專利名稱：方向盤的制作方法
方向盤本發(fā)明的背景和

發(fā)明內容
本申請要求2008年10月2日提交的美國臨時專利申請第61/102，284號的權益。 該申請的內容以參見的方式納入本文。本發(fā)明總地涉及方向盤，并尤其涉及使用支架的方向盤，該支架具有長形(包括矩形和橢圓形)的橫截面，主要控制方向盤輪輞的變形特性。方向盤設計成吸收碰撞能量和保護駕駛員。在任何駕駛循環(huán)中，駕駛員都容易改變方向盤相對于駕駛員的臉部、胸部和腹部的角度位置，并且方向盤必須設計成足夠堅固以吸收方向盤可能運動到的任何預期位置中的足夠能量。因而，本發(fā)明包括方向盤(20)，該方向盤具有支架，該支架包括中心轂、與轂間隔開的輪輞和連接轂與輪輞的至少一條輪輻；該輪輻包括設置在輪輞的頂部和/或下部的第一裝置，當在徑向上將可確定的力施加至輪輞時，與當將相同的力以與輪輞所在平面成角度地施加至輪輞的下部時相比，該第一裝置使輪輞的頂部和/或下部被壓縮得更多。在普通正常的方向盤中，輪輞是硬的，并且當在徑向施加負載時比當與方向盤的平面成角度地施加負載時，輪輞偏移(deflect)更少的量。在本發(fā)明中，方向盤設計成與上述種類的方向盤不同地工作。當合力(碰撞力)大體垂直或徑向作用在方向盤的下(或上)極限點時(合力在輪輞的平面上)，與該力和輪輞平面成角度地作用在方向盤上時相比，本發(fā)明的方向盤將變形更多。換言之，當與延伸通過方向盤輪輞的平面成角度地將力施加至方向盤的下極限點時，轉向剛度更高，即方向盤偏轉更少?？紤]到本發(fā)明，要求并實現(xiàn)具有圖17所反映的力一偏移曲線(deflection curve) 的方向盤。


圖1和2示意性地示出在角度運動的兩個極限處或附近的商用方向盤的位置。圖3是包含本發(fā)明的方向盤支架的立體圖。圖4是圖1的方向盤支架的前視圖。圖如示出支架支承結構的局部剖視圖。圖4b示出方向盤的輪輞中兩個相對的應力提升結構。圖5示出方向盤支架的右視圖。圖6示出用于形成支架輪輞的鋼帶。圖6a是用于形成支架輪輞的具有矩形橫截面的鋼帶橫截面。圖6a還包括說明尺寸更寬更長的一個或多個輪輞的兩條虛線。圖6b示出具有橢圓形橫截面的另一輪輞的視圖。圖7和7a示出對接焊縫。圖8，9和9a示出搭接焊縫。圖10和IOa示出具有替代樣式的應力提升結構的支架。圖Ila至Ild示出替代樣式的應力提升結構。
圖12是示出施加至輪輞下部的示例性碰撞力的支架平面圖。圖12a示出替代實施例。圖12b示出本發(fā)明的另一實施例。圖13示意性說明在碰撞中輪輞的下部如何變形。圖14示出測試后變形的支架。圖15和16各示出在測試夾具中所測試的輪輞。圖17示出力與偏移量的圖示關系。圖18和19示出相對于駕駛員的方向盤。
具體實施例方式參考附圖3、4和5，其說明根據(jù)本發(fā)明的方向盤20的支架22。支架22限定方向盤的內部骨架并且也可被稱為框架。如本文中所用，骨架、支架和框架可以互換使用。諸如在圖3、4和如中所述的支架22覆蓋有塑料、樹脂或諸如聚氨酯的類似材料沈，并且還可包括塑性地覆蓋材料周圍的皮革外套(未示出)。即使支架由塑料或樹脂材料沈覆蓋，但總的方向盤的能量吸收特性還是主要通過支架的特性來控制。支架通常包括輪輞區(qū)和轂區(qū)以及一條或多條輪輻，且本發(fā)明也是如此?，F(xiàn)有技術也將示出以多種名字所稱的轂區(qū)轂、轂板、中央?yún)^(qū)等。在此，轂區(qū)被稱為轂板或轂30。多條輪輻36和38將轂30連接至輪輞34。