CN107200055A - 车辆的转向柱系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种转向柱系统，包括：可旋转的转向轴，近端附接至方向盘并且被配置为将方向盘处的旋转输入传送至车辆的转向齿条；固定的驾驶员侧气囊轴，装配在车辆中并且沿着转向轴延伸；以及驾驶员侧气囊模块，包含气囊并且在方向盘的区域内固定地装配至驾驶员侧气囊轴的近端。方向盘和转向轴被配置为分别独立于驾驶员侧气囊模块和驾驶员侧气囊轴旋转。

Description

车辆的转向柱系统
技术领域
本公开内容总体上涉及车辆安全性，且更特别地，涉及用于增强车辆乘员安全性的转向柱系统。
背景技术
撞击试验是通常为了保证用于主要包括车辆的各种模式的运输工具的安全设计标准而执行的破坏性试验的一种形式。存在不同类型的撞击试验—在美国由国家公路交通安全管理局(NHTSA)执行的—用于评估车辆的防撞性的不同方面。最传统的撞击试验称为“正面冲撞撞击试验”，借此，车辆被驱动与障碍物，诸如混凝土墙正面相撞。图1A示出示例性正面冲撞撞击试验，其中，冲撞角与车辆100行驶的方向直接相对。在该情况下，车辆100的整个前端经历与障碍物110相撞产生的载荷。同时，在“重叠撞击试验(overlap crashtests)”中仅车辆的部分前端冲撞障碍物。冲撞力保持大约与正面冲撞试验相同，但是需要车辆的较小部分来吸收力。
最近，NHTSA建议新的“斜向正面撞击试验(oblique frontal crash test)”，其中，车辆被障碍物(例如，研究可移动可变形障碍物(RMDB))以与车辆行驶的方向偏移的角度冲撞。例如，图1B示出示例性斜向正面撞击试验，其中，障碍物110—在该情况下移动的障碍物—以相对于车辆100行驶的方向偏移15°与车辆100相撞(具有35％的重叠)。每当车辆以与车辆的行驶方向偏移的角度冲撞另一物体时可以出现在图1B中所示的“斜向”碰撞(即，非正面冲撞类型碰撞)，诸如失控车辆转向到对向交通并且冲撞另一汽车。
特别地，在斜向正面碰撞中，其中，车辆的整个前端没有经历主载荷，碰撞的侧向加速度将引起乘员(例如，驾驶员、乘客等)朝向主要力方向(PDOF)移动，引起驾驶员的前向和侧向运动，如在图2中所示。如果PDOF偏心足够远，那么乘员可以在当前调控的试验中未表示的方式加载传统的正面约束，例如，气囊系统(airbag system，安全气囊系统)。实际上，近来的斜向碰撞试验已示出在驾驶员的运动具有显著的侧向输入的情况下，单独的主要的正面气囊系统不能充分地保护驾驶员，推动位于惯用的驾驶员侧气囊与帘式气囊(如果存在一个)之间的驾驶员，并且引起驾驶员以不安全的方式冲撞仪表板。因此，在斜向正面碰撞事件中，传统的正面约束可能未提供(如果以更传统的调控载荷条件加载，诸如正面碰撞它们将提供的)对乘员的充足的保护程度。
发明内容
本公开内容提供了一种转向柱系统，其中，中心驾驶员侧气囊(driver-sideairbag，DAB)轴沿着车辆的可旋转的转向轴延伸。DAB轴装配在车辆中，使得轴是固定的(stationary，静止的)。包含有气囊的DAB模块(驾驶员侧气囊模块)在方向盘的与可旋转的转向轴的近端相连接的区域内连接至DAB轴的近端。方向盘和DAB模块相互解耦(de-coupled，去耦)并且彼此不相互作用。因此，即使在方向盘绕模块旋转时，DAB模块保持固定。
根据本公开内容的实施方式，转向柱系统包括：可旋转的转向轴，近端附接至方向盘并且被配置为将方向盘处的旋转输入传送至车辆的转向齿条；固定的驾驶员侧气囊(DAB)轴，装配在车辆中并且沿着转向轴延伸；和DAB模块，包含气囊并且在方向盘的区域内固定地装配至DAB轴的近端。方向盘和转向轴被配置为分别独立于DAB模块和DAB轴旋转。
DAB模块在方向盘绕DAB模块旋转时可以保持在固定位置中。在使用车辆期间，DAB模块可以定位成与车辆的驾驶员相对。方向盘和DAB模块可以相互不附接。
