CN102939225B

CN102939225B - 转向锁

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Publication number: CN102939225B
Application number: CN201180013886.8A
Authority: CN
Inventors: S·J·迪米格; J·W·贝伦斯; M·D·芬克
Original assignee: Strattec Security Corp
Current assignee: Strattec Security Corp
Priority date: 2010-01-27
Filing date: 2011-01-26
Publication date: 2016-03-16
Anticipated expiration: 2031-01-26
Also published as: US20110179836A1; DE112011100350T5; CN102939225A; US20120291499A1; US8424348B2; KR20120123467A; WO2011094320A1

Abstract

本发明公开了一种用于选择性地阻止具有肋条的旋转式转向部件的旋转的转向锁，所述转向锁包括可沿第一轴线在转向部件锁定位置和转向部件解锁位置之间移动的锁紧螺栓，在所述转向部件锁定位置中，所述锁紧螺栓的远端尖端定位为与所述肋条发生干涉，而在所述转向部件解锁位置中，所述锁紧螺栓末端的尖端定位为与所述肋条解除干涉。梭子可在非阻挡位置和阻挡位置之间移动，在所述非阻挡位置中，所述梭子没有阻碍所述锁紧螺栓从所述转向部件锁定位置向所述转向部件解锁位置的移动，而在所述阻挡位置中，所述梭子阻碍所述锁紧螺栓离开所述转向部件锁定位置的移动。启动器连结至所述梭子并且可操作为，通过使所述梭子从所述非阻挡位置向所述阻挡位置移动而将所述锁紧螺栓驱动至所述转向部件锁定位置。所述锁紧螺栓没有沿所述第一轴线偏置。

Description

转向锁

相关申请的交叉引用

本申请要求2010年1月27日提交的美国专利申请No.12/694,584的优先权，该专利申请的全部内容通过引用合并于此。

技术领域

本发明涉及用于将旋转式转向部件（例如，车辆的方向盘、把手等）锁定（即，防止其未经许可的旋转）的锁定机构。

背景技术

传统的转向柱锁使用启动器机构，以驱动锁定销进入和脱离与转向轴的锁定啮合。运动的有效转移可以通过直接地来回驱动锁定销而实现。然而，可能会出现某种情况，其中锁定销抵靠转向部件中的凹槽之一而被楔住。为了考虑这种情况的发生，驱动锁定销的电动机以及电动机相应的电驱动电路必须具有明显高于正常操作（当锁定销没有被楔住时）所需的额定电流/功率。此外，可以实现复杂的齿轮减速设备，以增加电动机的扭矩输出。在任何一种情况下，锁定设备作为整体变得更加昂贵和复杂，并且将产生过多的噪音。

发明内容

在一个结构中，本发明提供了一种用于选择性地阻止具有肋条的旋转式转向部件的旋转的转向锁。所述转向锁包括可沿第一轴线在转向部件锁定位置和转向部件解锁位置之间移动的锁紧螺栓，在所述转向部件锁定位置处，所述锁紧螺栓的远端尖端定位为与所述肋条发生干涉，而在所述转向部件解锁位置处，所述锁紧螺栓的远端尖端定位为与所述肋条解除干涉。梭子可在非阻挡位置和阻挡位置之间移动，在所述非阻挡位置处，所述梭子不阻碍所述锁紧螺栓从所述转向部件锁定位置向所述转向部件解锁位置的移动，而在所述阻挡位置处，所述梭子阻碍所述锁紧螺栓离开所述转向部件锁定位置的移动。启动器连结至所述梭子并且可操作为，通过使所述梭子从所述非阻挡位置向所述阻挡位置移动而将所述锁紧螺栓驱动至所述转向部件锁定位置。在所述启动器和所述锁紧螺栓之间提供空程连接（lostmotionconnection）。来自所述启动器的启动力经过所述空程连接传输，以在所述肋条没有与所述第一轴线对准时将所述锁紧螺栓驱动至所述转向部件锁定位置，并且来自所述启动器的启动力在所述肋条与所述第一轴线对准时由所述空程连接吸收。

在另一结构中，本发明提供了一种用于选择性地阻止具有肋条的旋转式转向部件的旋转的转向锁。所述转向锁包括可沿第一轴线在转向部件锁定位置和转向部件解锁位置之间移动的锁紧螺栓，在所述转向部件锁定位置处，所述锁紧螺栓的远端尖端定位为与所述肋条发生干涉，而在所述转向部件解锁位置处，所述锁紧螺栓的远端尖端定位为与所述肋条解除干涉。梭子可在非阻挡位置和阻挡位置之间移动，在所述非阻挡位置处，所述梭子不阻碍所述锁紧螺栓从所述转向部件锁定位置向所述转向部件解锁位置的移动，而在所述阻挡位置处，所述梭子阻碍所述锁紧螺栓离开所述转向部件锁定位置的移动。启动器连结至所述梭子并且可操作为，通过使所述梭子从所述非阻挡位置向所述阻挡位置移动而将所述锁紧螺栓驱动至所述转向部件锁定位置。在所述启动器和所述锁紧螺栓之间提供空程连接。所述空程连接构造为，在所述梭子从所述非阻挡位置向所述阻挡位置移动同时所述肋条与所述第一轴线对准的时候，存储所述启动器提供的能量。通过所述空程连接存储的能量，所述锁紧螺栓可在所述肋条移动离开所述第一轴线时移动至所述转向部件锁定位置。

在又一结构中，本发明提供了一种用于选择性地阻止具有肋条的旋转式转向部件的旋转的转向锁。所述转向锁包括可沿第一轴线在转向部件锁定位置和转向部件解锁位置之间移动的锁紧螺栓，在所述转向部件锁定位置处，所述锁紧螺栓的远端尖端定位为与所述肋条发生干涉，而在所述转向部件解锁位置处，所述锁紧螺栓的远端尖端定位为与所述肋条解除干涉。梭子可在非阻挡位置和阻挡位置之间移动，在所述非阻挡位置处，所述梭子不阻碍所述锁紧螺栓从所述转向部件锁定位置向所述转向部件解锁位置的移动，而在所述阻挡位置处，所述梭子阻碍所述锁紧螺栓离开所述转向部件锁定位置的移动。启动器连结至所述梭子并且可操作为，通过使所述梭子从所述非阻挡位置向所述阻挡位置移动而将所述锁紧螺栓驱动至所述转向部件锁定位置。所述锁紧螺栓没有沿所述第一轴线偏置。

