CN112441105B - 降低卡嗒声的电动转向柱组件及方法 - Google Patents

Abstract

一种转向柱的电动转向组件，包括限定第一孔的下辅助轴。该组件还包括至少部分设置在第一孔内的滚针轴承。该组件还包括上辅助轴组件，该上辅助轴组件限定第二孔并且在其一端具有轴颈表面。该组件还包括扭力杆，该扭力杆具有设置在第一孔中的第一端和设置在第二孔中的第二端，扭力杆具有迫使轴颈表面与滚针轴承的内表面保持接触的扭力杆跳动。

Description

降低卡嗒声的电动转向柱组件及方法

相关申请的交叉引用

本申请要求获得2019年9月4日提交的美国临时专利申请No.62/895,724的优先权，其公开内容通过引用并入本文中。

背景技术

以下描述涉及转向柱组件，更具体地涉及减少与操作相关的卡嗒声(rattlenoise)的电动转向(EPS，电动助力转向)柱组件和方法。

柱式(Column located)EPS系统通常包括辅助轴组件。辅助轴组件包括下辅助轴、滚针轴承、扭力杆和上辅助轴组件。所有上述部件通过扭力杆的花键端部与下辅助轴中的孔之间的过盈配合以及扭力杆的端部压入上辅助轴组件而保持在一起。

卡嗒声测试表明，在柱式EPS系统中，导致卡嗒声的最重要的交界面(interface，接触界面)是位于被压入下辅助轴中的滚针轴承与位于上辅助轴的底端处的轴颈外表面之间的间隙。将间隙减小到公差下限可以降低某些柱中的卡嗒声的严重程度，但无法降低其它柱中的卡嗒声的严重程度。消除和减小间隙消除了卡嗒声但成本昂贵，并且当在轴颈和滚针轴承之间的间隙很小或没有间隙时，由于轴承的摩擦增加会对扭矩传感器的迟滞产生负面影响(增加迟滞)。

解决此问题的另一个方法是在上辅助轴的止动齿上涂抹粘度极高的润滑脂。粘性润滑脂用于在上转向轴组件和下辅助轴之间提供阻尼，从而减小两个轴之间的运动速度和冲击强度。润滑脂的有效性取决于所施加的润滑脂的量，以及在组装之前润滑脂在止动齿上的质量分布。

其它测试已经表明，在轴颈和滚针轴承之间的间隙处于公差上限的转向柱也会在某些柱上出现卡嗒声，而在其他柱中则不会。因此，柱内的另一特征会影响柱的倾向，其中间隙处于公差上限会导致柱出现卡嗒声。

发明内容

根据本公开的一个方面，用于转向柱的电动转向组件包括限定第一孔的下辅助轴。该组件还包括至少部分地设置在第一孔内的滚针轴承。该组件还包括上辅助轴组件，该上辅助轴组件限定第二孔并且在其一端具有轴颈表面(journal surface)。所述组件还包括扭力杆，所述扭力杆具有设置在所述第一孔中的第一端和设置在所述第二孔中的第二端，所述扭力杆具有迫使所述轴颈表面与所述滚针轴承的内表面保持接触的扭力杆跳动(torsion bar run-out)。

根据本公开的另一方面，转向柱组件包括限定第一孔的第一轴。所述组件还包括限定第二孔的第二轴，所述第二轴在其一端具有轴颈表面，所述第一轴和所述第二轴彼此花键接合。该组件还包括至少部分地设置在第一孔内的轴承。所述组件还包括扭力杆，所述扭力杆具有第一端和第二端，所述第一端设置在所述第一孔中并且以花键接合的方式固定在其中，所述第二端设置在所述第二孔中并且以花键接合的方式固定在其中，扭力杆具有迫使轴颈表面与轴承的内表面保持接触的扭力杆跳动。

根据本公开的又一方面，提供了一种组装用于转向柱的电动转向组件的方法。该方法包括将滚针轴承插入到下辅助轴的第一孔内。该方法还包括将扭力杆的第一端插入到下辅助轴的第一孔中。该方法还包括将扭力杆的第二端插入上辅助轴的第二孔中，该上辅助轴具有位于其一端的轴颈表面。该方法还包括将上辅助轴的轴颈表面插入到下辅助轴的第一孔中和滚针轴承的孔洞内。该方法还包括在扭力杆的旋转期间提供迫使轴颈表面与滚针轴承的内表面保持接触的扭力杆跳动。

