CN110979443B - 方向盘、具有该方向盘的安全防护系统及方法 - Google Patents

方向盘、具有该方向盘的安全防护系统及方法 Download PDF

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Abstract

本申请提供一种具有安全防护功能的方向盘，在方向盘的外皮构成的腔体结构内设置弹射装置，在待机状态下，该弹射装置处于压缩状态；在正面碰撞发生时，该弹射装置被控制器控制从该腔体结构内弹出，由此将驾驶员的手与小臂弹开，改变其运动路径。手与小臂被向人体方向抛掷，该与惯性相反的抛掷力给人体提供了向后的缓冲力，避免被卡在方向盘与仪表板之间。本申请还提供具有该方向盘的安全防护系统，以及使用该安全防护系统的安全防护方法。

Description

方向盘、具有该方向盘的安全防护系统及方法
技术领域
本发明涉及一种汽配技术领域，尤其涉及一种在正面碰撞中保护驾驶员的手和小臂的方向盘、具有该方向盘的安全防护系统以及安全防护方法。
背景技术
随着高速公路的大力兴建、汽车拥有量的增加以及汽车行驶速度的提高，正面碰撞引起的交通事故的频繁发生。由于驾驶员在驾驶时，手放在方向盘上，小臂前伸，当汽车发生正面碰撞时，手会从方向盘上滑落，与小臂一起随身体惯性向前向下运动直冲仪表板；与此同时，为了减少方向盘对人体胸部、头部和颈部的撞击，方向盘的管柱在正面撞击发生时会发生轴向压溃，带动方向盘顺着管柱的方向向前向下压溃。这样就容易造成驾驶员的手和小臂卡在方向盘和仪表板之间，导致手和小臂受到严重伤害；同时，手和小臂卡在方向盘和仪表板之间还会阻止方向盘进一步压溃，造成对驾驶员胸部、头部、颈部的伤害。
有鉴于此，提供一种在正面碰撞时能够防止手和小臂卡在方向盘和仪表板之间的方向盘、以及具有该方向盘的安全防护系统及方法，是目前亟待解决的技术问题。
发明内容
针对上述问题，本发明提供了一种方向盘，包括方向盘本体、易撕裂外皮部、弹射装置和控制器，该方向盘本体包括固定外皮部，该固定外皮部与该易撕裂外皮部可撕裂地连接在一起，共同构成该方向盘的外皮并形成腔体结构，该弹射装置设置在该腔体结构内，其弹射方向朝向该易撕裂外皮部的方向；该控制器与汽车的安全气囊电子控制单元电性连接，并控制该弹射装置从该腔体结构内弹出与否，该方向盘本体还包括设置在该腔体结构内的电磁底座，该电磁底座与该固定外皮部固定设置，并与该易撕裂外皮部相对，该控制器为电磁控制器，其还与该电磁底座电性连接，用于控制该电磁底座的通电或断电。
该易撕裂外皮部的内侧固定设置一金属件，该金属件与该电磁底座相对设置；该弹射装置两端分别固定设置在该电磁底座和该金属件上。该电磁底座占到腔体结构容积的1/3至2/3。
进一步地，该弹射装置为金属弹簧；或者该弹射装置为金属弹簧与伸缩杆的组合，该伸缩杆设置在该金属弹簧外侧。
本发明提供了一种方向盘，包括方向盘本体、易撕裂外皮部、弹射装置和控制器，该方向盘本体包括固定外皮部，该固定外皮部与该易撕裂外皮部可撕裂地连接在一起，共同构成该方向盘的外皮并形成腔体结构，该弹射装置设置在该腔体结构内，其弹射方向朝向该易撕裂外皮部的方向；该控制器与汽车的安全气囊电子控制单元电性连接，并控制该弹射装置从该腔体结构内弹出与否，该方向盘本体还包括位于该腔体结构内、固定在该固定外皮部的底部的内置铸铁，该内置铸铁与该易撕裂外皮部相对；该弹射装置为液压杆，其两端分别与该内置铸铁和该易撕裂外皮部固定连接。
进一步地，该内置铸铁内设置与该液压杆通路连接的油路，该油路与该控制器连接，该控制器为液压控制器。
进一步地，在该易撕裂外皮部内侧固定设置一金属件，该金属件与该内置铸铁相对设置，该液压杆两端分别固定设置在该内置铸铁和该金属件上。
根据本发明的一个实施方式，该固定外皮部和该易撕裂外皮部的分界线处设置压痕或者齿牙结构。
根据本发明的一个实施方式，该易撕裂外皮部设置在该方向盘的整个圆周，或者设置在该方向盘的3点钟和9点钟方向，或者设置在该方向盘的3点、9点、4点、10点方向。
根据本发明的一个实施方式，该弹射装置的延伸方向与水平方向呈30～60度的夹角。