转向轴可以是中空的并且基本上包围DAB轴。转向柱系统可以进一步包括沿着转向轴的内部设置以防止DAB轴与转向轴之间的接触的间隔部件。
转向柱系统可以进一步包括齿轮组件，该齿轮组件装配在转向轴的远端并且包括将方向盘处的旋转输入传送至转向齿条的斜齿轮组。斜齿轮组的第一齿轮可以与转向轴整体形成，并且斜齿轮组的第二齿轮可以耦接至第一齿轮，而没有与转向轴整体形成。
转向柱系统可以进一步包括围绕转向轴和DAB轴的外部轴组件。转向柱系统可以进一步包括沿着外部轴组件的内部设置以防止外部轴组件与转向轴或者DAB轴之间的接触的间隔部件。外部轴组件可以附接至车辆的仪表板(instrument panel)。
转向柱系统可以进一步包括设置在转向轴内部以用于吸收碰撞事件期间的能量的一个或多个内部能量吸收部件。转向柱系统可以进一步包括在转向轴外部装配至车辆的仪表板以用于吸收碰撞事件期间的能量的一个或多个外部能量吸收部件。
DAB轴的远端可以装配至车辆的车身或者车辆的仪表板。
DAB轴可以基本上是中空的并且允许压缩空气从中穿过以充气包含在DAB模块中的气囊。转向柱系统可以进一步包括被配置为供给压缩气体至基本上中空的DAB轴的压缩气体组件。
转向轴的近端可以直接附接至方向盘。
附图说明
通过结合附图参考以下描述，可以更好地理解本文的实施方式，在附图中，相同的参考标号表示相同或者功能上类似的元件，附图中：
图1A和图1B示出示例性碰撞试验；
图2示出车辆乘员运动响应于斜向碰撞的实例；
图3示出根据本公开内容的实施方式的用于增强车辆乘员安全性的转向柱系统的示例性侧视图；
图4示出根据本公开内容的实施方式的用于增强车辆乘员安全性的转向柱系统的内部部件的示例性侧视图；并且
图5示出根据本公开内容的实施方式的用于增强车辆乘员安全性的转向柱系统的外部部件的示例性侧视图。
应当理解的是，上述附图不必按比例绘制，呈现了说明本公开内容的基本原理的各种优选特征的略微简化的表示。例如，包括具体尺寸、定向、位置和形状在内的本公开内容的具体设计特征将部分地由特定预期应用和使用环境来确定。
具体实施方式
本文中所使用的术语仅是为了描述具体实施方式的目的，而并不旨在对本公开内容进行限制。除非上下文另有明确说明，否则如本文所用的单数形式“一个”、“一种”和“该”也旨在包括复数形式。应该进一步理解的是，当在本说明书中使用时，术语“包括”和/或“包含”规定了所阐述的特征、整体、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但并不排除存在或附加有一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、部件和/或它们的群组。如本文所使用的，术语“和/或”包括一个或多个相关列出的术语的任意及全部组合。术语“耦接(coupled)”表示两个部件之间的物理联系，借此部件要么直接彼此连接要么经由一个或多个中间部件间接连接。
应当理解，本文所使用的术语“车辆(vehicle)”或者“车辆的(vehicular)”或者其他的类似术语包括广义的机动交通工具，通常，诸如包括运动型多用途车辆(SUV)、大巴车、卡车、各种商用车辆在内的载客车辆，包括各种船只和船舶在内的水上交通工具，航空器等，并且包括混合动力车辆、电动车辆、混合电动车辆、氢动力车辆以及其他可替代燃料车辆(例如，燃料从除石油以外的资源获得)。如本文中提及，电动车辆(EV)是包括源自可充电储能装置(例如，一个或多个可充电电化学电池或者其他类型电池)的电能作为其运动能力的部分的车辆。EV不限于汽车，并且可以包括摩托车、推车、滑行车等。而且，混合动力车辆是具有两个或更多个动力源的车辆，例如基于汽油动力和基于电动力的车辆(例如，混合电动车辆(HEV))。
