CN113518742B - 带有通过可熔联接件闭合的环的转向柱碰撞能量吸收器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种转向柱碰撞能量吸收器，其包括：‑形成环的可塑性变形的零件（4），‑在其上闭合该环的可熔联接件（40），‑第一紧固界面（41）和第二紧固界面（42），这些紧固界面与可熔联接件分隔开，并布置在环的两侧，该零件和可熔联接件布置成使得分别在第一紧固界面和第二紧固界面上沿相反方向的力的施加引发应力，该应力倾向于使环变形、使可熔联接件断裂、并在所述断裂后使环继续变形。

Description

带有通过可熔联接件闭合的环的转向柱碰撞能量吸收器

技术领域

本发明涉及车辆转向柱领域。更具体地，本发明涉及一种能量吸收装置，该能量吸收装置旨在安装在转向柱上，并被布置成在车辆正面碰撞的情况下吸收能量。

背景技术

转向柱除其他功能之外还可以保持方向盘在车辆中的位置。在事故期间，驾驶员可能会撞到方向盘。方向盘必须朝向仪表板位移以免伤害驾驶员。为了控制碰撞过程中的能量吸收，必须以受到控制的力进行该位移。

如今的机动车辆大多装有能量吸收系统，在尤其是驾驶员撞到方向盘的碰撞的情况下使用。根据车辆的配置，车辆制造商有时要求这种控制首先包括使方向盘移动的高的力，然后是在方向盘位移过程中的较低的力。因此，难点在于在碰撞开始时如何管理这种大的力。

大多数已知的装置包括添加可熔元件，该元件因此在碰撞开始时会断裂，且从而产生高的局部力。缺点是这种可熔元件需要特殊的操作才能将可熔元件装配到转向柱的滑动零件上。

其他已知的系统通过可塑性变形的带状碰撞能量吸收构件的特定形状和另一个柱部件之间的相互作用来操作以产生该力的峰值。缺点是力的峰值取决于两个部件之间的公差和对接，因此，所产生的力的公差是艰难地可管理的。

此外，不同零件之间的对接会导致接近，而这能导致由于车辆中的振动而产生的噪音。

发明内容

因此，本发明的目的是简化能量吸收系统的实现。

为此，本发明的第一主题涉及一种转向柱碰撞能量吸收器，包括：

- 形成环的可塑性变形的零件，

- 在其上闭合该环的可熔联接件，

- 第一紧固界面和第二紧固界面，这些紧固界面与可熔联接件分隔开，并布置在环的两侧，

可塑性变形的零件和可熔联接件布置成使得分别在第一紧固界面和第二紧固界面上沿相反方向的力的施加引发应力，该应力倾向于使环变形、使可熔联接件断裂、并在所述断裂后使环继续变形。

因此，这个吸收器由简单的环形成，环通过简单的联接件自我闭合。因此简化了它的实现。

此外，可熔联接件的设计和安装是在这种可塑性变形的零件上完成的。然后，将环的两侧紧固到转向柱的两个元件上就足够了，这两个元件在发生碰撞的情况下相对于彼此位移，第一紧固界面紧固到这些元件中的一个，第二紧固界面紧固到这些元件中的另一个。然后，控制主要取决于可塑性变形的零件，而不取决于与柱的其他零件的联接件。因此，柱的设计及其组装也得到简化。

可熔联接件的断裂将产生碰撞能量吸收峰值，断裂所需的能量增加了零件变形所需的能量。断裂之后，只有零件的变形会吸收碰撞能量。

通过阅读由附图示出且作为绝非限制性的示例给出的本发明的实施例的以下详细描述，本发明的其他特征和优点将变得更加清楚，其中：

- 可熔联接件是可塑性变形的零件的一部分，并且直接联接该可塑性变形的零件的两个其他部分；因此，可熔联接件的断裂使得另外两个部分保持与可塑性变形的零件成一体；因此，避免了自由断裂元件的产生，不然的话这样会有卡在滑动零件之间，并因此在碰撞期间干扰滑动零件位移的风险，这可能会阻塞系统；

- 环是长方形的，并且沿着轴线延伸，该轴线被称为环轴线，在第一紧固界面和第二紧固界面之间穿过，使得沿相反方向的所述力的施加可以基本上平行于该环轴线进行；因此，环可以以有限的空间需求容纳在转向柱的两个滑动零件之间；

