CN1133246A - 机动车的可伸缩转向柱装置 - Google Patents

Abstract

一种机动车的可伸缩转向柱装置，包括：一方向盘，当其内充满气体时其材料硬度增加，内部气体排出时则弹性增加；及一与方向盘相连的转向柱装置，在车辆碰撞时，它可减小司机和方向盘相撞时的二次冲击，此时，该装置在随控制器的控制而变动的气体压力下纵向滑动，其有多个空心转向柱。若检测到碰撞，由于该装置可纵向缩短，司机和方向盘之间的距离加大。当方向盘内部气体排出时，其弹性对司机而言起气垫的作用。

Description

机动车的可伸缩转向柱装置

本发明涉及一种机动车的转向柱装置，更具体的说，涉及一种可伸缩转向柱装置，它能够在车辆碰撞时吸收并减少通过方向盘作用于司机的冲击。

图1是传统的方向盘10和转向柱20的分解透视图。方向盘10包括驾驶时由司机手握持的一轮缘12，将方向盘10的转向力传递给转向轴20的一轮毂14和连接轮缘12和轮毂14的一轮辐16。轮辐16和轮缘12用钢或轻合金的夹层来内部加强，而其外部塑有合成树脂。

同时，为了减轻当车辆碰撞时因方向盘10和司机的相撞而对司机的损伤，轮毂14和轮辐16被合成树脂包住以扩大和司机身体的接触面积。

车辆碰撞包括所谓的第一冲击，这里是指该车辆与另一车辆或类似物体的碰撞；以及由此而产生的二次冲击，即司机和方向盘的碰撞。二次冲击作用于司机的脸部或胸部，在车辆碰撞时司机经常由于脖颈折断而致死。因此，司机经受这种二次冲击的作用应被尽量减小以保护司机的生命。达到这种意图的通常作法是使用一种所谓的可伸缩的转向轴，其结构做成在受到强烈碰撞时缩短其总长度。

为了达到这一目的，已开发了一种可伸缩转向柱。减小在车辆碰撞时产生的二次冲击的公知的传统可伸缩转向柱如在美国专利No.5378021(日本实用新型申请No.4-21980)中已作披露，该专利于1995年1月3日授权于Mikio Yamaguchi等人，如图2至4所示。

图2是用来示明该美国专利的转向柱装置30的视图，该装置使用一能量吸收部件40。图3是沿图2中A-A向的剖视图，图4是用来说明用于图2和图3的能量吸收部件40的视图。

如图2和图3所示，该美国专利的伸缩式转向柱装置30包括一转向柱22，其内部插有一转向轴26和一能量吸收部件40。一方向盘10固定在转向轴26的前端，能量吸收部件40的后端42固定在转向柱22的外圆周面。其前端46由螺栓48和螺母50连接到固定于车身52的一支承架24上。

能量吸收部件40由一金属板冲压而成并具有横向波型构造44。

如果在碰撞时所产生的二次冲击沿如图2所示方向的力(F)作用于转向柱22，转向柱22则沿纵向移动。这时，其后端42支撑在转向柱22的外圆周表面而其前端46和支承架24相连接的能量吸收部件40在力(F)的作用下纵向收缩且横向(向上和向下的箭头方向)伸长，如图4所示。

引起能量吸收部件40这种伸长所必需的力增加不多。最终，转向柱22的向前位移平稳开始，随着转向柱22继续向前位移，能量吸收部件40纵向收缩并横向伸长而缓冲所述的力(F)。

更进一步，如图4所示，由于能量吸收部件40具有波型构造44，该能量吸收部件40的波型构造44的横向的伸长逐渐递减。使能量吸收部件40横向伸长所必需的力在初始阶段比较小，但是随着能量吸收部件40继续伸长，造成进一步横向伸长所必需的力比初始阶段所需的力要大。因此，能量吸收部件40的位移逐渐递减，以至于转向柱22的向前运动逐渐变小。

