CN110709309B - 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(2)，该转向柱包括转向轴(4)，该转向轴安装成用于绕纵向轴线(17)在转向柱壳体(6)中旋转，并且该转向柱包括旋转限制器(22)。所述转向柱关于旋转限制器的简单设计并且关于平稳且低噪音的操作得到了改进，原因在于旋转限制器(22)具有有效地设置在联接部件(23)与转向柱壳体(6)之间的两个相反地取向的扁平螺旋弹簧(24、25)，该联接部件设置在转向轴(4)上以进行联合旋转。

Description

用于机动车辆的转向柱

技术领域

本发明涉及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，该转向轴以能够绕纵向轴线旋转的方式安装在转向柱壳体中。

背景技术

这种类型的***尤其被用在线控转向式转向***中。

线控转向式转向柱的特征在于，方向盘与可转向轮之间不存在机械连接。为了限制转向旋转，并且在方向盘与可转向轮之间也没有机械连接的情况下，需要在旋转方向上设置对方向盘的旋转进行限制的止挡件。在此通常需要方向盘旋转多于一圈，以便从停止转向至停止。

DE 103 12 516 A1公开了一种具有旋转限制的转向柱，其中，两个盘分别设置有一个螺旋轨道，并且在螺旋轨道之间布置有球体。在转向轴旋转时，球体在螺旋轨道中移动。该已知的解决方案具有高公差敏感性的缺点，因为公差导致球体在螺旋轨道中颤动且会被卡住。

发明内容

本发明的目的是限定一种具有旋转限制机构的转向柱，该旋转限制机构确保可靠的操作并且具有低的颤动趋势。

在根据本发明的转向柱中，旋转限制器包括操作性地设置在联接部件与转向柱壳体之间的两个相反地取向的扁平螺旋弹簧，该联接部件以旋转固定的方式设置在转向轴上。换句话说，旋转限制器具有第一扁平螺旋弹簧和与第一扁平螺旋弹簧相反地取向的第二扁平螺旋弹簧，其中，第一扁平螺旋弹簧操作性地设置在以旋转固定的方式设置在转向轴上的联接部件与转向柱之间，并且第二扁平螺旋弹簧操作性地设置在以旋转固定的方式设置在转向轴上的联接部件与转向柱壳体之间。如果驾驶员使转向轴转动，则联接部件沿相同的方向转动，这将所述两个扁平螺旋弹簧中的一个扁平螺旋弹簧卷绕直到该扁平螺旋弹簧的绕卷彼此牢固地上下叠置并且该扁平螺旋弹簧变成密实地压缩为止。于是，通过牵引(traction)实现了扁平螺旋弹簧沿相同旋转方向的进一步加载，从而防止了转向轴的进一步旋转。因此，最大转向角度被限制。旋转限制器以完全相同的方式在相反的旋转方向上起作用，不同之处在于，现在是另一个扁平螺旋弹簧被卷绕直到该扁平螺旋弹簧变成密实地压缩为止，并且防止了在相反的旋转方向上的进一步旋转。

在本发明的有利的实施方式中，所提出的是，联接部件包括外筒形联接部分，该联接部分与转向轴同轴，并且所述两个相反地取向的扁平螺旋弹簧沿轴向方向并排设置在该联接部分上，并且扁平螺旋弹簧的内端部分别紧固至该联接部分。联接部分的外筒形表面适合于扁平螺旋弹簧的圆形形状和直径。在此，筒形的联接部分的圆周确定了与转向轴的旋转角度相关的被相应的扁平螺旋弹簧的紧固至联接部分的内端部覆盖的距离，并且相应的停止处的反扭矩被最大程度地提供给扁平螺旋弹簧并使旋转停止。

在本发明的有利且简单的实施方式中，联接部分设置有槽形的开孔，扁平螺旋弹簧的弯折的内端部分别接合在该槽形的开孔中。通过这些简单的措施，可以确保扁平螺旋弹簧牢固地紧固在联接部分上，该紧固还能够施加旋转限制所需的反扭矩。

