[发明专利]用于车辆十字轴总成的二级能量控制装置及方法

说明书

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，上部耙状支架（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，上部耙状支架和/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。