具有机电固定装置的转向柱的制作方法

可调节转向柱用于使方向盘的位置适应驾驶员的就座位置，并且在各种实施方式中是已知的。在许多机动车辆中，可以设定转向柱的竖向倾斜度和/或方向盘与驾驶员的间距。在设定转向柱之后，转向柱被固定在期望的位置中。为此，已知的是用于机动车辆的能够在轴向方向和/或竖向方向上被调节的转向柱的多种夹紧机构。由于尽管在使用杆元件的情况下仍需要很大的力来锁定夹紧机构，因此需要一种能够电致动的机构。

出于安全原因，还需要至少在关闭位置处对夹紧机构的位置进行识别或检测。

公开的说明书fr2947233a1公开了一种夹紧机构，该夹紧机构可以借助于电致动元件来启动。此处，借助于电致动元件的马达的转子位置传感器确定了固定装置所处的状态。该解决方案的缺点在于，马达的监测仅是对夹紧装置的位置的一个指示。

此外，de69919639t2公开了一种电夹紧机构，其中，可动凸轮盘以共同旋转的方式附接至蜗轮，并且在旋转方面不可移动的凸轮盘借助于座板固定至壳体。此处的缺点在于大量的部件和相关联的成本。没有对识别固定装置的状态进行规定。

本发明的目的在于提供一种具有机电固定装置的可调节转向柱，该可调节转向柱包括紧凑的结构并且可以从一种状态可靠地移动成另一状态。

所述目的通过具有权利要求1的特征的转向柱和具有权利要求10的特征的用于设定转向柱的位置的方法来实现。

因此，提供了一种用于机动车辆的转向柱，该转向柱能够在其纵向方向和/或其竖向方向上被调节，该转向柱包括套管、导引支架、机电固定装置，套管用于以可旋转的方式安装转向主轴，导引支架能够连接至机动车辆的车身并且导引支架包括两个侧颊板，套管布置在两个侧颊板之间，在机电固定装置的释放位置中，套管能够相对于导引支架在转向柱的纵向方向和/或竖向方向上被调节，并且在机电固定装置的固定位置中，套管的设定位置相对于导引支架固定，其中，固定装置包括夹紧螺栓以及行程产生机构和支承轴承，夹紧螺栓延伸穿过导引支架的侧颊板，并且夹紧螺栓在固定装置的打开和关闭期间能够借助于电动马达而绕夹紧螺栓的轴线旋转，其中，导引支架的侧颊板和套管布置在行程产生机构与支承轴承之间。由于电动马达经由以可枢转的方式安装的杆作用在夹紧螺栓上，因而机电固定装置是特别紧凑的。此外，设置有传感器，该传感器设计成对杆的位置进行检测。固定装置的状态可以通过杆的位置直接推断。因此可以可靠地得到固定装置的状态。传感器优选地包括位置传感器和/或至少一个限位开关。限位开关应当被理解为表示对移动物体何时已经到达特定位置进行识别的传感器。相反，位置传感器对物体与参考点之间的间距进行测量。

两个传感器使得可以容易地且可靠地检测杆的位置，并且因此容易地且可靠地检测固定装置的状态。

套管因此构造成使得其以可旋转的方式接纳或支承被形成为转向轴的转向主轴。

优选地可以规定电动马达被容纳在壳体中。

在一个实施方式中，位置传感器是具有总电阻的电位计，其中，杆包括滑动件，滑动件能够与杆一起沿着运动行程移动且借助于滑动接触而将电固定的总电阻机械地分成与所述总电阻对应的两个部分电阻。通过杆的借助于电动马达的运动，部分电阻改变，并且可以对杆相对于参考点的位置进行检测。

此处，优选的情况在于，滑动件布置在杆的远离夹紧螺栓的端部上且包括至少从夹紧螺栓的固定位置延伸到夹紧螺栓的释放位置中的运动行程。

然而，还可以规定，所述至少一个限位开关包括挡光件，其中，杆的位置通过挡光件的中断而被检测。除了位置传感器之外还可以设置有这种绝对传感器，例如以便在发生故障的情况下执行固定装置的状态检测。然而，也可以仅使用限位开关。此处，设置有至少两个限位开关以便对达到释放位置和固定位置的两种状态进行检测。

