CN108602523B - 用于机动车辆的可电动调节长度的转向柱 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于机动车辆的可调节的转向柱(1)，该转向柱包括可旋转的转向轴(2)，该转向轴具有能够沿着转向轴的旋转轴线(3)轴向移位并且以可旋转的方式安装在套管(5)中的轴部分(4)，套管以轴向滑动的方式安装在保持于固定至车身的保持部分(6)上的导引箱(7)中并且能够借助于电动马达(8)调节。所述可调节的转向柱在电动调节系统的较小安装空间与转向柱的高强度相结合方面得到改善，原因在于：套管(5)的外表面(26)附接有齿条(9、10、29)，并且电动马达(8)固定至导引箱(7)并驱动蜗杆传动装置(11)，该蜗杆传动装置穿过导引箱(7)的开口(12)朝向套管(5)伸出并与齿条(9、10、29)啮合。

Description

用于机动车辆的可电动调节长度的转向柱

技术领域

本发明涉及用于机动车辆的可调节的转向柱，该转向柱包括可旋转的转向轴，该转向轴具有能够沿着转向轴的旋转轴线轴向移位的轴部分，该轴部分以可旋转的方式安装在套管中，套管以轴向滑动的方式安装在导引箱中并且能够借助于电动马达移位，导引箱保持于固定至车身的保持部分上。

背景技术

例如，从WO 2014/117800 A1已知这种可调节的转向柱。现有技术中已知的转向柱具有沿着套管的圆周表面附接的多个齿条，这些齿条由螺母包围。螺母借助于齿形带连接至电动马达，该齿形带可以使螺母转动并因此使套管移位。这种设计的一个缺点在于需要多个齿条。

从US5,737,971A同样已知一种用于机动车辆的可纵向调节的转向柱，在该可纵向调节的转向柱中，套管能够朝向导引箱纵向地移位，其中套管借助于滚动元件安装在导引箱上。纵向调节借助于电动马达来实现，该电动马达经由减速传动装置连接至小齿轮，该小齿轮与固定至套管的齿形板啮合。减速传动装置固定至导引箱。这种设计的缺点在于套管和导引箱借助于滚动元件的复杂支承。另一缺点在于减速传动装置需要多个部件来保证套管相对于导引箱的纵向调节。

从DE 33 18 935 C1已知一种用于机动车辆的可电动调节的转向柱，在该可电动调节的转向柱中，内套管以可轴向移位的方式伸缩地布置在外套管中。内套管在其上侧部上设置有齿部，蜗杆传动装置与该齿部啮合，所述蜗杆传动装置经由减速传动装置连接至电动马达。这种设计的缺点在于外套管必须设置有供蜗杆传动装置穿过的开口并且因此在其稳定性方面变弱。此外，内套管的外侧与外套管的内侧之间的安装空间受到限制，这意味着导致对内套管的齿部构型的结构限制。

发明内容

本发明所解决的问题在于说明用于机动车辆的可电动调节的转向柱的改进的纵向调节，该可电动调节的转向柱以特别紧凑的方式构造、具有较少数量的必要部件并且其强度和刚度与可能的最大长度调节无关。

该问题利用本发明的可调节转向柱来解决。

根据本发明的解决方案为：齿条附接至套管的外表面，电动马达固定至导引箱并驱动蜗杆传动装置，蜗杆传动装置穿过导引箱中的开口朝向套管伸出并与齿条啮合。通过将电动马达固定至导引箱，实现了转向的刚性实施方式。可以通过例如附接至导引箱的诸如塑料元件的降噪元件来降低由电动马达引起的任何不期望的噪音的出现。齿条在套管的外表面上的布置意味着所述外表面可以更大，因此在设计上比附接至套管的外表面的情况更强。在这种情况下，套管有利地不变弱。这意味着整个结构具有高的强度和刚性。蜗杆传动装置的长度仅受套管长度的限制。以此方式，可以实现范围超过现有技术中描述的80mm的调节路径。例如，这些调节路径可以达到超过150mm的调节路径。最后，导引箱中的开口也可以保持相对较小，这是因为开口只需要允许相对较小的蜗杆传动装置穿过即可。在优选实施方式中，导引箱的开口可以采取小于70mm的长度。在其他设计中，需要在蜗杆传动装置的整个长度上延伸的长形孔。导引箱中的开口的相对小的尺寸意味着所述导引箱在其强度和刚度方面实际上不受影响。

