CN115066363B - 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)，包括转向轴(32)，其能够绕纵轴线(L)旋转地支承在套管(31)中，其中转向轴(32)具有能够在纵向方向上以伸缩方式调节地以扭矩配合的方式容纳在外轴(35)中的内轴(34)，并且套管(31)能够在纵向方向上以伸缩方式调节地容纳在引导盒(4)中，并且具有电动反馈致动器(7)用于旋转地驱动转向轴(32)，其中锁定装置设置在转向轴(32)与所述引导盒(4)之间，该锁定装置在收合在一起的收纳状态下能形成有效接合，以便将转向轴(32)抗扭地与引导盒(4)锁定。为了实现紧凑的结构，本发明建议锁定装置具有构造在内轴(34)上的形状配合元件(36)，该形状配合元件能够与构造在引导盒(4)上的对应的配对形状配合元件(81)旋转配合地接合。

Description

用于机动车辆的转向柱

技术领域

本发明涉及一种转向柱。

背景技术

这种转向柱尤其适用于线控转向的转向系统。这种用于机动车辆的线控转向的转向系统接收如常规机械转向装置通过转动方向盘而产生的驾驶员的手动转向命令，该方向盘在转向柱上驾驶员侧固定在转向轴上。引入到转向轴中的转向命令借助于转角传感器或扭矩传感器来检测，并且由此产生的电控制信号被输出到转向致动器，该转向致动器借助于电伺服驱动器调节车轮的相应的转向转角。

为了产生真实的驾驶感觉，在线控转向的转向系统中，在现有技术中已知的是，从实际的瞬时行驶情况中检测或在模拟中计算如车辆速度、转向角、转向反作用力矩等参数，并且由这些参数形成反馈信号，该反馈信号被输入到马达式反馈致动器中。反馈致动器可以集成在转向柱中，并且包括作为手力矩或方向盘调节器的电伺服驱动器，其可以根据反馈信号经由转向轴将与实际反作用力矩对应的回位力矩(反馈力矩)耦合到方向盘中。这种“力反馈”系统为驾驶员如在传统的、机械耦合的转向装置中那样给出真实的驾驶情况的印象，这使直观的反应变得容易。

已知的是，转向柱在纵向方向上，也就是说在转向轴的轴向方向上或在纵轴线的方向上构造为可调节的，以便在手动驾驶模式下，在操作状态使所述方向盘与驾驶员位置匹配，以便于在操作位置进行舒适的手动转向干预。在自主驾驶时，在没有进行手动转向干预的自主驾驶模式期间，转向柱优选尽可能长地纵向地被推在一起，并且因此被置于收纳状态，以便将方向盘置于操作位置之外的收纳位置，使得车辆内部空间被释放以用于其他用途。

为了实现收纳，在现有技术中例如从US2017/0369091 A1中已知，壳体单元具有长度可变的伸缩装置，所述伸缩装置具有至少一个引导盒，也称作外套管，也称作内套管的套管沿纵向方向，即沿纵轴线的方向，插入到所述引导盒中。转向轴同样被设计为长度可变可伸缩的，并且具有可旋转地支承在套管中的内轴，该内轴以可在纵向方向上伸缩调节的方式插入中空的外轴中，该外轴相对于引导盒可旋转地支承。为了传递扭矩，在内轴和外轴之间设置有形状配合导向装置，该形状配合导向装置具有旋转配合地相互嵌入的、可沿纵向调节的对应的形状配合元件。

为了设置收纳状态，套管与内轴和附接至内轴的方向盘一起被尽可能远地在行驶方向上向前被推入到引导盒中，即向前移入。为了在自主驾驶模式下将收纳状态的方向盘可靠地固定在车辆内部空间中，US2017/0369091 A1中提供了一种锁定装置。该锁定装置在外轴上和在引导盒中具有对应的形状配合元件，这些形状配合元件在收纳状态沿纵向相互嵌入并且将外轴抗扭地固定在引导盒中。在此，内轴和外轴之间的旋转配合连接同时脱开接合并且旋转配合连接分开，从而使马达式反馈致动器与方向盘解耦。

