用于车辆十字轴总成的二级能量控制装置的制作方法

专利名称：用于车辆十字轴总成的二级能量控制装置的制作方法
技术领域：
本发明总体上涉及用于机动车的能量吸收装置及系统。更具体地说，本发明涉及用于控制机动车转向柱内的能量的能量吸收装置。
背景技术：
在机动车中，转向柱设计为在碰撞过程中溃缩，以减少传递到操作方向盘的车辆驾驶者的碰撞力。然而，转向柱以及其上的驾驶员安全气囊也能够用于将车辆驾驶者约束为阻止车辆驾驶者接触车辆挡风玻璃的程度。提供这种能量耗散的公知的转向柱总成可变形碰撞特性和设计有许多变化。例如，许多转向柱总成设置为响应于转向柱的溃缩使转向柱从其支承结构中 释放。当车辆驾驶者由于正面碰撞而对方向盘施加力时发生这种溃缩。在正面碰撞中，为减轻伤害，必须由作为约束系统一部分的任何或者全部约束器，例如安全带、安全气囊、以及转向柱，来控制乘员的能量。约束器必须针对车辆设计以减少不同速度下的碰撞伤害，并且为各种体量的乘员提供安全性，无论他们系或未系安全带。可变形和溃缩的转向柱总成是惯常的设计实例。这些总成的某些不同表现形式包括，例如，断开轴总成(breakaway shaft assembly)、破裂封壳(breakaway capsules)、以及能量吸收带(energy absorption straps)。参见专利号为 5，052，715、4，627，306、5，820，163、5，070, 741,5, 085, 467,4, 086, 825的美国专利，其皆已转让给本申请的受让人，其全部内容通过参考引用的方式并入本申请。在许多柱总成中，包括并入本申请的那些，上部祀状支架(upper rake bracket)或带片(straps)可以用作一级能量吸收和控制装置。在碰撞时，在施加到车辆十字轴总成(cross car assembly)的外力传递来的负荷冲击下,上部祀状支架和/或带片将变形和弯曲。在正面碰撞时转向柱的移位或滑动称为柱行程(column stroke)。具体地，柱行程是转向柱在被能量吸收和控制装置阻止前所滑动的距离量，这个距离可以在车辆方案与转向柱总成之间变化。柱行程可以受很多因素的影响，如车辆设计，车辆乘员在碰撞时系还是未系安全带，车辆驾驶者是第50百分位(约5英尺10英寸，185磅)还是第5百分位(约5英尺4英寸，105磅)的车辆乘员(基于一般人群的标准身高和体重的平均值的近似值)。如本领域技术人员可以理解的，给定车辆乘员的高度和重量，可知或者能够计算出在碰撞时平均水平的系安全带的乘员与平均水平的未系安全带的乘员相比施加到转向柱上多大力。当车辆驾驶者系安全带时，由于座椅安全带可以用于约束车辆驾驶者，生成大的柱行程以便与座椅安全带一起控制能量的车辆十字轴总成是理想的。可选地，当车辆驾驶者未系安全带并且因此没有被安全带约束时，理想的是限制柱行程以约束车辆驾驶者并且因此减小车辆驾驶者与车辆挡风玻璃的相互作用。例如，当在未系安全带碰撞模式下的碰撞测试中发生车辆驾驶者接触挡风玻璃时，这表示，相对于碰撞冲击以及其他间接因素，柱行程过大，以至响应于碰撞的最初正面碰撞的车辆驾驶者接触方向盘的力没有被有效地控制。这说明目前采用的现有能量吸收装置处于其设计极限。因此，在控制和限制柱行程的量以便更好地控制冲击能量的努力中，理想的是，在为第50百分比车辆乘员限制柱行程以及同时为第5百分比的车辆乘员保持胸部加速度和偏转之间达到平衡，并且控制冲击能量吸收以使其同时适合于系安全带和未系安全带的车辆乘员。因此需要提供二级能量吸收装置以进一步辅助控制和耗散车辆驾驶者与转向柱在碰撞过程中的动能。还需要提供二级能量吸收装置的设计，该设计适应于不同的车辆方案、易于制造和整合进车辆、并且制造和使用符合成本效益。

发明内容
