CN110356461A - 一种转向管柱组件 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种转向管柱组件，包括管柱上支架、转向管柱和调节手柄；所述转向管柱包括管柱外管和转向轴；所述转向轴包括方向盘连接轴和丝杠轴；在所述管柱外管内固定设置有导向筒，在所述管柱外管内第一限位板和第二限位板；在所述丝杠轴上设置有与所述导向筒活动连接的丝杠螺母，所述丝杠螺母位于所述第一限位板与所述第二限位板之间；所述丝杠螺母能够随着所述转向轴的转动而沿着所述转向轴的轴线直线移动。其可以对转向轴的转动角度进行限制，还具有向方向盘传递反馈力矩以提升驾驶员手感反馈的作用，完善了适线控转向系统的性能。

Description

一种转向管柱组件

技术领域

本发明涉及汽车转向系统技术领域，尤其涉及一种转向管柱组件。

背景技术

近年来，随着电子技术、计算机技术和信息技术在汽车上的应用，汽车电子控制技术得到了飞速发展，尤其在智能化和网络化等多方面有了较大突破。汽车电子控制技术已成为衡量现代汽车发展水平的重要标志，并应用在发动机系统、制动系统、底盘系统、车身系统等等几乎所有的系统。随着计算机技术、集成控制技术和网络技术的发展，汽车电子技术已明显向智能化、集成化和网络化三个主要方向发展。

随着嵌入式系统、局域网控制和数据总线技术的成熟，汽车电子控制系统的集成成为汽车技术发展的必然趋势。目前，底盘系统中的部分机械连接被总线取代，通过复杂的控制运算对悬架、制动、转向等子系统进行控制与协调，将车辆行驶性能控制到最佳水平，形成一体化底盘控制系统，这就是线控技术在汽车电子控制系统中的应用。目前，线控技术已经成为汽车电子控制系统研究的热点，并将成为未来汽车行业的标志性技术。

线控转向技术取消传统的方向盘到转向机间的机械连接部分。通过方向盘转动时产生的转角信号和力矩信号，控制转向机电机实现齿条的移动，即车轮的转动。由于线控转向取消了传统的机械连接部分，使得方向盘在转动时可以不受限制得转动，造成驾驶员丧失对位置的判断，其性能还需改善。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够实现对方向盘旋转角度限制的转向管柱组件。

本发明技术方案提供一种转向管柱组件，包括管柱上支架、安装在所述管柱上支架中的转向管柱和安装在所述管柱上支架上的调节手柄；

所述转向管柱包括管柱外管和转向轴；

所述转向轴包括方向盘连接轴和丝杠轴，所述方向盘连接轴连接在所述丝杠轴的前端；

在所述管柱外管内固定设置有导向筒，在所述管柱外管内位于所述导向筒的前侧设置有第一限位板，在所述管柱外管内位于所述导向筒的后侧设置有第二限位板；

所述丝杠轴依次穿过所述第一限位板、所述导向筒和所述第二限位板；

其中，在所述丝杠轴上设置有与所述导向筒活动连接的丝杠螺母，所述丝杠螺母位于所述第一限位板与所述第二限位板之间；

所述丝杠螺母能够随着所述转向轴的转动而沿着所述转向轴的轴线直线移动；

在所述转向轴朝向第一方向转动第一预设角度时，所述丝杠螺母的前端与所述第一限位板接触；

在所述转向轴朝向与所述第一方向相反的第二方向转动第二预设角度时，所述丝杠螺母的后端与所述第二限位板接触。

进一步地，在所述丝杠螺母的前端上设置有第一防撞块，在所述丝杠螺母的后端上设置有第二防撞块。

进一步地，所述第一防撞块和所述第二防撞块的表面上分别硫化有橡胶层。

进一步地，所述第二限位板设置在所述导向筒的后端开口上，所述第一限位板位于所述导向筒的前端开口的前侧。

进一步地，所述第二限位板与所述导向筒一体成型。

进一步地，在所述丝杠轴与所述丝杠螺母之间设置有丝杠滚珠。

进一步地，在所述导向筒的内表面上设置有沿着所述导向筒的轴向延伸的第一螺旋导向槽，在所述丝杠螺母的外表面上设置有与所述第一螺旋导向槽匹配的第二螺旋导向槽；

在所述第一螺旋导向槽与所述第二螺旋导向槽之间配置有导向滚珠。

进一步地，在所述导向筒的内表面上设置有沿着所述导向筒的轴向延伸的直线导轨，在所述丝杠螺母的外表面上沿着所述导向筒的轴向延伸的直线导向槽，所述直线导轨滑动地配置在所述直线导向槽内；或者，