本发明的其他方面将通过考虑具体实施方式和附图而变得清晰。

附图说明

图1是转向锁处于锁定的状态的立体图。

图2是图1的转向锁处于未锁定的状态的立体图。

图3是图1的转向锁的启动设备的立体图。

图4是图3的启动设备的第二立体图。

图5是转向锁沿图1的线5-5的截面图。

图6是转向锁沿图2的线6-6的截面图。

图7是图1的转向锁的截面图，其状态为，阻碍锁紧螺栓在被启动时到达锁定的状态。

图8是另一结构的转向锁的立体图，其中输出轴与启动器轴线偏离。

图9是另一结构的转向锁的立体图，其中设置了旋转式梭子。

图10是图9的转向锁处于锁定的状态的立体图。

图11是图9的转向锁处于未锁定的状态的立体图。

图12是图9的转向锁的立体图，其状态为，阻碍锁紧螺栓在被启动时到达锁定的状态。

图13另一结构的转向锁的立体图，该转向锁具有被动式锁紧螺栓。

图14是图13的转向锁的局部分解装配图，其中壳体从启动设备上取下。

图15是图13的转向锁处于锁定的状态的前视图。

图16是图13的转向锁处于未锁定的状态的前视图。

图17是图13的转向锁的前视图，其状态为，阻碍锁紧螺栓在被启动时到达锁定的状态。

具体实施方式

在详细解释本发明的任何实施例之前，要理解的是，本发明不限于在下面的描述中列出或下面的附图中示出的构件的具体结构和安排。本发明可允许其他实施例，并且能够以多种方式实现或实施。

图1和2示出了转向锁100，所述转向锁100可操作为，选择性地锁定邻近的转向部件104，阻止其围绕轴线A旋转。转向锁100包括壳体108，所述壳体108安装在接近转向部件104的预定位置。盖子112可拆除地连结至壳体108以封闭转向锁100的启动设备116。启动设备116（在图3和4中示出并在下文进行更加详细的讨论）包括锁紧螺栓120，所述锁紧螺栓120可在转向部件锁定（steeringmember-locking）位置或简称为“锁定（locked）”位置（图1）和转向部件解锁（steeringmember-unlocking）位置或简称为“解锁（unlocked）”位置（图2）之间移动。在示出的结构中，锁紧螺栓120可沿轴线B在锁定位置和解锁位置之间移动，轴线B基本上与转向部件104的轴线A垂直。

至少如图1和2所示，环形的转向部件104包括平行于轴线A伸长的多个凹口或沟槽124。每对相邻的沟槽124由肋条128分隔。当转向锁100被锁定时，锁紧螺栓120位于其中一个沟槽124中，并且在锁紧螺栓120和所述两个相邻的肋条128之间的阻挡防止转向部件104围绕轴线A实质的旋转。根据特定应用的需要，沟槽124和肋条128的尺寸、形状和数量可以与示出的结构有所不同。尽管转向部件104在被转向锁100锁定时在一些情况下可能进行有限的旋转，然而转向部件104所连结的转向机构（例如方向盘、手柄等）对于车辆（转向锁100设置在该车辆上）的正常操作是不可用的。

如图3和4所示，除了锁紧螺栓120，启动设备116还包括启动器132和梭子136。所示结构的启动器132是电动机，然而可以使用其他类型的启动器。正如下文更加详细的讨论，在一些结构中，启动器132是最大负载时额定电流小于1.0安（A）的电动机。在一些结构中，启动器132是最大负载时额定电流大约为500毫安（mA）的电动机。如图3和4所示，启动器132包括输出轴140。在示出的结构中，输出轴140是能够围绕由启动器132所限定的轴线C旋转的导螺杆。所述导螺杆可以具有大约每英寸10牙（teethperinch）的螺距。

尽管输出轴140示出为直接从启动器132延伸，然而启动器132可以通过动力传输设备连结至输出轴140，所述动力传输设备例如是齿轮系，该齿轮系具有改变输出轴140的扭矩和速度的一个或多个齿轮。在这样的结构中，输出轴140可以具有与启动器132的轴线不同的轴线，并且可以相对于启动器132线性偏离或斜置。这样的安排可以不仅提供所需的齿轮齿数比，还提供构件（component）所需的定向（例如，为了更有效的包装等）。例如，图8示出的转向锁200包括与启动器232偏离的输出轴240。除了在此的描述，转向锁200在其他方面与图1至7的转向锁100相同。这样，相似的附图标记（具有递增100后的首位数字）在适当的情况下用于相似的部件。关于图8的转向锁200的特征和特点，参照上文对转向锁100所作的描述，下文将不再赘述。

在图8的转向锁200中，输出轴240与启动器232的轴线C2偏离。在示出的结构中，输出轴240与启动器232的轴线C2平行，并且输出轴240通过动力传输设备（例如齿轮系）连结至启动器232。尽管其他偏离装置是可选的，然而启动器232包括设有驱动齿轮241的轴239。输出轴240设有被驱动齿轮241转动的从动齿轮243。通过由两个齿轮241、243驱动而不是直接由启动器232的轴239驱动，输出轴240处的可用扭矩增大并且其角速度减小。由此，输出轴240（其在示出的结构中构造为导螺杆），相比于图1至7的转向锁100的输出轴140，可以在每英寸上设有更少的螺纹。例如，图8的输出轴240可以在每英寸上仅设有大约4牙。壳体208设有一对内部支座249，用于在从动齿轮243的两侧上可旋转地支撑输出轴240。

现在参照图1至7所示的结构，梭子136与输出轴140啮合，以便通过启动器132在两个位置之间移动。梭子136的第一位置是阻挡位置（图3），在该位置处，梭子136阻碍锁紧螺栓120从锁定位置（图1）向解锁位置（图2）的移动。梭子136的第二位置是非阻挡位置，在该位置处，梭子136不阻碍锁紧螺栓120从锁定位置（图1）向解锁位置（图2）的移动。正如下文更加详细的讨论，梭子136构造为在基本垂直于锁紧螺栓轴线B的平面P中移动。