在严重正面碰撞的情况下，使用二级能量吸收和控制装置提供额外的能量控制，以减轻车辆驾驶者与约束系统的抵接力量的冲击，这将是有益的。总体上，一级能量吸收和控制装置将首先变形，然后二级能量吸收和控制装置变形和弯曲，以进一步耗散车辆驾驶者抵接约束系统时的能量。根据不同的示例性实施实例，本发明的教导提供一种用于具有纵向轴线的车辆十字轴总成中的撑架(pencil brace)，该撑架具有足以抵接到车辆十字轴总成的组件的高度；足以跨越车辆十字轴总成预定部分的宽度；以及足以承受预定的冲击负荷的形状，该形状包括适于连接到车辆十字轴总成的车辆结构组件的一个或多个部分，其中撑架用于阻止车辆十字轴总成的第一组件沿纵向轴线移动。本发明的教导进一步提供一种撑架，其中车辆十字轴总成的第一组件是压缩支架(compression bracket),车辆结构组件是一组车辆十字梁座(beam shoes),其中车辆十字轴总成进一步包含柱轴(column shaft)、上部轴套、下部柱支架(lower column bracket)>以及上部耙状支架，其中，上部轴和上部套筒部分地并且可旋转地围绕柱轴，并且可以相对于车辆十字轴总成下部套叠地溃缩，其中压缩支架连接到上部耙状支架以部分地围绕上部套筒，并且其中上部耙状支架固定到车辆十字梁座，并且其中下部柱支架固定到车辆十字梁座。本发明的教导进一步提供一种撑架，其中车辆十字轴总成包括一级冲击能量吸收结构，该结构配置为在柱行程中的负荷冲击下变形和弯曲，并且其中，撑架配置为当存在未被一级冲击能量吸收结构控制的过度柱行程时在负荷冲击下变形和弯曲。本发明的教导进一步提供一种撑架，其中一级冲击能量吸收结构包括至少一个固定封壳(mounting capsule)和至少一个带片,该至少一个固定封壳配置为在柱行程中的负荷冲击下变形和弯曲。本发明的教导进一步提供一种撑架，其中撑架与柱轴的纵向轴线成角度地固定到车辆十字轴总成，并且其中该角度在碰撞时进一步促进撑架与车辆十字轴总成的第一组件的抵接。根据不同的示例性实施例，本发明的教导提供一种车辆十字轴总成，其包括位于上部轴套中的柱轴，上部耙状支架将柱轴安装到车辆支承结构；用于在车辆正面碰撞时变形以容许柱行程并控制碰撞能量的至少一个一级能量吸收和控制装置；用于作为二级能量吸收和控制装置并且用于在一级能量吸收和控制装置变形之后阻止或限制柱行程的撑架。本发明的教导进一步提供一种车辆十字轴总成，其中，在碰撞时，正面碰撞产生一个或者多个力，其中至少一个 一级能量吸收和控制装置根据设定的负载和距离首先变形，然后撑架根据任何剩余能量变形。本发明的教导进一步提供一种车辆十字轴总成，其中，撑架直接或者间接地安装到车辆支承结构。本发明的教导进一步提供一种车辆十字轴总成，其中使用至少一个一级能量吸收和控制装置将压缩支架安装到上部耙状支架，并且其中，当乘员施加力时释放至少一个一级能量吸收和控制装置。本发明的教导进一步提供一种车辆十字轴总成，其中，一旦一级能量吸收装置已经达到与压缩支架的预定距离，撑架阻止压缩支架的移动并且撑架变形以容许压缩支架的有限移动，该预定距离限定压缩支架撞击撑架之前发生的柱行程。本发明的教导进一步提供一种车辆十字轴总成，其中，将撑架安装为与压缩支架间隔开预定距离，该预定距离限定压缩支架撞击撑架之前发生的柱行程。本发明的教导进一步提供一种车辆十字轴总成，其中，以一定偏斜角度安装撑架。本发明的教导进一步提供一种车辆十字轴总成，其中在柱行程中撑架仅撞击压缩支架。本发明的教导进一步提供一种车辆十字轴总成，其进一步包括两个包括封壳和带片的一级能量吸收和控制装置。根据各种示例性实施例，本发明的教导提供一种在正面碰撞时控制车辆十字轴总成中的柱行程的方法，该方法包括通过一级能量吸收和控制装置吸收正面碰撞能量的步骤，该一级能量吸收和控制装置配置为在乘员施加力时变形；通过撑架吸收正面碰撞能量，该撑架用于作为二级能量吸收和控制装置以及用于阻止或限制柱行程，并且变形以控制超出一级能量吸收装置的任何剩余能量。本发明的教导提供一种方法，其进一步包含将至少一个一级能量吸收和控制装置安装到车辆十字轴总成的上部耙状支架，其中，一旦一级能量吸收装置已经达到与压缩支架的预定距离，则释放至少一个一级能量吸收和控制装置，该预定距离限定压缩支架撞击撑架之前产生的柱行程。本发明的教导提供一种方法，其进一步包含通过撑架阻止压缩支架的移动，或者当撑架变形时容许压缩支架的有限移动。本发明的教导的额外目的和优势将在以下的说明中部分地阐明，部分在说明中是显而易见的，或者可以通过本发明的教导的实践学习到。通过权利要求中特别指出的要素及其组合，可以实现和达到本发明的教导的各种目的和优势。应当理解，前述一般说明以及以下详细说明都仅仅是示例性和解释性的，并非对本发明的教导的限制。纳入并构成本说明书一部分的附图示出了本发明的教导的实施例，并与说明一起用于解释本发明的教导的原理。