如上所述，该美国专利的伸缩式转向柱装置30通过能量吸收部件40缓冲车辆的冲击力以减小传递给司机的冲击。

但是，该美国专利的伸缩式转向柱装置30不能防止转向柱22朝司机方向运动。由于能量吸收部件40的塑性变形，此后它不能重新使用而应该更换新的。还有，由于方向盘10是钢制的，当车辆碰撞时，司机身体和方向盘10发生撞击，司机身体可能受到严重冲击。

本发明的目的是提供一种可伸缩的转向柱装置，在车辆碰撞时防止转向柱冲向司机，并且在司机和方向盘相撞时能够把作用到司机的冲击减至最小。

为了实现本发明的上述目的，在此提供一种机动车辆用可伸缩的转向柱装置，它包括：

一具有空心部分的方向盘，

一包括至少一个转向柱的转向柱装置，它可以沿纵向移动而且里面充有气体，所述方向盘固定在该转向柱装置上；及

为该转向柱装置和方向盘内部提供气体的控制装置，用以把该转向柱装置和方向盘的内部压力保持在一预定数值，当内部压力低于预定压力时用来报警并且通过检测到车辆碰撞而释放其内部气体。

当方向盘的空心部分充满气体时，该方向盘的硬度足以承受30个大气压。方向盘由一种当气体排出后具有足够弹性而缩陷的材料制成。

转向柱装置包括：方向盘固定在其上端的第一转向柱，与第一转向柱滑动联接的第二转向柱，与第二转向柱滑动配合的第三转向柱和第四转向柱，及在第一转向柱和第二转向柱的外圆周面固定一波纹管。

所述控制装置包括：一检测碰撞的碰撞传感器；一检测转向柱装置内部压力的压力传感器；一压缩和存贮气体的贮气罐；一端和贮气罐相连的第一管；一端和转向柱装置连通的第二管；一与第一管和第二管相连接的电磁阀，该阀用于供给或排出转向柱装置的气体并维持转向柱装置的内部压力；一个控制器，该控制器按照来自碰撞传感器和压力传感器的信号通过控制电磁阀而控制转动柱装置的内部压力；以及一由报警信号操作而用以向驾驶员警报的报警灯。

本发明的可伸缩转向柱装置使用压缩空气或氮气作为充注气体。

当车辆和某物碰撞时，控制器接收来自碰撞传感器的信号并且控制电磁阀使得转向柱装置内部的气体排出。随着气体的排出，转向柱装置的压力减小，第一转向柱和第二转向柱纵向降低。

因此，司机和方向盘之间的距离变长，这就使司机难于和方向盘发生撞击，而且，在碰撞时方向盘内部气体被排出使得方向盘富有弹性。因此，即使司机和方向盘相撞，对司机的损伤也减至最小，从而保护司机免受二次冲击。

本发明的可伸缩转向柱装置中的转向柱可沿其长度方向缩小以使司机和方向盘之间的距离变长。而且，方向盘的内部气体压力降低而增加弹性，其作用类似于一种能量吸收部件。

参考附图，通过对本发明最佳实施例的详细描述可使上述的发明目的及其优点变得更加明显，附图中：

图1是传统的转向柱和方向盘的分解透视图；

图2是使用能量吸收部件的传统的转向柱装置的视图；

图3是图2中沿A-A线所取的剖面图；

图4是用于图2和图3中的能量吸收部件的视图；

图5是按照本发明实施例的可伸缩转向柱装置的透视图；

图6是图5所示可伸缩转向柱装置中的控制器的方框图；

图7是图5中沿B-B线所取的剖面图；

图8是图5中沿C-C线所取的剖面图；

图9是图5中所示D部分的放大剖视图；及

图10是图5中所示E部分的放大剖视图。

在下文，参考附图将对本发明作详细的描述。

图5是按照本发明一实施例的可伸缩转向柱装置100的透视图，图6是图5所示可伸缩转向柱装置100的控制部分200的方框图。如图5和6所示，按照本发明优选实施例的可伸缩转向柱装置100包括：一方向盘110，具有多个空心转向柱的一转向柱装置120，例如和方向盘110相连接的第一转向柱130、第二转向柱140、第三转向柱150和第四转向柱160。

