具有可缩回转向柱的动力转向系统的制作方法

本发明涉及一种用于机动车辆的动力转向系统。

更具体地，本发明涉及一种包括可缩回转向柱的动力转向系统，其在事故的情况下通过缩回来提供能量吸收功能。

背景技术：

就安全性而言，并且在车辆正面冲击期间，这种缩回实际上为方向盘的轴向移位提供了一定程度的影响或吸收，从而限制或避免对驾驶员的伤害。方向盘的这种轴向移位发生在一定的反冲行程(recoiltravel)(也称为碰撞冲程)上，该反冲行程对应于支撑方向盘的转向柱的缩回长度。

在常规情况下，这种转向系统包括转向柱，该转向柱集成有：

-上轴和中间轴，它们沿着主轴线同轴，彼此旋转地连接并可相对于彼此轴向平移地移动；以及

-上管和下管，它们沿着主轴线同轴，彼此旋转地连接并可相对于彼此轴向平移地移动，其中，上轴安装成可在上管内部旋转地移动，并且轴向平移地连接至上管。

这种常规的动力转向系统进一步包括辅助模块，该辅助模块集成有减速器壳体，下管固定在减速器壳体上，并且集成有至少部分地容纳在减速器壳体内部的：

-输出轴，其借助于扭杆旋转地连接至中间轴；

-减速器，其包括由辅助马达驱动的蜗杆并且蜗杆啮合在旋转地连接至输出轴的相切轮上；

-角度测量装置，其适于测量输出轴与中间轴之间的扭转角度，所述角度测量装置包括感应传感器和沿着主轴线设置在感应传感器的两侧上的两个目标，所述目标包括完全绕着中间轴固接安装的上目标和完全绕着输出轴固接安装的下目标。

在事故期间，驾驶员胸部撞击承载于上轴的上端部处的方向盘。因此，被驾驶员胸部撞击的方向盘驱动上轴沿着主轴线进行反冲运动。该上轴通过滑动连接而连接至与其固定的中间轴，并且该上轴连接至上管，从而允许其被旋转地引导。同样，在事故期间，上管也将被驱动沿着主轴线进行反冲运动，并且将相对于本身固定的下管滑动。因此，上轴和上管将被牢固地沿着主轴线驱动直到机械止挡件，使得行进至该机械止挡件的冲程构成反冲行程。

常规地，限制上管的冲程的机械止挡件位于下管上，要么在上管在下管内侧的情况下位于下管的内周上，要么在上管在下管外侧或者在下管的内部或外部的情况下位于下管的外周上。

因此，反冲冲程通过转向柱的伸缩运动来确保。通常，沿着主轴线测量的转向系统的初始长度的特征在于，上轴的上端部(以下称为点v1)与输出轴的下端部(以下称为点v2)之间的沿着主轴线的距离。在事故期间，点v1接近点v2，上轴反冲(如上所解释的)，并且点v2固定(输出轴安装成在减速器壳体内平移地固定，并联接至转向齿条)。因此，点v1以对应于反冲冲程的长度接近点v2。在点v1和点v2之间彼此相继的转向柱的不同元件允许或多或少的显著反冲冲程。

从点v2起是具有不可压缩长度的减速器，然后是同样具有不可压缩长度的角度测量装置，然后最终直到点v1是由连接至上轴的中间轴和连接至上管的下管构成的组件，其中，上轴和中间轴可相对于彼此轴向平移地移动，并且同样上管和下管可相对于彼此轴向平移地移动。

因此，仅转向柱的一个部分滑动或伸缩以执行反冲冲程。然而，上轴和中间轴以及同样地上管和下管不会在它们各自的全部长度上滑动，以便确保转向柱的一定刚度。上轴与中间轴之间的重叠长度以及上管与下管之间的重叠长度取决于它们各自的直径，但是通常在40至60毫米的范围内。