在一些结构中，如图3至7所示，梭子136包括凸轮滚轮144，而锁紧螺栓120包括凸轮从动表面148。在示出的结构中，凸轮从动表面148与锁紧螺栓120的尖端或啮合端152（其可与转向部件104啮合）相对。凸轮从动表面148包括第一部分148A和第二部分148B，第一部分148A相对于锁紧螺栓轴线B以及梭子在其中移动的平面P是倾斜的，第二部分148B基本垂直于锁紧螺栓轴线B并且平行于梭子的移动平面P。凸轮滚轮144沿凸轮从动表面148的移动通过滚动接触而产生，滚动接触限制了摩擦力的大小，启动器132必须克服该摩擦力来移动梭子136。

梭子136进一步包括引导体156，所述引导体156支撑并引导凸轮滚轮144。在示出的结构中，凸轮滚轮144安装在轴160上，所述轴160穿过形成在引导体156中的狭缝164延伸。狭缝164在基本垂直于锁紧螺栓轴线B的方向上伸长。梭子136的弹簧168使轴160和凸轮滚轮144偏置到狭缝164的距离启动器132的输出轴140最远的一端。在示出的结构中，弹簧168是能够起到空程设备（lostmotiondevice）的作用的扭力弹簧，正如下文更加详细的讨论。

梭子136的引导体156包括螺纹孔172，所述螺纹孔172与启动器132的输出轴140啮合并且与其轴线C同轴。在示出的结构中，输出轴140（其是导螺杆）关于轴线C旋转并且沿轴线C驱动梭子的运动（在梭子的移动平面P内）。在其他结构中，启动器132的输出轴140可以构造为沿轴线C移进和移出启动器132，使得梭子136可以相对于输出轴140固定并且直接与输出轴140一起移动。在另外的结构中，启动器132可以构造为，使梭子136（在平面P内）在阻挡位置和非阻挡位置之间旋转。此外，可以设置独立的螺母（未示出）而不是直接在引导体156中设置螺纹孔172。这不仅允许在需要时将不同的材料用于引导体156和螺母，而且允许在螺母和引导体156之间建立动态关系。例如，螺母能够在引导体156中滑动，从而当输出轴140旋转时，螺母相对于引导体156移动并且在接触引导体156之前达到运转速度。这减小了启动器132上的启动负荷并且提供了梭子136（并且确切地是引导体156）的碰撞类型的启动。

如图3和4所示，梭子136包括安装在凸轮滚轮144的轴160上的辅助滚轮176。辅助滚轮176、轴160和凸轮滚轮144组成梭子136的可相对于引导体156移动的滚轮单元。辅助滚轮176由壳体108和盖子112的内部引导表面178引导。引导表面178是平坦的，使得辅助滚轮176和引导表面178之间的接触将梭子136的移动保持在所需平面P内。辅助滚轮176通过滚动接触提供引导功能，滚动接触限制了摩擦力的大小，启动器132必须克服该摩擦力来移动梭子136。

如图5至7所示，壳体108包括内部凹槽180，锁紧螺栓120位于内部凹槽180中。该内部凹槽180设有多个引导表面184，这些引导表面184引导锁紧螺栓120沿轴线B的移动。弹簧188位于锁紧螺栓120和内部凹槽180各自的支承表面192、196之间。弹簧188在沿轴线B的方向上将锁紧螺栓120偏置，这将使锁紧螺栓120缩进壳体108并且离开转向部件104。换句话说，弹簧188将锁紧螺栓120向解锁位置偏置。

在操作中，转向锁100在车辆的正常运行期间保持在解锁状态（图2和6）。这样，转向部件104能够关于其轴线A自由旋转，而没有来自锁紧螺栓120的阻碍。在由操作者发出或由车辆安全系统的预定功能自动发出命令时，转向锁100能够移动至锁定状态（图1和5）。

为了将转向锁100移动至锁定状态，向启动器132提供动力。向启动器132提供动力可以包括经由电路向电动机提供电流，但是可选择地，可以包括通过机械装置或流体装置向输出轴140提供能量。当输出轴140构造为导螺杆时，输出轴140的旋转驱动引导体156平行于启动器132的轴线C进行移动。在引导体156和凸轮滚轮144之间的弹簧168足够强，以将运动从引导体156传输到凸轮滚轮144，使得凸轮滚轮144从凸轮从动表面148的倾斜的第一部分148A滚动到第二部分148B，由此克服锁紧螺栓弹簧188的偏置并将锁紧螺栓120移动至锁定位置（图5）。

上文对于启动设备116如何将锁紧螺栓120移动至锁定位置的描述，假定锁紧螺栓120与转向部件104的凹口124之一对准，并且不与中间的肋条128中的任何一个对准。然而存在很大的可能，即在向启动器132提供动力以将转向锁100从解锁位置移动至锁定位置时，锁紧螺栓120将与肋条128之一对准。该情况在图7中示出。在锁紧螺栓120在被启动时与肋条128之一对准的情况下，启动器132仍然启动并移动梭子136的引导体156，就像锁紧螺栓120与凹口124之一对准一样。然而，锁紧螺栓120在尖端152接触肋条128的顶部时过早地停止移动。随着启动器132继续移动引导体156，弹簧168起到空程设备的作用，在凸轮滚轮144保持与倾斜的凸轮从动表面部分148A接触时存储能量。引导体156中的狭缝164允许引导体156相对于轴160和凸轮滚轮144移动。空程设备防止启动器132在锁紧螺栓120接触肋条128的顶部时过载，并且允许锁紧螺栓120之后移动至锁定位置，无需进一步向启动器132提供动力。一旦稍微移动转向部件104以将阻碍的肋条128从锁紧螺栓120的路径中移开，弹簧168中存储的能量即被释放，将凸轮滚轮144驱动至凸轮从动表面的第二部分148B，并且同时将锁紧螺栓120移动到锁定位置中。