优选的情况在于，行程产生机构包括两个行程产生盘，其中，第一行程产生盘以共同旋转的方式连接至夹紧螺栓且第二行程产生盘在壳体中以能够轴向移位的方式在夹紧螺栓上被导引，并且其中，壳体以不固定的方式安装在第二行程产生盘上。因此不需要将壳体另外紧固至车身，并且可以实现紧凑设计。

两个行程产生盘例如可以包括凸轮轮廓。同样能够想到并且可能的是，在行程产生盘之间布置有滚动体或倾斜销。

替代性地，行程产生机构还可以包括螺母，该螺母与夹紧螺栓上的螺纹相互作用并且借助于螺母在夹紧螺栓的轴线的方向上的移位来提供夹紧行程。

在第一实施方式中，电动马达的转子轴以共同旋转的方式连接至蜗杆，其中，蜗杆与蜗轮啮合，蜗轮以共同旋转的方式连接至第一行程产生盘。此处，蜗轮形成杆。

在另一实施方式中，电动马达的转子轴包括与主轴螺母接合的带螺纹的主轴，其中，主轴螺母经由杆以共同旋转的方式连接至夹紧螺栓。

所有实施方式的共同之处在于，优选地，作为行程产生装置的两个行程产生盘与支承轴承相互作用，以便提供用于固定装置的固定位置的夹紧行程。

还提供了一种用于对机动车辆中的以上所描述的转向柱的位置进行设定的方法，该方法包括下述步骤：

-在固定机构借助于致动装置的致动来设定转向柱的位置之后，借助于电动马达将固定装置移动到释放位置中；

-借助于传感器检查固定装置的状态；如果检查得出固定装置未位于释放位置中，则启动诊断程序；如果检查得出固定装置位于释放位置中，则等待致动装置的使转向柱的位置固定的致动；