锁定装置具有同轴地设置在外轴和引导盒之间的、可旋转配合接合的环形元件。其缺点在于，由于同轴布置而需要相对较多的结构空间。此外，例如，振动可能在与转向轴解耦的反馈致动器中激发不期望的噪声。

发明内容

鉴于上述问题，本发明的目的是实现结构紧凑的转向柱。

根据本发明，该目的通过本发明的转向柱来实现。

一种用于机动车辆的转向柱中，包括：能够绕纵轴线旋转地支承在套管中的转向轴，其中，转向轴具有内轴，该内轴以能够在纵向方向上以伸缩方式调节并且扭矩配合的方式容纳在外轴中，并且套管能够在纵向方向上以伸缩方式调节地容纳在引导盒中；以及电动反馈致动器，其用于以旋转的方式驱动转向轴，其中，锁定装置布置在转向轴与引导盒之间，该锁定装置在收合在一起的收纳状态下能够形成有效接合，以便将转向轴抗扭地与引导盒锁定，根据本发明规定，锁定装置具有构造在内轴上的形状配合元件，该形状配合元件能够以旋转配合的方式与构造在引导盒上的对应的配对形状配合元件接合。

在本发明中，锁定装置不是如现有技术那样安装在外轴和引导盒之间，而是有效地安装在内轴和引导盒之间。由此产生的优点是，在外轴的径向外部不要求附加的径向结构空间，并且能够实现比现有技术更小构造的、更紧凑的结构。

在收纳状态中，在根据本发明的布置中，内轴在纵向方向上、即在纵轴线的方向上比在操作状态中更向前进入到引导盒中。根据定义，在此转向轴的在行驶方向上向前指向的前端部指向引导盒。方向盘所附接的后端部相对于引导盒在行驶方向上向后突出。在此意义上，在下文中使用术语"前"和"后"来指转向柱以及在其中相互作用的各个部件的取向。相应地，在收纳状态向前进入到引导盒中的内轴以其前端部位于引导盒的前端部区域中。

在内轴上可以将根据本发明的形状配合元件布置于在外轴的收纳状态下可以从外部触及的内轴的区段中。由此可以使形状配合元件和对应的配对形状配合元件关于外轴的外周在径向方向上向内移位，由此可以与外轴的外径无关地实现锁定装置具有比现有技术更小的直径或横截面。由此可以实现有利的更紧凑的结构形式。

优选地，根据本发明的转向柱适用于线控转向的转向柱。

在一种有利的改进方案中可以规定，引导盒由支撑单元保持。支撑单元可与机动车辆连接。

优选地，外轴具有与内轴的外横截面轮廓相对应的内横截面轮廓，其中，内横截面轮廓和外横截面轮廓扭矩配合地耦合。在一个有利的改进方案中，外横截面轮廓形成形状配合元件或者形状配合元件与外横截面轮廓相对应。由于这种措施，可以简化内轴的制造。

优选地，内轴具有可与方向盘耦合的固定区段。

本发明的一个有利的实施方式在于，内轴支承在套管中并且在纵向方向上轴向地保持在套管中，其中，套管可以作为内护套从构造为外护套的引导盒向后突出。在此，管状的外轴可旋转地支承在引导盒中，并且沿纵向方向固定。因此，为了收纳，由套管和内轴组成的装置(其也可以被称为伺服单元)被向前调节，其中，套管以伸缩的方式进入引导盒中，并且同时内轴进入到外轴中。

本发明的一个有利的实施方案可以规定，形状配合元件设置在内轴的进入到引导盒的前端部上。形状配合元件可以具有在端侧设置的形状配合横截面，该形状配合横截面能够实现关于绕纵轴线的旋转旋转配合的连接，例如在纵轴线的方向上轴向向前指向或突出的非圆形形状配合元件，例如多边形的棱柱销、类似于在花键轴中的纵向齿部或类似物。替代地可以考虑，形状配合元件具有在端侧成型的、敞开的形状配合凹部，例如类似于内多边形的工具套口。轴向地在纵向方向上优选在前端侧布置在内轴处的形状配合元件具有如下优点，即，不需要用于锁定装置的径向的结构空间。

