转向柱组件的制作方法

本发明涉及转向柱组件，尤其涉及一种能够调节伸缩和倾斜中的至少一个的转向柱组件。

背景技术：

可调节的转向柱组件包括转向柱轴，该转向柱轴通常通过齿轮箱将车辆的方向盘连接到转向齿条。轴可以是两部分式可伸缩调节的轴，或者可以配置成在碰撞中承受轴向载荷时变形。轴由护罩围绕，护罩保护和支撑轴。护罩具有上部分和下部分，护罩上部分可相对于下部分可伸缩地移动，以允许转向柱组件的长度在碰撞期间塌缩。护罩通过支撑支架固定到车辆，支撑支架通常固定到横跨仪表板后面的车辆宽度延伸的梁。

在转向柱组件可调节的情况下，可以提供夹紧机构，其将护罩固定到安装支架，该夹紧机构可以由驾驶员释放以允许护罩和支架之间的相对运动，并且可以由驾驶员夹紧以在调节完成后将护罩固定在所需位置。夹紧机构通常将护罩上部分固定到支架。这允许通过允许护罩上部分塌缩到护罩下部分上或护罩下部分中来简单地调节伸缩，并且通过允许上部分和下部分一起上下移动来调节倾斜。在倾斜调节期间，护罩可围绕设置在护罩下部分上的枢轴枢转。该一般布置对于本领域技术人员来说是公知的。

在许多情况下，车辆制造商将详细指明当夹紧组件处于夹紧位置时，转向柱组件的伸缩和倾斜是被强制固定的。这意味着表面对表面的摩擦夹紧是不充分的，而是必须使用利用相互接合的齿条的强制接合。

使用相互接合的齿条在驾驶员试图将夹紧机构移动到夹紧位置时引入了一种已知为齿在齿上的潜在问题，并且应该啮合的齿被对齐，使得在一个齿条上的齿的齿尖接触在其它齿条上的齿的齿尖而防止了齿条完全接合。在这种情况下，不能获得强制锁定，并且可能无法将夹紧机构移动到夹紧位置。尝试使用过大的力来将夹紧机构移动到夹紧位置甚至可能导致齿受损。

技术实现要素：

根据第一方面，本发明提供了一种可调节转向柱组件，包括：转向柱轴，所述转向柱轴将车辆的方向盘连接到转向齿条；保护和支撑转向柱轴的护罩，所述护罩包括上部分和下部分，所述护罩的上部分相对于所述护罩的下部分能够伸缩地移动，以允许改变所述转向柱组件的长度；安装支架，护罩通过所述安装支架固定到车辆的固定部分，以及夹紧机构，所述夹紧机构将护罩固定到安装支架，所述夹紧机构能够在释放位置和夹紧位置之间操作，在所述释放位置中，能够调节所述转向柱组件的伸缩和倾斜中的至少一个，在所述夹紧位置中，所述转向柱组件的伸缩和倾斜被固定，所述夹紧机构包括：第一齿条和第二齿条，所述第一齿条和第二齿条沿着形成在所述护罩或所述安装支架的一部分中的槽的相对两侧平行延伸；阻挡装置，所述阻挡装置包括至少一个齿轮，所述阻挡装置具有一组径向突出的齿，所述一组径向突出的齿围绕圆周的至少一部分间隔开，所述阻挡装置的至少一个齿由所述齿轮承载并且当夹紧机构处于夹紧位置和释放位置时均与所述第一齿条接合，当处于释放位置时，所述阻挡装置不与所述第二齿条接合从而允许阻挡装置的齿轮在调节所述转向柱组件期间沿所述第一齿条滚动，并且当所述夹紧机构处于夹紧位置时，所述阻挡装置的至少一个齿与第二齿条接合，所述阻挡装置的至少一个齿轮在该状态下被防止沿着所述第一齿条滚动。

阻挡装置可以限定齿轮组件，该齿轮组件可以包括通过空转齿轮互连的两个齿轮，一个齿轮承载与第一齿条接合并沿着第一齿条滚动的齿，另一个齿轮承载与第二齿条接合的齿。齿轮和空转齿轮两者可以围绕各自的轴线旋转。

