CN101547824B - 用于汽车的转向柱 - Google Patents

Abstract

本发明涉及汽车的转向柱，包括由柱管单元(3)可转动支承的转向轴(1)和可被刚性固定在汽车上且支承柱管单元(3)的紧固单元(4)，该紧固单元包括底部(15)、至少一个在柱管单元(3)旁延伸的侧颊板(9，10)、和带有螺栓孔(19)以便借助紧固螺栓将紧固单元(4)固定在汽车上的至少第一和第二紧固垫板(17，18)。按照本发明，第一和第二紧固垫板(17，18)相对所述至少一个侧颊板(9，10)分别以介于30°至60°的角度倾斜布置。

Description

用于汽车的转向柱

技术领域

本发明涉及一种用于汽车的转向柱，包括由柱管单元可转动支承的转向轴、和可刚性地固定在汽车上且支承柱管单元的紧固单元，紧固单元包括底部、至少一个在柱管单元旁延伸的侧颊板、和带有螺栓孔以便借助紧固螺栓将紧固单元固定在汽车上的至少第一和第二紧固垫板。

背景技术

上述类型的转向柱例如由EP1612120A1公开。在此转向柱中，可转动地支承转向轴的柱管单元可以在一个锁定机构的打开状态下沿转向轴的纵向并且在转向轴的倾斜度调整方向上相对支承柱管单元的紧固单元被调整。在锁定机构的锁止状态下，调节出的柱管单元相对紧固单元的位置被固定下来。紧固单元借助螺栓被安装在汽车车身上，在这里，螺栓孔穿过四个紧固垫板，这些紧固垫板从紧固单元起侧向突出并且在此情况下按照垂直于紧固单元的侧颊板的方向取向，在锁定机构的打开状态下，柱管单元可以在转向轴倾斜度调整方向上移动地延伸于侧颊板之间。

在EP 1609693A2所公开的转向柱中，至汽车车身的固定同样通过紧固单元的螺栓紧固来实现，紧固单元支承柱管单元，其可转动地支承转向轴。转向轴的倾斜度可借助马达来调整。大致在调整手柄的轴向位置上，紧固单元具有侧向突出的带螺栓孔的紧固垫板，用于借助螺栓将转向柱固定在汽车车身上，螺栓轴线的取向为平行于紧固单元的侧颊板，柱管单元在上述侧颊板之间延伸。

在DE10352224A1中描述了一种转向柱，其中应获得至汽车车身的稳定固定。为此，提出一种紧固单元，它不仅被固定在驾驶室横梁上，而且被固定在发动机舱和乘员舱之间的端壁上。紧固单元的体积庞大并且由铸件构成。在设有用于选择性锁定或解锁转向柱调整的夹紧装置的转向柱区域里，紧固单元通过螺栓被固定在汽车上，螺栓轴线的取向为平行于侧颊板，侧颊板在柱管单元做高度方向的调整时引导柱管单元。

在DE102004010791A1所公开的转向柱中，转向柱的紧固单元被固定在紧固于车架的转向柱支座上。在此情况下，紧固单元具有侧向突出的带螺栓孔的紧固垫板，紧固螺栓穿过所述螺栓孔以便与转向柱支座拧固在一起，其轴的取向为平行于紧固单元的侧颊板，可转动地支承转向轴的柱管单元在侧颊板之间延伸。

这些已知的转向柱的缺点是，为了减轻振动趋势和实现所需的转向柱固定刚性，需要很笨重的紧固单元。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种上述类型的转向柱，其能以高的强度值和刚性值被固定汽车车身上，在这里，需要使用的材料较少。

按照本发明，这是通过按本发明的转向柱实现的。用于汽车的转向柱包括由柱管单元可转动支承的转向轴、和可被刚性固定在汽车上且支承该柱管单元的紧固单元，该紧固单元包括底部、至少一个在该柱管单元旁延伸的侧颊板、和带有螺栓孔以便借助紧固螺栓将该紧固单元固定在汽车上的第一紧固垫板和第二紧固垫板，其中，第一紧固垫板和第二紧固垫板相对所述至少一个侧颊板分别以介于30°至60°范围的角度倾斜布置。

