CN111169528A - 用于车辆转向柱的能量吸收装置以及车辆转向柱 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种车辆转向柱的能量吸收装置，该能量吸收装置具有金属带(20)和可调节的变形单元(28)，金属带(20)延伸通过该变形单元。变形单元(28)是能转动的空心辊子(32)，该辊子在空心辊子(32)的内部具有第一接触面(34)，该第一接触面经由出口缝隙(52)与外接触面(36)隔开。金属带(20)经过入口缝隙(50)延伸到辊子(32)的内部并且经过出口缝隙(52)又延伸出来，从而该金属带总体上沿着S形的曲线变形。

Description

用于车辆转向柱的能量吸收装置以及车辆转向柱

技术领域

本发明涉及一种车辆转向柱的能量吸收装置以及一种包括这种能量吸收装置的车辆转向柱。

背景技术

车辆转向柱须具有多个特性，一方面所述车辆转向柱(除了价格便宜的车辆以外)必须能实现转向轴沿轴向方向和/或沿倾斜方向的调节并且另一方面在发生事故时必须吸收能量。这种能量吸收能利用自有的能量吸收装置来实现，该能量吸收装置在碰撞情况下在转向柱的两个相对于彼此运动的部件之间起作用。所述部件通常是外管和延伸到外管中的内管，该内管容纳转向轴。

在现有技术中，作为这种能量吸收装置的一种可选方案，使用金属带以及可调节的变形单元，金属带沿着弯曲的变形路线延伸通过该变形单元并且在吸收能量时穿过且沿着变形路线运动，以便使金属带发生塑性变形。这种变形便负责吸收能量。

由DE60006815T2已知这种类型的能量吸收装置，在该能量吸收装置中，两个转向部件安坐在可枢转的杆上。一个转向部件同心于枢转轴线安装并且另一个转向部件安装在该杆的端部上。金属带围绕第一绕转元件环绕、倾斜着绕回、然后围绕另一个绕转元件环绕，以便最终又朝相反的方向延伸。通过杆的枢转能改变金属带在每个绕转元件上的包绕角度。借此，能够改变变形度。

发明内容

本发明的任务是，提供一种转向柱的变形装置以及一种转向柱，其中，该变形单元紧凑地构造，并且可通过高的可调节性来实现明显改变要由该变形单元吸收的力和能量。

根据本发明的能量吸收单元包括金属带和可调节的变形单元，金属带沿着弯曲的变形路线延伸通过该变形单元并且在吸收能量时穿过该变形单元运动，以便使金属带发生塑性变形。变形单元具有能围绕一轴线转动的空心辊子，该辊子具有凸状的、在辊子内部处于辊子的内侧上的第一接触面和处于辊子的外侧上的第二接触面作为用于金属带的接触部，第一接触面和第二接触面分别凸状地且朝相反方向弯曲，以便一起形成S形部，该辊子具有用于金属带穿通的出口缝隙，第一接触面和第二接触面经由该出口缝隙相互隔开，并且该辊子具有离开出口缝隙定位的入口缝隙，金属带经由该入口缝隙伸延到辊子内部，以便能靠置在第一接触面上。

在按照本发明的能量吸收装置中，要塑性变形的金属带延伸穿过辊子形的变形单元。凸状地弯曲的变形面不仅存在于外侧上，而且存在于辊子的空心内部中。因此，可实现非常紧凑的构造。此外，辊子本身是相对稳定的并且可吸收大的力。术语入口缝隙和出口缝隙完全不以如下方式进行限制：借此确定针对金属带的运动方向或引入方向。相反地，不同的术语可实现更简单的区分。

通过辊子的可转动性能够改变金属带围绕两个接触面的包绕角度、可选地甚至能够无级地改变该包绕角度，并且因而能够与所需要的能量吸收量相匹配。如果要达到高的能量吸收水平，则辊子主动通过驱动装置这样转动，使得在两个接触面上的包绕角度是大的。如果要使能量吸收水平是低的，则辊子主动朝相反方向转动并且为金属带提供较小的包绕角度。