在更简单和优选的布置中，阻挡装置可以仅包括一个齿轮，该齿轮承载与第一齿条和第二齿条两者均接合的多个齿。

第一和第二齿条可以跨越槽朝向彼此面向内。

所述齿轮可以由夹紧销支撑，所述齿轮围绕所述夹紧销自由旋转，所述夹紧销穿过所述安装支架和所述护罩，并且所述夹紧机构可包括偏压构件，所述偏压构件用于在夹紧时沿平行于夹紧销轴线的方向朝向所述第二齿条移动齿轮并使所述齿轮与所述第二齿条接合，并且在释放时沿着远离第二齿条的方向移动所述齿轮并因此使所述齿轮与第二齿条脱离接合。移动的范围应当受到限制，使得所述第一齿条的齿始终与所述齿轮的至少一个齿至少部分地重叠并且强制接合。

偏压构件可包括弹簧。

所述夹紧机构可包括使用者可操作的手柄或杆，所述手柄或杆使得驾驶员能够通过旋转所述夹紧销来操作所述夹紧机构。替代地，可以提供电动马达，所述电动马达连接到所述夹紧销，所述电动马达的操作释放或夹紧所述夹紧机构。

第一齿条的齿的齿尖在释放或夹紧夹紧机构时均可以位于与齿轮的平移运动方向平行的平面中。这允许齿轮的齿的侧面在夹紧和释放期间沿着第一齿条的齿的侧面滑动，因此它们总是接合。

第二齿条的齿的齿尖在夹紧或释放时可以均位于相对于齿轮的平移运动方向倾斜的平面中。在释放夹紧机构时，该锥形允许齿轮的齿随着齿轮沿着从槽向外移动的方向移动而移动成不与第二齿条接触。

第一和第二齿条可以是线性的，因为所有齿的齿尖都位于单个平面中。

槽可以由转向护罩承载在例如焊接或铆接或以其他方式固定到转向柱护罩的板中。槽可以方便地形成在护罩上部分中。

槽可以在基本平行于转向柱轴的主轴线的方向上延伸，使得夹紧机构允许调节转向柱组件的伸缩。

在使用中，在夹紧组件松开的情况下，所述护罩的上部分可以构造成相对于所述护罩的下部分能够伸缩地塌缩或延伸，从而使所述齿轮在所述槽的一侧上沿着所述第一齿条滚动而保持不接触所述第二齿条。当处于期望的伸缩位置中时，所述齿轮进一步移动到槽中，使得齿轮上的齿接触第二齿条的齿。因为这些齿是倾斜的，所以齿轮的齿要么相互接合在第二齿条的齿之间，要么以齿在齿上的方式被压缩到第二齿条的齿的倾斜齿尖上。在该位置中没有强制锁定(即形锁定)，但是护罩的上部分在碰撞中的轻微移动将导致齿轮的齿移位并且与第二齿条完全接合。

为方便起见，伸缩槽可设置在从护罩上部分的上表面延伸的导轨中，从而允许夹紧销穿过护罩上部分的顶部而不接触所述转向柱轴。

在另一种布置中，槽可以由安装支架承载在例如焊接或铆接或以其他方式固定到安装支架的板上。槽可以在与转向柱轴的主轴线基本垂直的方向上延伸，使得夹紧机构允许调节转向柱组件的倾斜。在护罩围绕枢转轴线枢转的情况下，槽可以是弯曲的，使得槽的圆周中心线相距枢转轴线具有恒定的距离。

倾斜槽可以方便地形成在安装支架中。在使用中，在夹紧组件松开的情况下，可以调节护罩的上部分以进行倾斜，使得齿轮沿着第一齿条在槽的一侧上滚动而不接触第二齿条。当处于期望的倾斜位置时，齿轮进一步移动到槽中，使得齿轮上的齿接触第二齿条的齿。因为这些齿是倾斜的，所以齿轮的齿将要么相互接合在第二齿条的齿之间、要么以齿在齿上的方式被压缩到第二齿条的齿的倾斜齿尖上。在该位置中没有强制锁定，但是护罩的上部分在碰撞中的轻微移动将导致齿轮的齿移位并且与第二齿条完全接合。