技术实现要素：

本发明的目的是增加反冲冲程，以便在导致驾驶员撞击方向盘的事故期间通过增加方向盘的反冲来提高驾驶员的安全性。

本发明的另一目的是提出一种技术解决方案，其在不损害转向系统的功能的情况下增加反冲冲程。

为此，本发明提出了一种用于机动车辆的动力转向系统，其包括转向柱，所述转向柱集成有：

-上轴和中间轴，它们沿着主轴线同轴，彼此旋转地连接并且可相对于彼此轴向平移地移动；以及

-上管和下管，它们沿着主轴线同轴，彼此旋转地连接并且可相对于彼此轴向平移地移动，其中，上轴安装成可在上管内部旋转地移动，并且轴向平移地连接至上管；

该动力转向系统进一步包括辅助模块，该辅助模块集成有减速器壳体，下管固定在该减速器壳体上，并且该辅助模块集成有至少部分地容纳在减速器壳体内部的：

-输出轴，其借助于扭杆旋转地连接至中间轴；

-减速器，其包括由辅助马达驱动的蜗杆，并且蜗杆啮合在旋转地连接至输出轴的相切轮上；

-角度测量装置，其适于测量输出轴与中间轴之间的扭转角度，所述角度测量装置包括感应传感器和沿着主轴线布置在感应传感器的两侧上的两个目标，所述目标包括围绕中间轴固接安装的上目标和围绕输出轴固接安装的下目标；

该动力转向系统的特征在于，相切轮包括围绕输出轴的由塑料材料制成的芯部，并且下目标固接至所述芯部的上侧向面。

实际上，具有感应传感器的角度测量装置实现了由导电材料制成的两个目标(通常由金属材料制成)，所述目标中一个放置在输出轴上，另一个放置在中间轴上，并且所述目标允许感应传感器测量两个目标之间的相对角度，以及由此测量中间轴与输出轴之间的相对角度。通过测量该角度，于是可以根据扭杆的刚度与所测量角度的乘积来计算驾驶员施加在方向盘上的扭矩。在目标与位于两个目标之间的感应传感器之间产生感应电流，允许利用已知原理来测量该角度。

然而，必须将目标与可能干扰每个目标与感应传感器之间感应的电流的任何显著金属块体电隔离。通常，对于金属相切轮，必须在下目标(在相切轮一侧上)与相切轮之间建立最小距离(沿着主轴线)，通常在5至20毫米之间，以防止相切轮干扰下目标与感应传感器之间感应的电流。

本发明通过提出将下目标压制在相切轮的塑料芯部的上侧向面上或者将下目标集成在所述上侧向面上可以在反冲冲程上获得在5与20毫米之间的前述最小距离，注意到，该塑料芯部(必须是非导电的)可以不干扰下目标与感应传感器之间感应的电流。进一步指出的是，相切轮旋转地固接至输出轴，使得下目标随着输出轴转动，并且因此该下目标实现了其标记输出轴的旋转作为角度测量装置的一部分的功能。

下目标通过胶合或者通过焊接(必须不使用金属材料)或者通过夹紧或者通过钉合或者通过包覆模制或者通过螺纹来固接至芯部的上侧向面。

替代地，下目标通过在上侧向面上的金属沉积物而固接至芯部的上侧向面。

形成下目标的这种金属沉积物例如通过对由支撑薄膜承载的金属薄膜进行热冲压或者是通过对芯部的上侧向面进行选择性金属化来产生。

热冲压包括，借助于加热工具在上侧向面上施加由支撑薄膜承载的金属薄膜，所述加热工具包括下目标的浮凸图案，该加热工具用于在放置于上侧向面上的金属薄膜上施加压力。当与加热工具的温度和所施加的压力接触时，金属薄膜转移至上侧向面以形成下目标。这种热冲压的优点在于降低成本且具有高精度。