至少部分特征和优势将从以下与其相符的具体实施方式
中变得显而易见，该说明应参照附图考虑，其中: 图1是包括根据本发明的教导制造的能量吸收装置的机动车的车辆十字轴总成的示例性实施例的透视图；图2是图1的车辆十字轴总成的示例性实施例的仰视图；图3是图1的车辆十字轴总成的示例性实施例的另一仰视图；图4是图1的车辆十字轴总成的示例性实施例的侧视图；图5是图1的车辆十字轴总成的示例性实施例的俯视图；图6是示出根据本发明的教导的撑架的示例性实施例的图解；图7是图6的撑架的示例性实施例的另一图解。尽管以下具体说明涉及说明性示例实施例，其很多替换、修改、以及变化对于本领域技术人员将是显而易见的。因此，应广义地看待要求保护的主题。
具体实施例方式现在将详细地参照各种实施例，其示例将在附图中示出。示出的示例性实施例并非为了限制本发明。相反地，本发明旨在覆盖替代、修改、以及等同物。在机动车辆中，转向柱典型地连接到刚性地固定到车辆结构的支承结构。如图1中所示出的，可以将车辆十字轴总成10固定到车辆支承结构，例如所示出的车辆十字梁
12。车辆支承结构可以是协助车辆结构加固的任何结构组件，并且优选为在车辆中横向安置，并因此不限于附图中示出的示例性的车辆十字梁12公开。可以预见，在特定示例性实施例中，车辆十字轴总成10可以如本领域技术人员能够理解地连接到其他车辆支承结构。在示出的实施例中，通过一组车辆十字梁座14、16帮助车辆十字轴总成10与车辆十字梁12的连接，车辆十字梁座14、16每个紧密`地装配支靠于车辆十字梁12。可以通过一个或多个已知的紧固机构将该组车辆十字梁座14、16固定到车辆十字梁12。如本发明所用的，术语“紧固件”、“紧固机构”或其变体指的是本领域已知的任何紧固件，包括但不限于粘合剂、销钉、M8紧固件、螺钉、螺栓、夹子、以及支架，其在附图中标示为“f”。车辆十字梁座14、16可以作为上部耙状支架，用以将车辆十字轴总成10连接到车辆十字梁12。车辆十字梁座14、16可以进一步促进例如其他车辆组件与另外的车辆支承结构或车辆十字轴总成10的连接和固定。车辆十字梁座14、16为周围结构提供稳定和支承。车辆十字梁座14、16可以由各种坚固材料制成，包括但不限于钢、铝、或聚合物。可以预见，可以使用其他上部耙状支架或者结构紧固组件将车辆十字轴总成10固定到车辆支承结构，例如所示的车辆十字梁12，车辆十字梁座14、16作为连接和固定装置的公开并不意味着限制。如图1-5中所示出，车辆十字轴总成10包括用于整体地抵接柱轴20的上部轴套22，柱轴20连接到方向盘(未示出)。上部轴套22部分地并且可旋转地围绕柱轴20，柱轴20可以位于上部轴套22内。在本发明的教导的特定实施例中，上部轴套22可以相对于车辆十字轴总成10的下部套叠地溃缩，车辆十字轴总成10的下部包括下部柱支架26以及柱轴20下部。正如对于本领域技术人员来说显而易见的，车辆十字轴总成10，特别是柱轴20周围的组件并且包括柱轴20，可以采用本领域已知的各种结构，因此，本公开不意味着限制。在本发明的教导的特定实施例中，使用例如已知紧固件f将下部柱支架26固定到车辆十字梁座14、16。下部柱支架26的构造是本领域公知的，其进一步说明在此认为是不必要的。当柱轴20固定到下部柱支架26时，柱轴20的下端可以连接到车辆十字梁座14、