在另一种布置中，转向柱组件可包括：

第三齿条和第四齿条，所述第三齿条和第四齿条沿着形成在转向柱护罩或安装支架的一部分中的第二槽的相对两侧平行延伸，所述第二槽基本垂直于第一槽，

第二齿轮，所述第二齿轮具有一组径向突出的齿，所述第二齿轮的一组径向突出的齿围绕所述第二齿轮的圆周的至少一部分间隔开，所述第二齿轮的至少一个齿在所述夹紧机构处于所述释放位置和处于所述夹紧位置时均与所述第三齿条的相邻的一对齿永久地接合，并且当所述夹紧机构处于夹紧位置时，所述第二齿轮的齿均不与第四齿条的齿接合；从而允许所述第二齿轮绕其轴线旋转并在调节所述转向柱组件期间沿所述第三齿条滚动，并且当夹紧机构处于夹紧状态时，所述第二齿轮的至少一个齿接触所述第四齿条的至少一个齿，以防止所述第二齿轮的旋转并进而防止调节所述转向柱的护罩。

当然，可以提供包括多于一个齿轮的阻挡装置的其它布置，以用于接合第三和第四齿条，例如具有由空转齿轮连接的两个齿轮的齿轮系。

这种具有两个槽和两个齿轮的进一步布置允许调节转向柱组件的伸缩和倾斜两者。

两个齿轮可以由共同的夹紧销承载。它们可以均位于夹紧销上的凹槽内，因此它们可以绕它们的轴线自由旋转，但不能沿夹紧销轴向移动。可以使用用于固定齿轮以防止沿着夹紧销轴向移动的其他布置。

夹紧机构可以包括：由所述夹紧销承载的凸轮组件，所述凸轮组件具有随着所述夹紧销旋转而变化的长度；至少一个弹簧，所述弹簧在所述安装支架或护罩和所述齿轮之间起作用；以及致动器，所述致动器能够操作以旋转夹紧销，从而改变所述凸轮组件的长度，这进而使所述夹紧销在释放位置和夹紧位置之间轴向移动。

所述齿轮或每个齿轮的齿的节距可以设置成与所述第一齿条的齿和所述第二齿条的齿的节距相同。齿可以围绕齿轮的整个圆周设置。

齿轮可以是圆形的。在这种情况下，齿轮的直径、在齿轮上的齿的高度上的两个齿条之间的间距可以选择为使得在任何时候都有两个或三个或更多个齿与第一齿条接合。这确保了施加到护罩的任何载荷不是由齿轮的单个齿承载。

其他形状的齿轮也是可以的。例如，齿轮可以以rouleax多边形的方式成形，其中最简单的是三面rouleax三角形、在所有直径上也具有恒定的宽度的非圆形形状。关于多边形的直径相对于槽的宽度的相同规则适用于圆形齿轮的情况。

在提供了两个齿轮的情况下，一个齿轮用于控制伸缩而另一个齿轮用于控制倾斜，一个齿轮的直径可以小于另一个齿轮的。然后，当夹紧机构松开时，较小的齿轮可以移动到通常由另一个齿轮占据的槽中而不接触该槽的任何齿。

优选地，控制伸缩位置的齿轮小于控制倾斜位置的齿轮。

在一方便的布置中，安装支架可以包括上部分，两个臂从该上部分悬垂，护罩位于两个臂之间，每个臂包括引导槽，夹紧机构的夹紧销穿过该引导槽。

在转向柱组件的倾斜可调节的情况下，其中一个安装臂中的引导槽可以限定第一槽，该第一槽具有第一齿条和第二齿条，齿轮接合在第一齿条和第二齿条中。如果不能调节倾斜，则安装臂中的引导槽的尺寸将使得夹紧销不能在引导槽中上下或左右移动。