因此，在按照本发明的转向柱中，紧固单元的第一和第二紧固垫板相对所述至少一个侧颊板分别以介于30°至60°的角度倾斜布置，其中转向柱通过所述紧固垫板被固定在一个紧固于车身的汽车部件上。通过本发明，实现了大量材料节省，但仍然获得所需的强度值和刚性值。在本发明的转向柱中，出现了有利的力分布以及自振趋势小。按照最佳的且因而非常优选的方式，紧固单元的、能借此将转向柱固定在一个紧固于车身的汽车部件上的第一和第二紧固垫板相对所述至少一个侧颊板分别以45°角度倾斜。

有利的是，通过按照本发明的第一和第二紧固垫板的布置形式，也能容许转向柱的紧固单元和/或紧固于车身的、其上将安装该紧固垫板的部件的公差。

紧固单元优选具有两个侧颊板，它们在柱管单元的两侧延伸于平行平面内并且通过底部相互连接。如果柱管单元可相对紧固单元被调整以便调节方向盘的位置，则柱管单元可以在两个侧颊板之间被引导延伸向对应的调整方向，例如转向轴倾斜度调整方向。在锁定转向柱调整的锁定机构的锁止状态下，这两个侧颊板能被紧压到柱管单元上。

在本发明的一个有利的变型实施方式中，除了第一和第二紧固垫板之外，在转向柱的另一个远离转向轴的在方向盘侧的末端的轴向区域内，还在紧固单元上设有第三和第四紧固垫板。在一个变型实施方式中，它们能垂直于紧固单元的侧颊板地侧向突出紧固单元之外。在另一个变型实施方式中，第三和第四紧固垫板也以15°至75°的角度相对紧固垫板平面倾斜，在这里，它们优选位于与第一和第二紧固垫板相同的平面里。

转向柱优选在转向轴的轴向上和/或在高度或倾斜度上是可调整的。

附图说明

以下，将结合附图来说明本发明的其它优点和细节，其中：

图1以斜视图表示按照本发明的转向柱的第一实施例；

图2以从另一个视角的斜视图表示图1的转向柱；

图3以侧视图表示图1的转向柱的紧固单元；

图4表示紧固单元(按照图3中的视角B)，在这里示意示出了其上要固定转向柱的紧固于车身的汽车部件；

图5表示沿图3的A-A线的截面，同时示意表示紧固于车身的汽车部件并且象征性表示力；

图6比较示出了按照现有技术的紧固单元；

图7以斜视图表示按照本发明的另一个实施例的转向柱；

图8表示本发明转向柱的第三实施例。

附图标记一览表

1-转向轴；2-末端；3-柱管单元；4-紧固单元；5-支座；6-转轴；7-锁定机构；8-纵轴线；9-侧颊板；10-侧颊板；11-锁定销；12-月牙板；13-操作杆；14-夹紧轴；15-底部；16，16’-汽车部件；17、17’-第一紧固垫板；18，18’-第二紧固垫板；19-螺栓孔；20-纵轴线；21-纵轴线；22-竖直平面；23-转向点；24-第三紧固垫板；25-第四紧固垫板；26-横隔；28-加强筋；29-加强筋；30-折边；31-折边；32-加强板；33-长孔；34-定位机构。

具体实施方式

图1至图5中示出了按照本发明的转向柱的第一实施例。转向柱包括转向轴1，在其在方向盘侧的末端2上可安装方向盘。转向轴1可转动地支承在柱管单元3中。转向柱借助紧固单元4以固定于车身的方式被固定在汽车上。在紧固单元4上支承有柱管单元3和可转动支承在其中的转向轴1。

在所示的实施例中，在柱管单元3和紧固单元4之间设有支座5。支座5在锁定机构7的打开状态下可相对紧固单元4绕转轴6转动，以调整转向轴1的倾斜度(＝转向柱高度调整)。另外，在锁定机构7的打开状态下，柱管单元3可相对支座5在转向轴1的纵轴线8的方向上被调整(＝转向柱长度调整)。