在本发明的改进方案中提供的是，减速传动装置以操作的方式设置在电动马达与蜗杆传动装置之间。以此方式，扭矩增加，使得可用于纵向调节的力增大。

在本发明的优选实施方式中，减速传动装置具有以非旋转方式连接至蜗杆传动装置的较大齿轮，该较大齿轮与固定在电动马达的马达轴上的小齿轮啮合。该结构特别地非常容易制造并且允许将电动马达节省空间地设置在导引箱的外表面上，其中，电动马达的旋转轴线平行于转向轴的旋转轴线设置。在本发明的另一实施方式中，可以设想并且可能的是，减速传动装置具有挠性轴。该设计允许电动马达的旋转轴线设置成相对于转向轴的旋转轴线偏移。本发明的另一实施方式设想的是，齿条由塑料制成。该措施允许特别经济有效的生产以及重量减轻。

本发明的另一实施方式设想的是，蜗杆传动装置由塑料制成，由此可以降低成本和重量。

为了使得在蜗杆传动装置与齿条之间能够传递最大可能的轴向力，啮合在一起的齿表面以及蜗杆传动装置的螺旋形齿面必须尽可能大。由此，齿条具有以沟槽状方式弯曲的外表面的措施用于增大彼此接触的表面的尺寸，其中，弯曲半径适于蜗杆传动装置的半径。因此，蜗杆传动装置可以被引入到齿条中的沟槽中并且由齿条例如比在平面齿条的情况下更大的30°的角度范围包围。以此方式，齿条的齿部的较大区域与蜗杆传动装置的螺旋卷绕部在每种情况下都彼此接触，使得能够传递较大的力而不存在过载的风险。所描述的结构也被称作“螺旋齿部”或“半球状部”或球状部。

由此，蜗杆传动装置在旋转轴线方向上的长度适于在发生碰撞的情况下传递的力的措施意味着在碰撞时产生给定的轴向力的情况下蜗杆传动装置的轴向安装空间可以最小化。以此方式，为使蜗杆传动装置通过而在导引箱中设置的开口也可以构造得尽可能小，因此，一方面，导引箱在其稳定性方面实际上没有变弱，另一方面，在发生碰撞的情况下产生的高轴向力经由齿条/蜗杆传动装置连接部传递，而上述部件不会脱开或剪断。

根据本发明的可调节长度的转向柱还特别适于结合额外的安全相关的能量吸收装置。在能量吸收装置以操作的方式设置在套管与齿条之间的情况下，该能量吸收装置允许齿条在发生碰撞的情况下相对于套管轴向移位，同时克服与设计相关的变形力或剪切力，沿轴向方向作用于转向柱上的碰撞力中的至少一些碰撞力被减弱，并且能量吸收装置中的与所述至少一些碰撞力相关联的动能用于能量吸收器的变形或剪切力。

特别地，可以容易地设置能量吸收装置，该能量吸收装置具有能够在变形力的作用下变形的弯曲线材。在这种情况下，通过弯曲线材的变形引入的能量被吸收。这种弯曲线材可以容易地容纳在套管的外侧与齿条之间。

能量吸收装置的另一实施方式设想的是，能量吸收装置具有设置在长形孔中的滑块，该滑块能够在变形力的作用下移位通过长形孔并且在这种情况下使与长形孔相邻的材料变形。这种构造也可以容易地容纳在套管的外表面与齿条之间。

