一种防止怠速抖动的汽车转向管柱结构的制作方法

本发明涉及汽车的转向系统的改良，具体是一种防止怠速抖动的汽车转向管柱结构。

背景技术：

怠速，是指发动机在无负载的情况下运转，只需要客服自身内部机件的摩擦阻力，不对外输出功率；怠速可以通过调整节气门开度和怠速供油进行调整。怠速抖动：是指发动机在无负载输出情况下，由动力总成系统传递到车身系统的振动现象。

避免怠速时引起的方向盘抖动是汽车对包括方向盘的转向系统设计的重要方向。因为方向盘的抖动直接影响驾驶员的心情及乘坐的舒适性。此外，现代汽车设计中，整车设计和零部件设计是分别完成的，当样车试制出来后，一旦发现方向盘抖动时，总是选择优化转向结构来克服方向盘的抖动，因为涉及车身改动牵涉的地方太多。

一般情况下用方向盘垂向和横向抖动来衡量怠速抖动的大小，要减小方向盘的怠速抖动，设计要求方向盘的垂向和横向振动模态要分别低于或者高于怠速4-5Hz。

现有技术中解决方向盘怠速怠速抖动的技术方案包括在转向系统增加加强结构或减振机构来实现，由于没有针对转向管柱进行改良设计，获得的对方向盘怠速减振的效果有限。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种防止怠速抖动的汽车转向管柱结构。

为实现本发明的目的而采用的技术方案是这样的，即一种防止怠速抖动的汽车转向管柱结构，包括方向盘骨架、转向管柱总成、转向管柱支架总成；其特征在于：

所述转向管柱总成包括变截面转向轴、变截面转向空心管柱A及变截面空心转向管柱B，其中变截面转向轴一端由变截面转向管柱A(3)前端穿出后与方向盘骨架连接，变截面转向轴的另一端与变截面转向管柱B的一端连接；所述转向管柱支架总成具有与转向管柱连接的可调式夹持机构、与车身连接支架和与CCB管梁连接的连接件。

由于上述结构，本发明有以下积极效果：

1、采用带动力吸振块的转向盘骨架，能够吸收转向盘垂直振动和横向振动。

2、转向管柱结构中：由于采用中空的轻量化设计，减轻了转向盘端的质量分布，对于降低怠速抖动可以增加转向盘本体频率2Hz左右；其中变截面转向管柱A的收口结构可以提高转向盘本体模态2-3Hz；变截面转向轴的轴端的花键位于变截面转向管柱A的变截面收口段处，距离转向管柱空心轴A的端部约500mm，花键越靠近变截面转向轴2的端头，其转向管柱本体模态越高，越能很好的避开怠速频率。这一点是防止怠速抖动的关键因素，即空心轴花键位置即装配转向盘的位置越靠近转向管柱2的端面距离在500mm左右时，转向盘避开怠速抖动频率的效果越显著。

3.采用变截面管柱，变截面的方向为向方向盘方向截面逐渐减小，以此来减少悬臂梁结构的质量分布，可以提高转向管柱模态2-3Hz。

方向盘处的结构质量越重对于模态的控制合分布越不利，因此在靠近方向盘处的空心轴设计，且空心部分靠近方向盘端距离较近。

附图说明

图1为转向管柱结构示意图；

图2带动力吸振块的方向盘骨架结构示意图；

图3为带转向管柱支架的转向管柱的结构示意图；

图4为转向管柱支架结构结构示意图；

图5为转向管柱支架结构等轴测图；

图6转向管柱支架加强结构示意图；

图7转向管柱局部结构示意图；

图8转向管柱销轴结构示意图；

图9转向管柱空心轴B结构示意图；

图10变截面转向轴2结构示意图。

图中：1-方向盘骨架，1.1-吸振块A，1.2-吸振块B,1.3-吸振块C；2-变截面转向轴，2.1-管柱配合花键，2.2-管柱轴承，2.3-转向盘卡扣轴，2.4-管柱轴端部；3-变截面转向管柱A，3.1-变截面收口段，3.2-管柱过盈配合卡槽；4-(转向管柱与CCB管梁连接结构)转向管柱支架总成，4.1-转向管柱连接横板，4.2-转向管柱上部连接U型板，4.3-管柱与车身连接支架，4.4-转向管柱与CCB管梁连接块，4.5-拉簧，4.6-转向管柱下部支撑板，4.7-转向管柱连接横板，4.8-管柱下部U型板，4.9-管柱蝶形支撑板；5-变截面转向管柱B，5.1-变截面凸台；6-十字万向节；7-转向轴；8-尾端转向节。

