CN107054441B - 具有分离j-滑块的转向柱 - Google Patents

Abstract

本发明的各种实施例提供一种能量吸收转向柱总成，该能量吸收转向柱总成具有连接到上中间轴的J形下中间轴。J形下轴包括配合在上轴的弯曲部分内的弯曲“滑块”部分，以使即使当J形下轴和上轴之间的刚性连接断开时，J形下轴的滑块部分也保持与上轴接触。这种结构使驾驶员能够通过方向盘保持对车辆的控制。

Description

具有分离J-滑块的转向柱

技术领域

本申请总体上涉及一种具有分离J形中间轴的车辆转向柱总成，该车辆转向柱总成用来提供改进的能量吸收转向柱以增强车辆的正面碰撞性能。

背景技术

联邦机动车辆安全标准号208(FMVSS208)是由美国国家公路交通安全管理局发布的安全标准，用来测量乘客车辆在正面负载事件(比如，正面碰撞)的情况下将如何很好地保护其乘员。为了满足驾驶员联邦FMVSS208测试要求并且满足用于乘员安全的公共领域的企业目标，提供且保持有效的转向柱能量管理系统是至关重要的。

当向前定向的碰撞负载施加在方向盘上时，转向柱的功能之一是消散针对方向盘定向的碰撞负载的能量。能量吸收转向柱的安装减少向后位移。如果转向柱吸收碰撞，则它减轻了驾驶员伤害的严重性。典型的转向柱总成包括在一端连接到方向盘并且在相对端连接到转向齿轮总成的中间轴。在负载事件(比如正面碰撞)期间，响应于来自负载事件的力而将转向柱向下推动。有时，由于中间轴的有限长度，冲击负载被传递回(向后)通过转向柱并且返回到方向盘。方向盘可以一经碰撞时就推向驾驶员，将过大的力传递到驾驶员的头部和/或胸部。

现有的解决方案包括实施为克服这些问题的分离(脱离)中间轴。更具体地，一经遇到负载事件，中间轴的下部从中间轴的上部分离，从而防止中间轴的上部触底并且将向后冲击力传送回到通过转向柱。随着上部(连接到方向盘)从下部(连接到转向齿轮总成)分离，驾驶员不再能够利用方向盘控制车辆。如果下轴在轻微负载事件期间(比如在正常或非道路驾驶状况期间)从上轴分离，则这是个问题。

因此，需要解决这些问题。本发明公开试图克服具有增强构思的“标准”原始分离设计的问题。

发明内容

本发明的各种实施例提供一种能量吸收转向柱总成，该能量吸收转向柱总成具有连接到上中间轴的J形下中间轴。J形下轴(“J-滑块”)包括装配在上轴的弯曲部分内的弯曲“滑块”部分，以使即使当J形下轴和上轴之间的刚性连接断裂时，J形下轴的滑块部分也保持与上轴接触。这种结构使驾驶员能够通过方向盘保持对车辆的控制。

更具体地，在操作中，J形下轴具有用于负载事件(比如正面碰撞)的响应的两个阶段。在第一阶段中，响应于大于第一预定最小力的力，(比如在越野行驶期间发生的力)，J-滑块轴断开其与上轴的刚性连接但仍然保持与上轴几何接触，以便通过方向盘保持车辆控制。在第二阶段中，响应于大于第二预定最小力(大于第一预定最小力)的力，J-滑块轴断开其与上轴的刚性连接并且从上轴完全分离，以使上轴可以吸收来自极端力的能量而不将向后的力传递回到驾驶员。

这种结构提供有效地消散施加到转向柱的力同时仍保持对车辆的控制的转向柱。

应当理解的是，本发明由所附权利要求限定。该说明书概括了实施例的方面并且不应该用来限制权利要求。根据本文所描述的技术预期其它实施方式，如对于本领域的普通技术人员一经检查下面的附图和具体实施方式将是显而易见的，并且这样的实施方式旨在本申请的范围内。

附图说明

为了更好的理解本发明，可以参照以下附图中所示的实施例。附图中的部件不一定按比例绘制并且相关的元件可以省略，或者在某些情况下，比例可以被缩放，以便强调和清楚地示出本文所描述的新颖特征。此外，如本领域中已知的，系统部件可以不同地设置。此外，在附图中，贯穿几个视图，相同的附图标记表示相应的部件。

