CN102452411A - 一种方向盘自动调节装置 - Google Patents

Abstract

一种方向盘自动调节装置，包括前管柱、后管柱总成、总成架、第一动力单元、第二动力单元、第二管柱和连接体，总成架中设置有通孔，后管柱总成穿过通孔并通过万向节与前管柱连接，第一动力单元和第二动力单元对称安装在总成架上，第一动力单元包括第一步进电机、第一丝杆和第一滑块，第二动力单元包括第二步进电机、第二丝杆和第二滑块，连接体上设置有连接孔，前管柱穿过连接孔与万向节连接，连接体分别与第一滑块、第二滑块和第二管柱铰接，第二管柱用于带动后管柱总成轴向伸缩。该方向盘自动调节装置通过两个电机分别带动丝杆滑块，进而带动连接体伸缩或者旋转，从而方便地实现方向盘的调节，整个装置的结构比较简单，易于实现。

Description

一种方向盘自动调节装置

技术领域

本发明涉及一种方向盘自动调节装置。

背景技术

方向盘自动调节在汽车领域中已经得到了广泛的应用，从手动调节的方向盘到具有记忆功能自动调节的方向盘，结构的设计是功能实现的重点，方向盘自动调节结构设计的好坏直接影响到方向盘自动调节结构的生产成本、方向盘操作的稳定性和安全性。目前，用户对汽车的性能要求越来越高，同时考虑到汽车多功能系统的安全性、可加工性以及汽车企业的成本问题，方向盘自动调节结构趋于向简单易实现、安全性高、制造成本低的方向发展。

现有技术提供了一种方向盘自动调节装置，包括沿着前管柱伸缩轴线设置的外筒，位于外筒内的轴线放置的内筒，位于内筒内的转向轴，容纳内筒和外筒的外套，外套包括带有槽缝开口的外套侧壁面，沿外套侧壁面布置的固定装置，固定装置具有支架，该支架具有与前管柱伸缩轴线垂直的倾斜运动槽缝，与外套相连接的压缩支架，该压缩支架具有与前管柱伸缩轴线对准的伸缩运动槽缝，利用外套的槽缝开口、固定装置的倾斜运动槽缝和压缩支架的伸缩运动槽缝将外套、固定装置和压缩支架连接在一起的横螺栓，在倾斜伸缩位置固定前管柱的锁定电机，固定装置与倾斜电机相连接，倾斜电机用于沿枢转轴线倾斜转向轴，横螺栓通过伸缩机构与伸缩电机相连接，以便于响应伸缩电机的信号使得转向轴沿着伸缩轴线运动。该方向盘自动调节装置包括三个电机：锁定电机、伸缩电机和倾斜电机，并通过这三个电机以及与电机相连接的结构来分别实现前管柱的锁定、伸缩和倾斜，因此，该方向盘自动调节装置结构比较复杂，控制比较繁琐。

发明内容

本发明为解决现有技术中方向盘自动调节结构比较复杂的技术问题，提供一种结构简单的方向盘自动调节装置。

一种方向盘自动调节装置，包括前管柱和后管柱总成，前管柱用于连接方向盘，后管柱总成用于连接转向器，其中，所述方向盘自动调节装置还包括：总成架、第一动力单元、第二动力单元、第二管柱和连接体，总成架中设置有通孔，后管柱总成穿过该通孔并通过万向节与前管柱连接，第一动力单元和第二动力单元以通孔为中心对称安装在总成架上，第一动力单元包括第一步进电机、第一丝杆和第一滑块，第一步进电机和第一丝杆连接，第一滑块套设在第一丝杆上并可沿第一丝杆滑动，第二动力单元包括第二步进电机、第二丝杆和第二滑块，第二步进电机和第二丝杆连接，第二滑块套设在第二丝杆上并可沿第二丝杆滑动，连接体上设置有连接孔，前管柱穿过连接孔与万向节连接，连接体分别与第一滑块、第二滑块和第二管柱铰接，第二管柱用于带动后管柱总成轴向伸缩。

