CN110831836B - 具有至少一个mrf致动器的可调节转向柱 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于机动车辆的转向柱，该转向柱(1)包括转向轴(2)和导引夹持部(5)。导引夹持部(5)以能够绕枢转轴线(100)枢转的方式安装在保持部(6)中，该保持部(6)可以连接至机动车辆的底盘，并且套管(4)的位置能够相对于保持部(6)调节。在套管(4)与保持部(6)之间布置有阻挡装置(22、122)，该阻挡装置(22、122)具有螺纹杆(12、112)，该螺纹杆(12、112)与轴螺母(13、113)啮合，并且该轴螺母(13、113)安装在滚动轴承(23)中。滚动轴承(23)的滚动元件(24)被磁流变流体(25)至少部分地围绕，并且阻挡装置(22、122)包括电磁体(26)。

Description

具有至少一个MRF致动器的可调节转向柱
技术领域
本发明涉及可调节转向柱以及用于控制机动车辆的可调节转向柱的方法。
背景技术
已知下述机动车辆转向柱：所述机动车辆转向柱包括保持部和导引夹持部，该保持部能够连接至机动车辆的底盘，该导引夹持部被保持在所述保持部上并且能够相对于该保持部调节。导引夹持部对转向主轴进行支承，该转向主轴用于将来自方向盘的转向运动引入转向系统中。
已知的是，将导引夹持部构造成能够相对于套管或保持部调节，以便能够使方向盘保持在转向主轴上的位置适应于机动车辆的驾驶员的相应的座椅位置。此外，常规的转向柱另外还包括能量吸收装置，该能量吸收装置在碰撞的情况下阻尼驾驶员在撞击方向盘或转向柱时的载荷。
在现有技术中，DE 10 2010 020 086 A1公开了一种用于可调节转向柱的可控能量吸收装置。该能量吸收装置在此包括活塞-气缸单元，该活塞-气缸单元填充有磁流变流体。在活塞-气缸单元的相对运动期间，活塞相对于气缸移位，并且因此推动磁流变流体穿过窄点进入出口通道。磁流变流体的粘度可以通过线圈的磁场来改变，并且因此，作用在活塞-气缸单元上的力、并且因此移动质量的减速度也可以改变。该解决方案的缺点在于，另外必须提供锁定装置，该锁定装置在释放位置中释放转向柱以用于调节目的，并且在固定位置中阻挡转向柱。所述锁定装置需要大的结构空间并且将附加的质量引入转向柱中。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种可调节转向柱，该可调节转向柱是轻质且节省空间的并且包括可控能量吸收装置。
该目的通过本发明的用于机动车辆的可调节转向柱以及通过本发明的用于控制机动车辆的转向柱的方法来实现。
因此，提供了下述用于机动车辆的可调节转向柱：所述可调节转向柱包括转向主轴和导引夹持部，该转向主轴被套管围绕并且连接至方向盘，在该导引夹持部中，套管以能够沿着转向主轴的纵向轴线移位的方式被导引，其中，导引夹持部以能够绕枢转轴线枢转的方式安装在保持部中，该保持部能够连接至机动车辆的底盘，并且其中，套管的位置能够相对于保持部调节，其中，在套管与保持部之间布置有阻挡装置，其中，阻挡装置包括螺纹杆，该螺纹杆与主轴螺母接合，并且其中，主轴螺母安装在滚动轴承中，其中，滚动轴承的滚动体被磁流变流体至少部分地围绕，并且阻挡装置包括电磁体。磁流变流体的粘度可以借助于电磁体来控制，由此进而可以调节滚动轴承的起动扭矩，并且因此可以阻挡(固定位置)或释放(释放位置)转向柱的调节。在阻挡装置的固定位置中，磁流变流体的粘度借助于电磁体相对于磁流变流体在释放位置中的粘度大大增加，使得仅在施加很大的力时才可以使滚动轴承转动、并且因此使主轴螺母转动。磁流变流体可以包括铁磁颗粒，所述铁磁颗粒通过借助于电磁体提供的磁场的影响而被支撑，并且因此可以调整磁流变流体的粘度。因此，套管可以相对于保持部固定或被释放以进行调节。因此可以省去使用例如夹持杆的附加固定装置。