- 可塑性变形的零件包括凸部和凹部，凸部容纳在凹部中以形成可熔联接件；因此，组装很简单，并且通过凸部从凹部中出来完成可熔联接件的断裂；

- 凹部包括凹座，凹座的入口包括收缩部，凸部包括布置在凹座中的头部，头部的宽度小于或等于凹部的宽度，但大于或等于收缩部的宽度，吸收器布置成使得可熔联接件因为头部从凹座中出来而断裂，头部从凹座中出来是由于凹座随着收缩部的松开而变形和/或由于头部的变形；

- 可塑性变形的零件由板材条带（bande de tôle）形成；该零件更容易实现；因此，它特别适合通过变形吸收碰撞；

- 凹座由板材条带第一端的凹口形成，凸部由板材条带第二端的切口形成；可塑性变形的零件的实现被进一步简化；

- 切口为凸部提供了承载所述头部的基部，该基部的宽度小于收缩部的宽度。

本发明的另一个主题是一种转向柱，其包括：

- 用于连接到车辆底盘的下基部，

- 可滑动地安装在所述下基部上的上管，以便一方面确保旨在连接到上管的方向盘的深度调节，另一方面确保在发生碰撞的情况下上管和下基部相对于彼此的滑动，

- 锁定机构，其布置成在第一状态下使上管在下基部上固定不动，并且在第二状态下允许所述滑动，

- 根据本发明的吸收器，其通过第一紧固界面紧固到上管，并通过第二紧固界面连接到下基部。

碰撞（尤其是正面碰撞）通常比锁定机构的使固定不动的力（force d'immobilisation）大得多。由于这种吸收器的作用，在发生碰撞的情况下，传递到上管的能量将导致其相对于下基部下降，从而导致可熔联接件断裂，随后可塑性变形的部分变形。因此，这种能量将首先被很强烈地吸收，然后逐渐被吸收。

在根据本发明的该转向柱中，转向柱的深度调节可以通过安装在下基部上并驱动无端螺钉的电动致动器来实现，上管的驱动螺母拧在该无端螺钉上，第二紧固界面紧固到所述驱动螺母上；因此，一旦进行调节，螺母就紧固在下基部上，并在发生碰撞时保持第二紧固界面；在可熔联接件断裂之后，第一紧固界面相对于第二紧固界面位移，使得可塑性变形的零件发生变形。

在本申请中，除非有相反的说明，术语“顶部”、“底部”、“下部”、“上部”、“正面”、“背面”、“前部”、“后部”、“横向”是指根据本发明的吸收器或根据本发明的转向柱在安装在车辆中后旨在具有的指向。

附图说明

本发明的进一步特征和优点将从以下非限制性实施例的详细描述中变得明显，为了理解这些实施例，请参考附图，其中：

图1示出了根据本发明示例性实施例的转向柱的透视图；

图2示出了根据本发明示例性实施例的碰撞能量吸收器的透视图，例如安装在图1的转向柱上的碰撞能量吸收器；

图3示出了图2的正视图；

图4示出了图1的转向柱在碰撞前沿着包括该转向柱纵轴的横向平面的剖视图；

图5a示出了图2的吸收器的可熔联接件在碰撞之前的侧视图；

图5b示出了与图5a相同的视图，但是在碰撞开始时，在碰撞能量吸收峰值时；

图6示意了图2的吸收器总成的碰撞吸收运动学；

图7是示出图1的转向柱中的碰撞能量吸收曲线的示意图。

具体实施方式

图1和图4示出了根据本发明示例性实施例的转向柱10。

在图1中，X轴对应纵轴，Y轴对应横轴，Z轴对应竖直轴。

该转向柱10包括方向盘轴杆1，也称为方向盘轴，其在图1右侧的端部用于接收方向盘。该方向盘轴杆1通过一个或多个轴承8紧固到上管2上，例如如此处所示。

此处转向柱10旨在通过柱支撑件（也被称为帽3）紧固在车辆中。

转向柱10包括下基部5，此处是管状的，特别是此处大致为矩形。该下基部5纵向平移固定地安装在帽3上，即沿转向柱轴线A平移固定，该轴线也对应于方向盘轴杆1的中心轴线。