进一步地，连接体包括顶壁以及与顶壁连接的、对称设置的两个侧壁，顶壁上设置有连接孔，每个侧壁的对应位置上分别设置有圆孔，连接体通过圆孔与第二管柱铰接，每个侧壁的两端分别延伸有凸起，凸起上设置有腰形孔，连接体通孔腰形孔分别与第一滑块和第二滑块铰接。

第一滑块和第二滑块上设置有与腰形孔对应的铰接孔，第一滑块和第二滑块同一侧的两个铰接孔的中心连线方向与腰形孔的长度方向一致。

所述方向盘自动调节装置还包括分别固定在总成架上的第一导向限位套和第二导向限位套，第一导向限位套和第二导向限位套均为U形槽，第一导向限位套的底部形成有第一滑块的导向槽，第二导向限位套的底部形成有第二滑块的导向槽。

第一丝杆与第一滑块梯形螺纹连接，第二丝杆与第二滑块梯形螺纹连接。

所述后管柱总成包括第一管柱和第三管柱，第一管柱和第三管柱之间通过花键连接。

第二管柱具有中空结构，中空结构中设置有台阶，第一管柱穿过中空结构并通过轴承安装在第二管柱的台阶上，轴承位于台阶和万向节之间。

第二管柱的一端与连接体铰接，另一端位于总成架的通孔中。

第一丝杆的一端与第一步进电机连接，另一端设置有限位结构；第二丝杆的一端与第二步进电机连接，另一端也设置有限位结构。

所述限位结构为限位圈或限位销钉。

总成架上设置有安装凸起，方向盘自动调节装置可通过安装凸起固定在车体上。

第三管柱上设置有花键，总成架上设置有锁定通孔，转向轴锁的锁舌可通过锁定通孔与花键配合锁死。

所述总成架上还设置有限位通孔，第二管柱上设置有腰形限位孔，所述方向盘自动调节装置还包括限位螺栓，限位螺栓穿过限位通孔并可沿腰形限位孔相对滑动。

本发明的方向盘自动调节装置，通过控制两个步进电机分别带动两组丝杆和滑块运动，进而带动连接体伸缩或者旋转，从而可以方便地实现方向盘的调节，由于该方向盘自动调节装置只需要控制两个步进电机即可实现方向盘的条件，所以整个装置的结构以及控制都比较简单，易于实现。同时，在丝杆和滑块之间设置梯形螺纹，从而实现自锁；在丝杆上设置限位结构来实现该方向盘自动调节装置的伸缩或者旋转的限位；通过在总成架和第二管柱上设置限位螺栓来进一步加强限位作用，所以本发明的方向盘自动调节装置的安全设置比较全面，能有效保障驾驶人员的人身安全。另外，在总成架上还固定有导向限位套，从而可以将整个方向盘自动调节装置形成一个相对的密封结构，进而有效提高了方向盘自动调节装置的防尘效果，提高了该装置的使用寿命，同时也使得整个方向盘自动调节装置更加美观、整洁。另外，由于设置有导向限位套，当方向盘承受较大载荷时，导向槽能够给予滑块限位并承受压力，使方向盘能够在大的外力作用下不发生变形，有效提高方向盘的抗变形能力。