具体实施方式

以下通过附图给出的非限定性实施例进一步说明。

参见图1：图中的防止怠速抖动的汽车转向管柱结构包括方向盘骨架1、转向管柱总成、转向管柱支架总成4；其中：所述转向管柱总成包括变截面转向轴2、变截面转向空心管柱A3及变截面空心转向管柱B5，其中转向管柱空心轴C2一端由变截面转向管柱A3前端穿出后与方向盘骨架1连接，变截面转向轴2的另一端与变截面转向管柱B5的一端连接；所述转向管柱支架总成4具有与转向管柱连接的可调式夹持机构、与车身连接支架和与CCB管梁连接的连接件。

图2给出带动力吸振块的方向盘骨架实施例。实施例中，方向盘骨架为镁铝合金结构，在转向盘的三个腹板上的分别设置有吸振块A1.1、吸振块B1.2及吸振块C1.3，其中吸振块B用于主要吸收转向盘垂向振动频率，(公式中K-刚度，M-质量F-频率)，吸收频率一般做成77-80Hz频率的吸振吸振块，材料可以为磁铁或金属铅块，金属块用螺栓连接在腹板上便于拆卸。吸振块A和吸振块C用于主要吸收转向盘横向振动。应用组合方式可以根据两个金属块的频率组成成不同的吸收频率，吸收振动效果更佳。吸振块结构不应过大，且不影响转向盘骨架与外蒙皮的装配。且与安全气囊之间不得存在装配干涉。

转向盘总成一般由转向盘骨架、转向盘外蒙皮、组合开关、安全气囊等总成组成。

参见图3、7、8、9、10：转向管柱总成中：所述变截面转向空心管柱A3在靠近方向盘一端具有变截面收口段3.1，远离方向盘一端的表面具有管柱过盈配合卡槽3.2，所述管柱过盈配合卡槽通过接触和限位控制管柱内部变截面转向轴2的安装；其中：变截面空心管柱A3通过滚动轴承与内部变截面转向轴2连接，两者只允许相对转动；变截面空心转向管柱B5与变截面转向轴2之间是通过花键连接，只允许两者之间的相对滑动；所述变截面转向轴2的管柱轴端部2.4外面表具有螺纹，用来安装螺母来对转向盘进行限位防止转向盘向上窜动；依次具有用于与方向盘连接的转向盘卡扣轴段2.3，之后还依次安装有管柱轴承2.2、管柱配合花键2.1；管柱轴承2.2为变截面转向空心管柱A3与变截面转向轴2之间的连接部件。

通常转向盘安装位置到管柱支架拧紧螺栓的位置距离决定着转向管柱本体的振动模态，变截面转向轴2上方向盘连接的位置处到转向管柱支架总成拧紧螺杆中心线的距离L为400-500mm使，转向盘具有很好的避免怠速抖动特性，因此转向盘卡扣轴2.3的位置和距离是设计防抖动转向管柱的一个重要因素。管柱轴承2.2为变截面转向空心管柱A与变截面转向轴之间的连接部件，一般为球滚动轴承。变截面转向空心管柱A和变截面转向空心管柱B设计成空心轴，为防止怠速抖动，空心轴具有良好的质量特性，且轴本身刚度满足设计需求，因此空心轴也是防抖动转向管柱的一个设计方法。

该结构可以进行转向管柱本体的轻量化，也可以实现转向管柱的模态频率提升，避开怠速抖动频率。此外，管柱的空心轴一般由两段组成，其结构分别如图9、10所示，转向轴空心轴分布在转向管柱的前部靠近转向盘一段，为了实现防抖动特性通常把图9中结构设计成前端靠近花键位置为空心，远离花键位置为实心的设计，如果对于质量分布有限制也可以将图9结构设计成前后通透的空心轴。图10中与变截面转向轴相连接的变截面管柱5外部还布置有转向电机和电机控制器、及其支架，为转向管柱的控制部分。该部分的结构和质量分布对于转向管柱的本体模态影响因素不大，因此带控制器的转向管柱与不带有控制器的转向管柱只要管柱本体结构相同，则转向管柱的模态即大致相同，因此在设计转向管柱的本体的模态时不考虑转向电机和控制的影响因素。转向管柱销轴一般为实体结构，防止怠速抖动时可将转向管柱销轴设计成空心轴。