因此，一旦转向柱10安装在车辆中，此处大致沿着图1所示的指向，帽3相对于底盘固定，下基部5相对于该底盘纵向平移固定。

此处，下基部5容纳在帽3中。

上管2可滑动地安装在所述下基部5上，以允许调节方向盘的深度。此处，上管2通过滑动式联接件装配在下基部5中。

根据本发明，该下基部5也可以安装在帽3上，从而可绕横轴R旋转移动。这允许调节方向盘的高度。

转向柱还包括碰撞能量吸收器4。

在图2和图3中单独示出了该吸收器4的示例性实施例。图4进一步具体地示出了该吸收器4如何安装在转向柱10中。

吸收器4包括两个紧固界面。第一紧固界面41紧固到上管2上，此处在上管2的外侧。第二紧固界面42连接到下基部5，并且通过锁定构件9可相对于该下基部5固定不动，此处是在锁定构件9的一侧上固定不动。

此处，吸收器4由单个零件形成，该零件是可塑性变形的零件。换言之，在该示例中，吸收器和可塑性变形的零件4形成同一个零件。

根据本发明，如在该示例中，该可塑性变形的零件4可以是以环的形式折叠在自身上的板材条带。为此，板材条带的两端可以通过可熔联接件40相互连接，从而闭合该环，吸收器因此由单个零件即板材条带形成。

此处，环是长方形的，并且沿着称为环轴线B的轴线在环的第一端45和环的第二端46之间延伸。像此处一样，这些环端45、46可以布置成半圆形，连接在图2和图3的顶部的环的外部平面部分和在图2和图3的底部的内部平面部分。外部平面部分承载第二紧固界面42，内部平面部分承载第一紧固界面41。

紧固界面41、42的平面形状允许通过将它们压到它们所紧固的零件上来实现更牢固的紧固。

如此处可以看到的，环轴线B在第一紧固界面41和第二紧固界面42之间穿过，第一紧固界面41和第二紧固界面42因此布置在环特别是环轴线B的两侧。

因此，在平行于该环轴线B的方向上，在这些紧固界面41、42上沿相反方向的力F1、F2的施加倾向于使环端45、46彼此远离，并对可熔联接件40施加应力。当锁定机构9使上管2在下基部5上固定不动时，通过趋向于将上管2压入下基部5的力来实现沿相反方向的力的施加。

在这个示例中并且根据本发明，通常该应力倾向于使可熔联接件40断裂并且使环变形，在这个意义上，在某个阈值之后，可熔联接件40断裂并且环变形。

在该示例中，转向柱10的深度可以电动调节。锁定机构9是用于调节上管2并使其在下基部5上固定不动的系统，因此可以从上管2固定不动的第一状态切换到上管2自由滑动的第二状态。

为此目的，锁定机构9包括电致动器6，该电致动器6的一侧紧固到下基部5，另一侧通过连接件紧固到所述第二紧固界面42。

此处该连接件包括无端螺钉7a和拧在无端螺钉7上的驱动螺母7b，无端螺钉7a的轴线平行于转向柱轴线A延伸。该无端螺钉7a由致动器6驱动旋转，从而驱动螺母7b沿无端螺钉7位移。

第二紧固界面42在此包括两个孔42a、42b，将第二紧固界面42紧固到驱动螺母7b上的紧固螺钉22a、22b穿过这两个孔。紧固螺钉22a、22b具有穿过下基部5的孔口51的部分，该部分布置成使得这些紧固螺钉22a、22b能够在该孔口51中滑动。

因此，在方向盘位置的深度调节（也称为轴向调节）期间，致动器6沿着无端螺钉7a位移驱动螺母7b。驱动螺母7b驱动吸收器4、上管2和方向盘轴杆1，它们在下基部5中被可滑动地引导。

