CN113195341A - 集成方向盘、减震器及驾驶员安全气囊 - Google Patents

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Abstract

方向盘组件(10)包含用于减轻从车辆传递到方向盘组件(10)的振动的阻尼系统。多个阻尼弹簧元件或垫圈或阻尼弹簧元件(22)各自都保持在对应的方向盘支撑构件(330)内。安全气囊模块(14)固定到方向盘(18)，同时倚靠在阻尼弹簧元件(22)上，用于消除和/或减少通常伴随车辆运行的横向位移/振动。包含多个环形支撑构件(76、176)的喇叭开关(16)可定位在阻尼弹簧元件(22)上方，其中每个环形支撑构件(76、176)同轴对齐且定位在对应的垫圈(22)上方从而还控制垂直位移；然后将安全气囊模块(14)固定在喇叭开关16上方并固定到方向盘(18)上。安全气囊模块的运动可启动喇叭开关。

Description

集成方向盘、减震器及驾驶员安全气囊
技术领域
本发明涉及机动车系统，更具体地涉及抑制方向盘组件的方法和装置。
背景技术及发明内容
通常，机动车辆配备有包含安全气囊模块的方向盘组件，安全气囊模块用于在碰撞事件中保护机动车辆中的乘员。通常，这些安全气囊模块固定在方向盘内，而方向盘又固定到连接到车辆前端处车轮的轴上。发动机振动也通过其与车轮的附接点通过车架传递到方向盘中。因此，方向盘暴露于由于车辆运行而发生的振动。为了提高驾驶员的舒适度并最大限度地减小通过与方向盘接触而传递的振动，减轻振动常需要在方向盘组件内采用阻尼系统。考虑到安全气囊模块占据了方向盘组件内的大部分可用空间，因此，一项挑战是优化阻尼系统所需的封装空间。另一项挑战是减轻阻尼系统的重量。因此，希望提供改进的用于抑制通过方向盘传导的振动的方法和装置。
本发明提供了用于车辆的方向盘组件，且主要涉及与方向盘的电枢可操作连通的阻尼系统。该组件包括包含在电枢内的阻尼系统，该阻尼系统有助于汽车部件(例如驾驶员安全气囊模块或组件)相对于垂直和横向运动的悬挂状态。因此，驾驶员通常感觉到的振动通过方向盘组件内的安全气囊模块的设计运动而减轻。该组件还可包括连接到方向盘和安全气囊模块的喇叭开关。喇叭开关根据驾驶员的输入产生电信号以激活车辆的喇叭。总之，阻尼系统可操作连接到电枢以衰减振动或频率，否则振动或频率在车辆运行时会传递到方向盘组件。
根据下文提供的详细描述，本发明的其他应用领域将变得显而易见。应当理解，详细描述和具体实施例虽然表明了本发明的优选实施方案，但仅旨在进行说明，而非旨在限制本发明的范围。
附图说明
本发明将通过实施例并参考附图进行描述，其中：
图1是根据本发明的方向盘组件的分解图；
图2是包含保持线的方向盘组件电枢的毂板的立体图；
图3是根据本发明的包含阻尼弹簧元件或阻尼弹簧的图2的方向盘电枢的毂板的立体图；
图4是图3的方向盘电枢和阻尼器弹簧元件的横截面图；
图5是进一步包含阻尼弹簧隔离器的图3的方向盘电枢的毂板的立体图；
图6是图5的方向盘电枢、阻尼弹簧元件和阻尼弹簧隔离器的横截面图；
图7是还包含喇叭开关的图5的方向盘电枢的毂板的立体图；
图8是图7的方向盘电枢、阻尼弹簧元件、阻尼弹簧隔离器和喇叭开关的横截面图；
图9是还包含驾驶员安全气囊模块的图7的方向盘电枢的毂板的立体图；
图10是图9的方向盘电枢的毂板、阻尼弹簧元件、阻尼弹簧隔离器、喇叭开关和安全气囊模块的横截面图图；
图11是作为簧载质量的方向盘组件和驾驶员安全气囊模块的示意图。
具体实施方式
以下对各种实施方案的描述本质上仅是示例性的，绝非旨在限制本发明、其应用或用途。尽管以下描述总体涉及用于抑制通常通过方向盘传递的振动的装置，但应理解，该装置可以以多种方式进行修改，且仍然在方向盘组件内使用。因此，应理解以下讨论非旨在限制所附权利要求的范围。
