专利名称：转向柱撞击防护系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于机动车的具有转向轴的转向机构，如权利要求1前序部分所述。
用于机动车的转向机构经常制成可以做相互位移的两个部分，从而在正面撞车事故中避免转向机构危及驾驶员，此时转向机构在身体与方向盘相撞时发生变形，而且将撞击能量吸收。在公知的机构中，通常是将容纳方向盘侧的转向轴的转向轴套管设置在一个壳体内，该壳体通过螺栓相对汽车底盘固定在预定位置上。所述螺栓的结构可保证在撞击时，方向盘侧的轴端与所连接的壳体托架沿轴向在夹紧状态下移动一定的行程。撞击能量通过夹紧机构相应地被吸收。为了在撞击情况中得到均匀的能量吸收，还在纵向移动的轴段和汽车底盘之间设置了能量吸收元件。一种能量吸收元件是采用可断裂板条构成的，例如参见英国专利说明书GB1390889。
公知的转向柱撞击防护系统的缺点是，一方面断裂力不能在很宽的范围内基本上独立于能量吸收力确定。另一方面吸收特性也不能精确再现地预先确定。
本发明的任务是，提供一种用于转向柱机构的撞击防护系统，它可避免已有技术的缺点。该任务特别在于实现一种转向柱撞击防护系统，它可以实现确定的断裂力，以及以可再现特性实现确定的能量吸收。此外，该机构具有高强度并且安装简单，能够经济地制造。
本发明对以上任务的解决方案体现在权利要求1的特征部分中。从属权利要求给出了其他有利的实施方式。
根据本发明，一种成本低而且结构紧凑的、具有能量吸收特性的撞击防护系统的转向柱机构的方案是，转向轴设置在一个导向箱内，该导向箱与一个托架固定连接，其中托架侧面具有凸缘形状的滑动面，该滑动面例如通过螺栓夹紧在汽车底盘上。所述夹紧机构可在撞击情况下，使转向柱连同托架发生变形移动，例如移动若干厘米。所述能量吸收元件一方面与底盘固定连接，另一方面在发生能量吸收的地方经托架与转向轴相连。所述吸收元件优选采用具有断裂片的板件构成，所述断裂片例如作为断裂箍构成箍形，安装在托架凸缘和底盘之间。这种实施例具有很大的优点，在底盘上的固定结构仅有两个固定件，最好是两个螺栓。这种方案大大简化了结构，而且允许进行快速装配，从而对总体成本产生有利的影响。螺栓的拧紧力矩最好在15-35Nm之间。这种非常简单的结构方案特别是整个机构仅用两个固定螺栓固定，没有其他的托架结构，可用在一次性应用场合中，无需采用前面所述的专用断裂件。在这种情况下，断裂力和能量吸收之间的确定划分并不十分明确，但是该机构能够以很低的成本实现。为提高该机构的弯曲刚度，本发明建议，在夹紧件的范围内设置附加装置，它可使夹紧固定处在弹性范围内。这种对转向机构的弯曲夹紧可允许承受更大的负荷而变形率更小，即便托架装置例如采用简单的板材结构，通过冲压和弯折等方法制成。这种托架结构与吸收元件的弯曲夹紧可实现具有足够稳定性的简单固定，例如仅用两个螺栓在托架的每一边固定。
所述弯曲夹紧的实现方式是，例如在滑动面之间，在与夹紧固定件隔开的地方设置隔离件，它在夹紧固定过程中实现弯曲夹紧。这种变形可以从几十分之一毫米至几个毫米。该结构可以设在轴线方向上，也可以设在固定件的侧面。
在另一个有利的实施例中，其结构这样实现，即在撞击情况中断裂力可使转向轴位移并与能量吸收力分离。
所以夹紧部分在撞击情况中立即分离，其中所谓的断裂件发生作用，从而使撞击能量在夹紧机构断裂后基本上传递给能量吸收元件。该结构可实现能量吸收经确定的移动行程基本上不会受到不确定的夹紧力的影响，而且吸收作用可通过吸收元件的结构有针对性地事先确定。
