CN104903156A - 用于机动车辆的电子转向柱锁 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于机动车辆的、能够锁定和解锁转向柱的电子转向柱锁，包括：螺栓(3)，旨在移动以用于锁定以及用于解锁所述转向柱；凸轮(5)，旨在根据第一旋转轴线旋转，并且旨在与所述螺栓(3)配合以用于控制所述螺栓的移动；其特征在于，所述电子转向柱锁还包括用于在所述凸轮(5)旋转时确定所述凸轮(5)的旋转位置的组件。

Description

用于机动车辆的电子转向柱锁
本发明涉及一种用于机动车辆的、能够锁定和解锁电子转向柱的电子转向柱锁(electrical steering column lock)，也称为ESCL。
在机动车辆中使用的柱锁通常包括用于控制螺栓从锁定位置移动至解锁位置的电马达，在所述锁定位置和所述解锁位置中，转向柱交替地分别被阻挡或未被阻挡。
需要知晓螺栓的位置，以避免锁定失败或将螺栓驱动得太远，因为锁可能未能固定转向柱和/或损坏电子锁本身。
根据一个方面，本发明的目的是一种ESCL，包括：
-螺栓，旨在锁定或解锁转向柱；
-凸轮(cam wheel)，用于控制该螺栓的移动；
-齿轮(gear)，旨在被马达控制，并且旨在控制该凸轮的旋转；
-用于确定该凸轮的旋转位置的组件。
通过确定该凸轮的位置，已知了该螺栓的位置。
精确地知晓该位置的主要优点是，可以基于位置在这段时间期间的变化来计算速度。所述速度信息可被用于调整制动开始的时间。
以此方式，无需测量若干环境影响(例如，电源电压、温度和老化)，就可补偿它们或使它们最小化。
如果与下述这样的架构结合，则本发明的ESCL非常紧凑、可靠，并且有效地用于锁定和解锁转向柱，在所述架构中，凸轮和齿轮具有平行的轴线且被置于相同的平面上，并且马达也被置于包括该凸轮和该齿轮的平面上。
在阅读下列附图的描述时，本发明的特征和优点将明显，在附图中：
-图1是根据本发明的ESCL的一个实施方案的示意图；
-图2是图1的实施方案的另一视图，该实施方案的一部分已被移除；
-图3是图1和图2的ESCL的一部分的剖视图；
-图4a至图4d是先前的图的实施方案的定位组件的更详细的视图。
在所有图上，用相同的数字指示相同的元件。
根据本发明，ESCL 1包括：
-螺栓3，旨在锁定或解锁转向柱(未例示)；
-凸轮5，用于控制该螺栓的移动；
-齿轮7，旨在被马达9控制，并且控制该凸轮的旋转。
凸轮5和齿轮7具有平行的轴线11、13，并且被置于相同的平面上。所述轴线11、13也平行于螺栓3的移动31。
马达9也被置于包括凸轮5和齿轮7的公共平面上，并且包括包含在该公共平面内的纵向轴线，所述纵向轴线明显地(sens ibly)垂直于第一旋转轴线11和第二旋转轴线13。
由于本发明的配置，ESCL 1呈现出高紧凑性，使得能够节省空间。
马达9经由其输出轴上的蜗轮副(worm gear)15使齿轮7运动，蜗轮副15与所述齿轮7的齿啮合。通过所述凸轮5携带的齿与齿轮7的齿的啮合，齿轮7转而使凸轮5旋转运动。
与凸轮5相比，齿轮7具有较小的直径并且特征是具有较少数目的齿。因此，齿轮7用作减速齿轮，以适配凸轮5的旋转速度和扭矩。
替代的实施方案(未示出)预见了蜗轮副15直接地驱动凸轮5而没有中间齿轮7，使得凸轮5被马达9直接控制。
凸轮5的特征是在其大的轴向侧面之一上的螺旋斜面(ramp)12(见图2)。螺栓3倚靠在螺旋斜面12上，通过弹性装置(elastic means)27(在此为线圈弹簧)压在螺旋斜面12上，并且通过引导装置33(在此为形成廊道(corridor)的壁，螺栓3在所述廊道中移动)被限制为平移移动。通过螺旋斜面12驱动所得到的螺栓3的移动31方向垂直于包含主要部件5、7、9的平面。
当凸轮5旋转时，螺栓3沿着螺旋斜面12滑动，并且因此在垂直于包含马达9、齿轮7和凸轮5的平面的方向上平移。此移动使螺栓3从锁定位置位移至解锁位置，在锁定位置中螺栓3接合在转向柱内以防止该转向柱旋转，以及在解锁位置中该转向柱可被自由地旋转。
此外，螺旋斜面12可包括具有不同倾斜值的多个斜坡(slope)区段(未示出)。由于不同的倾斜值，所以以凸轮5的恒定的旋转速度导致了螺栓3的不同的平移速度。
这样的螺旋斜面12的一个实施例包括第一低倾斜斜坡区段，以渐进地使螺栓3运动。然后随之为一个高倾斜斜坡区段以及第二低倾斜斜坡区段，所述高倾斜斜坡区段快速地将螺栓3带至锁定位置，所述第二低倾斜斜坡区段渐进地使螺栓滑进和滑出转向柱中相应的槽，在该槽内它适合锁定所述转向柱。
马达9被例如印刷在称为PCB的板21上的电子电路所控制。
由于本发明的配置，可以将PCB 21置于凸轮5和齿轮7上方。如图1中所例示的，PCB 21被置于这样一个平面上，该平面明显地平行于与凸轮5和齿轮7的各自的轴线11、13垂直的平面，并且穿过所述凸轮5和齿轮7的中心。PCB 21也可被置于ESCL的一个侧面上。
