CN204077767U - 一种车辆转向操纵装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种车辆转向操纵装置，其包括方向盘、第一转向轴和第二转向轴，第一转向轴与方向盘连接且与方向盘同轴，第二转向轴与第一转向轴同轴，且通过第一轴连接机构与第一转向轴为可拆卸式连接。本实用新型的车辆转向操纵装置，将第一转向轴与第二转向轴设置成可拆卸式连接，在车辆发生碰撞事故导致方向盘卡住驾驶者时，可通过拆卸第一轴连接机构，使第一转向轴和方向盘能与第二转向轴分离，从而能够方便、快速取下方向盘，减轻方向盘对驾驶者造成的伤害，增加了逃生机会，提高了使用安全性。

Description

一种车辆转向操纵装置

技术领域

本实用新型属于汽车技术领域，具体地说，本实用新型涉及一种车辆转向操纵装置。

背景技术

随着社会经济的不断发展与进步，人们对驾驶汽车的安全性和智能化要求提出了更高的要求，传统的汽车转向主要由驾驶者控制转向盘来控制车轮的转向，对发生汽车碰撞事故时的安全性没有做过多的考虑。

实用新型内容

本实用新型旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本实用新型提供一种具有较高安全性的车辆转向操纵装置。

为了实现上述目的，本实用新型采取的技术方案为：一种车辆转向操纵装置，其包括：

方向盘；

第一转向轴，与方向盘连接且与方向盘同轴；以及

第二转向轴，与第一转向轴同轴，且通过第一轴连接机构与第一转向轴为可拆卸式连接。

所述第一转向轴一端插入所述方向盘中与其连接，另一端与所述第一轴连接机构连接。

所述第一轴连接机构包括设在所述第一转向轴上且为沿径向延伸的支座、与支座转动连接的棘爪和设在所述第二转向轴上且与棘爪配合的双向棘轮，双向棘轮与第二转向轴同轴，在第一转向轴朝向不同方向转动时，至少有一个棘爪推动双向棘轮。

所述棘爪设有两个，两个棘爪的旋转中心线同轴，且两个棘爪分别朝向所述支座的一侧延伸，所述双向棘轮上设有让棘爪嵌入的多个卡槽，且卡槽设置成能让棘爪转动进出的结构。

所述第一轴连接机构还包括与所述棘爪连接且用于对所述棘爪施加拉力使其卡入卡槽的第一弹簧。

所述方向盘包括方向盘本体和套在所述第一转向轴上的套管，套管且通过第二轴连接机构与第一转向轴连接；所述第二轴连接机构包括套设在所述第一转向轴上的传力环、沿第一转向轴的径向设置的顶杆和对顶杆施加推力的第二弹簧，传力环上设有容纳第二弹簧的第一凹槽，顶杆套在第二弹簧上，且顶杆一端插入所述套管的内圆柱面上设置的第二凹槽中。

所述传力环的外表面为与所述第一转向轴同轴的外圆锥面，所述套管远离所述方向盘本体的端部内部设有与第一转向轴同轴的内圆锥面，且该内圆锥面的小径端与传力环上的外圆锥面的小径端相对。

所述第一转向轴包括第一轴体和设在第一轴体端部的球头，球头插入所述方向盘本体中，所述套管包括与方向盘本体连接且与球头接触的球碗部、套在第一轴体上的柱体部和锥体部，柱体部位于球碗部与锥体部之间。

本车辆转向操纵装置还包括第三转向轴，第三转向轴包括与所述第二转向轴连接的第二轴体、套在第二轴体上的第三轴体和通过活塞杆与第二轴体端部连接的活塞，第二轴体的外圆柱面上设有外花键齿，第三轴体的内圆柱面上设有与外花键齿配合的内花键齿，第三轴体内并设有容纳活塞和液压油的活塞腔。