在套管与保持部之间布置有阻挡装置。因此，阻挡装置可以布置或直接连接在套管与保持部之间。然而，阻挡装置也可以连接至套管和导引夹持部，其中，导引夹持部经由枢转轴又连接至保持部，使得阻挡装置布置在套管与保持部之间，但是通过导引夹持部的互相连接而连接至保持部。阻挡装置同样也可以连接至保持部和导引夹持部，其中，套管在枢转方向上被支承在导引夹持部中，使得阻挡装置布置在套管与保持部之间，但是通过导引夹持部的互相连接而连接至套管。
导引夹持部也可以替代性地被称为箱形截面式摆臂或外部套管。
主轴螺母在传动装置壳体中优选地安装成能够相对于导引夹持部旋转并且在位置上固定。
螺纹杆优选地能够移动而不自锁。因此，螺纹杆和主轴螺母彼此接合所经由的螺纹被设计成使得螺纹侧面的螺旋角小于存在于螺纹杆与主轴螺母之间的滑动摩擦系数的反正切。
在优选实施方式中，设置有两个阻挡装置，其中，转向柱的长度可以通过第一阻挡装置固定，并且转向柱的高度可以通过第二阻挡装置固定。因此可以设置的是，第一阻挡装置布置在套管与导引夹持部之间，并且第二阻挡装置布置在导引夹持部与保持部之间。
有利的是，转向柱的长度的调节引起套管相对于导引夹持部的移位。
优选地，滚动体由可磁化的材料制成并且电磁体构造成使滚动体磁化或消磁。这种有利的改进提供了在固定位置与释放位置之间切换的可能性，而不必在位置中的一个位置中使电磁体永久通电。
此外，提供了一种用于控制机动车辆的可调节转向柱的方法，该可调节转向柱包括转向主轴和导引夹持部，该转向主轴被套管围绕并且连接至方向盘，在该导引夹持部中，套管以能够沿着转向主轴的纵向轴线移位的方式被导引，其中，导引夹持部以能够绕枢转轴线枢转的方式安装在保持部中，该保持部能够连接至机动车辆的底盘，并且其中，套管的位置能够相对于保持部调节，其中，在套管4与保持部6之间布置有阻挡装置22、122，其中，阻挡装置22、122包括螺纹杆，该螺纹杆与主轴螺母接合，并且阻挡装置可以在固定位置与释放位置之间切换，其中，在固定位置中，转向柱的调节被阻挡，而在释放位置中，转向柱的调节被释放。该方法包括以下步骤：
·设置支承主轴螺母的滚动轴承，其中，用磁流变流体至少部分地围绕滚动轴承的滚动体，
·在阻挡装置转换到固定位置期间，借助于电磁体使滚动体磁化，以使磁流变流体的粘度增大成使得阻挡主轴螺母的旋转，
·在阻挡装置转换到释放位置期间，借助于电磁体使滚动体消磁，以使磁流变流体的粘度减小成使得释放主轴螺母的旋转。
在此有利的是，主轴螺母在传动装置壳体中安装成能够相对于导引夹持部旋转并且在位置上固定，并且因此螺纹杆相对于主轴螺母的轴向运动引起主轴螺母的旋转。
螺纹杆优选地能够移动而不自锁。因此，可以确保在阻挡装置的释放位置中套管相对于保持部的平稳的手动调节。
在优选实施方式中，设置有两个阻挡装置，其中，可以通过第一阻挡装置固定转向柱的长度，并且可以通过第二阻挡装置固定转向柱的高度。因此，高度调节方向和纵向调节方向两者各自包括具有磁流变流体的阻挡装置。
有利的是，在碰撞的情况下，使电磁体通电成使得主轴螺母能够通过预定的制动力矩旋转。由此可以实现的效果是，在碰撞的情况下，套管相对于保持部移动，其中，螺纹杆、并且因此套管仅在施加增大的力时才通过制动力矩移位，并且因此进行能量吸收。可以通过电磁体的通电的适应性来适应碰撞水平，并且因此进行适应于事故和驾驶员的能量吸收。