现在参考本公开内容的实施方式，车辆可以包括转向柱系统和沿着转向轴延伸的中心驾驶员侧气囊(DAB)轴，在转向柱系统中，方向盘连接至车辆的可旋转的转向轴。DAB轴装配在车辆中使得轴是固定的。包含气囊的DAB模块连接至DAB轴的位于方向盘区内的近端。方向盘和DAB模块不是相互作用的部件，然而，甚至在方向盘绕DAB模块旋转时允许DAB保持在固定位置中。在方向盘上使用安装有DAB的固定中心轮彀允许各种安全性和设计优势，如以下详细说明的。
图3示出根据本公开内容的实施方式的用于增强车辆乘员安全性的转向柱系统的示例性侧视图。如在图3中所示，转向柱系统200可以包括可旋转的转向轴210，该转向轴的近端附接至方向盘220。转向轴210的近端可以直接附接至方向盘220。转向轴210可以被配置为将方向盘220处的旋转输入传送至车辆的转向齿条(未示出)。正如本领域公知的，方向盘220可以通过车辆的驾驶员自由旋转，因此相应地旋转转向轴210。
转向柱系统还可以包括装配在车辆中的DAB轴230，使得DAB轴230固定(即，没有旋转)，并且沿着转向轴210延伸。DAB轴230可以在其远端牢固地装配至车辆，例如车辆的车身或者车辆的仪表板，以防止移动或者旋转。而且，转向轴210可以形成为中空的并且可以基本上围绕DAB轴230。即，DAB轴230可以定位在中空转向轴210的内部。一个或多个间隔部件(未示出)，诸如滚针轴承等，可以沿着转向轴210的内部设置以使DAB轴230与转向轴210分开并且防止两个轴之间的接触摩擦。
DAB模块240可以稳固地装配至DAB轴230的近端，使得DAB模块240位于方向盘220的区域内。正如本领域公知的，DAB模块240可以包含基于在车辆处感应到的碰撞展开的气囊。DAB模块240可以定位在使用车辆期间与车辆的驾驶员相对，使得在碰撞事件中包含在DAB模块240中的气囊有效地使驾驶员缓冲冲撞。
特别地，方向盘220和DAB模块240可以是彼此不相互作用的解耦部件。即，方向盘220可能不附接至DAB模块240。因此，在方向盘220绕DAB模块240旋转时，DAB模块240可以保持在稳固位置中。另外地，转向轴210和DAB轴可以是彼此不相互作用的解耦部件。因此，方向盘220和转向轴210可以分别独立于DAB模块240和DAB轴230旋转。
转向柱系统200可以进一步包括齿轮组件250，该齿轮组件装配在转向轴210的远端以将方向盘220处的旋转输入传送至转向齿条(未示出)，如以上说明的。齿轮组件250可以包括一组斜齿轮。如在图3中所示，斜齿轮组的第一齿轮可以与转向轴210整体形成，而斜齿轮组的第二齿轮可以耦接至第一齿轮而没有与转向轴210整体形成。
转向柱系统200可以进一步包括围绕转向轴210和DAB轴230的外部轴组件260。外部轴组件260可以起到转向轴210和DAB轴230的壳体的作用。外部轴组件260可以装配至车辆，例如，车辆的车身或者车辆的仪表板。此外，一个或多个间隔部件(未示出)，诸如滚针轴承等，可以沿着外部轴组件260的内部设置，以使外部轴组件260与DAB轴230和/或转向轴210分开并且防止外部轴组件260与DAB轴230和/或转向轴210之间的接触摩擦。
另外，可以在转向柱系统200内设置一个或多个能量吸收部件，用于吸收碰撞事件期间的能量。例如，可以在转向轴210的内部内设置一个或多个内部能量吸收部件270。附加地，或者替代地，一个或多个外部能量吸收部件280可以装配在转向轴210的外侧，例如，装配至车辆的车身或者车辆的仪表板。例如，可以利用液压/空气能量吸收器或者可压缩的金属泡沫作为能量吸收部件。可以实施能量吸收部件，以在碰撞事件的负荷条件期间提供对乘员的额外保护。
图4示出根据本公开内容的实施方式的用于增强车辆乘员安全性的转向柱系统的内部部件的示例性侧视图。如在图4中所示，转向柱系统200的内部部件包括，例如，连接至方向盘220的转向轴210和连接至DAB模块240的DAB轴230。
如以上说明的，DAB轴230可以固定至车辆，以将DAB模块240保持在稳固的、非旋转位置中。鉴于此，DAB轴230的远端可以固定至，例如，车身或者仪表板的下侧。DAB轴230的近端可以附接至DAB模块240。