柱管单元3在背离转向轴1的表面上沿周向具有多个平坦的平面部分。至少部分包围柱管单元3的支座5沿周向也具有多个平坦的平面部分。支座5的平面部分和柱管单元3的平面部分在转向轴1的纵轴线8的方向上延伸，并且在锁定机构7的锁止状态下，可以使至少各有三个这样的、相互成一定角度的平坦的平面部分处于摩擦配合接触或摩擦及形状配合接触当中，以锁定调节出的柱管单元3的纵向位置。通过这种结构，防止柱管单元3继续相对支座5绕转向轴1的纵轴线8转动。

紧固单元4具有两个由底部15相连的侧颊板9、10，所述侧颊板具有平面伸展部分并且在柱管单元3的两旁延伸。此时，它们在图1至图5所示的实施例中位于至少部分包围柱管单元3的支座5的侧旁。在锁定机构7的锁止状态下，侧颊板9和10被紧压到支座5上，在这里，侧颊板9、10和支座5的相互配合的面处于摩擦配合接触或摩擦及形状配合接触当中，以锁定支座5和进而柱管单元3相对紧固单元4的转动。

为了能在锁定机构7的打开状态下实现支座5相对紧固单元4的转动，在侧颊板9、10中设有长孔33(参见图3)，它们被锁定销11穿过。锁定销11穿过支座5中的其它孔。在这里，这些孔开设在两个界定出支座5的下开口部的支座纵边缘的附近。

附图没有详细示出锁定机构7。它可以按照常规的方式具有月牙板12和可在操作杆13绕夹紧轴14转动时由操作杆驱转的凸块。在锁定机构7锁止时，月牙板12和安置在与操作杆13相对的锁定销11侧上的配合座(例如锁定销11的头)被压到侧颊板9、10上。因此，该锁定机构在此实施例中以夹紧机构的形式构成。

为了固定在固定于车身上的汽车部件16上，紧固单元4具有第一和第二紧固垫板17、18，它们配设有螺栓孔19。通过螺栓孔19，紧固单元4可以借助紧固螺栓(未示出)被固定在固定于车身的汽车部件16上。

紧固垫板17、18围绕平行于转向轴1纵轴线8的轴线相对侧颊板9、10倾斜布置。就是说，紧固垫板17、18至少在螺栓孔19的区域内具有平面部分，所述平面部分位于这样的平面里，该平面与侧颊板9、10延伸于其中的平面相交形成角度α，角度α在所示的实施例中等于45°。角度α可以介于30°至60°范围。在此情况下，角度α是在柱管单元3贴靠其上的侧颊板9、10的一个平面部分的平面和紧固垫板17、18的平面部分的平面之间测定的，确切说，在紧固垫板17、18的朝向汽车部件16的一侧。就是说，角度α是侧颊板9、10的平面部分的平面与紧固垫板17、18的平面部分的平面所包夹形成的角度中的较小者。此外，这两个紧固垫板17、18如此相互取向，即紧固垫板17、18的平面部分的间距随着距转向轴1纵轴线8的距离增大而增大。紧固垫板17、18因而倾斜离开一个通过转向轴1的纵轴线8延伸的竖直平面22。

因此，螺栓孔19的纵轴线20、21(＝固定轴线，与紧固垫板17、18配合作用的紧固螺栓沿该轴线延伸)分别相对侧颊板9、10平面的法线相应倾斜(以15°至75°)，并且在此情况下，有利地位于一个垂直于转向轴1纵轴线8的平面内。在所示的实施例中，纵轴线20、21包夹形成一个90°角度β(在朝向转向轴1的那侧测定)。角度β可以介于60°至120°的范围。

第一和第二紧固垫板17、18设置通过转向轴1的纵轴线8延伸的竖直平面22的两侧，在这里，它们以相互间距从紧固单元4起延伸，该间距至少等于侧颊板9、10之间的距离。这两个紧固垫板17、18优选距转向轴1的在方向盘侧的末端2的距离是相同的。

在所示的实施例中，第一紧固垫板17从其中一个侧颊板9起延伸，第二紧固垫板18从另一个侧颊板10起延伸，在这里，它们与各自的侧颊板一体地构成，并且为了形成其相对各自侧颊板9、10的倾斜度而被相应弯曲。在此情况下，紧固垫板17、18从各自的侧颊板9、10的上(就安装位置而言)边缘起延伸。

