CN203472979U

CN203472979U - 液压式自适应转向管柱溃缩吸能系统

Info

Publication number: CN203472979U
Application number: CN201320548303.8U
Authority: CN
Inventors: 许思睿; 张永明; 岳法; 陈德利
Original assignee: BAIC Motor Co Ltd
Current assignee: BAIC Motor Co Ltd
Priority date: 2013-09-04
Filing date: 2013-09-04
Publication date: 2014-03-12
Anticipated expiration: 2023-09-04

Abstract

本实用新型提供一种液压式自适应转向管柱溃缩吸能系统，属于汽车生产制造技术领域。该液压式自适应转向管柱溃缩吸能系统，包括：固定在汽车车身上的管柱总成；与所述管柱总成固定连接的调节机构，所述调节机构包括：固定在所述管柱总成上的液压油缸；测量所述液压油缸出油口流量的流量传感器；测量所述液压油缸出油口压力的压力传感器；控制所述液压油缸出油口流量的控制阀；根据所述出油口流量计算溃缩量和根据所述出油口压力计算溃缩力、并操纵所述控制阀的电子控制单元。本实用新型的技术方案能够根据碰撞情况实时改变溃缩力，有效吸收碰撞产生的能量。

Description

液压式自适应转向管柱溃缩吸能系统

技术领域

本实用新型涉及汽车生产制造技术领域，特别是指一种液压式自适应转向管柱溃缩吸能系统。

背景技术

当汽车发生正面碰撞时，位于汽车前部的转向管柱及转向轴在碰撞力的作用下要向后即驾驶员方向运动。这种运动的能量应通过转向管柱以机械的方式予以吸收，防止或减少其直接作用于驾驶员身上，造成人身伤害。另一方面，在汽车发生正面碰撞时，驾驶员受惯性的影响有冲向方向盘的运动，驾驶员本身的运动能量一部分由约束装置如安全带、气囊等加以吸收，另一部分传递给方向盘和转向管柱系统，这部分能量也要通过方向盘及转向管柱系统予以吸收，以防止超出人体承受能力的碰撞力伤害驾驶员。

当前，转向管柱的溃缩吸能功能主要通过以下三个方面实现：

转向轴吸能：转向轴与转向轴套通过花键间隙配合传递转矩，转向轴上带有环形槽，环形槽内压入钢珠，当汽车发生正面碰撞时，碰撞力致使转向轴与转向轴套轴向剪切钢珠，产生轴向位移，从而起到吸能保护的作用。

套筒总成吸能：内套管与外套管之间压入一定数量的钢珠，内外套管通过钢珠相连，当受到的轴向冲击载荷超过临界值时内外套管通过剪切钢珠产生轴向位移，达到吸能的目的。

安装支架总成吸能：支架与塞块采用尼龙销连接，当受到的冲击载荷超过临界值时，剪断尼龙销从而达到吸能的目的。另外在支架与塞块之间采用制成特定形状的金属丝或板条元件连接，当其受到溃缩力时会展开、弯折或拉伸，以吸收能量。

以上技术存在的缺陷有：

一旦溃缩吸能结构制成，其溃缩特性一定，不能根据实际碰撞情况进行调节。而溃缩力与溃缩速度相关，当碰撞情况发生变化时，则溃缩力不能与设计状态相一致，溃缩吸能结构将不能有效地吸收碰撞产生的能量。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种液压式自适应转向管柱溃缩吸能系统，能够根据碰撞情况实时改变溃缩力，有效吸收碰撞产生的能量。

为解决上述技术问题，本实用新型的实施例提供技术方案如下：

一方面，提供一种液压式自适应转向管柱溃缩吸能系统，包括：

固定在汽车车身上的管柱总成；

与所述管柱总成固定连接的调节机构，所述调节机构包括：

固定在所述管柱总成上的液压油缸；

测量所述液压油缸出油口流量的流量传感器；

测量所述液压油缸出油口压力的压力传感器；

控制所述液压油缸出油口流量的控制阀；

根据所述出油口流量计算溃缩量和根据所述出油口压力计算溃缩力、并操纵所述控制阀的电子控制单元。

进一步地，所述管柱总成通过一销接结构和汽车车身销接，所述管柱总成通过安装支架固定在汽车车身上，所述安装支架上设有两个固定安装点。

进一步地，所述管柱总成包括：

与汽车中间轴连接的下轴；

通过轴承与所述下轴轴向固定的下轴筒；

与汽车方向盘连接的上轴；

通过轴承与所述上轴轴向固定的上轴筒；

所述上轴和下轴可沿轴向相对运动；

在所述调节机构松开时，所述上轴筒及上轴能够沿轴向移动一定距离；

当汽车发生碰撞时，缩紧的所述调节机构产生溃缩力使所述上轴筒及上轴移动一定的距离，到达极限位置后，所述上轴筒与所述安装支架一同带动所述液压油缸向下轴方向运动，所述液压油缸中的油液经出油口挤压至所述控制阀中，所述电子控制单元根据所述流量传感器和压力传感器采集的信号操纵所述控制阀的流通面积。

