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CN111806549A - 用于车辆的转向柱组件 - Google Patents

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CN111806549A
CN111806549A CN202010285422.3A CN202010285422A CN111806549A CN 111806549 A CN111806549 A CN 111806549A CN 202010285422 A CN202010285422 A CN 202010285422A CN 111806549 A CN111806549 A CN 111806549A
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steering column
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rod
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R·威尔森-琼斯
M·A·威尔克斯
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ZF Automotive UK Ltd
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Abstract

一种用于车辆的转向柱组件，所述转向柱组件包括：壳体；轴，所述轴相对于所述壳体可旋转安装、并且被配置成在一个端部处附接方向盘；长形杆，所述长形杆被配置成与所述可旋转地安装的轴一起旋转、并且包括丝杠‑螺纹部分；螺母构件，所述螺母构件以螺纹方式安装在所述长形杆的丝杠‑螺纹部分上；用于所述螺母构件的长形引导件，所述长形引导件限制所述螺母构件相对于所述壳体的旋转，由此所述长形杆的旋转引起所述螺母构件沿所述杆的轴向移位；以及端部止挡件，所述端部止挡件被定位成与所述螺母构相接合，以限定所述螺母构件在两个方向上的沿所述长形杆的最大轴向移位；其中，在所述长形引导件与所述螺母构件之间设置有间隙。

Description

用于车辆的转向柱组件
技术领域
本发明涉及转向柱组件，并且尤其但非排他性地涉及与线控转向手轮致动器一起使用的转向柱组件。
背景技术
在线控转向装置中，手轮(方向盘)连接至轴的一个端部，对该轴的角移位进行测量以产生用于控制车辆的转向车轮的取向的信号。这种装置通常还设置有电动马达，该电动马达连接至轴，以沿与方向盘处施加的转矩相反的方向施加转矩，以便为驾驶员提供路感。
在线控转向装置中，重要的是限制方向盘和该方向盘所连接至的轴的旋转，以确保方向盘在两个方向上的最大旋转与转向车轮在两个方向上的最大枢转相对应。如果不限制方向盘的旋转，当转向车轮枢转至它们的最大枢转角时方向盘仍可能旋转，会使得方向盘的旋转位置不再与转向车轮的位置相对应。
限制方向盘(并且尤其是方向盘连接至其上的轴)的旋转的一种方法是设置与方向盘一起旋转的丝杠-螺纹杆。螺母以螺纹方式安装在丝杠-螺纹杆上并且被防止进行旋转，由此，方向盘的旋转以及因此的与该方式向盘一起旋转的丝杠-螺纹杆的旋转引起螺母沿丝杠-螺纹杆纵向移位。通过设置端部止挡件，限制了螺母沿丝杠-螺纹杆的纵向移位，并且因此限制了方向盘在两个方向上的最大旋转。
然而，重要的是确保驾驶员的转向感觉不受转向传动系内的任何摩擦或惯性损害。特别地，重要的是确保螺母沿丝杠-螺纹杆的纵向移位不受阻碍，因为这将会被驾驶员感觉到，并且在极端条件下螺母可能卡住或锁定在位，这可能妨碍驾驶员使车辆转向。
发明内容
本发明的目的是克服或减轻此类已知转向柱组件的问题。
根据本发明的第一方面，用于车辆的转向柱组件，包括：
壳体；
轴，所述轴相对于所述壳体可旋转安装、并且被配置成在一个端部处附接方向盘；
长形杆，所述长形杆被配置成与所述可旋转地安装的轴一起旋转、并且包括丝杠-螺纹部分；