选择性金属化包括将掩模附着在上侧向面上，并且通常在真空下并且例如通过喷涂或喷射来施加金属沉积物，其轮廓将由掩模限定。

根据一个变型，下目标具有包括在100与300微米之间的厚度。

根据一个变型，下目标由金属材料制成，比如例如，铝、钢、铜、铁或金属合金。

根据一个特征，芯部包括由塑料材料制成的轮缘以及围绕轮缘模制的由塑料材料制成的带齿冠部，并且下目标固接至轮缘和/或冠部。

这种由塑料材料制成的具有轮缘和带齿冠部的芯部的形成例如从文献ep2952321、ep3155296和ep3134246中已知，所述文献都涉及包覆模制方法，包括以第一塑料材料在输出轴上包覆模制花冠形状的轮缘，然后用第二塑料材料涂覆该轮缘，从而在其周边形成冠部，然后成形旨在与减速器的螺杆啮合的齿。

用于芯部的塑料材料例如是用玻璃、碳或芳族聚酰胺纤维或三者的组合增强的聚酰胺、聚对苯二甲酸丁二醇酯或聚丙烯类型的。

在特定实施例中，感应传感器安装在固定的环形支撑件上，该环形支撑件由电绝缘材料制成并且围绕中间轴或输出轴在减速器壳体内部延伸。

这种电绝缘材料例如是塑料材料，比如增强的塑料材料(用玻璃、碳、芳族聚酰胺纤维或这些纤维的组合增强的聚酰胺或聚对苯二甲酸丁二醇酯或聚苯砜或其它技术热塑性塑料或热固性环氧树脂、聚氨酯……)。

根据一个可行方案，环形支撑件具有外环，所述外环围绕感应传感器设置并且安装在减速器壳体上。

因此，环形支撑件由减速器壳体承载，并且该环形支撑件可以利用将感应传感器连接至控制器和电源的连接电缆周围的形状来阻止旋转。

根据另一个可行方案，环形支撑件的外环直接安装在减速器壳体上，或者安装在固接至下管并固定在减速器壳体上的底板上，或者安装在固定于减速器壳体上的固定套筒的板件上，所述固定套筒包括固接至板件的插座，并且下管固定在该插座上。

实际上，该外环可以直接安装在减速器壳体上，位于围绕中间轴或输出轴延伸的支承部中，或者替代地，该外环可以安装在下管的进入前述支承部的底板上(下管的该底板固定在减速器壳体)，或者替代地，该外环可以安装在固定套筒的进入前述支承部的板件上(该下管固定在该固定套筒的插座上)。

根据另一个可行方案，感应传感器包覆模制在环形支撑件内部或组装在环形支撑件上。

在特定实施例中，上管围绕下管安装，或者上管安装在下管内部。

附图说明

本发明的其它特征和优点将在阅读下文的参考附图的非限制性实施示例的详细描述时呈现，附图中：

图1是根据本发明的第一转向系统的轴向截面的示意图，其中，上管围绕下管安装；

图2是根据本发明的第二转向系统的轴向截面的示意图，其中，上管安装在下管内部；

图3是关于图1的第一转向系统的一部分的放大示意图，其以角度测量装置为中心；

图4是图1的第一转向系统或图2的第二转向系统的围绕输出轴和中间轴安装的相切轮和角度测量装置组件的示意图；

图5是相切轮和角度测量装置组件的示意透视分解图，其中，相切轮通过模制在输出轴上而集成。

具体实施方式

参考图1和图2，根据本发明的动力转向系统1包括联接到辅助模块3的转向柱2。

转向柱2是伸缩式的，并且其包括：

-沿着主轴线ap同轴的上轴20和中间轴21，其中上轴20和中间轴21彼此旋转地连接并且可相对于彼此轴向(沿着主轴线ap)平移地移动；以及

-沿着主轴线ap同轴的上管22和下管23，其中，上管22和下管23彼此旋转地连接并且可相对于彼此轴向(沿着主轴线ap)平移地移动，并且其中，上轴20安装成可在上管22内部旋转地移动并轴向平移地连接至上管22。

上管22和上轴20形成转向柱2的上部部分，其中上轴20具有上端部201(形成前述的点v1)，方向盘(未示出)安装在该上端部上。滚动轴承24在上管22的上端部221处设置在上管22与上轴20之间，以引导上轴20在上管22内部的旋转。