图1A-1B是示例性车辆的侧视图，描述了包括现有技术的标准中间轴的转向总成的示例；

图2A-2B是示例性车辆的侧视图，描述了包括现有技术的分离中间轴的转向总成的示例；

图3A-3B示出了根据某些实施例的本发明的转向总成；

图4A-4C是根据某些实施例描述了本发明的转向总成的示例性车辆的侧视图。

具体实施方式

尽管本发明可以以各种形式体现，但是在附图中示出并且在下文中将描述一些示例性和非限制性实施例，应当理解本发明被认为是本发明的例示并且不旨在将本发明限制为所示的具体实施例。

在本申请中，反意连接词的使用旨在包括连接词。定冠词或不定冠词的使用并不旨在表示基数。具体地，“该”对象或“一”和“一个”对象的引用旨在也表示可能的多个这样的对象之一。

本发明的各种实施例提供一种能量吸收转向柱总成，该能量吸收转向柱总成具有连接到上中间轴的J形下中间轴(“J-滑块”)。J滑块轴包括装配在上轴的弯曲部分内的弯曲“滑块”部分，以使即使当J滑块轴和上轴之间的刚性连接断裂时，J滑块轴的滑块部分也保持与上轴的接触。这种结构使驾驶员能够通过方向盘保持对车辆的控制。

在操作中，J-滑块轴具有用于负载事件(比如正面冲击)的响应的两个阶段。在第一阶段中，响应于大于第一预定最小力的力，(比如在越野行驶期间发生的力)，J形下轴断开其与上轴的刚性连接但仍然保持与上轴几何接触，以便通过方向盘保持车辆控制。在第二阶段中，响应于大于第二预定最小力(大于第一预定最小力)的力，J形下轴断开其与上轴的刚性连接并且从上轴完全分离，以使上轴可以吸收来自极端力的能量而不将向后的力传递回到驾驶员。这种结构提供有效地消散施加到转向柱的力同时仍保持对车辆的控制的转向柱。

图1A示出了具有标准中间轴的现有技术的转向柱总成100的示例。更具体地，图1A示出了车辆舱室区域12的内部。所示的实施例示出了车辆的驾驶员侧，其中前排座椅乘员14是车辆的驾驶员且前排座椅16是驾驶员座椅。此外，应当理解的是，车辆可以是任何类型的机动车辆，包括但不限于，轿车、运动型多用途车(SUV)、小型货车、厢式货车、卡车、旅行车等。在某些情况下，仪表板20可以被认为包括转向柱总成100和/或从其延伸的方向盘18。

在某些正面负载事件中，碰撞可以导致侵入到车辆舱室区域12中，导致前排座椅乘员14朝向仪表板20的向前移动。在某些情况下，负载事件还可以导致仪表板20或车辆10的其它舱室(例如，转向柱24、方向盘22、外侧舱室，内侧舱室等)的向后和/或横向移动。

该现有技术实施例的转向柱总成100包括标准中间轴，该标准中间轴包括连接到下中间轴部分102的上中间轴部分104。如图所示，上轴部分104的第一端可操作地连接到方向盘18。上轴部分104的第二端连接到下轴部分102的上端。中间轴102的第二下端连接到控制车辆的前轮的转向齿轮总成(未示出)。因此，下轴和上轴提供方向盘18和转向齿轮总成(未示出)之间的直接连接。

图1B示出了在负载事件期间转向柱总成100的操作。在负载事件期间，负载事件的力可以使驾驶员14向前推动并对上轴104向下推动，上轴104相应地对下轴102向下推动。上轴104同轴地装配到下轴102中并沿着下轴102的长度行进。如果沿着下轴102没有足够的距离用于上轴104行进，则上轴撞击下轴102的底部或者触底。在上轴触底的情况下，冲击力被发送回到(向后)转向柱中，导致将力返回到驾驶员，特别是返回到驾驶员头部和/或胸部。

