轉向柱撞擊防護系統的製作方法

2023-05-21 04:20:26

專利名稱：轉向柱撞擊防護系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於機動車的具有轉向軸的轉向機構，如權利要求1前序部分所述。
用於機動車的轉向機構經常製成可以做相互位移的兩個部分，從而在正面撞車事故中避免轉向機構危及駕駛員，此時轉向機構在身體與方向盤相撞時發生變形，而且將撞擊能量吸收。在公知的機構中，通常是將容納方向盤側的轉向軸的轉向軸套管設置在一個殼體內，該殼體通過螺栓相對汽車底盤固定在預定位置上。所述螺栓的結構可保證在撞擊時，方向盤側的軸端與所連接的殼體託架沿軸向在夾緊狀態下移動一定的行程。撞擊能量通過夾緊機構相應地被吸收。為了在撞擊情況中得到均勻的能量吸收，還在縱向移動的軸段和汽車底盤之間設置了能量吸收元件。一種能量吸收元件是採用可斷裂板條構成的，例如參見英國專利說明書GB1390889。
公知的轉向柱撞擊防護系統的缺點是，一方面斷裂力不能在很寬的範圍內基本上獨立於能量吸收力確定。另一方面吸收特性也不能精確再現地預先確定。
本發明的任務是，提供一種用於轉向柱機構的撞擊防護系統，它可避免已有技術的缺點。該任務特別在於實現一種轉向柱撞擊防護系統，它可以實現確定的斷裂力，以及以可再現特性實現確定的能量吸收。此外，該機構具有高強度並且安裝簡單，能夠經濟地製造。
本發明對以上任務的解決方案體現在權利要求1的特徵部分中。從屬權利要求給出了其他有利的實施方式。
根據本發明，一種成本低而且結構緊湊的、具有能量吸收特性的撞擊防護系統的轉向柱機構的方案是，轉向軸設置在一個導向箱內，該導向箱與一個託架固定連接，其中託架側面具有凸緣形狀的滑動面，該滑動面例如通過螺栓夾緊在汽車底盤上。所述夾緊機構可在撞擊情況下，使轉向柱連同託架發生變形移動，例如移動若干釐米。所述能量吸收元件一方面與底盤固定連接，另一方面在發生能量吸收的地方經託架與轉向軸相連。所述吸收元件優選採用具有斷裂片的板件構成，所述斷裂片例如作為斷裂箍構成箍形，安裝在託架凸緣和底盤之間。這種實施例具有很大的優點，在底盤上的固定結構僅有兩個固定件，最好是兩個螺栓。這種方案大大簡化了結構，而且允許進行快速裝配，從而對總體成本產生有利的影響。螺栓的擰緊力矩最好在15-35Nm之間。這種非常簡單的結構方案特別是整個機構僅用兩個固定螺栓固定，沒有其他的託架結構，可用在一次性應用場合中，無需採用前面所述的專用斷裂件。在這種情況下，斷裂力和能量吸收之間的確定劃分並不十分明確，但是該機構能夠以很低的成本實現。為提高該機構的彎曲剛度，本發明建議，在夾緊件的範圍內設置附加裝置，它可使夾緊固定處在彈性範圍內。這種對轉向機構的彎曲夾緊可允許承受更大的負荷而變形率更小，即便託架裝置例如採用簡單的板材結構，通過衝壓和彎折等方法製成。這種託架結構與吸收元件的彎曲夾緊可實現具有足夠穩定性的簡單固定，例如僅用兩個螺栓在託架的每一邊固定。
所述彎曲夾緊的實現方式是，例如在滑動面之間，在與夾緊固定件隔開的地方設置隔離件，它在夾緊固定過程中實現彎曲夾緊。這種變形可以從幾十分之一毫米至幾個毫米。該結構可以設在軸線方向上，也可以設在固定件的側面。
在另一個有利的實施例中，其結構這樣實現，即在撞擊情況中斷裂力可使轉向軸位移並與能量吸收力分離。
所以夾緊部分在撞擊情況中立即分離，其中所謂的斷裂件發生作用，從而使撞擊能量在夾緊機構斷裂後基本上傳遞給能量吸收元件。該結構可實現能量吸收經確定的移動行程基本上不會受到不確定的夾緊力的影響，而且吸收作用可通過吸收元件的結構有針對性地事先確定。