控制部分200向转向柱装置120提供气体以使转向柱装置120和方向盘110的空心部分维持恒压，还有，该控制部分200检测碰撞并排出方向盘110和转向柱装置120内部的气体以降低压力。

转向柱装置120包括：其上固定有方向盘110的第一转向柱130，第二转向柱140，它一端的外圆表面和第一转向柱130的内圆表面滑动联接；第三转向柱150，它和第二转向柱140另一端的内圆表面滑动联接；以及第四转向柱160，它和第二转向柱140另一端的外圆表面滑动联接。通过波纹管170使第一转向柱130和第四转向柱160的外圆表面处于气密密封状态。第一转向柱130、第二转向柱140、第三转向柱150和第四转向柱160制成为空心轴。

图7至10是第一转向柱130和第二转向柱140相互连接以及第二转向柱140和第三、第四转向柱150、160相连接的情况的剖面图。

第一花键132加工在第一转向柱130的内圆表面，并与第二转向柱140按预定长度滑动联接，第一凸缘134形成在相应于第一花键132的端部处。

第二花键142按预定长度加工在第二转向柱140上部的外圆表面，第二凸缘144形成在第二花键142的端部。第二花键142和第一转向柱130上的第一花键132滑动联接。第三花键146按预定长度加工在第二转向柱140下部的内圆表面而第四花键148按预定长度加工在其外圆表面。第三凸缘149形成在第三花键146和第四花键148的端部。

第五花键152按预定长度加工在第三转向柱150上部的外圆表面，第四凸缘154形成在第五花键152的端部。第三转向柱150上的第五花键152和第二转向柱140上的第三花键146滑动联接。

第六花键162按预定长度加工在第四转向柱160上部的内圆表面，第五凸缘164形成在第六花键162的端部。第六花键162和第三转向柱150上的第四花键146接合以便第四转向柱160和第三转向柱150滑动联接。

上述的第一转向柱130和第二转向柱140均被加工成具有内部空心轴的形状。第三转向柱150和第四转向柱160的内部空心轴的形状是下端封闭、上端开口。

如图7和图9所示，第一组滚珠190嵌在第一转向柱130上的第一花键132和第二转向柱140上的第二花键142之间。如图7所示，第一组滚珠190绕圆周方向以预定距离嵌入第一花键132和第二花键142之间，它们的运动受到第一凸缘134和第二凸缘144的限制。

第二组滚珠192绕圆周方向以预定距离嵌在第二转向柱140上的第三花键146和第三转向柱150上的第五花键152之间。第二组滚珠192的运动受到第三凸缘149和第四凸缘154的限制，如图8和图10所示。

同样，第三组滚珠194绕圆周方向以预定距离嵌在第二转向柱140上的第四花键148和第四转向柱160上的第六花键162之间。第三组滚珠194的运动受到第三凸缘149和第五凸缘164的限制。

固定在第一转向柱130上端的方向盘110包括：由司机手握持的一轮缘116，将方向盘110固定在第一转向柱130上的一轮毂112以及连接轮毂112和轮缘116的一轮辐118。轮辐116、轮毂112和轮辐118都具有内部空心部分114。方向盘110的空心部分114和转向柱装置120的空心部分相连，因此其内部也充注气体。

当充满气体时，方向盘110的挺度足以承受30多个大气压力，方向盘由聚氨酯、氯丁橡胶和尼龙之类的材料制成，当该内部压力降低时，可使方向盘110收缩，由此恢复其弹性而变得柔软。方向盘110所用材料的许用应力范围为30 PSI(磅/平方英寸)到100 PSI。