在一些情况下，当锁紧螺栓120处于锁定位置时，转向部件104的肋条128之一可抵靠锁紧螺栓120而被楔住。例如，这可以在连结至转向部件104的一个或多个转向轮抵靠一静止物体（例如边栏）而被楔住时发生。当被楔住的状况存在并且需要将转向锁100从锁定状态移动至解锁状态时（由此将锁紧螺栓120从转向部件104撤出），启动器132正常运行并且一个或多个被动式零件（passivefeature）辅助将锁紧螺栓120从被楔住的状况释放。转向锁100不依赖启动器132提供的动力来撤出或“拔出”锁紧螺栓120。事实上，启动器132和梭子136提供锁紧螺栓120的“只推（push-only）”启动，并且在一些结构中，不以通过启动器132的动力实现将锁紧螺栓120向解锁位置推动的方式进行连结。因为启动器132不设计为使锁紧螺栓120从被楔住的状况缩回，所以启动器132的额定功率可以保持较低。这带来了启动器132和相关工作电路的较低的成本，以及多数情况下较小的尺寸和较为容易的包装。

有助于将锁紧螺栓120从被楔住的状况释放的一个被动式零件是锁紧螺栓120的锥形尖端152。当被锁定时，尖端152的逐渐变窄的两个表面152A与转向部件的肋条128干涉并潜在地与其接触，两个表面152A以与锁紧螺栓120相邻的平坦侧面呈角α而逐渐变窄。因为锁紧螺栓120相邻的平坦侧面与锁紧螺栓轴线B基本平行，所以在逐渐变窄的表面152A和锁紧螺栓轴线B之间形成同样的角α。由于被楔住的状况，转向部件104的旋转引起其中一个肋条128的侧面接触尖端152逐渐变窄的表面152A的其中一个。由此，来自转向部件104的力矩沿轴线B产生凸轮反作用，其借助转向部件104促使锁紧螺栓120从被楔住的状况的释放。在一些结构中，角α在大约10度至大约20度之间。当角α过大时，来自转向部件104的扭矩在很大程度上沿锁紧螺栓120的轴线B传输。这些大的力必须由启动设备116承受，以将锁紧螺栓120保持在锁定位置。由此，对梭子136、输出轴140等的结构要求更高。另一方面，当角α过小时，需要来自转向部件104的非常大的力矩，以产生足以将锁紧螺栓120从被楔住的状况释放的凸轮力（沿轴线B）。在某些结构中，例如示出的结构，大约12度至大约16度的角α可以提供这些设计考虑之间有利的平衡。

有助于将锁紧螺栓120从被楔住的状况释放的另一被动式零件是弹簧188，所述弹簧188在锁紧螺栓120处于锁定位置时从其松弛状态被压缩。因此，弹簧188存储能量，该能量在锁紧螺栓120处于锁定的状态的任何时候（包括处于被楔住的状况）将锁紧螺栓120向解锁位置推进。

如上所述，启动器132的运行完全不受被楔住的状况的存在的影响。启动器132操作为，将梭子136以及由此的凸轮滚轮144拉出图5的阻挡位置，并且拉向图6的非阻挡位置。然而，梭子136的移动不直接引起锁紧螺栓120移动至解锁位置。一旦梭子136和凸轮滚轮144移动闪开，锥形的尖端152和弹簧188共同作用将锁紧螺栓120驱动离开被楔住的位置，而无需经由启动器132的主动拉动或借助动力的缩回，也无需作用在锁紧螺栓120上的任何其他动力设备。

图9至12示出了另一结构的转向锁300。图9至12的转向锁300在很多方面与图1至7的转向锁100相似。出于一致性，在适当的情况下重新使用具有增加100后的首位数字的附图标记。上文参照转向锁100所作的描述，下文关于图9至12的转向锁300的特征和特点时不再具体说明。

图9示出的转向锁300中，壳体308不含盖子，而图10至12示出了完全不带壳体308的转向锁300，从而可以清晰地看到启动设备316。如同转向锁100一样，图9至12的转向锁300包括锁紧螺栓320，所述锁紧螺栓320可在转向部件锁定位置（或简称为“锁定”位置）（图10）和转向部件解锁位置（或简称为“解锁”位置）（图11）之间移动。在示出的结构中，锁紧螺栓320可沿轴线B3在锁定位置和解锁位置之间移动，轴线B3与转向部件304的轴线A3基本垂直。

转向锁300的启动器332包括设有驱动齿轮341的输出轴340。输出轴340和驱动齿轮341限定轴线C3。梭子336由驱动齿轮341在阻挡位置和非阻挡位置之间来回驱动。在示出的结构中，多个中间齿轮343位于驱动齿轮341和梭子336的引导体356上的一组齿轮齿345之间。中间齿轮343使源自输出轴340的角速度减小且扭矩增大。

引导体356在壳体内枢转并在平面P3中运动，平面P3与输出轴340的轴线C3垂直并与锁紧螺栓320的轴线B3平行。在一些结构中，引导体356和启动器332具有交叉的定向。例如，引导体356和启动器322可以构造为转动90度，使得输出轴340的轴线C3平行于锁紧螺栓320的轴线B3，并且引导体356在垂直于锁紧螺栓320的轴线B3的平面内运动。壳体308包括至少一个与壳体108的内部引导表面相似的内部引导表面（未示出），用于引导所述引导体356的移动，然而该引导表面是弓形的，以引导所述引导体356的枢转运动。

除了引导体356，梭子336还包括凸轮滚轮344和辅助滚轮376。凸轮滚轮344安装在轴360上，所述轴360容纳在引导体356内的弓形狭缝364中。凸轮滚轮344接触弓形的凸轮从动表面348，以便选择性地将锁紧螺栓320从解锁位置启动至锁定位置。与前面描述的启动设备116相似，启动器332和梭子336只能操作为将锁紧螺栓320启动至锁定位置并阻止锁紧螺栓返回解锁位置，而并不构造为主动使锁紧螺栓320从锁定位置缩回。