所述的斷裂件的一個實施例是在夾緊固定件的範圍內實現的，其中大部分夾緊力作用在外殼託架和固定的底盤部分之間，所述夾緊固定件通過相互壓緊的平面部分的夾緊而相對於滑動方向有少許傾斜，也就是說，構成一個特定的楔角，從而在出現很短的移動行程時立刻減小初始夾緊力，其方式是兩個斜面部分根據角度傾斜量而作相對滑動。通過這種方式，可在撞擊發生時，產生了幾十分之一毫米的位移後，即造成夾緊機構斷裂，並且隨後的位移不會通過不確定的夾緊力決定。所述固定在轉向軸套管上的殼體託架通過一個斷裂箍與底盤相連。這種斷裂箍的結構主要確定了能量吸收特性的程度和過程。通過該斷裂片的相應尺寸選擇，可以按照保護駕駛員的最佳方式設計能量吸收特性。
另一種優選的結構是，在相互壓緊的滑動面範圍內，在平面的兩邊設置隆起，該隆起在一個很短的行程上相互支撐，使得滑動面主要由隆起的短距離接觸區構成，並且在發生位移時，即在斷裂的情況下，一個隆起在很短的行程之後，例如幾個毫米的行程，即從另一個隆起上滑落，從而在撞擊情況中產生所希望的斷裂。在該結構中，彎曲夾緊是通過選擇相應尺寸的滑動面部分而簡單地產生的，其方式是在夾緊固定機構通過彈性變形產生夾緊力，需要時直到實現相對設置的夾緊部分的確定製動。
在另一個特別簡單的優選實施例中，斷裂件的構成方式是，至少在所夾緊的平面部分的局部製成階梯狀相對設置的夾緊面，使得夾緊力在一個短的移動行程後消失。
下面對照附圖所示實施例對本發明作進一步的說明。


圖1表示本發明所述轉向柱夾緊機構的側視圖，圖1a表示本發明所述轉向柱夾緊機構的側視圖，圖中顯示的是變形測試時的裝配狀態，圖2表示圖1所示夾緊機構的剖視圖，圖2a表示夾緊固定部分的局部剖視圖，圖3a表示一個彎曲夾緊的夾緊面結構的局部縱向剖視圖，其夾緊面是傾斜的，圖3b表示圖3a所示夾緊機構的局部俯視圖，圖4表示的是撞擊力測量曲線圖，顯示出已有技術的特性曲線，圖5表示的是撞擊力測量曲線圖，顯示出斷裂件的特性曲線，圖6表示另一個彎曲夾緊的夾緊面結構的局部縱向剖視圖，其滑動面之間設置有作為隔離件的隆起，圖7表示另一個夾緊面結構的局部縱向剖視圖，其夾緊部位為階梯狀，圖8表示的是標準測試的測量曲線圖，顯示出已有技術的變形特性曲線，圖9表示的是標準測試的測量曲線圖，顯示出彎曲夾緊的夾緊機構的特性曲線。
一個具有轉向軸軸線1的轉向軸與方向盤2相連，並且安裝在一個導向箱3內，該導向箱如圖1所示，與一個固定託架6固定連接，例如採用夾緊方式。該導向箱3還可以作高度調整和/或長度調整。所述固定託架6固定在汽車底盤18上。軸1的結構可實現在撞擊時作回縮位移，而且所述託架6在撞擊情況中，大約在不超過50毫米的範圍內相對底盤18作縱向位移。所述託架6最好製成U形，並且至少部分地將所固定的導向箱3包圍。支承-導向件4例如通過固定件5固定在託架部分6之間。託架6的側面例如有設置在兩邊的滑動面8，該滑動面上有一個狹長縫20。該狹長縫構成滑動縫，其作用是容納固定件13、16、17，如螺釘或夾緊螺栓17(優選)。託架6最好製成板件，當其採用衝壓製造，而且作為彎曲件構成時，其製造成本最低。除了成本上的優點外，其另一個優點是，它的彎曲剛度例如比焊接結構的更高。
通過夾緊螺栓17可將託架6固定在底盤18上，其方式是在撞擊情況中，轉向軸連同導向箱3在滑動縫的長度範圍內可產生位移。為了使夾緊機構即便在很小的移動行程中立即斷裂，在滑動縫20的端部，在初始夾緊位置上設置了一個位於託架側的夾緊面22，其優點是以一個楔角15相對楔塊14傾斜布置。螺栓側是另一個楔形面22，它作為滑墊13同樣採用具有楔角15的斜面。所述滑墊13最好在移動的情況中能在滑動縫20內滑動。因為夾緊面相對於夾緊方向沒有處在90°的位置，所以即便在很短的移動行程中也可使夾緊力造成立即斷裂。合適的楔角為2°至15°，優選3°至8°。