在所述导向筒的内表面上设置有沿着所述导向筒的轴向延伸的直线导向槽，在所述丝杠螺母的外表面上沿着所述导向筒的轴向延伸的直线导轨，所述直线导轨滑动地配置在所述直线导向槽内。

进一步地，该转向管柱组件还包括下支架和能够反馈转向手感的电机动力总成；

所述电机动力总成包括用于监测所述转向轴的转动角度的角度传感器、用于向所述转向轴提供反馈力矩的力矩反馈电机和用于控制所述力矩反馈电机运转的控制器；

所述角度传感器安装在所述管柱外管内，所述控制器和所述力矩反馈电机分别安装在所述下支架上；

所述角度传感器与所述控制器通信连接，所述控制器与所述力矩反馈电机通信连接，所述力矩反馈电机的输出轴通过齿轮组合或涡轮蜗杆组合与所述转向轴连接。

进一步地，当所述转向轴转动时，所述角度传感器向所述控制器传输转向轴的转向信号，所述控制器还接收来自外部的线控转向系统传输来的力矩信号；

所述控制器将所述转向信号转换为反转信号；

所述控制器将所述力矩信号按照预设比例转换为反馈力矩信号；

所述控制器将所述反转信号和所述反馈力矩信号输出至所述力矩反馈电机，所述力矩反馈电机转动并向所述转向轴施加反向力矩。

采用上述技术方案，具有如下有益效果：

本发明提供的转向管柱组件，可以对转向轴的转动角度进行限制，还具有向方向盘传递反馈力矩以提升驾驶员手感反馈的作用，完善了适线控转向系统的性能。

附图说明

图1为本发明实施例提供的转向管柱组件的结构示意图；

图2为丝杠螺母与导向筒通过导向滚珠导向的连接示意图；

图3为丝杠螺母与导向筒通过直线导轨与直线导向槽配合导向的连接示意图；

图4为电机动力总成的布局示意图。

具体实施方式

下面结合附图来进一步说明本发明的具体实施方式。其中相同的零部件用相同的附图标记表示。需要说明的是，下面描述中使用的词语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附图中的方向，词语“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。

如图1-3所示，本发明实施例提供的转向管柱组件，包括管柱上支架1、安装在管柱上支架1中的转向管柱2和安装在管柱上支架1上的调节手柄3。

转向管柱2包括管柱外管21和转向轴22。转向轴22包括方向盘连接轴221和丝杠轴222，方向盘连接轴221连接在丝杠轴222的前端。

在管柱外管21内固定设置有导向筒211，在管柱外管21内位于导向筒211的前侧设置有第一限位板23，在管柱外管21内位于导向筒211的后侧设置有第二限位板24。

丝杠轴222依次穿过第一限位板23、导向筒211和第二限位板24。

其中，在丝杠轴222上设置有与导向筒211活动连接的丝杠螺母4，丝杠螺母4位于第一限位板23与第二限位板24之间。

丝杠螺母4能够随着转向轴22的转动而沿着转向轴22的轴线直线移动。

在转向轴22朝向第一方向转动第一预设角度时，丝杠螺母4的前端与第一限位板23接触。在转向轴22朝向与第一方向相反的第二方向转动第二预设角度时，丝杠螺母4的后端与第二限位板24接触。

也即是，本发明提供的转向管柱组件主要由管柱上支架1、转向管柱2和调节手柄3组成。

转向管柱2安装在管柱上支架1上，管柱上支架1用于与车身连接。调节手柄3安装在管柱上支架1上。调节手柄3上有锁紧螺母，螺栓穿过管柱上支架1的两块侧板，转向管柱2安装在管柱上支架1的两块侧板之间，并由螺栓支撑。在管柱上支架1的侧板上设置有长条孔，从而可以调节螺栓在长条孔中的位置，进而调节转向管柱2的角度，再转动调节手柄3锁紧该锁紧螺母，以将转向管柱2锁定在管柱上支架1中。