与图1至7的梭子136不同（其中轴160在狭缝164中简单地来回滑动以允许凸轮滚轮144相对于引导体156移动），轴360由枢转臂375支撑，图9至12的转向锁的凸轮滚轮344在所述轴360上，所述枢转臂375通过枢转轴377连结至引导体356。

与前面描述的梭子136相似，梭子336包括弹簧368，所述弹簧368将轴360和凸轮滚轮344偏置到狭缝364的一端。在示出的结构中，弹簧368是扭力弹簧，当锁紧螺栓320与转向部件304上的肋条328之一对准时（此时向启动器332提供动力以将锁紧螺栓320从解锁位置移动至锁定位置），该扭力弹簧能够起到空程设备的作用。当这种情况发生时，弹簧368在引导体356向阻挡位置运动并且凸轮滚轮344保持在非阻挡位置时存储能量。引导体356中的狭缝364允许引导体356相对于轴360和凸轮滚轮344移动。空程设备防止启动器320在锁紧螺栓320接触肋条328时过载。一旦稍微移动转向部件304以将阻碍的肋条328从锁紧螺栓320的路径中移开，弹簧368中存储的能量即被释放，从而凸轮滚轮344将锁紧螺栓320驱动进入锁定位置并阻止其缩回解锁位置。

图13至17示出了另一结构的转向锁400。图13至17的转向锁400在一些方面与图1至12的转向锁100、200、300相似。出于一致性，在适当的情况下重新使用具有增加100后的首位数字的附图标记。上文参照转向锁100、200、300所作的描述，下文关于图13至17的转向锁400的特征和特点时不再具体说明。

如图13和14所示，壳体408包括第一壳体部分408A和第二壳体部分408B，它们在示出的结构中构造为壳体半部。第一壳体部分408A和第二壳体部分408B是互补的形状，并通过紧固件409连结在一起，所述紧固件409可以包括螺纹紧固件，例如，示出的位于两个壳体部分408A、408B的重叠区域的两个螺钉。与前面描述的转向锁相似，壳体408构造为安装在接近转向部件404的预定位置，而转向锁400的启动设备416构造为，选择性地将锁紧螺栓420移出壳体408，从转向部件解锁位置或简称为“解锁”位置（图16）移到转向部件锁定位置或简称为“锁定”位置（图15）。在示出的结构中，锁紧螺栓420可沿轴线B4在锁定位置和解锁位置之间移动，所述轴线B4基本垂直于转向部件404的轴线A4。

在一个结构中，转向部件404与前面描述的环形转向部件104、204、304本质上是相同的，并且包括平行于轴线A4伸长的多个凹口或沟槽424，每对相邻的沟槽424被肋条428分隔。当转向锁400被锁定时，锁紧螺栓420位于其中一个沟槽424中，并且在锁紧螺栓420和两个相邻的肋条428之间的干涉防止转向部件404围绕轴线A4实质的旋转。根据特定应用的需要，沟槽424和肋条428的尺寸、形状和数量可以与示出的结构有所不同。还应当理解的是，转向锁400的启动设备416以及上述任何其他启动设备可以接合几乎任何类型的转向部件，以便选择性地阻止转向部件的使用。例如，一些结构中的转向部件并不是带有向外突出的肋条的管形或环形，而是可以具有不带突出物的外表面，所述外表面提供一个或多个孔的形式的一个或多个锁紧螺栓容纳沟槽。这样的结构中的用于干涉锁紧螺栓420的一个或多个肋条可以简单地由孔附近的材料提供。

如图14所示，壳体部分408A、408B的每一个均构造为容纳并支撑启动设备416。结合式启动器安装板和印刷电路板（PCB）411由壳体部分408A、408B共同容纳，安装板/PCB411的边缘411A由设置在壳体部分408A、408B内部的沟道413容纳。两个启动器底座415固定至安装板/PCB411并支撑启动器432相对的两端。附加的座417（其可以是由第二壳体部分408B容纳的轴承座）设置在输出轴440的端部。在一些结构中，PCB411并不构造为启动器432的安装板。在这样的结构中，启动器432可以与PCB411电连结，同时由壳体部分408A、408B的至少一个定位和/或安装至壳体部分408A、408B的至少一个。

现在转到启动设备416的机械结构，某些方面与已经参照前面的转向锁100、200、300的至少一个所描述的方面大体相似。例如，启动设备416使用梭子436将锁紧螺栓420布置在锁定位置。所述梭子可在阻挡位置和非阻挡位置之间移动，阻挡位置阻碍锁紧螺栓420向转向部件解锁位置的移动，而非阻挡位置不会阻碍锁紧螺栓420向转向部件解锁位置的移动。此外设置空程设备，以便在锁紧螺栓420被启动为从解锁位置向锁定位置移动，但是被阻止立即到达锁定位置时如上所述地存储启动能量。然而，不像前面描述的转向锁100、200、300，转向锁400的锁紧螺栓420完全是被动的，因为没有设置偏置部件以将锁紧螺栓420沿锁紧螺栓轴线B4推向一个位置或另一个。下文详细解释启动设备416具体的结构和操作。

启动器432（其可以是在最大负载时额定电流小于1.0A的电动机，而在一些结构中在最大负载时大约为500mA）连结至输出轴440，以将输出轴440关于轴线C4旋转。在示出的结构中，输出轴440构造为与曲柄443的齿轮部分443A齿轮啮合的蜗轮。齿轮部分443A形成曲柄443的从动部分，而驱动部分443B与齿轮部分443A旋转连结并且在轴向偏离。曲柄443构造为，在输出轴440由启动器432旋转时关于轴线D4旋转。如图14所示，一对支架445形成在第一壳体部分408A中，用于支撑曲柄443。

梭子436连结至曲柄443并且构造为向锁紧螺栓420施加启动力。梭子436包括在枢轴457处连结至曲柄443的引导体或连杆456以及通过空程设备连接至连杆456的滚轮单元。在示出的结构中，所述滚轮单元包括一对安装在公共轮轴460上的滚轮轴承476，而所述空程设备包括偏置部件，例如，位于连杆456的开口或狭缝464中的螺旋弹簧468。从图中可以看出，螺旋弹簧468的第一端可以邻接狭缝464的第一端464A并且保持在连杆456的柱459上，而螺旋弹簧468的相对端可以邻接轮轴460，使得滚轮单元通常保持在狭缝464的第二相对端。尽管示出了滚轮单元的一个结构，然而应当理解的是，用于在梭子436和锁紧螺杆420之间提供滚动界面的很多可选择结构对于本领域技术人员将是显而易见的。