本实用新型的车辆转向操纵装置，将第一转向轴与第二转向轴设置成可拆卸式连接，在车辆发生碰撞事故导致方向盘卡住驾驶者时，可通过拆卸第一轴连接机构，使第一转向轴和方向盘能与第二转向轴分离，从而能够方便、快速取下方向盘，减轻方向盘对驾驶者造成的伤害，增加了逃生机会，提高了使用安全性。

附图说明

本说明书包括以下附图，所示内容分别是：

图1是本实用新型车辆转向操纵装置的结构示意图；

图2是第一轴连接机构的结构示意图；

图3是棘爪与双向棘轮的配合示意图；

图4是棘爪的结构示意图；

图5是第二轴连接机构与第一转向轴的装配图；

图6是第二轴连接机构与第一转向轴的剖视图；

图7是第一转向轴的结构示意图；

图8是方向盘的结构示意图；

图9是套管的结构示意图；

图10是第三转向轴的结构示意图；

图11是第二轴体的结构示意图；

图12是第三轴体的结构示意图；

图13是第三轴体的剖视图；

图14是液压系统的原理图；

图中标记为：

1、万向节；

2、第一转向轴；21、第一轴体；22、球头；23、第一键槽；

3、第一轴连接机构；31、支座；32、棘爪；33、双向棘轮；34、卡槽；35、第一弹簧；36、螺栓；

4、第二轴连接机构；41、传力环；42、顶杆；43、第二弹簧；44、第一凹槽；45、凸环；46、外圆锥面；

5、方向盘；51、方向盘本体；52、套管；521、球碗部；522、柱体部；523、锥体部；524、内圆锥面；525、第二凹槽；53、盖板；54、微型摄像头；55、驾驶证识别器。

6、第二转向轴；

7、第三转向轴；71、第二轴体；711、外花键齿；72、第三轴体；721、内花键齿；722、活塞腔；723、过液腔；724、容置孔；725、连通孔；726、第一过液孔；727、第二过液孔；73、上吊环；74、活塞杆；75、活塞；76、传动杆；

8、液压系统；81、油箱；82、单向变量液压泵；83、溢流阀；84、单向阀；85、换向阀；86、液控单向阀；87、电接触式压力表；88、溢流阀；89、电接触式压力表。

具体实施方式

下面对照附图，通过对实施例的描述，对本实用新型的具体实施方式作进一步详细的说明，目的是帮助本领域的技术人员对本实用新型的构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解，并有助于其实施。

如图1至图14所示，本实用新型一种车辆转向操纵装置，为车辆转向系统的转向器提供所需的操纵力，其主要包括依次连接的方向盘5、第一转向轴2、第二转向轴6和第三转向轴7。第一转向轴2是与方向盘5连接且与方向盘5同轴，第二转向轴6与第一转向轴2同轴，第二转向轴6并通过第一轴连接机构3与第一转向轴2为可拆卸式连接。将第一转向轴2与第二转向轴6设置成可拆卸式连接，在车辆发生碰撞事故而导致方向盘5卡住驾驶者时，可通过拆卸第一轴连接机构3，使第一转向轴2和方向盘5能与第二转向轴6分离，从而能够方便、快速取下方向盘5，减轻方向盘5对驾驶者造成的伤害，增加了逃生机会，提高了使用安全性。

具体地说，第一转向轴2的上端插入方向盘5中与其连接，下端通过第一轴连接机构3与第二转向轴6的上端连接。第一转向轴2是位于车辆的驾驶室内，将驾驶者作用到方向盘5上的力传递至第二转向轴6，第一轴连接机构3一方面确保第一转向轴2与第二转向轴6连接的可靠性，确保力能够传递，另一方面要为可拆卸的，方便驾驶者在出现事故时能够自救逃生。