附图说明

下面借助于附图更详细地说明本发明的示例性实施方式。各图具体示出了：

图1是根据本发明的用于机动车辆的可电动调节长度的转向柱的立体图；

图2是图1中的转向柱的下侧的平面图；

图3是图1中示出的转向柱的一部分的侧视图；

图4是图3中的转向柱的面向方向盘的窄侧部的侧视图；

图5是套管以及齿条和电动调节件的侧视图；

图6是套管以及转向轴和附接至外部的齿条的立体图；

图7是图6中的套管的平面图；

图8是套管的类似于图7的平面图，其中，齿条被部分地移除，在该平面图中可以识别碰撞之前的弯曲线材；

图9是套管的详细视图，在该详细视图中描绘了碰撞之后的弯曲线材；

图10是修改实施方式中的套管以及转向轴和设置在能量吸收装置的另一实施方式上的齿条的立体图；

图11是碰撞之前的带有长形孔和滑块的能量吸收装置；

图12是碰撞后的图10中的能量吸收装置。

具体实施方式

如在图1至图5中可以观察到的，根据本发明的用于机动车辆的可电动调节的转向柱1具有转向轴2，转向轴2能够绕其旋转轴线3旋转，转向轴2具有两个主轴部分4、27，所述两个主轴部分4、27以可旋转的方式连接至彼此，但能够相对于彼此伸缩地移位。承载未示出的机动车辆的方向盘的上轴部分4能够相对于轴部分27轴向移位。下轴部分27以轴向固定的方式设置。上轴部分4以可旋转的方式安装在套管5中。套管5本身以能够轴向移位的方式安装在导引箱7中，使得套管5能够连同上轴部分4一起相对于导引箱7沿轴向方向被调节，其中，未示出的方向盘是轴向调节的。

轴向调节借助于电动马达8进行，电动马达8经由减速传动装置13连接至蜗杆传动装置11，蜗杆传动装置11与附接在套管5的外表面26上的齿条9、10、29啮合。

导引箱7以可枢转的方式安装在固定地连接至机动车辆的车身的保持部分6上，使得套管5与转向柱的上轴部分4可以连同未示出的方向盘一起进行高度调节。为了进行电动高度调节，设置第二电动马达28，第二电动马达28经由导引箱7上的第二传动装置30进行作用，使得导引箱7能够相对于固定的保持部分6枢转。在这方面，参见图1和图2。然而，电动高度调节并非本发明的主题并且因此不再更详细地描述。

负责转向柱1的电动长度调节的电动马达8固定在导引箱7的外表面上。这也适用于由电动马达8经由减速传动装置13驱动的蜗杆传动装置11，蜗杆传动装置11的轴31同样安装在导引箱7的外表面上。此外可以设想并且可能的是，减速传动装置13、蜗杆传动装置11和电动马达8安装在齿轮箱130中。减速传动装置13包括以不可旋转的方式附接至蜗杆传动装置11的轴31的较大齿轮14，该较大齿轮14与较小齿轮16以不可旋转的方式啮合，较小齿轮16以不可旋转的方式附接至电动马达8的马达轴15。

如可以在图3至图5中最清楚地观察到的，蜗杆传动装置11与齿条9的齿部啮合。为了实现这一点，导引箱7具有开口12，蜗杆传动装置11穿过开口12伸入到导引箱7的内部并与齿条9啮合。这可以在图3和图4中最佳地观察到。

当电动马达8接通时，电动马达8经由减速传动装置13使蜗杆传动装置11旋转，这又使齿条9沿旋转轴线方向19移位。可以通过以使得电动马达8的旋转方向反向的方式致动电动马达8而使移位方向反向。由于齿条9固定地连接至套管5，因而齿条9在其轴向移位期间与套管5一起运送，套管5就其本身而言经由滚柱轴承32(参见图4、图6和图10)与转向轴2的上轴部分4一起运送，并且对该上轴部分4连同未示出的方向盘一起沿旋转轴线方向19进行调节。

当图6至图8和图10中所示的改进的齿条10、29与适应的电气调节机构的蜗杆传动装置11相互作用时，利用这些齿条10、29进行的纵向调节基本上正是以此精确的方式操作。

