CN111801264A - 用于机动车辆的转向柱 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于机动车辆的转向柱(1)，其包括致动单元(2)，致动单元包围能够绕旋转轴线(9)旋转的转向轴(4、5)，并且在致动单元的后端部区域(10)面向车辆后方的情况下以能够借助于第一马达驱动器(7)经由铰接的枢转杆(14)竖向地枢转的方式布置在紧固至车辆底盘的保持单元(6)上。转向柱由于致动单元(2)在致动单元的面向车辆前方的前端部区域(21)中设置有弹性的托架元件(8)的事实而在致动单元的前端部区域(21)的经济附接方面得以改进，托架元件可以固定地连接至车辆底盘并且借助于弹性变形允许致动单元(2)的竖向枢转和轴向移位。有利地，以这种方式可以省去用于致动单元(2)的轴向移位的复杂补偿措施。

Description

用于机动车辆的转向柱

本发明涉及用于机动车辆的转向柱，该转向柱包括致动单元，该致动单元容纳能够绕旋转轴线旋转的转向轴，其中，致动单元通过靠近方向盘的第一端部区域布置在保持单元中以便能够借助于第一电动驱动器枢转。

由DE 10 2004 020 048 A1已知一种类型的转向柱，该转向柱能够以电动方式调节，并且在该转向柱中，致动单元能够借助于铰接的枢转杆竖向地枢转。由于致动单元的刚性铰接，需要复杂的纵向补偿，这是因为致动单元不仅通过枢转杆竖向地枢转而且同时沿轴向方向略微地移位。用于纵向补偿的已知的解决方案具有下述缺点：这种解决方案很复杂并且此外与在共振频率和转向柱的刚度方面的缺点相关。

本发明的目的是说明一种开头所述类型的转向柱，该转向柱能够以电动方式调节并且提供简化的纵向补偿。

所述目的的实现通过权利要求1的特征得到。在从属权利要求中描述了有利的设计实施方式。

根据本发明，致动单元在该致动单元的与第一端部区域相反的第二端部区域中设置有弹性的托架元件，该托架元件被设置用于紧固至车辆底盘，并且该托架元件由于弹性变形而允许致动单元绕枢转轴线枢转以及允许致动单元沿旋转轴线(9)的方向移位。托架元件因此实现了致动单元绕枢转轴线的枢转运动，并且同时提供了纵向补偿的可能性。枢转轴线在本发明的上下文中不应理解为物理枢转轴线，而是致动单元枢转所绕的轴线。枢转轴线因此表示数学意义上的轴线，并且因此由致动单元能够旋转所绕的直线形成。根据本发明的托架元件此外还执行将致动单元附接至车辆底盘的功能。

枢转轴线优选地不构造为刚性轴线，而是构造为可重新定位的瞬时轴线。取决于调节位置的枢转轴线因此呈现另一位置。瞬时轴线是下述轴线：致动单元可以暂时被考虑为绕该轴线并且被视为仅旋转(在短暂的时间点处)。瞬时轴线上的速度在所观测的时刻为零，或者在致动单元延伸直至瞬时轴线的情况下将为零。

致动单元优选地通过枢转杆联接至保持单元，其中，枢转杆铰接成能够在致动单元和保持单元上枢转。枢转杆因此被附接成能够在致动单元上枢转，并且枢转杆还被附接成能够在保持单元上枢转。枢转杆还联接至第一电动驱动器。通过操作电动驱动器使致动杆枢转，使得致动杆的枢转导致致动单元相对于保持单元枢转。

替代地，电动驱动器也可以直接布置在致动单元与保持单元之间，从而不需要枢转杆，其中，电动驱动器铰接成在每种情况下能够在致动单元和保持单元上枢转，使得电动驱动器的操作导致致动单元相对于保持单元枢转。

根据一个优选的实施方式，托架元件包括金属板，所述托架元件优选地由金属板形成。可以设置的是托架元件由弹簧钢制成。这种材料提供了用于致动单元在车辆底盘上的可靠应用所需要的强度，并且同时提供了用于本发明的目的所需要的弹性。所述材料还特别适合于本发明的另一有利的设计实施方式，根据该实施方式，托架元件被设计为冲压的弯曲部件。