本发明的一种实施方式规定，能量吸收水平能分级地调节。在初始位置中，辊子锁定在如下位置中，在该位置中确保高的能量吸收水平。该锁定例如经由可移动的或可破坏的或(更一般而言)可松开的销来进行。例如设有烟火技术的装置，该装置这样调节或破坏所述销，使得所述销取决于状态是“安全带已系好”还是“安全带未系好”或轻的人员而释放辊子的运动。辊子然后可自由转动并且运动到如下位置中，在该位置中，该辊子抵抗最小的阻力，从而在这里可实现能在两个能量吸收水平之间进行切换。

此外，本发明的一种可选方案规定，金属带的一端部固定在运动部件上，并且相反的端部可自由运动。当车辆转向柱的运动部件在碰撞情况下向前移动时，该自由端部便沿朝着辊子的方向运动。

第一接触面和第二接触面应具有连续的曲率、也就是说无凸台(absatzfrei)且无折皱地构造的表面，金属带在辊子的每个转动位置中均靠置在所述表面上。

为了更简单的制造，第一接触面和第二接触面优选具有相同曲率、也就是说各曲率虽然朝相反的方向指向，但是尺寸相同。

优选地，所述出口缝隙处于转动轴线的区域中，从而在碰撞情况下存在相对小的杠杆长度。在这里也改进在负荷情况下的运动。

优选地，所述入口缝隙在至少与辊子的转动角度范围相对应的周向角度上延伸。借此要防止金属带在辊子的确定的转动角度下可能贴靠在辊子上的缝隙的边缘上，因为这可能是一种棱边。

金属带在能量吸收装置中的走向选择为，使得独立于辊子的转动位置，金属带始终与所述两个接触面相切地延伸。这意味着，和金属带的相对于第二接触面引导的部分一样，金属带的相对于第一接触面引导的部分在辊子的轴向视图中看形成相对于第一接触面的切线。所述金属带与配设给该金属带的在这里所述第二接触面相切地伸延。

优选地，所述辊子是板材弯曲部件。

所述板材弯曲部件的形成第一接触面和第二接触面的周壁可以是一件式的板材区段。

所述板材弯曲部件具有板材条，该板材条形成第一接触面和第二接触面并且该板材条的相反的端部挨着彼此固定，例如通过卷边挨着彼此固定。借此，在辊子的轴向视图中得到闭合的环绕的曲线。由此，提高了辊子的稳定性。

所述板材条可从第二接触面的离开出口缝隙的端部出发凸状地且弧形地在形成辊子半部的情况下(所述辊子半部尤其是半圆形地延伸)朝向入口缝隙延伸并且超出所述入口缝隙延伸至所述板材条的固定端部。借此，板材条在离开各接触面的区域中形成辊子半部。

此外，从入口缝隙开始，所述板材条可离开第一接触面凸状地也延伸至固定端部。在此，在一种优选的实施方式中，板材条朝向固定端部的这两个端部区段形成双层结构并且彼此靠置。这提高了稳定性。

第一接触面和第二接触面在辊子的轴向视图中看可内接于一围绕转动轴线包围辊子的圆形。在此，每个接触面处于关于辊子的转动轴线对角于彼此的所配设的四分之一圆中。这提高了变形元件的对称性和力引入的对称性。

辊子的产生最小变形能量或完全不产生变形能量的转动位置规定，该辊子允许金属带以小于15度的包绕角穿通。所述15度包绕角在出口缝隙的区域中存在。

本发明的能量吸收装置可附加地具有离开所述辊子定位的转向部件，金属带围绕该转向部件延伸。尤其是，金属带在这里恒定地以180度的包绕角度围绕转向部件延伸。

此外，本发明提供一种包括根据本发明的能量吸收装置的车辆转向柱，其突出之处在于，设有外管和延伸到该外管中的内管，转向轴延伸到该内管中。金属带的端部一方面安装在外管上另一方面安装在内管上，其中，外管和内管在碰撞情况下能相对于彼此移动。通过这种相对移动，金属带穿过变形单元运动，并且(如果存在的话)也沿着转向部件运动。金属带和变形单元的运动可视为相对于彼此。也就是说，金属带不必必然地相对于位置固定的变形单元运动，也可反过来是变形单元沿着金属带运动。