16。通过使用例如已知紧固件f将车辆十字轴总成10固定到一组车辆十字梁座14、16，下部柱支架26进一步稳定车辆十字轴总成10。结构组件，例如图1-4中示出的压缩支架24，部分地围绕柱轴20并且位于靠近上部轴套22。如图1-4的示例性实施例中所示出的，上部耙状支架30连接到压缩支架24以部分地围绕柱轴20以及上部轴套22，并且沿柱轴20的轴线位于下部柱支架26与柱轴20通向方向盘(未示出)的端部之间。上部耙状支架30的构造在本领域是已知的，其进一步的说明在此认为是不必要的。如本领域技术人员可以理解的，可以预见，其他结构组件可以结合到车辆十字轴总成以代替本发明所述的压缩支架。上部耙状支架30以本领域技术人员公知的方式协助促进车辆十字轴总成10与车辆十字梁12的连接。例如，如图中所示出的，可以使用已知紧固件f将上部耙状支架30连接到车辆十字梁座14、16。上部耙状支架30还可以连接到压缩支架24以部分地围绕并进一步稳定车辆十字轴总成10。通过提供众多连接点，上部耙状支架30进一步促进车辆十字轴总成10与车辆组件(未示出)、例如支承结构和机械传动装置的各种连接。根据本发明的教导的特定实施例，车辆十字梁座14、16配合上部耙状支架30以及下部柱支架26的组合共同地将车辆十字轴总成10稳定并固定到车辆支承结构。可以预见，可以使用其他结构组件帮助稳定并支承车辆十字轴总成。上部耙状支架30可以连接到能量吸收和控制装置，例如固定封壳和能量吸收带。如以上简要提及的，如果发生正面碰撞，在受到来自碰撞的负荷冲击下，能量吸收装置将变形以在柱行程中耗散碰撞的动能。如图1-3中所示出的，一组固定封壳32、34可以连接到上部耙状支架30靠近方向盘(未示出)的边缘，并且在上部耙状支架30上间隔开，典型地在柱轴20的两侧。固定封壳32、34可以配置为配装在上部耙状支架30的边缘周围，例如具有或者不具有已知紧固件f的夹钳、收缩支架或夹子。例如，固定封壳32、34可以如图所示出地使用已知紧固件f装配为固定到上部耙状支架30的边缘。固定封壳32、34设计为在碰撞时保持固定，这样，容许上部耙状支架30相对于固定封壳移动并且也相对于车辆十字梁座14、16移动，以通过容许一定量的柱行程来吸收 碰撞能量而耗散能量。可以预见，其他的固定封壳结构也可以使用并且配装在上部耙状支架30边缘周围，本发明所述的示例性实施例并不意味着限制。固定封壳32、34可以用于固定安置于车辆十字梁座14、16和上部耙状支架30上的一组带片36、38。带片36、38可以延伸超出固定支架30的边缘，以使带片36、38的每一端形成环状，其将吸收来自负荷和变形的能量。带片36、38可以设计为任何已知结构，在图4中示出为承载环，承载环将在冲击下变形以在柱行程中耗散来自碰撞的能量。可以预见，可以使用其他带片结构以使带片36、38位于固定封壳32、34、上部耙状支架30、以及车辆十字梁座14、16周围，本发明所述的示例性实施例并不意味限制。在操作中，在碰撞产生负荷冲击的情况下，当车辆十字轴总成10在碰撞中移位时，固定封壳32、34可以在负荷冲击下变形。一旦固定封壳32、34已经达到最大负荷能力，上部耙状支架30可以从固定封壳32、34释放(例如通过在压力下崩开或断裂)，从而将负荷冲击传递到带片36、38。由于带片36、38承受负荷，其可以变形或弯曲，以容许上部耙状支架30沿着柱轴轴线移位和滑动，而车辆十字梁座14、16经历相对小的移位到无移位。在此滑动中，固定封壳32、34可以保持系留到车辆十字梁座14、16。除了一级能量吸收和控制装置，例如封壳、带片以及支架，二级能量吸收和控制装置也可以结合到车辆十字轴总成10，以在碰撞时提供额外的能量吸收。当碰撞过于剧烈以至于冲击负荷大于初级能量吸收和控制装置所能够吸收和控制时，二级能量吸收和控制装置是特别有益的。具体地，二级能量吸收装置能够在柱行程中协助控制冲击能量，以帮助控制正面碰撞时产生的柱行程的量。因此，一级能量吸收和控制装置，例如本发明所述的固定封壳32、34和带片36、38，接受初期冲击负荷并且通过变形和容许柱行程至少吸收其一部分。然而，在很多情况下，冲击负荷远大于一级能量吸收和控制装置可以处理的，其中，这些装置将在初期变形到最大可能程度，例如，达到或者超出设定负荷或者例如约IOOmm的距离。因此，根据本发明的教导的特定实施例，撑架40可以结合到车辆十字轴总成10中作为二级能量吸收装置，用以在柱行程中协助控制冲击能量。撑架40用于在柱行程中“捕获”压缩支架24的底面，并且在给定量值的力的情况下，在负荷冲击下变形和弯曲以吸收来自机动车中二级碰撞的能量。