附图说明

图1是本发明实施例提供的方向盘自动调节装置的示意图；

图2是图1的局部剖视示意图；

图3是图1的连接体和滑块的示意图；

图4是本发明另一实施例提供的方向盘自动调节装置的示意图；

图5是图4中的限位螺栓和第二管柱的示意图。

具体实施方式

为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

根据本发明的一种实施方式，如图1-3所示，一种方向盘自动调节装置，包括前管柱1和后管柱总成，前管柱1用于连接方向盘（图中未示出），后管柱总成用于连接转向器（图中未示出），其中，该方向盘自动调节装置还包括：总成架21、第一动力单元、第二动力单元、第二管柱18和连接体3，总成架21中设置有通孔，后管柱总成穿过该通孔并通过万向节14与前管柱1连接，第一动力单元和第二动力单元以通孔为中心对称安装在总成架21上，第一动力单元包括第一步进电机8、第一丝杆12和第一滑块13，第一步进电机8和第一丝杆12连接，第一滑块13套设在第一丝杆12上并可沿第一丝杆12滑动，第二动力单元包括第二步进电机24、第二丝杆17和第二滑块15，第二步进电机24和第二丝杆17连接，第二滑块15套设在第二丝杆17上并可沿第二丝杆17滑动，连接体3上设置有连接孔，前管柱1穿过连接孔与万向节14连接，连接体3分别与第一滑块13、第二滑块15和第二管柱18铰接，第二管柱18用于带动后管柱总成轴向伸缩。

如图1和图2所示，第一步进电机8和第二步进电机24对称固定在总成架21上，第一丝杆12和第二丝杆17也均安装在总成架21上，如通过安装轴承10安装在总成架21上。

进一步地，后管柱总成包括第一管柱11和第三管柱19，第一管柱11和第三管柱19之间通过花键连接。

第一管柱11和第三管柱19花键连接从而形成方向盘的动力传递通道，同时，当调节方向盘时，第一管柱11和第三管柱19可以相对滑动从而实现连接体3的伸缩进而完成方向盘的调节。

当然，第一管柱11和第三管柱19之间还可以通过其它方式连接，如可以通过滑块连接，滑块允许第一管柱11和第三管柱19之间的伸缩运动，滑块可以由塑料或者其它允许第一管柱11和第三管柱19实现伸缩运动的材料制成。

第一丝杆12和第一滑块13梯形螺纹连接，第二丝杆17和第二滑块15梯形螺纹连接，即丝杆和滑块之间均为梯形螺纹连接，从而使得丝杆和滑块具有自锁功能，当完成方向盘的调节之后，即两个步进电机停止运行时，由于丝杆和滑块自锁，所以，此时前管柱1不能运动，从而有效提高了方向盘的使用安全性。

进一步地，第二管柱18具有中空结构，中空结构中设置有台阶，第一管柱11穿过中空结构并通过轴承16安装在第二管柱18的台阶上，轴承16位于台阶和万向节14之间。

轴承16安装在第二管柱18的台阶上，且轴承16位于台阶和万向节14之间，当电机带动连接体3动作时，连接体3的动力可以通过第二管柱18、台阶和轴承16传递到第一管柱11，从而使得第一管柱11和第三管柱19相对滑动。

进一步地，如图3所示，连接体3包括顶壁以及与顶壁连接的、对称设置的两个侧壁31，顶壁上设置有连接孔，每个侧壁31的对应位置上分别设置有圆孔34，连接体3通过圆孔34与第二管柱18铰接，每个侧壁31的两端分别延伸有凸起32，凸起32上设置有腰形孔33，连接体3通孔腰形孔33分别与第一滑块13和第二滑块15铰接。

两个侧壁31对称连接在顶壁上，即两个侧壁31设置在顶壁的左右两端或者上下两端，两个侧壁31和顶壁形成U形结构。

顶壁与侧壁31可以通过各种合适的方式连接，如焊接、一体成型等，为了便于加工，优选地，侧壁31与顶壁一体成型。

凸起32也可以通过各种合适的方式与侧壁31连接，如焊接、螺栓连接、一体成型等，优选地，凸起32与侧壁31一体成型。

为了更好的控制动力的传递，侧壁31上的两个圆孔34的中心线位于同一直线上，这样，第二管柱18与连接体3的两个铰接点位于同一直线上，第二管柱18的受力更加均衡。

当连接体3旋转时，两个滑块分别在丝杆（两个丝杆平行）上滑动，两个滑块的间距是要有小幅度变化的，但是由于滑块只能沿丝杆直线滑动，所以对应地，铰接在滑块上的连接体3需要做对应尺寸的退让，因此，凸起32上设置有腰形孔33。更进一步地，第一滑块13和第二滑块15上设置有与腰形孔33对应的铰接孔，第一滑块13和第二滑块15同一侧的两个铰接孔的中心连线方向与腰形孔33的长度方向一致。这样，当连接体3在滑块的带动下旋转时，两个滑块可以在腰形孔33的长度方向上滑动，从而可以更好的控制方向盘的前后移动。