实施例中，变截面转向管柱A3变截面收口段3.1，是应用渐变截面在靠近转向管柱的轴端进行截面突变形成收口的窄截面，该窄截面可以有效增加转向管柱的整车频率，变截面转向管柱B具有变截面凸台5.1。也可将两个转向管柱靠近转向盘方向的管柱进行窄截面设计，远离离转向盘方向的管柱进行增加管柱截面的设计。变截面转向管柱A3的外径为40-42mm。

进一步地，变截面转向轴2靠近管柱配合花键2.1的位置为空心体，远离管柱配合花键位置为实心轴；或整个变截面转向轴2为空心轴。

优选地，变截面转向轴的轴端的花键2.1位于变截面转向空心管柱A3的变截面收口段处，距离转向管柱空心轴A的端部为500mm，或接近500mm。

更优选地，变截面转向2、变截面转向空心管柱3及变截面空心转向管柱5变截面的方向为向方向盘方向截面逐渐减小。

参见附图3-6：转向管柱支架总成4中与转向管柱连接的可调式或弹性夹持机构包括转向管柱上部连接U型板4.2和管柱下部U型夹板4.8，其中转向管柱上部连接U型板4.2开口向下位于管柱下部U型夹板4.8的开口处，由螺杆同时穿过转向管柱上部连接U型板4.2和管柱下部U型夹板4.8通过螺母将两者进行固定，其中设置在管柱下部U型夹板4.8上用于螺杆穿过的孔为条形孔，在转向管柱上部连接U型板4.2和管柱下部U型夹板4.8上分别具有弹簧挂耳，通过拉簧4.5将转向管柱上部连接U型板4.2的开口处与位于夹持机构中的变截面转向空心管柱A3上表面弹性接触。转向管柱下部支撑板4.6与管柱下部U型夹板4.8固定，它具有支撑变截面转向空心管柱A3下表面弧形面；所述管柱与车身连接支架4.3固定在转向管柱上部连接U型板4.2顶部。

进一步地，转向管柱支架总成4还具有转向管柱连接横板4.1，所述转向管柱连接横板4.1的中部下沉与管柱下部U型夹板4.8的底部连接，在两端形成的肩部分别安装有转向管柱与CCB管梁连接块4.4及垂直安装的管柱蝶形支撑板4.9；优选地，所述管柱蝶形支撑板4.9上具有L形加强筋。

上述结构中，转向管柱下部支撑板4.8的作用为增加转向管柱的垂向振动频率，该结构可以提升管柱垂向频率2Hz，转向管柱连接横板管柱与下部U型夹板4.8底部连接后，构成上下两层，厚度1.4mm通过两层点焊连接；管柱与车身连接支架4.3的固定螺栓的拧紧力矩影响管柱的横向振动频率，可以选择可以调节拧紧力矩的螺栓进行固定；管柱上部连接U型板4.2和管柱下部U型夹板4.8为转向管柱的上部的限位结构，U型板4.2如果空间允许可以选择带有一定夹角的U型板，可以增加固定装置的横向运动，转向管柱下部支撑板4.8为与车身增加连接部件，可以增加管柱在整车上的垂向频率。增加范围一般为2-4Hz。转向管柱支架结构的等轴测图如图5所示。其中U型板4.2、拧紧螺栓、转向管柱下部支撑板4.6对于整车管柱的单体的模态影响较大。设计这几处的结构至关重要。

实施例中，管柱蝶形支撑板4.9的厚度为1.4mm，蝶形板与转向管柱连接横板4.1通过焊接连接。转向管柱与CCB管梁连接块4,4是将转向管柱连接横板与CCB管梁通过螺栓连接在一起。

以上这些实施例应理解为仅用于说明本发明而不用于限制本发明的保护范围。在阅读了本发明的记载的内容之后，技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等效变化和修饰同样落入本发明权利要求所限定的范围。