專利名稱：整體成型的復合方向盤的制作方法
整體成型的復合方向盤
背景技術：
本發明一般性地涉及用于機動車輛的方向盤，且更具體地，涉及包括 可變形熱塑性材料的整體成型的復合方向盤。
已知的方向盤包括形成方向盤的輻條、方向盤輞(rim)和輪轂(hub)的金 屬鎧裝(armature)。該鎧裝通常制造為單件或成形為和緊固件焊接或結合在 一起的獨立部件。鎧裝用合適的包覆材料如木材、彈性材料(例如聚氨酯材 料)或材料組合進行封裝。
已知的金屬鎧裝的缺點在于它們較沉的重量和它們的高質量矩慣性。 另外，使用聚氨酯材料會產生工作地點的環境問題和工人的安全問題。此 外，由于需要提高汽車的燃料經濟性，減重是汽車設計的一個重要方面。 如此需要克服已知的金屬鎧裝重量較沉的問題。
發明簡述
在一個方面，提供了具有轉向管柱的機動車輛的復合方向盤。該復合 方向盤包括方向盤輞、中心轂、和連接方向盤輞和中心轂的多根輻條。方 向盤輞、中心轂和多根輻條由可變形熱塑性材料形成。所述復合方向盤還 包括嵌入中心轂的連接件(attachement member)。該連接件按尺寸加工(sized) 從而與轉向管柱連接。
在另一方面，提供形成具有轉向管柱的機動車輛的復合方向盤的方法。 該方法包括提供連接件，該連接件按尺寸加工從而與轉向管柱連接；將 連接件定位在模具中；和將可變形熱塑性材料引入模具形成方向盤輞，形 成所述連接件嵌入其中的中心轂，以及形成連接方向盤輞和中心轂的多根 輻條。
圖1是根據本發明的實施方案的復合方向盤的透視示意圖。
圖2是圖1所示的包括減震器的復合方向盤的透視展開示意圖(perspective exploded schematic illustration)。
圖3是圖2所示的復合方向盤的一部分的剖面示意圖。
發明詳述
復合方向盤由可變形熱塑性材料形成，在以下詳細描述的一種實施方 案中，該可變形熱塑性材料重疊模塑(overmold)在金屬或塑料方向盤輞部件 周圍。在另一實施方案中，復合方向盤不包括方向盤輞部件。復合方向盤 包括位于方向盤的輻條中的減震器。方向盤輞和中心轂中的金屬或塑料嵌 入物(insert)，使得方向盤在碰撞事件中經受得住乘員的沖擊載重和吸收能量 發生永久變形，以及防止方向盤"反彈(rebound)"回至乘員。
參考附圖，圖1是復合方向盤10的示例性實施方案的透視示意圖。圖 2是包括減震器12的復合方向盤IO的透視示意圖，以及圖3是復合方向盤 10的一部分的剖面示意圖。參見圖1-3,復合方向盤10包括方向盤輞14、 中心轂16、和連接方向盤輞14和中心轂16的多根輻條18(示出4根)。方 向盤輞14由用可變形熱塑性材料22重疊模塑的金屬或塑料方向盤輞部件 20形成。在示例性實施方案中，方向盤輞部件20為具有圓形橫截面的金屬 或塑料連桿(rod)。在另一實施方案中，方向盤輞部件20是中空的管狀元件。 另外，在可替代的實施方案中，方向盤輞部件20具有長方形或多邊形橫截 面形狀。可以使用任意合適的金屬來形成方向盤輞部件20，包括但不限于， 鋼、鋁和鎂。此外，可以使用任意合適的塑料材料來形成方向盤輞部件20， 例如，有機硅改性的聚碳酸酯、尼龍、聚酯、聚苯醚、聚丙烯，和聚氨酯。 特別是，方向盤輞部件20可以是實心或中空的聚合物材料。可以通過采用 水輔助、氣體輔助、滾塑，或在聚合物材料中獲得空心部分得到空心核 (hollow core)的其他方法。另外，可以使材料起泡，從而引入細小的氣泡， 分散在整個方向盤輞部件20的材料核心中。可以通過各種方法來實現起泡， 該方法包括但不限于，放熱發泡劑，在加工熔體相時引入液氮或氮氣，或 其他類似方法。在可替代的實施方案中，方向盤輞14由熱塑性材料22形 成，而不存在方向盤輞部件20。
