具体实施方式

首先参考图1，示出了转向柱组件100，该转向柱组件包括容纳轴104的护罩102。轴104被配置成附接至方向盘(未示出)。轴104由支承组件106支撑，该支承组件允许轴104相对于护罩102旋转。支撑支架108包括两个臂110，这两个臂在大致竖直方向上悬垂，并且为护罩102提供支撑和稳定性。安装支架112通过位于支撑支架108的每一侧处的盒组件114连接至支撑支架108。为了清楚起见，仅在图1中示出了安装支架112。夹紧组件116被配置成在未夹紧状态下允许护罩102相对于支撑支架108移动，并且在夹紧状态下防止护罩102相对于支撑支架108移动。夹紧组件116在本领域中是众所周知的，并且因此为了简洁起见，省略了对夹紧组件的进一步描述。

本实施例的护罩102与下部护罩118伸缩布置，使得护罩102可相对于下部护罩118进行调节，并且通过夹紧组件116固定在位。护罩102可以因此被称为上部护罩。下部护罩118可附接至转向齿轮箱(未示出)。在溃缩期间，护罩102可以溃缩到下部护罩118上，使得护罩和下部护罩的组合长度变短。

图2放大示出了盒组件114。为了清楚起见，已经省略了安装支架112和螺栓。盒组件114与支撑支架108的翼部120接合，并且通过延伸穿过孔口122的螺栓固定至安装支架112。这种与支撑支架108的接合是用易碎紧固件124实现的，该易碎紧固件通常将支撑支架108相对于盒组件114和安装支架112保持固定。在足够冲击的情况下，易碎紧固件124断裂，允许支撑支架108相对于盒组件114移动，并因此相对于安装支架112移动。为了控制这种移动，在每个盒组件114上设置有能量吸收条带126。

每个能量吸收条带126由单个金属片材形成、生产(例如，通过冲压)。能量吸收条带126包括连接至盒组件114的第一连接部分128、和连接至支撑支架108的第二连接部分130。

可撕裂部分132通过弱化部134与第一连接部分128隔开，该弱化部延伸第一连接部分128的长度的大约百分之90。在所描绘的实施例中，弱化部134是通过能量吸收条带126的凹槽。弱化部134确保了随着弱化部134破裂，能量吸收条带126的变形导致可撕裂部分132与第一连接部分128逐渐分开。弯曲部分136将可撕裂部分132与第二连接部分130相互连接。这样，能量吸收条带126在第一连接部分128与第二连接部分130之间形成连续的片材金属路径。

第一连接部分128通过沿着连接部分128的长度的焊缝138连接至盒组件114。在其他实施例中，可以使用其他的连接形式，例如螺钉、螺栓、和/或铆钉。第二连接部分130通过紧固件(在这种情况下紧固件是螺栓140)连接至支撑支架108。

图3示出了能量吸收条带226的第二实施例。第二实施例与第一实施例完全相同的是其也包括第一连接部分228、第二连接部分230、可撕裂部分232、弯曲部分236、和凹槽234。所示出的第一连接部分228包括多个(在这种情况下为三个)螺栓孔242。螺栓可以因此被插入穿过螺栓孔242和盒组件，以便将能量吸收条带226固定至盒组件中对应的孔。

在图2的实施例中更清楚地示出，但也在图1中示出，能量吸收条带226包括在第二连接部分230上的扭转部244。这个扭转部244确保了能量吸收条带226与支撑支架适形，以便在转向柱组件溃缩和能量吸收条带226因而变形期间，将能量吸收条带226牢固地固持在位。

如前所述，能量吸收条带226的变形导致弱化部234破裂，从而允许支撑支架在能量吸收条带226的纵向方向上相对于安装支架移动。这样，在变形期间，可撕裂部分232逐渐变形并弯曲，从而增加了能量吸收条带226的实际长度。图4示出了冲击导致其变形后的图3的能量吸收条带226。

能量吸收条带的能量吸收曲线(即在变形的每个阶段吸收的能量)可以因此通过改变弯曲部分的形状、初始单个金属片材的材料性质、和/或设计的其他部分的几何形状来改变。这样，所描绘的实施例的能量吸收条带是高度可定制的，以便获得设计者或制造者所需的能量吸收曲线。

图5a和图5b示出了能量吸收条带的两个实施例的晶粒结构的两个显微照片。在每个图中，撕裂方向(每个图中撕裂方向完全相同)连同晶粒取向方向一起示出，晶粒取向方向是从显微照片上可见的晶粒中识别出来的。撕裂方向是沿着能量吸收条带长度的、在转向柱组件的溃缩方向上的方向、并且总体上与弱化部对齐。

在图5a中，可以看出晶粒取向的方向与撕裂方向平行。相反，在图5b中，晶粒取向与撕裂方向垂直。在各自情况下，晶粒尺寸大致相同。这对于每个能量吸收条带的能量吸收曲线的差异可以在图6中看到，因为除了晶粒结构之外，两个实施例的能量吸收条带是完全相同的，并且具有类似于图3的形状。

