技术领域
[0001] 本
发明大体上涉及车辆转向系，以及，更具体的，涉及包括扭转减振器设备的方向盘和转向柱组件。
背景技术
[0002] 现在，车辆的方向盘支持各种电气设备例如音响系统控制，喇叭致动
开关以及辅助充气约束(SIR)模
块已非常普遍。可使用
接触板来保持车辆的电
基础设施和音响系统控制、喇叭致动开关和其它这种安装在方向盘的输入之间的电通信。但是，通常使用SIR盘簧式
电缆总成以提供与SIR模块更可靠的硬连线连接。通用的SIR盘簧式电缆总成包括
定子体、
转子体和盘绕在该定子体和转子体之间的扁平带状电缆(通常称作“SIR盘簧式电缆(coil)”或“表簧卷式电缆(clock spring roll)”)。SIR盘簧式电缆总成的定子体固定地连接到转向柱壳体，转子体附接到方向盘或可旋转的转向柱轴。当驾驶员转动车辆的方向盘时，SIR盘簧式电缆总成的转子体相对于定子体旋转。盘绕的带状电缆适应这个旋转运动的需要来卷起和展开。
[0003] 已经广泛地设计了车辆的方向盘和转向柱组件以提供期望的转向特性。尽管如此，传统的方向盘和转向柱组件可仍然允许较小的扭转振动通过转向柱轴传输到方向盘。这种振动可由车辆的各旋转
角落处的各种周期源(例如，轮胎、
车轮、
制动盘、
轴承毂组件等等)产生，包括如
不平衡和不均匀的轮胎这种情况，因此这种振动甚至可当车辆在相对平整的道路上行驶时产生。这种振动情况通常称作“平整路面振动”或，更简单地，称作“SRS”。通常，SRS可由在驾驶员可察觉
阈值处或高于该阐值的方向盘的多余动态旋转运动来表征；例如，发生在约为零点几度的数量级上(例如，1.5分)、通常在从大约8到20赫兹的
频率范围，特别是当车辆在大约80到160公里/小时的速度范围内运行时。尽管这个旋转运动相对较小，但却很容易让驾驶员察觉到，因此是不希望有的。已生产了通过提供环绕方向盘轴的夹紧
力而试图最小化SRS的设备；但是，这种设备在很多方面受到限制。例如，对于小角度位移，这种设备倾向于呈现固有弹性，因此存储而不是释放
动能。
[0004] 因此，期望提供一种包括扭转摩擦减振器的车辆转向盘和转向管柱组件，其能基本上减少或全部消除SRS的发生。也期望，如果在某些
实施例中将该扭转摩擦减振器集成到部件中，例如SIR盘簧式电缆总成中，这通常使用在传统的车辆方向盘和转向柱组件中以便减小成本和总零件数。本发明的其它期望的特点和特性将从随后的具体实施方式和所附的
权利要求、并结合
附图和上文的技术领域和背景技术变得更加明显。
发明内容
[0005] 提供了用于部署在车辆上的方向盘和转向柱组件。在一个实施例中，方向盘和转向柱组件包括：(i)转向柱壳体，(ii)可旋转的转向组件，以及(iii)扭转减振器设备。可旋转的转向组件包括：转向柱轴，其可旋转地连接到转向柱壳体；以及方向盘，其固定地连接到转向柱轴。扭转减振器设备包括：定子体，其固定地连接到转向柱壳体；以及转子体，其固定地连接到可旋转的转向组件。转子体摩擦地接合定子体以产生预定的库仑
扭矩摩擦阻力。
[0006] 也提供了用于部署在方向盘和转向柱组件中的辅助充气约束(SIR)盘簧式电缆总成，其中方向盘和转向柱组件为这样的类型，即包括：转向柱壳体；转向柱轴，可旋转地连接到转向柱壳体；方向盘，固定地连接到转向柱轴；以及SIR模块，安装在方向盘上。在一个实施例中，SIR盘簧式电缆总成包括：(i)定子体，设置成固定地连接到转向柱壳体，(ii)转子体，设置成固定地连接到方向盘和转向柱轴中的至少一个上，以及(iii)SIR盘簧式电缆，布置在定子体和转子体之间并设置成电连接到SIR模块。转子体与定子体摩擦地接合以产生预定库仑扭矩摩擦阻力，该预定库仑扭矩摩擦阻力在大约0.1
牛顿米和大约0.4牛顿米之间。
附图说明