转向管柱2包括管柱外管21和转向轴22。管柱外管21也称之为管柱套筒。

转向轴22包括方向盘连接轴221和丝杠轴222，方向盘连接轴221位于丝杠轴222的前端。方向盘连接轴221用于连接方向盘，丝杠轴222上具有螺纹，用于连接丝杠螺母4从而在丝杠轴转动时带动丝杠螺母4移动。

转向轴22为转向上轴，丝杠轴222的后端可以与转向下轴连接。

导向筒211固定设置在管柱外管21内，丝杠螺母4连接在在丝杠轴222上，其与导向筒211活动连接。丝杠螺母4能够随着转向轴22的转动而相对于导向筒211直线移动，直线移动方向为沿着导向筒211的轴向直线往复移动。

为了对丝杠螺母4进行限位，以限定转向轴22的转动角度，在导向筒211的前侧设置有第一限位板23，在导向筒211的后侧设置有第二限位板24。第一限位板23和第二限位板24都位于管柱外管21内，丝杠螺母4位于第一限位板23与第二限位板24之间。

组装时，丝杠轴222依次穿过第一限位板23、导向筒211和第二限位板24。

其中，在驾驶员向第一方向打方向时，其会带动转向轴22朝向第一方向转动，丝杠轴222带动丝杠螺母4朝向第一限位板23侧移动，在转向轴22转动至第一预设角度时，丝杠螺母4的前端与第一限位板23接触，从而限制转向轴22继续朝向第一方向转动，该阻力反馈到方向盘上，驾驶员感知到第一方向已经打到极限位置。

在驾驶员向第二方向打方向时，其会带动转向轴22朝向第二方向转动，丝杠轴222带动丝杠螺母4朝向第二限位板24侧移动，在转向轴22转动至第二预设角度时，丝杠螺母4的后端与第二限位板24接触，从而限制转向轴22继续朝向第二方向转动，该阻力反馈到方向盘上，驾驶员感知到第二方向已经打到极限位置。

第一方向与第二方向的转向相反，第一预设角度为方向盘朝向第一方向转动的极限角度，第二预设角度为方向盘朝向第二方向转动的极限角度。以回正的转向轴为基准，一般情况下，第一预设角度与第二预设角度相等，也就是要保证在方向盘回正时，丝杠螺母4位于第一限位板23与第二限位板24的正中间。

由此，本发明提供的转向管柱组件，可以对转向轴的转动角度进行限制，完善了适线控转向系统的性能。

较佳地，如图1-3所示，在丝杠螺母4的前端上设置有第一防撞块41，在丝杠螺母4的后端上设置有第二防撞块42。在丝杠螺母4向前运动至极限位置时，第一防撞块41与第一限位板23碰触，在丝杠螺母4向后运动至极限位置时，第二防撞块42与第二限位板24碰触，避免丝杠螺母4直接与第一限位板23和第二限位板24碰触，起到保护作用。

优选地，在第一防撞块41和第二防撞块42的表面上分别硫化有橡胶层，橡胶层提供保护和缓冲作用，减小碰触时产生的震动。

较佳地，如图2-3所示，第二限位板24设置在导向筒211的后端开口上，第一限位板23位于导向筒211的前端开口的前侧。导向筒211的前端开口朝向方向盘连接轴221，其后端开口朝向丝杠轴222的后端。第二限位板24连接在导向筒211的后端开口内，作为导向筒211的底板使用，第二限位板24与导向筒211的筒壁紧固连接，提高了连接稳定性。将第一限位板23设置在导向筒211的前端开口的前侧，可以通过改变第一限位板23与导向筒211的前端开口的距离来改变丝杠螺母4的行程，进而改变转向轴22的转动角度的大小，方便调节转向轴的转动角度。

优选地，第二限位板24与导向筒211一体成型，提高了结构强度，并方便安装。

较佳地，如图2-3所示，在丝杠轴222与丝杠螺母4之间设置有丝杠滚珠43。丝杠滚珠43将滑动摩擦变为滚动摩擦，可以减小丝杠螺母4与丝杠轴22之间的摩擦力。

较佳地，如图2所示，在导向筒211的内表面上设置有沿着导向筒211的轴向延伸的第一螺旋导向槽(图中未示出)，在丝杠螺母4的外表面上设置有与第一螺旋导向槽匹配的第二螺旋导向槽(图中未示出)。