作为优选的，第一轴连接机构3包括设在第一转向轴2上且为沿第一转向轴2的径向延伸的支座31、与支座31转动连接的棘爪32和设在第二转向轴6上且与棘爪32配合的双向棘轮33，双向棘轮33与第二转向轴6同轴，在第一转向轴2朝向不同方向转动时，至少有一个棘爪32推动双向棘轮33。如图2所示，支座31是固定设置在第一转向轴2的下端侧部，棘爪32通过螺栓36和螺母构件的紧固件与支座31的端部连接，如图4所示，棘爪32的一端设有让螺栓36插入的通孔，另一端与双向棘轮33配合。棘爪32可相对支座31转动，棘爪32的旋转中心线与第一转向轴2的轴线相平行。在本实施例中，棘爪32共设有两个，两个棘爪32的旋转中心线同轴，且两个棘爪32分别朝向支座31的一侧延伸。如图3所示，双向棘轮33是与第二转向轴6的上端连接成一体，且两者同轴，双向棘轮33上沿周向设有让棘爪32的端部嵌入的多个卡槽34，且卡槽34设置成能让棘爪32转动进出的结构。如图3所示，卡槽34为在双向棘轮33的外侧面上沿径向朝向双向棘轮33的内部凹入形成的弧形凹槽，且卡槽34在双向棘轮33的下端面形成有开口，便于取出嵌入卡槽34中的棘爪32。

如图2所示，第一轴连接机构3还包括与棘爪32连接且用于对棘爪32施加拉力使其卡入双向棘轮33上的卡槽34中的第一弹簧35，第一弹簧35也设有两个，两个第一弹簧35对称分布在支座31的两侧，分别与一个棘爪32连接。第一弹簧35为螺旋弹簧，第一弹簧35一端与支座31连接，另一端与棘爪32的中部连接，第一弹簧35对棘爪32施加拉力，使棘爪32始终嵌入双向棘轮33上的卡槽34中，并抵住双向棘轮33。棘爪32与双向棘轮33配合，从而能够将传递至第一转向轴2的力传递至第二转向轴6，而且在第一转向轴2朝向两个不同方向转动时，始终都有一个棘爪32能够推动双向棘轮33带动第二转向轴6转动。

当汽车发生碰撞事故，导致驾驶室变形而使方向盘5卡住驾驶者时，可通过反向扳动两个棘爪32，使棘爪32与双向棘轮33分离，从而可以使第一转向轴2与第二转向轴6分离，进而可以将第一转向轴2连同方向盘5一起拆掉，方便驾驶者逃生。

在本实施例中，卡槽34在双向棘轮33上沿周向均布有六个，在转向操纵装置使用时间过久导致棘爪32与双向棘轮33之间产生磨损间隙时，如若汽车行驶路况左转弯较多，则方向盘左转灵敏度会随间隙的增大而减小，此时可以把棘爪32从卡槽34中拉出，并通过转动第一转向轴2，当转动一定角度后，调节两个棘爪32至未出现磨损的卡槽34处，避免影响力的传递，提高工作可靠性。

方向盘5与第一转向轴2之间的连接方式有多种形式，如通过卡接或焊接连接成一体，在本实施例中，方向盘5是通过第二轴连接机构4与第一转向轴2连接成一体。如图8和图9所示，方向盘5包括方向盘本体51和套在第一转向轴2上的套管52，套管52与方向盘本体51固定连接成一体，且两者同轴，方向盘5由套管52通过第二轴连接机构4与第一转向轴2连接，套管52为两端开口、内部中空的构件。作为优选的，第二轴连接机构4包括套设在第一转向轴2上的传力环41、沿第一转向轴2的径向设置的顶杆42和对顶杆42施加推力的第二弹簧43，传力环41上设有容纳第二弹簧43的第一凹槽44，第一凹槽44为沿第一转向轴2的径向延伸的圆形凹槽，且传力环41的外表面上对应各第一凹槽44处设有一个圆柱形的凸环45，凸环45的中心孔与第一凹槽44同轴且孔径大小相等，且孔径最多与顶杆42的外直径大小相等。顶杆42为内部设有凹孔的圆柱形构件，凹孔并在顶杆42的一端形成让第二弹簧43插入的开口，顶杆42套在第二弹簧43上，且顶杆42的另一端插入套管52的内圆周面上设置的第二凹槽525中，从而可以使套管52与第一转向轴2连接，实现扭矩的传递。

