CN110505994A - 用于机动车辆的转向柱 - Google Patents

Abstract

本发明的目的是提供一种用于机动车辆的转向柱，该转向柱包括转向轴(4)和旋转限制器(22)，该转向轴(4)以能够绕纵向轴线(L)旋转的方式安装在转向柱壳体(6)中，所述转向柱确保可靠的操作并且不易于发出嘎嘎声。该目的的实现在于，旋转限制器(22)具有止挡盘(23)，该止挡盘(23)连接至转向轴(4)以传递扭矩；止挡盘(23)具有在周向方向上延伸的至少一个凹口(24、25)；并且转向轴(4)联接至升降机构(28、29、30)，借助于升降机构(28、29、30)可以使以在纵向轴线(L)的方向上可移动且在周向方向上固定的方式安装的止挡销(30)根据转向轴(4)的旋转角度与凹口(24、25)接合，使得止挡销(30)在达到转向轴(4)的允许的旋转角度时抵接凹口(24、25)位于周向方向上的边界(34、35)并且防止沿相同旋转方向的进一步旋转。

Description

用于机动车辆的转向柱

技术领域

本发明涉及一种用于机动车辆的转向柱，该转向柱包括转向轴和旋转限制器，该转向轴安装在转向柱壳体中从而能够绕纵向轴线旋转。

背景技术

这种类型的系统尤其被用于线控转向的转向系统中。

线控转向的转向柱的特点在于，在方向盘与可转向轮之间不存在机械连接。然而，为了即使在方向盘与可转向轮之间没有机械连接的情况下也限制方向盘的旋转，必须在旋转方向上设置限制方向盘的旋转的止挡件。在这种情况下，按照惯例需要方向盘旋转多于一圈以从停止位置转向至停止位置。

DE 103 12 516 A1公开了一种具有旋转限制的转向柱，其中，设置有各自具有螺旋形轨道的两个盘，并且在所述螺旋形轨道之间布置有球。在转向轴的旋转期间，球在螺旋形轨道中移动。该已知解决方案具有对公差的高度敏感性的缺点，原因在于公差导致球能够发出嘎嘎声并被卡在螺旋形轨道中。

发明内容

本发明的目的是详细说明一种具有旋转限制器的转向柱，该转向柱确保可靠的操作并且不易于发出嘎嘎声。

该目的通过专利权利要求1的特征来实现。在从属权利要求中描述了有利的实施方式。

在根据本发明的转向柱的情况下，旋转限制器具有止挡盘，该止挡盘连接至转向轴以传递扭矩，其中，该止挡盘具有在周向方向上延伸的至少一个凹口，并且转向轴联接至升降机构，借助于该升降机构可以使以在纵向轴线的方向上可移位且在周向方向上不可移位的方式安装的止挡销根据转向轴的旋转角度与所述凹口中的一个凹口接合或脱离接合，使得在达到转向轴的允许的旋转角度时，止挡销撞击凹口的边界并且防止沿相同的旋转方向进一步旋转，所述边界位于周向方向上。

该转向柱优选地设置成用于线控转向的转向系统。

止挡盘可以优选地包括在周向方向上延伸的两个凹口。

根据本发明的解决方案具有下述优点：止挡销在转向轴的允许的旋转角度中的大部分旋转角度上不与凹口接合，并且因此，所述止挡销不与凹口的边界接触。这首先确保了在长时间内可靠的低磨损运行，并且其次防止了由于止挡销与凹口的边界之间的接触而在行驶模式中惯常的转向角范围内能够发生“嘎嘎”的噪声。

在本发明的范围内，术语“凹口”包括止挡盘的孔和止挡盘凹槽两者，止挡盘的孔和止挡盘凹槽两者在周向方向上延伸，并且止挡销可以接合在止挡盘的孔和止挡盘凹槽两者中并抵靠其位于周向方向上的端部，止挡销可以撞击以防止转向轴沿相同的旋转方向进一步旋转。此处的止挡盘不必是圆形的。特别地，凹口也可以构造为呈缺少盘段的形式，并且因此，止挡盘例如类似于螺旋桨。

