转向管柱、转向系统、车辆以及转向管柱溃缩的控制方法与流程

本发明涉及交通工具领域，具体而言，涉及一种转向管柱、转向系统、车辆以及转向管柱溃缩的控制方法。

背景技术：

目前，为了保证驾驶者的驾驶安全，车辆的转向系统一般会包括方向盘、与方向盘连接的转向管柱以及转向器。转向管柱的溃缩力来源于内外套管的铆压及中间轴的花键槽注塑等机械结构，其溃缩力仅能保证在一定范围内，而无法精确提供溃缩力限值，其溃缩力一致性差；此外，被动式的溃缩结构无法在车辆碰撞时准确合理的提供溃缩力，也无法准确主动的控制溃缩距离，应用上述结构的车辆仍会出现溃缩距离过大或过小等问题，因此对驾驶员保护仍旧不足，对驾驶员的保护性差。

技术实现要素：

本发明的主要目的在于提供一种转向管柱、转向系统、车辆以及转向管柱溃缩的控制方法，以解决现有技术中的转向管柱的保护性能差的问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种转向管柱，包括：输入轴，与第一转向装置连接并同步转动；外套管，套设在输入轴外侧，外套管与输入轴之间相对转动地设置，且外套管与输入轴在轴向方向上相对位置不变；内套管，套设在外套管与输入轴之间，内套管与外套管在轴向方向上能够相对滑动，且内套管与外套管之间在周向方向上相对位置不变；电磁装置，设置在外套管上；控制装置，当控制装置未接收到预碰撞信号时，电磁装置对内套管施加第一吸引力以使内套管与外套管在轴向方向上相对位置不变，当控制装置接收到预碰撞信号时，控制装置控制电磁装置，以使电磁装置对内套管施加第二吸引力，第二吸引力小于第一吸引力，内套管与外套管在轴向方向上发生相对滑动，当外套管滑动至预定位置时，控制装置控制电磁装置对内套管施加第一吸引力。

进一步地，转向管柱还包括：传感装置，设置在外套管上以检测外套管的溃缩程度，传感装置将检测信号发送至控制装置，控制装置根据检测信号控制第二吸引力的大小。

进一步地，传感装置包括力传感器，力传感器测量输入轴受到的力。

进一步地，传感装置还包括位移传感器，位移传感器测量外套管与内套管之间的相对位移。

进一步地，内套管的底部的外侧设置有限位结构，位移传感器测量其自身至限位结构之间的距离。

进一步地，电磁装置上设置有连接结构，力传感器与位移传感器通过连接结构连接在电磁装置上。

进一步地，转向管柱还包括：中间轴，中间轴的一端与输入轴通过第一花键过盈连接，中间轴的另一端与第二转向装置固定连接。

进一步地，电磁装置为电磁阀，电磁阀设置在外套管的靠近内套管的端部。

根据本发明的另一方面，提供了一种转向系统，包括：方向盘，产生转向动作；转向器，根据转向动作转向；转向管柱，转向管柱上述的转向管柱，转向管柱连接方向盘与转向器以使转向动作传递至转向器，第一转向装置形成方向盘。

根据本发明的另一方面，提供了一种车辆，包括：转向系统，转向系统为上述的转向系统。

进一步地，车辆还包括：安全装置，具有启动保护模式以及待启动保护模式；检测装置，可产生预碰撞信号，当安全装置接收到预碰撞信号时，安全装置切换为启动保护模式，当安全装置未接收到预碰撞信号时，安全装置处于待启动保护模式。

根据本发明的另一方面，提供了一种交通工具的转向管柱溃缩的控制方法，采用上述的转向管柱，转向管柱溃缩控制方法包括：步骤s10：检测交通工具的预碰撞信号以及速度信号，并根据预碰撞信号与速度信号生成第一指令信号；步骤s20：转向管柱的控制装置根据第一指令信号控制转向管柱的电磁装置的吸引力，使吸引力为第二吸引力；步骤s30：电磁装置向转向管柱的内套管施加第二吸引力，转向管柱的内套管与转向管柱的外套管在轴向方向上发生相对滑动；步骤s40：当外套管滑动至预定位置时，控制装置控制电磁装置的吸引力，使吸引力为第一吸引力，内套管在第一吸引力的作用下与外套管在轴向方向上相对位置不变。

进一步地，转向管柱采用上述的转向管柱，在外套管滑动至预定位置之前，控制方法还包括：步骤s41：通过转向管柱的力传感器测量转向管柱的输入轴受到的力，并将力反馈至控制装置；步骤s42：通过转向管柱的位移传感器测量外套管与内套管之间的相对位移，并将相对位移反馈至控制装置；步骤s43：控制装置根据力与相对位移生成第二指令信号，并根据第二指令信号控制电磁装置的吸引力。

