CN103562046A - 机动车的转向柱 - Google Patents

Abstract

一种机动车的转向柱（1），其带有可转动地安置的转向轴（2）以及马达驱动的转向辅助装置（3）用于转向角叠加和/或扭矩辅助，其中转向辅助装置（3）借助至少一个传递环节（4）与转向轴（2）连接，并且转向轴（2）具有至少两个传递扭矩地相互连接的转向轴部件（5,6），其中转向轴部件（5,6）在转向轴（2）的转向轮连接部（7）和传递环节（4）之间的转向轴（2）的区域中借助至少一个缓冲体（8）相互连接，其中所述缓冲体用于缓冲通过转向轴（2）传递的振动，其中转向轴部件（5,6）的至少之一在转向柱（1）的外壳单元（11）中可转动地安置，并且在缓冲体（8）中构建空腔（12），外壳单元（11）优选在碰撞引起的在转向柱（1）内的变形和/或推移情况下能够推移到所述空腔中。

Description

机动车的转向柱

本发明涉及一种机动车的转向柱，其带有可转动地安置的转向轴以及马达驱动的转向辅助装置用于转向角叠加和/或扭矩辅助，其中转向辅助装置借助至少一个传递环节与转向轴连接，并且转向轴具有至少两个传递扭矩地相互连接的转向轴部件，其中转向轴部件在转向轴的转向轮连接部和传递环节之间的转向轴区域中借助至少一个缓冲体相互连接，其中缓冲体用于缓冲通过转向轴传递的振动。

带有马达驱动的转向辅助装置的转向柱在一般的语言惯用法中称为伺服转向装置。转向辅助装置一方面可以实施转向角叠加，也即将从手通过转向轮输入到转向轴中的转向角放大或者缩小。然而，马达驱动的转向辅助装置也可以用于扭矩辅助。通常，在该情况中也称为转向力辅助。在该纯粹的转向力辅助的情况下，引入转向轴中的转向角并不变化，然而马达驱动的转向辅助装置施加相应的附加扭矩，由此驾驶员在将车辆转向时仅仅需要施加小的转向力或者转向扭矩。在现有技术中，也已知了如下的马达驱动的转向辅助装置，其实施转向角叠加以及扭矩辅助。

带有相应的马达驱动的转向辅助装置的转向柱例如由WO 2010/109232 A1和EP 2177 420 A1已知。所提及的第二个欧洲文献教导了借助弹性体将特氟龙衬料预张紧，使得在传递部件中不会形成嘎嘎的噪声。

然而在现有技术中经常也由于马达驱动的转向辅助装置的助力马达而出现振动，这些振动通过转向轴传递到转向轮。为了避免该振动传递到转向轮，在现有技术中由DE 3601 851 C2公开了这种类型的解决方案。

本发明的任务是，提出一种改进，其能够在这种类型的转向柱情况下实现将转向柱可伸缩地推移到一起。

根据本发明，这通过根据权利要求1的转向柱来解决。

由此设计了，转向轴部件的至少之一在转向柱的外壳单元中可转动地安置，并且在缓冲体中构建空腔，外壳单元优选在碰撞引起的在转向柱内的变形和/或推移情况下能够推移到所述空腔中。

在传递环节和转向轴的转向轮连接部之间的区域中，缓冲体集成到转向轴中，该缓冲体将马达驱动的转向辅助装置的助力马达产生的振动和噪声衰减，使得其不会或者至少不会在可感觉到的范围内通过转向轴传递到车辆的乘客室内。

可以设计一种用于运行根据本发明的转向柱的方法，使得在转向轴的区域中在传递环节和转向轴的转向轮连接部之间通过转向轴传递的振动借助缓冲体来衰减。

为了避免振动会通过物理连接而绕过缓冲体引导，本发明的优选扩展形式设计了，转向轴部件至少在转向柱的正常工作中仅仅通过缓冲体优选传递扭矩地相互连接。这意味着，不考虑其通过缓冲体的连接的情况下，转向轴部件至少在正常工作中没有用于振动的附加传递路径地相互连接。