託架6例如可直接用螺栓17固定在底盤18上，其中滑墊13最好在螺栓頭一側設置一個墊片21。在圖2中表示出該結構的剖視圖，其中顯示出在軸線1的兩邊與底盤18相互固定的優選方式。所述楔塊14可連同其楔面直接在託架6中加工而成。但是該楔塊也可採用更簡單和更精確的方法製造，即將其作為獨立的墊片形狀的零件製造，並固定在託架6上。
為了得到有確定定義的能量吸收特性，還設置有一個能量吸收元件9，該元件最好作為具有斷裂條和固定片9的板件構成。所述板件7優選採用固定箍7構成，它圍繞在U形託架6的上部位置，並且用託架6的夾緊機構固定在底盤18上，並保持在初始位置上。斷裂片9最好設置在斷裂箍7的上部平面U形的板件上。其中斷裂片9作為斷裂箍7的一部分彎曲壓在託架6上，使斷裂片9能相對託架固定，例如被夾緊或者通過焊接連接11固定。具有固定片9的斷裂條位於切口滑道之間，並且通過斷裂箍板材的材料厚度，通過材料強度以及通過具有相應滾動半徑的滾動寬度，進行調整。必要時例如也可改變滾動寬度，從而對吸收力的曲線圖加以改變。
以上所述的整個夾緊機構的結構是，斷裂箍7的滑動面12被夾緊在託架凸緣6、8和底盤18之間，其特殊的優點在於，無需聯合使用專門的斷裂件13、14、22、26、27、29。該結構可實現簡單方式的裝配，它具有低成本結構，良好的工作特性以及較高的結構穩定性，特別是該結構優選採用兩個螺栓17固定在底盤18上。
所述滑墊13如圖3a所示的結構是，在託架6相對於滑墊13移動時，滑墊在滑動縫20內的一部分可以滑動但不能扭轉。所述楔面22可在楔塊14和滑墊13之間移動，此時它起到斷裂件的作用，相互分離並造成夾緊機構斷裂，其中的夾緊力或能量吸收是通過斷裂條決定的。
所述斷裂箍7在固定範圍內最好是兩邊具有板舌結構，它位於底盤18和託架6的滑動凸緣面8之間並通過螺栓17固定在底盤18上。在撞擊情況中，託架6連同楔塊14的最大移動量等於滑動縫長度20，所述楔塊從固定的滑墊13上脫離，同時斷裂箍7保持不動，而固定在託架部分6上的斷裂片9則發生斷裂。為了在滑墊13和斷裂箍7之間建立無間隙連接，在斷裂箍7上的孔最好具有翻邊16，使得滑墊13與翻邊16相連，見圖2a所示。圖3b表示出該結構的俯視圖，其中可以看到滑動縫20。如果如圖3a所示在滑動面8、12之間設置隆起26、27，則所述滑動面將被隔開一定間隔，並且可以在夾緊區內被壓緊，從而使各零件之間產生彈性彎曲夾緊。這種彎曲夾緊可大大提高該機構的穩定性。因此可以製成更節省材料和更小的結構。所述隆起26、27可以單面設置在託架一側或者設置在斷裂箍一側，但也可以作為中間層構成。它必須相對夾緊固定件17隔開一定間距，從而允許產生彈性夾緊。所述隆起26、27例如可以構成凸臺形狀。彎曲夾緊的方法也可以用在沒有上述斷裂件22、26、27的結構中。但是採用一種組合結構是能夠經濟地實現所述功能的。
另一種改進斷裂特性的再現性的方案是，所述夾緊面22，即傾斜的滑墊表面13和楔塊表面14經過特定的表面處理。所述表面處理可以是有目的地拉毛和/或鍍膜和/或潤滑。
夾緊螺栓的擰緊力矩最好用力矩測定裝置設定在15至35Nm的範圍內。在圖4中表示出所測量的斷裂力特性的斷裂曲線圖，其行程為45mm，其中的螺栓以25Nm的擰緊力矩緊固。在圖中還可看出，斷裂力超過9000N，並且在大約5mm的較長行程後才下降，但是有一個相對較高的約6000N的殘餘夾緊力一直保持不確定的作用，直到45mm的行程結束。在同樣的測試條件下，圖5表示出的曲線圖是圖1所示結構的特性。所述螺栓同樣設定在25Nm的力矩上。斷裂力達到6000N，而且在大約1mm的確定行程之後立即陡降，從而使具有傾斜表面的斷裂件的斷裂力，在45mm的整個行程上均勻保持低於2000N的較低水平。在本發明所述裝置中，在短暫的斷裂過程之後，吸收能量可以通過吸收元件，優選採用斷裂片以確定的、可再現的和可預定的方式設定，例如預先規定能量吸收力為1200至5500N。