滚轮单元操作性地通过锁紧螺栓托架421与锁紧螺栓420连结。锁紧螺栓托架421包括容纳连杆456的一部分的中央凹槽461。滚轮单元的轮轴460延伸穿过锁紧螺栓托架421中的一对匹配的凸轮狭缝448并穿过连杆456中的狭缝464，由此将连杆456与锁紧螺栓托架421连结。通过在锁紧螺栓420的突出部420A和锁紧螺栓托架421中的孔421A之间的啮合，锁紧螺栓420与锁紧螺栓托架421连结，这使得锁紧螺栓420和锁紧螺栓托架421能够整体沿锁紧螺栓轴线B4一起移动。尽管在示出的结构中设置为独立的构件，然而锁紧螺栓420和锁紧螺栓托架421构成了锁紧螺栓单元，并且可以在转向锁400的一些结构中由可选择结构的锁紧螺栓单元（例如，直接连结至梭子436的单件式锁紧螺栓）代替。

滚轮单元的滚轮轴承476以及锁紧螺栓托架421均被壳体408的内部零件引导为线性移动。锁紧螺栓托架421的多个部分接触第一壳体部分408A内侧上的一对引导表面484（图14），使得锁紧螺栓托架421在被梭子436启动时平行于锁紧螺栓轴线B4移动。此外，第一壳体部分408A和第二壳体部分408B上的引导表面478A、478B将滚轮单元的移动约束于平面P4，所述平面P4基本垂直于锁紧螺栓轴线B4。由此，滚轮单元垂直于锁紧螺栓轴线B4移动，然而连杆456在曲柄443的运动过程中具有呈现出多个角向的自由度。因为轮轴460由滚轮轴承476在其两端支撑，所以轮轴460沿锁紧螺栓托架421中的凸轮狭缝448的表面受到低摩擦的滚动而不是滑动。相似地，滚轮轴承476的外部沿任何一对引导表面478A、478B受到低摩擦的滚动而不是滑动。

主要参照图15至17描述转向锁400的操作和多个状态。在图15中转向锁处于锁定的状态，这就是说，锁紧螺栓420沿轴线B4延伸至其锁定位置，使其容纳在转向部件404的其中一个沟槽424中，并且阻止了转向部件404的旋转。梭子436的滚轮单元位于凸轮狭缝448的表面448B上，所述表面448B基本垂直于锁紧螺栓轴线B4延伸，以用作阻挡表面，使得梭子436阻挡或实体上阻碍锁紧螺栓420从锁定位置向图16的解锁位置移动。在示出的结构中，阻挡表面448B（尽管基本垂直于锁紧螺栓轴线B4延伸）沿锁紧螺栓轴线B4定位，以与锁紧螺栓轴线B4相交。通过滚轮轴承476和第二壳体部分408B的引导表面478B之间的接触，由转向部件404向锁紧螺栓420在解锁方向上施加的任何力被反作用，引导表面478B基本垂直于锁紧螺栓轴线B4。这种来自转向部件404的力不能反向驱动梭子436或启动器432，从而锁紧螺栓420被动却可靠地停在锁定位置。没有沿锁紧螺栓轴线B4的偏置力施加给处于锁定位置的锁紧螺栓420，并且没有来自启动器432的能量和阻力用于将锁紧螺栓420保持在锁定位置。

为将转向锁400解锁并释放转向部件404，梭子436从阻挡位置移动至非阻挡位置。对启动器432进行上电以旋转输出轴440，输出轴440旋转曲柄443（如图15至17所示为逆时针方向）以移动连杆456。连杆456被移动，以将滚轮单元（并且尤其是轮轴460）拉离阻挡表面448B，并且拉进凸轮狭缝448的相对于锁紧螺栓轴线B4倾斜（以提供倾斜的凸轮表面448A）的部分。在示出的结构中，每个凸轮狭缝448的凸轮表面448A以相对于锁紧螺栓轴线B4大约45度而定向。当滚轮单元被连杆456拉离阻挡表面448B（在图15至17中向右）时，轮轴460和倾斜的凸轮表面448A之间的接触将锁紧螺栓托架421和锁紧螺栓420推向图16的解锁位置。尽管以特定方式向启动器432提供动力以将锁紧螺栓420从锁定位置移动至解锁位置，然而锁紧螺栓420由于锥形的尖端452（其与上述尖端152相似）的构造基本是自释放的。由此，即使由转向部件404向锁紧螺栓420施加强力，该力也趋于将锁紧螺栓420从转向部件404自动释放，而不是针对启动器432的动力将锁紧螺栓420楔住并保持在锁定位置。因此，启动器432不需要高的额定功率来应对被楔住的锁紧螺栓的状况的撤出。

当滚轮单元到达凸轮狭缝448中与阻挡表面448B相对的位置时，进入解锁位置的移动完成，如图16所示。该位置限定了梭子436的非阻挡位置。在示出的结构中，曲柄443将梭子436定位在非阻挡位置中，尽可能远离锁紧螺栓轴线B4。螺旋弹簧468或其他空程设备在解锁位置不保存残余能量或势能，并且锁紧螺栓420在解锁位置不受到任何其他偏置力，使得启动器432可以简单地关闭，并且锁紧螺栓420被动地位于解锁位置，直到被启动为再次锁定。启动器432在达到图16的解锁位置时自动停止。在一个结构中，安装板/PCB411上的磁性开关可以通过检测曲柄443的磁体或磁性部分来检测曲柄443的定向，以向启动器432发出信号以便关闭。曲柄443额外的行程同样被曲柄443的驱动部分443B上的突出部447以及第一壳体部分408A内部上的邻接点449之间的干涉阻挡。