如在图1、图4和图10中可以最清楚地观察到的，与相应蜗杆传动装置11啮合的齿条9、10的外表面17在每种情况下均构造成呈具有部分圆形轮廓的沟槽的形式，其中，外表面17的轮廓的部分圆的半径适于蜗杆传动装置11的半径。由此可能的是，齿条9、10的齿面的最大可能表面与蜗杆传动装置11的蜗杆齿面的最大可能表面接触。以此方式，待传递的轴向力分布在较大表面上，使得在给定的轴向力的情况下，彼此啮合的表面的面加载减轻。以此方式，当在机动车辆碰撞期间高轴向力可能被传递并且沿旋转轴线方向19作用于转向柱1上时，防止例如由于齿条9、10或蜗杆传动装置11的材料屈服而造成蜗杆传动装置11脱离与齿条9、10的接合。

所描述的彼此啮合的表面的扩大甚至允许生产由塑料制成的齿条9、10，这意味着可以降低生产成本，而不会引起在碰撞情况下转向柱1的强度不足。

当蜗杆的长度以及最终的蜗杆传动装置11的长度18增大时，与齿条9、10、29啮合的蜗杆传动装置11的蜗杆齿面的表面变大，反之亦然。如果假设在碰撞的情况下在旋转轴线方向19上出现最大轴向力，则在蜗杆传动装置11与齿条9、10、29的给定配对的情况下，可以确定蜗杆传动装置11的最小长度18必须是多少才使得在蜗杆上提供足够的齿面表面来将给定的轴向力传递至齿条9、10、29并且使得齿轮11不会与齿条9、10、29脱离并滑移。如果蜗杆传动装置11的长度18限制于由此实现的值，则可以避免蜗杆传动装置11的尺寸过大并因此避免蜗杆传动装置11的较大生产成本。此外，该措施的优点在于，具有小长度18的短蜗杆传动装置11还允许导引箱7中在旋转轴线方向19上有较小的开口12。与较大开口将引起的导引箱7的变弱相比，较小的开口12进而使导引箱7的变弱较轻微。因此，通过限制蜗杆传动装置11的长度18，可以提高导引箱7的刚度。

在图6至图12中示出了能量吸收装置20、21的布置，能量吸收装置20、21以操作的方式布置在套管5与相应的齿条10、29之间。如图8和9所示，能量吸收装置可以具有弯曲线材22，弯曲线材22通过其固定端部33支承在轨道34上，轨道34固定至套管5的外侧26。弯曲线材22在区域35中弯曲约180°，其中，较短区域36沿相反方向伸延并终止于环孔37，环孔37借助于螺栓38连接至齿条29。

如果在车辆碰撞期间在方向盘的方向上产生强的轴向力，则所述力经由车身传递至保持部分6、从保持部分6传递至导引箱7并且从导引箱7经由蜗杆传动装置11传递至齿条29，齿条29就其本身而言经由螺栓38连接至弯曲线材22并且沿着轴向方向携载弯曲线材22，其中，所述弯曲线材变形并且弯曲180°的区域35移动靠近弯曲线材22的固定端部33。所述情况如图9所示。

在弯曲作用的情况下，动能被转换成弯曲线材22的变形能量，因此沿轴向方向作用于未示出的方向盘上的力减小，从而使得对驾驶员造成伤害的风险可以减小。

因此，在受益于弯曲线材22的移位路径的范围内，转向柱2的固定地连接至机动车辆的部分可能沿方向盘的方向移位，而在这种情况下套管5与轴部分4和方向盘不会沿朝向驾驶员的方向移位。

相反，例如在驾驶员于车辆碰撞之后撞向方向盘的情况下，方向盘连同轴部分4和套管一起可以相对于转向柱1的其余部分并且相对于车身沿朝向车辆前部的方向移位。以此方式，可用于截获驾驶员重量的路径增加，并且减小了撞击期间在方向盘上产生的加速力。

在图10至图12所示的第二能量吸收装置21的情况下，改进的轨道39固定地附接至套管5的外表面17。轨道39具有长形孔23。轨道39上设置有支承齿条10的滑架40。滑架固定地连接至滑块24(参见图11和图12)，滑块24伸入到轨道39中的长形孔23中。滑块24略宽于长形孔23的宽度，使得滑块24仅能够在碰撞力经由蜗杆传动装置11作用于齿条10上并因此作用于滑架40上的情况下通过使用相当大的轴向力而被拉动通过长形孔23。如果滑块24被拉动穿过长形孔23，则轨道39的材料25在界定长形孔23的边缘处变形，其中，动能被吸收并用于使材料25变形。