所述的断裂件的一个实施例是在夹紧固定件的范围内实现的，其中大部分夹紧力作用在外壳托架和固定的底盘部分之间，所述夹紧固定件通过相互压紧的平面部分的夹紧而相对于滑动方向有少许倾斜，也就是说，构成一个特定的楔角，从而在出现很短的移动行程时立刻减小初始夹紧力，其方式是两个斜面部分根据角度倾斜量而作相对滑动。通过这种方式，可在撞击发生时，产生了几十分之一毫米的位移后，即造成夹紧机构断裂，并且随后的位移不会通过不确定的夹紧力决定。所述固定在转向轴套管上的壳体托架通过一个断裂箍与底盘相连。这种断裂箍的结构主要确定了能量吸收特性的程度和过程。通过该断裂片的相应尺寸选择，可以按照保护驾驶员的最佳方式设计能量吸收特性。
另一种优选的结构是，在相互压紧的滑动面范围内，在平面的两边设置隆起，该隆起在一个很短的行程上相互支撑，使得滑动面主要由隆起的短距离接触区构成，并且在发生位移时，即在断裂的情况下，一个隆起在很短的行程之后，例如几个毫米的行程，即从另一个隆起上滑落，从而在撞击情况中产生所希望的断裂。在该结构中，弯曲夹紧是通过选择相应尺寸的滑动面部分而简单地产生的，其方式是在夹紧固定机构通过弹性变形产生夹紧力，需要时直到实现相对设置的夹紧部分的确定制动。
在另一个特别简单的优选实施例中，断裂件的构成方式是，至少在所夹紧的平面部分的局部制成阶梯状相对设置的夹紧面，使得夹紧力在一个短的移动行程后消失。
下面对照附图所示实施例对本发明作进一步的说明。
图1表示本发明所述转向柱夹紧机构的侧视图，图1a表示本发明所述转向柱夹紧机构的侧视图，图中显示的是变形测试时的装配状态，图2表示图1所示夹紧机构的剖视图，图2a表示夹紧固定部分的局部剖视图，图3a表示一个弯曲夹紧的夹紧面结构的局部纵向剖视图，其夹紧面是倾斜的，图3b表示图3a所示夹紧机构的局部俯视图，图4表示的是撞击力测量曲线图，显示出已有技术的特性曲线，图5表示的是撞击力测量曲线图，显示出断裂件的特性曲线，图6表示另一个弯曲夹紧的夹紧面结构的局部纵向剖视图，其滑动面之间设置有作为隔离件的隆起，图7表示另一个夹紧面结构的局部纵向剖视图，其夹紧部位为阶梯状，图8表示的是标准测试的测量曲线图，显示出已有技术的变形特性曲线，图9表示的是标准测试的测量曲线图，显示出弯曲夹紧的夹紧机构的特性曲线。
一个具有转向轴轴线1的转向轴与方向盘2相连，并且安装在一个导向箱3内，该导向箱如图1所示，与一个固定托架6固定连接，例如采用夹紧方式。该导向箱3还可以作高度调整和/或长度调整。所述固定托架6固定在汽车底盘18上。轴1的结构可实现在撞击时作回缩位移，而且所述托架6在撞击情况中，大约在不超过50毫米的范围内相对底盘18作纵向位移。所述托架6最好制成U形，并且至少部分地将所固定的导向箱3包围。支承-导向件4例如通过固定件5固定在托架部分6之间。托架6的侧面例如有设置在两边的滑动面8，该滑动面上有一个狭长缝20。该狭长缝构成滑动缝，其作用是容纳固定件13、16、17，如螺钉或夹紧螺栓17(优选)。托架6最好制成板件，当其采用冲压制造，而且作为弯曲件构成时，其制造成本最低。除了成本上的优点外，其另一个优点是，它的弯曲刚度例如比焊接结构的更高。
通过夹紧螺栓17可将托架6固定在底盘18上，其方式是在撞击情况中，转向轴连同导向箱3在滑动缝的长度范围内可产生位移。为了使夹紧机构即便在很小的移动行程中立即断裂，在滑动缝20的端部，在初始夹紧位置上设置了一个位于托架侧的夹紧面22，其优点是以一个楔角15相对楔块14倾斜布置。螺栓侧是另一个楔形面22，它作为滑垫13同样采用具有楔角15的斜面。所述滑垫13最好在移动的情况中能在滑动缝20内滑动。因为夹紧面相对于夹紧方向没有处在90°的位置，所以即便在很短的移动行程中也可使夹紧力造成立即断裂。合适的楔角为2°至15°，优选3°至8°。
