本發(fā)明涉及交通工具領域，具體而言，涉及一種轉向管柱、轉向系統(tǒng)、車輛以及轉向管柱潰縮的控制方法。

背景技術：

目前，為了保證駕駛者的駕駛安全，車輛的轉向系統(tǒng)一般會包括方向盤、與方向盤連接的轉向管柱以及轉向器。轉向管柱的潰縮力來源于內外套管的鉚壓及中間軸的花鍵槽注塑等機械結構，其潰縮力僅能保證在一定范圍內，而無法精確提供潰縮力限值，其潰縮力一致性差；此外，被動式的潰縮結構無法在車輛碰撞時準確合理的提供潰縮力，也無法準確主動的控制潰縮距離，應用上述結構的車輛仍會出現(xiàn)潰縮距離過大或過小等問題，因此對駕駛員保護仍舊不足，對駕駛員的保護性差。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的主要目的在于提供一種轉向管柱、轉向系統(tǒng)、車輛以及轉向管柱潰縮的控制方法，以解決現(xiàn)有技術中的轉向管柱的保護性能差的問題。

為了實現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種轉向管柱，包括：輸入軸，與第一轉向裝置連接并同步轉動；外套管，套設在輸入軸外側，外套管與輸入軸之間相對轉動地設置，且外套管與輸入軸在軸向方向上相對位置不變；內套管，套設在外套管與輸入軸之間，內套管與外套管在軸向方向上能夠相對滑動，且內套管與外套管之間在周向方向上相對位置不變；電磁裝置，設置在外套管上；控制裝置，當控制裝置未接收到預碰撞信號時，電磁裝置對內套管施加第一吸引力以使內套管與外套管在軸向方向上相對位置不變，當控制裝置接收到預碰撞信號時，控制裝置控制電磁裝置，以使電磁裝置對內套管施加第二吸引力，第二吸引力小于第一吸引力，內套管與外套管在軸向方向上發(fā)生相對滑動，當外套管滑動至預定位置時，控制裝置控制電磁裝置對內套管施加第一吸引力。

進一步地，轉向管柱還包括：傳感裝置，設置在外套管上以檢測外套管的潰縮程度，傳感裝置將檢測信號發(fā)送至控制裝置，控制裝置根據(jù)檢測信號控制第二吸引力的大小。

進一步地，傳感裝置包括力傳感器，力傳感器測量輸入軸受到的力。

進一步地，傳感裝置還包括位移傳感器，位移傳感器測量外套管與內套管之間的相對位移。

進一步地，內套管的底部的外側設置有限位結構，位移傳感器測量其自身至限位結構之間的距離。

進一步地，電磁裝置上設置有連接結構，力傳感器與位移傳感器通過連接結構連接在電磁裝置上。

進一步地，轉向管柱還包括：中間軸，中間軸的一端與輸入軸通過第一花鍵過盈連接，中間軸的另一端與第二轉向裝置固定連接。

進一步地，電磁裝置為電磁閥，電磁閥設置在外套管的靠近內套管的端部。

根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種轉向系統(tǒng)，包括：方向盤，產(chǎn)生轉向動作；轉向器，根據(jù)轉向動作轉向；轉向管柱，轉向管柱上述的轉向管柱，轉向管柱連接方向盤與轉向器以使轉向動作傳遞至轉向器，第一轉向裝置形成方向盤。

根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種車輛，包括：轉向系統(tǒng)，轉向系統(tǒng)為上述的轉向系統(tǒng)。

進一步地，車輛還包括：安全裝置，具有啟動保護模式以及待啟動保護模式；檢測裝置，可產(chǎn)生預碰撞信號，當安全裝置接收到預碰撞信號時，安全裝置切換為啟動保護模式，當安全裝置未接收到預碰撞信號時，安全裝置處于待啟動保護模式。

根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種交通工具的轉向管柱潰縮的控制方法，采用上述的轉向管柱，轉向管柱潰縮控制方法包括：步驟s10：檢測交通工具的預碰撞信號以及速度信號，并根據(jù)預碰撞信號與速度信號生成第一指令信號；步驟s20：轉向管柱的控制裝置根據(jù)第一指令信號控制轉向管柱的電磁裝置的吸引力，使吸引力為第二吸引力；步驟s30：電磁裝置向轉向管柱的內套管施加第二吸引力，轉向管柱的內套管與轉向管柱的外套管在軸向方向上發(fā)生相對滑動；步驟s40：當外套管滑動至預定位置時，控制裝置控制電磁裝置的吸引力，使吸引力為第一吸引力，內套管在第一吸引力的作用下與外套管在軸向方向上相對位置不變。