本发明还提供一种安全防护系统，该安全防护系统包括上述方向盘、以及碰撞传感器及安全气囊电子控制单元，该安全气囊电子控制单元分别与该碰撞传感器及该控制器电性连接，该控制器还与该弹射装置连接。
本发明还提供一种安全防护方法，采用上述安全防护系统，该安全防护方法包括如下步骤：碰撞传感器收集碰撞强度信号，并发送至该安全气囊电子控制单元；该安全气囊电子控制单元对收到的碰撞强度信号进行分析；当碰撞强度达到预定值时，该安全气囊电子控制单元向该控制器发出指令；该控制器接到指令后，启动该弹射装置；以及该弹射装置弹出该腔体结构。
在本发明中，在方向盘的外皮构成的腔体结构内设置弹射装置，在待机状态下，该弹射装置处于压缩状态；在正面碰撞发生时，该弹射装置被控制器控制从该腔体结构内弹出，由此将驾驶员的手与小臂弹开，改变其运动路径。同时，手与小臂被向人体方向抛掷，该与惯性相反的抛掷力给人体提供了向后的缓冲力，避免被卡在方向盘与仪表板之间。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。
附图说明
图1为本申请第一实施例的方向盘在待机状态的立体结构示意图。
图2为图1所示的方向盘在应激状态下的立体结构示意图。
图3为图2所示的方向盘的侧视示意图。
图4为图1所示的方向盘沿着A-A方向的剖面示意图。
图5为本申请第一实施例的方向盘的工作原理示意图。
图6为本申请第二实施例的方向盘的立体结构示意图。
图7为图6所示的方向盘沿着B-B方向的剖面示意图。
图8为本申请第三实施例的方向盘的立体结构示意图。
图9为图8所示的方向盘沿着C-C方向的剖面示意图。
图10为本申请第三实施例的工作原理示意图。
图11为本申请第四实施例的方向盘的立体结构示意图。
图12为图11所示的方向盘沿着D-D方向的剖面示意图。
图13为本申请第四实施例的工作原理示意图。
图14为本申请第五实施例的立体结构示意图。
图15为本申请第六实施例的立体结构示意图。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合实施例，对本发明进行详细说明。应理解，下述实施例仅用于说明本发明，而非限制本发明。
图1为本申请第一实施例的方向盘100在待机状态下的立体结构示意图。图2为图1所示的方向盘100在发生正面碰撞时应激状态下的立体结构示意图，图3为图2所示的方向盘100的侧视示意图。图4为图1所示的方向盘100沿着A-A方向的剖面示意图。请一并参考图1至图4，该方向盘100包括方向盘本体110、易撕裂外皮部120、弹射装置130以及控制器180。在待机状态下，该弹射装置130设置在该方向盘本体110内、该易撕裂外皮部120下方。该方向盘本体110进一步包括固定外皮部114，该固定外皮部114与该易撕裂外皮部120均为橡胶材质，两者可撕裂地连接在一起，共同构成该方向盘100的外皮，进一步共同形成该方向盘100的腔体结构140。该弹射装置130设置在该腔体结构140内，其弹射方向朝向该易撕裂外皮部120的方向。该控制器180与汽车的安全气囊电子控制单元104电性连接，用于控制该弹射装置130在正面碰撞发生时从该腔体结构140内弹出。
在一个实施例中，该固定外皮部114与该易撕裂外皮部120的分界线处设置压痕；在另一个实施例中，在两者的分界线处设置齿牙结构。通过这些方式，使得该固定外皮部114与该易撕裂外皮部120在待机状态下基本与普通方向盘的外观无差别，在碰撞发生时的应激状态下，该易撕裂外皮部120容易与该固定外皮部114分裂并弹出。
在本实施例中，该方向盘本体110还进一步包括设置在该腔体结构140内的电磁底座112，该电磁底座112与该固定外皮部114固定设置，并与该易撕裂外皮部120相对。同时，一金属件122固定设置在该易撕裂外皮部120的内侧，与该电磁底座112相对设置。在本实施例中，该弹射装置130为金属弹簧132，其两端分别固定设置在该电磁底座112及该金属件122上。
在本实施例中，该易撕裂外皮部120分别位于方向盘的9点和3点方向。优选地，该弹射装置130的延伸方向与水平方向呈0～90度的夹角，优选为5～60度的夹角，更优选为30～60度角，再优选为45度的夹角。优选地，该电磁底座112占到腔体结构140容积的1/3至2/3，用于增加该方向盘100的强度。如果该电磁底座112太小，方向盘100的强度不足，如果该电磁底座112太大，给弹射装置130预留的空间不足。