优选地，变形单元要么固定地安装在所述两个管之中的一个管上要么固定地安装在车辆的另外的部件上。

附图说明

本发明的其他特征和优点由下文的说明书并且由所参照的随后的附图来得出。在附图中：

图1示出穿过按照本发明的转向柱的一种实施方式的纵剖视图，所述转向柱包括集成的、按照本发明的能量吸收装置，

图2示出穿过按照本发明的能量吸收装置的变形单元的径向剖面，以及

图3至6示出图2中示出的变形单元的不同位置，所述不同位置提供越来越小的能量吸收。

具体实施方式

在图1中示出穿过车辆转向柱的纵剖面，该车辆转向柱具有转向轴10，该转向轴延伸到所谓的内管12中，该内管又延伸到外管14中。锁紧杆16夹紧这两个管12、14之中的可动管或使该可动管松开，以便能实现转向柱沿轴向方向(见箭头)和/或沿枢转方向的调节。

在各管12、14之间设有能量吸收装置18，该能量吸收装置在图1中非常示意性地示出。

能量吸收装置18包括金属带20，该金属带经历障碍并且因而经历变形路线，并且在此在碰撞情况下变形，以便吸收能量。金属带20的一端部22例如固定在内管12上，并且相反的端部24自由地终止，而不固定在一部件上。

从端部22出发，金属带20围绕卷筒形的转向部件26延伸，该转向部件可固定地或以能转动的方式支承。在该情况下，转向部件26是圆柱形件。在围绕转向部件26环绕约180度之后，金属带20继续朝着变形单元28延伸并且部分地延伸穿过所述变形单元28。

不仅变形单元28而且转向部件26均例如固定在外管14上或与该外管耦联。替代地，所述变形单元和转向部件也可安装固定在车辆上。

在图2中，以轴向视图或径向剖切视图详细示出变形单元28。

变形单元28包括能围绕中轴线30主动转动的辊子32，该辊子尤其是呈柱状形状。所述辊子32是空心的。

辊子32沿着其外周具有带有不同功能的不同区段。设有用于金属带20的两个接触面，所述两个接触面分别通过凸状的形状来限定，即处于空心辊子32内部的第一接触面34和限定在辊子32外侧上的第二接触面36。接触面34被称为第一接触面，而接触面36被称为第二接触面。两个接触面34、36互补成一个S形部，其中，“S形部”也应当包括镜像的S形，如也在图2中示出的那样。

不仅第一接触面34而且第二接触面36均具有连续的曲率，在这里优选甚至通过单一的弯曲半径来限定，然而这不必必然是这种情况。

尤其是，所述两个接触面34、36的曲率是相同的，只是朝相反方向。

关于接触面34、36的曲率的“相反方向”意味着：参照图2，接触面36向右指向，而接触面34向左、也就是说朝相反方向指向。

变形单元28尤其是板材弯曲部件，在该板材弯曲部件中，外周、亦即周面通过板材条、尤其是连贯的板材条38形成。板材条38的两个相反的端部形成一个共同的固定端部40，各端部在该固定端部上挨着彼此地固定，尤其是如在图2中所示出的那样通过将一个端部围绕另一个端部卷边来固定。

板材条38从第一接触面34朝背离第二接触面36的方向继续在凸状的弧形部44中延伸直至固定端部40。弧形部44连续地过渡到第一接触面34中。

长形的板材条38的另一个端部(该另一个端部在所示出的不应限制性地理解的实施方式中在板材条的相反的端部上卷边)弧形地延伸并且与第一接触面34隔开间距地围绕所述第一接触面延伸直至第二接触面36，该第二接触面无凸台地(absatzlos)过渡到该第一接触面中。板材条38的这个区段被称为辊子半部46。如在图2中可见的，所述辊子半部46不是仅在180°上延伸，而是在超过180°上延伸。

辊子半部46具有带有单一半径的曲率、也就是说该辊子半部限定圆柱形件的一部分。

在图2中以点划线利用(在12点钟与4点钟之间的)一区段补足整个圆形。如果将所述圆形划分成四个均匀的部段(在轴向视图中看)，那么看到，第一接触面34和第二接触面36处于在直径上相对置的各四分之一圆中并且在那里是内接的、也就是说也不离开圆形本身。