進一步地，轉向管柱采用上述的轉向管柱，在外套管滑動至預定位置之前，控制方法還包括：步驟s41：通過轉向管柱的力傳感器測量轉向管柱的輸入軸受到的力，并將力反饋至控制裝置；步驟s42：通過轉向管柱的位移傳感器測量外套管與內套管之間的相對位移，并將相對位移反饋至控制裝置；步驟s43：控制裝置根據(jù)力與相對位移生成第二指令信號，并根據(jù)第二指令信號控制電磁裝置的吸引力。

應用本發(fā)明的技術方案，在外套管上設置電磁裝置，當控制裝置未接收到預碰撞信號時，電磁裝置對內套管施加第一吸引力以使內套管與外套管在軸向方向上相對位置不變，當控制裝置接收到預碰撞信號時，控制裝置控制電磁裝置，以使電磁裝置對內套管施加第二吸引力。當發(fā)生碰撞時，碰撞力施加在外套管上。由于第二吸引力小于第一吸引力，因此當電磁裝置對內套管的吸引不足以克服碰撞力時，內套管會與外套管在軸向方向上發(fā)生相對滑動(即發(fā)生潰縮)，當外套管滑動至預定的安全位置時，控制裝置能夠再次控制電磁裝置對內套管施加第一吸引力以使外套管能夠停留在上述預定的安全位置處。上述結構將機械式的潰縮結構替換為電控形式的潰縮裝置，使得潰縮距離與實際產(chǎn)生的潰縮距離一致，從而能夠精準地控制潰縮距離，進而實現(xiàn)對駕駛人員的最大限度的保護，最終解決了現(xiàn)有技術中的轉向管柱的保護性能差的問題。此外，由于在產(chǎn)生碰撞時，電磁裝置通過減小吸引力來使內套管與外套管相對移動，因此在內套管與外套管相對移動的過程中不會對其他機械結構產(chǎn)生破壞，故后續(xù)維修相對簡單，維修成本能夠大大降低。

附圖說明

構成本申請的一部分的說明書附圖用來提供對本發(fā)明的進一步理解，本發(fā)明的示意性實施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構成對本發(fā)明的不當限定。在附圖中：

圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的轉向管柱的實施例的立體結構示意圖；

圖2示出了圖1的轉向管柱的縱剖結構示意圖；以及

圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的交通工具的轉向管柱潰縮的控制方法的流程圖。

其中，上述附圖包括以下附圖標記：

10、輸入軸；20、外套管；30、內套管；40、電磁裝置；50、控制裝置；60、傳感裝置；61、力傳感器；62、位移傳感器；70、限位結構；80、連接結構；90、中間軸；100、軸承。

具體實施方式

需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請中的實施例及實施例中的特征可以相互組合。下面將參考附圖并結合實施例來詳細說明本發(fā)明。

如圖1和圖2所示，本實施例的轉向管柱包括：輸入軸10、外套管20、內套管30、電磁裝置40以及控制裝置50。其中，輸入軸10與第一轉向裝置連接并同步轉動。外套管20套設在輸入軸10外側，外套管20與輸入軸10之間相對轉動地設置，且外套管20與輸入軸10在軸向方向上相對位置不變。內套管30套設在外套管20與輸入軸10之間，內套管30與外套管20在軸向方向上能夠相對滑動，且內套管30與外套管20之間在周向方向上相對位置不變。電磁裝置40設置在外套管20上。當控制裝置50未接收到預碰撞信號時，電磁裝置40對內套管30施加第一吸引力以使內套管30與外套管20在軸向方向上相對位置不變，當控制裝置50接收到預碰撞信號時，控制裝置50控制電磁裝置40，以使電磁裝置40對內套管30施加第二吸引力，第二吸引力小于第一吸引力，內套管30與外套管20在軸向方向上發(fā)生相對滑動，當外套管20滑動至預定位置時，控制裝置50控制電磁裝置40對內套管30施加第一吸引力。