在本实施例中，在待机状态下，该易撕裂外皮部120与该方向盘本体110的固定外皮部114连接，该电磁底座112为通电状态，具有电磁磁性，对该弹射装置130(亦即金属弹簧132)以及该被吸附金属层122均产生磁性吸附作用，具有电磁吸力，此时该弹簧132在该腔体结构140内处于压缩状态。在正面碰撞发生时进入应激状态，该电磁底座112断电失去磁性，对该弹射装置130及该被吸附金属层122的磁性消失，此时该金属弹簧132被解除压缩，沿着其延伸方向向外伸展，撕裂该易撕裂外皮部120，并弹出该腔体结构140。由此将驾驶员的手与小臂弹开，手与小臂被向人体方向抛掷，从而改变其运动路径，避免被卡在方向盘与仪表板之间。同时，该与惯性相反的抛掷力给人体提供了向后的缓冲力。
如图5所示为本实施例的该方向盘100的工作原理示意图。在本实施例中，该控制器180为电磁控制器106，它与汽车的安全气囊电子控制单元(Airbag Control Unit，ACU)104电性连接，还与该电磁底座112电性连接，该电磁底座112与该弹射装置130电性连接。该ACU 104还与位于汽车头部的碰撞传感器102电性连接。
该ACU 104是电子控制模块，集成了用于采集车辆加速度信号的加速度传感器单元，进行信号处理的相关电路以及一般电子控制模块都具备的单片机、存储器、电源等，主要作用是对车辆的行驶状态进行实时的采样和分析，当车辆发生碰撞时，它能够及时探测到，并且对碰撞的猛烈程度进行处理和算法分析。该碰撞传感器102是安全气囊系统中的控制信号输入装置，在汽车发生碰撞时，该碰撞传感器102检测汽车碰撞的强度信号，并将信号输入该ACU 104，该ACU 104根据该碰撞传感器102的信号来判定是否给该电磁控制器106指令使其对该电磁底座112断电。当该强度信号达到设置值时，该ACU 104对该电磁控制器106发出指令，该电磁控制器106对该电磁底座112断电，该电磁底座112对该金属弹簧132以及该被吸附金属层122的磁性消失，该金属弹簧132弹出该腔体140。
图6所示为本申请第二实施例的方向盘200的立体结构示意图。图7所示为图6的方向盘200沿着B-B方向的剖面示意图。如图6及图7所示，与第一实施例的区别之处在于，在该腔体140内，该弹射装置130为该金属弹簧132与伸缩杆134的组合，该伸缩杆134设置在该金属弹簧132外侧，该伸缩杆134的两端也分别与该被吸附金属层122以及该电磁底座132固定连接，用于对该金属弹簧132提供伸缩的通道，防止该金属弹簧132因为内部缠绕而造成短路，以及该金属弹簧132弹出时对人手的伤害。该伸缩杆134包括多个套环套接在一起，为该伸缩杆134提供上下伸缩的空间。该伸缩杆134及该弹簧132均为金属材质。
在本实施例中，该电磁底座112的磁性通过该伸缩杆134与该金属弹簧132传导至该被吸附金属层122，从而吸附该金属弹簧132、该伸缩杆134以及该被吸附金属层122。当ACU对该电磁底座112断电时，该电磁底座112对该金属弹簧132及该被吸附金属层122的磁性消失。该金属弹簧132向外伸展并弹出该腔体140，带动该伸缩杆134也伸出腔体140。
图8所示为本申请第三实施例的方向盘300剖面示意图。图9为沿着图8的C-C方向的剖面示意图。图10为本申请第三实施例的工作原理示意图。与第一实施例不同之处在于，该弹射装置130为液压杆336，该控制器180为液压控制器335，其设置在该方向盘300的轮辐上；在该腔体结构内设置内置铸铁312，该内置铸铁312固定设置在该固定外皮部114的底部，并与该易撕裂外皮部120相对；该液压杆336两端分别与该内置铸铁312和该易撕裂外皮部120固定连接。该内置铸铁312的作用仅为增强该方向盘300的强度。在该内圈铸铁312内设置与该液压杆336连接的油路331，该油路331与该液压控制器335通路连接。当正面碰撞发生时，该液压控制器335驱动液压油通过该油路331流动，顶起该液压杆336。