螺母构件，所述螺母构件以螺纹方式安装在所述长形杆的丝杠-螺纹部分上；
用于所述螺母构件的长形引导件，所述长形引导件限制所述螺母构件相对于所述壳体的旋转，由此所述长形杆的旋转引起所述螺母构件沿所述杆的轴向移位；以及
端部止挡件，所述端部止挡件被定位成与所述螺母构件相接合，以限定所述螺母构件在两个方向上的沿所述长形杆的最大轴向移位；
其中，在所述长形引导件与所述螺母构件之间设置有间隙。
通过在长形引导件与螺母构件之间设置间隙，容忍了丝杠-螺纹杆的未对准。尤其，确保了丝杠-螺纹杆中的任何跳动将不会使得螺母构件在长形引导件上受阻碍，这是因为任何阻碍能够被驾驶员感觉到、并且可能引起螺母构件卡住或以其他方式锁定在位。
在一个实施例中，所述长形引导件包括接纳所述螺母构件的通道。
优选地，通过使通道相对于螺母构件尺寸偏大来实现通道与螺母构件之间的间隙。
这允许螺母构件与丝杠-螺纹杆一起轻微旋转，直到螺母构件与引导件通道相接合，在此之后丝杠-螺纹杆的进一步旋转引起螺母构件沿引导件通道的纵向移位。
优选地，所述螺母构件的截面是非圆形的。
优选地，所述通道与所述螺母构件形状互补，其中，在所述通道与所述螺母构件之间具有间隙。
在一个实施例中所述螺母构件包括多个面。
所述螺母构件的面中的一个或多个面可以是凹入的。
通过在螺母构件的面中的一个或多个面上设置凹部，在螺母构件上有效形成若干凸角，这些凸角可与引导件通道相接合。
优选地，所述长形引导件位于所述壳体中。
优选地，所述长形杆和所述可旋转地安装的轴同轴。
所述转向柱组件优选地进一步包括传感器，所述传感器被配置成响应于所述可旋转地安装的轴的旋转产生电信号。
该转向柱组件优选地进一步包括马达，所述马达被配置成沿与外部施加的转矩相反方向向可旋转地安装的轴施加转矩。
所述螺母构件优选地由非金属材料、例如塑料材料形成。
所述螺母构件可以由比所述丝杠-螺纹杆密度小的材料形成。
通过具有低质量的螺母构件，螺母从一个方向到另一方向过渡的惯性小、并且将不会被驾驶员感觉为任何形式的扰动。
根据本发明的第二方面，用于车辆的转向柱组件，包括：
壳体；
轴，所述轴相对于所述壳体可旋转安装、并且被配置成在一个端部处附接方向盘；
传感器，所述传感器被配置成响应于所述可旋转地安装的轴的旋转产生电信号；
马达，所述马达被配置成沿与外部施加的转矩相反方向向可旋转地安装的轴施加转矩；
长形杆，所述长形杆与所述可旋转地安装的轴同轴地布置、并且被配置成与所述可旋转地安装的轴一起旋转、并且包括外丝杠-螺纹部分；
螺母构件，所述螺母构件以螺纹方式安装在所述长形杆的丝杠-螺纹部分上，所述螺母构件的截面是非圆形的；
长形引导件通道，所述螺母构件位于所述长形引导件通道中，所述长形引导件通道限制所述螺母构件相对于所述壳体的旋转，由此，所述长形杆的旋转引起所述螺母构件沿所述杆的轴向移位，其中，所述引导件通道与所述长形杆同轴、并且与所述螺母构件形状互补，其中，在所述通道与所述螺母构件之间具有间隙；以及
端部止挡件，所述端部止挡件被定位成与所述螺母构件相接合，以限定所述螺母构件在两个方向上的沿所述长形杆的最大轴向移位。
优选地，所述螺母构件包括多个面。
优选地，所述螺母构件的面中的一个或多个面是凹入的。
所述螺母构件优选地由非金属材料、例如塑料材料形成。
所述螺母构件可以由比所述丝杠-螺纹杆密度小的材料形成。
本发明还包括一种车辆，该车辆包括根据本发明的转向柱组件。
附图说明
现在将仅通过举例的方式、参考附图来描述本发明的说明性实施例，在附图中：
图1是根据本发明的线控转向手轮致动器的实施例的透视图；
图2是沿箭头II-II方向观看的图1的致动器的横向截面；
图3是沿图2的箭头III-III方向观看的图1的致动器的纵向截面；
图4是沿图2的箭头IV-IV观看的图1的致动器的纵向截面；并且
图5是形成图1的致动器的一部分的放大比例的螺母和导螺杆的透视图。
具体实施方式
线控转向手轮致动器10包括长形金属转向柱壳体12和紧固至转向柱壳体12的一个端部的致动器组件14。转向轴16同轴地穿过长形金属壳体12，并且在使用中，方向盘(未示出)连接至转向轴16的外端部18。转向轴16可旋转地支撑在壳体12内的轴承(未示出)上。
