CN115703498A

CN115703498A - 转向柱组件和车辆

Info

Publication number: CN115703498A
Application number: CN202210922131.XA
Authority: CN
Inventors: D·乌奇拉; P·波尼基耶夫斯基; A·沃伊塔利克; R·希莫泽克; M·布尔佐斯卡
Original assignee: Zf Steering Systems Poland Sp zoo
Current assignee: Zf Steering Systems Poland Sp zoo
Priority date: 2021-08-09
Filing date: 2022-08-02
Publication date: 2023-02-17
Also published as: US11866087B2; GB2609670A; DE102022206615A1; US20230043788A1; GB202112599D0

Abstract

披露了一种转向柱组件和车辆，该转向柱组件包括：壳体，具有可伸缩安装的外侧、中间、以及内侧长形壳体部分，这些壳体部分可相对于彼此沿调节轴线移动；转向柱，可旋转地安装在内侧长形壳体部分中、并且被配置成在一个端部处附接转向构件；丝杠，可旋转地安装在中间壳体部分上、并且具有反手的第一和第二螺纹部分；马达，用于使丝杠旋转；第一移位构件，以螺纹拧接的方式安装至丝杠的第一螺纹部分、并且连接至外侧和内侧长形壳体部分中的一者；以及第二移位构件，以螺纹拧接的方式安装至丝杠的第二螺纹部分、并且连接至外侧和内侧长形壳体部分中的另一者；因此，丝杠的旋转使得第一和第二移位构件沿调节轴线在相反方向上移位。

Description

转向柱组件和车辆

技术领域

本发明涉及用于机动车辆的转向柱组件，并且尤其但非排他性地涉及用于自动驾驶车辆的可缩回转向柱组件。

背景技术

自动驾驶车辆旨在主要以自动驾驶模式使用，在该自动驾驶模式下，车辆的控制是无手动干预地进行的。然而，希望自动驾驶车辆在必要或希望时可被手动控制，并且出于此原因必须设置有车辆控制件(比如方向盘(典型地具有“线控转向”操作))。希望此类自动驾驶车辆的方向盘在车辆的自动控制期间移动到收起状态中，以便使车辆内可获得的空间最大，并且希望方向盘移动到伸展的展开状态以用于手动控制。