特别是弹性体考虑作为缓冲体。在此可以设计的是，整个缓冲体由一个或者多个弹性体构成。然而也可以设计的是，缓冲体具有至少一个弹性体。

优选地设计的是，缓冲体附加于其衰减振动的特性之外还用于在转向轴部件之间的扭矩传递。在该情况中由此有利的是，缓冲体至少在转向柱的正常工作中一方面传递扭矩地与转向轴部件之一连接，并且另一方面传递扭矩地与另一转向轴部件连接。在缓冲体和相应的转向轴部件之间的相应连接可以通过粘合、硫化和/或其他的连接方式例如铆接或者旋拧来实现。在该情况中有利的是，缓冲体相对于转向柱的相邻构建的区域径向延伸地构建。这能够实现通过缓冲体传递比较高的扭矩。形状配合的连接同样适于扭矩传递。

本发明的优选实施例设计了，转向轴部件以其转动轴线至少在其与缓冲体邻接的区域中相互同轴地布置，其中转动轴部件能够围绕所述转动轴线旋转。

然而在该情况中要指出的是，不同的转向轴部件也可以借助万向节相互连接，如在现有技术中已知的那样。于是，例如相应的万向节可以在转向轴中设置在马达驱动的转向辅助装置和转向轴的转向轮连接部之间。然而其他的变形方案也是可能的，其中相应的万向节在马达驱动的转向辅助装置和作用到转向杆上的转向机构之间的区域中，即在车辆的正常行驶方向上看，在马达驱动的转向辅助装置之前集成到转向轴中。

一般地要指出的是，根据本发明的转向柱可以不可调节地实施，也可以在高度方向和/或纵向方向上可调节地实施。也可以的是，将现有技术中已知的、吸收能量的装置一同集成到转向柱中，用于耗尽在碰撞情况中的能量。在该情况中，转向轴于是可以由此不仅由两个转向轴部件构建（其中缓冲体布置在所述转向轴部件之间），而且可以还由附加的转向轴部件构建。于是，各转向轴部件也可以可伸缩地布置到彼此中。

根据本发明的转向柱的特别优选的扩展形式设计用于例如针对碰撞情况的可伸缩式构型，使得转向轴部件的至少之一、优选两个转向轴部件具有盆状构建的连接凸缘，其中缓冲体优选分别固定在盆状的连接凸缘上。前面提及的空腔（其中外壳单元可以推入或者沉入所述空腔中）于是例如可以是在所述盆状构建的连接凸缘至少之一中的相应空腔。本发明的特别优选的扩展形式设计了，借助缓冲体相互连接的转向轴部件分别具有盆状连接凸缘，并且缓冲体布置在盆状的连接凸缘之间，优选布置在盆状的连接凸缘的圆柱外壳状的区段之间。在这些变形方案的情况下，于是有利地设计了，盆状的连接凸缘之一优选同轴地、至少局部地布置在另外的盆状连接凸缘内。

尤其是在这种盆状的连接凸缘情况下有利的是，缓冲体构建为环绕封闭的圆柱外壳壁。

出于完整性原因，要指出的是，盆状的连接凸缘尤其是可以理解为如下的连接凸缘：其中连接凸缘的底面被连接凸缘的外壳面包围，其中底面和外壳面一同形成连接凸缘中向一侧敞开的空腔的边界。底面在此不一定必须完全平坦或者连贯地构建，其也可以包括凹处。外壳面也可以（然而不必一定）圆柱外壳状地构建。

出于完整性原因，要指出的是，如在现有技术中也已知的那样，马达驱动的转向辅助装置理解为设置有至少一个助力马达的装置。其可以设计用于转向角叠加，其方式是，其将通过转向轮引入到转向轴上的转动角借助助力马达来改变，使得该转向角以改变后的方式传递到转向机构并且由此传递到车辆的轮子上。然而，马达驱动的转向辅助装置也同样可以良好地设计用于借助附加的扭矩来辅助车辆驾驶员的转向运动，使得其需要将较小的力引入转向轮中用于转向。在本发明的过程中，此外也可以涉及一种马达驱动的转向辅助装置，其实施转向角叠加以及扭矩辅助。这种类型的马达驱动的转向辅助装置本身是已知的，并且这里不必再特别地描述。仅仅要指出的是，助力马达可以是电动马达以及液压马达、或者气动马达、或者现有技术中已知的其他马达。