优选地，形状配合元件可以与纵轴线同轴地布置。

优选地，形状配合元件均匀分布地布置在内轴的圆周上。

优选地，形状配合元件和配对形状配合元件彼此具有间隙配合。由于这种设计，可以低磨损地并以很小的力实现接合和脱离接合。

如果形状配合元件设置在内轴前部，则有利的是，配对形状配合元件设置在引导盒的一个前端侧中。例如，引导盒可以在前部、在其车身侧的端部区域中具有端壁，该端壁也可以形成在收纳状态中向前进入的套管的前部轴向端部止挡。转向轴的外轴也可以向前轴向地支撑或支承在端壁上。端壁优选可以具有配对形状配合元件，该配对形状配合元件可以通过在内轴和引导盒之间的轴向相对运动在收纳时沿纵向方向置于形状配合接合中。例如，配对形状配合元件可以在端壁中具有简单的非圆形的形状配合凹部或开口，或者也可以具有轴向地向内轴的端侧突出的形状配合销等，其中，这样实现与内轴的形状配合元件的适配，即，使得能够实现轴向的形状配合接合以用于在内轴和引导盒的端壁之间产生旋转配合的连接。例如，配对形状配合元件可以具有在纵向方向上成型的或贯通的、与内轴的端侧形状配合元件的横截面相对应的凹部或开口。这些配对形状配合元件可以以小的耗费实现并且是稳固的并且运行可靠的。

替代地，配对形状配合元件可以具有反向于相对方向在收纳时朝内轴的端侧突出的非圆形的形状配合销，该非圆形的形状配合销优选可以同轴地布置并且可以旋转配合地嵌入到所述内轴上的构造为端侧的凹部的形状配合元件中。

通过轴向端侧地在前方在内轴和引导盒的前端壁上构造的形状配合元件和配对形状配合元件可以实现特别小的结构空间。

根据一个有利的实施方式可以规定，形状配合元件扭矩配合地、能沿纵向方向调节地与外轴的对应的形状配合引导装置连接。在这种实施方式中，形状配合元件可以具有双重功能，即一方面形成沿纵向方向可调节的与外轴的相应的形状配合引导装置的形状配合接合，以产生与内轴的扭矩配合，另一方面产生内轴与引导盒的根据本发明的形状配合。优点是，对于内轴和外轴的连接总归要存在的唯一的形状配合元件可额外地用于锁定装置。配对形状配合元件例如可以简单地构造为具有与外轴的形状配合引导装置作用相同的内横截面的形状配合开口。由此可以减少制造费用。

可能的是，在收纳状态中内轴与外轴和引导盒扭矩配合地连接。在收纳状态之外，内轴可以仅与外轴旋转配合地耦合，而在收纳状态中，在内轴、外轴和引导盒之间同时产生旋转配合的形状配合。因此，与外轴连接的线控致动器能够被保持，从而有利地防止无意的旋转或不期望的振动，由此能够避免潜在的噪声。

可能的是，外轴在纵向方向上朝配对形状配合元件敞开。这例如可以通过轴向的、在纵向方向上贯通的通道实现。由此，内轴在收纳状态可以如此程度地向前插入到外轴中或者引导穿过外轴，使得在内轴的前端部处的形状配合元件可以轴向地与配对形状配合元件接合。内轴可以从外轴向前突出，或者至少通过外轴的前开口从外部轴向可触及，使得形状配合元件可以如上所述地接合到在引导盒上的对应的配对形状配合元件中，例如接合到在前部封闭引导盒的端壁中的形状配合开口中。替代地，通过外轴的向前敞开的通道，从端壁轴向向内轴凸出的配对形状配合元件，例如形状配合销或类似部件可以接合到内轴中的对应的、端侧的形状配合凹口或凹部中。例如，外轴的形状配合引导装置也可以被设计为在前部敞开，使得当配对形状配合开口在角度取向上与外轴的形状配合引导装置对齐时，能够实现用于将转向轴锁定在收纳状态中的形状配合接合。由此能够实现有利的简单且精确的角度定向，并且能够将制造和安装耗费保持得低。