这种现有技术的转向柱总成100的另一个问题是，即使沿着中间轴具有足够的行程，但是管中管设计可能由于摩擦或侧向负载或未对准而变得束缚。例如，如果中间轴从侧面被发动机或乘员舱室中的部件压缩，则中间轴可能变得束缚。类似于有限的中间轴行程，中间轴束缚将冲击力发送回到柱中，当它们试图像减振器那样“下行(ride down)”时将过大的力传递到驾驶员头部和/或胸部。

因此，需要提供一种用于转向柱总成的能量管理系统，其更好地吸收来自导致这种正面碰撞的负载事件的力。

图2A和2B示出了关于图1A和1B描述的问题的一个现有解决方案。图2A和2B中所示的转向总成200包括具有上轴204和下轴202的分离中间轴。上轴204的上端连接到方向盘18。上轴204的下端通过连接总成206连接到下轴202。更具体地，上轴204的下端附接到连接总成206，并且下轴202的上端附接到同一连接总成206。下轴202的下端连接至转向齿轮总成(未示出)。

在一个实施例中，连接总成包括用于接收上轴的第一腔室和用于接收下轴的第二腔室。连接总成被配置为在没有足够的用于行进的空间时分离(即，分开)。例如，图2B示出了在负载事件期间的转向柱总成200。如图所示，当负载事件使驾驶员移动到方向盘中时，驾驶员14对方向盘向下推动，并且上轴204被推向下轴202。在现有技术实施例中，在预定的最小力下，下轴202从上轴204分离(即，脱离)。通过脱离，下轴202不发送向后的力回到上轴204。照此，显着减小了向后朝向驾驶员施加的力。

该解决方案的一个问题是当下轴202从上轴204脱离时，驾驶员失去对车辆的控制。更具体地，当下轴202从上轴204脱离时，方向盘18不再连接到转向齿轮总成(未示出)。因此，驾驶员不再保持利用方向盘的车辆的控制。在极端负载事件的情况下，该问题可能不相关，因为车辆将可能被停止。然而，在正常驾驶或越野驾驶期间，下轴202从上轴204脱离是可能的。更具体地，在下轴202从上轴204脱离所需的预定最小力可以在正常行驶状况下发生。这种结构存在问题，因为车辆的驾驶员将不能够使用方向盘控制车辆。

用于该问题的现有解决方案之一是在上轴和下轴之间添加线，以保持下轴和上轴之间的连接。然而，该解决方案不符合要求，因为依赖于负载事件，可能没有足够的线以将下轴足够地保持到上轴。

本发明的各种实施例包括转向柱总成300，该转向柱总成300包括连接到上轴的“J”形下轴(“J-滑块轴”)。图3A示出了转向总成300，该转向总成300包括连接到上轴304的J-滑块轴302。上轴304包括可操作地连接到方向盘18的第一端304a和附接到连接总成306的与第一端304a相对的第二端304b。

J-滑块轴302成形为类似字母“J”或类似钩。J-滑块302包括第一端302a，该第一端302a通过连接总成30连接到上轴304的第二端304b。更具体地，第一端302a滑动到连接总成306中，连接总成306附接到上轴304的第二端304b。J-滑块轴302从第一端302a弯曲到第二端302b，第二端302b可操作地连接到转向齿条(未示出)。

上轴304被弯曲以适应j-滑块下轴302的“J”形。也就是说，当上轴304连接到J-滑块轴302时，上轴304的上部与J-滑块轴302的下较长直线部对准，如图3A所示。上轴304被弯曲以适应J-滑块下轴302的弯曲部分，以使围绕曲线，下J-滑块302的较短直线部邻近上轴304的下部。因此，当上轴304和下J-滑块轴302连接在一起时，上轴304的下端304b邻近J-滑块轴302的第一端302a，并且上轴304的上端304a与J-滑块轴302的第二端302b成一直线。

连接总成306附接到上轴304的第二端304b。在一个实施例中，连接总成306包括保持上轴304的第一腔室和保持下J-滑块轴302的第二腔室。更具体地，连接总成306的第一腔室被固定到上轴304的下端304b。连接总成306的第二腔室可拆卸地附接到J-滑块轴的第一端302a，以使J-滑块轴302能够滑入且滑出连接总成306。