转向轴16的内端部22连接至常规的转矩/角度传感器24，该转矩/角度传感器根据方向盘和转向轴16的旋转位置产生电信号。电信号以已知方式用于在线控转向控制装置中控制车辆的转向车轮的角位置。
转向轴16的内端部22还藉由管形轴26连接至毂32的内部花键孔28，转向轴带轮34连接至该毂。
毂32可旋转安装在壳体14内。花键孔28的相反端部被扩大并且接纳导螺杆36的一个端部，该导螺杆与转向轴16同轴地对准、并且在其相反两端处藉由轴承38、40可旋转地安装在致动器组件14的致动器壳体43内。
电动马达42也安装在致动器壳体43内、并且被配置成驱动输出轴44，该输出轴被布置成与导螺杆36平行，并且输出小轮46连接至该输出轴的一个突出的端部。传动带48围绕输出小轮46并且围绕转向轴带轮32给送，并且马达42被致动以施加转矩，以便为转向轴16提供反馈，从而使驾驶员产生路感。所施加的转矩由驾驶员感觉为触觉反馈或控制方向盘的角度。
导螺杆36由金属(例如，钢)制成的，并且其大部分长度带有螺纹，如以50示出的。像电动马达42一样，塑料导螺杆螺母52布置在致动器壳体43内(见图2和图4)。塑料导螺杆螺母52容易地接纳在导螺杆36的带螺纹部分50上。相应地，如图2和图3中示出的，导螺杆36的带螺纹部分50同样布置在致动器壳体43内。致动器壳体43限定用于容纳电动马达42的腔室51以及腔体53(邻近腔室51)。腔体53被配置成容纳导螺杆36的带螺纹部分50以及导螺杆螺母52。致动器壳体43的分隔壁部分45布置在腔室51与腔体53之间。如图2中示出的，腔体53、分隔壁部分45、以及腔室51可以彼此成一体，以便形成致动器壳体43。参考图2，腔体53可以包括从分隔壁部分45延伸的第一壁部分47和第二壁部分49。第一盖体55可以在组装过程期间附接至致动器壳体43的第一壁部分47和第二壁部分49，以便包封致动器壳体43内的塑料导螺杆52。同样地，如图1中示出的，可以单独设置第二盖体57，以在组装过程期间容易地包封致动器壳体43内的电动马达42。相对于传统的布置，致动器组件14的前述布置(电动马达42、导螺杆36、以及导螺杆螺母52相对于致动器壳体43的布置)需要最小的车辆封装空间。
如图2最佳可见，螺母52的截面通常是方形的，但是其四个面轻微凹入，使得螺母的四个拐角形成凸角54。如图2至图4中示出的，螺母52被约束为在腔体53内移动，该腔体以图2和图3中的长形通道56的形式设置。如图2和图3中示出的，长形通道56由致动器壳体43的分隔壁部分45以及第一壁部分47和第二壁部分49限定。如所示出的，长形通道56可以通常是方形形状的，以至少部分地约束螺母52。然而，螺母52并非紧密配合在通道56内。替代地，通道56相对于螺母52尺寸偏大(或者螺母52相对于通道56尺寸偏小)，使得在螺母52与通道56之间存在间隙，使得螺母52松配合在通道56中。
随着导螺杆36藉由转向轴16而旋转，在螺母56与通道56的壁相接合之前该螺母可以轻微旋转几度。当螺母52与通道56的壁相接合时，该螺母被防止进行进一步旋转，并且导螺杆36的进一步旋转引起螺母50沿导螺杆纵向移位。
由定位在壳体14内的第一端部止挡件60和第二端部止挡件62确定螺母52沿导螺杆56的最大移位。对应的一对橡胶O形环64、64’被定位在每个端部止挡件60、62后方，以便提供阻尼效果，以便缓冲螺母52与端部止挡件60、62之间的接触。此外，端部止挡件60、62包括推力轴承38、40，这些推力轴承防止螺母52在到达沿导螺杆56的行程的终点时锁定。
通过在通道56与螺母52之间设置间隙，容忍了丝杠-螺纹杆36的任何未对准。特别地，确保了丝杠-螺纹杆36中的任何跳动将不会使得螺母52在通道56的壁上受阻碍，这是因为任何阻碍能够被驾驶员感觉到、并且可能引起螺母52卡住或以其他方式锁定在位。
另外，通过由轻质材料(例如，塑料材料)形成螺母52，驾驶员的转向感觉不受转向传动系内的摩擦或惯性损害。另外，具有低质量的螺母52有助于反向转向的情况，这是因为当从一个方向向另一个方向过渡的惯性小并且将不会被驾驶员感觉为扰动。然而，螺母52可以由一种或多种其他轻质材料形成。例如，该螺母可以由以下一种或多种轻质材料形成：这些轻质材料的密度比以螺纹方式安装的丝杠-螺纹杆36的密度更小。