可选地，为了增加该液压杆336与该易撕裂外皮部120之间的固定连接，在该易撕裂外皮部120的内侧固定设置一金属件322，可选地，该金属件322与该内置铸铁312相对设置；此时，该液压杆336两端分别固定设置在该内置铸铁312和该金属件322上。
如图10所示，该安全气囊电子控制单元104分别与该碰撞传感器102以及该液压控制器335电性连接，该液压控制器335与该油路331连接，该油路331还与该液压杆336通路连接。该碰撞传感器102检测到的碰撞信号传递给该ACU 104，该ACU判定该碰撞信号达到预定值，则指令该液压控制器335驱动该油路331内的液压油向上流动，从而顶起该液压杆336，使得该液压杆336带动该易撕裂外皮部120弹射出该腔体140。
图11所示为本申请第四实施例的方向盘400的立体结构示意图。图12为图11沿着D-D方向的剖面示意图。图13为本申请第四实施例的工作原理示意图。在本实施例中，如图12所示，该方向盘400包括方向盘本体402和易撕裂外皮部450。进一步地，在本实施例中，该方向盘本体402包括固定外皮部430，该固定外皮部430与该易撕裂外皮部450共同构成方向盘的外皮，同时形成用于容纳其它元件的腔体结构。在该腔体结构内，设置有用于增强方向盘400强度的金属支撑部410、用于包覆该金属支撑部410的发泡填充部420、以及该弹射装置130，在本实施例中，该弹射装置130为小气囊440。该小气囊440设置在该易撕裂外皮部450的下方，容纳在该发泡填充部420内。具体来说，在该发泡填充部420的相应位置不进行任何填充，由此形成容纳空间460，该小气囊440即容纳在该容纳空间460内。在本实施例中，该控制器180为气体发生器437，其设置在该方向盘400的轮辐上，与该小气囊440连接。进一步地，如图13所示，该气体发生器437与该安全气囊电子控制单元104连接。
在本实施例中，该碰撞传感器102将检测到的碰撞信号传递至该ACU 104，该ACU104判定该碰撞信号达到预定值时，指令该气体发生器437引爆充气元件对该小气囊440进行充气。由此小气囊440从该腔体460内弹出，撕裂该易撕裂外皮部450的预留撕裂线，并将人手弹开。
图14所示为本申请第五实施例的方向盘500在待机状态的示意图。上述第一实施例、第二实施例、第三实施例及第四实施例的弹射装置均可用于本实施例。所不同之处在于，在本实施例中，该易撕裂外皮部520设置在方向盘500的整个圆周上。
图15所示为本申请第六实施例的方向盘600在待机状态的示意图。在本实施例中，该易撕裂外皮部620设置在该方向盘600的3点、9点、4点、10点方向。上述第一实施例、第二实施例、第三实施例及第四实施例的弹射装置均可用于本实施例。
在上述各个实施例中，在该腔体结构140内设置有用于增强该方向盘100强度的骨架结构101，例如第一实施例的电磁底座112、第三实施例的内置铸铁312、第四实施例的金属支撑部410，这些均为骨架结构101的具体表现形式。
本申请还提供一种安全防护系统，包括上述方向盘，以及碰撞传感器102及安全气囊电子控制单元104，该安全气囊电子控制单元104分别与该碰撞传感器102及该控制器180电性连接，该控制器180还与该弹射装置130连接。该控制器180为电磁控制器106时，该弹射装置130为金属弹簧132；该控制器180为液压控制器335时，该弹射装置130为液压杆336；该控制器180为气体发生器437时，该弹射装置130为小气囊440。
本申请还提供采用一种上述安全防护系统的安全防护方法，包括如下步骤：碰撞传感器102收集碰撞强度信号，并发送至该安全气囊电子控制单元104；该安全气囊电子控制单元104对收到的碰撞强度信号进行分析；当碰撞强度达到预定值时，该安全气囊电子控制单元104向该控制器180发出指令；该控制器180接到指令后，启动该弹射装置130；以及该弹射装置130弹出该腔体结构。
本申请的方向盘以及安全防护系统可以用于汽油汽车、甲醇汽车、电动汽车、三轮车等各种车型。