除了连接总成306之外，上轴304和J-滑块轴302通过剪切销308连接在一起。剪切销308提供在上轴304和J-滑块轴302之间的刚性连接。应当理解的是，响应于负载事件而剪切销308首先断裂。

转向图3B，图3B示出了与上轴304完全分离的J-滑块轴302。应当理解的是，为了使上轴304与J-滑块下轴302完全分离，必须发生两件事。首先，剪切销308必须断裂。第二，J-滑块轴必须从连接总成306滑出。也就是说，即使在剪切销308断裂之后，J-滑块也不会立即从上中间轴304分离。因此，如果由于正常或越野驾驶条件而使滑块\连接部分失去其与轴的另一端的刚性连接(即剪切销断裂)，则滑动部分将仍几何地与上轴接触(锁定)。这将允许对车辆的连续转向控制，使驾驶员不会有风险。

参照图4A至4C，具有本发明的J-滑块中间轴的转向柱总成300提供具响应于负载事件的两个阶段的转向柱能量管理系统。图4A描述了在负载事件之前的转向柱总成300。图4B描述了响应于是小负载事件(比如在越野驾驶期间发生的负载事件)的第一阶段。图4C描述了响应于主要负载事件的第二状态。

参照图4A，如图所示，上轴304的上端连接到方向盘18，并且上轴304的下端附接到连接总成306。J-滑块轴302的第一端302a滑动到连接总成306中，以使第一端302a完全通过并且从连接总成306突出。

当使力施加到转向柱的负载事件发生时，本发明的转向总成300包括响应于负载事件的两个阶段。如果碰撞的量值小于第一预定最小值，则转向柱保持不变，并且负载由连接的转向柱支撑。应当理解的是，使轴分离的最小力由每个制造商确定。

另一方面，如果碰撞的量值大于第一预定最小负载，则本发明的转向柱总成300进入响应的第一阶段。在响应的第一阶段中，J-滑块轴302断开其与上轴304的刚性连接，但保持与上轴304几何接触，以使方向盘18保持与转向齿轮总成(未示出)接触。如果转向柱经历来自主负载事件的碰撞，并且碰撞的量值大于第二预定最小负载，则本发明的转向柱总成300进入响应的第二阶段。在响应的第二阶段中，J-滑块轴302滑出连接总成306并且完全从上轴304分离。应当理解的是，由于J-滑块轴的形状，转向柱将很少引起进入响应的第二阶段。

图4B示出了响应于较小负载事件(比如在越野驾驶期间发生的负载事件)的第一阶段。在第一阶段中，响应于使向下的力在上轴304上的第一预定最小力(比如在越野行驶期间发生的力)，J-滑块轴302断开其与上轴304的刚性连接。更具体地，剪切销308断裂以允许上轴304向前移位。在本实施方式中，如图4B所示，剪切销308a的一部分保持附接到J-滑块下轴302，并且剪切销308b的一部分保持附接到上轴304。应当理解的是，在供选择的实施例中，剪切销可以以不同的方式附接到上轴304和J-滑块轴302。

如图4B所示，即使在J-滑块下轴302断开其与上轴304的刚性连接之后，J-滑块轴302仍然保持与上轴304几何接触，以便保持通过方向盘的车辆控制。上轴304的运动使J-滑块轴302稍微滑出连接总成306。然而，上轴304的弯曲形状和J-滑块轴302的弯曲部分保持接触。如图4B所示，相比于图4A示出了J-滑块轴302和上轴304仍然连接在一起，存在从连接总成306突出的J-滑块轴302的第一端302a的较短部分。

剪切销的断裂允许上轴从J-滑块稍微脱离，以防止任何向后冲击传递回通过转向柱且到驾驶员。另一方面，J-滑块下轴的形状使J-滑块轴能够保持几何地连接到上轴，以使驾驶员保持对车辆的控制。

应当理解的是，在该阶段中，由于剪切销的断裂，驾驶员将注意到转向系统中的一定水平的咯咯作响\细咬(以及相应地断开上轴和J滑块之间的刚性连接)。驾驶员可以将维修的车辆更换剪切销作为预防措施。