通过以下结合附图的描述，这些和其他优点和特征将变得更加显而易见。

附图说明

申请文件结尾处的权利要求书中特别指出并明确要求保护本发明的主题。通过以下结合附图的详细描述，本发明的上述和其它特征和优点将变得显而易见，在附图中：

图1是电动转向(EPS)柱组件的立体分解图；

图2是比较扭力杆的两个跳动位置的EPS柱组件的剖视图；

图3是EPS柱组件的正视图；

图4是沿图3的线A-A截取的EPS柱组件的正视剖视图；以及

图5是图4的B部分的放大图。

具体实施方式

现在参考附图，其中将参照具体实施例描述本发明，其不限制本发明，转向柱电动转向(EPS)组件被示出并用数字10表示。EPS组件10提供了低成本的解决方案，以消除或减少在EPS组件10被组装在车辆内的操作期间与施加在EPS组件10上的振动力相关的卡嗒声。

图1、图3和图4示出EPS组件10，图1示出了处于部分拆卸状态的组件，图3和图4示出了组装状态下的组件。

EPS组件10包括下辅助轴12、滚针轴承14、扭力杆16和上辅助轴组件18。通过扭力杆16的花键端部与下辅助轴12和上辅助轴组件18的孔内的相应的交界面之间的过盈配合，所有上述部件沿轴向固定在一起。特别地，扭力杆16的第一端部区域20包括花键，该花键在压配合状态下与下辅助轴12的孔内的花键接合。类似地，扭力杆16的第二端部区域22包括花键，该花键在压配合状态下与上辅助轴组件18的孔内的花键接合。

下辅助轴12将由蜗杆(未示出)和蜗轮13产生的扭矩传递到与下辅助轴12相连的中间转向轴(未示出)。下辅助轴12还对滚针轴承14和扭力杆16的第一端部区域20进行支撑并定位。另外，下辅助轴12包括止动齿24，该止动齿24与上辅助轴组件18上的止动齿26配合。

当不存在通过上辅助轴组件18施加到方向盘的扭矩时，扭力杆16提供恢复扭矩以使上辅助轴组件18与下辅助轴12归中(center)。上辅助轴组件18中的止动齿26与下辅助轴12中的止动齿24配合，以提供限制上辅助轴组件18和下辅助轴12之间的相对角位移的交界面。滚针轴承14被压入下辅助轴12中，以在径向方向上对上辅助轴组件18提供支撑，同时将上辅助轴组件18与下辅助轴12之间的沿角方向上的摩擦减至最小。

对EPS组件10进行组装的通常顺序是将滚针轴承14以规定深度按压到位于下辅助轴12中的凹孔内。扭力杆16以规定深度被按压到在上辅助轴组件18内凹陷的配合孔中。扭力杆16的外露端部连同上辅助轴组件18一起以规定深度被按压到下辅助轴12中的凹孔内，该凹孔的尺寸被设定成与扭力杆16的第一端部区域20压配合。

相比于具有高间隙(high clearance)和零/低扭力杆跳动的柱，本文公开的实施例依赖于滚针轴承14与从上辅助轴组件18延伸的外轴颈表面30之间的高间隙以及高扭力杆跳动。图2在左侧示出了高扭力杆跳动组件(为便于说明而夸大)，在右侧示出了低扭力杆跳动以用于比较。尽管在轴颈表面30与滚针轴承14之间存在过大的间隙，但是增加的扭力杆跳动充当使轴颈表面30与滚针轴承14保持接触的弹簧。由于轴颈表面30与滚针轴承14保持接触，因此不会发生由轴颈表面30离开并返回到滚针轴承14而产生的冲击。因此，由冲击产生的卡嗒声不会发生。

EPS组件10的实施例有意地在扭力杆16中引入跳动，以增加将轴颈表面30保持抵靠在滚针轴承14中的滚针上的一个或多个表面所需的力。如本文所使用的，术语“跳动(runout)”指的是当扭力杆16的一部分不再与原始的主纵向轴线对准时发生的旋转偏差。

上述跳动可通过不同方式引入。例如，可以使用安装有扭力杆16的两个孔之间的偏移。另一示例包括在将扭力杆16安装到轴12或18中的一个之前或之后且在将自由端安装到配合轴12或18中之前，有意地使扭力杆16横向弯曲。又一示例包括扭力杆16所要插入其中的多个孔中的一个孔的非同心性。另一示例包括容纳EPS组件10的至少一部分的上护套的故意未对准。这些示例中的一个或其组合提供了足够大的扭力杆跳动，从而导致位于上辅助轴组件18上的轴颈表面30与位于EPS组件10中的滚针轴承14内的一个或多个滚针表面之间施加力。如本文所述，该力(如果足够高的话)将防止轴颈表面30在振动期间与滚针轴承14内的一个或多个滚针的表面脱离接触。如果轴颈表面30被保持抵靠在滚针轴承14内的滚针的一个或多个滚针表面，则当轴颈表面30返回与滚针轴承14内的一个或多个滚针的表面接触时，这两个表面之间不存在冲击，从而消除与卡嗒声相关的不期望的噪声。