为了更好地控制动力的传递，两个侧壁31同一端的两个凸起32上设置的腰形孔33的位置相对应，这样，滑块与连接体3之间的动力传递更加平滑。

第二管柱18与连接体3铰接，第二管柱18的端部可以形成对称的两个凸起，第二管柱18通过这两个凸起与连接体3铰接。此时，第二管柱18和连接体3（以及第一滑块13和第二滑块15）可以形成一个近似密封的空间，万向节14位于该空间中，可以有效防止灰尘、杂物的进入从而影响方向盘的转动的现象。

进一步地，该方向盘自动调节装置还包括分别固定在总成架21上的第一导向限位套4和第二导向限位套20，第一导向限位套4和第二导向限位套20均为U形槽，第一导向限位套4的底部形成有第一滑块13的导向槽，第二导向限位套20的底部形成有第二滑块15的导向槽。

为了不阻碍滑块的滑动，导向槽与滑块之间具有一定的间隙，这样，对于方向盘的调节才会更加准确、顺畅。

同时，当方向盘承受较大载荷时，导向槽能够给予滑块限位并承受压力，使方向盘能够在大的外力作用下不发生变形，有效提高方向盘的抗变形能力。

第一导向限位套4和第二导向限位套20可以通过各种合适的方式固定在总成架21上，如焊接、铆接或螺栓连接等，为了便于后期的维护，优选地，第一导向限位套4和第二导向限位套20分别与总成架21螺栓连接。如图1所示，第一导向限位套4和第二导向限位套20均通过螺栓5固定在总成架21上。

第一导向限位套4和第二导向限位套20的开口相对并固定在总成架21上，本领域技术人员可以根据需要合理设置第一导向限位套4和第二导向限位套20的尺寸，如可以使得第一导向限位套4和第二导向限位套20固定之后形成一个完整的结构，这样可以起到较好的防尘效果，同时也更加美观。

为了达到更好的防尘效果，进一步地，第二管柱18的一端与连接体3铰接，另一端位于总成架21的通孔中。这样可以将第一管柱11尤其是第一管柱11和第三管柱19的花键连接处密封起来，从而可以防止灰尘、杂物等进入第一管柱11和第三管柱19的花键连接处进而影响第一管柱11和第三管柱19的相对滑动，即影响方向盘的调节。

为了防止滑块滑出丝杆，进一步地，第一丝杆12的一端与第一步进电机连接，另一端设置有限位结构2；第二丝杆17的一端与第二步进电机连接，另一端也设置有限位结构2。该限位结构2可以为限位圈或限位销钉等常用的限位结构。

为了实现该方向盘自动调节装置的固定，进一步地，总成架21上设置有安装凸起6，方向盘自动调节装置可通过安装凸起6固定在车体上。

为了便于安装转向轴锁，进一步地，第三管柱19上设置有花键9，总成架21上设置有锁定通孔，转向轴锁（图中未示出）的锁舌7可通过锁定通孔与花键9配合锁死，从而实现转向轴的锁定。同时，由于花键9位于总成架21的通孔中，因此，防盗效果更加理想。

如图4和图5所示，根据本发明的另一种实施方式，该方向盘自动调节装置还包括限位螺栓22，总成架21上设置有限位通孔，第二管柱18上设置有腰形限位孔23，限位螺栓22穿过限位通孔并可沿腰形限位孔23相对滑动，从而可以有效防止方向盘任意滑动使得第一管柱11和第三管柱19脱离，进一步提高整个方向盘自动调节装置的安全性。