控制部分200包括：检测车辆碰撞以便产生一碰撞信号(CRASH)的一碰撞传感器210；检测转向柱装置120内部气体压力以产生一压力信号(PRESS)的一压力传感器220；存贮压缩气体的一贮气罐230；向转向柱装置120提供压缩气体以及把该转向柱装置120内部气体排向大气的一电磁阀240；接收来自碰撞传感器210的碰撞信号(CRASH)和压力传感器220的压力信号(PRESS)的一控制器250，其还控制电磁阀240以调节转向柱装置120的内部压力并产生报警信号(ALARM)；以及一报警灯260，该报警灯接收来自控制器250的报警信号(ALRAM)而报警。

碰撞传感器210安装在车辆前部或转向柱装置120前部并产生碰撞信号(CRASH)，压力传感器220安装在第三转向柱150的内圆表面内，它检测转向柱装置120的内部压力而产生压力信号(PRESS)。

贮气罐230和电磁阀240通过第一管232互相连接。第二管234的一端和电磁阀240相连，其另一端和第三转向柱150的内圆表面相连并穿过第三转向柱150和第四转向柱160。压缩空气或压缩氮气存贮在贮气罐230中。

报警灯260安装在方向盘110上或仪表板上(图中未显示)，如果转向柱装置120的内部压力低于预定值(最好为30个大气压)，报警灯260向司机报警这一情况。

在下文，将就上面所提到的按照本发明实施例的车辆可伸缩转向柱装置100的操纵和效用予以详细描述。

首先，当转向柱装置120内部压力为大气压力时，压力传感器220产生压力信号(PRESS)并将其传输给控制器250。与此同时，已接收到压力信号的控制器250控制电磁阀240使其打开。最终，存贮在贮气罐230里的压缩空气或氮气通过第一管232、电磁阀240和第二管234充入转向柱装置120。

如果气体充入转向柱装置120内部，其内的压力增加，第一转向柱130和第二转向柱140分别沿纵向移动。与此同时，气体也通过第一转向柱130流入方向盘110的空心部分124，使方向盘的刚度逐渐增加。

由于位于第一花键132和第二花键134之间的第一组滚珠190的运动受到第一和第二凸缘134、144的限制，所以由于转向柱装置120内部压力的增加已发生滑动的第一转向柱130停止运动。

同时，由于位于第三花键146和第五花键152之间的第二组滚珠192的运动受到第三凸缘149和第四凸缘154的限制，及位于第四花键148和第六花键162之间的第三组滚珠194的运动受到第三凸缘149和第五凸缘164的限制，第二转向柱140停止运动。

如果转向柱装置120的内部压力增加到预定压力，最好为30个大气压，控制器250接收压力传感器220的压力信号(PRESS)而关闭电磁阀240从而转向柱装置120的压力保持不变。

这样，如果转向柱装置120和方向盘110内部充满气体达到预定压力，方向盘110的刚度足以让司机进行驾驶操作，而转向柱装置120将方向盘110的转向运动传输给车轮。

如果车辆在运行时与其它车辆或障碍物相撞，安装在车辆前部的碰撞传感器210检测到车辆碰撞并产生碰撞信号(CRASH)及将其传送给控制器250。与此同时，已接收到来自碰撞传感器210的碰撞信号(CRASH)的控制器250控制电磁阀240打开以便向外排放已充入转向柱装置120和方向盘110内部的气体。

如果转向柱装置120和方向盘110内部的气体被向外排出，转向柱装置120和方向盘110的内部压力减小，方向盘110的弹性增加，第一转向柱130和第二转向柱140可滑动地沿纵向降低，最终，转向柱装置120沿纵向缩短而方向盘110变得富有弹性。

因此，当司机身体和方向盘110相撞时，由于方向盘110具有一相当大的弹性值使得司机减缓了来自方向盘110的冲击。与此同时，转向柱装置120沿纵向进一步缩短，减缓由于司机身体和方向盘110相撞引起的冲击，而使司机所受的冲击减至最小。这样一来，司机可以免受车辆的二次冲击。