在本發(fā)明的較佳實施例中，輪輞34由金屬條(metal bar)構成，該金屬條具有包括矩形橫截面(也見圖6和6a)和橢圓形橫截面(在圖6b中所示)的長形橫截面。在圖3和4中，兩條主要輪輻36和38由金屬桿50和52構成，這些金屬桿構造成彎曲的以符合轂的形狀。這些輪輻可以不同的方式構成。桿50和52都從輪輞 34的第一段60 (在圖1的右側)延伸至轂并繼續(xù)橫穿至輪輞34大體相對的第二段62。桿 52在其中部附近彎曲并附連于轂板的下部42，而上桿50彎曲成適應轂板44上部的上部曲率并連接至該轂板上部。每根桿50和52較佳地通過焊接附連于輪輞34和轂板。方向盤的區(qū)域60和62定位成略微偏離輪輞的3點鐘和9點鐘區(qū)域并間隔140-180°。方向盤可以如下所示有選擇地包括任何數(shù)目的輪輻或類似輪輻的構件。在圖4中，覆蓋材料沈，如下所述，覆蓋輪輞；34和輪輻36、38以及支承結構130。在本發(fā)明的較佳實施例中，輪輞34由長形的冷壓成形鋼帶72構成。在較佳的實施例中，長形是矩形構造的扁平鋼條。在另一實施例中，通過使用具有橢圓形橫截面的金屬條來實現(xiàn)長形。鋼帶72被卷起或以其它方式構成，從而使輪輞有其所期望的、通常是圓形或略橢圓的環(huán)箍或類環(huán)箍70的形狀。如圖6所示的鋼帶72具有端部74和76。為形成環(huán)形構造，將輪輞端74和76連接在一起。圖7和7a示出用標記78所示的對接焊縫連接的端部74和76。在圖8中，端部74和76重疊并焊接在一起，焊縫也由標記78示出。輪輞在焊縫區(qū)中的局部、非對稱的厚度由塑性覆蓋材料來遮蓋。如可以理解的那樣，通過使用其它技術也可以構成焊縫。例如在圖9和圖9a中，每個端部的大約變窄一半(圖9)并隨后被移到一起并進行焊接(圖9a)。端部74和76可以被磨削(ground down)或壓印以實現(xiàn)變窄的剖面。該剖面可以在扁平鋼條72的寬邊82或窄邊83中形成。在本發(fā)明的較佳實施例中，當在碰撞過程中受載荷沖擊時，支架的下部39構造成被壓縮。諸如78的焊縫將局部地增加輪輞的剛度。因此，對于該實施例，較佳地不使焊縫位于輪輞的下部區(qū)域中。倘若輪輞頂部不設計成被壓縮，那么一種放置焊縫78的位置就是在輪輞頂部。焊縫的另一種位置一般在區(qū)域60和62上方，而焊縫的另一種可能的位置是在區(qū)域60或62中的一個區(qū)域中(諸如在桿50和52之間的輪輞處)。轂或轂板30適于以諸如通過圖5中所示的花鍵連接件30a(—些人也稱之為轂) 的常見方式連接至轉向柱(未示出)。軸線80表示轉向柱的軸線并垂直于平面81延伸； 平面81平行于輪輞34。如上所述構成環(huán)箍或類環(huán)箍構造的輪輞34布置成這樣由82表示的輪輞(橫截面)較大的直徑或尺寸基本上平行于軸線81，且由標記83表示的輪輞較窄的尺寸基本上垂直于輪輞34的平面(見圖5)。方向盤的輪輞經(jīng)常是圓形的但也可以是橢圓形的。還有，通過輪輞的幾何中心的軸線不需要延伸通過轂的中心。一般來說，輪輞軸線和軸線80彼此平行但不總是共線。方向盤20和尤其是支架22可以另外供選地包括從輪輻36和38延伸至輪輞34 的多個輪輞支承結構130。示出兩個這種結構130，但一個、兩個、三個或更多個這種結構也可以用于本發(fā)明。支承結構130具有長形(矩形或橢圓形)的橫截面(圖如中示出矩形橫截面)，且每個支承結構130用如圖5所示那樣的凹形或彎曲來加預應力。這些結構130 構造成當端部加載(見箭頭或向量EJ時彎曲。為便于使結構130彎曲，結構還可以包括預制彎曲件(應力提升結構)132，這些彎曲件進一步控制這些結構在負載下如何彎曲或變形。