为了锁定转向锁400并限制转向锁400的移动，对启动器432上电以旋转输出轴440，输出轴440旋转曲柄443（图15至17所示为顺时针方向）以移动连杆456。连杆456被移动以将滚轮单元（并且尤其是轮轴460）经由螺旋弹簧468或其他空程设备沿倾斜的凸轮表面448A向阻挡表面448B推动。因为滚轮单元被限制在平面P4内移动，所以滚轮单元朝向阻挡表面448B的移动（在图15至17中向左）引起锁紧螺栓托架421和锁紧螺栓420沿轴线B4朝向转向部件404移动。启动器432在驱动曲柄443一定量（对应于需要将锁紧螺栓420经由梭子436启动至锁定位置）时自动停止。多种类型的开环或闭环控制可以用于控制启动器432的启/停操作。在一些结构中，安装板/PCB411上的磁性开关可以通过检测曲柄443的磁体或磁性部分来检测曲柄443的定向，以向启动器432发出信号以便关闭。如图15所示，曲柄443可以旋转刚好经过上死点位置（在该位置处连杆456和螺旋弹簧468与曲柄轴线D4相交），使得在锁定位置中存储在螺旋弹簧468中的残余能量或势能推动曲柄443以进一步顺时针旋转。曲柄443在该方向额外的行程同样被曲柄443的驱动部分443B上的突出部447以及第一壳体部分408A内部上的邻接点449之间的干涉阻挡。由此，锁定位置是稳定的，没有启动器432连续的供能，并且尽管轻微的偏置力可以存在于梭子436中（例如，在连杆456和滚轮单元之间的弹簧468或其他空程设备中），锁紧螺栓420和锁紧螺栓托架421不会在处于锁定位置时在沿锁紧螺栓轴线B4的任一方向上偏置。尽管在图15中示出为旋转稍微经过上死点，然而曲柄443还可以大体在上死点处停止，以提供抵抗连接杆456反向驱动的稳定锁定位置。

上文对于通过将锁紧螺栓420移动至锁定位置而将转向部件404锁定的描述假定锁紧螺栓420在被启动时与转向部件404的沟槽424对准。这样，空程设备将启动能量从启动器传输至滚轮单元并传输至锁紧螺栓420，而大体无需吸收这样的能量。然而，并不总是锁紧螺栓420在被启动时与转向部件404的沟槽424对准的情况。与前面描述的转向锁100、200、300相似，图13至17的转向锁400的梭子436构造为，在梭子436被启动以移动锁紧螺栓420并且锁紧螺栓420邻近转向部件404的肋条428时存储由启动器432提供的能量。当这些情况出现在示出的结构中时，启动器432将梭子436的引导体或连杆部分456移动至对应于锁紧螺栓阻挡位置的位置，但是滚轮单元并不到达阻挡位置。相反，螺旋弹簧468在滚轮单元的轮轴460和狭缝464的端部464A之间被压缩，如图17所示。启动器432提供的能量由螺旋弹簧468存储，并且启动器432关闭。尽管示出在图17的上死点位置，然而如上所述，连杆456可以相对于正常锁定位置旋转稍微经过上死点（如图15至17所示进一步顺时针旋转）。因为曲柄443和连杆456在该位置是稳定的并且不需主动由启动器432保持，所以转向锁400能够保持在这个临近锁定位置，无需任何显著的动力汲取并且不会到达故障状态。从图17所示的状态，一旦转向部件404移动为将沟槽424与锁紧螺栓420对准，锁紧螺栓420将通过空程设备中存储的能量移动至锁定位置。

本发明的多个特征和优点在下面的权利要求中列出。

Claims

1.一种用于选择性地阻止具有肋条的旋转式转向部件的旋转的转向锁，所述转向锁包括：

能够沿第一轴线在转向部件锁定位置和转向部件解锁位置之间移动的锁紧螺栓，在所述转向部件锁定位置处，所述锁紧螺栓的远端尖端定位为与所述肋条发生干涉，而在所述转向部件解锁位置处，所述锁紧螺栓的远端尖端定位为与所述肋条解除干涉；

能够沿与所述第一轴线不平行的路径在非阻挡位置和阻挡位置之间移动的梭子，在所述非阻挡位置处，所述梭子不阻碍所述锁紧螺栓从所述转向部件锁定位置向所述转向部件解锁位置的移动，而在所述阻挡位置处，所述梭子阻碍所述锁紧螺栓离开所述转向部件锁定位置的移动；

启动器，所述启动器连结至所述梭子并且可操作为，通过使所述梭子从所述非阻挡位置向所述阻挡位置移动而将所述锁紧螺栓驱动至所述转向部件锁定位置；以及

将所述启动器连接至所述锁紧螺栓的空程设备，

其中来自所述启动器的启动力经过所述空程设备传输，以在所述肋条没有与所述第一轴线对准时将所述锁紧螺栓驱动至所述转向部件锁定位置，并且其中来自所述启动器的启动力在所述肋条与所述第一轴线对准时由所述空程设备吸收。

2.根据权利要求1所述的转向锁，其中所述梭子包括连结至所述锁紧螺栓的第一部分和连结至所述启动器的第二部分，其中所述空程设备设置在梭子的第一部分和第二部分之间。

3.根据权利要求2所述的转向锁，其中所述空程设备包括弹簧。

4.根据权利要求2所述的转向锁，其中所述第一部分包括构造为提供滚动界面的滚轮单元，用于将所述锁紧螺栓向所述转向部件锁定位置驱动。

5.根据权利要求4所述的转向锁，进一步包括壳体，所述壳体具有基本平坦的引导表面，用于支撑所述滚轮单元。

6.根据权利要求1所述的转向锁，其中在所述梭子和所述锁紧螺栓之间设置第一倾斜凸轮表面，使得梭子在基本垂直于所述第一轴线的方向上朝向所述阻挡位置的基本线性的移动用于将锁紧螺栓向所述转向部件锁定位置移动。

7.根据权利要求6所述的转向锁，其中在所述梭子和所述锁紧螺栓之间设置第二倾斜凸轮表面，使得梭子在基本垂直于所述第一轴线的方向上朝向所述非阻挡位置的基本线性的移动用于将锁紧螺栓向所述转向部件解锁位置移动。