在第一螺旋导向槽与第二螺旋导向槽之间配置有导向滚珠44。导向滚珠44将滑动摩擦变为滚动摩擦，可以减小丝杠螺母4与导向筒211之间的摩擦力。

导向滚珠44还可以在第一螺旋导向槽或第二螺旋导向槽内沿着导向槽的螺旋方向滚动，对丝杠螺母4提供导向作用。

较佳地，如图3所示，导向筒211与丝杠螺母4通过直线导轨连接。实现直线滑动，具体有如下两种方案：

第一种方案：在导向筒211的内表面上设置有沿着导向筒211的轴向延伸的直线导轨(图中未示出)，在丝杠螺母4的外表面上沿着导向筒211的轴向延伸的直线导向槽(图中未示出)，直线导轨滑动地配置在直线导向槽内。

第二种方案：在导向筒211的内表面上设置有沿着导向筒211的轴向延伸的直线导向槽(图中未示出)，在丝杠螺母4的外表面上沿着导向筒211的轴向延伸的直线导轨(图中未示出)，直线导轨滑动地配置在直线导向槽内。

较佳地，如图1和图4所示，该转向管柱组件还包括下支架5和能够反馈转向手感的电机动力总成6。

电机动力总成6包括用于监测转向轴22的转动角度的角度传感器61、用于向转向轴22提供反馈力矩的力矩反馈电机63和用于控制力矩反馈电机63运转的控制器62。

角度传感器61安装在管柱外管21内，控制器62和力矩反馈电机63分别安装在下支架5上。

角度传感器61与控制器62通信连接，控制器62与力矩反馈电机63通信连接，力矩反馈电机63的输出轴通过齿轮组合或涡轮蜗杆组合与转向轴22连接。

本发明中所涉及的通信连接为无线连接或信号连接或导线连接。

角度传感器61安装在管柱外管21内，其用于监测转向轴22的转动角度。

控制器62安装在下支架5上，其用于从角度传感器61接收转向轴的转动信号和从线控转向系统9传输来的车辆转动所需的扭矩信号或齿条力信号，再根据上述转动信号和扭矩信号，经过逻辑计算后，得出力矩反馈电机63需要转动的方向和力矩反馈电机63需要反馈的扭矩，然后向力矩反馈电机63发出转动方向指令和反馈扭矩指令。

力矩反馈电机63安装在下支架5上，其在接收到控制器62发出的转动方向指令和反馈扭矩指令后，开始按照指定的方向转动，并向转向轴22提供指定的反向力矩，从而使得驾驶员8在转动方向盘7时能够实时感受到反馈力，完善了适线控转向系统的性能。

较佳地，如图1和图4所示，当转向轴22转动时，角度传感器61向控制器62传输转向轴22的转向信号，控制器62还接收来自外部的线控转向系统9传输来的力矩信号。

控制器62将转向信号转换为反转信号。

控制器62将力矩信号按照预设比例转换为反馈力矩信号。

控制器62将反转信号和反馈力矩信号输出至力矩反馈电机63，力矩反馈电机63转动并向转向轴22施加反向力矩。

也即是，当驾驶员8在转动方向盘7时，转向轴22随着转动。角度传感器61将监测到转向轴22的转向角度转换为转向信号。一方面，角度传感器61将转向信号传输至控制器62，用于控制器62判断转向轴22的转动方向，以转换成反向信号，使得矩反馈电机63能够提供与转向轴22的转动方向相反的作用力或力矩。另一方面，角度传感器61将转向信号传输至线控转向系统9，以供转向机带动车轮转向。在车轮转向时，转向机的齿条承受一定的力，并将该力转换为力矩信号传输至控制器62。控制器62根据该力矩信号，按照预设比值缩小为力矩反馈电机63所要实际输出的反馈力矩。一般情况下，0＜预设比值＜1/n，n为大于1的常数。

之后，控制器62将反转信号和反馈力矩信号输出至力矩反馈电机63，力矩反馈电机63转动，从而向转向轴22施加反向力矩，使得驾驶员8在转动方向盘7时能够实时感受到反馈力，完善了适线控转向系统的性能。