此外，当方向盘处于伸展的展开状态时，期望能够调整方向盘的位置以确保驾驶员的舒适性和安全性。

发明内容

根据本发明，一种用于车辆的转向柱组件包括：

壳体，该壳体具有可伸缩安装的外侧长形壳体部分、中间长形壳体部分、以及内侧长形壳体部分，这些壳体部分可相对于彼此沿调节轴线移动；

转向柱，该转向柱可旋转地安装在内侧长形壳体部分中、并且被配置成在一个端部处附接转向构件；

丝杠，该丝杠可旋转地安装在中间壳体部分上、并且具有反手的第一螺纹部分和第二螺纹部分；

马达，该马达用于使丝杠旋转；

第一移位构件，该第一移位构件以螺纹拧接的方式安装至丝杠的第一螺纹部分、并且连接至外侧长形壳体部分和内侧长形壳体部分中的一者；以及

第二移位构件，该第二移位构件以螺纹拧接的方式安装至丝杠的第二螺纹部分、并且连接至外侧长形壳体部分和内侧长形壳体部分中的另一者；

因此，丝杠的旋转使得第一移位构件和第二移位构件沿调节轴线在相反方向上移位。

与现有技术的转向柱组件相比，根据本发明的转向柱组件构造更简单、部件更少并且成本更低。用于转向柱组件的致动机构具有紧凑的尺寸，并且整个机构仅比其伸缩移动范围略长。

通过调节各个的部件的特征，可以快速重新设计转向柱组件以得到所期望的伸缩调节范围或速度。

此外，第一移位构件和第二移位构件以螺纹拧接的方式安装至单个丝杠，使用单个丝杠使得在碰撞期间机构的弯折减少，因为机构位于一条轴线上。

设计的简洁性还允许将马达以不同取向定位，以适合车辆内的可用空间。

在一个实施例中，丝杠包括第一外螺纹部分和第二内螺纹部分。

第二移位构件可以包括外螺纹杆，该外螺纹杆以螺纹拧接的方式与丝杠的第二内螺纹部分接合。

在一个实施例中，防止螺纹杆旋转。

在一个实施例中，转向柱组件进一步包括用于使外螺纹杆旋转的第二马达。

通过同时致动第一马达和第二马达，可以实现使转向柱组件显著更快地移动。这在自动驾驶模式的情况下可能是有用的，在自动驾驶模式下，仅可用非常短的时间来切换至驾驶员手动控制。该转向组件还可以用作被动安全系统中的一部分，在该被动安全系统中，转向柱在碰撞之前立即快速远离驾驶员移动，以便减少驾驶员身上的载荷并且使伤害最小化。还有用的是为驾驶员提供更多的空间来进出车辆。此外，使用两个马达提供了冗余元件，即使一个马达损坏，另一个马达也可以提供部分的伸缩调节功能(例如碰撞之后，以便有助于撤离)。

优选地，第二马达安装在长形壳体部分上，螺纹杆连接至该长形壳体部分。

优选地，第一移位构件包括内螺纹构件，该内螺纹构件安装在丝杠的外螺纹部分上。

在一个实施例中，丝杠包括第一外螺纹部分和第二外螺纹部分。

第一移位构件可以包括内螺纹构件，该内螺纹构件安装在丝杠的第一外螺纹部分上，并且第二移位构件可以包括内螺纹构件，该内螺纹构件安装在丝杠的第二外螺纹部分上。

优选地，转向柱组件进一步包括用于将马达的输出端连接至丝杠的传动装置。

马达可以连接至该传动装置，并且该传动装置可以紧固至中间壳体部分。

优选地，丝杠平行于伸缩壳体的调节轴线延伸。

优选地，转向柱组件进一步包括用于将外侧壳体部分紧固至车辆的装置。

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

仅作为示例，现在将参考附图描述本发明的具体实施例，在附图中：

图1是根据本发明的用于车辆的转向柱组件的第一实施例的立体图，以部分缩回的状态示出；

图2是图1的转向柱组件的前视图；

图3是立体图，展示了图1的转向柱组件的调节机构；

图4是图2的调节机构的分解立体图；

图5是穿过图2的调节机构的竖直截面；

图6的(a)和(b)是图2的调节机构的侧视图，分别以完全缩回/撤回状态和完全伸展/展开状态示出；

图7的(a)至(d)是图2的调节机构的侧视图，展示了马达的不同安装选项；

图8是根据本发明的用于车辆的转向柱组件的第二实施例的调节机构的立体图，该第二实施例是第一实施例的变型；

图9是根据本发明的用于车辆的转向柱组件的第三实施例的调节机构的立体图，该第三实施例是第一实施例的另一变型；以及

图10是根据本发明的转向柱组件的第四实施例的调节机构的立体图。

具体实施方式

图1至图6示出了根据本发明的用于车辆的转向柱组件10的第一实施例。转向柱组件10可沿纵向轴线A-A伸缩调节，该轴线与长形转向柱12的旋转轴线重合，在使用中，方向盘(清楚起见在附图中省略)附接至该长形转向柱的外端部14。

伸缩式转向柱组件10包括最外侧长形壳体部分(“管”)16，该最外侧长形壳体部分可滑动且可伸缩地接纳中间长形壳体部分(“管”)18，该中间长形壳体部分进而可滑动且可伸缩地接纳最内侧长形壳体部分(“管”)20。在使用中，最外侧长形管16紧固至车辆，转向柱组件10安装在该车辆中(例如，安装至车辆的横梁)。长形转向柱12可旋转地安装在最内侧长形管20内，并且最外侧管16、中间管18、以及最内侧管20(以及因此附接至转向柱12的端部14的方向盘的位置)的相对位置可以通过使这些管相对于彼此沿轴线A-A移位来调节，如将要解释的。转向柱转动传感器和转矩反馈马达(不可见)在转向柱12在最内侧管20内的内端部附近安装至该转向柱以测量转向柱12的旋转位置并且向驾驶员提供反馈力以便提供“路感”。