輻條18和中心轂16是由熱塑性材料22形成的，并和方向盤輞14一 起成型為單件。特別是，將金屬方向盤輞部件20放置在模具中并將熱塑性 材料22引入模具中，由此熱塑性材料22形成輻條18，中心轂16，以及重疊模塑金屬方向盤輞部件20以形成方向盤輞14,其中金屬方向盤輞部件 20嵌入熱塑性材料22中。可以使用任意合適的成型方法，例如注塑。合 適的熱塑性材料22在碰撞事件時是可變形的并吸收能量。特別是，合適的 熱塑性材料具有以下性質在低載荷下發生彈性變形，而在高載荷下發生 塑性變形。低載荷的特征如在方向盤的常規操作中遇到的那些，而高載荷 的特4正如Federal Motor Vehicle Safety Standard 203定義下的嚴重的濫用或 碰撞事件。另外，在根據ASTM D-638的拉伸測試測量時，熱塑性材一牛22 的失效應力等級(stress to failure rating)為20 % 。合適的熱塑性材料22的實 例包括但不限于，有機硅改性的聚碳酸酯、尼龍、聚酯、聚苯醚、聚丙烯， 及其混合物，及其泡沫材料。在示例性實施方案中，使用General Electric Company出售的商標為Lexan EXL的有機硅改性的聚碳酸酯。
各輻條18包括從中心穀16延伸通過方向盤輞14的空腔24。空腔24 包括靠近中心轂16的進口 (access opening)26。空腔24按尺寸加工從而容納 減震器12,該減震器包括中心連桿28,和所述中心連桿28滑動連接的重 物(weight)(質量塊(mass))30，第一彈簧32和第二彈簧34。第一彈簧32和第 二彈簧34位于重物30的對面。減震器12還包括和中心連桿28的第一端 38連接的第一端蓋36,該端蓋按尺寸加工從而關閉空腔24的開口 26。第 二端蓋40和中心連桿28的第二端42連接并錨固第二彈簧34, /人而防止第 二彈簧移動超過中心連桿28的第二端42。中心連桿28的第二端42位于內 壁中的孔44內，該內壁限定靠近方向盤輞14的空腔24。
將平坦的或成形的金屬板50成型成中心轂18。金屬;f反50包括平面部 分(flat portion) 52和從平面部分52延伸并到達中心轂18的中心連接部分 54。連接部分54包括從中延伸通過的連接孑L(attachmentbore)56,該連接孔 按尺寸加工和成形以容納機動車輛的轉向管柱(未示出)，從而使復合方向盤 10和轉向管柱相連。平面部分52還包括多個安全氣嚢連接件開口 58,其 按尺寸加工，用于將安全氣嚢元件60和輻條16之間的中心轂18相連。金 屬板50在碰撞事件使用安全氣嚢時充當安全氣嚢元件60的反作用板 (reaction plate)。在一種實施方案中，平面部分52和連接部分54成形為單 件。在另一實施方案中，連接部分54為獨立件，通過任意合適的方法和平 面部分52相連，例如，通過焊接，旋轉熔焊、型鍛(swaging)、冷鐓等方法。 在可替代的實施方案中，復合方向盤包括不含平面部分的附著套筒(attachment sleeve)。附著套筒嵌入熱塑性材料中，并按尺寸加工和成形，從 而容納機動車輛的轉向管柱。金屬板50可以由任意合適的金屬(例如鋼、鋁 和4美)形成。
盡管根據各種具體的實施方案描述了本發明，但本領域技術人員將會 認識到，可以用權利要求書的精神和范圍內的變化形式實施本發明。
權利要求
1.機動車輛的復合方向盤，該機動車輛具有轉向管柱，所述復合方向盤包括方向盤輞；中心轂；連接所述方向盤輞和所述中心轂的多根輻條，所述方向盤輞、所述中心轂、和所述多根輻條由可變形熱塑性材料形成；以及嵌入所述中心轂的連接件，所述連接件按尺寸加工從而與轉向管柱連接。
2. 權利要求l的復合方向盤，其中所述可變形熱塑性材料是泡沫熱塑 性材料。
3. 權利要求l的復合方向盤，其中所述方向盤輞包括方向盤輞部件， 所述可變形熱塑性材料重疊模塑在所述方向盤輞部件周圍。
4. 權利要求3的復合方向盤，其中所述方向盤輞部件包括金屬材料或 塑料材料，所述金屬材料包括鋼、鋁和鎂中的至少一種，所述塑料材料包 括有機硅改性的聚碳酸酯、尼龍、聚酯、聚苯醚、聚丙烯，和聚氨酯中的 至少一種。