安装支架的上部分可以通过一个或多个易碎紧固件固定到车身的固定部分，所述易碎紧固件允许安装支架在一些碰撞载荷下从车身脱离开。

支架的臂可以围绕由护罩上部分承载的一对导轨，每个导轨限定槽，夹紧销穿过该槽。这些槽中的一个可以限定第二槽，第二槽承载第二齿轮所接合的第三齿条和第四齿条。

具有容纳第二齿轮的槽的导轨可以邻近容纳控制转向柱组件的倾斜的第一齿轮的安装支架的臂。

当夹紧时，安装支架的臂可以挤压护罩的导轨。这又可以至少部分地封闭设置在护罩上部分中的槽，使得护罩上部分夹紧护罩下部分。

附图说明

现在将仅通过示例的方式来描述本发明的一个实施例，该实施例参考附图并如附图所示，其中：

图1是根据本发明的转向柱组件的横截面侧视图；

图2是图1的转向柱组件的横截面平面图，详细示出了夹紧机构；

图3是图1的转向柱组件的一部分的透视图，详细示出了夹紧机构；

图4是夹紧机构的一部分的放大视图，该部分在夹紧机构被夹紧的情况下控制倾斜位置；

图5是夹紧机构的一部分的放大剖视图，该部分在夹紧机构被释放的情况下控制倾斜位置；

图6是夹紧机构的一部分的放大剖视图，该部分在夹紧机构被释放的情况下控制伸缩位置；和

图7是夹紧机构的一部分的放大视图，该部分在夹紧机构被夹紧的情况下控制伸缩位置。

具体实施方式

如图1所示，可调节的转向柱组件100的一个实施例包括两部分式伸缩转向柱轴102。轴102的上部分104终止于花键连接器106，该花键连接器使得轴102能够连接到车辆的方向盘。轴102的下部分108连接到齿轮箱(未示出)，齿轮箱又连接到车辆的转向齿条。齿轮箱可以包括电动马达，该电动马达能够将辅助扭矩施加到转向柱轴102，尽管在一些布置中其也可以通过带驱动器连接到转向齿条。

轴102由两部分式伸缩护罩110围绕。护罩110保护和支撑转向柱轴102，并且还可以承载开关设备(例如指示器杆和灯控制器)。护罩110包括上部分112和下部分114，上部分112可相对于下部分114伸缩地移动，以允许转向柱组件100的长度变化。如图所示，护罩上部分112在护罩下部分114的外侧上滑动。两个轴承组件116将转向柱轴102连接到护罩上部分112和下部分114。

转向柱组件100还包括安装支架118，护罩110通过安装支架118固定到车辆的固定部分，例如在仪表板后面从车辆的一侧延伸到另一侧的杆。夹紧机构120将护罩110固定到安装支架118。

夹紧机构120在图3至图7中更详细地示出。夹紧机构120可由使用者在释放位置和固定位置之间操作，在释放位置中，可以调节转向柱组件100的伸缩和倾斜中的至少一个，在固定位置中，转向柱组件100的伸缩和倾斜是固定的。在附图所示的示例中，当夹紧机构120被释放时，可以调节伸缩和倾斜两者。

安装支架118具有固定到车身的固定部分的上部分122和两个悬臂124，当沿着转向柱轴102的主轴线观察支架118时，两个悬臂124从上部分122向下延伸以形成倒u形。两个悬臂124围绕一对导轨126，导轨126从护罩上部分112的顶部向上延伸，两个导轨126间隔开，因此它们恰好分别位于相应的一个悬臂124内。护罩上部分112设置有细长狭缝128，细长狭缝128沿着护罩上部分112在导轨126之间轴向延伸。

每个悬臂124包括大致竖直的槽130，并且每个导轨126包括大致水平的槽132。夹紧销134从安装支架118的一侧延伸穿过所有四个槽130、132伸缩另一侧。夹紧销134的一端带有锁定杆136和凸轮机构138，凸轮机构138的尺寸设计成使得它不能被拉过槽130，并且夹紧销134的另一端带有一对齿轮140、142并且终止于扩大的头部144，该扩大的头部将齿轮140、142捕获到夹紧销134上。锁定杆136的旋转使得夹紧销134绕其轴线旋转，这导致凸轮机构138的长度变化。在锁定杆136处于夹紧位置的情况下，凸轮机构138处于其最长的长度，并且在锁定杆136处于释放位置时，凸轮机构138处于其最短的长度。