在实践中，转向轴通常也称为转向臂轴（Lenkwelle）。其为转向柱的可转动地安置的如下部件：在其上在转向轴的转向轮连接部处的一侧上固定有转向轮或者另一转向手柄，并且其在另一侧上与转向机构连接，该转向机构将转向轴的旋转运动传递到转向杆上，并且由此传递到车辆的轮子上。通常多件式地构建的转向轴通常引导穿过转向辅助装置，其中转向辅助装置的助力马达通过本身已知的传递环节例如齿轮等等作用到转向轴上。传递环节由此是转向辅助装置用于与转向轴连接或者用于作用到转向轴上的连接环节。

出于完整性原因，还要指出的是，在优选的扩展形式中缓冲体可以一件式地、例如像上面已经提及的那样圆柱外壳状或者管状地构建。然而同样良好地可能的是，转向轴部件以根据本发明的方式和方法为了衰减振动并不通过单个的缓冲体而是通过多个缓冲体相互连接。换而言之，其由此也可以是多件式的缓冲体。

本发明的优选扩展方案的其他特征和细节借助附图描述来阐述。其中：

图1示出了用于阐述转向柱的一般构造的示意图；

图2示出了第一实施例中的根据本发明的转向柱的纵截面；

图3示出了放大示出的图2中的区域A；

图4示出了图3中的剖面BB的截面图；

图5示出了缓冲体的示意图；

图6示出了与图2类似的通过本发明的第二实施例的纵截面；

图7示出了放大示出的图6的局部C；

图8示出了缓冲体的一种可替选的实施形式。

类似的或者作用相同的元件在附图中用相同的附图标记表示。

图1首先示出了从其基本结构来说本身已知的转向柱1的示意性例子，该转向柱带有能够转动地安置的多件式构造的转向轴2。转向轴2用于将机动车的驾驶员在转向轮17上实施的转向运动传递到转向机构21上。借助转向机构21，转向轴2的旋转运动被转换为转向杆22的运动，由此这里仅仅单独地并且极为示意性地示出的车辆的轮子23实施转向轮回转。在图1中可以看到转向轴2的多个转向轴部件20。转向轴部件20之一具有转向轮连接部7，转向轮17固定在其上。在马达驱动的转向辅助装置3和转向机构21之间布置的转向轴部件20借助万向节19相互连接。对于本发明重要的转向轴部件5和6（它们分别布置在缓冲体8上）在根据图1的极为简化的视图中同样不能看到，如外壳单元11，其中转向轴2能够转动地安置在该外壳单元中。这些部件在图1中被支承单元18所隐藏。支承单元用于将转向柱1固定在车辆的车身上。在将转向轮17的位置与相应的驾驶员适配的可能性的意义上，支承转向轴2的外壳单元11可以相对于支承单元18在转向轴2的纵向方向上和/或垂直方向上是可调节的。对此所需的调节机构和夹紧机构在现有技术中本身是已知的，并且可以使用在根据本发明的转向柱1中。已知的还有这里在图1中仅仅示意性地示出的马达驱动的转向辅助装置3。其可以如已经说明的那样在根据本发明地实施的转向柱情况下也用于转向角叠加和/或扭矩辅助。在实现本发明时，可以利用本身已知的马达驱动的、即设置有助力马达的转向辅助装置3，这样其也不必再进一步阐述。出于完整性的原因，要指出的是，全部的、可转动地安置的、从转向轮连接部7引导直到转向机构21的多件式地构建的轴被称为转向轴2。在所示的实施例中，转向轴2引导穿过转向辅助装置3。在图1中转向辅助装置3的不可见的传递环节4作用到引导穿过转向辅助装置3的转向轴部件6上，并且于是将转向辅助装置3所产生的转向角叠加和/或扭矩辅助传递到转向轴部件6上，并且由此传递到转向轴2上。这在下面还要借助图2至图7中所示的例子来具体阐述。然而之前还要指出的是，万向节19不必仅仅位于转向辅助装置3和转向机构21之间。如下的本发明实施例也是可能的：其中转向轴2在转向辅助装置3和转向轮连接部7之间的区域中具有一个或者多个万向节19。