[0007] 本发明将在下文中接合下列图形描述，其中相似的数字表示相似的元件，以及：
[0008] 图1为示例性的方向盘和转向柱组件的俯视图，示出了在驾驶员察觉阈值处发生的伴有动态运动的平整道路振动以及传输的扭矩；
[0009] 图2为根据示例性实施例的方向盘和转向柱组件的分解图；
[0010] 图3为用于示于图2的方向盘和转向柱组件的辅助充气约束(SIR)盘簧式电缆总成的视图；
[0011] 图4为示于图2的方向盘和转向柱组件的侧视功能图；
[0012] 图5为根据进一步示例实施例的方向盘和转向柱组件的侧视功能图；以及[0013] 图6为根据再进一步的示例实施例的方向盘和转向柱组件的侧视功能图。
具体实施方式
[0014] 以下的具体实施方式实质上仅为示例性的，并且不是为了限制本发明或者本发明的应用或使用。而且，不会被前述的技术领域、背景技术、发明内容和以下的具体实施方式中的任何明确的或暗示的理论所限制。
[0015] 图1为方向盘和转向柱组件20的简化俯视图，示出了在驾驶员察觉阈值处发生的伴有动态运动的平整道路振动(本文称作“SRS”)；例如，在或接近从大约8到20赫兹范围内的频率下大约为1.5分，如在下文中更详细地讨论的。方向盘和转向柱组件20包括方向盘22、转向柱壳体24以及转向柱轴26(以假想线示出)。转向柱壳体24固定地安装到设置在主车辆(未示出)上的
基座安装结构上。方向盘22包括
方向盘轮缘30，方向盘轮缘30由多个径向
辐条32连接到中心毂28。中心毂28固定地连接到转向柱轴26的顶端，转向柱轴26转而可旋转地安装在转向柱壳体24中。
[0016] 在SRS发生期间，车辆内部的不平衡产生振动，振动通过转向柱轴26，通过中心毂28，通过辐条32传输到方向盘轮缘30。这些振动导致方向盘轮缘30的旋转运动。如在图
1显示的，方向盘轮缘30的旋转位移可相对最小(例如，在大约0.03度的数量级)并可由环绕方向盘轮缘30的旋
转轴线所施加的相对较小的扭矩产生(例如，在大约0.15牛顿米的数量级)。尽管这样，却已经发现，在大约8到20赫兹的
频率范围内大约0.03度数量级上的以及更大的方向盘的
角位移，是驾驶员可察觉到的，因此是不希望有的。以下描述了方向盘和转向柱组件的若干示例性实施例，其中方向盘和转向柱组件包括扭转减振器设备，其基本上减少了或全部消除了SRS的出现。
[0017] 图2为根据第一示例性实施例的方向盘和转向柱组件34的一部分的分解图。方向盘和转向柱组件34相似于上文结合图1描述的组件20。例如，方向盘和转向柱组件34包括方向盘36和转向柱38(仅部分示于图2)。转向柱38包括固定的转向柱壳体42和转向柱轴44，转向柱轴44可旋转地安装在转向柱壳体42中。与前面的情况一样，方向盘36利
用例如带
花键的互连部件和
锁止
螺栓46或其它这样的
紧固件附接到转向柱轴44暴露的端部。方向盘和转向柱组件34还包括SIR模块48和喇叭触头50，它们每个都部署在方向盘36上；例如SIR模块48可安装到方向盘36的中心毂上，在喇叭触头50之上。下罩52也可安装在转向柱38和方向盘36之间，如图2示出的。
[0018] 当方向盘36由驾驶员转动时，方向盘36和转向柱轴44都相对于转向柱壳体42旋转。由于这个原因，本文中方向盘36和转向柱轴44可统称为“可旋转的转向组件”。为了维持在方向盘36的旋转期间与SIR模块48连续的电通信，方向盘和转向柱组件34还装有SIR盘簧式电缆总成40。SIR盘簧式电缆总成40安装到转向柱壳体42上并且包括中心孔，转向柱轴44延伸通过该中心孔。在优选的一组实施例中，SIR盘簧式电缆总成40也起扭转减振器设备的作用，扭转减振器设备基本上减少了或全部消除了SRS在方向盘36处的发生，如结合图3和4在下文中更详细的描述。