现在参考图1至图11，示出用于机动车辆的方向盘组件10。应理解，美国专利No.7,533,897描述了相关的示例性方向盘组件，其教导通过引用整体并入本文。方向盘组件的制造在本领域中是已知的，因此，除了本实施方式的创造性方面之外，组件如何连接在一起的各种细节和复杂之处被认为是普通技术人员所熟知的。
方向盘组件10可包括汽车部件或安全气囊模块14、喇叭开关16以及方向盘18。方向盘18包括具有辐条303、轮辋304和毂连接件305的金属电枢300，毂连接件305将电枢300连接到转向轴(未示出)。电枢300由围绕电枢300的轮辋304模制的泡沫和/或树脂322覆盖，完全模制的泡沫或单独模制的后盖通常连接到电枢，皮革覆盖层和开关通常包括完整的方向盘18。在示出的实施方式中，喇叭开关16设置在安全气囊模块14和方向盘18之间，且安全气囊模块14通过附接机构20(也称为驾驶员安全气囊模块保持线或保持构件20)固定到方向盘电枢300。可以理解，喇叭开关16可位于配置为将喇叭开关16的元件挤压在一起的任何两个协作构件之间。如以下附图所示，且如下文进一步详述，喇叭弹簧上外壳50和喇叭弹簧下外壳52是两个这样的协作构件。如图1所示，阻尼器弹簧元件或垫圈22和阻尼弹簧隔离器或垫片21示出在喇叭开关16和保持构件20之间。
如图1和图9所示，例如，示例性安全气囊模块14包括盖28，其是可操作的以保护安全气囊和相关的充气器。盖28示为类似三角形。然而，可以采用任何想要的形状，例如矩形。通常，盖28由诸如聚酯(TPE)的聚合材料制成，但可以使用任何其他合适的材料。盖28可以已知方式联接到安装板21以限定用于容纳安全气囊和充气器的腔体。充气器是可操作的以在确定碰撞事件时展开安全气囊。
位于安全气囊模块14底部的板21可包括中央孔以容纳和支撑充气器的一部分、第一侧或上侧以及第二侧或下侧。顶侧通常配置为为安全气囊和充气器提供接口。如图1所示，板21的下侧通常包括多个用于附接到方向盘18的叉齿或销34a-c，以及多个将板21联接到盖28上的配合元件的凸缘。在该实施方案中，板21的第二侧或下侧包括三个销34a-c，每个销包括至少一个附接机构，例如锥形尖端、夹子、钩子或凸缘，每个附接机构是可操作的以将安全气囊模块14和喇叭开关16联接到电枢300，这将在下面更详细地进行描述。销34a-c可放置在多个位置，例如在虚拟矩形或梯形的转角。需要布置3个销以保持DAN组件28的静态稳定性。必要时，可以根据方向盘18和安全气囊模块14的设计使用四个或更多这样的销。
喇叭开关16可包括第一开关外壳50和第二开关外壳52。第一开关外壳50包括三个环形支撑构件60，每个环形支撑构件60包括开口76。第二开关外壳52包括三个环形支撑构件160，其与环形支撑构件60同轴对齐；每个支撑构件160包括互补的开口176。每组对齐的开口76和176容纳第一叉齿或销、第二叉齿或销和第三叉齿或销34a-c以及衬套(如果使用的话)中的一个，衬套有效地增加了每个销的直径。第一喇叭开关外壳50和第二喇叭开关外壳52是具有多个支腿或侧部50L、52L的开放式结构，该支腿或侧部50L、52L可放置在板的中央部分处或围绕板的中央部分定位。
喇叭开关16的开口76、176是可操作的以容纳销或叉齿34a-c中相应的那个，从而将第一或上外壳50对齐并联接到第二外壳52。此外，上开关外壳50的每个支撑构件60包括环形凹槽86，且每个第二或下开关外壳构件52的每个支撑构件160包括用于容纳弹簧54的相对凹槽186。
喇叭弹簧54可是任何合适的螺旋弹簧。喇叭弹簧54具有合适的长度且具有大小设置为使第一开关外壳50从第二开关外壳52移位的弹簧常数，因此将第一开关外壳的开口76与第二外壳的开口176间隔开，并将开关导体的暴露部分移动到脱离位置。一个或多个喇叭弹簧54的压缩将导致第一外壳50导线导体的暴露区段接触第二开关外壳52导线导体的暴露区段，这以已知方式的闭合相关电路。