图4C示出了通过本发明的转向柱总成300响应的第二阶段。在第二阶段中，响应于第二预定最小力(其大于第一预定最小力)，J-形下轴断开其与上轴的刚性连接，并完全从上轴完全分离，以使上轴可以吸收极端力的能量而不将向后的力传递回到驾驶员。更具体地，如果负载事件导致大于第二预定最小量的力，则剪切销308断裂并且J-滑块轴302完全滑出连接总成306。

应当理解的是，与现有技术的转向总成相比，J-滑块轴的J-形允许上轴明显更多的行进距离。在车辆失去转向控制之前，J-滑块轴必须完全滑出连接装置。照此，J-滑块轴的设计提供用于上轴的更多的行程，以消散从负载事件的碰撞接收的能量，同时安全地保持对车辆的转向能力的控制。

应当强调的是，上述实施例，特别是任何“优选”实施例，是实施方式的可能示例，仅仅阐述是为了清楚理解本发明的原理。在大体上不脱离本文所描述的技术的精神和原理的情况下，可以对上述实施例进行许多变化和修改。所有这些修改旨在包括在本发明的范围内并由所附权利要求保护。这包括附图中所示的过程或方法的任何供选择的实施方式，其中功能可以以与所示或所讨论的顺序之外执行，包括大体上同时或以相反的顺序，这取决于所涉及的功能，如本领域普通技术人员将理解的。

Claims (14)

1.一种车辆转向柱总成，包含：

上轴，

J形下轴；

连接总成，所述连接总成将所述上轴连接到所述下轴；以及

剪切销，所述剪切销将所述上轴连接到所述下轴，其中当第一预定最小力施加到所述上轴时，所述剪切销断裂；

其中所述下轴在所述剪切销断裂之后保持连接到所述上轴，

其中所述上轴被弯曲，以使所述J形下轴的弯曲部分能够沿着所述上轴的弯曲部分滑动。

2.根据权利要求1所述的车辆转向柱总成，其中所述上轴连接到方向盘。

3.根据权利要求1所述的车辆转向柱总成，其中所述下轴连接到转向齿轮总成。

4.根据权利要求1所述的车辆转向柱总成，其中所述连接总成附接到所述上轴的下端。

5.根据权利要求4所述的车辆转向柱总成，其中为了将所述上轴连接到所述下轴，所述下轴的第一端滑动到所述连接总成中。

6.根据权利要求5所述的车辆转向柱总成，其中为了使所述下轴从所述上轴分离，所述下轴必须完全滑出所述连接总成。

7.根据权利要求1所述的车辆转向柱总成，包含连接总成，所述连接总成包括：

第一腔室，所述第一腔室有围绕所述上轴的第一端配合的大小；

第二腔室，所述第二腔室有围绕所述J形下轴的第一端配合的大小；

其中所述连接总成附接到所述上轴的所述第一端，所述J形下轴的所述第一端滑动到所述连接总成的所述第二腔室中，并且所述上轴被弯曲，以使所述J形下轴的弯曲部分沿着所述上轴的弯曲部分滑动。

8.一种中间轴，包含：

上轴，所述上轴附接到连接总成的第一腔室，

J形下轴，所述J形下轴具有滑动到所述连接总成的第二腔室中以将所述下轴连接到所述上轴的第一端，以及

剪切销，所述剪切销将所述上轴紧固到所述下轴，所述剪切销被配置为当第一预定最小力施加到转向柱总成时断裂；

其中所述J形下轴在所述剪切销断裂之后保持连接到所述上轴。

9.根据权利要求8所述的中间轴，其中所述上轴连接到方向盘。

10.根据权利要求9所述的中间轴，其中所述下轴连接到转向齿轮总成。

11.根据权利要求9所述的中间轴，其中只要所述下轴保持连接到所述上轴，所述方向盘就保持对转向齿轮总成的控制。

12.根据权利要求8所述的中间轴，其中当所述剪切销断裂时，所述下轴保持连接到所述上轴。

13.根据权利要求8所述的中间轴，其中当第二预定最小力施加到所述转向柱总成时，所述下轴从所述连接总成的所述第二腔室滑出。

14.根据权利要求8所述的中间轴，其中所述上轴弯曲，以使所述J形下轴的弯曲部分沿着所述上轴的弯曲部分滑动。

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