在本发明的范围内，术语“止挡销”不仅包括简单的销或螺栓，而且还包括适于与根据本发明的止挡盘相互作用以阻止该止挡盘的旋转的钩、棘爪和所有可想到的实施方式。

止挡销和升降机构有利地布置在转向柱壳体内。这样的转向柱壳体在任何情况下都存在，并且因此可以根据本发明以简单的方式进行改型。

在本发明的有利改进中，止挡销以可轴向移位的方式安装在套筒中，该套筒刚性地连接至转向柱壳体或者刚性地连接在转向柱壳体的孔中。该措施可以用简单的方法来执行并确保止挡销的可靠的滑动安装。

在本发明的另一有利改进中，升降机构包括齿轮，该齿轮设置有用于使止挡销移位的升降槽。升降槽是连接至齿轮且在径向方向上突出超过齿轮的圆周的盘，并且定形状成使其径向外边缘呈根据齿轮的旋转角度而在轴向方向上占据不同的位置的起伏的形状。外边缘的起伏的形状包括位于两个凸起部之间的至少一个凹陷部，所述凹陷部在纵向轴线的方向上形成。换言之，起伏的形状是在齿轮的径向外部区域中沿齿轮的轴向端部表面形成的带槽的导引轨道。当联接至升降机构的转向轴旋转时，齿轮和升降槽同时旋转，其中，升降槽根据取决于齿轮的旋转角度的升降槽的径向外边缘的位置而使止挡销在轴向方向上移位。

然而，升降机构也可以以线性设计构造，例如呈连接至线性升降槽的齿条的形式。

止挡销有利地设置有环绕式凹槽，升降槽接合在该环绕式凹槽中。因此，止挡销既可以以高度精确的方式移动到止挡盘的凹口的轴向区域中，也可以以高度精确的方式沿相反方向移出该轴向区域。

为了确保止挡销可靠地接合在止挡盘的相应凹口中，止挡销的升程有利地大于2mm、优选地甚至大于3mm。升程优选小于20mm。特别优选地小于10mm。大于20mm的升程对于槽几何形状的构型是不利的，原因在于该升程需要高的节距以使销在小角度中进入接合和脱离接合，并且因此使升降机构容易倾斜。

在本发明的另一有利改进中，齿轮与小齿轮接合，其中，小齿轮连接至转向轴以传递扭矩。在这种方式中可以以非常简单的方法来实现减速传动装置，其中，小齿轮与齿轮之间的减速比有利地介于2:1与4:1之间，优选地为3:1。该措施确保方向盘可以从停止位置至停止位置执行介于两圈与四圈之间的旋转，即从方向盘的中央位置沿每个旋转方向执行介于一圈与两圈之间的旋转。减速比优选地为3:1，并且因此方向盘可以在方向盘撞击根据本发明的旋转限制器中的一个旋转限制器之前在两个端部止挡部之间旋转大约三圈、即从中央位置沿每个旋转方向旋转大约1.5圈。

本发明可以通过将带有升降槽的齿轮和止挡销安装在转向柱壳体的可移除的盖部件中而有利地进一步改进。所述盖部件覆盖转向柱壳体的背对方向盘的端部，并且转向轴终止于该端部处。在转向轴的该端部处可以以简单的方式布置用于驱动升降机构的小齿轮。如果齿轮相对于转向轴的旋转轴线偏心地安装在所述盖部件中，则通过将盖部件安置到转向柱壳体上来使齿轮与小齿轮接合。当根据本发明的止挡盘直接布置在转向轴上的小齿轮后方时，一旦盖部件连接至转向柱壳体，则布置在邻近的盖部件中的止挡销也可以以简单的方式与止挡盘的凹口接合。

止挡盘的凹口有利地构造为两个长形孔，所述两个长形孔在止挡盘的周向方向上在各种情况下为90°至160°的角度范围内延伸。该角度范围确保在所述止挡销撞击位于长形孔的端部处的边界之前，止挡销可以从止挡销的拉出位置被完全推入在止挡盘的旋转期间移动经过的相应的长形孔中。