在另一有利的实施方式中，联接部件包括套筒形的内轴部分，该套筒形的内轴部分可以轴向滑动到转向轴上，并且该套筒形的内轴部分在其面向转向轴的内侧部上包括与转向轴的外部轮廓互补的轮廓。为了将联接部件以扭矩锁定的方式连接至转向轴并施加限制旋转运动所需的反扭矩，转向轴可以设置有非旋转对称的外部轮廓，联接部件的内轴部分的互补的内部轮廓适合于该非旋转对称的外部轮廓。替代性地或附加地，转向轴与联接部件之间的非形状配合连接或物质与物质连接也是可想到的且可行的。

有利地，旋转限制器设置在转向柱的面向车辆前方的端部区域中。在此，旋转限制器是易于接近的，并且可以以特别简单的方式进行安装和维护。

在本发明的另一有利的实施方式中，所提出的是，扁平螺旋弹簧的外端部借助于螺钉紧固至盖部件，该盖部件本身固定地连接至转向柱的设置在端部区域中的安装法兰。因此，带有所述两个扁平螺旋弹簧的联接部件可以被预安装在盖部件中，其中，所述两个扁平螺旋弹簧首先被设置在联接部件上并且然后借助于螺钉被旋拧至盖部件。由此预安装的旋转限制器于是可以以简单的方式整体附接至转向柱，其中联接部件的轴部分在转向轴上滑动并且盖部件被连接至转向柱的安装法兰。

在优选的实施方式中，扁平螺旋弹簧的长度尺寸设计成使得：扁平螺旋弹簧分别允许向右和向左的在360°与720°之间的范围内的方向盘转动角度。这意味着从转向轴的中央位置、即直行位置开始的方向盘转动角度被一个扁平螺旋弹簧的长度允许在向左360°与720°之间的范围内，并且被另一个扁平螺旋弹簧的长度允许在向右360°与720°之间的范围内。

在本发明的特别优选的实施方式中，扁平螺旋弹簧的长度尺寸设计成使得：扁平螺旋弹簧分别允许向右和向左的540°的方向盘转动角度。该方向盘转动角度对应于传统的直接机械作用的转向柱。

优选地，扁平螺旋弹簧至少在一些部段中具有线性弹簧特性。结果是，可以提供改善的转向感。

优选地，扁平螺旋弹簧具有相同的弹簧特性。由此可以实现的是，一个方向上的转向转动角度具有与同该一个方向相反的方向上的转向转动角度相同的力曲线/扭矩曲线。因此，当扁平螺旋弹簧中的一个扁平螺旋弹簧被卷绕而另一个扁平螺旋弹簧被退卷时，第一扁平螺旋弹簧与第二扁平螺旋弹簧之间可以进行补偿，使得在转向期间感觉到相等的阻力，或者换言之，转向扭矩是恒定的。为了改善扁平螺旋弹簧在卷绕和退卷过程中的性能，本领域技术人员可以采用从用于留声机(机械驱动的声音载体再现装置)的可转动单元已知的措施。

附图说明

下面参照附图更详细地说明本发明的说明性实施方式。附图详细示出了：

图1：线控转向式转向***的基本图；

图2：具有旋转限制器的根据本发明的转向柱的立体图；

图3：图2的转向柱在从相反方向观察时的立体图；

图4：图3的放大细节，其中，盖部件被移除；

图5：旋转限制器的分解图；

图6：图5的放大细节；

图7：从一个不同的观察角度观察到的旋转限制器的立体图。

具体实施方式

图1示出了用于机动车辆的线控转向式转向***1，该线控转向式转向***1具有转向柱2和转向致动器3。转向柱2包括转向轴4，该转向轴4在一个端部处支撑方向盘5，并且该转向轴4大部分设置在转向柱壳体6中，在该转向柱壳体6中容纳有用于电启用电动转向致动器3的轴编码器(未示出)。另外，在转向柱壳体6中容纳有所谓的手动扭矩致动器61，该手动扭矩致动器61以施加至转向轴4的扭矩的形式向驾驶员反馈驾驶情况。转向柱2经由连接线缆7连接至转向致动器3。转向致动器3包括转向致动器壳体8，该转向致动器壳体8具有转向马达9，该转向马达9驱动小齿轮10，该小齿轮10本身与作用在两个拉杆12上的齿条11接合，车轮13可以通过这两个拉杆12进行枢转。在转向致动器壳体8中容纳有扭矩传感器，该扭矩传感器测量车轮13的枢转所需的扭矩并将该扭矩作为对驾驶员的反馈传递至转向柱2。转向致动器3也可以替代性地构造为其中车轮13可以独立于彼此枢转的所谓的单轮转向***。