综上所述，本发明提供的转向管柱组件，可以对转向轴的转动角度进行限制，还具有向方向盘传递反馈力矩以提升驾驶员手感反馈的作用，完善了适线控转向系统的性能。

根据需要，可以将上述各技术方案进行结合，以达到最佳技术效果。

以上所述的仅是本发明的原理和较佳的实施例。应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在本发明原理的基础上，还可以做出若干其它变型，也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种转向管柱组件，其特征在于，包括管柱上支架、安装在所述管柱上支架中的转向管柱和安装在所述管柱上支架上的调节手柄；

所述转向管柱包括管柱外管和转向轴；

所述转向轴包括方向盘连接轴和丝杠轴，所述方向盘连接轴连接在所述丝杠轴的前端；

在所述管柱外管内固定设置有导向筒，在所述管柱外管内位于所述导向筒的前侧设置有第一限位板，在所述管柱外管内位于所述导向筒的后侧设置有第二限位板；

所述丝杠轴依次穿过所述第一限位板、所述导向筒和所述第二限位板；

其中，在所述丝杠轴上设置有与所述导向筒活动连接的丝杠螺母，所述丝杠螺母位于所述第一限位板与所述第二限位板之间；

所述丝杠螺母能够随着所述转向轴的转动而沿着所述转向轴的轴线直线移动；

在所述转向轴朝向第一方向转动第一预设角度时，所述丝杠螺母的前端与所述第一限位板接触；

在所述转向轴朝向与所述第一方向相反的第二方向转动第二预设角度时，所述丝杠螺母的后端与所述第二限位板接触。

2.根据权利要求1所述的转向管柱组件，其特征在于，在所述丝杠螺母的前端上设置有第一防撞块，在所述丝杠螺母的后端上设置有第二防撞块。

3.根据权利要求2所述的转向管柱组件，其特征在于，所述第一防撞块和所述第二防撞块的表面上分别硫化有橡胶层。

4.根据权利要求1所述的转向管柱组件，其特征在于，所述第二限位板设置在所述导向筒的后端开口上，所述第一限位板位于所述导向筒的前端开口的前侧。

5.根据权利要求4所述的转向管柱组件，其特征在于，所述第二限位板与所述导向筒一体成型。

6.根据权利要求1所述的转向管柱组件，其特征在于，在所述丝杠轴与所述丝杠螺母之间设置有丝杠滚珠。

7.根据权利要求1所述的转向管柱组件，其特征在于，在所述导向筒的内表面上设置有沿着所述导向筒的轴向延伸的第一螺旋导向槽，在所述丝杠螺母的外表面上设置有与所述第一螺旋导向槽匹配的第二螺旋导向槽；

在所述第一螺旋导向槽与所述第二螺旋导向槽之间配置有导向滚珠。

8.根据权利要求1所述的转向管柱组件，其特征在于，在所述导向筒的内表面上设置有沿着所述导向筒的轴向延伸的直线导轨，在所述丝杠螺母的外表面上沿着所述导向筒的轴向延伸的直线导向槽，所述直线导轨滑动地配置在所述直线导向槽内；或者，

在所述导向筒的内表面上设置有沿着所述导向筒的轴向延伸的直线导向槽，在所述丝杠螺母的外表面上沿着所述导向筒的轴向延伸的直线导轨，所述直线导轨滑动地配置在所述直线导向槽内。

9.根据权利要求1所述的转向管柱组件，其特征在于，该转向管柱组件还包括下支架和能够反馈转向手感的电机动力总成；

所述电机动力总成包括用于监测所述转向轴的转动角度的角度传感器、用于向所述转向轴提供反馈力矩的力矩反馈电机和用于控制所述力矩反馈电机运转的控制器；

所述角度传感器安装在所述管柱外管内，所述控制器和所述力矩反馈电机分别安装在所述下支架上；

所述角度传感器与所述控制器通信连接，所述控制器与所述力矩反馈电机通信连接，所述力矩反馈电机的输出轴通过齿轮组合或涡轮蜗杆组合与所述转向轴连接。

10.根据权利要求1所述的转向管柱组件，其特征在于，

当所述转向轴转动时，所述角度传感器向所述控制器传输转向轴的转向信号，所述控制器还接收来自外部的线控转向系统传输来的力矩信号；

所述控制器将所述转向信号转换为反转信号；

所述控制器将所述力矩信号按照预设比例转换为反馈力矩信号；

所述控制器将所述反转信号和所述反馈力矩信号输出至所述力矩反馈电机，所述力矩反馈电机转动并向所述转向轴施加反向力矩。