托架6例如可直接用螺栓17固定在底盘18上，其中滑垫13最好在螺栓头一侧设置一个垫片21。在图2中表示出该结构的剖视图，其中显示出在轴线1的两边与底盘18相互固定的优选方式。所述楔块14可连同其楔面直接在托架6中加工而成。但是该楔块也可采用更简单和更精确的方法制造，即将其作为独立的垫片形状的零件制造，并固定在托架6上。
为了得到有确定定义的能量吸收特性，还设置有一个能量吸收元件9，该元件最好作为具有断裂条和固定片9的板件构成。所述板件7优选采用固定箍7构成，它围绕在U形托架6的上部位置，并且用托架6的夹紧机构固定在底盘18上，并保持在初始位置上。断裂片9最好设置在断裂箍7的上部平面U形的板件上。其中断裂片9作为断裂箍7的一部分弯曲压在托架6上，使断裂片9能相对托架固定，例如被夹紧或者通过焊接连接11固定。具有固定片9的断裂条位于切口滑道之间，并且通过断裂箍板材的材料厚度，通过材料强度以及通过具有相应滚动半径的滚动宽度，进行调整。必要时例如也可改变滚动宽度，从而对吸收力的曲线图加以改变。
以上所述的整个夹紧机构的结构是，断裂箍7的滑动面12被夹紧在托架凸缘6、8和底盘18之间，其特殊的优点在于，无需联合使用专门的断裂件13、14、22、26、27、29。该结构可实现简单方式的装配，它具有低成本结构，良好的工作特性以及较高的结构稳定性，特别是该结构优选采用两个螺栓17固定在底盘18上。
所述滑垫13如图3a所示的结构是，在托架6相对于滑垫13移动时，滑垫在滑动缝20内的一部分可以滑动但不能扭转。所述楔面22可在楔块14和滑垫13之间移动，此时它起到断裂件的作用，相互分离并造成夹紧机构断裂，其中的夹紧力或能量吸收是通过断裂条决定的。
所述断裂箍7在固定范围内最好是两边具有板舌结构，它位于底盘18和托架6的滑动凸缘面8之间并通过螺栓17固定在底盘18上。在撞击情况中，托架6连同楔块14的最大移动量等于滑动缝长度20，所述楔块从固定的滑垫13上脱离，同时断裂箍7保持不动，而固定在托架部分6上的断裂片9则发生断裂。为了在滑垫13和断裂箍7之间建立无间隙连接，在断裂箍7上的孔最好具有翻边16，使得滑垫13与翻边16相连，见图2a所示。图3b表示出该结构的俯视图，其中可以看到滑动缝20。如果如图3a所示在滑动面8、12之间设置隆起26、27，则所述滑动面将被隔开一定间隔，并且可以在夹紧区内被压紧，从而使各零件之间产生弹性弯曲夹紧。这种弯曲夹紧可大大提高该机构的稳定性。因此可以制成更节省材料和更小的结构。所述隆起26、27可以单面设置在托架一侧或者设置在断裂箍一侧，但也可以作为中间层构成。它必须相对夹紧固定件17隔开一定间距，从而允许产生弹性夹紧。所述隆起26、27例如可以构成凸台形状。弯曲夹紧的方法也可以用在没有上述断裂件22、26、27的结构中。但是采用一种组合结构是能够经济地实现所述功能的。
另一种改进断裂特性的再现性的方案是，所述夹紧面22，即倾斜的滑垫表面13和楔块表面14经过特定的表面处理。所述表面处理可以是有目的地拉毛和/或镀膜和/或润滑。
夹紧螺栓的拧紧力矩最好用力矩测定装置设定在15至35Nm的范围内。在图4中表示出所测量的断裂力特性的断裂曲线图，其行程为45mm，其中的螺栓以25Nm的拧紧力矩紧固。在图中还可看出，断裂力超过9000N，并且在大约5mm的较长行程后才下降，但是有一个相对较高的约6000N的残余夹紧力一直保持不确定的作用，直到45mm的行程结束。在同样的测试条件下，图5表示出的曲线图是图1所示结构的特性。所述螺栓同样设定在25Nm的力矩上。断裂力达到6000N，而且在大约1mm的确定行程之后立即陡降，从而使具有倾斜表面的断裂件的断裂力，在45mm的整个行程上均匀保持低于2000N的较低水平。在本发明所述装置中，在短暂的断裂过程之后，吸收能量可以通过吸收元件，优选采用断裂片以确定的、可再现的和可预定的方式设定，例如预先规定能量吸收力为1200至5500N。