應用本實施例的技術方案，在外套管20上設置電磁裝置40，當控制裝置50未接收到預碰撞信號時，電磁裝置40對內套管30施加第一吸引力以使內套管30與外套管20在軸向方向上相對位置不變，當控制裝置50接收到預碰撞信號時，控制裝置50控制電磁裝置40，以使電磁裝置40對內套管30施加第二吸引力。當發(fā)生碰撞時，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，因此當電磁裝置40對內套管30的吸引不足以克服碰撞力時，內套管30會與外套管20在軸向方向上發(fā)生相對滑動(即發(fā)生潰縮)，當外套管20滑動至預定的安全位置時，控制裝置50能夠再次控制電磁裝置40對內套管30施加第一吸引力以使外套管20能夠停留在上述預定的安全位置處。上述結構具有以下三個優(yōu)點：第一、將機械式的潰縮結構替換為電控形式的潰縮裝置，使得潰縮距離與實際產(chǎn)生的潰縮距離一致，從而能夠精準地控制潰縮距離，進而實現(xiàn)對駕駛人員的最大限度的保護，最終解決了現(xiàn)有技術中的轉向管柱的保護性能差的問題。第二，由于在產(chǎn)生碰撞時，電磁裝置40通過減小吸引力來使內套管30與外套管20相對移動，因此在內套管30與外套管20相對移動的過程中不會對其他機械結構產(chǎn)生破壞，故后續(xù)維修相對簡單，維修成本能夠大大降低。第三、上述結構能夠通過預碰撞信號提供相應的第二吸引力，因此上述結構能夠主動進行潰縮，并且使得潰縮行為更加合理，從而主動保護駕駛員的生命安全。

如圖1和圖2所示，在本實施例中，轉向管柱還包括傳感裝置60。傳感裝置60設置在外套管20上以檢測外套管20的潰縮程度，傳感裝置60將檢測信號發(fā)送至控制裝置50，控制裝置50根據(jù)檢測信號控制第二吸引力的大小。上述結構能夠把外套管20的潰縮程度(潰縮程度是綜合參考潰縮力和/或潰縮距離和/或潰縮的加速度等指標所得出的)實時反饋給控制裝置50，控制裝置50接收到實時的反饋后主動進行調整，減小碰撞傷害，實現(xiàn)對駕駛人員的最大限度的保護。具體地，當碰撞力大于電磁裝置40提供的吸引力后，轉向管柱發(fā)生潰縮。此時傳感裝置60開始工作，將檢測到的數(shù)據(jù)實時的反饋給控制裝置50，而控制裝置50通過分析輸入信號及相應的數(shù)據(jù)后，能夠動態(tài)地調節(jié)電磁裝置40的吸引力，從而提供合理的潰縮程度。當控制器根據(jù)輸入信號判斷碰撞結束后，電磁裝置40的吸引力再次達到第一吸引力，從而鎖緊內套管30，潰縮行為結束。

如圖1和圖2所示，在本實施例中，傳感裝置60包括力傳感器61，力傳感器61測量輸入軸10受到的力。具體地，當碰撞力大于電磁裝置40提供的吸引力后，力傳感器61開始工作，實時檢測潰縮過程中的潰縮力，并將該潰縮力實時地反饋給控制裝置50?？刂蒲b置50通過分析輸入信號以及相應的潰縮力，動態(tài)調節(jié)電磁裝置40的吸引力，從而提供合理的潰縮力。此外，上述結構使得潰縮力可以精確到某一數(shù)值，使得一致性更佳。

如圖1和圖2所示，在本實施例中，傳感裝置60還包括位移傳感器62，位移傳感器62測量外套管20與內套管30之間的相對位移。具體地，當碰撞力大于電磁裝置40提供的吸引力后，力傳感器61和位移傳感器62同時開始工作，實時檢測潰縮過程中的潰縮力和潰縮距離，并將該潰縮力和潰縮距離實時的反饋給控制裝置50?？刂蒲b置50通過分析輸入信號以及相應的潰縮力和潰縮距離，動態(tài)調節(jié)電磁裝置40的吸引力，從而提供更佳合理的潰縮力并精確控制潰縮距離。上述結構能夠能實時反饋潰縮信息，從而更高效、更合理地選取適合的潰縮力及潰縮距離，進一步地實現(xiàn)對駕駛人員的最大限度的保護。