图2示出了转向柱2的具有转向柱壳体6的相当大的一部分，转向轴4以可旋转的方式安装在该转向柱壳体6中。转向柱壳体6以可枢转的方式保持在支承单元14上，其中，支承单元14是能够连接至车辆的。转向柱2包括内壳部件15，转向轴4以可旋转的方式安装在该内壳部件15中，其中，内壳部件15容置在外壳部件16中并且可以相对于外壳部件16沿纵向轴线的方向移位，该纵向轴线的方向也被成为轴向方向17。为了将内壳部件15相对于外壳部件16固定，设置有夹紧装置18，该夹紧装置18将设置有槽19的外壳部件16夹紧在一起，使得内壳部件15在外壳部件16中夹紧就位。为了夹紧装置18的拧紧和松开，设置有操作杆20。在该说明性实施方式中，转向柱壳体6包括外壳部件16和内壳部件15。然而，例如如果实现的是不可调节的转向柱或仅高度可调节的转向柱，可以提出的是，转向柱壳体6仅由单个壳部件形成。转向柱壳体6由以下事实限定：转向柱壳体6直接或间接地支撑或以可旋转的方式支承转向轴。

转向柱壳体6具有背向方向盘5的端部部分21，在该端部部分21中容纳有根据本发明的旋转限制器22。

旋转限制器22包括联接部件23，在该联接部件23上沿轴向方向17并排设置有两个相反地取向的扁平螺旋弹簧(flat spiral spring)24、25。联接部件23具有筒形的联接部分26，该筒形的联接部分26径向地设置在转向轴4的外部并且与转向轴4同轴，并且相反地取向的扁平螺旋弹簧24、25沿轴向方向17滑动到该筒形的联接部分26上。联接部分26设置有沿轴向方向17定向的槽形开孔27。扁平螺旋弹簧24、25分别具有弯折的内端部28、29。内端部28、29接合在开孔27中，并且将相应的扁平螺旋弹簧24、25在其各自的旋转方向30、31上锁定。在图5中，旋转方向30涉及扁平螺旋弹簧24的内端部28的旋转。旋转方向31涉及扁平螺旋弹簧25的内端部29的旋转。

联接部件23还具有套筒形的轴部分32，该套筒形的轴部分32在其面向转向轴4的内侧部上包括轮廓34，该轮廓34构造成与转向轴4的外侧部的轮廓33互补。结果是，一旦轴部分32已经沿轴向方向17滑动到转向轴4上，轴部分32就以扭矩锁定的方式联接至转向轴4。因此，扭矩可以在转向轴4与轴部分32之间传递。

旋转限制器22还包括盖部件35，该盖部件35借助于三个壳体螺钉36紧固至安装法兰37。安装法兰37设置在转向柱2或转向柱壳体6的面向车辆前方的端部部分21中。

盖部件35设置有两个螺钉孔38，这两个螺钉孔38设置用于两个紧固螺钉39的通过。紧固螺钉39用于将两个扁平螺旋弹簧24、25的外端部40、41紧固至盖部件35。为此，外端部40、41分别设置有螺钉孔42。以这种方式，扁平螺旋弹簧24、25的外端部40、41固定地连接至盖部件35，并且继而经由壳体螺钉36固定地连接至转向柱壳体6的安装法兰37。因此，当转向轴与扁平螺旋弹簧24、25的内端部28、29一起旋转时，扁平螺旋弹簧24、25的外端部40、41保持固定。第一扁平螺旋弹簧24的外端部40穿过盖35中的开口381向外延伸。以与第一扁平螺旋弹簧24相反的方向设置的第二扁平螺旋弹簧25的外端部41穿过盖35中的另一开口381向外延伸。