此外，DAB轴230可以基本上是中空的并且允许压缩空气从中穿过，以用于包含在DAB模块240中的气囊的充气。为此，转向柱系统200可以进一步包括压缩气体组件290，该压缩气体组件被配置为向基本上中空的DAB轴230供给压缩气体，如以下进一步详细地描述的。因此，在涉及车辆的碰撞事件中，可以将压缩气体直接通过DAB轴230提供至DAB模块240以展开气囊。
同时，转向轴210可以连接至方向盘220并且将旋转输入从驾驶员转移至下齿轮，即，齿轮组件250，和转向齿条。转向轴210和DAB轴230可以沿彼此平行的方向延伸。更具体地，转向轴210可以是中空的，允许DAB轴230从中延伸穿过，使得转向轴210基本上包围DAB轴230。一个或多个间隔部件(未示出)，诸如滚针轴承或者其他类似的部件，可以用于使转向轴210与DAB轴230分开并且减少其间的接触摩擦。
因为连接至方向盘220的转向轴210和连接至DAB模块240的DAB轴230彼此不相互作用，即，转向轴210和DAB轴230不是相耦接的部件，所以转向轴210的旋转不影响固定的DAB轴230。因此，方向盘220和DAB模块240也不是相互作用的部件，这允许甚至在方向盘220在车辆被驾驶的同时旋转时，DAB模块240仍保持在稳固位置中。有利地，与惯用的转向柱系统相比，转向柱系统200的设计变得越来越灵活，并且可以提高车辆乘员安全性。
图5示出根据本公开内容的实施方式的用于增强车辆乘员安全性的转向柱系统的外部部件的示例性侧视图。如图5所示，转向柱系统200的外部部件包括，例如，齿轮组件250、外部轴组件260、能量吸收部件(例如，内部能量吸收部件270和/或外部能量吸收部件280)、和压缩气体组件290。
如以上说明的，可以包含一组斜齿轮传动的齿轮组件250能够被可操作为将方向盘220处的旋转输入从车辆的驾驶员传送至转向齿条(未示出)。斜齿轮组的第一齿轮可以装配至旋转的转向轴210或者可以是旋转的转向轴210的一部分。斜齿轮组的第二齿轮可以耦接至第一齿轮并且与转向轴210分开装配。
外部轴组件260可以容纳稳固的DAB轴230和可旋转的转向轴210。一个或多个间隔部件(未示出)，诸如滚针轴承等，可以沿着外部轴组件260的内部设置，以使外部轴组件260与DAB轴230和/或转向轴210分开并且防止外部轴组件260与DAB轴230和/或转向轴210之间的接触摩擦。外部轴组件260可以附接至车辆，例如车辆的车身或者下仪表板，并且负责需要的转向柱载荷和转向轴210和方向盘220的倾斜或者伸缩要求。
内部和/或外部能量吸收部件(例如，内部能量吸收部件270、外部能量吸收部件280)可用于在碰撞事件的载荷条件期间进一步保护车辆乘员。例如，可以在转向轴210和外部轴组件260(如果适用)的内部内设置一个或多个内部能量吸收部件270。可以在转向轴210和外部轴组件260(如果适用)的外部附加地或者替代地装配一个或多个外部能量吸收部件280，例如装配至车辆的车身或者车辆的仪表板。
而且，压缩气体系统，诸如在图5中所示的压缩气体组件290，可以用于DAB模块240充气。压缩气体组件290可以装配成远离DAB轴230，如在图5中所示，并且经由管道或者其他类似的耦接工具而耦接至DAB轴230。在该情况下，DAB轴230可以是基本上中空的以允许从压缩气体组件提供的压缩气体传送至DAB模块240。因此，在碰撞事件中，可以将压缩气体直接通过DAB轴230提供至DAB模块240以展开气囊。
因此，与惯用的转向柱系统相比，根据本文描述的转向柱系统允许增加的灵活度、设计的简单性、和增强保护。例如，将DAB模块240作为稳固的中心轮彀而装配在方向盘220上允许在某些正面撞击模式中提高乘员保护的新驾驶员气囊构造。进一步，稳固的轮彀设计可以允许对围绕DAB模块240的控制与显示进行设计。更进一步，稳固的轮彀设计允许使用压缩气体用于驾驶员气囊充气，因此减小与固体推进剂相关联的燃烧的风险并且准许用于不同的乘员条件的气体压力调谐。