图3至图6中更详细地示出了用于使最外侧管16、中间管18、以及最内侧管20移位的机构24。该机构包括长形笔直丝杠26，该丝杠具有前端部28和后端部30，并且该丝杠的整个外部设置有螺旋形螺纹32。(例如由橡胶制成的)环形的、可弹性变形的端部止挡件34安装在丝杠的前端部28处，并且丝杠的后端部30可旋转地安装在齿轮箱壳体38的管状凹部36中。呈内螺纹套筒或套环42形式的移位构件(通常被称为“螺母”)以螺纹拧接的方式安装在螺旋形螺纹上、并且具有侧向延伸的凸耳44，该凸耳穿过中间管18的侧面中的纵向延伸的槽缝(不可见)，并且螺纹套筒藉由该凸耳附接至最内侧管20。齿轮箱壳体38附接至安装板46，该安装板进而藉由两个紧固螺栓48牢固地附接至中间管18。

如图5最佳所示，丝杠26设置有内螺纹孔50，该内螺纹孔的纵向轴线与丝杠26的纵向轴线A-A重合，并且该内螺纹孔从后端部30延伸丝杠长度的大约三分之二。长形外螺纹杆52以螺纹拧接的方式接纳在丝杠的内螺纹孔50中，并且呈管状套环或套筒54形式的移位构件(通常被称为“螺母”)固定地紧固至该外螺纹杆的外端部。套环54具有向上突出的紧固凸耳56，并且该套环藉由穿过紧固凸耳56的两个紧固螺栓58而附接至最外侧管16。

螺纹杆52与丝杠26的内螺纹孔50之间的螺纹拧接连接同套筒42与丝杠26的外螺旋形螺纹32之间的螺纹拧接连接是反手的(oppositely-handed：即一个是右手螺纹，而另一个是左手螺纹)，使得随着丝杠26旋转，螺纹杆52和套筒42将沿相反方向移位。

电动马达60紧固至齿轮箱壳体38、并且被布置成经由齿轮箱38使丝杠26旋转，如将解释的。齿轮箱壳体38具有蜂窝结构以减少其重量、所需的材料量并提高冷却效果。

如前所述，(a)以螺纹拧接的方式安装在丝杠26的外螺纹32上的螺纹套筒42紧固至最内侧管20，(b)齿轮箱38紧固至中间管18，以及(c)在外螺纹杆52的外端部处的管状套环54紧固至最外侧管16。由此防止了螺纹套筒42和管状套环54(以及刚性附接至管状套环54的螺纹杆52)旋转。因此，随着马达60沿第一方向操作，螺纹套筒42沿丝杠26朝向端部止挡件34移动，而螺纹杆52沿相反方向背离齿轮箱38移位，因此也使刚性附接至螺纹杆52的管状套环54移位至最大伸展移位，如图6的(b)所展示的。相反，随着马达60沿相反方向操作，螺纹套筒42沿丝杠26背离端部止挡件34移动，而螺纹杆52和刚性附接至该螺纹杆的管状套环54朝向齿轮箱38被拉动至最小撤回移位，如图6的(a)所展示的。最外侧管16紧固至车辆，并且因此，操作马达使得中间管18从最外侧管16在最大撤回状态与最大伸展状态之间缩进和伸出，并且同时使最内侧管20从中间管18在最大撤回状态与最大伸展状态之间缩进和伸出，在该最大撤回状态下，机构24呈现图6的(a)的构型，在该最大伸展状态下，机构24呈现图6的(b)的构型。

在使用中，可以在撤回的收起状态(适合自动操作车辆)与伸展的展开状态(适合手动控制车辆)之间调节转向柱12的位置、并且因此调节连接至转向柱12的方向盘的位置。还可以调节方向盘在伸展的展开状态下的位置使之适合车辆的驾驶员。

图2还示出了致动机构24所需的封装空间(以A指示)，该封装空间与典型的现有技术的致动机构所需的封装空间(以B指示)相比小得多。

第一移位构件42和第二移位构件54以螺纹拧接的方式安装至单个丝杠26，使用单个丝杠还使得在碰撞期间机构的弯折减少，因为机构位于一条轴线上。此外，调节机构紧凑的特性使得丝杠26与外侧管16、中间管18、以及内侧管20的安装点之间的侧向距离更短，使得与现有技术的布置相比，在碰撞的事件下弯矩较低。