进一步地，所述液压油缸包括外缸筒、位于外缸筒内的内缸筒和位于内缸筒内的缸杆，

在正常情况下，所述外缸筒和内缸筒的缸体内腔充满油液，且所述外缸筒出油口被所述控制阀封死，油液无法向外流出，所述内缸筒及缸杆无法运动；

在汽车发生碰撞时，所述控制阀打开，所述内缸筒和所述外缸筒在外力下运动，所述缸杆的活塞带动油液运动，经所述内缸筒的径向内开小孔流入轴向导流孔中，再从径向外开小孔流向所述外缸筒中，最终流至所述出油口处。

进一步地，所述液压油缸还包括：

设置在所述缸杆和所述安装支架上固定安装点之间的减震垫。

进一步地，所述液压油缸还包括：

收集所述液压油缸推出的油液的油箱。

本实用新型的实施例具有以下有益效果：

上述方案中，液压式自适应转向管柱溃缩吸能系统在现有管柱基本结构的基础上，使用液压油缸作为溃缩吸能系统执行器，结合流量传感器、压力传感器、控制阀及ECU（电子控制单元）减轻溃缩曲线不受实际碰撞情况不确定性带来的影响，精确地按理想的设定曲线进行溃缩，同时减轻冲击，保证良好的车辆安全性能。

附图说明

图1为本实用新型实施例液压式自适应转向管柱溃缩吸能系统溃缩前的结构示意图；

图2为本实用新型实施例液压式自适应转向管柱溃缩吸能系统溃缩时的结构示意图；

图3为本实用新型实施例调节机构的结构示意图；

图4为本实用新型实施例液压油缸的结构示意图；

图5为本实用新型实施例液压油缸的剖面示意图；

图6为临界压力阈值区间示意图；

图7为控制阀关闭到开启的流程示意图。

附图标记

1外缸筒 2内缸筒 3缸杆

4减震垫 5控制阀 6油箱

7销接结构 8安装支架 9固定安装点

10液压油缸 11下轴筒及下轴 12上轴筒及上轴

13运动方向

具体实施方式

为使本实用新型要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

本实用新型的实施例提供一种液压式自适应转向管柱溃缩吸能系统，能够根据碰撞情况实时改变溃缩力，有效吸收碰撞产生的能量。

本实用新型提供了一种液压式自适应转向管柱溃缩吸能系统，包括：

固定在汽车车身上的管柱总成；

与所述管柱总成固定连接的调节机构，所述调节机构包括：

固定在所述管柱总成上的液压油缸；

测量所述液压油缸出油口流量的流量传感器；

测量所述液压油缸出油口压力的压力传感器；

控制所述液压油缸出油口流量的控制阀；

进一步地，所述管柱总成包括：

与汽车中间轴连接的下轴；

通过轴承与所述下轴轴向固定的下轴筒；

与汽车方向盘连接的上轴；

通过轴承与所述上轴轴向固定的上轴筒；

所述上轴和下轴可沿轴向相对运动；

进一步地，所述液压油缸还包括：

收集所述液压油缸推出的油液的油箱。

本实用新型的液压式自适应转向管柱溃缩吸能系统在现有管柱基本结构的基础上，使用液压油缸作为溃缩吸能系统执行器，结合流量传感器、压力传感器、控制阀及ECU（电子控制单元）减轻溃缩曲线不受实际碰撞情况不确定性带来的影响，精确地按理想的设定曲线进行溃缩，同时减轻冲击，保证良好的车辆安全性能。

下面结合附图对本实用新型的液压式自适应转向管柱溃缩吸能系统进行详细介绍：

如图1所示，转向管柱下轴筒与下轴通过轴承轴向固定，上轴筒与上轴通过轴承轴向固定，上下轴在无其它约束情况下可沿轴向相对运动，下轴筒与下轴11与汽车中间轴连接，上轴筒及上轴12与汽车方向盘连接。管柱总成通过三点与车身相连，即图1中的销接结构7和安装支架8，安装支架8上设置有两个固定安装点9，位于活塞杆的末端。液压油缸10的外缸筒与安装支架8焊接固定。正常情况下，可通过松开调节机构使上轴筒及上轴12沿轴向移动一定范围内的距离以使驾驶员能够舒适的操纵方向盘。当碰撞时，缩紧的调节机构将会产生一定溃缩力使上轴筒及上轴12移动一定的距离，到达极限位置后，上轴筒将与安装支架一同带动溃缩液压油缸10向下轴方向运动，此时活塞杆与缸筒发生相对位移，将其中的油液经出油口挤压至控制阀中，ECU（电子控制单元）将压力传感器和流量传感器分别采集的出油口压力、出油口流量信号进行处理，从而控制控制阀的流通面积，流通面积越小阻尼力越大即溃缩力越大。溃缩时的系统结构如图2所示，其中13为运动方向。