应用本发明的技术方案，在外套管上设置电磁装置，当控制装置未接收到预碰撞信号时，电磁装置对内套管施加第一吸引力以使内套管与外套管在轴向方向上相对位置不变，当控制装置接收到预碰撞信号时，控制装置控制电磁装置，以使电磁装置对内套管施加第二吸引力。当发生碰撞时，碰撞力施加在外套管上。由于第二吸引力小于第一吸引力，因此当电磁装置对内套管的吸引不足以克服碰撞力时，内套管会与外套管在轴向方向上发生相对滑动(即发生溃缩)，当外套管滑动至预定的安全位置时，控制装置能够再次控制电磁装置对内套管施加第一吸引力以使外套管能够停留在上述预定的安全位置处。上述结构将机械式的溃缩结构替换为电控形式的溃缩装置，使得溃缩距离与实际产生的溃缩距离一致，从而能够精准地控制溃缩距离，进而实现对驾驶人员的最大限度的保护，最终解决了现有技术中的转向管柱的保护性能差的问题。此外，由于在产生碰撞时，电磁装置通过减小吸引力来使内套管与外套管相对移动，因此在内套管与外套管相对移动的过程中不会对其他机械结构产生破坏，故后续维修相对简单，维修成本能够大大降低。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示出了根据本发明的转向管柱的实施例的立体结构示意图；

图2示出了图1的转向管柱的纵剖结构示意图；以及

图3示出了根据本发明的交通工具的转向管柱溃缩的控制方法的流程图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

10、输入轴；20、外套管；30、内套管；40、电磁装置；50、控制装置；60、传感装置；61、力传感器；62、位移传感器；70、限位结构；80、连接结构；90、中间轴；100、轴承。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

如图1和图2所示，本实施例的转向管柱包括：输入轴10、外套管20、内套管30、电磁装置40以及控制装置50。其中，输入轴10与第一转向装置连接并同步转动。外套管20套设在输入轴10外侧，外套管20与输入轴10之间相对转动地设置，且外套管20与输入轴10在轴向方向上相对位置不变。内套管30套设在外套管20与输入轴10之间，内套管30与外套管20在轴向方向上能够相对滑动，且内套管30与外套管20之间在周向方向上相对位置不变。电磁装置40设置在外套管20上。当控制装置50未接收到预碰撞信号时，电磁装置40对内套管30施加第一吸引力以使内套管30与外套管20在轴向方向上相对位置不变，当控制装置50接收到预碰撞信号时，控制装置50控制电磁装置40，以使电磁装置40对内套管30施加第二吸引力，第二吸引力小于第一吸引力，内套管30与外套管20在轴向方向上发生相对滑动，当外套管20滑动至预定位置时，控制装置50控制电磁装置40对内套管30施加第一吸引力。

应用本实施例的技术方案，在外套管20上设置电磁装置40，当控制装置50未接收到预碰撞信号时，电磁装置40对内套管30施加第一吸引力以使内套管30与外套管20在轴向方向上相对位置不变，当控制装置50接收到预碰撞信号时，控制装置50控制电磁装置40，以使电磁装置40对内套管30施加第二吸引力。当发生碰撞时，碰撞力施加在外套管20上。由于第二吸引力小于第一吸引力，因此当电磁装置40对内套管30的吸引不足以克服碰撞力时，内套管30会与外套管20在轴向方向上发生相对滑动(即发生溃缩)，当外套管20滑动至预定的安全位置时，控制装置50能够再次控制电磁装置40对内套管30施加第一吸引力以使外套管20能够停留在上述预定的安全位置处。上述结构具有以下三个优点：第一、将机械式的溃缩结构替换为电控形式的溃缩装置，使得溃缩距离与实际产生的溃缩距离一致，从而能够精准地控制溃缩距离，进而实现对驾驶人员的最大限度的保护，最终解决了现有技术中的转向管柱的保护性能差的问题。第二，由于在产生碰撞时，电磁装置40通过减小吸引力来使内套管30与外套管20相对移动，因此在内套管30与外套管20相对移动的过程中不会对其他机械结构产生破坏，故后续维修相对简单，维修成本能够大大降低。第三、上述结构能够通过预碰撞信号提供相应的第二吸引力，因此上述结构能够主动进行溃缩，并且使得溃缩行为更加合理，从而主动保护驾驶员的生命安全。