下管23和中间轴21形成转向柱2的底部部分，其中，下管23具有固定在辅助模块3上并且更具体地固定在减速器壳体30上的下端部232。

在图1的实施例中，下管23固接于固定套筒5，所述固定套筒包括：

插座50(通常为柱形)，下管23固定在该插座上，下管23装配在该插座50上；以及

板件51，其固接至插座50，该板件51例如通过螺纹固定在减速器壳体30上，该板件51接合在减速器壳体30的围绕中间轴21延伸的上柱形支承部300中，并且该板件51设置有中间轴21穿过的中心孔。

在图2的实施例中，下管23具有其下端部232，该下端部固接至固定在减速器壳体30上的底板233，例如，通过螺纹，该底板233接合在减速器壳体30的围绕中间轴21延伸的上柱形支承部300中，并且该底板233设置有中间轴21穿过的中心孔。

上轴20具有下端部202，该下端部通过沿着主轴线ap的滑动连接而连接至中间轴21(该下端部安装至该中间轴)的上端部211。上管22通过沿着主轴线ap的滑动连接而连接至下管23(上管安装至该下管)，其中：

-如图1的示例，上管22围绕下管23安装(并且在这种情况下，上管22在下管23之外)，

-或者，如图2的示例，上管22安装在下管23的内部(并且在这种情况下，上管22在下管23之内)。

在事故期间，驾驶员胸部撞击方向盘，从而驱动上轴20通过在中间轴21上滑动而沿着主轴线ap进行反冲运动，并且驱动上管22通过在下管23上或在下管中滑动而沿着主轴线ap进行反冲运动；上轴20和上管22被牢固地沿着主轴线ap驱动对应于反冲冲程的最大距离。

辅助模块3包括减速器壳体30，下管23固定在该减速器壳体上，并且该辅助模块3包括至少部分地容纳在减速器壳体30内部的：

-输出轴31(也称为小齿轮)，其借助于扭杆32旋转地连接至中间轴21；

-减速器，其包括由辅助马达(未示出)驱动的蜗杆33，并且该蜗杆啮合在旋转地连接至输出轴31的相切轮34上；

-角度测量装置4，其适于测量输出轴31与中间轴21之间的扭转角度。

输出轴31具有上端部311，其经由扭杆32旋转地连接至中间轴21的下端部212。输出轴31具有下端部312(形成前述的点v2)，并且在该下端部处设置有与转向齿条(未示出)接合的小齿轮313；该转向齿条设置有旨在联接至相应系杆的两个端部，所述系杆本身附接至车轮侧上的分别与机动车辆的右转向轮和左转向轮相关联的球窝接头座。

因此，附加的马达扭矩(或可能的阻力扭矩)可以传递到输出轴31，并因此传递到与转向齿条接合的小齿轮313，该附加扭矩增加了由机动车驾驶员手动施加在连接至转向柱2的方向盘上的扭矩。

输出轴31借助于由减速器壳体30承载的至少一个滚动轴承38围绕主轴线ap可旋转地安装在减速器壳体30内部。

相切轮34包括围绕输出轴31的由塑料材料制成的芯部，然后该相切轮34通过在输出轴31上包覆模制芯部的至少一种塑料材料而集成到输出轴31中。

这种由塑料材料制成的芯部包括：由第一塑料材料制成并且围绕输出轴31并在其上形成花冠的轮缘35；以及在轮缘35的周边上的由第二塑料材料制成的带齿冠部36；其中，该冠部36形成与蜗杆33啮合的相切轮34的芯部的外部部分。

这种由塑料材料制成的芯部可以根据例如文献ep2952321、ep3155296和ep3134246中描述的包覆模制方法制成，本领域技术人员将有用地参考这些文献以获得进一步的细节。