此外，方向盘110和转向柱装置120的内部压力减小至预定压力，最好为30个大气压或者更低。

压力传感器220产生压力信号(PRESS)而将其传输给控制器250。已接收压力信号(PRESS)的控制器250产生报警信号(ALRAM)并启动报警灯260，以向司机报警并打开电磁阀240。这样一来，压缩气体充入方向盘110和转向柱装置120内部，以便它们内部的压力保持一预定值。

正如上面所述，本发明可伸缩转向柱装置减缓当司机和方向盘相撞时所引起的冲击，并使得冲击减至最小，这样，碰撞时，由于可伸缩转向柱装置的作用，使司机和方向盘的距离加大并使方向盘变软。

可以理解，不脱离本发明的范围和实质，其它各种形式的改进对本领域的普通技术人员而言都是显而易见并容易做出的。相应地，后附的权利要求书所要求保护的范围不仅仅局限于前面的描述，而应该覆盖所有体现在本发明中内在的专利性新特征，其中包括与本发明相关的被本领域的普通技术人员认为是等同物的所有特征。

Claims (9)

1、一种机动车的可伸缩转向柱装置，它包括：

一具有空心部分的方向盘；

一包括至少一个可纵向滑动的转向柱且里面充有气体的转向柱装置，所述方向盘固定在该转向柱装置上；以及

控制装置，用于向该转向柱装置和方向盘内部供给气体、把该转向柱装置和该方向盘内部的压力维持在预定标准、当内部压力低于预定压力时报警并且通过检测到车辆碰撞而释放所述的内部气体。

2、按照权利要求1所述的机动车的可伸缩转向柱装置，其中，当方向盘的空心部分充注气体时，该方向盘的硬度足以承受大约30个大气压，该方向盘由一种当气体排出后具有足够弹性而缩陷的材料制成。

3、按照权利要求1所述的机动车的可伸缩转向柱装置，其中，转向柱装置包括：

一第一转向柱，其两端是敞开的，方向盘固定在其上端，其下部的内圆表面加工有第一花键，第一凸缘在第一花键的端部形成；

一第二转向柱，其两端是敞开的，其上部的外圆表面加工出第二花键，而后者与第一花键滑动联接，第三花键加工在其下部的内圆表面，第四花键形成在其下部的外圆表面，第三凸缘形成在第三和第四花键的端部；

一第三转向柱，其一端是敞开的，其具有的第五花键形成在其上部的外圆表面并与第三花键滑动联接，第四凸缘形成在第五花键的端部；

一第四转向柱，其一端是敞开的，其具有的第六花键形成在其上部的内圆表面并与第四花键滑动联接，第五凸缘形成在第六花键的端部；还包括

一个波纹管，其第一端的内侧安装在第一转向柱下部的外圆表面上，其第二端的内侧安装在第四转向柱上部的外圆表面，从而密封住第一、二、三和四转向柱。

4、按照权利要求3所述的机动车的可伸缩转向柱装置，该转向柱装置还包括：

第一组滚珠，它们嵌在第一转向柱上的第一花键和第二转向柱上的第二花键之间；

第二组滚珠，它们嵌在第二转向柱上的第三花键和第三转向柱上的第五花键之间；以及

第三组滚珠，它们嵌在第二转向柱上的第四花键和第四转向柱上的第六花键之间；

由此，该第一转向柱的运动受到第一组滚珠、第一凸缘和第三凸缘的限制，该第二转向柱的运动受到第二组滚珠、第三组滚珠、第三凸缘和第四凸缘的限制。

5、按照权利要求3所述的机动车的可伸缩转向柱装置，其中的波纹管所用材料的许用应力为30 PSI到100 PSI。

6、按照权利要求1所述的机动车的可伸缩转向柱装置，其中的控制装置包括：

一碰撞传感器，它安装在车辆的前部，检测车辆的碰撞而产生碰撞信号；

一压力传感器，它安装在转向柱装置的内部，检测该转向柱装置的内部压力而产生压力信号；

一贮气罐，用于压缩和存贮气体；

一第一管，它的一端和该贮气罐相连；

一第二管，它的一端和该转向柱装置相连通；

一电磁阀，它的一端和第一管相连，另一端和第二管相连，它向该转向柱装置内部提供贮气罐中的气体并维持该转向柱装置内部压力为预定值以及排出该转向柱装置内部气体从而减小该装置的内部压力；