如图1和图2所示，在本实施例中，转向管柱还包括传感装置60。传感装置60设置在外套管20上以检测外套管20的溃缩程度，传感装置60将检测信号发送至控制装置50，控制装置50根据检测信号控制第二吸引力的大小。上述结构能够把外套管20的溃缩程度(溃缩程度是综合参考溃缩力和/或溃缩距离和/或溃缩的加速度等指标所得出的)实时反馈给控制装置50，控制装置50接收到实时的反馈后主动进行调整，减小碰撞伤害，实现对驾驶人员的最大限度的保护。具体地，当碰撞力大于电磁装置40提供的吸引力后，转向管柱发生溃缩。此时传感装置60开始工作，将检测到的数据实时的反馈给控制装置50，而控制装置50通过分析输入信号及相应的数据后，能够动态地调节电磁装置40的吸引力，从而提供合理的溃缩程度。当控制器根据输入信号判断碰撞结束后，电磁装置40的吸引力再次达到第一吸引力，从而锁紧内套管30，溃缩行为结束。

如图1和图2所示，在本实施例中，传感装置60包括力传感器61，力传感器61测量输入轴10受到的力。具体地，当碰撞力大于电磁装置40提供的吸引力后，力传感器61开始工作，实时检测溃缩过程中的溃缩力，并将该溃缩力实时地反馈给控制装置50。控制装置50通过分析输入信号以及相应的溃缩力，动态调节电磁装置40的吸引力，从而提供合理的溃缩力。此外，上述结构使得溃缩力可以精确到某一数值，使得一致性更佳。

如图1和图2所示，在本实施例中，传感装置60还包括位移传感器62，位移传感器62测量外套管20与内套管30之间的相对位移。具体地，当碰撞力大于电磁装置40提供的吸引力后，力传感器61和位移传感器62同时开始工作，实时检测溃缩过程中的溃缩力和溃缩距离，并将该溃缩力和溃缩距离实时的反馈给控制装置50。控制装置50通过分析输入信号以及相应的溃缩力和溃缩距离，动态调节电磁装置40的吸引力，从而提供更佳合理的溃缩力并精确控制溃缩距离。上述结构能够能实时反馈溃缩信息，从而更高效、更合理地选取适合的溃缩力及溃缩距离，进一步地实现对驾驶人员的最大限度的保护。

需要说明的是，上述传感装置60不限于力传感器61和位移传感器62，还可以为加速度传感器等能够反映出溃缩程度的传感器。

需要说明的是，在本实施例中，在控制装置50、电磁装置40以及传感装置60之间采用闭环通讯，更易控制整个溃缩行为。

如图1和图2所示，在本实施例中，内套管30的底部的外侧设置有限位结构70，位移传感器62测量其自身至限位结构70之间的距离。在本实施例中，内套管30穿设并固定在盒体上，盒体上具有安装内套管30的安装孔，该安装孔所在的面形成上述限位结构。内套管30与盒体一样相对于交通工具是静止的，在溃缩过程中，由于位移传感器62设置在外套管20上，因此位移传感器62与外套管20一同向着盒体移动。位移传感器62相对于盒体移动了多少就代表着外套管20相对于内套管30移动了多少。因此通过测量位移传感器62测量其自身至安装孔所在的面(限位结构70)之间的距离即可准确地测出溃缩距离。此外，若电磁装置40失效后，外套管20会继续轴向移动，当外套管20移动至限位结构70时会与限位结构70抵接，以防碰撞后溃缩距离过大，从而实现对驾驶人员的最大限度的保护。

如图1和图2所示，在本实施例中，电磁装置40上设置有连接结构80，力传感器61与位移传感器62通过连接结构80连接在电磁装置40上。上述结构简单，使得力传感器61、位移传感器62、电磁装置40与外套管20能够同步移动。

如图1和图2所示，在本实施例中，转向管柱还包括中间轴90。中间轴90的一端与输入轴10通过第一花键过盈连接，中间轴90的另一端与第二转向装置固定连接。具体地，第一转向装置带动输入轴10转动。输入轴10通过花键与中间轴90连接使得中间轴90能够与输入轴同步转动。中间轴90的另一端与第二转向装置固定连接，使得中间轴90能够将输入轴10的转动动作传递给第二转向装置，使得第二转向装置做出相应的转向。

如图1和图2所示，在本实施例中，外套管20与输入轴10之间通过轴承100连接。上述结构简单，使得输入轴10既能够相对与外套管20转动，又能够与外套管20在轴向方向上相对位置不变。

如图1和图2所示，在本实施例中，内套管30与外套管20之间通过第二花键连接。上述结构简单，使得内套管30与外套管20在周向方向上相对位置不变。

如图1和图2所示，在本实施例中，电磁装置40为电磁阀，电磁阀设置在外套管20的靠近内套管30的端部。控制装置50通过控制电磁阀的开度来调整电磁阀的吸引力。

本申请还提供了一种转向系统(图中未示出)，根据本实施例的转向系统包括：方向盘、转向器以及转向管柱。其中，方向盘产生转向动作。转向器根据转向动作转向。转向管柱为上述的转向管柱，转向管柱连接方向盘与转向器以使转向动作传递至转向器，第一转向装置形成方向盘。第二转向装置形成转向器。由于上述转向管柱具有保护性能好的优点因此具有其的转向系统也具有上述优点。