如图5所示，传力环41为圆环形构件，传力环41的内径与第一转向轴2的外径大小相等，作为优选的，传力环41与第一转向轴2通过键连接，相应在第一转向轴2的外圆周面上设有第一键槽23，在传力环41的内圆周面上也设有键槽，通过键使两者紧配合在一起。传力环41上的第一凹槽44沿周向均布有多个，各第一凹槽44中插入有一个第二弹簧43，顶杆42套在第二弹簧43上，第二弹簧43为螺旋弹簧，第二弹簧43对顶杆42施加推力，将顶杆42推向套管52上的第二凹槽525中，传力环41上设置的凸环45可以对顶杆42起到导向作用，确保顶杆42的稳定性和提高扭矩传递的可靠性。

如图5和图6所示，传力环41上设置第一凹槽44的外表面为与第一转向轴2同轴的外圆锥面46，套管52远离方向盘本体51的开口端为锥孔，该锥孔内表面为与第一转向轴2同轴的内圆锥面524，且该内圆锥面524的小径端与传力环41上的外圆锥面46的小径端相对。在本实施例中，第一凹槽44沿周向均布有八个，第二凹槽525的数量与第一凹槽44的数量相等。

如图7所示，第一转向轴2包括圆柱形的第一轴体21和设在第一轴体21端部的球头22，球头22与第一轴体21同轴，球头22插入方向盘本体51上在中心设置的通孔中，套管52包括与方向盘本体51连接且与球头22接触的球碗部521、套在第一轴体21上的柱体部522和锥体部523，柱体部522位于球碗部521与锥体部523之间，且三者同轴，第二凹槽525设置在柱体部522的内圆周面上。柱体部522和锥体部523的内直径大于第一轴体21的外直径，且柱体部522的内直径大于传力环41的最大外直径。锥体部523的小径端与柱体部522连接，且小径端的直径与柱体部522的直径相等，锥体部523的中心孔为锥孔，内圆锥面524即为锥体部523的内表面。球碗部521为碗状的壳体，在方向盘本体51的下端托住第一转向轴2的球头22，在方向盘本体51的上端中心处设有一个盖板53，盖板53上设有一个与球头22接触的球壳部分，盖板53在方向盘本体51的上端盖住球头22，盖板53和球碗部521与方向盘本体51固定连接，从而可以实现第一转向轴2的球头22与方向盘本体51为球副连接，使两者之间可以发生一定角度的偏转。

在本实施例中，如图9所示，套管52内的第二凹槽525为方形凹槽，第二凹槽525的内切圆直径与顶杆42的外直径大小相等。当然，套管52内的第二凹槽525也可以设置成其它形状，如圆形等。

方向盘5与第一转向轴2通过第二轴连接机构4连接成一体，正常行驶时周布第二弹簧43顶着顶杆42插入第二凹槽525中，使方向盘5成扶正状态，此时方向盘5与第一转向轴2同轴；当车辆发生碰撞时，人身体惯性作用在方向盘5上的力大于顶杆42内的第二弹簧43的刚度时，则方向盘5相对于第一转向轴2能够发生偏转，吸收碰撞能量，减轻对人体造成的伤害；套管52内的内圆锥面524与传力环41上的外圆锥面46具有的锥度使方向盘5有足够大的偏转角。另外，根据不同车型驾驶室的空间和方向盘相对驾驶者的身体夹角的不同，可以通过调节两个锥面的锥度来调节发生碰撞时方向盘任意转向位置的偏转角度。

本车辆转向操纵装置的第三转向轴7可以作为输出操纵力的构件，与车辆转向系统的转向器连接，将操纵力传递至转向器，第三转向轴7通过一个万向节1与第二转向轴6的下端连接，实现扭矩的传递。