如图3所示，调节机构由液压油缸、流量传感器、压力传感器、控制阀、ECU组成。液压油缸作为系统的执行器；流量传感器测量油缸出油口流量，通过ECU处理可计算出当前溃缩量；压力传感器测量油缸出油口压力，通过ECU可计算出当前溃缩力；控制阀控制出油口流量从而控制溃缩力；ECU采集传感器信号并作预定处理工作，操纵控制阀动作。

如图4所示，液压油缸主要由外缸筒1、内缸筒2、缸杆3、减震垫4、油箱6组成。图5为工作时液压油缸的剖视图。在正常情况下，缸体内腔充满油液，且外缸筒出油口被控制阀5封死，油液无法向外流出，由于液体近似不可压缩，因此内缸筒及缸杆无法运动，可保证正常驾驶时方向盘的轴向稳定。在车辆发生碰撞，控制阀5的阀门打开时，缸筒在外力下运动，带动油液沿图5中双点划线箭头方向流动，具体流向为：缸杆3的活塞带动油液向图中右侧运动，经内缸筒2的径向内开小孔流入轴向导流孔中，再从径向外开小孔流向外缸筒中，最终流至出油口处。一般，由于缸杆3的活塞工作面积比内缸筒2的活塞工作面积小，因此缸杆先与内缸筒伸出，缸杆伸出完成后内缸筒才开始运动，其活塞将把剩余油液排出腔体。液压油缸的油箱6，可以收集液压油缸推出的油液，避免油液外泄至车内。

本系统的ECU控制环节包括由关闭至开启环节及预设定溃缩曲线跟踪环节。由于在整车碰撞中，管柱的溃缩力在初始阶段会出现急剧上升的阶段即冲击，其大小远高于静态试验中的数值，利用本系统可控溃缩力的特点，可减轻该影响。图6为两种碰撞情况下的油液出油口压力随时间变化的曲线示意图，其中压力临界上限是指将预定的转向管柱溃缩开启力换算为油缸出油口压力的值。而压力临界下限是为确定临界压力阈值区间而给定的压力值。图中曲线1比曲线2陡，即其压力上升梯度较大，可用该值作为判断是否将产生冲击的标准。

图7展示了控制阀由关闭至开启的控制流程，其步骤如下：程序开始后判断当前液压油缸出油口压力是否大于压力临界下限即是否进入临界压力阈值区间，若结果为假则返回等待下次压力传感器传回数据后再次判断；若结果为真则进入压力上升梯度的判断。此步骤中，若当前压力上升梯度大于预定义值，则判断当前已发生碰撞且有冲击的可能，此时立即开启控制阀至预定开度；若未达该值则进入判断是否到达临界压力上限阶段。若结果为真，表示已发生碰撞，需开启控制阀至预定开度，开始溃缩；若结果为假，则返回临界压力阈值区间的进入判断。

当完成控制阀开启流程后，将立即进入预设定溃缩曲线跟踪环节，ECU将根据流量传感器测量出的油缸出油口流量计算出当前溃缩量，通过压力传感器测量出的油缸出油口压力计算出当前溃缩力。通过这两个变量即可表示当前溃缩曲线上的点，与预设定溃缩曲线上对应点进行比较，可得到偏差值。此后通过PID（比例-积分-微分）等控制方法就可以完成预设定溃缩曲线跟踪，使整个溃缩过程都能不受实际碰撞情况不确定性带来的影响，精确的按理想的设定曲线进行，减轻碰撞冲击对溃缩力的影响，从而保证了良好安全特性。

此外，本系统具有较好的通用性，在不更换硬件的情况下，只需更改ECU中的程序参数即可完成不同车型的匹配。

以上所述是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims

1.一种液压式自适应转向管柱溃缩吸能系统，其特征在于，包括：

固定在汽车车身上的管柱总成；

与所述管柱总成固定连接的调节机构，所述调节机构包括：

固定在所述管柱总成上的液压油缸；

测量所述液压油缸出油口流量的流量传感器；

测量所述液压油缸出油口压力的压力传感器；

控制所述液压油缸出油口流量的控制阀；

2.根据权利要求1所述的液压式自适应转向管柱溃缩吸能系统，其特征在于，所述管柱总成通过一销接结构和汽车车身销接，所述管柱总成通过安装支架固定在汽车车身上，所述安装支架上设有两个固定安装点。

3.根据权利要求2所述的液压式自适应转向管柱溃缩吸能系统，其特征在于，所述管柱总成包括：

与汽车中间轴连接的下轴；

通过轴承与所述下轴轴向固定的下轴筒；

与汽车方向盘连接的上轴；

通过轴承与所述上轴轴向固定的上轴筒；

所述上轴和下轴可沿轴向相对运动；

4.根据权利要求3所述的液压式自适应转向管柱溃缩吸能系统，其特征在于，所述液压油缸包括外缸筒、位于外缸筒内的内缸筒和位于内缸筒内的缸杆，

5.根据权利要求4所述的液压式自适应转向管柱溃缩吸能系统，其特征在于，所述液压油缸还包括：

6.根据权利要求4所述的液压式自适应转向管柱溃缩吸能系统，其特征在于，所述液压油缸还包括：

收集所述液压油缸推出的油液的油箱。