可以规定，反馈致动器在形状配合元件与配对形状配合元件接合之前使转向轴旋转，使得形状配合元件与配对形状配合元件对齐，从而形状配合元件与配对形状配合元件的接合可以在没有碰撞的情况下进行。

本发明的一个有利的实施方案可以是，反馈致动器设置在引导盒中。反馈致动器优选地具有电动马达，该电动马达可以直接或通过齿轮箱与转向轴联接，以便驱动转向轴相对于引导盒旋转，从而产生反馈扭矩。通过集成到引导盒中可实现紧凑的结构形式。

可能的是，马达的转子相对于转向轴同轴地布置。优选地，在此可以规定，所述反馈致动器同轴地安装在外轴上。外轴可以沿纵向方向保持和支撑在引导盒中，并且马达的定子可以与引导盒连接，优选在引导盒内部。具有转子的外轴与定子同轴地延伸。同轴的布置能够实现结构空间优化。

可以规定，反馈致动器在收纳状态布置在套管中。在收纳状态，套管进入转向轴的外轴与引导盒之间的径向间隙中。反馈致动器的至少一个转子可以附接至外管，优选地同轴地附接至外管，由于转子具有小于套管的敞开的内横截面的外横截面，在收纳时，套管可以将转子轴向地容纳在其中，由此实现特别紧凑的结构。

可以规定，在套管和引导盒之间布置有至少一个马达式调节驱动器。已知的是，通过马达式纵向调节驱动器能够实现用于在纵向方向上调节和用于收纳的纵向调节，该马达式纵向调节驱动器例如可以包括本身已知的马达驱动的心轴驱动器，该心轴驱动器在纵向方向上接合在引导盒和套管上。此外，为了转向柱的纵向调节，可以设置高度调节驱动器，该高度调节驱动器例如安装在支撑单元之间，该支撑单元在竖直方向上可枢转地支承引导盒并且可固定到车身。该高度调节驱动器同样可以包括心轴驱动器。所述一个或多个电动调节驱动器尤其使得在自主驾驶模式下自动收纳转向柱成为可能，并且相应地实现从收纳状态伸出进入到可以进行手动转向干预的操作状态的激活。

由于本发明，方向盘可以在收纳位置通过自动接合的锁定装置固定，并且反之，当转向柱进入操作状态时，实现自动解除锁定以释放转向干预并传递反馈力矩。

另一可能的实施方式可以规定，在套管和引导盒之间布置至少一个可伸缩的中间套管。由此可以实现一种多重伸缩装置，以便能够实现更大的调节行程。

附图说明

下面借助于附图对本发明的有利的实施方式进行详细解释。其

中示出了：

图1示出了根据本发明的转向柱的示意性透视图，

图2示出了根据图1的根据本发明的转向柱在操作状态中的另一透视图，

图3示出了处于收纳状态的根据图2的转向柱，

图4示出了处于操作状态的根据图2的转向柱的纵截面图，

图5示出了处于收纳状态的根据图3的转向柱的纵截面图，

图6示出了图5的根据本发明的锁定装置的放大的细节图。

具体实施方式

在不同的附图中，相同的部件始终具有相同的附图标记，并且因此通常也分别仅命名或提及一次。

图1以相对于未示出的车辆的行驶方向从左上方倾斜向后端部的视角的示意性透视图示出了根据本发明的转向柱1，在此未示出的方向盘在操作区域中保持在该后端部处。图2示出了从相反侧观察前端部的视图，即从右上方向观察的转向柱1。