优选地，另外可以提供的是，为高度调节方向上以及纵向调节方向上的调节设置机动化调节驱动器。当阻挡装置处于释放位置时，机动化调节驱动器使得可以例如借助于电动马达相对于保持部来调节套管。本领域技术人员例如从DE102014104362A1中已知借助于机动化调节驱动器的调节。
附图说明
下面将参照附图对本发明的优选实施方式进行更加详细的说明。在附图中相同或以相同方式起作用的部件将用相同的附图标记表示，在附图中：
图1示出了具有用于纵向调节方向的阻挡装置和用于高度调节方向的阻挡装置的转向柱的第一三维示意图；
图2示出了根据图1的具有用于纵向调节方向的阻挡装置和用于高度调节方向的阻挡装置的转向柱的第二三维示意图；
图3示出了穿过转向柱的阻挡装置的详细纵向截面；
图4示出了图1的转向柱的三维示意图，其中，没有遮盖阻挡装置；
图5示出了穿过根据图1和图2的转向柱的横截面；以及
图6以横截面示出了阻挡装置的滚动轴承的详细示意图；
图7示出了第二实施方式中的转向柱的三维示意图，该转向柱具有用于纵向调节方向的阻挡装置和用于高度调节方向的阻挡装置，并且具有机动化调节驱动器。
具体实施方式
图1和图2图示了机动车辆的转向柱1，该转向柱1包括转向主轴2，该转向主轴2以能够绕转向主轴2的旋转轴线旋转的方式安装在包括套管4的转向主轴支承单元3中。套管4在导引夹持部5中以能够沿着转向主轴2的纵向轴线L移位的方式被导引，该导引夹持部5也可以被称为外部套管或箱形截面式摆臂。导引夹持部5以能够绕枢转轴线100枢转的方式安装在保持部6中。保持部6可以在紧固点7处紧固至本体(未示出)。由驾驶员经由方向盘(未示出)引入转向主轴2中的旋转运动被引入转向机构(未示出)中。为了提高驾驶员的舒适度，可以在高度调节方向101上对转向柱1的高度进行调节，并且在纵向调节方向102上对转向柱1的长度进行调节。为了实现在高度调节方向101上的调节，套管4能够与导引夹持部5一起绕枢转轴线100枢转。
设置有第一阻挡装置22，该第一阻挡装置22用于使套管4相对于导引夹持部5在纵向调节方向101上固定，并且因此用于使套管4相对于保持部6固定，其中，该第一阻挡装置22包括螺纹杆12和主轴螺母13。
螺纹杆12经由联接杆14连接至套管4，并且因此，套管4相对于导引夹持部5的移位引起联接杆14相对于导引夹持部5的移位。
螺纹杆12被保持在联接杆14上并且沿纵向调节方向102延伸，并且因此沿纵向轴线L的方向延伸。
设置有第二阻挡装置122，该第二阻挡装置122用于使套管4和导引夹持部5相对于保持部6在高度调节方向102上固定，其中，该第二阻挡装置122包括螺纹杆12和主轴螺母13。
主轴螺母13被设定成通过螺纹杆12沿轴向方向的移位而旋转。第二阻挡装置122的螺纹杆12经由接合件15连接至调节杆16。调节杆16通过接合轴18以可枢转的方式保持在保持部6上，并且通过接合轴17以可枢转的方式保持在导引夹持部5上。由此实现的效果是，在套管4相对于保持部6绕枢转轴线100枢转的情况下，导引夹持部5经由主轴螺母113和螺纹杆112相对于保持部6枢转。
图3详细地示出了第一阻挡装置22的设计。第二阻挡装置122的设计与第一阻挡装置22的设计相对应。螺纹杆12借助于外螺纹19接合到主轴螺母13、113的内螺纹20中。螺纹构造成使得不存在自锁。主轴螺母13以可旋转但是在位置上固定的方式安装在传动装置壳体21中，并且因此螺纹杆12的轴向运动引起主轴螺母13相对于螺纹杆12的旋转。
阻挡装置22、122可以在固定位置与释放位置之间切换。在释放位置中，可以进行转向柱的纵向和/或高度调节。在固定位置中，阻挡装置22、122阻止螺纹杆12的调节。