如图1和图2所示，方向盘18包括电枢300，其通常由诸如镁、铝或钢的材料构成。电枢300限定了多个升高的环形支撑构件330，每个中空支撑构件330包括开口336，用于容纳第一叉齿或销34a-c、第二叉齿或销34a-c和第三叉齿或销34a-c中的一个，且从安全气囊模块安装板21延伸以将安全气囊模块14和喇叭开关16(如果使用的话)联接到方向盘的电枢300。每个支撑构件330的顶部具有平坦表面，其可作为砧或反应面操作或起作用，且容纳和/或支撑下喇叭开关外壳52的下外壳支撑件160中的每一个。内环形表面332限定为每个支撑构件330的内壁。图4中示出的肋条334沿每个内环形表面332中间部分周向形成，并与形成在每个阻尼弹簧元件或垫圈22上的外圆周凹槽26接合，用于将相应的垫圈22保持在对应的支撑构件330内。电枢300可进一步配置成包括多个第一柱、第二柱、钩子或其他附接特征件(未示出)，这些都是可操作的以与附接机构20接合或保持附接机构20，这在下文会进一步讨论。电枢300还包括毂区域302，其具有连接器305以将电枢300联接到转向轴(未示出)从而使驾驶员能够以已知方式操纵车辆。
附接机构20的第一实施方式包括弹性地固定到电枢300底部301的保持线(弹簧夹)20。保持线20可以是一个或多个部件，且通常由合适的能够弹性变形的材料(包括聚合物)组成，但典型由诸如铝或弹簧钢等金属组成。保持线20通常一体形成且具有均匀厚度。线的厚度通常选择为使得保持线20可以通过定位在电枢300上形成的支承面上以及定位在每个支撑构件330下方的接合槽中保持安全气囊模块14的销34a-c，这在本领域已知。
提供了至少三个阻尼弹簧元件或垫圈22，其中每个阻尼弹簧垂直设置、保持和嵌套在对应的支撑构件330内，用于抑制从转向轴(未示出)发出的频率进入方向盘组件10中。在一个实施方式中，多个阻尼弹簧元件或垫圈22形成为环形结构，从而允许柱34a-c其中之一插入穿过每个阻尼弹簧元件或垫圈并穿过每个对应的支撑构件330，以及从而当柱34a-c夹到弹簧夹或保持线20时允许将安全气囊模块14附接到附接机构20。应当理解，阻尼弹簧元件或垫圈22可以几何上与任何给定安全气囊模块的附接策略一致的方式形成。
进一步根据本发明，阻尼弹簧元件或垫圈22的横向刚度可以反复调整以获得驾驶员气囊模块质量的谐振频率，该谐振频率非常接近通常在车辆上安装的方向盘组件10内发现的谐振频率。阻尼弹簧元件或垫圈22的几何形状和材料因此可利于期望的横向刚度。氟硅橡胶是一种发现可用作垫圈材料的聚合物材料的示例。还设想了具有类似工程或材料性能的其他合适的材料。EPDM橡胶(三元乙丙橡胶)是一种合成橡胶，且是应用广泛的弹性体。氟硅橡胶是持久的弹性体，在极端温度下稳定且抗压缩形变，但与硅胶不同的是，氟硅橡胶含有三氟丙基，可增强其对非极性溶剂、燃料、油、酸和碱性化学品的耐化学性。氟硅橡胶的独特性能使其成为解决问题的材料，广泛用于工业、航天、汽车和航空应用中的静态密封和缓冲。
因此，阻尼弹簧元件或垫圈22的横向刚度或横向位移可与如图8所示的驾驶员安全气囊组件的质量有关。相对于横向位移Y作用在安全气囊模块或组件上的力包括：(1)横向力Fa，其等于电枢300中的振动力；(2)横向力Fb＝KBY，其中Fb＝阻尼弹簧元件或垫圈22刚度力，KB＝阻尼弹簧刚度，及Y＝横向位移。相对于垂直位移作用在安全气囊模块或组件上的力包括：(1)F＝mg，其中m＝驾驶员安全气囊组件的质量，且g＝重力常数；以及(2)Fk＝KSX，其中Fk＝喇叭弹簧刚度力，KS＝喇叭弹簧刚度，且X＝垂直位移。应当理解，由重力引起的力，即F＝mg，设计为小于或等于喇叭弹簧刚度力，Fk＝KSX。总之，垂直力和横向力由喇叭弹簧16和阻尼弹簧元件或垫圈22控制，从而导致抑制方向盘组件10的谐振频率。以下实施例说明了与本发明有关的阻尼弹簧元件或垫圈刚度计算：
按重量计，安全气囊模块组件的总质量为1.075kg，阻尼弹簧元件的数量为3，在横向位移下针对每个频率20、30和40Hz选择刚度的情况下，氟硅橡胶阻尼弹簧元件或垫圈22的结果如下表所示。