转向柱1包括支撑单元2，支撑单元具有固定孔形式的固定装置21，用于附接到未示出的车辆车身。

伺服单元3具有套管31，转向轴32围绕纵轴线L可旋转地支承在该套管中。在驾驶员侧的后端部，在转向轴32上构造有固定区段33，在该固定区段上可安装未示出的方向盘。

伺服单元3在纵向方向上、也就是说在纵轴线L的方向上伸缩可调节地容纳在引导盒4中，如双箭头所示。

为了马达式纵向调节而设置调节驱动器5。调节驱动器具有一个带有心轴螺母51的心轴驱动器，螺纹心轴52接合到心轴螺母中。螺纹心轴52的心轴轴线G基本上平行于纵轴线L延伸。

心轴螺母51围绕心轴轴线G可旋转地支承在与引导盒4连接的轴承壳体53中，并且在此轴向地、也就是说沿心轴轴线G的方向支撑在引导盒4上。螺纹心轴52以其自由端部与套管31连接，即，在心轴轴线G的方向上或纵轴线L的方向上固定并且相对于围绕心轴轴线G的旋转是固定的。心轴螺母51能够由伺服马达54旋转地驱动，并且与针对旋转固定的螺纹心轴52一起形成所谓的沉入式心轴驱动器。根据伺服马达54的相对旋转方向，螺纹心轴52可以沿纵向方向平移地相对于心轴螺母51移动，从而相应地与螺纹心轴52连接的伺服单元3可以相对于与心轴螺母51连接的引导盒4沿纵向方向调节，如双箭头所示。

为了调节高度，引导盒4在其前部区域中以绕水平枢转轴线22可枢转的方式支承在支撑单元2上。如在图2中可见，第二调节驱动器6设置为高度调节驱动器。该调节驱动器同样构造为心轴驱动器并且具有接合到心轴螺母61中的螺纹心轴62，螺纹心轴可旋转地支承在支撑在引导盒4上的轴承壳体63中并且能够由伺服马达64选择性地沿两个旋转方向旋转地驱动。在此在心轴轴线G的方向上相对于螺纹心轴线性地移动的心轴螺母61在关于围绕心轴轴线G的旋转方面固定地安装在双臂式的调节杆41的一个端部上的支架中，该调节杆围绕枢转轴承23可旋转地支承在支撑单元2上，并且该调节杆的另一臂铰接在引导盒4上。通过螺纹心轴62的旋转的驱动产生的心轴螺母61的平移移动引起调节杆41的枢转，并且因此引起引导盒4的高度调节。

由图4和图5示出的沿纵轴线L的纵截面图可见，转向轴32具有内轴34，内轴34可旋转地支承在套筒31中，并且沿纵向方向可伸缩地接合在管状外轴35中。内轴34具有形状配合元件36，形状配合元件具有非圆形的，例如星形或多边形的外横截面，其以旋转配合方式沿纵向方向可移动地插入外轴35的沿纵向方向贯通的轴向通道的相应成形的内横截面中。外轴35在纵向方向上固定地、可旋转地支承在引导盒4中。

与外轴35同轴地布置有反馈致动器7，该反馈致动器具有未单独详细示出的电动马达，该电动马达具有固定地连接至引导盒4的定子和与外轴35连接的转子。

在前端部上，引导盒具有端壁42。在端壁42中与纵轴线L同轴地设置有形状配合开口8。该形状配合开口具有非圆形的内横截面，该内横截面如所示出的那样可以构造成具有倒圆的侧壁的十字形，或者也可以构造成多边形，并且可以构造成与外轴35的内横截面类似或相同的。在此，形状配合开口8构成相对于本发明意义上的形状配合元件36的配对形状配合元件81，内轴34可以以其非圆形的外横截面轴向运动到该配对形状配合元件中并且旋转配合地固定在该配对形状配合元件中。

图2和图4示出了处于操作状态的转向柱1，在该操作状态，伺服单元3以套管31以伸缩的方式从引导盒4调整出来，即伸出。借助于附接到内轴34的固定区段33的未示出的方向盘，手动转向命令可以被引入到转向轴32中，并且反馈致动器7可以通过外轴35将反馈力矩引入到转向轴32中。