本文描述的转向柱系统还允许方向盘220直接物理连接至转向组件，例如，转向轴210、转向齿条等，而无需使用复杂的齿轮、链条、或者其他扭矩传送机构。另外，本文描述的能量吸收部件(例如，内部能量吸收部件270和/或外部能量吸收部件280)的使用可以取代用于转向组件的驾驶员载荷的金属变形技术，这也可以调谐以匹配基于乘员质量的载荷需要。
尽管这里存在示出并描述提供用于增强车辆乘员保护的转向柱系统的说明性的实施方式，但是应当理解，在本文公开的实施方式的精神和范围内可以作出各种其他适配和变型。因此，可以根据本权利要求的范围以任何合适的方式对公开的实施方式进行修改。
上述描述针对本公开内容的一些实施方式。然而，明显的是，在实现本发明的一些或者全部优势的情况下，可以对描述的实施方式做出其他变化和修改。因此，该描述仅以实例的方式采用，而不另外限制本文的实施方式的范围。因此，所附权利要求的目的是在本文的实施方式的真实精神和范围内覆盖所有这种变化和修改。

Claims (18)

1.一种车辆的转向柱系统，包括：
可旋转的转向轴，所述转向轴的近端附接至方向盘并且所述转向轴被配置为将所述方向盘处的旋转输入传送至所述车辆的转向齿条；
固定的驾驶员侧气囊轴，装配在所述车辆中并且沿着所述转向轴延伸；以及
驾驶员侧气囊模块，包含气囊并且在所述方向盘的区域内固定地装配至所述驾驶员侧气囊轴的近端，
其中，所述方向盘和所述转向轴被配置为分别独立于所述驾驶员侧气囊模块和所述驾驶员侧气囊轴旋转。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，在所述方向盘绕所述驾驶员侧气囊模块旋转时，所述驾驶员侧气囊模块保持在固定位置中。
3.根据权利要求1所述的系统，其中，所述驾驶员侧气囊模块被定位成：在使用所述车辆期间，所述驾驶员侧气囊模块与所述车辆的驾驶员相对。
4.根据权利要求1所述的系统，其中，所述方向盘不附接至所述驾驶员侧气囊模块。
5.根据权利要求1所述的系统，其中，所述转向轴是中空的并且基本上包围所述驾驶员侧气囊轴。
6.根据权利要求5所述的系统，进一步包括：
间隔部件，沿着所述转向轴的内部设置以防止所述驾驶员侧气囊轴与所述转向轴之间的接触。
7.根据权利要求1所述的系统，进一步包括：
齿轮组件，装配在所述转向轴的远端以将所述方向盘处的旋转输入传送至所述转向齿条。
8.根据权利要求7所述的系统，其中，所述齿轮组件包括斜齿轮组。
9.根据权利要求8所述的系统，其中，所述斜齿轮组中的第一齿轮与所述转向轴整体形成，并且所述斜齿轮组中的第二齿轮耦接至所述第一齿轮并且没有与所述转向轴整体形成。
10.根据权利要求1所述的系统，进一步包括：
外部轴组件，围绕所述转向轴和所述驾驶员侧气囊轴。
11.根据权利要求10所述的系统，进一步包括：
间隔部件，沿着所述外部轴组件的内部设置以防止所述外部轴组件与所述转向轴或者所述驾驶员侧气囊轴之间的接触。
12.根据权利要求10所述的系统，其中，所述外部轴组件附接至所述车辆的仪表板。
13.根据权利要求1所述的系统，进一步包括：
一个或多个内部能量吸收部件，设置在所述转向轴的内部，以用于吸收碰撞事件期间的能量。
14.根据权利要求1所述的系统，进一步包括：
一个或多个外部能量吸收部件，在所述转向轴的外部装配至所述车辆的仪表板，以用于吸收碰撞事件期间的能量。
15.根据权利要求1所述的系统，其中，所述驾驶员侧气囊轴的远端装配至所述车辆的车身或者所述车辆的仪表板。
16.根据权利要求1所述的系统，其中，所述驾驶员侧气囊轴基本上是中空的并且允许压缩空气从中穿过，以对包含在所述驾驶员侧气囊模块中的所述气囊进行充气。
17.根据权利要求16所述的系统，进一步包括：
压缩气体组件，被配置为将压缩气体供给至基本上中空的所述驾驶员侧气囊轴。
18.根据权利要求1所述的系统，其中，所述转向轴的近端直接附接至所述方向盘。
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