第一和第二紧固垫板17、18也能由单独的、被固定在侧颊板9、10上的零件构成。另外，紧固垫板17、18也从紧固单元4的其它部分起延伸，例如从底部15开始延伸。

优选下述平面相交，即两个紧固垫板17、18处于所述平面，或者说在所述平面中，其在螺栓孔19周围的紧固垫板17、18平面部分位于转向轴1纵轴线8的附近。这两个平面在此情况下优选沿一条线相交，其中该线优选至少在柱管单元3内，或者尤其优选地在转向轴1内。此时，在转向轴1可相对紧固单元4进行高度调整的情况下，显然根据转向轴1的调整情况，所述平面的相交线距转向轴1纵轴线8的距离是不同的。

在图5中象征性示出了通过其中一个紧固垫板17、18传递力的情况(在这里是象征性说明，不是实际的力平衡)。作用于转向轴的力通过紧固单元的侧颊板9、10来传递，其中通过每个紧固垫板17、18将力的至少一部分传递给紧固于车身的汽车部件16。传给紧固垫板的力F1必须通过转向点23由与紧固垫板配合的、垂直于紧固垫板17、18作用的紧固螺栓的夹紧力F2、和在紧固垫板17、18的平面内作用的、在紧固垫板17、18和紧固于车身的汽车部件16之间的摩擦力F3来分担。在按照本发明的构造中，所述力的传递比如图6对比示出的传统紧固单元构造中的传力有效许多。在此，紧固单元17’、18’垂直于侧颊板9、10的平面并通过螺栓与紧固于车身的汽车部件16’联接。与在上述的本发明实施例中的零件相似的零件采用相同的标记。在这里，传给各自侧颊板9、10的力F1’的传递效果和通过保持力的法向分量F2’和保持力的摩擦力F3’来分担该力的效果差了许多，其中力F1’绕过转向点23’，其转向角度为90°，这与按照本发明的、在转向点23处的15°至75°的转向角度不同。此时，随着在转向点23处的角度范围被逐步限制到45°附近，力的转向显然更好。偏离45°越大，平行于竖直平面22和垂直于竖直平面22的、被传给转向点的力所分成的分量之差越大。为了能真正地使力转向并传给汽车部件16，这两个分量必须在紧固单元4中在转向点23附近得到支承。相应地，紧固单元必须被设计成笨重而坚硬。如果紧固单元的体积不够大且不够坚硬，则紧固单元响应于所传来的力地发生变形。可是，这种变形总是不期望有的，其导致不安全的转向触感以及不利的振动性能。如果转向角度为90°，则对紧固单元4的要求相应地非常高。通过按照本发明的在30°至60°的范围的转向角度，已经在转向点23的区域内获得应力情况的显著改善。相应地，通过本发明的解决方法显著减小了在紧固单元中的载荷。因此，可以在同等载荷的情况下将紧固单元的尺寸选择为其具有小许多的横截面。

两个分力之差被减小到以下程度，即紧固单元4为简单的金属板弯曲冲压件的形式并且具有也以简单的金属板弯曲冲压件形式构成的单块加强板，采用这样的紧固单元就足以在大多数情况下满足对刚性的要求。

在所示的实施例中，除了紧固垫板17、18之外，本发明的紧固单元还具有其它紧固元件，所述紧固元件由第三和第四紧固垫板24、25构成，它们距转向轴1的在方向盘侧的末端2的距离大于第一和第二紧固垫板17、18距在方向盘侧的末端的距离，并且第三和第四紧固垫板在竖直平面22的两侧从紧固单元4中突伸出来。在此实施例中，第三和第四紧固垫板24、25由紧固单元4的横隔26的相对侧颊板9、10侧向突出的部分构成。紧固垫板24、25此时处于垂直于侧颊板9、10的平面内。为了借助紧固螺栓固定在汽车上，还设有螺栓孔。

第三和第四紧固垫板也可以按照与第一和第二紧固垫板17、18相似的方式相对侧颊板9、10倾斜，就像以下还将结合按照图8的实施例说明的那样。

在所示的实施例中，紧固单元以金属板弯曲冲压件的形式构成。为了加强紧固单元4，在侧颊板9、10中形成加强筋28、29。而且，侧颊板9、10可以如图所示地具有边缘侧折边31。折边31例如也可以设置在横隔26的边缘上和/或底部15上。