为了收纳，伺服单元3能够借助于调节驱动器5以马达的方式从操作状态开始以伸缩的方式运动到引导盒4中，即如在图4中用箭头表明的那样向左移入，直至到达在图3和图5中示出的收纳状态，所述收纳状态对应于最大程度收合的位置。

在图6的放大图中可见，套管31如何在收纳状态进入引导盒4中直到轴向地抵靠端壁42。由于反馈致动器的外径小于套管31的内径，因此反馈致动器7在此容纳在套管31内。在此，内轴34以形状配合元件36向前、在图5中向左从外轴35的贯通开口中伸出，并且扭矩配合地插入端壁42中的、形成配对形状配合元件的形状配合开口8中。由此，内轴34关于绕纵轴线L的旋转抗扭地固定在引导盒4处，其中，这不必意味着，该扭矩配合是无间隙的。该扭矩配合可能有间隙或者无间隙。由此，外轴35和反馈执行器7同样抗扭地相对于引导盒4固定并且确保防止不期望的运动。

附图标记说明

1转向柱

2支撑单元

21固定装置

3伺服单元

31套管

32转向轴

33固定区段

34内轴

35外轴

36形状配合元件

4引导盒

41调节杆

42端壁

421引导盒的前端侧

5，6调节驱动器

51，61心轴螺母

52，62螺纹心轴

53，63轴承壳体

54，64伺服马达

7反馈致动器

8形状配合开口

L纵轴线

Claims (11)

1.一种用于机动车辆的转向柱(1)，包括转向轴(32)，该转向轴能够绕纵轴线(L)旋转地支承在套管(31)中，其中，所述转向轴(32)具有能够在纵向方向上以伸缩方式调节地以扭矩配合的方式容纳在外轴(35)中的内轴(34)，并且所述套管(31)能够在纵向方向上以伸缩方式调节地容纳在引导盒(4)中，并且具有电动的反馈致动器(7)用于旋转地驱动所述转向轴(32)，其中，锁定装置设置在所述转向轴(32)与所述引导盒(4)之间，该锁定装置在收合在一起的收纳状态下能够形成有效接合，以便将转向轴(32)抗扭地与引导盒(4)锁定，

其特征在于，

所述锁定装置具有构造在所述内轴(34)上的形状配合元件(36)，该形状配合元件能够与构造在所述引导盒(4)上的对应的配对形状配合元件(81)旋转配合地接合。

2.根据权利要求1所述的转向柱，其特征在于，所述内轴(34)上的形状配合元件(36)布置在所述内轴(34)的插入到所述引导盒(4)中的前端部上。

3.根据前述权利要求1-2中任一项所述的转向柱，其特征在于，所述配对形状配合元件(81)布置在所述引导盒(4)的前端侧(421)中。

4.根据前述权利要求1-2中任一项所述的转向柱，其特征在于，所述内轴(34)上的形状配合元件(36)扭矩配合地、能够沿纵向方向调节地与所述外轴(35)的对应的形状配合引导装置连接。

5.根据前述权利要求1-2中任一项所述的转向柱，其特征在于，所述外轴(35)在纵向方向上朝所述配对形状配合元件(81)敞开。

6.根据前述权利要求1-2中任一项所述的转向柱，其特征在于，在所述收纳状态中，所述内轴(34)扭矩配合地与所述外轴(35)和所述引导盒(4)连接。

7.根据前述权利要求1-2中任一项所述的转向柱，其特征在于，所述反馈致动器(7)布置在所述引导盒(4)中。

8.根据前述权利要求1-2中任一项所述的转向柱，其特征在于，所述反馈致动器(7)同轴地安装在所述外轴(35)上。

9.根据前述权利要求1-2中任一项所述的转向柱，其特征在于，在所述收纳状态中，所述反馈致动器(7)布置在所述套管(31)中。

10.根据前述权利要求1-2中任一项所述的转向柱，其特征在于，在所述套管(31)与所述引导盒(4)之间布置有至少一个马达式的调节驱动器(5)。

11.根据前述权利要求1-2中任一项所述的转向柱，其特征在于，在所述套管(31)与所述引导盒(4)之间布置有至少一个能够伸缩的中间套管。