在本发明的另一有利的设计实施方式中，托架元件的厚度(材料厚度)值介于0.5mm与3mm之间。

在一种有利的实施方式中，托架元件可以以下述方式被构思：托架元件在致动单元绕枢转轴线枢转最多5°并且致动单元同时沿旋转轴线的方向移位最多5mm时弹性地变形。

在另一种有利的设计实施方式中，托架元件借助于一个或多个紧固元件紧固至致动单元。这使得能够以有成本效益的方式生产托架元件、例如作为随后以简单的方式紧固至致动单元的单独的冲压的弯曲部件。首先考虑螺钉或铆钉作为紧固元件。

但是，本发明还包括其他类型的紧固，比如粘接、夹紧连接、形状配合或通过使紧固元件扣紧或变形而进行的连接，所述紧固元件构造成位于托架元件本身上或者位于致动单元上。在一种替代的有利实施方式中，托架元件不可释放地连接至致动单元。这种类型的连接特别坚固。

不可释放的连接的另一有利的设计实施方式提供了：托架元件借助于连结方法紧固至致动单元。所述连结可以特别地通过熔接或软钎焊/硬钎焊来执行。

另一替代的有利的实施方式提供了：托架元件和致动单元被设计为单件式一体部件。在该实施方式中，可以省去紧固元件以及在转向柱的制造期间将托架元件紧固至致动单元的操作步骤。

在一种有利的改进中，托架元件具有弯曲部分，其中，所述弯曲部分的下端部区域连接至致动单元，并且所述弯曲部分在该弯曲部分的上侧部上过渡至用于紧固至车辆底盘的成角度的紧固部分。

根据另一有利的实施方式，托架元件具有弯曲部分，该弯曲部分延伸成大致平行于下述平面：该平面布置成与转向轴的旋转轴线正交，其中，所述弯曲部分的端部区域连接至致动单元，并且所述弯曲部分在该弯曲部分的上侧部上过渡至用于紧固至车辆底盘的成角度的紧固部分。当调节转向柱的高度时，连接至致动单元的弯曲部分由于所述弯曲部分的几何定向而可以绕水平轴线枢转并且在轴向方向上弹性地屈服，以便确保所期望的纵向补偿。紧固部分以适于车辆底盘的构造形状的角度来倾斜，使得所述紧固部分定向成平行于车辆底盘的向该端部提供的紧固区域。

弯曲部分有利地具有中央凹部，由于该中央凹部，弯曲部分的“弹簧常数(springconstant)”减小，以便实现弯曲部分的特别用于在力方面以较小的作用力进行的纵向补偿所需要的变形。

在一种有利的改进中，托架元件可以具有至少一个支柱区段。托架元件的刚度可以适应成对应于基于这种支柱区段的目标要求。在另一有利的设计实施方式中，中央凹部设置有以十字形方式布置的支柱。所述支柱阻止弯曲部分在除了所设想方向之外的方向上的不期望的弯曲。

替代地或附加地，托架元件可以具有同样可以用于调节刚度的波纹。本发明的另一有利的设计实施方式提供了：在致动单元中接纳有套管，该套管借助于第二电动驱动器能够相对于致动单元轴向移位，并且套管将转向轴安装成能够旋转。除方向盘的高度调节之外，该措施还实现了转向轴的轴向方向上的纵向调节。

下面将借助附图更详细地说明本发明的示例性实施方式。在附图中：

图1：从后面示出了根据本发明的转向柱的斜立体图；

图2：从正面示出了根据本发明的转向柱的斜立体图；

图3：示出了完全以向上方式布置的根据本发明的转向柱的侧向俯视图；

图4：示出了处于中心位置的图3的转向柱；

图5：示出了处于完全以向下方式布置的状态的图3和图4的转向柱；

图6：示出了处于中心位置的根据本发明的具有托架元件的转向柱的前端部部分的详细视图，并且在图中以虚线示出了处于完全以向上方式布置的状态；

图7：示出了处于中心位置的根据本发明的具有托架元件的转向柱的前端部部分的详细视图，并且在图中以虚线示出了处于完全以向下方式布置的状态。

在图1至图5中可以看到用于机动车辆的转向柱1，所述转向柱1具有致动单元2、套管3、转向轴、保持单元6、第一电动驱动器单元7和托架元件8，其中，转向轴包括能够连接至方向盘(未示出)的上转向轴部分4和下转向轴部分5，保持单元6紧固在车辆底盘(未示出)上。转向轴4、5能够绕旋转轴线9旋转。