图7的(a)至(d)所展示的布置示出了图1的实施例的变型，这些变型具有不同的马达60取向。图7的(a)所示的布置与图1的实施例完全相同，其中，马达的旋转轴线与丝杠26的纵向轴线A-A平行。在图7的(b)中，马达60的纵向轴线仍与丝杠26的纵向轴线A-A平行，但是已经旋转了180°。在图7的(c)中，马达60的纵向轴线与丝杠26的纵向轴线A-A垂直并且向下延伸。在图7的(d)中，马达60的纵向轴线也与丝杠26的纵向轴线A-A垂直但是向上延伸。马达60的不同可能位置允许灵活地将柱组件10定位在车辆内的可用封装空间内。

图8展示了本发明的第二实施例。此实施例的构造与第一实施例的构造非常相似，并且用于第一实施例的相同附图标记表示对应的特征。相对于第一实施例修改了的特征赋予相同的附图标记，但是添加了撇号(’)。

与第一实施例相比，唯一的显著差异在于，(a)机构旋转180°，使得螺纹杆52沿相反方向延伸，(b)螺纹套筒42’固定地安装至螺纹杆52的自由端部并且藉由侧向突出的凸耳44’紧固至最内侧管20，以及(c)螺纹套环54’以螺纹拧接的方式安装在丝杠26的外部上并且藉由穿过从螺纹套环54’向上突出的安装凸耳56’的两个螺栓58而紧固至最外侧管16。

然而，操作马达60实现对外侧管16、中间管18、以及内侧管20的相对位置的调节与对于第一实施例所描述的调节相同。

图9展示了本发明的第三实施例。此实施例与第一实施例非常相似，并且对应的特征以相同的附图标记标识。

与第一实施例相比，唯一的显著差异在于，第一实施例的螺纹套环54由齿轮箱66代替，该齿轮箱紧固至最外侧管16，并且螺纹杆52的一个端部可旋转地安装在该齿轮箱中。齿轮箱66带有第二电动马达68，可以结合齿轮箱66操作该第二电动马达以使螺纹杆52沿两个方向旋转。

结果，通过一起操作第一马达60和第二马达68，可以显著地提高螺纹杆52与丝杠26之间的相对转速，使得最外侧管16与中间管18之间的相对移位更加快速，这进而允许转向柱组件10更加快速地伸展和缩回。

图10展示了用于使最外侧管16、中间管18、以及最内侧管20移位的替代性机构124。该机构包括长形笔直丝杠126，该丝杠具有前端部128和后端部130。丝杠126的一半设置有螺旋形螺纹132，而丝杠126的另一半设置有反手的螺旋形螺纹133。(例如由橡胶制成的)环形的、可弹性变形的端部止挡件134安装在丝杠的前端部128和丝杠的后端部130处。丝杠126的两个螺旋形螺纹132、133之间的中心非螺纹部分135可旋转地安装在齿轮箱壳体138的管状凹部136中。

内螺纹套筒142以螺纹拧接的方式安装在第一螺旋形螺纹132上、并且具有侧向延伸的凸耳144(该凸耳在使用中延伸穿过中间管18中的纵向槽缝)，螺纹套筒藉由该凸耳附接至最内侧管20。如在第一实施例中的，齿轮箱壳体138附接至安装板146，该安装板进而藉由两个紧固螺栓148牢固地附接至中间管18。

管状套环154以螺纹拧接的方式安装在第二螺旋形螺纹133上。套环154具有向上突出的紧固凸耳156，并且该套环藉由穿过紧固凸耳156的两个紧固螺栓158而附接至最外侧管16。

电动马达160紧固至齿轮箱壳体138、并且被布置成经由齿轮箱138使丝杠126旋转，如将解释的。齿轮箱壳体138与前述实施例的齿轮箱壳体38完全相同，但是图10未示出蜂窝结构。