5. 權利要求3的復合方向盤，其中所述方向盤輞部件是實心的或管狀 的，且具有圓形、長方形或多邊形橫截面形狀。
6. 權利要求l的復合方向盤，其中所述可變形熱塑性材料包括有機硅 改性的聚碳酸酯、尼龍、聚酯、聚苯醚、聚丙烯，及其泡沫熱塑性材料中 的至少一種。
7. 權利要求l的復合方向盤，其中所述可變形熱塑性材料還包括多根 增強纖維。
8. 權利要求l的復合方向盤，其中所述熱塑性材料的失效應力等級為 20 % ,根據ASTM D638測量。
9. 權利要求l的復合方向盤，其中所述輻條的至少一根包括從所述輪 穀至少部分延伸至所述方向盤輞的空腔。
10. 權利要求9的復合方向盤，其進一步包括位于各個所述空腔內的 減震器組件。
11. 權利要求10的復合方向盤，其中所述減震器組件包括 中心連桿；與所述中心連桿滑動連接的重物；位于所述重物和所述連桿的第 一 端之間的所述連桿之上的第 一 彈簧； 位于所述重物和所述連桿的第二端之間的所述連桿之上的第二彈簧； 與所述連桿的所述第一端連接的第一端蓋；以及 與所述連桿的所述第二端連接的第二端蓋。
12. 權利要求l的復合方向盤，其中所述連接件包括 板部分；從所述板部分的 一 面延伸的連接部分；延伸通過所述連接部分的連接孔，所述連接孔按尺寸加工從而容納轉 向所述管柱。
13. 形成機動車輛的復合方向盤的方法，該機動車輛具有轉向管柱， 所述方法包括提供連接件，該連接件按尺寸加工從而與轉向管柱連接； 將連接件定位在模具中；和將可變形熱塑性材料？ 1入模具形成方向盤輞，形成其中嵌有所述連接 件的中心穀，以及形成連接方向盤輞和中心穀的多根輻條。
14. 權利要求13的方法，其進一步包括提供方向盤輞部件，其中該金屬方向盤輞部件是實心的或管狀的，且 具有圓形、長方形或多邊形橫截面形狀；將金屬方向盤輞部件定位在模具中；以及將可變形熱塑性材料引入模具，以在方向盤輞部件周圍重疊模塑，從 而形成方向盤輞和形成其中嵌有所述連接件的中心轂，以及形成所述連接 方向盤輞和中心轂的多根輻條。
15. 權利要求13的方法，其中所述可變形熱塑性材料包括有機硅改性 的聚碳酸酯、尼龍、聚酯、聚苯醚、聚丙烯，及其泡沫熱塑性材料中的至 少一種。
16. 權利要求13的方法，其中可變形熱塑性材料還包含多根增強纖維。
17. 權利要求13的方法，其中可變形熱塑性材料的失效應力等級為20 % ，才艮據ASTM D638測量。
18. 權利要求13的方法，其中多根輻條的至少一根包括從中心轂至少 部分延伸至方向盤輞的空腔。
19. 權利要求18的方法，其進一步包括將減震器組件定位在各個空腔內。
20. 權利要求19的方法，其中減震器組件包括 中心連桿；與中心連桿滑動連接的重物；位于所述重物和連桿的第 一 端之間的連桿之上的第 一 彈簧； 位于所述重物和連桿的第二端之間的連桿之上的第二彈簧； 與連桿的第一端連接的第一端蓋；以及 與連桿的第二端連接的第二端蓋。
21. 權利要求10的方法，其中所述連接件包括 板部分；從所述板部分的 一 面延伸的連接部分；延伸通過所述連接部分的連接孔，所述連接孔按尺寸加工從而容納所 述轉向管柱。
全文摘要
提供了用于具有轉向管柱的機動車輛的復合方向盤(10)。在示例性實施方案中，復合方向盤(10)包括方向盤輞(14)、中心轂(16)、和連接方向盤輞和中心轂(16)的多根輻條(18)。方向盤輞(14)、中心轂(16)、和多根輻條(18)由可變形熱塑性材料形成。該復合方向盤還包括嵌入中心轂的連接件。該連接件按尺寸加工從而與轉向管柱連接。
文檔編號F16F7/10GK101296834SQ200680040277
公開日2008年10月29日 申請日期2006年8月7日 優先權日2005年8月26日
發明者史蒂文·斯托爾 申請人:通用電氣公司