每个齿轮140、142限定了简单的可旋转阻挡装置并且围绕圆周承载了一组齿。齿轮140、142中的第一齿轮140位于固定头部144和相邻的安装支架118中的槽130之间的夹紧销134上，使得它可以在凸轮机构138在其最短和最长的长度之间移动时移入和移出安装支架臂124中的槽130。齿轮140、142中的第二齿轮142位于相邻的安装支架臂124的内表面上，使得它可以在凸轮机构138在其最短和最长的长度之间移动时移入和移出相邻的带导轨126中的槽132。当凸轮机构138处于其最长位置时，弹簧(未示出)将齿轮140、142偏压出它们的槽130、132。

当夹紧机构120处于夹紧位置时，夹紧机构120将两个齿轮140、142挤压到它们各自的槽130、132中，这些槽将导轨126挤压在一起并且还防止护罩110的伸缩和倾斜。挤压动作略微封闭了护罩上部分112中的狭缝128，使得当护罩上部分和护罩下部分重叠时护罩上部分112夹在护罩下部分114上。当处于释放位置时，齿轮140、142移出槽130、132，从而释放导轨126上的压力并允许护罩上部分112中的狭缝128打开到其松弛位置。

在图4和图5中最佳地看到其中安装了第一齿轮140的安装支架臂124中的槽130。该槽130包括沿槽130的相对两侧平行延伸的第一齿条146和第二齿条148。每个齿条146、148的齿从槽130的相对两侧上的平坦表面突出。这些表面中的一个在支架臂的法向延伸，而另一个表面倾斜以形成斜面150。法向的表面平行于夹紧销的轴线，并且在该表面上的齿的齿尖位于与平坦表面平行的平面中，以形成第一齿条146。斜表面150相对于夹紧销的轴线倾斜，其中，第二齿条148的齿的齿尖在平行于该倾斜的表面的平面中。因此，第二齿条148的第二齿的齿尖形成斜坡。这些齿来自第二齿条148。这两个齿条146、148跨越槽130而彼此面对，槽130的宽度从板的一个面向另一个面变窄。窄的宽度最接近转向柱护罩110的中心线。

两个齿条146、148的线性节距相等。这使得槽130能够容纳具有最大半径的齿轮140，该最大半径被定义为包含齿的比槽130的最窄部分宽但比槽的最宽部分窄的齿尖的圆的半径。而且，齿轮140的定义为包含齿轮140的所有齿的根部的圆的半径的半径等于或略大于槽130的最窄部分。齿轮140上的齿的圆形节距和两个齿条146、148的齿的线性节距是相同的。

这些尺寸确保第一齿轮140可以被拉入槽130中，使得齿轮140上的齿与两个齿条146、148完全接合，但不能直接穿过槽130并从槽的另一侧出去。值得注意的是，第一齿轮140上的一些齿始终与第一齿条146的齿完全接合，尽管当夹紧组件120处于释放位置时，它们可能仅部分地重叠，如图5所示。

选择槽130的宽度和齿的形状和尺寸，使得齿轮140的齿的齿尖在任何时候都不会撞击第二齿条148的齿的端面。为了确保这一点，第二齿条148的倾斜齿应该延伸超过齿轮140的外圆周。

在从图5中所示的释放位置移动到图4中所示的夹紧位置时，第一齿轮140的齿可以完全接合第一齿条146和第二齿条148的齿或仅完全接合第一齿条146的齿。

第一种情况出现在护罩110的几乎所有位置，其中齿轮140被对准成齿轮140的齿的齿尖偏离第二齿条148的齿的齿尖，或者更准确地说是齿轮140的齿的两个侧面和齿尖相交位置处的拐角齿尖偏离第二齿条148的齿的对应位置的侧面。在这种情况下，齿尖将撞击第二齿条148的齿的侧面。当这些齿被倾斜以形成斜坡时，齿条148的齿将沿斜坡向下滑动，导致齿轮140非常轻微地旋转，直到齿轮完全进入槽130。

在齿轮140的齿的拐角齿尖精确地撞击第二齿条148的齿尖的罕见情况下，齿轮140将首先被推动与第一齿条146接合，从而产生侧向力。一旦齿轮140和齿条146、148中的任何弹性被吸收，则齿轮140将被阻止进一步向下进入槽130并且可以被认为是被完全夹紧的。除了对第一齿条146的强制锁定之外，在齿轮140的齿的齿尖和第二齿条148的齿的齿尖之间将存在摩擦接合。