附图说明

下面将参照附图更详细地说明本发明的示例性实施方式。

在附图中，详细地：

图1：示出了线控转向的转向系统的示意图；

图2：示出了根据本发明的具有旋转限制器的转向柱的立体图；

图3：以局部分解图示出了根据图2的转向柱的局部视图；

图3a：示出了旋转限制器的分解图；

图4：示出了旋转限制器的必要部件的俯视图；

图5：示出了旋转限制器的必要部件的侧视图；

图6：示出了处于第一运动阶段中的旋转限制器的必要部件的立体图，其中，止挡销未处于接合状态；

图7：示出了处于第二运动阶段中的与图6相同的视图，其中，止挡销未处于接合状态；

图8：示出了处于第三运动阶段中的与图6相同的视图，其中，止挡销处于接合状态。

具体实施方式

图1示出了具有转向柱2和转向致动装置3的用于机动车辆的线控转向的转向系统1。转向柱2包括转向轴4，该转向轴4在一个端部处支承方向盘5并且该转向轴4大部分布置在转向柱壳体6中，在该转向柱壳体6中容纳有用于电子激活电动转向致动装置3的旋转编码器(未示出)。在转向柱壳体6中还容纳有所谓的手动扭矩致动器，该手动扭矩致动器以输入到转向轴4中的扭矩的形式向驾驶员提供关于驾驶情况的反馈。转向柱2经由连接线缆7连接至转向致动装置3。所述转向致动装置包括具有转向马达9的转向致动器壳体8，转向马达9驱动小齿轮10，小齿轮10本身与作用在两个横拉杆12上的齿条11接合，车轮13可以通过所述两个横拉杆12枢转。转向致动器壳体8容纳有扭矩传感器(未示出)，该扭矩传感器测量使车轮13枢转所需的扭矩并传递到转向柱2上来作为对于驾驶员的反馈。

图2示出了具有转向柱壳体6的转向柱2的必要部分，在转向柱壳体6中以可旋转的方式安装有转向轴4。转向柱壳体6以可枢转的方式被保持在支撑单元61上，其中，支撑单元61可以连接至车辆。转向柱2包括内套壳部件15，转向轴4以可旋转的方式安装在该内套壳部件15中，其中，内套壳部件15可以在也被称为轴向方向17的纵向轴线L的方向上相对于外套壳部件16移位。为了将内套壳部件15固定在外套壳部件16中，设置有紧固装置18，该紧固装置18将设置有槽19的外套壳部件16夹持在一起，并且因此内套壳部件15被固定地夹持在外套壳部件16中。设置有操作杠杆20以用于夹紧和释放紧固装置18。转向柱壳体6具有背对方向盘5的端部部分21，并且在该端部部分21中容纳有根据本发明的旋转限制器22。

图3示出了旋转限制器22在端部部分21中是如何布置的。止挡盘23直接坐置在转向轴4上并且在转向轴4的端部部分的区域中连接至转向轴4以传递扭矩。止挡盘23具有在周向方向上延伸并且被设计为长形孔的两个凹口24、25。此外，在转向轴4的端部处布置有小齿轮27，该小齿轮27连接至转向轴4以传递扭矩。小齿轮27与齿轮28接合，齿轮28偏心地安装在转向柱壳体6中，并且齿轮28与小齿轮27一起形成减速传动装置26。在本示例性实施方式中，减速比为3:1，但是减速比也可以有利地在2:1与4:1之间的范围内。

齿轮28连接至升降槽29以传递扭矩。升降槽29包括盘，该盘的直径大于齿轮28，并且因此所述盘沿径向方向突出超过齿轮28的外圆周。齿轮28和升降槽29优选地为单件式一体化部件。如在轴向方向17上、即在纵向轴线L的方向上所看到的，升降槽29在其周向外边缘区域处以起伏的形式弯曲。升降槽29的外边缘区域与止挡销30接合，止挡销30借助于套筒36以在轴向方向17上可移位但在周向方向上不可移位的方式安装在转向柱壳体6中。止挡销30设置有环绕式凹槽31，升降槽29接合在环绕式凹槽31中。