一控制器，当接收到来自碰撞传感器的碰撞信号时控制电磁阀而排出该转向柱装置内部的气体，当该转向柱装置的压力低于预定值时，通过接收来自压力传感器的压力信号来控制电磁阀而向该转向柱装置充入贮气罐里的气体，同时产生报警信号，当该转向柱装置的压力达到预定值时，通过接收来自压力传感器的压力信号来控制电磁阀而维持该转向柱装置的压力为预定值；以及

一向司机报警的报警灯，该报警灯由报警信号控制。

7、按照权利要求1所述的机动车的可伸缩转向柱装置，其中使用的气体为空气。

8、按照权利要求1所述的机动车的可伸缩转向柱装置，其中使用的气体为氮气。

9、一种机动车的可伸缩转向柱装置，包括：

一个具有空心部分的方向盘，所使用材料的许用应力为30 PSI到100 PSI；

一个两端敞开的第一转向柱，上端固定有方向盘，第一花键形成在其下部的内圆表面，第一凸缘形成在第一花键的端部；

一个两端敞开的第二转向柱，第二花键形成在其上部的外圆表面并与第一花键滑动联接，第三花键形成在其下部的内圆表面，第四花键形成在其下部的外圆表面，第三凸缘形成在第三花键和第四花键的端部；

一个一端敞开的第三转向柱，第五花键形成在其上部的外圆表面并与第三花键滑动联接，第四凸缘形成在第五花键的端部；

一个一端敞开的第四转向柱，第六花键形成在其上部的内圆表面并与第四花键滑动联接，第五凸缘形成在第六花键的端部；

一第一组滚珠嵌入第一转向柱上的第一花键和第二转向柱上的第二花键之间；

一第二组滚珠嵌入第二转向柱上的第三花键和第三转向柱上的第五花键之间；

一第三组滚珠嵌入第二转向柱上的第四花键和第四转向柱上的第六花键之间；

一个波纹管，其第一端的内侧安装在第一转向柱下部的外圆表面上而其第二端的内侧安装在第四转向柱上部的外圆表面上，从而密封住第一、二、三和四转向柱，该波纹管所使用的材料应能承受至少30个大气压；

一碰撞传感器安装在车辆前部用以检测车辆碰撞并产生碰撞信号；

一压力传感器安装在转向柱装置的内部用以检测第一、二、三和四转向柱的内部压力并产生压力信号；

一用于压缩和存贮气体的贮气罐；

一个一端和该贮气罐相连接的第一管；

一个一端和该转向柱装置相连通的第二管；

一个一端和第一管相连而另一端和第二管相连的电磁阀，用于向该第一、二、三和四转向柱内部供给贮气罐中的气体、维持该第一、二、三和四转向柱内部压力为预定值以及排出该第一、二、三和四转向柱内部气体而减小它们的内部压力；

一控制器，当接收到来自碰撞传感器的碰撞信号时，它控制电磁阀以便排出该第一、二、三和四转向柱内部的气体，当该转向柱装置的压力低于预定值时，通过接收来自压力传感器的压力信号，它控制电磁阀以便向该第一、二、三和四转向柱充入贮气罐里的气体，同时产生报警信号，当该第一、二、三和四转向柱的压力达到预定值时，通过接收来自压力传感器的压力信号，它控制电磁阀以维持该第一、二、三和四转向柱的压力为预定值；以及

一个向司机报警的报警灯，该报警灯由报警信号控制；

所述第一转向柱的运动受到第一组滚珠、第一凸缘和第三凸缘的限制，所述第二转向柱的运动受到第二组滚珠、第三组滚珠、第三凸缘和第四凸缘的限制。

Images