如图3至图6所示出的，阻挡装置22、122包括支承主轴螺母13的滚动轴承23，其中，滚动体24被磁流变流体25至少部分地围绕。此外，在滚动轴承23的端部侧、与滚动体24在同一水平地设置有电磁体26(电线圈)。被设计为永磁体的滚动体24经由电线圈26的暂时且相对较强的电磁脉冲而磁化或消磁。磁化的滚动体24的存在的磁场引起磁流变流体25的磁流变颗粒的连结，所述颗粒位于滚动体24之间。磁流变颗粒的连结增加了粘度，这导致调节装置由于主轴螺母13的旋转被阻挡而被固定。因此，阻挡装置22、122可以在固定位置与释放位置之间切换。在释放位置中，可以进行转向柱的纵向和/或高度调节。在固定位置中，阻挡装置22、122由于通过磁流变颗粒的连结使粘度增加而阻止了螺纹杆12的调节，这导致阻挡装置由于主轴螺母13的旋转被阻挡而被固定。如果设计为永磁体的滚动体24通过电磁体26而消磁，则阻挡装置被转换到释放位置中，并且可以相对于保持部来调节套管4。
磁流变流体是指小的可磁性极化的颗粒的悬浮液，这些小的可磁性极化的颗粒细微地分布在载流体中。如果磁场作用在流体上，则颗粒被极化并且在场线方向上形成链。借助于颗粒的取向，悬浮液随着场强度增加而变得更加粘稠。因此，磁场中的磁流变流体(MRF)可以急剧、快速和可逆地变化。为了避免诸如磨耗、沉淀和老化之类的负面特性，流体通过添加剂来稳定。
第一阻挡装置22和第二阻挡装置122还用作能量吸收装置。由于阻挡装置22、122或滚动轴承23具有基本摩擦以及可调节的基本扭矩，因此阻挡装置22、122或滚动轴承23已经组成了转向柱的制动器。在碰撞的情况下，阻挡装置22、122可以用作纯受控系统。在这种情况下，电磁体26被通电成使得主轴螺母13、113可以通过一定的制动力矩旋转，并且因此转向柱的部件可以相对于彼此移动，并且在此过程中，能量被吸收。可以根据所施加的电压实现不同的力。
图7示出了第二实施方式中的转向柱的三维示意图，该转向柱具有用于纵向调节方向的第一阻挡装置22和用于高度调节方向的第二阻挡装置122，并且具有用于纵向调节的机动化调节驱动器和用于高度调节的机动化调节驱动器。当阻挡装置22处于释放位置中时，机动化调节驱动器使得能够借助于电动马达300相对于保持部6来调节套管4。本发明的优点是，阻挡装置和能量吸收装置两者均紧凑地并且以节省结构空间的方式形成为一个单元。
具有一个或两个阻挡装置的本转向柱不但可以用在机电式机动车辆伺服转向系统中，而且可以用在机动车辆的线控转向系统中。

Claims (10)

1.一种用于机动车辆的转向柱(1)，所述转向柱(1)包括转向主轴(2)和导引夹持部(5)，所述转向主轴(2)被套管(4)围绕并且连接至方向盘，在所述导引夹持部(5)中，所述套管(4)以能够沿着所述转向主轴(2)的纵向轴线移位的方式被导引，其中，所述导引夹持部(5)以能够绕枢转轴线(100)枢转的方式安装在保持部(6)中，所述保持部(6)能够连接至所述机动车辆的底盘，并且其中，所述套管(4)的位置能够相对于所述保持部(6)调节，其特征在于，在所述套管(4)与所述保持部(6)之间布置有阻挡装置(22、122)，其中，所述阻挡装置(22、122)包括螺纹杆(12、112)，所述螺纹杆(12、112)与主轴螺母(13、113)接合，并且其中，所述主轴螺母(13、113)安装在滚动轴承(23)中，其中，所述滚动轴承(23)的滚动体(24)被磁流变流体(25)至少部分地围绕，并且所述阻挡装置(22、122)包括电磁体(26)。