图5是扭力杆16的、位于上辅助轴组件18的轴颈表面30和下辅助轴组件12内的滚针轴承14的交界面处的部分的放大视图。该交界面的放大视图图示整个组件10在组装状态下、扭力杆16的偏斜部分和轴承轴颈偏移。如图所示，轴颈表面30的一部分远离滚针轴承14，而轴颈表面30的另一部分被迫使与滚针轴承14接触。这是提供跳动以实现本文所述优点的一种方式。

本文公开的EPS组件10和方法减少或消除了卡嗒声，并且是基于利用现有部件的低成本方法。实施例可以消除潜在的粘性润滑脂并且不要求部件分区以实现小的径向间隙。最后，所公开的实施例不会对转矩传感器迟滞产生负面影响。

虽然仅结合有限数量的实施例详细描述了本发明，但是应当容易理解的是，本发明不限于这些公开的实施例。相反，本发明可被修改以结合此前未描述但与本发明的精神和范围相对应的任何数量的变型、变更、替换或等效布置。另外，虽然已经描述了本发明的各种实施例，但是应当理解，本发明的方面可以仅包括所描述的实施例中的一些。因此，本发明不应被视为受到上述描述的限制。

Claims (18)

1.一种用于转向柱的电动转向组件，包括：

下辅助轴，限定第一孔；

滚针轴承，至少部分地设置在所述第一孔内；

上辅助轴组件，限定第二孔并且在其端部处具有轴颈表面；以及

扭力杆，具有设置在所述第一孔中的第一端和设置在所述第二孔中的第二端，所述扭力杆具有迫使所述轴颈表面与所述滚针轴承的内表面保持接触的扭力杆跳动。

2.根据权利要求1所述的组件，其中，所述扭力杆的一部分被弯曲，以提供所述扭力杆跳动。

3.根据权利要求1所述的组件，其中，所述第一孔的第一中心轴线和所述第二孔的第二中心轴线未对准。

4.根据权利要求3所述的组件，其中，所述第一孔的所述第一中心轴线和所述第二孔的所述第二中心轴线彼此平行且彼此偏移。

5.根据权利要求3所述的组件，其中，所述第一孔的所述第一中心轴线和所述第二孔的所述第二中心轴线彼此不平行。

6.根据权利要求3所述的组件，其中，所述第一中心轴线和所述第二中心轴线中的至少一个是非同心的。

7.一种转向柱组件，包括：

第一轴，限定第一孔；

第二轴，限定第二孔，所述第二轴在其一端具有轴颈表面，所述第一轴和所述第二轴彼此花键接合；

轴承，至少部分地设置在所述第一孔内；以及

扭力杆，具有第一端和第二端，所述第一端设置在所述第一孔中并且以花键接合的方式固定在其中，所述第二端设置在所述第二孔中并且以花键接合的方式固定在其中，所述扭力杆具有迫使所述轴颈表面与所述轴承的内表面保持接触的扭力杆跳动。

8.根据权利要求7所述的组件，其中，所述扭力杆的一部分被弯曲，以提供所述扭力杆跳动。

9.根据权利要求7所述的组件，其中，所述第一孔的第一中心轴线和所述第二孔的第二中心轴线未对准。

10.根据权利要求9所述的组件，其中，所述第一孔的所述第一中心轴线和所述第二孔的所述第二中心轴线彼此平行且彼此偏移。

11.根据权利要求9所述的组件，其中，所述第一孔的所述第一中心轴线和所述第二孔的所述第二中心轴线彼此不平行。

12.根据权利要求9所述的组件，其中，所述第一中心轴线和所述第二中心轴线中的至少一个是非同心的。

13.一种组装转向柱的电动转向组件的方法，所述方法包括：

将滚针轴承插入到下辅助轴的第一孔内；

将扭力杆的第一端插入到所述下辅助轴的所述第一孔中；

将所述扭力杆的第二端插入到上辅助轴的第二孔中，所述上辅助轴具有位于其一端的轴颈表面；

将所述上辅助轴的所述轴颈表面插入所述下辅助轴的所述第一孔中和所述滚针轴承的孔洞内；以及

在所述扭力杆的旋转期间提供扭力杆跳动，从而迫使所述轴颈表面与所述滚针轴承的内表面保持接触。

14.根据权利要求13所述的方法，其中，提供所述扭力杆跳动包括使所述扭力杆的一部分弯曲。

15.根据权利要求13所述的方法，其中，提供所述扭力杆跳动包括使所述第一孔的第一中心轴线和所述第二孔的第二中心轴线未对准。

16.根据权利要求15所述的方法，其中，所述第一孔的所述第一中心轴线和所述第二孔的所述第二中心轴线彼此平行且彼此偏移。

17.根据权利要求15所述的方法，其中，所述第一孔的所述第一中心轴线和所述第二孔的所述第二中心轴线彼此不平行。

18.根据权利要求15所述的方法，其中，所述第一中心轴线和所述第二中心轴线中的至少一个是非同心的。

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