第三转向轴7的形式有多种，在本实施例中，第三转向轴7为长度可调节的传动轴，具体的，如图10至图13所示，第三转向轴7包括第二轴体71、套在第二轴体71上的第三轴体72和通过活塞杆74与第二轴体71端部连接的活塞75。第二轴体71为圆柱形的构件，其一端设有一个上吊环73，另一端设置活塞杆74，上吊环73一端在第二轴体71的端部中心处与其固定连接，另一端与万向节1连接，活塞杆74的一端在第二轴体71的另一端中心处与其固定连接，另一端设置活塞75。第二轴体71的外圆周面上沿轴向均布有多个外花键齿711，外花键齿711的长度方向与第二轴体71的轴线平行。第三轴体72内部设有一个让第二轴体71插入的容置孔724，该容置孔724为从第三轴体72的上端面朝向第三轴体72内部凹入形成的圆孔，在容置孔724的内圆周面上设有与外花键齿711配合的内花键齿721，通过外花键齿711与内花键齿721的配合，一方面使第二轴体71与第三轴体72可以相对滑动，另一方面可以使第二轴体71带动第三轴体72同步转动。第三轴体72的内部设有一个容纳活塞75和液压油的活塞腔722，该活塞腔722为圆柱形的腔体，活塞腔722与容置孔724同轴，活塞腔722并通过一个连通孔725与容置孔724连通，活塞75位于活塞腔722内，活塞杆74穿过连通孔725也插入活塞腔722内。活塞腔722内的活塞75由液压油驱动，在第三轴体72的内部还设有一个与活塞腔722连通且同轴的过液腔723，过液腔723的直径小于活塞腔722的直径，在第三轴体72的外圆周面上设有一个第一过液孔726和一个第二过液孔727，第一过液孔726沿第三轴体72的径向延伸至第三轴体72内部，并与过液腔723连通，第二过液孔727沿第三轴体72的径向延伸至第三轴体72内部，并与活塞腔722连通，且第一过液孔726和第二过液孔727分别位于活塞75的一侧。活塞杆74与连通孔725之间要确保密封，避免液压油泄漏。第三轴体72并与液压系统8连接，由液压系统8提供的液压油驱动活塞75在活塞腔722内移动，达到调节第三转向轴7的长度的目的。

液压系统8的原理图如图14所示，第三轴体72上的第一过液孔726和第二过液孔727用于连接油管，液压系统8包括油箱81、单向变量液压泵82、溢流阀83、单向阀84、换向阀85、液控单向阀86、电接触式压力表87、溢流阀88和电接触式压力表89。该液压系统8的液压回路由保压回路、卸荷回路和液压缸差速连接快速运动回路组成(换向阀为三位四通电磁换向阀，换向阀右位保压，中位卸荷，左位快速运动)。正常工作时，换向阀85右位接入回路，活塞75下降加压，当压力上升到电接触式压力表87上限触点调定压力时，电接触式压力表87发出电信号，换向阀85切换成中位，泵卸荷，第三转向轴7内的活塞腔722由液控单向阀86保压；当压力下降到下限触点调定压力时，换向阀右位重新接入回路，单向变量液压泵82又向第三转向轴7内的活塞腔722供油，使压力回升，这种保压回路能自动地向封闭的高压腔中补充高压油，保压时间长，压力稳定性高，压力波动不超过1～2MPa，保证了方向盘5的正常工作。当汽车发生碰撞时，换向阀左位接入，当电接触式压力表89超过设定值则发出电信号，换向阀切换至中位，卸荷，该回路因为第三转向轴7实现差动连接，活塞75快速运动，降低方向盘5的高度。(注：液控单向阀86的控制压力要大于溢流阀83的压力；电接触式压力表87、89的上限压力要小于溢流阀8的压力)

各回路液压油流动：保压回路为81-82-84-85右位-86-活塞腔722-85右位-81，卸荷回路为81-82-84-85中位-81)，快速运动回路为81-82-84-85左位-活塞腔722-88-活塞腔722。

