成材料的所述第一量。

3.如权利要求1所述的转向柱系统，还包括至少一条系绳，其构造为当所述转向柱轴处于所述驾驶位置中时，将所述安全气囊的尺寸限制于所述第一尺寸。

4.如权利要求3所述的转向柱系统，还包括至少一个系绳释放器，当所述转向柱轴处于所述收缩位置中时，在碰撞事件中能够启用所述至少一个系绳释放器，并且当所述转向柱轴处于所述驾驶位置中时，在碰撞事件中停用所述至少一个系绳释放器。

5.如权利要求4所述的转向柱系统，其中，所述至少一个系绳释放器是切割器。

6.如权利要求5所述的转向柱系统，其中，所述切割器是烟火切割器。

7.如权利要求4所述的转向柱系统，其中，所述至少一个系绳释放器包括膨胀器模块，其能够启用以释放所述至少一条系绳的至少一部分。

8.如权利要求1所述的转向柱系统，其中，所述安全气囊的所述第一尺寸和所述第二尺寸之间的前后尺寸差异近似等于所述转向输入装置的所述收缩位置和所述转向输入装置的所述驾驶位置之间的前后距离。

9.如权利要求1所述的转向柱系统，还包括分离组件，其构造为使所述转向输入装置从转向齿轮分离。

10.如权利要求1所述的转向柱组件，还包括扭矩接口组件，其构造为检测进入所述转向输入装置的扭矩输入。

11.如权利要求1所述的转向柱组件，还包括至少一个传感器，其构造为监测驾驶员舱条件、驾驶员条件、车辆环境和车辆控制系统中的至少一者。

12.如权利要求1所述的转向柱组件，其中，所述转向输入装置的至少一部分是不能够旋转的。

13.如权利要求12所述的转向柱组件，还包括联接至所述转向输入装置或与所述转向输入装置一体化的工作表面。

14.如权利要求1所述的转向柱系统，还包括转向柱能量吸收机构。

15.一种车辆，包括：

转向柱轴；

联接至所述转向柱轴的转向输入装置；

构造为使所述转向柱轴在收缩位置和驾驶位置之间平移的柱调节组件；

安全气囊，其操作性地与所述转向输入装置一起布置，所述安全气囊能够展开至第一尺寸和第二尺寸中的一者，所述第二尺寸大于所述第一尺寸；

当所述转向柱轴处于所述驾驶位置时，所述安全气囊能够展开至所述第一尺寸，且当所述转向柱轴处于所述收缩位置时，所述安全气囊能够展开至所述第二尺寸。

16.如权利要求15所述的车辆，还包括自动驾驶辅助转向系统，其中，在所述收缩位置中，所述转向输入装置不连接至转向齿轮，并且在所述转向柱轴的所述收缩位置中，所述自动驾驶辅助转向系统提供方向控制。