-如果在预定时间内未检测到用于使转向柱的位置固定的致动，则借助于电动马达将固定装置移动到固定位置中；

-如果在预定时间内检测到用于使转向柱的位置固定的致动，则借助于电动马达将固定装置移动到固定位置中；

-借助于传感器检查固定装置的状态；如果检查得出固定装置未位于固定位置中，则启动诊断程序。

借助于该方法，可以始终确保检测到固定装置位于所需状态或错误位置中，这提高了可靠性。

诊断程序优选地包括下述步骤：

-使电动马达在释放位置的方向上通电预定时间，并且对关于位置变化的传感器进行监测；

-如果未到达释放位置，则向机动车辆发送故障信号并且启动马达直到到达固定位置为止；在该过程中，对关于位置变化的传感器进行监测；

-如果未到达固定位置，则向机动车辆发送第二故障信号。

下面将基于附图对本发明的优选实施方式进行更详细地论述。在所有附图中，相似或具有相似动作的部件将由相同的附图标记表示。在附图中：

图1为具有处于固定位置的机电固定装置的转向柱的三维图，

图2示出了固定装置的局部分解图，

图3示出了处于固定位置的固定装置的立体细节图，

图4为处于释放位置的固定装置的三维图，

图5示出了处于释放位置的固定装置的侧视图，

图6示出了具有电位计的电路，

图7示出了具有电位计的第二电路，

图8示出了电位计的测量电压与运动行程关系图，

图9为用于对固定装置进行控制的方法的示意图，

图10示出了在第二实施方式中具有行程机构的转向柱的三维图，以及

图11示出了具有挡光件的固定装置的侧视图。

图1示出了转向柱1，该转向柱1包括转向主轴2，该转向主轴2安装在具有套管5的转向主轴轴承单元4中，以便能够绕转向主轴的旋转轴线3旋转。套管5在导引支架6中被导引以便能够沿着转向主轴2的纵向轴线移位。套管5安装在导引支架6中，以便能够绕枢转轴线7枢转。导引支架6由呈支撑架形式的保持部分8保持，其中，在前部车辆碰撞的情况下，导引支架6可以与套管5一起执行相对于保持部分8的移位运动，并吸收能量。能量吸收由于变形元件例如弯曲撕裂片88的塑性变形而发生。导引支架6也可以被称为滑架。保持部分8可以在紧固点9处紧固至机动车辆的车身(未示出)。由驾驶员经由方向盘(未示出)而引入转向主轴2中的旋转运动经由万向节10和其他转向轴部分而被引入转向机构(未示出)中。为了提高驾驶员的舒适性，可以在第一调节方向——也被称为竖向方向11——上对转向柱1的高度进行调节，并且在第二调节方向——也被称为纵向方向12——上对转向柱的长度进行调节。为此，设置有固定装置13，固定装置包括夹紧装置14。

在未示出的实施方式中，可以规定，套管形成为以可移位的方式被接纳在外套管中的内套管，其中，外套管由导引支架以可枢转的方式支承，并且导引支架能够连接至机动车辆的车身。换言之，导引支架可以直接地或者通过置入保持部分而连接至机动车辆的车身。

如图2中示出的，夹紧装置14包括夹紧螺栓15、行程产生机构16、支承轴承155和电动马达17。在该实施方式中，通过夹紧螺栓15的旋转，行程产生机构16的两个凸轮相对于彼此旋转，并且保持部分8的侧颊板18、19被拉到一起，从而实现了保持部分8的侧颊板18、19与套管5的侧表面的摩擦锁定支撑。支承轴承包括轴向轴承和具有内螺纹的六角螺母，该内螺纹能够联接至夹紧螺栓15的螺纹。轴向轴承优选地呈滚动轴承的形式，并且布置在侧颊板18与六角螺母之间。

夹紧螺栓15延伸穿过导引支架的侧颊板18、19中的槽199并且穿过套管5的侧表面中的孔55。行程机构16布置在夹紧螺栓15的靠近电动马达的端部上，并且支承轴承155布置在夹紧螺栓15的另一端部上。侧颊板18、19和套管5布置在行程产生机构16与支承轴承155之间。

通过夹紧螺栓15的旋转，固定装置可以选择性地切换到释放位置中或者固定位置中，该释放位置也被称为打开位置，该固定位置也被称为关闭位置。在释放位置中，转向主轴2或紧固至其的方向盘(附图中未示出)的位置可以被调节，特别是在纵向方向上和高度方向或倾斜方向上被移位。在固定装置13的固定位置中，套管5相对于导引支架6固定在其位置中。

电动马达17包括具有带螺纹的主轴21的转子轴20，带螺纹的主轴21与主轴螺母22操作接合。主轴螺母22连接至杆23，杆23以共同旋转的方式连接至第一凸轮盘24，第一凸轮盘24与第二凸轮盘25相互作用以作为提供夹紧行程的行程装置。主轴螺母22连接至杆23，以便能够绕被定向成与带螺纹的主轴21的纵向轴线正交的轴线枢转。电动马达17和杆23布置在壳体中。第二凸轮盘25包括两个凸耳26和两个突出部27，所述两个凸耳26从大致圆形的基本形状径向地突出并且在直径上彼此相对地设置，所述两个突出部27在导引支架6的方向上突出。壳体222具有用于引入夹紧螺栓15的凹部，该凹部定形状成以便仅在轴向方向上形成用于第二凸轮盘25的导引件。因此排除了第二凸轮盘25相对于夹紧螺栓15的旋转的可能性。机电固定装置13的壳体222以不固定的方式安装在第二凸轮盘25上，并且可以在在固定位置与释放位置之间的转换期间在夹紧螺栓15和第二凸轮盘25上轴向地移动。电动马达17在远离带螺纹的主轴的侧部上借助于连接件223被保持在壳体222上。所述连接件223对于补偿在杆23的致动期间发生的角度补偿而言是必要的。