[0019] 图3为处于拆开状态的示例性SIR盘簧式电缆总成40的视图。在这个视图中，可以看到SIR盘簧式电缆总成40包括定子体72和转子体74。定子体72通常为环形形状，并包括通过其的中心孔76。相似地，转子体74通常为环形形状，并包括通过其的中心孔78。当SIR盘簧式电缆总成40被组装，中心孔76和78对准并允许转向柱轴44(图2)贯穿SIR盘簧式电缆总成40以连接到方向盘36(图2)，如上文描述的。除孔76之外，定子体72还包括高出的环形轮缘80和多个环绕轮缘80周向地间隔的安装
法兰82。每个安装法兰82可接收
螺纹紧固件以允许定子体72安装到转向柱壳体42(图2)上。相比之下，转子体74包括外部径向唇缘84、单个或多个凸出部分86(其中一个在图3中可见)、以及通常限定中心孔78的内部环形
套管88。安装了SIR盘簧式电缆总成40后，凸出部分86可与设置在方向盘36(图2)的背面的配合槽可靠地对准(positively register)，以减少转向转子体
74和方向盘36之间的间隙。定子体72和转子体74每个都优选地形成为显示相对高的扭转
刚度。在一个非限制性实例中，定子体72和转子体74每个可被形成为具有大约40牛顿米每度和大约80牛顿米每度之间的扭转刚度。
[0020] SIR盘簧式电缆总成40还包括长形电导体90，在示于图3的实例中，其呈现扁平带状电缆的形式。电导体90物理地连接在定子体72和转子体74之间。更具体地，电导体90的第一分叉端部分92连接到定子体72内部，导体90的第二相对端部分94连接到转子体74的内部。当安装了SIR盘簧式电缆总成40后，电导体90大体上包含在内部环形物中，内部环形物很大程度上由高出的环形轮缘80的内表面和内部环形套管88的外表面所限定。电导体90电连接在主车辆(未示出)的电基础设施和安装在方向盘36(图2)上的SIR模块48之间。为了允许电导体90电连接到SIR模块48(图2)，SIR盘簧式电缆总成
40还设置了一个或多个适于与SIR模块48接合的
电连接器。例如，如图3所示，SIR盘簧式电缆总成40可包括第一和第二阳性插头96，其电连接到导体90，并且可由设置在SIR模块48(图2)上的阴性插座配合地接收。
[0021] 在运转期间，当驾驶员转动方向盘36，转子体74可相对于定子体72做若干个完全的旋转。长形电导体90通常为螺旋的或盘绕的并可根据需要卷起或展开以适应这个旋转运动。而且，在优选的实施例中，电导体90显示出类似
弹簧的弹性，从而在
变形后容易返回到它的原始形状和
位置。为此，电导体90通常称作“SIR盘簧式电缆”或“表簧卷式电缆”。为了在转子体74相对于定子体72旋转时帮助引导电导体90的运动，定子体72上可安装一个或多个引导部件，例如布置在高出的环形轮缘80的内表面上的带状电导体卷轴引导件98，如图3所示。另外，内部环形套管88可起
心轴的作用，电导体90可环绕它自由地缠绕和展开。
[0022] 组装了SIR盘簧式电缆总成40后，定子体72位于邻近转子体74的位置，并且定子体72的至少一个表面与转子体74的至少一个表面摩擦接合。在示于图3的说明性实例中，设置在高出的环形轮缘80上的第一摩擦表面100与设置在外部径向唇缘84上的第二摩擦表面102摩擦接合。摩擦表面100和102可统称为SIR盘簧式电缆总成40的“摩擦界面”。摩擦表面100和102具有相似的尺寸并且它们每个都基本上为环形形状，从而，SIR盘簧式电缆总成40的摩擦界面通常也为环形形状。也可以注意到，在这个示例性的情况中，环形摩擦界面的平面基本上与转向柱轴44(图2)的纵轴垂直。