图2示出了在转向轮连接部7和转向辅助装置3之间的区域中的、根据本发明的转向柱1的第一实施例的纵截面。这里未示出的、在转向辅助装置3和转向机构21之间的转向柱1的区段这里对于本发明并不重要，并且可以在根据图2和图6的细节视图中被省去。关于这些被省去的部件，参见现有技术并且尤其是参见图1。

在根据图2的纵截面中，可以看到转向轴2的三个部件。这首先是转向轴部件20，其具有转向轮连接部7。转向轴部件20与转向轴部件5用本身已知的方式和方法可伸缩地连接。通过两个所提及的转向轴部件5和20的该伸缩式的连接，在碰撞情况中转向轴2可以沿着转向轴部件5的转动轴线9在其长度上压扁，使得在碰撞情况中转向轮17不会过远地进入乘客厢中。转向轴2在所述转向轴部件5和20的区域中可围绕转动轴线9转动地安置在外壳单元11中。外壳单元11如所述的那样通过这里未更精确地示出的夹紧机构和/或调节机构固定在支承单元18上，优选可调节地固定在支承单元18上。在外壳单元11和支承单元18之间可以设置有这里仅仅示意性地示出的能量吸收装置24。这种能量吸收装置24在现有技术中是已知的，并且这里不必再进一步阐述。在碰撞情况中，当外壳单元11通过车辆驾驶员撞击到转向轮17而朝着转向辅助装置3推移时，它们用于受控的能量消除。

如开头已经阐述的那样，本发明如附图中所示那样设计了，外壳单元11在该碰撞导致的推移运动情况下和/或在转向柱1的纵向调节情况下可以沉入或者推入到下面还要具体阐述的缓冲体8中构建的空腔12中。由此，可以为外壳单元11提供比较大的推移路径，而由此不会导致整个转向柱1的大的结构长度。

在这里构建为空心轴的转向轴部件5上，在下面还要具体阐述的中间连接缓冲体8的情况下，还连接有转向轴部件6，其引导穿过转向辅助装置3。转向辅助装置3可以如现有技术中已知的那样实施。其通过传递环节4用本身已知的方式和方法作用到转向轴部件6上，以便实施转向角叠加和/或扭矩辅助。作为用于转向辅助装置3的驱动装置，其具有助力马达。在此，可以涉及电动马达、液压马达、气动马达或者其他马达。对于所有这些马达而言，在任何情况下都是共同的是，存在如下危险：在其运行中振动通过传递环节4传递到转向轴2上，并且由此传递到转向轮17上。如开头所阐述的那样，这是要避免的。为此，转向轴部件5和6在转向轴2的区域中在传递环节4与转向轴2的转向轮连接部7之间借助至少一个缓冲体8相互连接，所述缓冲体用于缓冲通过转向轴2传递的振动。在借助图3中的放大的局部A阐述根据图2至图5的实施例中实现的、在转向轴部件5和6之间的过渡区域中的连接类型之前，还要指出的是，在所示的实施例中，通过缓冲体8相互传递扭矩地连接的转向轴部件5和6在其转动轴线9和10方面相互同轴地布置，其中它们围绕所述转动轴线可转动地安置。

如在根据图3的放大视图中可以特别清楚地看到的是，在转向轴部件5上固定有盆状的连接凸缘13。在转向轴部件6上同样固定有盆状的连接凸缘14。这些连接凸缘13和14分别具有底面26和27，它们分别承载连接凸缘13和14的圆柱外壳状区段15和16。以该形式盆状地构建的连接凸缘13和14用所示的方式和方法布置到彼此中，并且在不考虑缓冲体8的情况下至少在正常工作中并不相互直接物理接触。由此实现了转向轴部件5和6在转向柱1的正常工作中仅仅通过缓冲体8相互连接。在所示的实施形式中，缓冲体8也是用于在转向轴部件5和6之间传递扭矩的唯一路径。不考虑缓冲体8的情况下，连接凸缘13和14并且由此转向轴部件5和6通过自由空间25相互间隔。