在本实施例中，转向系统还包括传动轴。传动轴连接转向管柱与转向器，以使转向动作通过传动轴传递至转向器。

本申请还提供了一种车辆(图中未示出)，根据本实施例的车辆包括车身以及转向系统。其中，转向系统设置在车身上，转向系统为上述的转向系统。由于上述转向系统具有保护性能好的优点因此具有其的车辆也具有上述优点。

在本实施例中，车辆还包括安全装置以及检测装置。安全装置具有启动保护模式以及待启动保护模式。检测装置可产生预碰撞信号，当安全装置接收到预碰撞信号时，安全装置切换为启动保护模式，当安全装置未接收到预碰撞信号时，安全装置处于待启动保护模式。具体地，当车辆正常行驶时，安全装置将不会收到检测装置发送的预碰撞信号，此时安全装置处于待启动保护模式(不启动)。当车辆即将发生碰撞时，检测装置检测到检测值在预定安全范围以外的话将会向安全装置发送预碰撞信号，此时安全装置切换为保护模式从而快速保护驾驶员的安全。

需要说明的是，上述预碰撞信号不但发送至安全装置，还会发送至控制装置50。上述结构使得能够主动进行溃缩的转向管柱与安全装置协同作用，以对驾驶员提供更适合的保护行为。

在本实施例中，安全装置为安全气囊。当车辆即将发生碰撞时，检测装置将会向安全气囊发送预碰撞信号，安全气囊会弹出，从而保护驾驶员的安全。当然，上述安全装置不限于安全气囊，还可以为安全带等装置。

本申请还提供了一种交通工具的转向管柱溃缩的控制方法，其中，转向管柱采用上述的转向管柱，如图3所示，转向管柱溃缩控制方法包括：

步骤s10：检测交通工具的预碰撞信号以及速度信号，并根据预碰撞信号与速度信号生成第一指令信号；

步骤s20：转向管柱的控制装置50根据第一指令信号控制转向管柱的电磁装置40的吸引力，使吸引力为第二吸引力；

步骤s30：电磁装置40向转向管柱的内套管30施加第二吸引力，转向管柱的内套管30与转向管柱的外套管20在轴向方向上发生相对滑动；

步骤s40：当外套管20滑动至预定位置时，控制装置50控制电磁装置40的吸引力，使吸引力为第一吸引力，内套管30在第一吸引力的作用下与外套管20在轴向方向上相对位置不变。

控制装置50在接收到预碰撞信号和车速信号后通过主动溃缩算法生成理想的溃缩力和溃缩距离，并根据理想的溃缩力和溃缩距离生成第一指令信号。电磁装置40在接收到第一指令信号后吸引力变小，转向管柱开始溃缩直至实际的溃缩力和溃缩距离与理想的溃缩力和溃缩距离一致为止。上述控制方法使得溃缩效果更佳，能够最大限度地保证驾驶员的安全。此外，由于理想的溃缩力和溃缩距离是通过预碰撞信号生成的，即在没有发生碰撞之前，控制装置50即可生成一个能够最大限度地保证驾驶员的安全的溃缩力和溃缩距离的参数，因此做到了根据实际情况主动进行溃缩，使得溃缩行为更加合理，从而主动保护驾驶员的生命安全。

优选地，在本实施例中，转向管柱采用具有力传感器61和位移传感器62的转向管柱，在外套管20滑动至预定位置之前，控制方法还包括：

步骤s41：通过转向管柱的力传感器61测量转向管柱的输入轴10受到的力，并将力反馈至控制装置50；

步骤s42：通过转向管柱的位移传感器62测量外套管20与内套管30之间的相对位移，并将相对位移反馈至控制装置50；

步骤s43：控制装置50根据力与相对位移生成第二指令信号，并根据第二指令信号控制电磁装置40的吸引力。

具体地，在碰撞发生之前，预碰撞信号和车速信号通过主动溃缩算法共同生成理想的溃缩力和溃缩距离，

当碰撞力大于电磁装置40提供的吸引力后，力传感器61和位移传感器62开始工作，实时检测溃缩过程中的力以及相对位移，并将该力和相对位移实时的反馈给控制装置50。控制装置50分析输入信号以及相应的溃缩力后，生成第二指令信号，电磁装置40在接收到第二指令信号后调节其自身的吸引力。由于力传感器61和位移传感器62实时将数据传输至控制装置，因此上述结构能够动态调节电磁装置40的吸引力，从而提供合理的溃缩力和溃缩位移。此外，上述结构使得溃缩力可以精确到某一数值，使得一致性更佳。同时，使得溃缩距离更加精准。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。