[0023] 图4为方向盘和转向柱组件34的简化侧视功能图。在这个视图中，可以看到转子体74包括穹顶状(domed)端部分104，其与转子体74的主体整体形成。穹顶状端部分104为轴向弹性结构，其在基本上垂直于摩擦界面的方向上是顺应的，其中摩擦界面由摩擦表面100和102形成。当组装了方向盘和转向柱组件34后，穹顶状端部分104倚靠方向盘36并由方向盘36使其变形。因此转子体74朝定子体72偏置，并且摩擦表面100和摩擦表面102被压成摩擦接合。这样，穹顶状端部分104提供了轴向
顺应性，这弥补了可发生在方向盘和转向柱组件40的寿命期间的磨损。当然，SIR盘簧式电缆总成40的可替代实施例可使用其它适合于将转子体74的摩擦表面朝转子体74的摩擦表面偏置的，具有轴向弹性、在某种情况下具有径向弹性的元件。这种可替代的偏置装置的实例在下文结合图5进行讨论。
尽管SIR盘簧式电缆总成40可使用在垂直摩擦界面的方向上顺应的弹性元件，但要记住，定子体72和转子体74每个都被形成为具有相对高的扭转刚度以及，从而显示出极少或不显示出扭转弹性。
[0024] SIR盘簧式电缆总成40通常设计为使得摩擦表面100和102之间的库仑
摩擦力足够大以基本上减少方向盘36(图2)的角位移，其中角位移由通过转向柱轴44(图2)传输的小动态扭矩所引起。同时，SIR盘簧式电缆总成40优选地设计成使得摩擦表面100和102之间的库仑摩擦力足够小以使得在驾驶员转动方向盘36(图2)时，他或她几乎觉察不到。换句话说，SIR盘簧式电缆总成40设置成使得定子体72与转子体74摩擦地接合以产生预定库仑扭矩摩擦阻力。在优选的一组实施例中，预定库仑扭矩摩擦阻力在大约0.1牛顿米和大约0.4牛顿米之间；并且，在更优选的一组实施例中，预定库仑扭矩摩擦阻力在大约0.15牛顿米和大约0.25牛顿米之间。
[0025] 如将很容易被技术人员所理解的，出现在SIR盘簧式电缆总成40的摩擦界面中的库仑摩擦力将取决于若干不同的参数。例如，迫使定子体72朝向转子体74的轴向
载荷，其大小将对在摩擦表面100和102之间最终产生的库仑扭矩摩擦力产生直接的影响。在某些实施例中，可使用带螺纹的螺旋千斤顶或相似的设备来调整这个轴向载荷。摩擦界面上的库仑摩擦力也将部分地由摩擦界面的尺寸确定。对于环形摩擦界面，通常期望，在防止SIR盘簧式电缆总成40(或其他扭转减振器设备)的总体
包装变得笨重的同时，优化该界面的内径。作为一个非限制性实例，SIR盘簧式电缆总成40的摩擦界面可具有在大约70毫米和大约110毫米之间的内径。库仑摩擦力将进一步由为摩擦表面100和102选择的材料所影响。为摩擦表面100和102选择的材料可不同于形成定子体72和转子体74的其它部分的材料。而且，为摩擦表面100选择的材料可不同于为摩擦表面102选择的材料；实际上，通常优选地，为摩擦表面100和102选择不同材料以最小化面对面的熔接的可能性。
[0026] 如前所述，优选地，定子体72和转子体74由弹性元件朝彼此偏置。在上文描述的实施例中，弹性偏置元件呈现出轴向可压缩的转子体74的穹顶状端部分104的形式。但是，在可替代的实施例中，可使用其他类型的弹性偏置元件，包括各种类型的弹簧(例如，盘簧、贝尔维尔(bellville)
垫圈、波状弹簧等等)。进一步强调这一点，图5为方向盘和转向柱组件106的简化侧视功能图，组件106包括：转向柱壳体108、可旋转地安装在壳体108中的转向柱轴110、以及固定地安装到转向柱轴110的端部的方向盘112。SIR盘簧式电缆总成114布置在转向柱壳体108和方向盘112之间。SIR盘簧式电缆总成114包括：固定地连接到转向柱壳体108的定子体116、固定地连接到方向盘112的转子体118、以及长形导体120(例如，盘绕的带状电缆)，长形导体120布置在定子体116和转子体118之间，并且电连接到安装在方向盘112上的SIR模块122上。和前面的情况一样，定子体116和转子体118分别包括第一和第二环形摩擦表面117和119。摩擦表面117与摩擦表面119摩擦地接合以产生环形摩擦界面，该界面的平面基本上垂直于转向柱轴110的纵轴。在运行期间，SIR盘簧式电缆总成114起扭转减振器设备的作用，其减小或消除了SRS按上文描述的方式发生。