当第二管柱18在连接体3的带动下移动时，腰形限位孔23也随之移动，相对地，限位螺栓22沿腰形限位孔23滑动。

该腰形限位孔23的长度可以根据方向盘的伸缩行程来确定，如可以稍微大于方向盘的伸缩行程。

限位通孔可以根据需要合理设置的总成架上，如可以设置在锁定通孔的一端，也可以与锁定通孔相对设置。

限位螺栓22 与丝杆上的限位结构共同防止方向盘伸缩时第一管柱11和第三管柱19脱离从而造成驾驶人员人身受到伤害的现象，有效提高了该方向盘自动调节装置的安全性。

为了实现方向盘的自动调节，第一步进电机8和第二步进电机24均与控制装置如车辆的ECU连接。

根据本发明的一种实施方式，本发明的方向盘自动调节装置的工作过程如下：

单独作伸缩动作时：ECU向第一步进电机8和第二步进电机24发出频率相同、方向相同的脉冲信号，第一步进电机8和第二步进电机24分别驱动第一丝杆12和第二丝杆17以相同的转速向相同的方向旋转，第一丝杆12和第二丝杆17分别推动第一滑块13和第二滑块15以相同的速度和运动方向运动，从而推动连接体3向前伸出或者向后缩回即完成前管柱1的伸缩动作。

单独作旋转动作时：ECU向第一步进电机8和第二步进电机24发出频率相同，方向相反的脉冲信号，第一步进电机8和第二步进电机24分别驱动第一丝杆12和第二丝杆17以相同的转速向相反的方向旋转，第一丝杆12和第二丝杆17分别推动第一滑块13和第二滑块15以相同的速度向相反的运动方向运动，从而推动连接体3向拉回滑块的一端旋转，即实现前管柱1的旋转动作。

同时作伸缩和旋转动作时，ECU向第一步进电机8和第二步进电机24发出方向相同、频率不同的脉冲信号，例如其中一个脉冲的频率为f而另一个脉冲频率为2f，通过这种输出信号两个步进电机能够保证同向旋转，并且其中一个步进电机的转速是另一个步进电机转速的两倍，当这两个步进电机驱动丝杆将动力传递到滑块进而驱动连接体3时，由于一个滑块以v的速度推动或拉动，另一个滑块以2v的速度进行，并且两者同向。所以，当两个滑块均为推动时，连接体3将在带动前管柱1向前伸出的同时向速度为v的滑块所在的一端旋转；当两个滑块均为拉动时，连接体3将在带动前管柱1向后缩回的同时带动前管柱1向速度为2v的滑块所在的一端旋转，即同时实现了前管柱1的伸缩和旋转动作。

本发明的方向盘自动调节装置，通过控制两个步进电机分别带动两组丝杆和滑块运动，进而带动连接体伸缩或者旋转，从而可以方便地实现方向盘的调节，由于该方向盘自动调节装置只需要控制两个步进电机即可实现方向盘的条件，所以整个装置的结构以及控制都比较简单，易于实现。同时，在丝杆和滑块之间设置梯形螺纹，从而实现自锁；在丝杆上设置限位结构来实现该方向盘自动调节装置的伸缩或者旋转的限位；通过在总成架和第二管柱上设置限位螺栓来进一步加强限位作用，所以本发明的方向盘自动调节装置的安全设置比较全面，能有效保障驾驶人员的人身安全。另外，在总成架上还固定有导向限位套，从而可以将整个方向盘自动调节装置形成一个相对的密封结构，进而有效提高了方向盘自动调节装置的防尘效果，提高了该装置的使用寿命，同时也使得整个方向盘自动调节装置更加美观、整洁。另外，由于设置有导向限位套，当方向盘承受较大载荷时，导向槽能够给予滑块限位并承受压力，使方向盘能够在大的外力作用下不发生变形，有效提高方向盘的抗变形能力。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (13)