本发明不受限于前述实施例的细节。

Claims (19)

1.一种用于车辆的转向柱组件，所述转向柱组件包括：
壳体；
轴，所述轴相对于所述壳体可旋转安装、并且被配置成在一个端部处附接方向盘；
长形杆，所述长形杆被配置成与所述可旋转地安装的轴一起旋转、并且包括丝杠-螺纹部分；
螺母构件，所述螺母构件以螺纹方式安装在所述长形杆的丝杠-螺纹部分上；
用于所述螺母构件的长形引导件，所述长形引导件限制所述螺母构件相对于所述壳体的旋转，由此所述长形杆的旋转引起所述螺母构件沿所述杆的轴向移位；以及
端部止挡件，所述端部止挡件被定位成与所述螺母构件相接合，以限定所述螺母构件在两个方向上的沿所述长形杆的最大轴向移位；
其中，在所述长形引导件与所述螺母构件之间设置有间隙。
2.如权利要求1所述的转向柱组件，其中，所述长形引导件包括接纳所述螺母构件的通道。
3.如权利要求2所述的转向柱组件，其中，所述通道相对于所述螺母构件尺寸偏大。
4.如权利要求2或权利要求3所述的转向柱组件，其中，所述螺母构件的截面是非圆形的。
5.如权利要求4所述的转向柱组件，其中，所述通道与所述螺母构件形状互补，其中，在所述通道与所述螺母构件之间具有间隙。
6.如权利要求4或权利要求5所述的转向柱组件，其中，所述螺母构件包括多个面。
7.如权利要求6所述的转向柱组件，其中，所述螺母构件的面中的一个或多个面是凹入的。
8.如前述权利要求中任一项所述的转向柱组件，其中，所述长形引导件位于所述壳体中。
9.如前述权利要求中任一项所述的转向柱组件，其中，所述螺母构件由非金属材料形成。
10.如前述权利要求中任一项所述的转向柱组件，其中，所述构件由比所述丝杠-螺纹杆密度小的材料形成。
11.如前述权利要求中任一项所述的转向柱组件，其中，所述长形杆与所述可旋转地安装的轴同轴。
12.如前述权利要求中任一项所述的转向柱组件，进一步包括：传感器，所述传感器被配置成响应于所述可旋转地安装的轴的旋转产生电信号。
13.如权利要求12所述的转向柱组件，进一步包括马达，所述马达被配置成将转矩施加至所述可旋转地安装的轴，以便为所述驾驶员提供触觉反馈，或控制所述方向盘的角度。
14.一种用于车辆的转向柱组件，所述转向柱组件包括：
壳体；
轴，所述轴相对于所述壳体可旋转安装、并且被配置成在一个端部处附接方向盘；
传感器，所述传感器被配置成响应于所述可旋转地安装的轴的旋转产生电信号；
马达，所述马达被配置成将转矩施加至所述可旋转地安装的轴，以便为所述驾驶员提供触觉反馈，或控制所述方向盘的角度；
长形杆，所述长形杆与所述可旋转地安装的轴同轴地布置、并且被配置成与所述可旋转地安装的轴一起旋转、并且包括外丝杠-螺纹部分；
螺母构件，所述螺母构件以螺纹方式安装在所述长形杆的丝杠-螺纹部分上，所述螺母构件的截面是非圆形的；
致动器壳体，所述致动器壳体限定腔室和腔体，所述腔室容纳所述马达，所述腔体呈长形引导件通道的形式，所述螺母构件位于所述长形引导件通道中，所述长形引导件通道限制所述螺母构件相对于所述壳体的旋转，由此，所述长形杆的旋转引起所述螺母构件沿所述杆的轴向移位，其中，所述引导件通道与所述长形杆同轴、并且与所述螺母构件形状互补，其中，在所述通道与所述螺母构件之间具有间隙；以及
端部止挡件，所述端部止挡件被定位成与所述螺母构件相接合，以限定所述螺母构件在两个方向上的沿所述长形杆的最大轴向移位。
15.如权利要求14所述的转向柱组件，其中，所述螺母构件包括多个面。
16.如权利要求15所述的转向柱组件，其中，所述螺母构件的面中的一个或多个面是凹入的。
17.如权利要求14至16中任一项所述的转向柱组件，其中，所述螺母构件由非金属材料形成。
18.如权利要求14至17中任一项所述的转向柱组件，其中，所述构件由比所述丝杠-螺纹杆密度小的材料形成。
19.一种车辆，所述车辆包括如前述权利要求中任一项所述的转向柱组件。
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