主轴螺母22借助于电动马达17在带螺纹的主轴上沿着纵向轴线移动。杆23连接至主轴螺母22。主轴螺母22的运动使杆23绕枢转轴线枢转，该枢转轴线与夹紧螺栓的纵向轴线重合。杆连接至夹紧螺栓，使得杆23的枢转引起了夹紧螺栓15的旋转。此外，设置有检测装置28，检测装置28对杆23的位置进行检测并且因此对固定装置的状态进行检测。检测装置28可以包括电位计或限位开关，例如挡光件。一组电子装置对夹紧的与安全相关的状态进行控制。

图3和图4详细地示出了固定装置的固定位置和释放位置。

以共同旋转的方式连接至杆23或夹紧螺栓15的第一凸轮盘24借助于杆23的枢转或夹紧螺栓15的旋转而相对于第二凸轮盘25旋转。由于两个凸轮盘24、25的相互作用，改变了杆23与套管5之间的间距。在转换至固定位置期间，该间距由于两个凸轮盘24、25转动远离彼此而增加且因此两个部件的深度增加，使得第二凸轮盘25被推出壳体222的凹部300并被支承在导引支架6的侧颊板19上，并且此处，将支承轴承155朝向导引支架6的相对的侧颊板18推动。固定装置此时被支撑成使得导引支架6的侧颊板18、19被拉到一起，由此实现了侧颊板18、19相对于套管5的侧表面的摩擦锁定支撑。由于侧颊板18、19被拉到一起，因此处于固定位置的固定装置13之间的间距比处于释放位置的固定装置13之间的间距的值大。杆23的位置借助于检测装置28被测量。

在转换到释放位置中期间，参见图4，第一凸轮盘24相对于第二凸轮盘25旋转直到两个部件彼此接合并且其深度减小为止。因此，第二凸轮盘25在壳体222中沿杆23的方向轴向地移位，并且支承轴承155移动远离侧颊板18、19。固定装置13的支撑因此被释放，并且转向柱1的套管5被释放以进行调节。

图5的侧视图示出了检测装置28的示例性实施方式。电位计28设置为位置传感器，该位置传感器对杆23沿着杆行程相对于参考位置的位置进行检测。电位计28包括具有可移位拾取器的欧姆电阻，在该可移位拾取器处可以拾取可变的部分电阻。总电阻表示可以进行位置测量的测量范围。为了使电位计的移位位置可以被转换成信号值，向电位计施加电压u0。在电位计的拾取器处，然后可以通过部分电阻rx对与行程x成比例的电压ux进行测量。因此，位置信息借助于电位计首先被机械地转换成比例欧姆电阻并且随后被改变成比例电压信号。

为此，位置传感器包括具有被施加至表面30的电阻层29的承载件。所述承载件通过其表面30固定地布置成与电动马达17的转子轴21平行，并且承载件包括位于靠近电动马达的端部31处和位于远离电动马达的端部32处的杆行程的两个电端子。可动滑动件33固定地连接至杆23，该滑动件通过滑动接触的方式将承载件的电固定的总电阻机械地分成两个部分电阻，两个部分电阻共同对应于所述总电阻，并且构成拾取器。如图6中示出的，电阻的变化可以通过相对于电位计并联连接的电压测量单元(电压表)来检测。测量电压ux是用于滑动件相对于端部31、32的相对位置x的量度。图7示出了第二可能的电路，其中，主要对接地与拾取器之间的电压ux进行测量。传感器被校准成能够将特定位置x分配给特定电压ux。为此，执行到杆的运动行程(杆行程)的停止位置的运动，并且所测量的电压值ux被分配给已覆盖的行程x。优选地在组装厂处执行这种一次性初始化，并且存储测量值。因此，通常，在汽车中不需要进行进一步初始化。在这种绝对长度测量系统被使用的情况下，可以以开环或闭环的方式对固定装置的运动速度进行控制。