一旦调节完成，致动器6停止，驱动螺母7b锁定在无端螺钉7a上。因此，上管2相对于下基部5固定不动。

一般来说，与此处一样，可熔联接件40被设计成使得可熔联接件40的断裂阈值大于在调节期间和/或在弱力期间（例如驾驶员倚靠在方向盘上）施加在该可熔联接件40上的力。

根据限定，该联接件40是可熔的，因为超过阈值它就会断裂。该阈值被选择为对应于碰撞，特别是在正面或背面碰撞的情况下由于驾驶员撞击方向盘造成的碰撞。

根据本发明，如在图示的示例中，可熔联接件40由板材条带的两端形成，板材条带的两端互锁，使得可熔联接件40的断裂需要这些端部中的至少一个的初始变形。

在这个示例中，这是通过一端形成凸部43而另一端形成凹部44来实现的。图5a以放大的方式示出了这个示例。

凹部44包括凹座44a，其入口44c（在图6中可见，在底部的图中）包括收缩部44b。

凸部43包括布置在凹座44a中的头部43a，头部43a的宽度（如图5a中的大双箭头所示）小于或等于凹座44a的宽度，但大于或等于收缩部的宽度。

此处，这些凸部和凹部43、44可以通过切割板材条带形成。

例如，凹座44a由板材条带的第一端中的切口形成。

凸部43可以由板材条带的第二端处的切口形成，从而为凸部43提供承载所述头部43a的基部43b，基部43b的宽度（如图5a中的小双箭头所示）小于收缩部44b的宽度。

吸收器4布置成使得由于凹座44a随着收缩部44b的松开而变形和/或由于头部43a的变形，头部43从凹座44a中出来时，可熔联接件40发生断裂。

在事故期间，驾驶员撞击方向盘，这种碰撞在转向柱10的方向盘轴杆1上沿着图4中的箭头C产生力。这个力被传递到吸收器4，此处是通过轴承8和上管2。由于第二紧固界面42相对于致动器6固定，因此相对于下基部5固定，因此只有当吸收器4变形时，上管2才能在下基部5内移动。

然后沿着转向柱轴线A以相反的方向施加两个力F1、F2。

碰撞开始时的力吸收峰值是通过可熔联接件40的断裂实现的。

此处，变形从一开始就开始，并且与可熔联接件40的断裂相结合。这使得由吸收器4形成的第一环端45开始展开，并使得凹部44沿着转向柱轴线A并朝向转向柱10的底部被推动，即沿着图5b中向左的箭头D。这使得此处连接到驱动螺母7b的凸部43进入连接到上管2的凹部44的收缩部44b。该收缩部44b通过形成凹部44的凹座44a的两个部分中的每一个的弯曲而引起变形，这两个部分沿着图5b中的上下箭头E彼此远离。这种变形一直持续到头部43a从凹座44a中出来。

允许头部43a从凹座44a中出来的这种变形因此与第一环端45的展开力累积在一起，并产生力吸收峰值。

从图6中可以看出，在碰撞之前的状态E1下，凸部43位于凹部44内；可熔联接件40闭合环。

在碰撞时，可熔联接件40如上文所述和图5b所示断裂，然后当上管2插入下基部5时，凹部44远离凸部43。因此，凹部44形成移动线，而凸部43形成固定线。

此处，这使得紧固界面41、42朝向彼此接近，并因此使得板材条带展开。这种展开发生在第一环端45，并引起其沿着板材条带移动。这种展开使得承载凹部44的第二环端46朝向转向柱10的底部（即朝向图6中的左侧）位移，而第二环端46没有明显的变形。

在状态E2和E3中可观察到的可熔联接件40断裂后的这种展开对应于更小和更逐渐的碰撞吸收。

图7允许显示在所述断裂期间的力吸收峰值P，接着是随后的逐渐吸收。作为示例，纵坐标示出了通过方向盘施加到上管2的力，单位为牛顿，横坐标示出了上管2在下基部5中的插入，单位为毫米。

所产生的力可以通过吸收器4的各种参数来控制，特别是：条带材料、厚度、凸部43的宽度、凹座44a的入口44c的宽度、弯曲变形区域的截面、凸部43和凹部44之间的摩擦系数。

此外，板材条带可以包括纵向凹槽47、48，其允许在环展开过程中调节吸收力。

优点是将力峰值吸收系统直接集成到吸收器4中，而不需要任何附加零件。通过改变所述吸收器4的一个参数，可以容易地调节用于不同车辆的力。

通过基于用于制造可塑性变形的零件的材料来调节凹部的开口宽度，对于批量生产也容易进行力的调节。

注意，第一紧固界面41可以如在该示例中那样还包括孔41a、41b，其用于通过螺钉21a、21b紧固到上管2。

根据本发明的变型，代替通过形成收缩部的凹部44的两个部分的弯曲而产生的变形，当凹部44在收缩部44内部通过时，在收缩部44位移时，可熔联接件10可以被布置成使得其基本上在凸部43的收缩变形的作用下或者甚至完全在这个作用下断裂。在这种情况下，形成收缩部44b的凹部44的两个部分的弯曲变形可以通过布置在凹部44外部的刚性零件来阻止，从而约束凹部44，使得凹座43a的入口43c保持其宽度。可以通过在头部43a中制造通孔来减小吸收力，从而有助于其挤压。