如在图3和图3a中特别容易看到的，带有升降槽29的齿轮28以及止挡销30安装在转向柱壳体6的可移除的盖部件35中。齿轮28布置在盖部件35的可封闭的开口350中，其中，齿轮28以可旋转的方式安装在轴颈351上，其中，盖400封闭开口350。盖400固定齿轮28以防止在纵向轴线L的方向上移位、即防止在轴颈351上移位。开口350由在轴向方向17上延伸的壁354界定。盖部件35包括凸起部352，该凸起352部径向地形成在紧靠壁354的外侧上并且形成接纳开口355，小齿轮27布置在接纳开口355中。在凸起部352与边缘354之间存在径向孔356，开口350和小齿轮27的接收开口355由于径向孔356而彼此连接，使得小齿轮27和齿轮28接合。壁354包括接纳部分353，止挡销30以可移位的方式被保持在接纳部分353中。齿轮28、升降槽29和止挡销30的偏心布置由此以简单的方式成为可能。

如果驾驶员旋转方向盘5，则连接至方向盘5的转向轴4驱动小齿轮27和齿轮28。与升降槽29接合的止挡销30在轴向方向17上跟随升降槽29的外边缘的位置。在大部分圆周上，升降槽29的外边缘处于下述轴向位置中：在该轴向位置中，止挡销30保持与止挡盘23相距距离a。升降槽29的外边缘仅在小的圆周区域中沿止挡盘23的方向轴向地形成，其结果是，止挡销30也朝向止挡盘23移动直到在止挡盘的点32处达到下述位置为止：在该位置中，止挡销30接合在止挡盘23的设计为长形孔的两个凹口24、25中的一个凹口中。在图8中示出了这种情况。如果驾驶员现在试图沿顺时针方向CW进一步旋转方向盘5，则长形孔25的边界33与止挡销30接触，这阻止了转向轴4的进一步旋转。在所描述的操作期间，止挡销30的最大升程37约为3mm。最大升程37至少是距离a的大小的两倍。由此可以确保止挡销30牢固地接合在凹口24、25中。

如果驾驶员现在沿逆时针方向CCW旋转方向盘5，则在转向轴4旋转大约半圈之后，带有升降槽29的齿轮28已经旋转通过大约1/6圈、即通过大约60°，并且因此升降槽29的圆周区域的点32占据图7中所示的位置。升降槽29的较大的圆周区域——该圆周区域与止挡盘23在轴向方向17上相距较大距离——现在位于止挡销30的位置处。结果是，止挡销30已经在轴向方向17上移位并且脱离了与止挡盘23的接合。即使方向盘5和转向轴4沿逆时针方向再旋转两圈，止挡销30仍保持在该位置中。

顺时针CW和逆时针CCW的旋转方向始终与从车辆驾驶员的视角看到的方向盘5的旋转方向相关。

只有在转向轴4进一步旋转半圈时，升降槽29的圆周区域的点32才再次到达止挡销30的位置，在该位置中，止挡销30在轴向方向17上朝向止挡盘23移动。止挡销在该位置进入长形孔24中并因此与止挡盘23接合。一旦长形孔24的边界34与止挡销30接触，则转向轴4沿逆时针方向CCW的旋转停止。

边界34因此形成用于方向盘5和转向轴4的旋转运动的左止挡部，并且长形孔25的边界33形成用于该旋转运动的右止挡部，其中，在两个止挡部之间方向盘5和转向轴4实际上可以旋转3圈。

这可以通过一起形成升降机构28、29、30的齿轮28与升降槽29和止挡销30的相互作用来实现。

减速传动装置26的传动比在此处确定方向盘5在两个旋转止挡部之间可以旋转多少圈。此外，方向盘5在两个端部止挡部之间的可能的旋转角度还由细长孔24、25在止挡盘23的周向方向上的范围确定。