另一種合適的實現斷裂件的方案見圖6所示，其中例如在滑動面8、12之間設置有隆起26、27，從而使滑動面在初始位置上保持從幾十分之一毫米至大約3毫米的微小距離。所述隆起26、27基本上對稱布置在滑動面的兩邊，其位置可使所述隆起相對夾緊在一起，從而產生很短的滑動面12，該滑動面在移動的情況下，也就是說在撞擊情況中會相互滑落，因此在毫米級的短距離範圍內將使夾緊力作用消失，使得能量吸收由吸收元件7、9、11以確定的方式完成。這種隆起例如可以製成凸臺形狀，並用螺栓固定件17固定在軸線縱向的兩邊。但是根據對夾緊力摩擦力和移動行程以及整個裝置的尺寸的要求，也可以設置若干個並排或順序排列的凸臺狀隆起，並且構成階梯狀或者設置在一個傾斜的表面上。在本實例中，滑墊13例如是採用簡單的墊片實現的。但是也可以將這種凸臺結構設置在滑墊13的範圍內。這種斷裂件的結構可以採用簡單的方式確定尺寸，使其以彎曲夾緊的方式裝配，見圖6所示。
在圖7中表示了另一個極為有利和簡單的斷裂件實施例。在該實施例中，滑墊13和初始楔塊14的相互靠在一起並夾緊的表面不是楔形的，而是階梯形的。這種分級的階梯狀結構可定義出斷裂行程。這種結構可以採用非常簡單和低成本的方式實現。以上所述各種類型的斷裂件可以採用相互組合在一起的方式。而且該裝置與隔離件26、27組成彎曲夾緊的結構也是有利的。
轉向柱25可通過本發明所述彎曲夾緊的固定裝置承受較大的力Fv，橫向偏移量f1、f2在方向盤2的相應力的作用下可保持較小。在圖1a中表示出一種具有相應結構的轉向柱裝置25。其中轉向柱25被固定在底盤18的兩個位置23、24上。
當方向盤2作用在轉向軸上的垂直力Fv為600N時，在已有技術的實例的校正測試中，所測得的偏移量f1、f2為±2毫米。在本發明所述的採用彎曲夾緊以及板件結構的夾緊裝置中，在測量條件相同的情況下，其偏移量f1、f2均小於±2毫米，這滿足了當前所要求的硬特性指標。在圖9中，採用本發明所述的彎曲夾緊結構，在作用力相同的情況下其偏移量小於±1.8毫米。
權利要求
1.用於機動車的轉向機構，具有一個由導向箱(3)導向的轉向軸，所述導向箱與一個託架(6)採用夾緊方式連接，其中的託架具有至少一個沿軸線(1)布置的滑動面(8)，所述託架相對底盤(18)允許有一個移動行程(20)，並且設置有夾緊件(13,16,17)，用於在移動行程(20)的初始位置上將託架(6)軸向固定在底盤(18)上，本發明的特徵是，在所述夾緊件(13,16,17)的範圍內設置其他裝置(26,27)，使得託架(6)相對於夾緊件和底盤(18)以彈性方式被夾緊。
2.如權利要求1所述的轉向機構，其特徵是，所述夾緊件(7,17,18,21)具有一個螺紋件(17)，最好在軸線(1)的兩邊各有一個螺紋件(17)，其擰緊力矩最好為20至30Nm。
3.如權利要求2所述的轉向機構，其特徵是，為在螺紋件(17)軸線方向上隔開，在託架表面(8)和位於對面的表面(7,18)之間設置了一個隔離件(26,27)，在擰緊狀態下，在所述夾緊件(7,17,18,21)之間產生彈性方式的夾緊。
4.如權利要求3所述的轉向機構，其特徵是，所述隔離件(26,27)在軸線方向(1)上設置在螺紋件(17)的兩邊，最好每邊至少有一個沿縱向設置和/或每邊設置有若干個。