图6和图7最佳地示出了第二齿轮142和导轨126中的相应槽132。第二齿轮142类似于第一齿轮140，但是在该示例中具有比第一齿轮140小的直径，使得当夹紧机构120被松开而不接触第一齿条146或第二齿条148的齿时，该第二齿轮可以部分地移动到安装支架118中的槽130中。导轨126中的槽132类似于安装支架118中的槽130并且还可以等同，除了较窄以适应较小的第二轮142之外。槽132限定了第三齿条152和第四齿条154，它们跨越槽132彼此面对。每个齿条152、154的齿从在槽132的相对两侧上的平坦表面突出。这些表面中的用于第三齿条152的表面在支架臂124的法向处延伸，而另一个表面倾斜以形成斜面156。法向表面平行于夹紧销轴线，并且该表面上的齿的齿尖位于平行于该平坦表面的平面中以形成第三齿条152。斜表面156相对于夹紧销轴线倾斜，使得第四齿条154的齿的齿尖位于与该倾斜表面平行的平面中。因此，第四齿条154的齿的齿尖形成斜坡。因此，槽132的宽度从导轨126的面向相邻的安装支架臂124的面到背离相邻的安装支架臂124的面变窄。窄的宽度最接近转向柱护罩110的中心线。

导轨126中的槽132的尺寸和形状使得槽132能够容纳第二齿轮142，第二齿轮142具有定义为包含齿的齿尖的圆的半径的最大半径，其比槽的最窄部分宽但比槽的最宽部分窄。而且，第二齿轮142的定义为包含齿轮142的所有齿的根部的圆的半径的半径等于或略大于槽132的最窄部分。在齿轮142上的齿的圆形节距和两个齿条152、154的齿的线性节距是相同的。

这些尺寸确保第二齿轮142可以被拉入槽132中，使得齿轮142上的齿与两个齿条152、154完全接合，但是不能直接穿过槽132并从槽132的另一侧出去。与第一齿轮140一样，值得注意的是，第二齿轮142上的一些齿始终与第三齿条152的齿完全接合，尽管当夹紧组件120被释放时它们可能仅部分地重叠。

如图3至图7所示，齿轮140、142接合于其中的槽130、132的侧面可以由限定齿的金属板158、160围绕。这允许用于形成安装支架臂124和导轨126的材料规格相对较低，而齿的深度可以相对较高。注意，槽的每侧上的齿的总厚度可以是相同的，因此从技术上讲，齿轮始终至少部分地位于槽内。

该实施例的转向柱组件100具有以下优点：没有齿处于可能妨碍实现强制锁定的齿状态。齿轮140、142的齿(如所示的那样，至少两个齿)总是完全接合槽中的一个齿条，并且齿也完全接合另一个倾斜齿条，或者如果与齿的齿尖接合则将仅利用转向柱护罩的非常小的伸缩或倾斜一混动来进入完全接合。即使这样，在齿轮的至少两个齿和倾斜齿条的齿的齿尖之间也将存在摩擦接合。

当调节伸缩或倾斜时，夹紧机构120被释放并且齿轮140、142部分地移出槽，如图5和图6所示。这使得齿轮140、142仅接合每个槽中的一个齿条，第一齿条146或第三齿条152。然后可以调节伸缩和倾斜，这使得槽相对于夹紧销134移动。齿轮140、142围绕夹紧销134旋转，从而使齿轮140、142上的不同的齿移动到第一齿条146或第三齿条152的齿之间的间隙中，并且使先前与第一齿条146或第三齿条152接合的那些齿移开。在调节期间，夹紧销134不旋转，因为在该示例中，夹紧销134的位置由杆136和夹紧机构120固定。

特别是在图3和图6中可以看出，辅助槽162、164可以形成在与齿轮140、142接合的槽130、132旁边。在本实施例中，这些辅助槽162、164比槽130、132窄，以便于它们可以为夹持销134提供引导。辅助槽162、164也可以与槽130、132的尺寸相同或相似。