Figure BDA0003117943900000061
在本发明的又一方面，为确保喇叭开关16放置在支撑构件330内时正确对齐，不再需要通常用于喇叭开关16内的横向定位器。换句话说，多个阻尼弹簧或元件22还用于定位喇叭开关16的每个环形构件76、176。因此，在组装且喇叭开关16定位在阻尼弹簧元件或垫圈22上方时，喇叭开关16的环形构件76、176中的每一个与支撑构件330中对应的那个同轴对齐。如图3、图4、图6、图7和图8所示，一旦组装，支撑构件330中的每一个因此与环形喇叭开关构件76、176中对应的那个，以及对应的阻尼弹簧元件或垫圈22同轴对齐。一旦组装，下喇叭开关外壳52和电枢300一起用作阻尼弹簧元件或垫圈22的碰撞止动件，从而优选地将横向阻尼弹簧元件或垫圈运动限制为一毫米或更小或在允许的强度限度内。
如图6、图8和24以及图1所示，多个阻尼弹簧隔离器或垫片24对应于多个阻尼弹簧元件或垫圈22，且每个都弹性偏置在下开关外壳52的底部和相应的阻尼弹簧元件或垫圈22的底部22a之间，从而将阻尼弹簧元件或垫圈22固定在支撑构件330内。因为每个垫片24允许并且辅助保持线20在销或叉齿安装构件34a、34d、34c上滑动并咬合，阻尼弹簧隔离器或垫片24有助于驾驶员安全气囊14的组装。如图所示，每个隔离器或垫片24与横向限制相对运动的支撑件横向间隔开，从而隔离阻尼弹簧元件或垫圈22以确保其在横向运动的整个最大范围内(在这种情况下1.0mm内)进行抑制。
如上所述，本发明极大增强了阻尼系统的功效，以提高驾驶员在相关车辆运行期间握住方向盘时的舒适度。通过将安全气囊模块14悬挂在多个阻尼弹簧元件或垫圈22上并允许安全气囊模块14横向运动，通常传递到方向盘的振动得到减轻和抑制。另外，与方向盘系统中的其他已知阻尼器相比，本阻尼系统所需的封装空间相对减小。最后，与其他已知的阻尼系统相比，本阻尼系统的相对重量有利地减小。
本发明的描述本质上仅是示例性的，因此，不脱离本发明主旨的变更预期落入本发明的范围内。这种变更不应视为背离本发明的精神和范围。
根据本文提供的描述，可以对本发明进行变更。虽然出于说明本发明的目的而示出了某些代表性实施方式和细节，但是在不脱离本发明的范围的情况下可以在其中进行各种改变和修改，这对于本领域技术人员来说是显而易见的。因此，应当理解，可以在所描述的特定实施方式中作出改变，这些改变将落入由以下所附权利要求限定的本发明的全部预期范围内。

Claims (20)

1.一种组件，包括：
包括多个支撑构件(330)的方向盘(18)；
多个阻尼弹簧元件或垫圈(22)，每个阻尼弹簧元件或垫圈(22)保持在所述多个支撑构件(330)中对应那个内；以及
汽车部件(14)，其固定到所述方向盘(18)并定位在所述多个阻尼弹簧元件或垫圈(22)上。
2.根据权利要求1所述的组件，还包括：
多个安装构件(34a-c)，其从所述汽车部件(14)延伸以将所述汽车部件(14)固定到所述方向盘(18)，每个安装构件(34a-c)延伸穿过所述多个支撑构件(330)并固定到所述方向盘(18)。
3.根据权利要求1所述的组件，还包括：
喇叭开关(16)，其位于所述多个阻尼弹簧元件或垫圈(22)上，并保持在所述多个阻尼弹簧元件或垫圈(22)与所述汽车部件(14)之间。
4.根据权利要求1所述的组件，其中所述汽车部件(14)是安全气囊模块(14)。
5.根据权利要求2所述的组件，还包括：
固定到所述多个支撑构件(330)的附接机构保持线(20)，其中所述多个安装构件(34a-c)固定到所述附接机构保持线(20)，用于将所述汽车部件(14)固定到所述方向盘(18)。
6.根据权利要求3所述的组件，还包括：
多个阻尼弹簧隔离器或垫片(24)，每个所述隔离器或垫片(24)定位在保持线(20)与对应的阻尼弹簧元件或垫圈(22)之间。
7.根据权利要求1所述的组件，还包括：
包含在每个支撑构件(330)内的内环形表面(332)；