如前所述，(a)以螺纹拧接的方式安装在丝杠126的第一螺纹132上的螺纹套筒142紧固至最内侧管20，(b)齿轮箱138紧固至中间管18，以及(c)以螺纹拧接的方式安装在丝杠126的第二螺纹133上的管状套环154紧固至最外侧管16。由此防止了螺纹套筒142和管状套环154旋转。此外，如前所述，第一螺旋形螺纹132和第二螺旋形螺纹133是反手的(即，一个是右手螺纹，而另一个是左手螺纹)。因此，随着马达160沿第一方向操作，丝杠126的旋转使得螺纹套筒142沿第一螺旋形螺纹132朝向在丝杠126的第一端部128处的端部止挡件134移动、并且使得管状套环154沿第二螺旋形螺纹133沿背离齿轮箱138的相反方向朝向在丝杠126的第二端部130处的端部止挡件134移动。相反，随着马达160沿相反方向操作，螺纹套筒142沿第一螺旋形螺纹132背离端部止挡件134移位，并且管状套环154沿第二螺旋形螺纹133朝向齿轮箱138移位。最外侧管16紧固至车辆，并且因此，操作马达使得中间管18从最外侧管16缩进和伸出，并且同时使得最内侧管20从中间管18缩进和伸出。

对于前述实施例，此机构允许在使用中在撤回的收起状态与伸展的展开状态之间调节转向柱12的位置、并且因此调节连接至转向柱12的方向盘的位置。还可以调节方向盘在伸展的展开状态下的位置使之适合车辆的驾驶员。

本发明不受限于前述实施例的细节。

Claims

1.一种转向柱组件，包括：

壳体，所述壳体具有可伸缩安装的外侧长形壳体部分、中间长形壳体部分、以及内侧长形壳体部分，这些壳体部分可相对于彼此沿调节轴线移动；

转向柱，所述转向柱可旋转地安装在所述内侧长形壳体部分中、并且被配置成在一个端部处附接转向构件；

丝杠，所述丝杠可旋转地安装在所述中间壳体部分上、并且具有反手的第一螺纹部分和第二螺纹部分；

马达，所述马达用于使所述丝杠旋转；

第一移位构件，所述第一移位构件以螺纹拧接的方式安装至所述丝杠的第一螺纹部分、并且连接至所述外侧长形壳体部分和所述内侧长形壳体部分中的一者；以及

第二移位构件，所述第二移位构件以螺纹拧接的方式安装至所述丝杠的第二螺纹部分、并且连接至所述外侧长形壳体部分和所述内侧长形壳体部分中的另一者；

因此，所述丝杠的旋转使得所述第一移位构件和所述第二移位构件沿所述调节轴线在相反方向上移位。

2.如权利要求1所述的转向柱组件，其中，所述丝杠包括第一外螺纹部分和第二内螺纹部分。

3.如权利要求2所述的转向柱组件，其中，所述第二移位构件包括外螺纹杆，所述外螺纹杆以螺纹拧接的方式与所述丝杠的第二内螺纹部分接合。

4.如权利要求3所述的转向柱组件，其中，防止所述螺纹杆旋转。

5.如权利要求3所述的转向柱组件，进一步包括用于使所述外螺纹杆旋转的第二马达。

6.如权利要求5所述的转向柱组件，其中，所述第二马达安装在所述螺纹杆所连接至的长形壳体部分上。

7.如前述权利要求中任一项所述的转向柱组件，其中，所述第一移位构件包括内螺纹构件，所述内螺纹构件安装在所述丝杠的外螺纹部分上。

8.如权利要求1所述的转向柱组件，其中，所述丝杠包括第一外螺纹部分和第二外螺纹部分。

9.如权利要求8所述的转向柱组件，其中，所述第一移位构件包括内螺纹构件，所述内螺纹构件安装在所述丝杠的第一外螺纹部分上，并且所述第二移位构件包括内螺纹构件，所述内螺纹构件安装在所述丝杠的第二外螺纹部分上。

10.如前述权利要求中任一项所述的转向柱组件，进一步包括将所述马达的输出端连接至所述丝杠的传动装置。

11.如权利要求10所述的转向柱组件，其中，所述马达连接至所述传动装置，并且所述传动装置紧固至所述中间壳体部分。

12.如前述权利要求中任一项所述的转向柱组件，其中，所述丝杠平行于所述伸缩壳体的调节轴线延伸。

13.如前述权利要求中任一项所述的转向柱组件，进一步包括用于将所述外侧壳体部分紧固至车辆的装置。

14.一种车辆，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。