1.一种方向盘自动调节装置，包括前管柱和后管柱总成，前管柱用于连接方向盘，后管柱总成用于连接转向器，其特征在于，所述方向盘自动调节装置还包括：总成架、第一动力单元、第二动力单元、第二管柱和连接体，总成架中设置有通孔，后管柱总成穿过该通孔并通过万向节与前管柱连接，第一动力单元和第二动力单元以通孔为中心对称安装在总成架上，第一动力单元包括第一步进电机、第一丝杆和第一滑块，第一步进电机和第一丝杆连接，第一滑块套设在第一丝杆上并可沿第一丝杆滑动，第二动力单元包括第二步进电机、第二丝杆和第二滑块，第二步进电机和第二丝杆连接，第二滑块套设在第二丝杆上并可沿第二丝杆滑动，连接体上设置有连接孔，前管柱穿过连接孔与万向节连接，连接体分别与第一滑块、第二滑块和第二管柱铰接，第二管柱用于带动后管柱总成轴向伸缩。

2.如权利要求1所述的方向盘自动调节装置，其特征在于，连接体包括顶壁以及与顶壁连接的、对称设置的两个侧壁，顶壁上设置有连接孔，每个侧壁的对应位置上分别设置有圆孔，连接体通过圆孔与第二管柱铰接，每个侧壁的两端分别延伸有凸起，凸起上设置有腰形孔，连接体通孔腰形孔分别与第一滑块和第二滑块铰接。

3.如权利要求2所述的方向盘自动调节装置，其特征在于，第一滑块和第二滑块上设置有与腰形孔对应的铰接孔，第一滑块和第二滑块同一侧的两个铰接孔的中心连线方向与腰形孔的长度方向一致。

4.如权利要求1所述的方向盘自动调节装置，其特征在于，所述方向盘自动调节装置还包括分别固定在总成架上的第一导向限位套和第二导向限位套，第一导向限位套和第二导向限位套均为U形槽，第一导向限位套的底部形成有第一滑块的导向槽，第二导向限位套的底部形成有第二滑块的导向槽。

5.如权利要求1所述的方向盘自动调节装置，其特征在于，第一丝杆与第一滑块梯形螺纹连接，第二丝杆与第二滑块梯形螺纹连接。

6.如权利要求1所述的方向盘自动调节装置，其特征在于，所述后管柱总成包括第一管柱和第三管柱，第一管柱和第三管柱之间通过花键连接。

7.如权利要求6所述的方向盘自动调节装置，其特征在于，第二管柱具有中空结构，中空结构中设置有台阶，第一管柱穿过中空结构并通过轴承安装在第二管柱的台阶上，轴承位于台阶和万向节之间。

8.如权利要求7所述的方向盘自动调节装置，其特征在于，第二管柱的一端与连接体铰接，另一端位于总成架的通孔中。

9.如权利要求1所述的方向盘自动调节装置，其特征在于，第一丝杆的一端与第一步进电机连接，另一端设置有限位结构；第二丝杆的一端与第二步进电机连接，另一端也设置有限位结构。

10.如权利要求9所述的方向盘自动调节装置，其特征在于，所述限位结构为限位圈或限位销钉。

11.如权利要求1所述的方向盘自动调节装置，其特征在于，总成架上设置有安装凸起，方向盘自动调节装置可通过安装凸起固定在车体上。

12.如权利要求6所述的方向盘自动调节装置，其特征在于，第三管柱上设置有花键，总成架上设置有锁定通孔，转向轴锁的锁舌可通过锁定通孔与花键配合锁死。

13.如权利要求1所述的方向盘自动调节装置，其特征在于，所述总成架上还设置有限位通孔，第二管柱上设置有腰形限位孔，所述方向盘自动调节装置还包括限位螺栓，限位螺栓穿过限位通孔并可沿腰形限位孔相对滑动。

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