如在图2和3中所示出的那样，金属带20延伸到辊子32中，这能通过入口缝隙50实现，该入口缝隙设置在辊子半部46中并且与固定端部40隔开一定间距地开始并且然后继续沿着整个接触面34在该接触面上延伸、也就是说从中点30出发来看，画出比第一接触面34大的弧形。入口缝隙50在图2中通过具有折线的区域来表示并且此外通过如下角度来表示，该角度表明入口缝隙50相对于中轴线30的张角。

入口缝隙50通过如下方式形成：在板材条38中在中间切出所述缝隙，其中，在缝隙50侧向上并且沿周向方向仍保留有桥接部。

金属带20经过入口缝隙50到达辊子32的内部，以便在这里贴靠到第一接触面34上并且沿着所述第一接触面被弯曲。

在各图中，金属带20与接触面34、36部分地隔开间距地示出，以便可更好地呈现相应的面和部件。在碰撞情况下，金属带20当然贴靠在接触面34、36上。

在第一接触面34之后，金属带20经过处于中轴线30区域中的板材条38中的缝隙状的出口开口52从辊子32中延伸出来，以便贴靠到第二接触面36上。

在离开第二接触面36之后，金属带20继续朝着转向部件60延伸，该转向部件当前例如是圆柱状的卷筒或固定的圆柱形件。在这里，金属带20绕转至少180°，其中，这种角度说明不应构成限制。转向部件60是一种可选方案、也就是说没有转向部件60的变型方案也是可行的。

此外，可设有转动驱动装置62(见图2)，利用该转动驱动装置可使辊子32转动。

替代于此，辊子32在初始位置中可以是锁定的、例如可通过可移动的或可破坏的或(更一般来说)可松开的销来锁定。在该初始位置中，通过辊子32设定高的阻力，从而所述辊子引起金属带20的明显变形。例如设有烟火技术的装置，该装置这样调节或破坏所述销，使得所述销在探测到状态为“安全带已系好”时或在是轻的人员时释放辊子的运动。该辊子然后可自由转动并且运动到如下位置中，在该位置中，该辊子抵抗最小的阻力，从而在这里可实现能在两个能量吸收水平之间进行切换。

在图3至6中，示出辊子32的不同的转动位置。由此可看出，在不同的转动位置上，接触面34、36长短不同地、也就是说在不同的角度范围上被金属带20接触。与此相应地，金属带20更多或更少程度地变形。与经由更少的变形相比，经由更多的变形能够达到更高的缓冲。

在图3中能实现最大缓冲、也就是说高的能量吸收潜力。随着转动增加、在这里沿逆时针方向(见图4至6)，能量吸收潜力变得越来越小。

在图6中到达最小位置，在该最小位置中实现：金属带20仅还以小于15°的包绕角度穿通辊子32。在这里，在金属带20与所述两个接触面34、36之间不再发生接触。金属带20仅在出口缝隙52的区域中更多或更少程度地绕转。

也可看出，随着辊子32的转动增加，金属带20的在辊子32至转向部件60之间的这样的区段的角度改变，从而随着辊子32的转动增加，在转向部件60上的包绕角度增大，这提高了借助或通过转向部件60所实现的能量吸收。

经由传感器探测确定的参数，所述参数允许对通过能量吸收装置所实现的能量吸收的期望范围进行确定。以下参数中的各个或多个参数可落入其中：事故严重程度、乘员重量、乘员大小、变形范围、状态“安全带已系好”/“安全带未系好”。

经由控制装置便操控驱动装置62。辊子32相应地转动，以便改变金属带20的变形度。可选地，也可取消驱动装置62，从而辊子32便可在例如锁紧销被主动破坏时自主转动。

如果方向盘由于乘员的撞击而移动连同转向轴和内管12相对于外管14移动，则金属带20的端部22便朝图3中箭头的方向运动，从而金属带通过在辊子32中所形成的双急弯部(Schikanen)并且沿着由此而形成的变形路径并且通过转向部件60来变形，其中，在这里当然也还有摩擦一起起作用，经由该摩擦可吸收能量。