例如，继续上面的例子，当带片36、38承受增加的负荷时，连接到压缩支架24的上部耙状支架30可以继续沿柱轴轴线滑动，直到压缩支架24在带片36,38完全伸长和变形之前抵接到撑架40。撑架40设计为吸收由带片36、38传递来的来自初期冲击的力，同时还能够承受来自车辆驾驶者接触方向盘的任何剩余能量的冲击。以此方式，撑架40可以比一级能量吸收和控制装置牢固，原因在于撑架40可以承受由一级能量吸收和控制装置传递来的初期碰撞的负荷冲击，例如，来自未系安全带的车辆驾驶者碰撞方向盘的力。尤其是对于未系安全带的乘客，撑架40可以用于限制柱行程，以防止车辆驾驶者，特别是未系安全带的车辆驾驶者，撞击车辆挡风玻璃。基于许多不同的车辆(或方案)特性、转向柱、以及冲击时有利的柱行程特性，撑架可以设计为适应于的几种不同的车辆方案。其中，为给定车辆(或方案)调整撑架40可以使用的特性可以包括，撑架40的尺寸和形状、其制造材料、以及在车辆十字轴总成内的位置和布局。用于给定车辆(或方案)的适当撑架设计优最好考虑到有关能量吸收和控制的某些因素，例如，在碰撞时系或未系安全带的车辆乘员二者的安全性、车辆驾驶者的百分位数、以及碰撞的不同严重程度。很多时候，这种设计称为调整。如本发明所使用的，术语“调整”及其变体指的是，基于各种乘员类型和各种碰撞场景，为给定车辆方案中的给定转向柱设计调节撑架40。通常，撑架 40的调节发生在撑架40整合进车辆之前。然而，可以预见，一定量的调节可以发生在撑架40已经整合进车辆或者车辆十字轴总成以后。根据方案的预定参数，其优选包括同时为系安全带和未系安全带的乘员的设计目的，可以将撑架40调整为在特定方案中提供所需量的柱行程。撑架40也可以适应于其合并入的不同转向柱总成，并根据不同车辆(或方案)调整。撑架40可以调整为抵接车辆十字轴总成10内的不同结构，例如压缩支架24，以在需要时限制柱行程。撑架40可以调整为在一定时间或者在碰撞过程中某些事件之后，例如一级能量吸收和控制装置已经达到其对负荷冲击的最大容量之后或者对于给定的冲击力已经产生预定量的柱行程之后，承担冲击负荷。例如，通过将撑架40置于车辆十字轴总成10下部或其附近并且将撑架40设置为在柱行程中仅与压缩支架24进入抵接以限制压缩支架24的移动(并且因此限制柱行程)直到并且除非预定的冲击力引起撑架40将要变形，撑架40可以调整为承受冲击负荷并且在正面碰撞后的柱行程第二阶段中变形。在本发明的教导的各种实施例中，与引起固定封壳32、34和带片36、38变形所需要的力相比，使撑架变形需要更大的力。除撑架的安置之外，还可以通过改变撑架的位置、尺寸、和形状以及制成它的材料来实现撑架40的调整。还可以使用撑架40的直径和横截面形状，以及关于图4所述的撑架40偏斜角O，来调整撑架40。角度O可以由设置在平行于转向轴20轴线的结构、例如车辆十字梁14、16上的撑架40的基本垂直斜接来形成。可以根据需要调整角度O以适应于不同的车辆方案或转向柱总成。调整撑架容许车辆设计者选择撑架40抵接到压缩支架24之前产生的柱行程量，以及使撑架40变形所需力的量。撑架40可以由一种或多种坚固并且能够承受冲击负荷的材料以冲压或者以其他方式制成，这些材料包括但不限于钢、铝、或者聚合物。制造撑架40所选择的材料可以基于能量吸收和控制目标、重量考虑、以及材料的价格和可用性等因素在转向柱总成和方案之间改变。可以预见，其他制成撑架的方法也可以使用，例如压铸、模塑、或者其他公知工艺。在图1-5的示例性实施例中，使用公知紧固件f将撑架40连接到车辆十字梁座