如图8中示出的，基于测量电压ux确定固定装置所处的状态。该图示出了测量电压ux与运动行程的关系。行程x是杆23的远离夹紧螺栓的端部从靠近电动马达的端部31到远离电动马达的端部32的运动行程。在固定位置342中，杆位于远离电动马达的停止位置处，在该停止位置附近，测量电压ux与总电阻的电压u0大致对应。在释放位置341中，杆位于x>＝x释放处的位置处，式中x释放是阈值，超过该阈值时，转向柱被释放以进行调节。如果出现故障，例如由于滑动件33与表面30不再充分地接触，则主要电阻实际上增大至无穷大，使得可测量电压下降至大约为零。如果出现这种情况，也就是说电压低于释放位置341中的电压，则存在故障。因此借助于根据本发明的装置可以以简单的方式对故障进行识别。

图9示出了流程图，该流程图示出了用于操作电固定装置的方法。

在第一步骤35中，将固定装置连接至车辆的车载电气系统。随后，查询固定装置的状态36。如果固定装置位于释放位置中361，则启动马达以将装置移动到固定位置中37。如果固定装置位于固定位置中，则等待由驾驶员为了使转向柱移动而对固定机构进行的致动38。如果检测到这种致动39，例如由于按下致动按钮，则电动马达将固定装置移动到释放位置中40。随后，再次检查固定装置的状态41。如果查询得出固定装置未位于释放位置中411，则启动诊断程序42。相反，如果查询得出固定装置位于释放位置中，则等待来自驾驶员的为了对装置进行再次固定的信号43。为此设置了一定的时间。如果超过该时间44，则启动电动马达441、37，以便在没有来自驾驶员的信号的情况下对装置进行固定。如果来自驾驶员的用于固定的信号在该时间段内到达45，则同样立刻启动马达，以便将装置移动到固定位置中37。此后，再次查询装置的状态46。如果查询得出装置未位于固定位置中461，则再次启动诊断程序42，否则顺序从头开始，并且等待来自驾驶员的为了打开装置的信号38。

诊断程序包括下述方法步骤：

-使马达在释放位置的方向上通电预定时间(特别是20s)，并且对关于位置变化的位置传感器进行监测；

-如果未到达释放位置，则向车辆发送故障信号并且启动马达直到到达固定位置为止；在该过程中，对关于位置变化的位置传感器进行监测；

-如果未到达固定位置，则向车辆发送第二故障信号(严重错误)。

还可以规定，固定位置借助于其他绝对传感器例如限位传感器来进行监测。

第二故障信号优选地由车辆进行处理，使得设置的警报灯或显示器向驾驶员通知固定装置的状态。

在图10的另一实施方式中，杆23由扇形外形的蜗轮形成。蜗杆47以共同旋转的方式连接至转子轴20。此处，转子轴20和蜗杆47布置成与夹紧螺栓15垂直。蜗杆47与圆扇形蜗轮23啮合，圆扇形蜗轮23被安装成以便能够绕夹紧螺栓15的旋转轴线枢转。蜗轮23操作性地连接至第一夹紧盘。位置传感器28对杆23沿着杆行程的位置进行测量。

图11示出了具有多个挡光件48的可能的实施方式。杆23通过挡光件48从固定位置移动到释放位置中以及从释放位置移动到固定位置中，从而可以通过对挡光件的中断进行检测来确定杆28的位置。可以规定使用多个挡光件。然而，挡光件也可以用作限位开关，其仅布置在杆行程的端部区域中，并且因此仅对达到固定位置或释放位置进行检测。在多个挡光件被布置在固定位置的区域中的情况下，可以设定夹紧力。

根据本发明的可调节转向柱1包括机电固定装置13，在这种情况下，对杆相对于壳体的位置进行测量，以便确定夹紧杆的情况。由于功能性错误可以在早期时间点处被检测到，因而以这种方式可以增加安全性。此处优选的情况是，固定装置的壳体以不固定的方式安装在第二凸轮盘上并且可以沿夹紧螺栓的轴向方向移动。因此不需要将壳体另外紧固至车身，并且可以实现紧凑设计。所需的模块化固定装置可以借助于不同的螺距和杆长度来实现。同样能够想到并且可能的是，螺纹具有单头设计或多头设计。