形成在每个所述内环形表面(332)的中间部分上的肋条(334)；以及
形成在每个阻尼弹簧元件或垫圈(22)的外周的中间部分上的凹槽(26)，其中所述相应的肋条(334)与所述相应的凹槽(26)配合以将每个所述阻尼弹簧元件或垫圈(22)保持在每个对应的支撑构件(330)内。
8.一种组件，包括：
包括第一多个环形支撑构件(330)的方向盘(18)；
多个环形阻尼弹簧元件或垫圈(22)，每个阻尼弹簧元件或垫圈(22)保持在所述第一多个环形支撑构件(330)中的对应的那个内；
包含上外壳(50)和下开关外壳(52)的喇叭开关组件(16)，所述下开关外壳包含第二组环形支撑构件(176)，其中所述第二组环形支撑构件(176)中的每一个固定在所述多个环形阻尼弹簧元件或垫圈(22)中的对应的那个上并与其同轴对齐；以及
包含多个安装构件(34a-c)且位于所述喇叭开关(16)上方的汽车部件(14)，每个安装构件(34a-c)固定到所述方向盘(18)以将所述汽车部件(14)固定到所述方向盘(18)。
9.根据权利要求8所述的组件，其中所述汽车部件(14)是安全气囊模块(14)。
10.根据权利要求8所述的组件，还包括：
固定到所述多个支撑构件(330)的附接机构保持线(20)，其中所述多个安装构件(34a-c)中的每一个固定到所述附接机构保持线(20)，用于将所述汽车部件(14)固定到所述方向盘(18)。
11.根据权利要求8所述的组件，还包括：
多个阻尼弹簧隔离器或垫片(24)，每个所述隔离器或垫片(24)位于所述下喇叭开关外壳(52)与对应的阻尼弹簧元件或垫圈(22)之间。
12.一种组件，包括：
包括多个中空支撑构件(330)的方向盘(18)；
多个阻尼弹簧元件或垫圈(22)，每个阻尼弹簧元件或垫圈(22)保持在所述多个中空支撑构件(330)中对应的那个内；以及
固定到所述方向盘(18)并悬挂在所述多个阻尼弹簧元件或垫圈(22)上的汽车部件(14)。
13.根据权利要求12所述的组件，还包括：
多个安装构件(34a-c)，其从所述汽车部件(14)延伸以将所述汽车部件(14)固定到所述方向盘(18)，每个安装构件(34a-c)延伸穿过所述多个中空支撑构件(330)中对应的那个并固定到所述方向盘(18)。
14.根据权利要求12所述的组件，还包括：
喇叭开关(16)，其位于所述多个阻尼弹簧元件或垫圈(22)上，并保持在所述多个阻尼弹簧元件或垫圈(22)与所述汽车部件(14)之间。
15.根据权利要求12所述的组件，其中所述汽车部件(14)是安全气囊模块(14)。
16.根据权利要求13所述的组件，还包括：
偏置于所述多个中空支撑构件(330)上的附接机构保持线(20)，其中所述多个安装构件(34a-c)中的每一个固定到所述附接机构保持线(20)，用于将所述汽车部件(14)固定到所述方向盘(18)。
17.根据权利要求14所述的组件，还包括：
多个阻尼弹簧元件隔离器或垫片(24)，每个所述隔离器或垫片(24)位于下喇叭开关壳体(52)和对应的阻尼器弹簧元件或垫圈(22)之间。
18.根据权利要求12所述的组件，其中所述多个阻尼弹簧元件或垫圈(22)包括多个阻尼弹簧(22)。
19.根据权利要求12所述的组件，其中，所述多个中空支撑构件(330)中的每一个具有环形表面(332)，且所述阻尼弹簧元件或垫圈(22)中的每一个具有对应圆周周缘，用于与所述环形表面配合。
20.根据权利要求28所述的组件，还包括：
形成在每个所述环形表面(332)上的向内径向延伸的凸台或肋条(334)；以及
形成在每个所述圆周周缘上的向外径向延伸的凸台或肋条(334)，用于与所述向内径向延伸的凸台或凹槽(26)中的一个配合，从而将所述多个阻尼弹簧元件或垫圈(22)中相应的那个保持在所述多个中空支撑构件(330)中对应的那个内。
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