14、16。可以预见，撑架40可以位于车辆十字梁座14、16上不同于图1-5中所示出的示例性位置的多种位置。本发明的教导替代地预期到将撑架40连接到车辆十字梁12——本发明未示出的不同的车辆支承结构一或者车辆十字轴总成10的刚性组件，例如下部柱支架26。通过撑架40的扁平端E (参见，例如图6)结合已知紧固件f来帮助撑架40的连接。可以预见，在其他示例性实施例中，撑架的端部形状和结构可以有变化，其也可以促进撑架与车辆结构的连接。根据本发明的教导的不同实施例，扁平端E可以具有孔，该孔能够协助促进撑架40与不同的车辆支承结构的连接和固定。根据撑架的设计以及其所结合到的车辆或车辆十字轴总成，扁平端E上包含的孔的尺寸、形状和数量可以改变。撑架40在车辆十字轴总成10内的安置方式是通常在实际放置入车辆之前确定的设计考虑，并且可以取决于车辆十字轴总成设计相关的许多因素，车辆的设计、制造和型号、以及与上述能量吸收和控制相关的其他因素，包括考虑到各种情况下、如至少车辆驾驶者系和未系安全带以及至少车辆驾驶者的不同百分位的最佳冲击能量控制。因此，根据撑架40在车辆十字轴总成10内最终放置的位置，撑架40配置为至少部分地控制车辆十字轴总成10的特定组件的移动量以及因此控制柱行程的量。如图1-4中示出的，撑架40可以沿柱轴20的纵向轴线位于上部耙状支架30和下部柱支架26之间。例如，在本发明的教导的特定实施例中，以如下方式成形和调整撑架40，即在正面碰撞中与压缩支架24抵接，以使撑架40可以在一级能量吸收和控制装置变形以后限制压缩支架24沿着车辆十字轴总成10轴线滑动的距离。在固定封壳32、34进而带片36、38不再能够承受冲击负荷并且变形以容许压缩支架24沿着转向轴20的轴线向下移动之后，撑架40的位置控制压缩支架24能够沿着柱轴20的轴线滑动多远距离。在车辆驾驶者碰撞方向盘的冲击过程中，与压缩支架24抵接后，撑架40设计为要么保持压缩支架24并限制柱行程，要么在方向盘的足够大的力之下随着增加的冲击负荷变形和弯曲，从而容许增加的柱行程和转向柱移动。由于撑架40可以沿车辆十字梁座14、16安装在不同的适当位置并且可以具有各种不同的形状、尺寸、以及材料，撑架40能够在方案之间调整，以调整撑架40的能量量值和容许的柱行程。 例如，如果处于第5百分位的乘员仅需要25_的柱行程，那么可以在对处于第50百分位的车辆驾驶者可能生成力的量进行预计的基础上来调整撑架40，从而通过调节撑架40将在25mm行程的哪一时间和空间点抵接到压缩支架24以控制处于第50百分位乘员的能量来控制容许量的柱行程。类似地，可以在对处于第5百分位的车辆驾驶者时可能产生的力的量值进行预计的基础上来调节撑架40，从而通过调节撑架40将在25mm行程的哪一时间和空间点抵接到压缩支架24以控制处于第5百分位乘员的能量来控制容许量的柱行程。当车辆驾驶者操作方向盘时，一级能量吸收和控制装置可以变形以防止对车辆乘员的伤害，然后撑架40可以逐步地抵制和吸收额外的碰撞能量，对车辆驾驶者提供受控的反作用力。具体地，在柱行程中，在任何一级能量吸收和控制装置变形以后，压缩支架24抵接撑架40并对其施加负荷。撑架40将阻止压缩支架24的移动，或者将在拉力下变形和受荷以吸收额外的碰撞能量。一旦达到来自碰撞的最大负荷量，转向柱24将不再有行程。因此，撑架40提供方向盘对车辆驾驶者的受控抵抗，逐步地吸收能量以防止方向盘对车辆驾驶者过度的反作用力，并且还用于以防止车辆驾驶者接触挡风玻璃的方式约束车辆驾驶者(并且尤其是未系安全带的车辆驾驶者)。总体上，撑架40设计为能够简单并且廉价地提供足够支承、安装强度、和稳定性，并且还能够适应于各种转向柱总成和车辆方案而不损失功能性。因此，除已经阐述的特性以外，撑架40还可以调整为具有高度h，从扁平末端E的底部到中心部分c的顶部边缘测得h，其足以抵接到车辆十字轴总成10的第一组件，例如压缩支架24，而又不抵接车辆十字轴总成的任何其他组件，例如紧固件或者其他结构组件。例如，在发生碰撞时，撑架40可以在柱行程中抵接压缩支架24，并且可以部分地控制及限制压缩支架24以及连接到压缩支架24的转向柱部分的滑动，并进一步协助耗散能量。撑架40可以具有宽度W，在每一扁平末端E的外端之间测得W，其足以横跨车辆十字轴总成10的预定部分，以使其可以安装到车辆十字轴总成10或者车辆支承结构的固定部分。例如，撑架40的宽度可以设计为容许撑架40能够恰当地安装到指定的结构组件，例如图中所示的车辆十字梁座14、16，同时跨越车辆十字轴总成10的宽度。还可以将撑架40成形、设计、并且安装为在碰撞中承受预定冲击负荷，使得撑架40用于阻止车辆十字轴总成10的第一组件、例如压缩支架24沿柱轴20的纵向轴线的移动。