使用結構130并不會大幅改變輪輞下部39的最終變形形狀。根據(jù)每個結構130的相對強度(變形特性)，輪輞的下部根據(jù)每個單位碰撞負載變形的量將變化。在所示實施例中，結構130由鋼制成。圖5的箭頭&示出端部受載的結構130。圖5中的虛線還示出每個結構130在受載后所呈現(xiàn)的位置。本發(fā)明的方向盤將主要用于如由圖1和2(或18和19)所示的環(huán)境中；因此，方向盤和支架的下部(支架處于圖3的零位)在大多數(shù)情況下將在碰撞過程中受到駕駛員的沖擊。在這種情況下，極少有可能使方向盤的上部受到駕駛員的沖擊。為更完全地控制輪輞下部在負荷下的偏轉(剛度)特性并滿足上述要求，輪輞34包括第一組應力增加結構(也被稱為應力加強結構或應力提升結構)。這些應力增加結構通常用標記90表示。圖3或4 中所示的實施例還包括第一組應力提升結構92、94、96、98。方向盤還可以包括第二組應力提升結構102-108。圖10的實施例僅包括第一應力提升結構92-98 ；下面還會討論這些應力提升結構的細節(jié)；而圖IOa的實施例僅包括應力提升結構92和96。在圖3和4中，第二組應力提升結構102-108中應力提升結構的之一與第一組的應力提升結構中對應的一個應力提升結構相對。這些應力提升結構通過壓印或在輪輞34 的內表面和/或外表面中形成淺V形槽或凹口來產(chǎn)生。圖3、10和Ila中，淺的應力提升結構的角度大約是120°。每個應力提升結構延伸入輪輞中越深，使輪輞變形所需的力越小。 對于給定的輪輞厚度而言，淺深度的應力提升結構需要更大程度的力來使輪輞變形。圖Ila 示出相對的應力提升結構的成對使用。為實現(xiàn)輪輞和方向盤所期望的剛度，第一提升結構 92可以位于輪輞區(qū)60下方的輪輞外部上，且至少另一個應力增加結構96也位于輪輞區(qū)62 下方的輪輞外部上。在較佳的實施例中，結構92和96相對于輪輞外部上的區(qū)域60和62 對稱布置。布置在輪輞內部的附加的應力提升結構94和98更靠近于輪輞的底部39。應力提升結構92、94、96和98隔開表示扭矩或力矩臂(Am)的距離(見圖4)，該扭矩或力矩臂有助于輪輞34下部的受控彎曲。圖10示出根據(jù)本發(fā)明的、只具有上述四個應力提升結構92-98的實施例，且如所述，圖IOa的實施例示出兩個應力提升結構。如由圖6a中的虛線所示，輪輞的剛度可以通過增加輪輞的寬度和/或厚度來增加。所要求的應力提升結構的寬度將隨輪輞橫截面的尺寸而變化。簡要參考附圖lla-lld，其示出應力提升結構的變化型位置。如上所述，圖Ila示出形成相對的應力提升結構的淺槽凹口的使用。圖lib僅示出如U形凹口的一組應力提升結構92a-98a ；圖Ilc示出約90°的尖槽。圖Ild示出帶有尖銳棱角的U形凹口。圖Ilb-Ild 中應力提升結構中的每個提升結構可以用于圖Ila的構造中且反之亦然。同樣，上述圖中所示的任何種類的應力提升結構可以互相混用。圖4b中還示出諸如92和102的兩個應力提升結構的定位。參考附圖12和13，這些附圖用于解釋在本發(fā)明中輪輞下部在受載時如何變形。圖 14是測試后變形輪輞的草圖。如所示，各種應力提升結構的布局使輪輞下部可以如所述在受載時呈矩形構造。圖15和16示出本發(fā)明可使用的測試夾具。圖16的測試夾具用于加載圖12的輪輞(在其變形前)，如所述在圖14中示出已變形的方向盤。在碰撞過程中，駕駛員的胸部和腹部可以與使用測試夾具所得到的結果相似地使方向盤20的下部39受載。 