5.如權利要求4所述的轉向機構，其特徵是，所述隔離件作為隆起或凸臺(26,27)構成，最好壓到一個斷裂箍(7)和/或託架滑動面(8)內。
6.如以上權利要求中任何一項所述的轉向機構，其特徵是，所述夾緊件(13,16,17)在初始位置的至少一個局部範圍內含有一個具有夾緊面(22)的斷裂件(13,14,29,30)，從而在託架沿軸線方向(19)移動時減小夾緊力。
7.如權利要求6所述的轉向機構，其特徵是，所述斷裂件(13,14,29,30)具有階梯形的夾緊面(29,22)，最好有至少兩個階梯(29)。
8.如權利要求6所述的轉向機構，其特徵是，所述斷裂件(13,14,29,30)在滑動面(8)和底盤(18)之間具有在初始位置上，以上下成對方式布置的隆起(26,26′,27,27′)，使得託架一側的隆起(26,27)在移動的情況下，從底盤一側的隆起(26′,27′)上滑落。
9.如權利要求8所述的轉向機構，其特徵是，至少設置兩對所述隆起(26,26′,27,27′)，並且在軸線方向(1)上有夾緊件(17)位於其間，其中所述隆起(26,26′,27,27′)最好構成凸臺狀，而且位於隆起之間的表面(12)最好構成傾斜形狀，特別是靠在一個傾斜的表面上。
10.如以上權利要求中任何一項所述的轉向機構，其特徵是，所述託架(6)與一個相對底盤(18)固定的能量吸收件(9,10)相連，最好與一個斷裂片(9,10)相連。
11.如以上權利要求中任何一項所述的轉向機構，其特徵是，所述託架(6)將導向箱(3)夾緊，並且在兩邊具有用於在底盤(18)上夾緊固定的滑動面(8)和裝置(13,16,17)，其中所述夾緊固定最好採用螺紋方式。
12.如以上權利要求中任何一項所述的轉向機構，其特徵是，所述斷裂片具有一個滑動面(7,12)，並且該滑動面最好位於底盤(18)和託架滑動面(6,8)之間。
13.如以上權利要求中任何一項所述的轉向機構，其特徵是，所述夾緊面(22)作為環形墊片構成，其中上部墊片(14)固定在託架(6)上，下部墊片(13)作為滑墊(13)用夾緊件固定在底盤(18)上。
14.如以上權利要求中任何一項所述的轉向機構，其特徵是，所述滑動面(8)在託架(6)內具有一個滑動縫(20)，用於夾緊件(16,17,13)的導向定位。
15.如以上權利要求中任何一項所述的轉向機構，其特徵是，對至少一個夾緊面(22)進行表面處理，如鍍膜、拉毛或潤滑。
16.如以上權利要求中任何一項所述的轉向機構，其特徵是，所述託架(6)作為板件構成，最好是彎曲件或衝壓件，特別是作為皺壁板件構成。
17.如以上權利要求中任何一項所述的轉向機構，其特徵是，所述能量吸收件(9,10)作為斷裂箍(7)構成，並且最好通過夾緊件(17)直接固定在底盤(18)上並緊密連接。
全文摘要
本發明涉及一種用於機動車的轉向機構,具有一個由導向箱(3)導向的轉向軸,所述導向箱與一個託架(6)例如採用夾緊方式連接,其中的託架具有至少一個沿軸線(1)布置的滑動面(8),在撞擊時所述託架相對底盤(18)允許有一個移動行程(20),並且設置有夾緊件(13,16,17),用於在移動行程(20)的初始位置上將託架(6)軸向固定在底盤(18)上。在滑動面(8,12)之間設置有將所述夾緊件(17)隔開的隔離件(26,27),它可在夾緊時在固定裝置上產生彎曲夾緊,以提高裝置的穩定性。
文檔編號B62D1/19GK1301224SQ99806184
公開日2001年6月27日 申請日期1999年5月17日 優先權日1998年5月22日
發明者K·馬克塞爾, M·馬克塞爾, C·盧茨 申請人:克魯普·普裡斯塔公司