例如，撑架40可以设·计为具有一定的厚度/直径和横截面，其足以容许撑架40承受碰撞后在柱行程中接受到的冲击负荷，并且在施加预定负荷时变形到所需的量。撑架可以具有包含以下一个或者多个的横截面形状，例如圆形、椭圆形、矩形、方形、或者工字型。撑架40的材料可以整合入撑架40的调整过程。虽然示出的示例性撑架40具有给定的形状，撑架可以选择地具有U形、V型、圆弧形、方形或者其他角形弯曲的结构。可以选择撑架40的尺寸和形状，以容许撑架跨越车辆十字轴总成的特定组件，以阻止车辆十字轴总成的特定组件(例如，压缩支架24)的移动，并且连接一个或者多个车辆结构组件，例如车辆十字梁12或者车辆十字梁座14、16。撑架40可以具有足以承受预定冲击负荷的形状，其中形状可以包含适于连接到车辆十字轴总成的车辆结构组件的一个或多个部分。例如，如图6和7中示出的，撑架40可以具有间隔开距离d的扁平端E，以促进与车辆十字梁座14、16的连接。根据本发明的教导的特定实施例，撑架40的形状也可以可选地设计为在撑架一部分以及中央部分c和支腿部分I内包含凹口或掣子n，以提供增加的用于校正和调整的面积。通过调节撑架在冲击中变形的量和位置，凹口或掣子η可以用于调整撑架40。如图4中可以清楚地看出，撑架40的支腿部分I可以与柱轴20的纵向轴线具有预定偏斜角O。例如，在图4中，撑架示为相对于上部耙状支架30部分成角度O。偏斜角O可以容许调整撑架40，以使其中心部分c在柱行程中不在扁平末端E的正上方的位置抵接压缩支架24。这可以容许撑架40的扁平末端E连接到车辆十字轴总成10上撑架40预期抵接压缩支架24的位置以外的位置，这给予安装位置较大的灵活性。此外，支腿部分I的偏斜角可以调节撑架40抵接压缩支架24的位置，还可以调节撑架40变形前承受压缩支架24所施加力的强度。可以预见，在转向柱总成的可选结构中，根据本发明的教导的撑架可以改变尺寸、形状、位置和布局、以及其制造材料，以向其所位于的特定车辆提供最有效的能量吸收和控制。尽管本发明的教导已经以示例性实施例的方式公开以帮助更好的理解本发明的教导，应当理解，本发明的教导可以以不同方式实施而不脱离本教导的原理。因此，本发明的教导应当理解为包含可以实施而又不脱离权利要求所列出的本教导原理的所有可能实施例。为本说明书和所附权利要求的目的，除非另有指明，所有表示数量、百分比或比例的数字以及在说明书和权利要求中所使用的其他数值应当理解为在所有情况下由术语“约”修正。因此，除非相反指示，文字说明和权利要求中阐述的数字参数是近似值，其可以根据本发明的教导寻求获得的所需特性而变化。至少，并非限制对权利要求保护范围的等同原则的应用，每个数值参数至少应当按照所述有效位数字并且使用通常的四舍五入方法来解释。应当注意，如本说明书和所附权利要求中所使用的，单数形式“一个”、“某一”等包含复数形式，除非明确并毫不含糊地限制为一个对象。因此，例如，提到“一个传感器”包含两个或者更多不同的传感器。如本发明所用，术语“包括”及其语法变体旨在非限制性，这样，在列表中列举项·目·并非为排除可以取代或者加入列表项目的其他类似项目。对于本领域技术人员显而易见地，可以对本公开的系统和方法做出各种修改和变化而不脱离本发明教导的范围。通过考虑本说明书以及实践本发明公开的教导，本公开的其他实施例对于本领域技术人员来说将是显而易见的。本说明书以及本发明所述的实施例应理解为仅为示例性。
权利要求
1.一种用于具有纵向轴线的车辆十字轴总成中的撑架，其特征在于，该撑架包含 足以抵接到车辆十字轴总成的第一组件的高度； 足以跨越车辆十字轴总成的预定部分的宽度；以及 足以承受预定冲击负荷的形状，该形状包含适于连接到车辆十字轴总成的车辆结构组件的一个或者多个部分， 其中，撑架用于阻止车辆十字轴总成的第一组件沿纵向轴线移动。
2.根据权利要求I所述的撑架，其特征在于，车辆十字轴总成的第一组件是压缩支架，并且车辆结构组件是一组车辆十字梁座， 其中，车辆十字轴总成进一步包括柱轴、上部轴套、下部柱支架、以及上部耙状支架， 其中，上部轴套部分地并且可旋转地围绕柱轴，并且可以相对于车辆十字轴总成的下部套叠地溃缩， 其中，压缩支架连接到上部耙状支架以部分地围绕上部轴套，并且其中上部耙状支架固定到车辆十字梁座，并且 其中，下部柱支架固定到车辆十字梁座。