在所示的变形方案中，如在图5中可以特别清楚地看到的，缓冲体8构建为环绕地自身封闭的圆柱外壳壁。借助其圆柱外壳状的外表面，缓冲体8传递扭矩地固定在连接凸缘14的圆柱外壳状区段16上，并且由此固定在转向轴部件6上。通过其圆柱外壳状的内表面，缓冲体8传递扭矩地与连接凸缘13的圆柱外壳状区段15连接，并且由此与转向轴部件5连接。如在所示的实施例中表明的那样，可以在缓冲体8与分别与其相连的转向轴部件5和6的部件之间还设置中间层29。在此，可以是增附剂、金属壳、粘合层等等。中间层29可以布置在缓冲体8和分别连接的转向轴部件5的组件之间，以及在缓冲体8和分别连接的转向轴部件6的组件之间。为了缓冲振动，缓冲体8有利地具有至少一个弹性体。缓冲体8也可以完全由弹性体构成。其他的适于缓冲振动的材料也可以设计为缓冲体8或者设置在缓冲体8中。为了将缓冲体8固定在转向轴部件5和6的相应组件上，可以设计粘合连接、硫化或者简单地设计压入或者其他现有技术中已知的、合适的连接方式。总是有利的是，缓冲体8在关于转动轴线9和10的径向方向上伸出转向轴部件5和6的相邻区域，因为于是可以通过缓冲体8传递比较大的扭矩。除了传递扭矩之外，如所述的那样，缓冲体8主要用于缓冲由转向辅助装置3的助力马达产生的振动。其防止了这种振动会传递到转向轴部件5上并且由此朝着转向轮连接部7的方向传递。可以想到地并且可能的是，连接凸缘13和14的外壳形区段15和16并非圆柱形地成型，而是环绕地多边形地、环绕地波浪形地成型，其中这些形状相互对应并且与缓冲体8对应。通过这种方式，可能的是，可靠地传递高的扭矩，而不会依赖在缓冲体8和外壳状的区段15以及区段16之间的用于传递扭矩的连接强度。

在一个可替选的实施形式中，缓冲体8也可以多件式地构成，并且尤其是在环周方向上通过多个单个的缓冲元件32构成，如在图8中所示的那样。缓冲体也可以包含凹陷和/或贯穿的孔。

在所示的实施形式中，附加于已经描述的组件之外还设置有止挡杆30。在此，其为纯粹的安全性元件，该元件用于使得在缓冲体8之间的连接和/或其至转向轴部件5和6的连接故障的情况下，仍然可能进行车辆的转向的紧急操作。在正常工作中，止挡杆30没有功能，并且也不是振动的传递桥梁。当转向轴部件5和6之间出现扭矩，所述扭矩导致转向轴部件5和6通过缓冲体8的连接的断裂或者另外的故障时，止挡杆才投入使用。

图4示出了沿着剖面B-B穿过转向轴部件6的连接凸缘14的底面27的截面图。在该截面图中可以看到的是，在该底面27中有弓形的长孔31，其由两个止挡28形成边界。固定在转向轴部件5的连接凸缘13的底面26上的止挡杆30引导穿过长孔31，然而在图4中所示的正常工作中并不与底面27直接物理接触，并且由此并不与转向轴部件6直接物理接触。由此，避免了在正常工作中振动会从转向轴部件6通过止挡杆30传递到转向轴部件5。

当通过缓冲体8的扭矩传递故障，并且转向轴部件5并且由此止挡杆30相对于转向轴部件6转动时，从借助长孔31的长度而预先给定的转动角开始出现止挡杆30在止挡28之一上的止挡，由此在通过缓冲体8的扭矩传递故障时保证了转向装置的紧急操作。止挡杆30可以由金属或者合适的合成材料来实施。其可以设置有衰减振动的外罩或者由这种材料构成。为了避免在正常工作中的振动传递，图4中所示的、在止挡杆30和形成长孔31边界的底面27的壁之间的自由空间也会是足够的。特别是对于使用以弹性体覆盖的或者由弹性体构建的止挡杆30的情况，可能会容忍在止挡杆30和长孔31的边缘之间的物理接触。杆本身也可以在连接凸缘13的底面26中借助弹性体的容纳部或者衰减振动的容纳部来固定，其中在所述连接凸缘中止挡杆并未配合到弓形的长孔31中。当然，由止挡杆30所承担的紧急功能也可以不同地实现。于是例如也可能的是，将长孔31设计在设置于转向轴部件5上的连接凸缘13的底面26中，并且将止挡杆30固定在转向轴部件6的连接凸缘14的底面27上。