虽然此处凹部44是紧固到下管2的可移动部分，但是在未示出的替代实施例中，可熔联接件可以设置成凹部紧固到下基部，而凸部形成紧固到下管的可移动部分。

根据未示出的替代实施例，环可以布置成使得第一环端朝向柱的底部定位，而没有经历明显变形的第二环端朝向柱的顶部布置。因此，在断裂之后，第一环端将向下展开并远离第二环端，第二环端将被保持在紧固到下基部的位置。

应当注意，根据未示出的替代实施例，代替变形允许凸部从凹部中出来，可熔联接件可由可塑性变形的零件的小的局部部分形成，当置于足够的应力下时（特别是在碰撞时），该小的局部部分断裂。断裂后环是开放的并且在吸收器的展开期间具有彼此远离的两端。

Claims (10)

1.一种转向柱碰撞能量吸收器，其包括：

-形成环的可塑性变形的零件(4)，

-在其上闭合该环的可熔联接件(40)，

-第一紧固界面(41)和第二紧固界面(42)，这些紧固界面与所述可熔联接件分隔开，并布置在所述环的两侧，

所述可塑性变形的零件和所述可熔联接件布置成使得分别在所述第一紧固界面和所述第二紧固界面上的沿相反方向的力(F1、F2)的施加引发应力，该应力倾向于使所述环变形、使所述可熔联接件断裂、并在所述断裂后使所述环继续变形。

2.根据权利要求1所述的吸收器，其中，所述可熔联接件(40)是所述可塑性变形的零件的一部分，并且直接联接该可塑性变形的零件的两个其他部分。

3.根据权利要求1或2所述的吸收器，其中，所述环是长方形的，并且沿着轴线延伸，该轴线被称为环轴线(B)，在所述第一紧固界面(41)和所述第二紧固界面(42)之间穿过，使得沿相反方向的所述力(F1、F2)的施加可以基本上平行于该环轴线进行。

4.根据权利要求1或2所述的吸收器，其中，所述可塑性变形的零件(4)包括凸部(43)和凹部(44)，所述凸部容纳在所述凹部中以形成所述可熔联接件(40)。

5.根据权利要求4所述的吸收器，其中，所述凹部(44)包括凹座(44a)，凹座的入口(44c)包括收缩部(44b)，并且其中，所述凸部(43)包括布置在所述凹座中的头部(43a)，所述头部的宽度小于或等于所述凹部的宽度，但大于或等于所述收缩部的宽度，所述吸收器布置成使得所述可熔联接件(40)因为所述头部从凹座中出来而断裂，所述头部从凹座中出来是由于所述凹座随着收缩部的松开而变形和/或由于所述头部的变形。

6.根据权利要求1或2所述的吸收器，其中，所述可塑性变形的零件(4)由板材条带形成。

7.根据权利要求5所述的吸收器，其中，所述可塑性变形的零件(4)由板材条带形成，所述凹座(44a)由所述板材条带的第一端的凹口形成，并且其中，所述凸部(43)由所述板材条带的第二端的切口形成。

8.根据权利要求7所述的吸收器，所述切口为所述凸部(43)提供了承载所述头部(43a)的基部(43b)，所述基部的宽度小于所述收缩部(44b)的宽度。

9.一种转向柱，其包括：

-下基部(5)，其用于连接到车辆的底盘，

-上管(2)，其可滑动地安装在所述下基部上，以便一方面确保旨在连接到所述上管的方向盘的深度调节，另一方面确保在发生碰撞的情况下所述上管和所述下基部相对于彼此的滑动，

-锁定机构(9)，其布置成在第一状态下使所述上管在所述下基部上固定不动，并且在第二状态下允许所述滑动，

-根据前述权利要求中任一项所述的吸收器，其通过所述第一紧固界面(41)紧固到所述上管(2)，并通过所述第二紧固界面(42)连接到所述下基部(5)。

10.根据权利要求9所述的转向柱(10)，其中，所述转向柱的深度调节通过驱动无端螺钉(7a)的电动致动器(6)来实现，所述上管(2)的驱动螺母(7b)拧在该无端螺钉上，所述第二紧固界面(42)紧固到所述驱动螺母上。

Images