3.根据权利要求I所述的撑架，其特征在于，车辆十字轴总成包括一级冲击能量吸收结构，其配置为在柱行程中的负荷冲击下变形和弯曲，并且 其中，撑架配置为当存在未被一级冲击能量吸收结构控制的过度柱行程时在负荷冲击下变形和弯曲。
4.根据权利要求3所述的撑架，其特征在于，一级冲击能量吸收结构包括至少一个固定封壳和至少一个带片，至少一个固定封壳配置为在柱行程中的负荷冲击下变形和弯曲。
5.根据权利要求I所述的撑架，其特征在于，撑架与柱轴的纵向轴线成角度地固定到车辆十字轴总成，并且其中，该角度在碰撞过程中进一步促进撑架与车辆十字轴总成的第一组件的抵接。
6.一种车辆十字轴总成，其特征在于，包含 位于上部轴套中的柱轴，上部耙状支架将柱轴安装到车辆支承结构；安装到柱轴并且直接或者间接地安装到车辆支承结构的上部耙状支架； 至少一个一级能量吸收和控制装置，其配置为在车辆的正面碰撞中变形以容许柱行程并控制碰撞能量； 撑架，其用于作为二级能量吸收和控制装置，并且用于在一级能量吸收和控制装置变形之后阻止或限制柱行程。
7.根据权利要求6所述的车辆十字轴总成，其特征在于，撑架直接或间接地安装到车辆支承结构。
8.根据权利要求6所述的车辆十字轴总成,其特征在于,在碰撞时,正面碰撞产生一个或者多个力， 其中，至少一个一级能量吸收和控制装置根据设定的负荷和距离首先变形，然后撑架根据任何剩余能量变形。
9.根据权利要求8所述的车辆十字轴总成，其特征在于，使用至少一个一级能量吸收和控制装置将压缩支架安装到上部耙状支架，其中，当乘员施加力时释放至少一个一级能量吸收和控制装置。
10.根据权利要求9所述的车辆十字轴总成，其特征在于，一旦一级能量吸收装置已经达到与压缩支架的预定距离，撑架阻止压缩支架的移动并且撑架变形以容许压缩支架的有限移动，该预定距离限定压缩支架撞击撑架之前发生的柱行程。
11.根据权利要求6所述的车辆十字轴总成，其特征在于，将撑架安装为与压缩支架间隔开预定距离，该预定距离限定压缩支架撞击撑架之前发生的柱行程。
12.根据权利要求11所述的车辆十字轴总成，其特征在于，以一定偏斜角度安装撑架。
13.根据权利要求11所述的车辆十字轴总成，其特征在于，在柱行程中撑架仅撞击压缩支架。
14.根据权利要求6所述的车辆十字轴总成，其特征在于，进一步包含两个包括封壳和带片的一级能量吸收和控制装置。
15.—种在正面碰撞时控制车辆十字轴总成中的柱行程的方法，其特征在于，所述方法包含 通过一级能量吸收和控制装置吸收正面碰撞能量，该一级能量吸收和控制装置配置为在乘员施加力时变形； 通过撑架吸收正面碰撞能量，该撑架用于作为二级能量吸收和控制装置以及用于阻止或限制柱行程，并且变形以控制超出一级能量吸收装置的任何剩余能量。
16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，进一步包含将至少一个一级能量吸收和控制装置安装到车辆十字轴总成的上部耙状支架，其中，一旦一级能量吸收和控制装置已经达到与压缩支架的预定距离，则释放至少一个一级能量吸收和控制装置，该预定距离限定压缩支架撞击撑架之前产生的柱行程。
17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，进一步包含通过撑架阻止压缩支架的移动，或者当撑架变形时容许压缩支架的有限移动。
全文摘要
一种撑架，其结合到机动车的车辆十字轴总成作为二级能量吸收装置，用以协助控制能量以及控制碰撞引起的柱行程。
文档编号B62D1/19GK103253295SQ20131005012
公开日2013年8月21日 申请日期2013年2月8日 优先权日2012年2月15日
发明者肖恩·格雷森·戈登, 萨拉·贝斯·切特扎, 埃尔文·马蒂, 丹尼尔·布莱恩·博林杰, 伦纳德·安东尼·谢恩, 威廉·摩尔·舍伍德 申请人:福特全球技术公司