综上所述，在本申请中，在方向盘的外皮构成的腔体结构内设置弹射装置，在待机状态下，该弹射装置处于压缩状态；在正面碰撞发生时，该弹射装置被控制器控制从该腔体结构内弹出。具体来说，当采用电磁底座时，电磁控制器控制该电磁底座的通电或断电状态，待机状态下该电磁底座处于通电状态，设置在该易撕裂外皮部内侧的金属件被该电磁底座吸附固定；碰撞发生时，电磁铁底座的通电被该电磁控制器断开，从而失去吸附力，弹射装置从该腔体结构内弹出。当采用液压杆时，液压控制器控制该液压杆以及与其相连的油路中的液压油的流动与否，待机状态下该液压杆处于压缩状态；碰撞发生时，液压控制器控制液压油向上流动，从而把液压杆顶出。当采用小气囊时，气体发生器控制该小气囊的点火与否，待机状态下，该小气囊处于压缩状态；碰撞发生时，气体发生器进行点火，气体进入该小气囊，使得该小气囊弹出。由此将驾驶员的手与小臂弹开，手与小臂被向人体方向抛掷，从而改变其运动路径，避免被卡在方向盘与仪表板之间。同时，该与惯性相反的抛掷力给人体提供了向后的缓冲力。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (9)

1.一种方向盘，其特征在于，包括方向盘本体、易撕裂外皮部、弹射装置和控制器，该方向盘本体包括固定外皮部，该固定外皮部与该易撕裂外皮部可撕裂地连接在一起，共同构成该方向盘的外皮并形成腔体结构，该弹射装置设置在该腔体结构内，其弹射方向朝向该易撕裂外皮部的方向；该控制器与汽车的安全气囊电子控制单元电性连接，用于控制该弹射装置从该腔体结构内弹出与否，该方向盘本体还包括设置在该腔体结构内的电磁底座，该电磁底座与该固定外皮部固定设置，并与该易撕裂外皮部相对，该控制器为电磁控制器，其还与该电磁底座电性连接，用于控制该电磁底座的通电或断电。
2.根据权利要求1所述的方向盘，其特征在于：该易撕裂外皮部的内侧固定设置一金属件，该金属件与该电磁底座相对设置；该弹射装置两端分别固定设置在该电磁底座和该金属件上；该电磁底座占到腔体结构容积的1/3至2/3。
3.根据权利要求2所述的方向盘，其特征在于：该弹射装置为金属弹簧；或者该弹射装置为金属弹簧与伸缩杆的组合，该伸缩杆设置在该金属弹簧外侧。
4.一种方向盘，其特征在于，包括方向盘本体、易撕裂外皮部、弹射装置和控制器，该方向盘本体包括固定外皮部，该固定外皮部与该易撕裂外皮部可撕裂地连接在一起，共同构成该方向盘的外皮并形成腔体结构，该弹射装置设置在该腔体结构内，其弹射方向朝向该易撕裂外皮部的方向；该控制器与汽车的安全气囊电子控制单元电性连接，用于控制该弹射装置从该腔体结构内弹出与否，该方向盘本体还包括位于该腔体结构内、固定在该固定外皮部的底部的内置铸铁，该内置铸铁与该易撕裂外皮部相对；该弹射装置为液压杆，其两端分别与该内置铸铁和该易撕裂外皮部固定连接。
5.根据权利要求4所述的方向盘，其特征在于：该内置铸铁内设置与该液压杆通路连接的油路，该油路与该控制器连接，该控制器为液压控制器。
6.根据权利要求4所述的方向盘，其特征在于：在该易撕裂外皮部内侧固定设置一金属件，该金属件与该内置铸铁相对设置，该液压杆两端分别固定设置在该内置铸铁和该金属件上。
7.根据权利要求1或4所述的方向盘，其特征在于：该固定外皮部和该易撕裂外皮部的分界线处设置压痕或者齿牙结构；和/或
该易撕裂外皮部设置在该方向盘的整个圆周，或者设置在该方向盘的3点钟和9点钟方向，或者设置在该方向盘的3点、9点、4点、10点方向；和/或
该弹射装置的延伸方向与水平方向呈30～60度的夹角。
8.一种安全防护系统，其特征在于：该安全防护系统包括权利要求1-6中任一项所述的方向盘，以及碰撞传感器及安全气囊电子控制单元，该安全气囊电子控制单元分别与该碰撞传感器及该控制器电性连接，该控制器还与该弹射装置连接。
9.一种安全防护方法，采用权利要求8所述的安全防护系统，其特征在于，该安全防护方法包括如下步骤：碰撞传感器收集碰撞强度信号，并发送至该安全气囊电子控制单元；该安全气囊电子控制单元对收到的碰撞强度信号进行分析；当碰撞强度达到预定值时，该安全气囊电子控制单元向该控制器发出指令；该控制器接到指令后，启动该弹射装置；以及该弹射装置弹出该腔体结构。
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