结合电动马达8和传动装置13以及蜗杆传动装置11在导引箱7的外表面上的布置，本发明的齿条9、10、29在套管5的外表面上所必需的布置允许所描述的以操作的方式布置在套管5的外表面17与相应的齿条9、10、29之间的能量吸收装置20、21以特别简单且成本有效的方式制造并且还具有紧凑设计。根据本发明的电动长度调节的思想有利于高刚度以及可以在小的安装空间的情况下具有大于180mm的移位路径。而且，根据本发明的纵向位移可以位于套管5的外周上的每个点处，并且本发明不限于图中所示的位置。

附图标记列表

1 转向柱

2 转向轴

3 旋转轴线

4 轴部分

5 套管

6 保持部分

7 导引箱

8 电动马达

9 齿条

10 齿条

11 蜗杆传动装置

12 开口

13 减速传动装置

14 较大齿轮

15 马达轴

16 较小齿轮

17 沟槽状外表面

18 长度

19 旋转轴线方向

20 第一能量吸收装置

21 第二能量吸收装置

22 弯曲线材

23 长形孔

24 滑块

25 材料

26 外表面

27 轴部分

28 第二电动马达

29 齿条

30 第二传动装置

31 轴

32 滚柱轴承

33 固定端部

34 轨道

35 区域

36 区域

37 孔

38 螺栓

39 轨道

40 滑架

130 齿轮箱

Claims (8)

1.一种用于机动车辆的可调节的转向柱，所述转向柱包括可旋转的转向轴(2)，所述转向轴(2)具有能够沿着所述转向轴(2)的旋转轴线(3)轴向移位的轴部分(4)，所述轴部分以可旋转的方式安装在套管(5)中，所述套管(5)以轴向滑动的方式安装在导引箱(7)中并且能够借助于电动马达(8)移位，所述导引箱(7)保持于固定至车身的保持部分(6)上，其特征在于，所述套管(5)的外表面(26)附接有齿条(9、10、29)，所述电动马达(8)固定至所述导引箱(7)并驱动蜗杆传动装置(11)，所述蜗杆传动装置(11)穿过所述导引箱(7)中的开口(12)朝向所述套管(5)伸出并与所述齿条(9、10、29)啮合；能量吸收装置(20、21)以操作的方式设置在所述套管(5)与所述齿条(9、10、29)之间，所述能量吸收装置允许所述齿条(9、10、29)在发生碰撞的情况下相对于所述套管(5)轴向移位，同时克服与设计相关的变形力。

2.根据权利要求1所述的转向柱，其特征在于，在所述电动马达(8)与所述蜗杆传动装置(11)之间以操作的方式设置有减速传动装置(13)。

3.根据权利要求2所述的转向柱，其特征在于，所述减速传动装置(13)具有以非旋转方式连接至所述蜗杆传动装置(11)的较大齿轮(14)，所述较大齿轮与固定在所述电动马达(8)的马达轴(15)上的较小齿轮(16)啮合。

4.根据前述权利要求1-3中的一项所述的转向柱，其特征在于，所述齿条(9、10、29)由塑料制成。

5.根据前述权利要求1-3中的一项所述的转向柱，其特征在于，所述齿条(9、10)具有以沟槽状方式弯曲的外表面(17)，所述外表面(17)的弯曲半径适于所述蜗杆传动装置(11)的半径。

6.根据前述权利要求1-3中的一项所述的转向柱，其特征在于，所述蜗杆传动装置(11)在旋转轴线方向(19)上的长度(18)适于在发生碰撞的情况下传递的力。

7.根据权利要求1-3中的一项所述的转向柱，其特征在于，所述能量吸收装置(20)具有弯曲线材(22)，所述弯曲线材(22)能够在所述变形力的作用下变形。

8.根据权利要求1-3中的一项所述的转向柱，其特征在于，所述能量吸收装置(21)具有设置在长形孔(23)中的滑块(24)，所述滑块(24)能够在所述变形力的作用下移位通过所述长形孔(23)并且在这种情况下使与所述长形孔(23)相邻的材料(25)变形。

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