也可以设想并且可能的是，在连接凸缘之一的底面中构建深的压制部分或者穿通部，其表现出作为止挡杆30的相应功能。

图6和图7示出了根据本发明的第二实施例，其大部分与根据图2至图5的第一实施例相同地实施。由此，这里仅仅还讨论区别。这些区别主要在于，在第二实施例中，转向轴部件5并非构建为空心轴，而是构建为实心的棒。另外，在该第二实施例中，连接凸缘13一件式地构建在转向轴部件5上，而在根据图2至图5的第一实施例中，连接凸缘13是首先分离的部件，其固定在转向轴部件5上。

只要技术上可能，上面描述的实施例的不同特征也可以相互组合和交换，而并未离开本发明的范围。

附图标记表

1  转向柱            16  圆柱外壳状区段

2  转向轴            17  转向轮

3  转向辅助装置      18  支承单元

4  传递环节          19  万向节

5  转向轴部件        20  另外的转向轴部件

6  转向轴部件        21  转向机构

7  转向轮连接部      22  转向杆

8  缓冲体            23  轮

9  转动轴线          24  能量吸收装置

10  转动轴线         25  自由空间

11  外壳单元         26  底面

12  空腔             27  底面

13  连接凸缘         28  止挡

14  连接凸缘         29  中间层

15  圆柱外壳状区段   30  止挡杆

                     31  长孔

                     32  缓冲元件

Claims (8)

1.一种机动车的转向柱（1），该转向柱带有可转动地安置的转向轴（2）以及马达驱动的转向辅助装置（3）用于转向角叠加和/或扭矩辅助，其中转向辅助装置（3）借助至少一个传递环节（4）与转向轴（2）连接，并且转向轴（2）具有至少两个传递扭矩地相互连接的转向轴部件（5,6），其中转向轴部件（5,6）在转向轴（2）的转向轮连接部（7）和传递环节（4）之间的转向轴（2）的区域中借助至少一个缓冲体（8）相互连接，其中所述缓冲体用于缓冲通过转向轴（2）传递的振动，其特征在于，转向轴部件（5,6）的至少之一在转向柱（1）的外壳单元（11）中可转动地安置，并且在缓冲体（8）中构建有空腔（12），外壳单元（11）优选在碰撞引起的在转向柱（1）内的变形和/或推移情况下能够推移到所述空腔中。

2.根据权利要求1所述的转向柱（1），其特征在于，所述转向轴部件（5,6）至少在转向柱（1）的正常工作中仅仅通过缓冲体（8）优选传递扭矩地相互连接。

3.根据权利要求1或2所述的转向柱（1），其特征在于，所述缓冲体（8）至少在转向柱（1）的正常工作中一方面传递扭矩地与转向轴部件之一（5）连接，并且另一方面传递扭矩地与另一转向轴部件（6）连接。

4.根据权利要求1至3之一所述的转向柱（1），其特征在于，所述转向轴部件（5,6）以其转动轴线（9,10）至少在其与缓冲体（8）邻接的区域中相互同轴地布置，其中转动轴部件能够围绕所述转动轴线转动。

5.根据权利要求1至4之一所述的转向柱（1），其特征在于，所述缓冲体（8）具有至少一个弹性体，或者由弹性体构成。

6.根据权利要求1至5之一所述的转向柱（1），其特征在于，所述缓冲体（8）构建为环绕封闭的圆柱外壳壁。

7.根据权利要求1至6之一所述的转向柱（1），其特征在于，所述转向轴部件（5,6）的至少之一、优选两个转向轴部件（5,6）具有盆状构建的连接凸缘（13,14），其中所述缓冲体（8）优选分别地固定在盆状的连接凸缘（13,14）上。

8.根据权利要求1至7之一所述的转向柱（1），其特征在于，借助缓冲体（8）相互连接的转向轴部件（5,6）分别具有盆状连接凸缘（13,14），并且所述缓冲体（8）布置在盆状的连接凸缘（13,14）之间，优选布置在盆状的连接凸缘（13,14）的圆柱外壳状区段（15,16）之间。

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