此外，在所示的实施例中，在紧固单元4的在方向盘侧的末端上焊接有加强板32，它在一个垂直于转向轴1纵轴线8的平面里延伸并且被安装在两个侧颊板9、10上。在所示例子中，加强板32与底部15成一体地构成。不过，也可以想到由两个部分和更多部分构成的实施方式。

紧固单元4的侧颊板9、10和/或底部15也可以由多个牢固相连的部分构成。例如，一个部分构成紧固单元4的方向盘侧部分，一个部分构成紧固单元的原理方向盘侧部分。也可以想到和实现不同于金属板弯曲冲压件形式的其它结构。

例如，紧固单元4也可以具有紧固件，用于在撞车时衰减能量。紧固垫板17、18、24、25此时设置在该紧固件上。作为替换或补充，这样的能量衰减也可以通过使柱管单元3相对支座5滑动来获得。

不过此外，可以在本发明的一个改进方案中设置定位机构34，其附加界定了紧固单元4相对汽车部件16的位置。这个附加的定位机构34可被用于简化转向柱在汽车中的安装。在最简单的情况下，它是一个在紧固件4中的孔，该孔与汽车部件16中的销配合。

图7示出了本发明的另一个实施例。转向轴1还是可以转动地支承在柱管单元3中。柱管单元由一个紧固单元4支承，紧固单元具有在柱管单元3两侧延伸的侧颊板9、10。在此实施例中，柱管单元3与侧颊板9、10牢固连接。相应地在此实施例中，柱管单元3相对紧固单元4无法在高度和长度上做调整。

紧固单元4具有第一和第二紧固垫板17、18，它们按照与上述相同的方式相对紧固单元4的侧颊板9、10倾斜。紧固垫板17、18还是从侧颊板9、10的上端起延伸。

另外，紧固单元4具有第三和第四紧固垫板24、25，它们也从侧颊板9、10的上端起延伸并且垂直于侧颊板地突出。此外，第三和第四紧固垫板24、25比第一和第二紧固垫板17、18更远离转向轴1的在方向盘侧的末端2。

或者可以想到，第三和第四紧固垫板24、25也可以比第一和第二紧固垫板17、18更靠近转向轴的在方向盘侧的末端2地布置。如果出现载荷相应分布到转向柱上，则这可能是有意义的。同样的情况也适用于本发明的其它实施例。对可调整的转向柱有利的是，弯折的紧固垫板17、18安置在纵轴线8的其中设有锁定机构7的部分上。

此外，紧固单元4能够具有加强元件，例如与结合第一实施例描述的加强筋28、29、折边30、31和加强板32(图7未示出)相似。

紧固单元4也还是可以由多个部分构成。在这种情况下，紧固垫板17、18、24、25又被设置在紧固单元4的紧固件上，该紧固件可相对底部移动以便吸收能梁，用于在撞车时衰减能量。

图8所示的第三实施例与图7所示的实施例的差别仅在于第三和第四紧固垫板24、25的位置。与第一和第二紧固垫板17、18相似，第三和第四紧固垫板相对侧颊板9、10倾斜，例如以45°角度，在这里，介于15°至75°的倾斜角度是可行的。倾斜还是围绕一个平行于转向轴1纵轴线8的轴线进行。第三和第四紧固垫板24、25优选具有与第一和第二紧固垫板17、18相同的倾斜角度。

在没有超出本发明范围的前提下，可以想到和实现对上述实施例的不同改进。

因此，转向柱可以具有不同类型的调整机构，用于轴向调整可按照常规方式构成的转向轴1和/或用于调整转向轴1的倾斜角度。除了摩擦作用的锁定机构外，也可以采用形状配合连接或者摩擦及形状配合作用的锁定机构，像在现有技术中知道的那样。