为了确保止挡销30可靠地接合在止挡盘23的长形孔24、25中，升降槽29必须定形状成使得止挡销30在轴向方向17上的升程37至少为2mm并且最好大于3mm。

根据本发明的旋转限制器的实施方式的特点在于安静的操作并且在不损害旋转限制器的功能的情况下允许相对大的制造公差。

附图标记列表

1.线控转向的转向系统

2.转向柱

3.转向致动装置

4.转向轴

5.方向盘

6.转向柱壳体

7.连接线缆

8.转向致动器壳体

9.转向马达

10.小齿轮

11.齿条

12.横拉杆

13.车轮

14.夹持装置

15.内套壳部件

16.外套壳部件

17.轴向方向

18.紧固装置

19.槽

20.操作杠杆

21.端部部分

22.旋转限制器

23.止挡盘

24.凹口/长形孔

25.凹口/长形孔

26.减速传动装置

27.小齿轮

28.齿轮

29.升降槽

30.止挡销

31.凹槽

32.圆周区域的点

33.边界

34.边界

35.盖部件

36.套筒

37.升程

Claims (10)

1.一种用于机动车辆的转向柱，所述转向柱包括转向轴(4)和旋转限制器(22)，所述转向轴(4)安装在转向柱壳体(6)中从而能够绕纵向轴线(L)旋转，其特征在于，所述旋转限制器(22)包括止挡盘(23)，所述止挡盘(23)连接至所述转向轴(4)以传递扭矩，所述止挡盘(23)包括在周向方向上延伸的至少一个凹口(24、25)，所述转向轴(4)联接至升降机构(28、29、30)，借助于所述升降机构(28、29、30)能够使以能够在所述纵向轴线(L)的方向上移位并且不能在周向方向上移位的方式安装的止挡销(30)根据所述转向轴(4)的旋转角度与所述凹口(24、25)接合，使得在达到所述转向轴(4)的允许的旋转角度时，所述止挡销(30)撞击凹口(24、25)的边界(34、35)并且防止沿相同的旋转方向进一步旋转，所述边界位于周向方向上。

2.根据权利要求1所述的转向柱，其特征在于，所述止挡销(30)和所述升降机构(28、29)布置在转向柱壳体(6)内。

3.根据权利要求2所述的转向柱，其特征在于，所述止挡销(30)以能够轴向移位的方式安装在套筒(36)中，所述套筒(36)刚性地连接至所述转向柱壳体(6)或者刚性地连接在所述转向柱壳体(6)的孔中。

4.根据前述权利要求中的一项所述的转向柱，其特征在于，所述升降机构(28、29、30)包括齿轮(28)，所述齿轮(28)设置有用于使所述止挡销(30)移位的升降槽(29)。

5.根据权利要求4所述的转向柱，其特征在于，所述止挡销(30)设置有环绕式凹槽(31)，所述升降槽(29)接合在所述环绕式凹槽(31)中。

6.根据权利要求4和5中的任一项所述的转向柱，其特征在于，所述止挡销(30)的升程(37)大于2mm。

7.根据权利要求4至6中的一项所述的转向柱，其特征在于，所述齿轮(28)与小齿轮(27)接合，其中，所述小齿轮(27)连接至所述转向轴(4)以传递扭矩。

8.根据权利要求7所述的转向柱，其特征在于，所述小齿轮(27)与所述齿轮(28)之间的减速比介于2:1至4:1之间。

9.根据权利要求4至8中的一项所述的转向柱，其特征在于，带有所述升降槽(29)的所述齿轮(28)和所述止挡销(30)安装在所述转向柱壳体(6)的能够移除的盖部件(35)中。

10.根据前述权利要求中的一项所述的转向柱，其特征在于，所述凹口(24、25)构造为两个长形孔，所述两个长形孔在所述止挡盘(23)的周向方向上在各种情况下为90°至160°的角度范围内延伸。