[0027] 现在仍参考示于图5的示例性实施例，盘簧124围绕轴110布置并压缩在转子体118和方向盘112之间。盘簧124将转子体118朝定子体116偏置以帮助保持转子体118的摩擦表面119和定子体116的摩擦表面117之间所期望的摩擦特性。如在图5示出的，盘簧124可进一步由第一和第二凸出部分126保持，其中凸出部分126从转子体118轴向延伸。凸出部分126可由布置在方向盘112的背面上的对应槽128配合地接收，以基本上减少或全部消除转子体118和方向盘112之间的扭转间隙。转子体118和定子体116每个再一次优选地形成为具有相对高的扭转刚度。
[0028] 从而，已经描述了包括适于减少或消除SRS的发生的扭转摩擦减振器的车辆方向盘和转向柱组件的两个示例性实施例。在上文描述的两个实施例中，扭转摩擦减振器被集成到SIR盘簧式电缆总成中并包括环形摩擦界面，该界面由基本上垂直于转向柱轴的纵轴的平面所横切。但是，在可替代的实施例中，扭转摩擦减振器不需要被集成到SIR盘簧式电缆总成中，而作为替代，可包括独立结构设备，例如一对
摩擦片。另外，摩擦界面可呈现其它形状和结构。例如，摩擦界面可为大致的管子形状，如将在下文接合图6描述的。
[0029] 图6为方向盘和转向柱组件130的简化侧视功能图，该组件包括根据本发明的进一步示例性实施例的扭转减振器设备132。除扭转减振器设备132之外，方向盘和转向柱组件130的部件与组件34(图2-4)和组件106(图5)所使用的相似。例如，方向盘和转向柱组件130包括：转向柱壳体134，可旋转地安装在壳体134中的转向柱轴136，以及附接到转向柱轴136的端部的方向盘138。而扭转减振器设备132与上文描述的扭转减振器设备在若干方面不同。首先，扭转减振器设备132没有集成到SIR盘簧式电缆总成中，或不呈现为SIR盘簧式电缆总成的形式。其次，扭转减振器设备132包括定子体140和转子体142，它们配合以形成大致为管状的摩擦界面144。更具体地，定子体140包括若干周向间隔的带槽的延伸部分或指状物141，它们轴向地延伸并在其间接收转子体142。沿着它们的内表面，指状物141摩擦地接合转子体142的外部环形表面以形成管状的摩擦界面144，该界面基本上与转向柱轴136同轴。在运转期间，摩擦界面144用来缓冲通过轴136所传输的振动以减少或防止SRS以前面描述的方式出现。如有需要，弹性元件143，例如弹性环，可环绕指状物141布置(例如，元件143可安置在如图6所示的圆周槽中)并将指状物141径向向内地朝转子体142的外表面偏置。再一次，尽管在径向上顺应，但指状物141，以及更泛泛而言定子体140和转子体142，被形成为具有相对高的扭转刚度；例如，指状物141可由
合金或金属，例如
钢所形成。最后，扭转减振器设备132与上文描述的扭转减振器设备的不同之处在于转子体142不直接连接到方向盘138上；而是，转子体142的内表面环绕转向柱轴136的外表面接触并施加夹紧力(例如，转子体142可限制(crimp over)在轴136上)，如整体上示于图6的146的那样。
[0030] 尽管在前面的具体实施方式中介绍了至少一个示例性实施例，但应该理解存在大量的变型。也应该理解，这个或这些示例性实施例仅为实例，并不是为了以任何方式限制本发明的范围、应用或构造。相反，前面的具体实施方式将为本领域的技术人员提供实现这个或这些示例性实施例的方便的路线图。应该理解，可对元件的功能和布置进行各种变化，而不偏离如在所附权利要求中所阐述的本发明的范围及其合法等同物。