需要說明的是，上述傳感裝置60不限于力傳感器61和位移傳感器62，還可以為加速度傳感器等能夠反映出潰縮程度的傳感器。

需要說明的是，在本實施例中，在控制裝置50、電磁裝置40以及傳感裝置60之間采用閉環(huán)通訊，更易控制整個潰縮行為。

如圖1和圖2所示，在本實施例中，內套管30的底部的外側設置有限位結構70，位移傳感器62測量其自身至限位結構70之間的距離。在本實施例中，內套管30穿設并固定在盒體上，盒體上具有安裝內套管30的安裝孔，該安裝孔所在的面形成上述限位結構。內套管30與盒體一樣相對于交通工具是靜止的，在潰縮過程中，由于位移傳感器62設置在外套管20上，因此位移傳感器62與外套管20一同向著盒體移動。位移傳感器62相對于盒體移動了多少就代表著外套管20相對于內套管30移動了多少。因此通過測量位移傳感器62測量其自身至安裝孔所在的面(限位結構70)之間的距離即可準確地測出潰縮距離。此外，若電磁裝置40失效后，外套管20會繼續(xù)軸向移動，當外套管20移動至限位結構70時會與限位結構70抵接，以防碰撞后潰縮距離過大，從而實現(xiàn)對駕駛人員的最大限度的保護。

如圖1和圖2所示，在本實施例中，電磁裝置40上設置有連接結構80，力傳感器61與位移傳感器62通過連接結構80連接在電磁裝置40上。上述結構簡單，使得力傳感器61、位移傳感器62、電磁裝置40與外套管20能夠同步移動。

如圖1和圖2所示，在本實施例中，轉向管柱還包括中間軸90。中間軸90的一端與輸入軸10通過第一花鍵過盈連接，中間軸90的另一端與第二轉向裝置固定連接。具體地，第一轉向裝置帶動輸入軸10轉動。輸入軸10通過花鍵與中間軸90連接使得中間軸90能夠與輸入軸同步轉動。中間軸90的另一端與第二轉向裝置固定連接，使得中間軸90能夠將輸入軸10的轉動動作傳遞給第二轉向裝置，使得第二轉向裝置做出相應的轉向。

如圖1和圖2所示，在本實施例中，外套管20與輸入軸10之間通過軸承100連接。上述結構簡單，使得輸入軸10既能夠相對與外套管20轉動，又能夠與外套管20在軸向方向上相對位置不變。

如圖1和圖2所示，在本實施例中，內套管30與外套管20之間通過第二花鍵連接。上述結構簡單，使得內套管30與外套管20在周向方向上相對位置不變。

如圖1和圖2所示，在本實施例中，電磁裝置40為電磁閥，電磁閥設置在外套管20的靠近內套管30的端部?？刂蒲b置50通過控制電磁閥的開度來調整電磁閥的吸引力。

本申請還提供了一種轉向系統(tǒng)(圖中未示出)，根據(jù)本實施例的轉向系統(tǒng)包括：方向盤、轉向器以及轉向管柱。其中，方向盤產(chǎn)生轉向動作。轉向器根據(jù)轉向動作轉向。轉向管柱為上述的轉向管柱，轉向管柱連接方向盤與轉向器以使轉向動作傳遞至轉向器，第一轉向裝置形成方向盤。第二轉向裝置形成轉向器。由于上述轉向管柱具有保護性能好的優(yōu)點因此具有其的轉向系統(tǒng)也具有上述優(yōu)點。

在本實施例中，轉向系統(tǒng)還包括傳動軸。傳動軸連接轉向管柱與轉向器，以使轉向動作通過傳動軸傳遞至轉向器。

本申請還提供了一種車輛(圖中未示出)，根據(jù)本實施例的車輛包括車身以及轉向系統(tǒng)。其中，轉向系統(tǒng)設置在車身上，轉向系統(tǒng)為上述的轉向系統(tǒng)。由于上述轉向系統(tǒng)具有保護性能好的優(yōu)點因此具有其的車輛也具有上述優(yōu)點。

在本實施例中，車輛還包括安全裝置以及檢測裝置。安全裝置具有啟動保護模式以及待啟動保護模式。檢測裝置可產(chǎn)生預碰撞信號，當安全裝置接收到預碰撞信號時，安全裝置切換為啟動保護模式，當安全裝置未接收到預碰撞信號時，安全裝置處于待啟動保護模式。具體地，當車輛正常行駛時，安全裝置將不會收到檢測裝置發(fā)送的預碰撞信號，此時安全裝置處于待啟動保護模式(不啟動)。當車輛即將發(fā)生碰撞時，檢測裝置檢測到檢測值在預定安全范圍以外的話將會向安全裝置發(fā)送預碰撞信號，此時安全裝置切換為保護模式從而快速保護駕駛員的安全。