另一种合适的实现断裂件的方案见图6所示，其中例如在滑动面8、12之间设置有隆起26、27，从而使滑动面在初始位置上保持从几十分之一毫米至大约3毫米的微小距离。所述隆起26、27基本上对称布置在滑动面的两边，其位置可使所述隆起相对夹紧在一起，从而产生很短的滑动面12，该滑动面在移动的情况下，也就是说在撞击情况中会相互滑落，因此在毫米级的短距离范围内将使夹紧力作用消失，使得能量吸收由吸收元件7、9、11以确定的方式完成。这种隆起例如可以制成凸台形状，并用螺栓固定件17固定在轴线纵向的两边。但是根据对夹紧力摩擦力和移动行程以及整个装置的尺寸的要求，也可以设置若干个并排或顺序排列的凸台状隆起，并且构成阶梯状或者设置在一个倾斜的表面上。在本实例中，滑垫13例如是采用简单的垫片实现的。但是也可以将这种凸台结构设置在滑垫13的范围内。这种断裂件的结构可以采用简单的方式确定尺寸，使其以弯曲夹紧的方式装配，见图6所示。
在图7中表示了另一个极为有利和简单的断裂件实施例。在该实施例中，滑垫13和初始楔块14的相互靠在一起并夹紧的表面不是楔形的，而是阶梯形的。这种分级的阶梯状结构可定义出断裂行程。这种结构可以采用非常简单和低成本的方式实现。以上所述各种类型的断裂件可以采用相互组合在一起的方式。而且该装置与隔离件26、27组成弯曲夹紧的结构也是有利的。
转向柱25可通过本发明所述弯曲夹紧的固定装置承受较大的力Fv，横向偏移量f1、f2在方向盘2的相应力的作用下可保持较小。在图1a中表示出一种具有相应结构的转向柱装置25。其中转向柱25被固定在底盘18的两个位置23、24上。
当方向盘2作用在转向轴上的垂直力Fv为600N时，在已有技术的实例的校正测试中，所测得的偏移量f1、f2为±2毫米。在本发明所述的采用弯曲夹紧以及板件结构的夹紧装置中，在测量条件相同的情况下，其偏移量f1、f2均小于±2毫米，这满足了当前所要求的硬特性指标。在图9中，采用本发明所述的弯曲夹紧结构，在作用力相同的情况下其偏移量小于±1.8毫米。
权利要求
1.用于机动车的转向机构，具有一个由导向箱(3)导向的转向轴，所述导向箱与一个托架(6)采用夹紧方式连接，其中的托架具有至少一个沿轴线(1)布置的滑动面(8)，所述托架相对底盘(18)允许有一个移动行程(20)，并且设置有夹紧件(13,16,17)，用于在移动行程(20)的初始位置上将托架(6)轴向固定在底盘(18)上，本发明的特征是，在所述夹紧件(13,16,17)的范围内设置其他装置(26,27)，使得托架(6)相对于夹紧件和底盘(18)以弹性方式被夹紧。
2.如权利要求1所述的转向机构，其特征是，所述夹紧件(7,17,18,21)具有一个螺纹件(17)，最好在轴线(1)的两边各有一个螺纹件(17)，其拧紧力矩最好为20至30Nm。
3.如权利要求2所述的转向机构，其特征是，为在螺纹件(17)轴线方向上隔开，在托架表面(8)和位于对面的表面(7,18)之间设置了一个隔离件(26,27)，在拧紧状态下，在所述夹紧件(7,17,18,21)之间产生弹性方式的夹紧。
4.如权利要求3所述的转向机构，其特征是，所述隔离件(26,27)在轴线方向(1)上设置在螺纹件(17)的两边，最好每边至少有一个沿纵向设置和/或每边设置有若干个。