在溃缩位移的第一个6mm期间，能量吸收条带的能量吸收基本上完全相同。这是因为在发生任何撕裂之前，溃缩冲程的这一部分与弯曲部分的弯曲相对应。然而，一旦撕裂开始，沿着弱化部的长度，晶粒结构的差异变得明显。

图6上的下部轨迹与图5a的能量吸收条带的能量吸收曲线相对应，并且图6上的上部轨迹与图5b的能量吸收条带的能量吸收曲线相对应。如可以看到的，一旦弱化部开始撕裂，使晶粒与撕裂方向对齐的实施例变形的每毫米位移所需的力明显低于晶粒与撕裂方向垂直的实施例(低大约300N)。因此，清楚的是，通过控制晶粒取向，可以进一步调整每个能量吸收条带的能量吸收曲线。

当然，虽然所描绘的实施例仅示出了晶粒取向的两个极端，即对齐和垂直，但是也可以具有这两个极端位置之间的任何晶粒取向。通过具有这两个位置之间的晶粒取向，可以获得图6所示的两个极端之间的能量吸收曲线。

调整能量吸收条带的能量吸收曲线的另一种方法是改变能量吸收条带的初始弯曲半径。初始弯曲半径是在冲击前并且因此当在转向柱组件中时是在任何力已经施加到能量吸收条带之前弯曲部分的半径。应当注意的是，每个能量吸收条带均具有受材料性质影响的自然弯曲半径，所述材料性质例如但不限于刚度、材料晶粒方向/结构、和撕裂能量。在第一初始撕裂距离后，弯曲部分趋向于实现自然稳定的恒定的半径。

图7a至图7c示出了在条带326变形期间，实施例能量吸收条带326的弯曲部分336的半径的改变。图7a示出了弯曲部分336的初始弯曲半径。在这种情况下，弯曲半径小于由能量吸收条带326的材料性质决定的自然弯曲半径。

在变形的初始阶段之后，能量吸收条带326到达图7b所示的位置。在此，弯曲部分336在初始弯曲半径与自然弯曲半径之间过渡，并且处于过渡状态。可以看出，由于自然半径大于初始弯曲半径，弯曲半径开始变大。

图7c示出了进一步变形后的能量吸收条带326。在此，弯曲半径已经扩大到现在处于能量吸收条带326的自然半径的点。能量吸收条带326的变形中任何点的半径都对进一步使得能量吸收条带326移位所需的力具有影响。

图8a针对图7a至图7c的能量吸收条带的移位距离描绘了力的差异。在此，可以看出，一旦超过其中力高增长的初始变形，使得能量吸收条带移位每单位长度所需的力就减小。这种减少可归因于变形过程中弯曲部分半径的增大。一旦弯曲部分达到自然半径，使能量吸收条带进一步变形所需的载荷就是恒定的，因为弯曲部分在碰撞冲程的剩余部分保持自然半径。

在图8b中，示出了具有与自然半径相等的初始弯曲半径的实施例的能量吸收曲线。在此，由于弯曲部分的半径在碰撞冲程期间不变，所以使能量吸收条带变形所需的力保持恒定。

在图8c中，示出了初始弯曲半径大于自然半径的实施例的能量吸收曲线。在这种情况下，在初始变形之后，使得能量吸收条带移位每单位长度所需的力增大。这种增大可归因于变形过程中弯曲部分的半径的尺寸的减小。一旦弯曲部分达到自然半径，使能量吸收条带进一步变形所需的载荷就是恒定的，因为弯曲部分在碰撞冲程的剩余部分保持自然半径。

能量吸收条带通过撕裂的变形是一种剪切和弯曲两者同时发生的复杂的材料现象。然而，简单的计算机辅助工程(CAE)方法可以实现良好的预测水平。

动能的耗散是通过塑性耗散和剪切期间的材料损伤来实现的。剪切力水平受凹槽的尺寸的影响，而弯曲力水平受整个样品厚度和弯曲部分宽度的影响。凹槽深度/总厚度/零件宽度的不同组合可以产生不同的加载方案，这些方案可以最佳地用于方向盘柱的期望设计中。

在对能量吸收条带的任何实施例进行仿真之前，需要完成材料的相关试验。至少，为了提供良好的仿真，有必要进行拉伸试验和剪切试验。

易于获得优化能量吸收条带的形状的计算方法，使CAE成为在原型开发期间优化整个组件性能的良好且可重复的方法。

除上述性质之外，撕裂能量吸收条带所需的力可以通过改变晶粒结构、晶粒尺寸、晶粒厚度、滚动方向、或任何其他材料性质来改变。通过改变比如这些性质，可以进一步控制能量吸收条带的撕裂特征。