需要說明的是，上述預碰撞信號不但發(fā)送至安全裝置，還會發(fā)送至控制裝置50。上述結構使得能夠主動進行潰縮的轉向管柱與安全裝置協(xié)同作用，以對駕駛員提供更適合的保護行為。

在本實施例中，安全裝置為安全氣囊。當車輛即將發(fā)生碰撞時，檢測裝置將會向安全氣囊發(fā)送預碰撞信號，安全氣囊會彈出，從而保護駕駛員的安全。當然，上述安全裝置不限于安全氣囊，還可以為安全帶等裝置。

本申請還提供了一種交通工具的轉向管柱潰縮的控制方法，其中，轉向管柱采用上述的轉向管柱，如圖3所示，轉向管柱潰縮控制方法包括：

步驟s10：檢測交通工具的預碰撞信號以及速度信號，并根據(jù)預碰撞信號與速度信號生成第一指令信號；

步驟s20：轉向管柱的控制裝置50根據(jù)第一指令信號控制轉向管柱的電磁裝置40的吸引力，使吸引力為第二吸引力；

步驟s30：電磁裝置40向轉向管柱的內套管30施加第二吸引力，轉向管柱的內套管30與轉向管柱的外套管20在軸向方向上發(fā)生相對滑動；

步驟s40：當外套管20滑動至預定位置時，控制裝置50控制電磁裝置40的吸引力，使吸引力為第一吸引力，內套管30在第一吸引力的作用下與外套管20在軸向方向上相對位置不變。

控制裝置50在接收到預碰撞信號和車速信號后通過主動潰縮算法生成理想的潰縮力和潰縮距離，并根據(jù)理想的潰縮力和潰縮距離生成第一指令信號。電磁裝置40在接收到第一指令信號后吸引力變小，轉向管柱開始潰縮直至實際的潰縮力和潰縮距離與理想的潰縮力和潰縮距離一致為止。上述控制方法使得潰縮效果更佳，能夠最大限度地保證駕駛員的安全。此外，由于理想的潰縮力和潰縮距離是通過預碰撞信號生成的，即在沒有發(fā)生碰撞之前，控制裝置50即可生成一個能夠最大限度地保證駕駛員的安全的潰縮力和潰縮距離的參數(shù)，因此做到了根據(jù)實際情況主動進行潰縮，使得潰縮行為更加合理，從而主動保護駕駛員的生命安全。

優(yōu)選地，在本實施例中，轉向管柱采用具有力傳感器61和位移傳感器62的轉向管柱，在外套管20滑動至預定位置之前，控制方法還包括：

步驟s41：通過轉向管柱的力傳感器61測量轉向管柱的輸入軸10受到的力，并將力反饋至控制裝置50；

步驟s42：通過轉向管柱的位移傳感器62測量外套管20與內套管30之間的相對位移，并將相對位移反饋至控制裝置50；

步驟s43：控制裝置50根據(jù)力與相對位移生成第二指令信號，并根據(jù)第二指令信號控制電磁裝置40的吸引力。

具體地，在碰撞發(fā)生之前，預碰撞信號和車速信號通過主動潰縮算法共同生成理想的潰縮力和潰縮距離，

當碰撞力大于電磁裝置40提供的吸引力后，力傳感器61和位移傳感器62開始工作，實時檢測潰縮過程中的力以及相對位移，并將該力和相對位移實時的反饋給控制裝置50?？刂蒲b置50分析輸入信號以及相應的潰縮力后，生成第二指令信號，電磁裝置40在接收到第二指令信號后調節(jié)其自身的吸引力。由于力傳感器61和位移傳感器62實時將數(shù)據(jù)傳輸至控制裝置，因此上述結構能夠動態(tài)調節(jié)電磁裝置40的吸引力，從而提供合理的潰縮力和潰縮位移。此外，上述結構使得潰縮力可以精確到某一數(shù)值，使得一致性更佳。同時，使得潰縮距離更加精準。

以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對于本領域的技術人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內。