5.如权利要求4所述的转向机构，其特征是，所述隔离件作为隆起或凸台(26,27)构成，最好压到一个断裂箍(7)和/或托架滑动面(8)内。
6.如以上权利要求中任何一项所述的转向机构，其特征是，所述夹紧件(13,16,17)在初始位置的至少一个局部范围内含有一个具有夹紧面(22)的断裂件(13,14,29,30)，从而在托架沿轴线方向(19)移动时减小夹紧力。
7.如权利要求6所述的转向机构，其特征是，所述断裂件(13,14,29,30)具有阶梯形的夹紧面(29,22)，最好有至少两个阶梯(29)。
8.如权利要求6所述的转向机构，其特征是，所述断裂件(13,14,29,30)在滑动面(8)和底盘(18)之间具有在初始位置上，以上下成对方式布置的隆起(26,26′,27,27′)，使得托架一侧的隆起(26,27)在移动的情况下，从底盘一侧的隆起(26′,27′)上滑落。
9.如权利要求8所述的转向机构，其特征是，至少设置两对所述隆起(26,26′,27,27′)，并且在轴线方向(1)上有夹紧件(17)位于其间，其中所述隆起(26,26′,27,27′)最好构成凸台状，而且位于隆起之间的表面(12)最好构成倾斜形状，特别是靠在一个倾斜的表面上。
10.如以上权利要求中任何一项所述的转向机构，其特征是，所述托架(6)与一个相对底盘(18)固定的能量吸收件(9,10)相连，最好与一个断裂片(9,10)相连。
11.如以上权利要求中任何一项所述的转向机构，其特征是，所述托架(6)将导向箱(3)夹紧，并且在两边具有用于在底盘(18)上夹紧固定的滑动面(8)和装置(13,16,17)，其中所述夹紧固定最好采用螺纹方式。
12.如以上权利要求中任何一项所述的转向机构，其特征是，所述断裂片具有一个滑动面(7,12)，并且该滑动面最好位于底盘(18)和托架滑动面(6,8)之间。
13.如以上权利要求中任何一项所述的转向机构，其特征是，所述夹紧面(22)作为环形垫片构成，其中上部垫片(14)固定在托架(6)上，下部垫片(13)作为滑垫(13)用夹紧件固定在底盘(18)上。
14.如以上权利要求中任何一项所述的转向机构，其特征是，所述滑动面(8)在托架(6)内具有一个滑动缝(20)，用于夹紧件(16,17,13)的导向定位。
15.如以上权利要求中任何一项所述的转向机构，其特征是，对至少一个夹紧面(22)进行表面处理，如镀膜、拉毛或润滑。
16.如以上权利要求中任何一项所述的转向机构，其特征是，所述托架(6)作为板件构成，最好是弯曲件或冲压件，特别是作为皱壁板件构成。
17.如以上权利要求中任何一项所述的转向机构，其特征是，所述能量吸收件(9,10)作为断裂箍(7)构成，并且最好通过夹紧件(17)直接固定在底盘(18)上并紧密连接。
全文摘要
本发明涉及一种用于机动车的转向机构,具有一个由导向箱(3)导向的转向轴,所述导向箱与一个托架(6)例如采用夹紧方式连接,其中的托架具有至少一个沿轴线(1)布置的滑动面(8),在撞击时所述托架相对底盘(18)允许有一个移动行程(20),并且设置有夹紧件(13,16,17),用于在移动行程(20)的初始位置上将托架(6)轴向固定在底盘(18)上。在滑动面(8,12)之间设置有将所述夹紧件(17)隔开的隔离件(26,27),它可在夹紧时在固定装置上产生弯曲夹紧,以提高装置的稳定性。
文档编号B62D1/19GK1301224SQ99806184
公开日2001年6月27日 申请日期1999年5月17日 优先权日1998年5月22日
发明者K·马克塞尔, M·马克塞尔, C·卢茨 申请人:克鲁普·普里斯塔公司