相切轮34的这种由塑料材料制成的芯部具有两个相对的侧向面341、342，并且所述侧向面彼此由形成有齿的外周343连结，这些侧向面341、342包括：

-上侧向面341，其面向上轴20一侧，并且因此还面向角度测量装置4一侧；以及

-下侧向面342，其面向小齿轮313一侧。

角度测量装置4至少整体地容纳在减速器壳体30内部，并且它围绕中间轴21或输出轴31延伸，至少围绕中间轴21的容纳在减速器壳体30内部的下部部分或者围绕输出轴31的上部部分延伸。角度测量装置4插置在相切轮34与下管23之间，并且更精确地插置在相切轮34与下管23的底板233之间，或者插置在相切轮34与固定套筒5的板件51之间。

该角度测量装置4包括感应传感器40和沿着主轴线ap设置在感应传感器40的两侧上的两个目标41、42。这些目标41、42包括：

-上目标41，其围绕中间轴21固接安装，使得该上目标41相对于感应传感器40位于上轴20一侧上；

-下目标42，其围绕输出轴31固接安装，使得该下目标42相对于感应传感器40位于相切轮34和小齿轮313一侧上。

这些目标41、42分别旋转地固接至中间轴21和输出轴31，并且这些目标41、42由导电材料制成，通常由金属材料制成，使得感应传感器40允许测量两个目标41、42之间的相对角度，并因此测量中间轴21与输出轴31之间的相对角度；在目标41、42与感应传感器40之间产生感应电流，以执行角度测量。

感应传感器40因此连接到连接电缆43，以借助于适当的连接器44将感应传感器40连接到控制单元(例如，控制器或处理器类型)和电源。

这些目标41、42可以例如由包括在0.5和5毫米之间的厚度的钢板制成。参考图5，这些目标41、42例如是圆盘的形式，在外周处设置有多个齿扇区。

因此，该角度测量装置4可以测量中间轴21与输出轴31之间的相对角度，并且该测量结果可以输入到控制单元，控制单元可以根据扭杆的刚度与测量角度的乘积来计算驾驶员施加在方向盘上的扭矩；该扭矩然后用于驱动辅助马达。

根据本发明，下目标42固接至相切轮34的由塑料材料制成的芯部的上侧向面341。该下目标42固接至轮缘35和/或冠部36，这取决于轮缘35和冠部36在上侧向面341上的尺寸，并且取决于下目标42的尺寸(内径和外径)。

在图1至图4示出的实施例中，下目标42仅固接至轮缘35，而在未示出的变型中，下目标42固接至轮缘35和冠部36两者，换句话说，该下目标42横跨在轮缘35和冠部36上延伸，并且在未示出的另一变型中，下目标42仅固接至冠部36。

下目标42可以通过胶合、夹紧、焊接、钉合、螺纹或包覆模制，或者允许下目标42和相切轮34牢固连接的任何其它方法(比如例如，在由支撑薄膜承载的金属薄膜的芯部的上侧向面341上的热冲压，或者芯部的上侧向面341的选择性金属化)直接固定至相切轮34。

通过采用具有由塑料材料制成的芯部并且尤其包括由塑料材料制成的轮缘35和冠部36的相切轮34，消除了下目标42与相切轮34之间的电相互作用和干扰，并且因此，下目标42固定在相切轮34上，这可以消除下目标42与相切轮34之间的任何距离，这在发生意外的情况下增加了上轴20和上管22的反冲冲程。

此外，感应传感器40安装在由电绝缘材料(例如塑料)制成的固定环形支撑件49上，并且围绕中间轴21或输出轴31在减速器壳体30内部延伸。

在示出的示例中，感应传感器40包覆模制在环形支撑件49内部，并且在未示出的变型中，该感应传感器40组装在环形支撑件49上。

该环形支撑件49由中间轴21或输出轴31横穿，并且该环形支撑件49具有围绕感应传感器40设置并安装在减速器壳体30的上支承部300中的外环490。

在示出的示例中，外环490通过配合直接安装在减速器壳体30的上支承部300中，并且该外环490在一侧上被形成于减速器壳体30中的紧接上支承部300的内肩部301(参考图3)轴向阻挡，并且在另一侧上被固定套筒5的板件51或被底板233轴向阻挡。

在未示出的变型中，外环490安装在下管23的底板233上。在未示出的另一变型中，外环490安装在固定套筒5的板件51上。

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