在安装状态下面向方向盘(未示出)或车辆的后部的致动单元2通过该致动单元2的第一端部区域10铰接在保持单元6上，该保持单元6又固定地连接至车辆底盘(未显示)。一方面的致动单元2的第一端部区域10与另一方面的保持单元6之间的连接是通过组合杆装置11进行的，该组合杆装置11包括桥接部分12，该桥接部分12从上侧以U形方式包围致动单元2，并且桥接部分12通过螺栓13铰接在保持单元6上并在致动单元2的右侧和左侧上过渡至沿方向盘(未示出)的方向定向(朝向后方)的两个枢转杆14，所述枢转杆14又借助于螺栓15铰接在致动单元2上。杆装置11在致动单元2的一侧——该侧在行进方向上处于左侧——上具有驱动杆16，该驱动杆16向下延伸并且相对于枢转杆14成角度，并且该驱动杆16铰接在设置有内螺纹的主轴螺母17上。主轴螺母17坐置在主轴18上，该主轴18设置有螺纹，并且主轴螺母17能够在主轴18旋转时在主轴18上朝向相对于主轴螺母17的前方或后方移位。主轴18通过齿轮机构(未示出)由第一电动马达19驱动。

为了使转向轴4以及因此方向盘(未示出)沿枢转方向20向上或向下调节，第一电动马达19在第一旋转方向上接通，基于此，主轴18同样沿第一旋转方向旋转。主轴18上的主轴螺母17在此从图4所示的中心位置朝向与车辆的行进方向相反的后方移位，直到到达图3所示的位置为止。主轴18在此带动驱动杆16，其中，所述驱动杆16在图3至图5的视图中绕螺栓13的轴线以逆时针的方式旋转，并且驱动杆16在此带动枢转杆14使得枢转杆14也以逆时针的方式旋转。枢转杆14在此通过螺栓15带动致动单元2的第一端部区域10并且向上推动所述第一端部区域10，使得整个致动单元2连同套管3和转向轴4都沿枢转方向20向上枢转。

当第一电动马达19在与第一旋转方向相反的第二旋转方向上操作时，主轴18因此同样沿该相反的方向旋转，其中，主轴螺母17移动至图5所示的位置并且在行进方向上位于前方。驱动杆16以及因此整个杆装置11在此绕螺栓13的轴线以顺时针的方式旋转，这导致枢转杆14的端部降低，并且因此导致整个致动单元2连同套管3和转向轴4都降低，直到达到图5所示的转向柱1已经完全向下移动的位置为止。

致动单元2的第二端部区域21在转向柱1的安装状态下借助于根据本发明的托架元件8紧固至车辆底盘(未示出)。托架元件8由钢板形成并且具有紧固部分22和弯曲部分23。弯曲部分23延伸成与一平面平行，其中，该平面在托架元件8的非受力状态下定向成与旋转轴线9正交。非受力状态是托架元件8没有变形并且因此没有弹性地变形的任何状态。弯曲部分23横向地延伸超过致动单元2的宽度，并且弯曲部分23在该弯曲部分23的下端部区域26中设置有用于紧固螺钉24的通道，托架元件8通过该紧固螺钉24螺钉配装至致动单元2。弯曲部分的宽度优选地与致动单元8的宽度相同或者比致动单元8的宽度宽。此外，下端部区域26在位于用于紧固螺钉24的两个通道之间的部分中另外设置有呈圆的部段的形状的凹部25，以便获得用于连接至转向轴5的转向轴部分(未示出)比方说例如万向节的运动的自由空间。弯曲部分23还设置有中央凹部27，该中央凹部27用于减小弯曲部分23的抗弯(flexural)刚度。凹部27延伸超过弯曲边缘，其中，弯曲边缘构造成位于弯曲部分23与紧固部分22之间。十字形支柱区段28布置在中央凹部27内，该十字形支柱区段28意在阻止弯曲部分23在除了期望的方向之外的方向上的任何弯曲。

十字形支柱区段28包括构造为拉杆的单个支柱，其中，单个支柱在中心点相接并在中心点会聚。转向柱在枢转轴线31的方向上的刚度由于十字形支柱区段28而增加。

弯曲部分23在该弯曲部分23的上侧部上过渡至成角度的紧固部分22，该紧固部分22设置有用于使紧固元件穿过的侧向孔30，紧固部分22通过所述紧固元件而螺钉配装至车辆底盘(未示出)。紧固部分22与弯曲部分23之间的角度取决于车辆底盘的构造参数，其中，紧固部分22的表面定向成大致平行于车辆底盘的相对的紧固表面。紧固部分22与弯曲部分23之间的角度优选地具有介于75°与110°之间的值。