這些碰撞負載大致由圖12和13中的箭頭及向量F示出。這些加載力被傳送至方向盤20 和輪輞34的下部。向量或箭頭FT和FN表示力沿輪輞的切向分量和力作用在輪輞上的法向或垂向分量。每個法向力FN在輪輞34任一側上的力矩臂Am上產(chǎn)生扭矩T，使力矩臂Am 可以圍繞應力提升結構92以順時針方向旋轉并圍繞應力提升結構96以逆時針方向旋轉， 以促使力矩臂Am向外朝圖12和13中所示的最終位置運動。當力矩臂Am向外運動時，輪輞傾向于圍繞應力提升結構94和98塌縮。箭頭或向量Tl示出圍繞應力提升結構94和98 作用的扭矩以使輪輞34的下部39彎曲，從而產(chǎn)生輪輞34在圖13中以點劃線所示的構造。 當輪輞的下部運動至圖13中所示的位置時，結構130處于壓縮狀態(tài)(見圖5的力EL)，從而引起兩個結構(如使用)都向上變形并更向輪輞34的平面移動。簡要參考圖12a，其示出本發(fā)明的另一實施例。根據(jù)輪輞34的物理特性，輪輞可以相對容易地變形。圖12a中，加強構件3 和34b已加至輪輞34。加強構件3 和34b可以由與輪輞34相同的材料構成并制成較小的曲率以使構件34a和34b能夠固定至輪輞34 的外表面。構件3 和34b可以在區(qū)域60和62處開始并向上朝輪輞34的頂部延伸，而構件的頂部隔開120+/-10°。輪輞的剛度隨每個構件；Ma和34b長度的增加而增加。同樣， 構件3 和34b的厚度也可以相對于輪輞34的厚度增加。通過使用與輪輞34相同或不同厚度的構件3 和34b，就易于改變支架的極慣性矩。圖15和16示出用于測試支架22的機械性能與特性的兩個測試夾具300和350。 每個測試夾具包括基底302和安裝板304，支架22和/或方向盤20可以附連至該安裝板。 在圖15中，安裝板與水平面成65°而在圖16中與水平面成90°，這(兩個位置)類似于方向盤20使用的兩個極限位置。每個測試夾具還包括推動板308的液壓驅動壓頭306。方向盤的下部39如這些圖中所示可壓縮受載。圖15中的力向量F表示圖12中加載支架所示的力向量F。圖17表示在圖15和16中所示的條件下支架22的測試數(shù)據(jù)(力F與支架下方中央?yún)^(qū)的偏移D的關系)。在圖17中所示的測試中，方向盤39的下部從其名義狀態(tài)的偏移在20毫米至45毫米的范圍內，而力在1960N至2600N的范圍內；該方向盤將滿足上述規(guī)定。如所示，當徑向或在輪輞平面中施加力(如使用圖16的測試夾具或圖18的操作環(huán)境)時，本發(fā)明的方向盤下部的剛度比當與輪輞成角度地施加力(如使用圖15的測試夾具或圖19的操作環(huán)境)時更小。簡要參考圖12b，其示出本發(fā)明的另一實施例。如上所述，當徑向力加載于輪輞時， 使用單獨應力提升結構或提升結構組可提供使輪輞相對當與輪輞平面成角度地施加力時剛度更低的方法。在某些情況下，也希望使方向盤頂部能以方向盤下部在相同負載下壓縮的方式來壓縮。如果事故發(fā)生，當方向盤轉大約180°時則會發(fā)生這種情況，因為這時方向盤的頂部和下部的正常方向倒轉過來了。圖12b中，輪輞的上部包括應力提升結構92a-98a 和10加-108￡1，這些提升結構可以與應力提升結構92-98和102-108相同的方式使用。當然可實現(xiàn)本發(fā)明的上述實施例中多種更改和修改而不偏離其保護范圍。因此， 本發(fā)明的范圍將僅在必要時由所附權利要求書限定。
權利要求