在图1中示出具有把手60和安装在该把手上的销62的运输保险装置，该销防止转向轴10相对于管12运动。在运输之后，把手60连同销62被移除。

Claims (13)

1.车辆转向柱的能量吸收装置，该能量吸收装置包括金属带(20)和可调节的变形单元(28)，所述金属带(20)沿着弯曲的变形路线延伸通过所述变形单元并且在吸收能量时穿过所述变形单元运动，以便使所述金属带(20)发生塑性变形，其特征在于，所述变形单元(28)具有能围绕中轴线(30)转动的空心辊子(32)，所述辊子具有凸状的、在辊子内部处于所述辊子(32)的内侧上的第一接触面(34)和处于所述辊子(32)的外侧上的第二接触面(36)作为用于所述金属带(20)的接触部，所述第一接触面和所述第二接触面(34、36)分别凸状地且朝相反方向弯曲，以便一起形成S形部，所述辊子(32)具有用于所述金属带(20)穿通的出口缝隙(52)，所述第一接触面和所述第二接触面(34、36)经由所述出口缝隙相互隔开，并且所述辊子具有离开所述出口缝隙(52)定位的入口缝隙(50)，所述金属带(20)经由所述入口缝隙伸延到辊子内部，以便能靠置在所述第一接触面(34)上。

2.根据权利要求1所述的能量吸收装置，其特征在于，所述第一接触面和所述第二接触面(34、36)具有连续的曲率。

3.根据权利要求1或2所述的能量吸收装置，其特征在于，所述第一接触面和所述第二接触面(34、36)具有相同的曲率。

4.根据上述权利要求之一所述的能量吸收装置，其特征在于，所述出口缝隙(52)处于所述中轴线(30)的区域中。

5.根据上述权利要求之一所述的能量吸收装置，其特征在于，所述入口缝隙(50)在至少与所述辊子(32)的转动角度范围相对应的周向角度上延伸。

6.根据上述权利要求之一所述的能量吸收装置，其特征在于，所述辊子(32)是板材弯曲部件。

7.根据权利要求6所述的能量吸收装置，其特征在于，所述板材弯曲部件具有板材条(38)，所述板材条形成所述第一接触面和所述第二接触面(34、36)并且所述板材条的相反的端部挨着彼此固定。

8.根据权利要求7所述的能量吸收装置，其特征在于，所述板材条(38)从所述第二接触面(36)的离开所述出口缝隙(52)的端部凸状地且弧形地在形成辊子半部的情况下朝向所述入口缝隙(50)延伸并且超过所述入口缝隙延伸至该板材条的固定端部(40)。

9.根据权利要求8所述的能量吸收装置，其特征在于，所述板材条(38)在所述第一接触面(34)的离开所述入口缝隙(50)的端部上继续凸状地且朝着所述固定端部(40)延伸。

10.根据权利要求8或9所述的能量吸收装置，其特征在于，所述第一接触面和所述第二接触面(34、36)在所述辊子(32)的轴向视图中看内接于一个围绕所述中轴线(30)包围所述辊子(32)的圆形，并且所述第一接触面(34)处于四分之一圆中，而所述第二接触面(36)处于与前述四分之一圆相对角的四分之一圆中。

11.根据上述权利要求之一所述的能量吸收装置，其特征在于，所述辊子(32)的一个转动位置允许所述金属带(20)以小于15°的包绕角度穿通所述辊子(32)。

12.根据上述权利要求之一所述的能量吸收装置，其特征在于，设有附加的、离开所述辊子(32)定位的用于所述金属带(20)的转向部件(60)，所述金属带(20)围绕所述转向部件延伸。

13.转向柱，其包括根据上述权利要求之一所述的能量吸收装置，其特征在于，设有外管(14)和延伸到所述外管(14)中的内管(12)，所述转向轴(10)延伸到该内管中，所述金属带(20)的端部一方面安装在所述外管(14)上另一方面安装在所述内管(12)上，并且各管(12、14)能相对于彼此移动。

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