将第三转向轴7设置成上述长度可调节的结构，在车辆发生碰撞，第三转向轴7内的活塞腔722内的液压油经第一过液孔726流出，卸荷，使第二轴体71能够朝向第三轴体72内部移动，缩短第三转向轴7的长度，从而使方向盘5可以收缩降低高度，扩大人体向前惯性空间，降低方向盘5对人体造成的伤害。正常驾驶时，液压油经第一过液孔726进入活塞腔722，把活塞75推至活塞腔722最上端，并保证活塞腔722内压力恒定，且该压力要大于正常驾驶时驾驶者作用在方向盘5上沿第三转向轴7的分力。

如图12所示，在第三轴体72的下端还设有一个传动杆76，该传动杆76是在第三轴体72的下端中心处与第三轴体72固定连接，传动杆76是用于将传递至第三转向轴7上的扭矩输出。

以上结合附图对本实用新型进行了示例性描述。显然，本实用新型具体实现并不受上述方式的限制。只要是采用了本实用新型的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进；或未经改进，将本实用新型的上述构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种车辆转向操纵装置，其特征在于，包括：

方向盘；

第一转向轴，与方向盘连接且与方向盘同轴；以及

第二转向轴，与第一转向轴同轴，且通过第一轴连接机构与第一转向轴为可拆卸式连接。

2.根据权利要求1所述的车辆转向操纵装置，其特征在于，所述第一转向轴一端插入所述方向盘中与其连接，另一端与所述第一轴连接机构连接。

3.根据权利要求1或2所述的车辆转向操纵装置，其特征在于，所述第一轴连接机构包括设在所述第一转向轴上且为沿径向延伸的支座、与支座转动连接的棘爪和设在所述第二转向轴上且与棘爪配合的双向棘轮，双向棘轮与第二转向轴同轴，在第一转向轴朝向不同方向转动时，至少有一个棘爪推动双向棘轮。

4.根据权利要求3所述的车辆转向操纵装置，其特征在于，所述棘爪设有两个，两个棘爪的旋转中心线同轴，且两个棘爪分别朝向所述支座的一侧延伸，所述双向棘轮上设有让棘爪嵌入的多个卡槽，且卡槽设置成能让棘爪转动进出的结构。

5.根据权利要求4所述的车辆转向操纵装置，其特征在于，所述第一轴连接机构还包括与所述棘爪连接且用于对所述棘爪施加拉力使其卡入卡槽的第一弹簧。

6.根据权利要求5所述的车辆转向操纵装置，其特征在于，所述方向盘包括方向盘本体和套在所述第一转向轴上的套管，套管且通过第二轴连接机构与第一转向轴连接；所述第二轴连接机构包括套设在所述第一转向轴上的传力环、沿第一转向轴的径向设置的顶杆和对顶杆施加推力的第二弹簧，传力环上设有容纳第二弹簧的第一凹槽，顶杆套在第二弹簧上，且顶杆一端插入所述套管的内圆柱面上设置的第二凹槽中。

7.根据权利要求6所述的车辆转向操纵装置，其特征在于，所述传力环的外表面为与所述第一转向轴同轴的外圆锥面，所述套管远离所述方向盘本体的端部内部设有与第一转向轴同轴的内圆锥面，且该内圆锥面的小径端与传力环上的外圆锥面的小径端相对。

8.根据权利要求7所述的车辆转向操纵装置，其特征在于，所述第一转向轴包括第一轴体和设在第一轴体端部的球头，球头插入所述方向盘本体中，所述套管包括与方向盘本体连接且与球头接触的球碗部、套在第一轴体上的柱体部和锥体部，柱体部位于球碗部与锥体部之间。

9.根据权利要求8所述的车辆转向操纵装置，其特征在于，还包括第三转向轴，第三转向轴包括与所述第二转向轴连接的第二轴体、套在第二轴体上的第三轴体和通过活塞杆与第二轴体端部连接的活塞，第二轴体的外圆柱面上设有外花键齿，第三轴体的内圆柱面上设有与外花键齿配合的内花键齿，第三轴体内并设有容纳活塞和液压油的活塞腔。