紧固于车身的汽车部件16可以直接是汽车车身部分或者固定在车身上的部件，其至少在正常工作中与汽车车身牢固连接(撞车情况下能够实现位移)。

代替呈孔状，螺栓孔19也可以由朝紧固垫板17、18、24、25的边缘敞开的缝状缺口构成。

除了第一和第二紧固垫板17、18外，本发明的转向柱也可以具有至少另一个紧固元件，用于固定在紧固于车身的汽车部件上，该紧固元件的构造形状不同于在用于螺栓连接的紧固垫板中的形状，其例如由一个钩形件构成。

代替两个平行于竖直平面22的侧颊板9、10，也可以设有一个单独的这样的侧颊板9、10，其中在此情况下，至少在竖直平面22的与侧颊板9、10相对的那侧的紧固垫板17、18从紧固单元4的在转向轴1上方(就安装位置而言)的底部15开始延伸。

Claims (14)

1.用于汽车的转向柱，包括由柱管单元(3)可转动支承的转向轴(1)、和可被刚性固定在汽车上且支承该柱管单元(3)的紧固单元(4)，该紧固单元包括底部(15)、至少一个在该柱管单元(3)旁延伸的侧颊板(9，10)、和带有螺栓孔(19)以便借助紧固螺栓将该紧固单元(4)固定在汽车上的第一紧固垫板(17)和第二紧固垫板(18)，其中，第一紧固垫板(17)和第二紧固垫板(18)相对所述至少一个侧颊板(9，10)分别以介于30°至60°范围的角度倾斜布置。

2.根据权利要求1所述的转向柱，其中，第一紧固垫板(17)和第二紧固垫板(18)设置在一个通过转向轴(1)延伸的竖直平面(22)的两侧。

3.根据权利要求1所述的转向柱，其中，第一紧固垫板(17)和第二紧固垫板(18)至转向轴(1)的在方向盘侧的末端(2)具有相同的距离。

4.根据权利要求1所述的转向柱，其中，紧固单元(4)包括两个平行的侧颊板(9，10)，所述侧颊板在柱管单元(3)两侧延伸并且与底部(15)相连。

5.根据权利要求4所述的转向柱，其中，第一紧固垫板(17)从其中一个侧颊板(9)起延伸，第二紧固垫板(18)从其中另一个侧颊板(10)起延伸。

6.根据权利要求1所述的转向柱，其中，第一紧固垫板(17)和第二紧固垫板(18)至少在各自的螺栓孔(19)的区域内位于第一和第二平面里，所述第一和第二平面在柱管单元(3)内或在转向轴(1)内相交。

7.根据权利要求1所述的转向柱，其中，除了第一紧固垫板(17)和第二紧固垫板(18)之外，紧固单元(4)还具有至少另一个用于将紧固单元(4)固定在汽车上的紧固元件。

8.根据权利要求7所述的转向柱，其中，所述至少另一个紧固元件至转向轴(1)的在方向盘侧的末端(2)的距离大于所述第一紧固垫板(17)和第二紧固垫板(18)至转向轴(1)的所述在方向盘侧的末端的距离。

9.根据权利要求7或8所述的转向柱，其中，紧固单元(4)具有第三紧固垫板(24)和第四紧固垫板(25)作为另外的紧固元件，所述第三和第四紧固垫板设置在一个通过转向轴(1)延伸的竖直平面(22)的两侧。

10.根据权利要求9所述的转向柱，其中，第三紧固垫板(24)和第四紧固垫板(25)相对所述至少一个侧颊板(9，10)分别以介于30°至60°范围的角度倾斜布置。

11.根据权利要求9所述的转向柱，其中，第三紧固垫板(24)从其中一个侧颊板(9)起延伸，第四紧固垫板(25)从其中另一个侧颊板(10)起延伸。

12.根据权利要求1所述的转向柱，其中，柱管单元(3)可相对紧固单元(4)在至少一个调整方向上被调整。

13.根据权利要求12所述的转向柱，其中，柱管单元(3)可相对紧固单元(4)在转向轴(1)纵向或在转向轴(1)的倾斜度调整方向上或在转向轴(1)纵向和转向轴(1)的倾斜度调整方向上被调整。

14.根据权利要求1所述的转向柱，其中，所述至少一个侧颊板(9，10)在一个平行于通过转向轴(1)延伸的竖直平面(22)的平面里延伸。

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