1.一種方向盤(20)，具有支架(22)，所述支架包括中心轂(30)，輪輞(34)，所述輪輞與轂間隔開，以及至少一條輪輻(36，38)，所述輪輻連接所述轂和所述輪輞；所述輪輞(34)包括第一裝置(92-98，102-108)，當在徑向上將可確定的力施加至所述輪輞時，與當將相同的力以與所述輪輞所在平面成角度地施加至所述輪輞的下部時相比， 所述第一裝置使所述輪輞的頂部和下部之一或兩者被壓縮得更多。
2.如權利要求1所述的方向盤(20)，其特征在于，所述輪輞和所述輪輻由覆蓋材料 (26)覆蓋。
3.如權利要求1所述的方向盤(20)，其特征在于，包括可變形的下輪輞支承結構(130， 132)，所述支承結構從所述轂延伸至所述輪輞的位于中心的下部。
4.如權利要求1所述的方向盤，其特征在于，所述輪輞是環(huán)箍狀的。
5.如權利要求4所述的方向盤，其特征在于，所述輪輞的所述橫截面基本上是長形的， 具有主軸線和垂直于所述主軸線的副軸線。
6.如權利要求5所述的方向盤，其特征在于，所述輪輞的所述主軸線在橫截面中大體平行于延伸通過方向盤轂的軸線。
7.如權利要求1所述的方向盤，其特征在于，所述輪輞橫截面是長形的，具有主軸線和副軸線。
8.如權利要求7所述的方向盤，其特征在于，所述輪輞橫截面是矩形的。
9.如權利要求1所述的方向盤，其特征在于，所述輪輞的所述頂部和所述下部之一或兩者具有第一和第二應力提升結構(92，96 ；9 ，96a)，這些應力提升結構位于所述輪輞與兩條延伸的輪輻(36，38)中的一條輪輻的相交部分附近。
10.如權利要求9所述的方向盤，其特征在于，包括更靠近所述輪輞底部或更靠近所述輪輞的頂部的第二組應力提升結構(94，98，94a，98a)。
11.如權利要求10所述的方向盤，其特征在于，所述輪輞構造成向外靠近所述第一組應力提升結構中的每個提升結構彎曲，并且向內在所述第二組應力提升結構中的每個提升結構附近彎曲。
12.如權利要求1所述的方向盤，其特征在于，所述輪輞構造成通過力受載后呈現(xiàn)扁平狀的構造。
13.如權利要求11所述的方向盤，其特征在于，所述第一裝置包括多個成對的應力提升結構，每對包括在所述輪輞的外平側上的第一應力提升結構和在所述輪輞內側上的第二應力提升結構。
14.如權利要求13所述的方向盤，其特征在于，包括四組這種應力提升結構。
15.如權利要求13所述的方向盤，其特征在于，包括從輪輻延伸至所述輪輞的至少一個可變形支承構件(130)，所述輪輻從中心轂延伸至所述輪輞。
16.如權利要求14所述的方向盤，其特征在于，包括第二支承構件。
17.如權利要求13所述的方向盤，其特征在于，每個支承構件和所述輪輞的所述橫截面是長形的。17. 一種方向盤(20)，所述方向盤具有帶有輪輞(34)的支架，當將力施加至所述輪輞時，所述輪輞是可壓縮的，其中，所述輪輞構造成當垂直于所述輪輞的頂部或下部的側面施加可確定的力時被壓塌第一可確定的量，且所述輪輞還構造成當施加相同力至所述輪輞時被壓塌的程度較小。
全文摘要
一種方向盤(20)具有支架(22)，該支架包括中心轂(30)、與該轂間隔開的輪輞(34)以及連接轂和輪輞的至少一條輪輻(36；38)；輪輞(34)包括應力提升結構(92-98；102-108；92a，98a；102a，108a)，當在徑向上將可確定的力施加至輪輞時，與當將相同的力與輪輞所在平面成角度地施加至輪輞的下部時相比，所述提升結構使輪輞的頂部和/或下部被壓縮得更多。
文檔編號B62D1/06GK102171088SQ200980139750
公開日2011年8月31日 申請日期2009年10月1日 優(yōu)先權日2008年10月2日
發(fā)明者X·徐 申請人:關鍵安全體系股份有限公司