2.根据权利要求1所述的转向柱，其特征在于，所述主轴螺母(13、113)在传动装置壳体(21)中安装成能够相对于所述导引夹持部(5)旋转并且在位置上固定，并且因此，所述螺纹杆(12、112)相对于所述主轴螺母(13、113)的轴向运动引起所述主轴螺母(13、113)的旋转。
3.根据权利要求1或2所述的转向柱，其特征在于，所述螺纹杆(12、112)能够移动而不自锁。
4.根据前述权利要求1-2中的一项所述的转向柱，其特征在于，设置有两个阻挡装置(22、122)，其中，所述转向柱(1)的长度能够通过第一阻挡装置(22)固定，并且所述转向柱(1)的高度能够通过第二阻挡装置(122)固定。
5.根据前述权利要求1-2中的一项所述的转向柱，其特征在于，所述滚动体(24)由可磁化材料制成，其中，所述电磁体(26)构造成使所述滚动体(24)磁化或消磁。
6.一种用于控制机动车辆的可调节转向柱(1)的方法，所述转向柱(1)包括转向主轴(2)和导引夹持部(5)，所述转向主轴(2)被套管(4)围绕并且连接至方向盘，在所述导引夹持部(5)中，所述套管(4)以能够沿着所述转向主轴(2)的纵向轴线移位的方式被导引，其中，所述导引夹持部(5)以能够绕枢转轴线(100)枢转的方式安装在保持部(6)中，所述保持部(6)能够连接至所述机动车辆的底盘，并且其中，所述套管(4)的位置能够相对于所述保持部(6)调节，其中，在所述套管(4)与所述保持部(6)之间布置有阻挡装置(22、122)，其中，所述阻挡装置(22、122)包括螺纹杆(12、112)，所述螺纹杆(12、112)与主轴螺母(13、113)接合，并且所述阻挡装置(22、122)能够在固定位置与释放位置之间切换，其中，在所述固定位置中，所述转向柱(1)的调节被阻挡，而在所述释放位置中，所述转向柱(1)的调节被释放，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
·设置支承所述主轴螺母(13、113)的滚动轴承(23)，其中，用磁流变流体(25)至少部分地围绕所述滚动轴承(23)的滚动体(24)，
·在所述阻挡装置(22、122)转换到所述固定位置期间，借助于电磁体(26)使所述滚动体(24)磁化，以使所述磁流变流体(25)的粘度增大成使得阻挡所述主轴螺母(13、113)的旋转，
·在所述阻挡装置(22、122)转换到所述释放位置期间，借助于所述电磁体(26)使所述滚动体(24)消磁，以使所述磁流变流体(25)的粘度减小成使得释放所述主轴螺母(13、113)的旋转。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述主轴螺母(13、113)在传动装置壳体(21)中安装成能够相对于所述导引夹持部(5)旋转并且在位置上固定，并且因此，所述螺纹杆(12、112)相对于所述主轴螺母(13、113)的轴向运动引起所述主轴螺母(13、113)的旋转。
8.根据权利要求6或7所述的方法，其特征在于，所述螺纹杆(12、112)能够移动而不自锁。
9.根据权利要求6至7中的一项所述的方法，其特征在于，设置有两个阻挡装置(22、122)，其中，能够通过第一阻挡装置(22)固定所述转向柱(1)的长度，并且能够通过第二阻挡装置(122)固定所述转向柱(1)的高度。
10.根据权利要求6至7中的一项所述的方法，其特征在于，在碰撞的情况下，使所述电磁体(26)通电成使得所述主轴螺母(13、113)能够通过预定的制动力矩旋转。
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