如果驾驶员使转向轴4沿第一旋转方向30转动，则设置在转向轴4上的联接部件23也旋转。于是，联接部件23带动第一扁平螺旋弹簧24的锚固在开孔27中的内端部28与联接部件23一起旋转，并将第一扁平螺旋弹簧24卷绕到联接部分26上直到可用的弹簧长度用尽为止。现在，扁平螺旋弹簧24的绕卷彼此紧密地上下叠置，使得弹簧变成密实地压缩。由此产生了大于250Nm的高扭矩，该扭矩与第一旋转方向30相反地定向并且阻止或阻挡转向轴4在第一旋转方向30上的进一步旋转。在此，在旋转限制器22通过第一扁平螺旋弹簧24的密实压缩而起作用之前，可以达到约540°的转向转动角度。相反，转向轴4沿与第一旋转方向30相反的第二旋转方向31的旋转致使第二扁平螺旋弹簧25的锚固在联接部分26的开孔27中的内端部29沿第二旋转方向31传送，并且致使扁平螺旋弹簧25卷绕到联接部分26上直到第二扁平螺旋弹簧25的所有绕卷紧密地叠置在一起并且第二扁平螺旋弹簧25变成密实地压缩为止。于是，产生了与第二旋转方向31相反的高扭矩，该扭矩阻止并阻挡转向轴4在第二旋转方向31上的旋转。同样，在该第二旋转方向31上，在旋转限制器22通过第二扁平螺旋弹簧25的密实压缩来限制进一步旋转之前，提供了540°的最大旋转角度。

根据本发明的旋转限制器22的特征在于简单的构造和平稳、安静的运行。

附图标记列表

1 线控转向式转向***

2 转向柱

3 转向致动器

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 拉杆

13 车轮

14 支承单元

15 内壳部件

16 外壳部件

17 轴向方向/纵向轴线

18 夹紧装置

19 槽

20 操作杆

21 端部部分

22 旋转限制器

23 联接部件

24 扁平螺旋弹簧

25 扁平螺旋弹簧

26 联接部分

27 开孔

28 内端部

29 内端部

30 旋转方向

31 旋转方向

32 轴部分

33 轮廓

34 轮廓

35 盖部件

36 壳体螺钉

37 安装法兰

38 螺钉孔

39 紧固螺钉

40 外端部

41 外端部

42 螺钉孔

Claims (7)

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)以能够绕纵向轴线(17)旋转的方式安装在转向柱壳体(6)中，其特征在于，所述旋转限制器(22)包括联接部件(23)以及操作性地设置在所述联接部件(23)与所述转向柱壳体(6)之间的两个相反地取向的扁平螺旋弹簧(24、25)，所述联接部件(23)以旋转固定的方式设置在所述转向轴(4)上；所述联接部件(23)包括外筒形的联接部分(26)，所述联接部分(26)与所述转向轴(4)同轴；所述联接部件(23)还包括套筒形的轴部分(32)，所述套筒形的轴部分(32)能够轴向滑动到所述转向轴(4)上；并且所述两个相反地取向的扁平螺旋弹簧(24、25)沿所述轴向方向(17)并排设置在所述联接部分(26)的外筒形表面上，并且其中，所述扁平螺旋弹簧(24、25)的内端部(28、29)分别紧固至所述联接部分(26)。

2.根据权利要求1所述的转向柱，其特征在于，所述联接部分(26)设置有槽形的开孔(27)，所述扁平螺旋弹簧(24、25)的弯折的内端部(28、29)分别接合在所述槽形的开孔(27)中。

3.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，并且所述套筒形的轴部分(32)在所述套筒形的轴部分(32)的面向所述转向轴(4)的内侧部上包括与所述转向轴(4)的外部轮廓(33)互补的轮廓(34)。

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，所述旋转限制器(22)设置在所述转向柱(2)的面向车辆前方的端部部分(21)中。

5.根据权利要求4所述的转向柱，其特征在于，所述扁平螺旋弹簧(24、25)的外端部(40、41)借助于紧固螺钉(39)紧固至盖部件(35)，所述盖部件(35)本身固定地连接至所述转向柱(2)的设置在所述端部部分(21)中的安装法兰(37)。

6.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，所述扁平螺旋弹簧(24、25)的长度尺寸设计成使得：所述扁平螺旋弹簧(24、25)的长度分别允许向右和向左的在360°与720°之间的范围内的方向盘转动角度。

7.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，所述扁平螺旋弹簧(24、25)至少在一些部段中具有线性弹簧特性。

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