当后转向轴部分4和致动单元2的第一端部区域10在高度调节的启用中沿枢转方向20枢转时，所述枢转运动因此绕枢转轴线31发生，枢转轴线31的大致位置在图1中被描绘。枢转轴线31的位置在枢转运动期间重新定位，致动单元2连同套管3和转向轴部分4、5也都沿旋转轴线9的方向分别朝向前方或朝向后方轴向地移位。枢转轴线可以因此在每个高度调节位置中具有不同的位置。这在于下述事实：枢转杆14的长度根据枢转杆14相对于旋转轴线9的旋转角度而呈现不同的位置，所述长度对应于螺栓13的旋转轴线在螺栓15的旋转轴线上的间隔。换言之，枢转杆14的瞬时旋转中心、因此枢转杆14的枢转点在螺栓13的旋转轴线上，并且因此与枢转轴线31不重合，使得纵向补偿被提供，该纵向补偿由于根据本发明的托架元件8而以简单且有成本效益的方式来提供。

例如，在图4的图示中穿过螺栓13和螺栓15的旋转轴线绘制的线定位成大致上平行于旋转轴线9，基于此，致动单元2相对于保持单元6位于在方向盘的方向上移位达到最大的位置中。该位置在其对托架元件8的弯曲部分23的位置的影响方面在图6和图7的详细图示中由实线示出。然而，如果高度调节完全以向上方式移动，如图6所示，则枢转杆14相对于旋转轴线9以逆时针的方式旋转了清晰可见的角度。然而，螺栓13的轴线与螺栓15的轴线之间的在旋转轴线9的方向上的有效长度因此缩短，使得致动单元2在几毫米的范围内朝向左侧移位。在图6的放大图中以虚线示出了这种情况。由于致动单元2的第一端部区域10沿枢转方向20以向上方式调节，并且同时以平行于旋转轴线9的方式朝向前方(朝向图6中的左边)发生轴向移位，弯曲部分23在弯曲位置32处以顺时针的方式弯曲，其中，第二端部区域26同样朝向前方(朝向左边)移位。然而，致动单元2的第一端部区域10同时沿枢转方向20以向上方式枢转，使得弯曲部分23在第二弯曲位置33处以逆时针的方式弯曲。

当高度调节沿枢转方向20完全以向下方式调节(图5、图7)时，情况不同。在这种情况下，枢转杆14以顺时针的方式枢转，其中，螺栓13的轴线与螺栓15的轴线之间的间隔的缩短再次相对于图4所示的中心位置而产生。这导致了致动单元2再次以平行于旋转轴线9的方式朝向前方(朝向图7的左侧)移位。如从弯曲部分23的虚线图示所看到的，弯曲部分仅在第一弯曲位置30处以顺时针的方式显著弯曲。这在于下述事实：致动单元2在高度调节的较低调节位置中也以顺时针的方式枢转(沿枢转方向20向下)。

基于根据本发明的设计实施方式，托架元件8实现弹性变形，该弹性变形允许竖向枢转以及致动单元2的轴向移位。

托架元件8优选地被设计成冲压的弯曲部件。这实现特别有成本效益的生产。本实施方式中的托架元件8的钢板具有约为1mm的厚度。所述钢板在此允许致动单元2枢转高达5°(+/-2.5°)以及轴向移位高达5mm，而不脱离张紧的弹性状态，使得处于托架元件8在非受力状态下恢复至其原始形状。变形因此是可逆的。

托架元件8在本实施方式中借助于紧固螺钉紧固至致动单元2以及紧固至车辆底盘。然而，也可以考虑使用其他类型的紧固比如铆钉、夹紧连接、形状配合(扣紧)、紧固元件的变形以及粘接来代替紧固螺钉。此外，托架元件8也可以不可释放地连接至致动单元2，例如通过连结方法比如熔接焊接或软钎焊/硬钎焊不可释放地连接至致动单元2，或者托架元件和致动单元设计为单件式一体部件。在托架元件和致动单元设计为单件式一体部件的情况下，可以省去紧固元件。