8.根据权利要求1所述的转向锁，其中所述锁紧螺栓包括锥形尖端。

9.根据权利要求8所述的转向锁，其中所述锥形尖端的表面与所述第一轴线形成10度至20度之间的角。

10.根据权利要求9所述的转向锁，其中所述锥形尖端的表面与所述第一轴线形成12度至16度之间的角。

11.根据权利要求1所述的转向锁，其中所述锁紧螺栓被偏置到所述转向部件解锁位置。

12.根据权利要求1所述的转向锁，其中所述锁紧螺栓没有沿所述第一轴线偏置。

13.根据权利要求1所述的转向锁，其中所述锁紧螺栓是整体移动式锁紧螺栓单元的一部分，所述整体移动式锁紧螺栓单元还包括锁紧螺栓托架。

14.根据权利要求13所述的转向锁，其中所述梭子与所述锁紧螺栓托架共享凸轮界面，用于将所述锁紧螺栓向所述转向部件锁定位置和所述转向部件解锁位置中的至少一个移动。

15.一种用于选择性地阻止具有肋条的旋转式转向部件的旋转的转向锁，所述转向锁包括：

将所述启动器连接至所述锁紧螺栓的空程设备，所述空程设备构造为，在所述梭子从所述非阻挡位置向所述阻挡位置移动同时所述肋条与所述第一轴线对准的时候，存储所述启动器提供的能量，

其中通过所述空程设备存储的能量，所述锁紧螺栓能够在所述肋条移动离开所述第一轴线时移动至所述转向部件锁定位置。

16.根据权利要求15所述的转向锁，其中所述梭子包括连结至所述锁紧螺栓的第一部分和连结至所述启动器的第二部分，其中所述空程设备设置在梭子的第一部分和第二部分之间。

17.根据权利要求16所述的转向锁，其中所述空程设备包括弹簧。

18.根据权利要求16所述的转向锁，其中所述第一部分包括构造为提供滚动界面的滚轮单元，用于将所述锁紧螺栓向所述转向部件锁定位置驱动。

19.根据权利要求18所述的转向锁，进一步包括壳体，所述壳体具有基本平坦的引导表面，用于支撑所述滚轮单元。

20.根据权利要求15所述的转向锁，其中在所述梭子和所述锁紧螺栓之间设置第一倾斜凸轮表面，使得梭子在基本垂直于所述第一轴线的方向上朝向所述阻挡位置的基本线性的移动用于将锁紧螺栓向所述转向部件锁定位置移动。

21.根据权利要求20所述的转向锁，其中在所述梭子和所述锁紧螺栓之间设置第二倾斜凸轮表面，使得梭子在基本垂直于所述第一轴线的方向上朝向所述非阻挡位置的基本线性的移动用于将锁紧螺栓向所述转向部件解锁位置移动。

22.根据权利要求15所述的转向锁，其中所述锁紧螺栓包括锥形尖端。

23.根据权利要求22所述的转向锁，其中所述锥形尖端的表面与所述第一轴线形成10度至20度之间的角。

24.根据权利要求23所述的转向锁，其中所述锥形尖端的表面与所述第一轴线形成12度至16度之间的角。

25.根据权利要求15所述的转向锁，其中所述锁紧螺栓被偏置到所述转向部件解锁位置。

26.根据权利要求15所述的转向锁，其中所述锁紧螺栓没有沿所述第一轴线偏置。

27.根据权利要求15转向锁，其中所述锁紧螺栓是整体移动式锁紧螺栓单元的一部分，所述整体移动式锁紧螺栓单元还包括锁紧螺栓托架。

28.根据权利要求27所述的转向锁，其中所述梭子与所述锁紧螺栓托架共享凸轮界面，用于将所述锁紧螺栓向所述转向部件锁定位置和所述转向部件解锁位置中的至少一个移动。

29.一种用于选择性地阻止具有肋条的旋转式转向部件的旋转的转向锁，所述转向锁包括：

启动器，所述启动器连结至所述梭子并且可操作为，通过使所述梭子从所述非阻挡位置向所述阻挡位置移动而将所述锁紧螺栓驱动至所述转向部件锁定位置；并且

其中所述锁紧螺栓没有沿所述第一轴线偏置。

30.根据权利要求29所述的转向锁，进一步包括将所述启动器连接至所述锁紧螺栓的空程设备。

31.一种用于转向锁的启动设备，所述转向锁能够操作为选择性地阻止具有肋条的旋转式转向部件的旋转，所述启动设备包括：

能够沿第一轴线在转向部件锁定位置和转向部件解锁位置之间移动的锁紧螺栓；

能够沿与所述第一轴线不平行的路径在非阻挡位置和阻挡位置之间移动的梭子，在所述非阻挡位置处，所述梭子不阻碍所述锁紧螺栓从所述转向部件锁定位置向所述转向部件解锁位置的移动，而在所述阻挡位置处，所述梭子阻碍所述锁紧螺栓从所述转向部件锁定位置向所述转向部件解锁位置的移动；以及

启动器，所述启动器经由曲柄操作性地连结至所述梭子并且能够操作为，通过在第一锁定方向上旋转所述曲柄而将梭子从所述非阻挡位置移动至所述阻挡位置，并且通过在第二解锁方向上旋转所述曲柄而将梭子从所述阻挡位置移动至所述非阻挡位置；

其中所述曲柄构造为由所述启动器旋转，使得所述梭子在移动进入所述阻挡位置后相对于所述曲柄经过并超过上死点状况，从而所述梭子上的来自所述锁紧螺栓的任何反向驱动力只能进一步在所述第一锁定方向上推进所述曲柄。

32.根据权利要求31所述的启动设备，进一步包括将所述启动器连接至所述锁紧螺栓的空程设备，所述空程设备具有偏置部件，所述偏置部件构造为，在所述梭子从所述非阻挡位置向所述阻挡位置移动同时所述肋条与所述第一轴线对准的时候，存储所述启动器提供的能量，其中在移动进入所述阻挡位置后经过并超过所述上死点状况的梭子确保所述偏置部件中任何残余能量在所述第一锁定方向上推进所述曲柄。