除高度调节之外，所示的转向柱1还具有电动纵向调节。这使套管3能够以与转向轴4、5的旋转轴线9平行的方式相对于致动单元2沿轴向方向移位。上转向轴部分4在此安装在套管3中以便能够借助于滚子轴承旋转，使得所述上转向轴部分4在沿轴向方向的移位中连同套管3一起移动。下转向轴部分5以在旋转方面固定的方式连接至上转向轴部分4仅仅以便于能够沿旋转轴线9的方向伸缩地移位。下转向轴部分5借助于滚子轴承34安装成能够在致动单元2的第二端部区域21中旋转。电动驱动器被提供用于在旋转轴线9的方向上的纵向调节，该电动驱动器具有第二电动马达35，该第二电动马达35通过齿轮机构(未示出)和第二主轴驱动器36使套管3相对于致动单元2沿轴向方向移位。

在具有电动的高度调节的转向柱1的情况下，根据本发明的解决方案使致动单元2能够借助于根据本发明的托架元件8以简单且有成本效益的方式可枢转地紧固在车辆底盘上且同时具有纵向补偿。

附图标记列示

1 转向柱

2 致动单元

3 套管

4 转向轴部分

5 转向轴部分

6 保持单元

7 第一电动驱动器单元

8 托架元件

9 旋转轴线

10 第一端部区域

11 杆装置

12 桥接部分

13 螺栓

14 枢转杆

15 螺栓

16 驱动杆

17 主轴螺母

18 主轴

19 第一电动马达

20 枢转方向

21 第二端部区域

22 紧固部分

23 弯曲部分

24 紧固螺钉

25 凹部

26 下端部区域

27 中央凹部

28 十字形支柱区段

29 紧固部分

30 孔

31 枢转轴线

32 第一弯曲位置

33 第二弯曲位置

34 滚子轴承

35 第二电动马达

36 第二主轴驱动器

Claims (12)

1.一种用于机动车辆的转向柱，所述转向柱包括致动单元(2)，所述致动单元接纳转向轴(4、5)，所述转向轴(4、5)能够绕旋转轴线(9)旋转，其中，所述致动单元(2)通过靠近方向盘的第一端部区域(10)布置在保持单元(6)上，以便能够借助于第一电动驱动器(7)枢转，其特征在于，所述致动单元(2)在所述致动单元(2)的与所述第一端部区域(10)相反的第二端部区域(21)中设置有弹性的托架元件(8)，所述托架元件(8)被设置用于紧固至车辆底盘，并且所述托架元件(8)由于弹性变形而允许所述致动单元(2)绕枢转轴线(31)枢转以及允许所述致动单元(2)沿所述旋转轴线(9)的方向移位。

2.根据权利要求1所述的转向柱，其特征在于，所述致动单元(2)通过枢转杆(14)联接至所述保持单元(6)，其中，所述枢转杆(14)铰接成能够在所述致动单元(2)和所述保持单元(6)上枢转。

3.根据权利要求1或2所述的转向柱，其特征在于，所述托架元件(8)包括金属板。

4.根据权利要求1至3中的一项所述的转向柱，其特征在于，所述托架元件(8)借助于一个或多个紧固元件(24)紧固至所述致动单元(2)。

5.根据权利要求1至3中的一项所述的转向柱，其特征在于，所述托架元件(8)不可释放地连接至所述致动单元(2)。

6.根据权利要求5所述的转向柱，其特征在于，所述托架元件(8)借助于连结方法紧固至所述致动单元(2)。

7.根据权利要求5所述的转向柱，其特征在于，所述托架元件(8)和所述致动单元(2)被设计为单件式一体部件。

8.根据前述权利要求中的一项所述的转向柱，其特征在于，所述托架元件(8)具有弯曲部分(23)，其中，所述弯曲部分(23)的下端部区域(26)连接至所述致动单元(2)，并且所述弯曲部分(23)在所述弯曲部分(23)的上侧部上过渡至用于紧固至所述车辆底盘的成角度的紧固部分(22)。

9.根据前述权利要求中的一项所述的转向柱，其特征在于，所述托架元件(8)具有至少一个支柱区段(28)。

10.根据前述权利要求中的一项所述的转向柱，其特征在于，所述托架元件(8)被设计为冲压的弯曲部件。

11.根据前述权利要求中的一项所述的转向柱，其特征在于，所述托架元件(8)的厚度值介于0.5mm与3mm之间。

12.根据前述权利要求中的一项所述的转向柱，其特征在于，在所述致动单元(2)中接纳有套管(3)，所述套管(3)借助于第二电动驱动器(35、36)能够相对于所述致动单元(2)轴向移位，并且所述套管(3)将所述转向轴(4)安装成能够旋转。

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