印刷电路板21包括平面树脂主体，在该平面树脂主体上印刷有铜或金属电流路径，并且在此尤其在与马达9、齿轮7和凸轮5相对的一侧上附接电子元件。
在所描绘的实施例中，印刷电路板21在其与前述主要部件(马达9、齿轮7、凸轮5)相对的一侧上承载电子电路，所述电子电路被配置以根据特定的指令驱动马达9。
如果印刷电路板和下方的主要部件(马达9、齿轮7、凸轮5)之间的空间允许，印刷电路板21的另一侧可承载至少一部分电子电路。
由于锁是被电子器件致动的，所以本发明的ESCL 1是电子的。
如图1至图3中所例示的，壳体可由两部分制成。马达9、齿轮7、凸轮5、螺栓3和弹性装置13被包含在该壳体中，在两部分23a和23b之间。
例如，旨在与转向柱接触的部分可由制成，另一部分可由塑料材料制成。是包括锌以及铝、镁和铜的合金元素的合金。
该壳体接收一个或多个固定装置，诸如螺钉25。
固定装置25可被用于将PCB 21固定在壳体中。
固定装置25可被用于与壳体部分23a、23b的相应附接并行地将印刷电路板21附接至壳体，或者作为壳体部分23a、23b的相应附接的辅助，将印刷电路板21附接至壳体。
螺栓3与弹性装置27(例如，弹簧)相关联。如果该弹簧是压缩弹簧，则根据明显平行于螺栓的移动方向31的轴线放置所述弹性装置27。
如果该弹簧是扭力弹簧，则所述弹簧的轴线被布置为垂直于螺栓的移动方向31。
该壳体可有利地包括两个引导装置33。
所述引导装置可定界一个凹口，该凹口旨在接收属于螺栓3的附件(未示出)，当所述螺栓3沿着用于锁定或解锁转向柱的移动方向31移动时，所述属于螺栓3的附件能够沿着所述引导装置滑动。
如图3中所例示的，螺栓3可被制成单件，或者可被制成若干个部分，例如被制成连接至彼此的两个部分3a和3b以使得每个部分3a和3b执行相同的移动。部分3a可由或塑料制成，而接合在转向柱内的另一部分3b可由弹性材料(resilient material)(出于牢固的目的，诸如钢)制成。
根据所例示的实施方案，仅螺栓部分3a接收弹性装置27。
用于控制螺栓3的移动的凸轮5可以是在下部侧上具有齿或正齿轮齿的齿轮。螺栓3的一部分(例如，部分3a)与所述凸轮5配合，使得能够控制螺栓3的移动。
所述凸轮5可围绕轴线13旋转。
齿轮7被配置成用于围绕轴线11旋转。轴线13和轴线11是明显地平行的。凸轮5和齿轮7明显地被置于相同的平面上，这意味着明显地垂直于轴线13、11的齿轮7的中间平面与凸轮5的中间平面相同。
齿轮7以特定的齿轮比(gear ratio)将马达9的旋转传输至凸轮5。
凸轮5包括用于确定凸轮5的旋转的位置的组件。所述组件包括传感器6(诸如，霍尔效应位置传感器)，传感器6与通常包括多个北磁极和南磁极的磁体8相关联。有利地，传感器6的输出可被用于控制驱动凸轮5的马达。
传感器可具有适合于检测磁体的位置(特别是极的位置)的任何形状。所述传感器可被置于电子电路上，所述电子电路被印刷在能够控制马达的移动的板上。
在所描绘的实施方案中，磁体8包括一个北-南磁偶极子，如图所示，分别具有两个磁极北N和南S。
有利地，放置在印刷电路板21上的霍尔效应位置传感器6输送电压，该电压是传感器6和磁体8的相对旋转位置的已知函数。因为传感器6被固定，所以它测量凸轮5的旋转位置。从位置随时间变化的确定，可推断凸轮5的旋转速度。知晓旋转速度允许将制动设备的制动动作调整为当前速度，以更精确地达到具体的凸轮5位置。
之后，有差异的(differentiated)偶极子N、S被用作位置指示器。
通常，该磁体可被置于凸轮5的两个最大的侧面中的一个上，这使得能够具有更好的紧凑性。因此，磁体8可具使得能够与凸轮5的侧面的形状互补的任何形状。如所例示的(见图1以及图4a至4d)，该磁体明显地是一个盘，所述盘具有一个或若干个在径向方向上突出的叶片10，这使得所述磁体紧密跟随凸轮5的旋转。磁体8在此在凸轮5的两个最大的轴向侧面中的一个上被插入一个互补壳体中。所述凸轮5可呈现两个部分。第一部分被配置用于接收磁体8，以及第二部分被配置用于被齿轮或马达控制。
然后可以添加例如被电子器件控制的制动设备(未例示)，用于依赖于凸轮5的旋转速度来制动或停止凸轮5的移动。例如，以较快的旋转速度完成较早制动，而以慢的旋转速度完成后面的制动。
本发明的ESCL呈现出允许精确的角移动检测和精确的角位置检测的优点，其允许：
-速度检测，用于锁定螺栓的位置控制，以避免被马达9不适当地驱动，从而避免潜在的损坏；
-更好的错误检测合理性，用于改善ESCL的关键安全条件的诊断功能；
-被阻挡的柱情况的快速检测，用于在损坏出现之前及时地停止马达9(并且由于避免了马达过载而产生较低热负载，因此潜在地减少马达驱动器部件)；
-甚至在电压中断之后的正确的位置检测，以避免凸轮5的假假设位置，该假假设位置可导致被马达9不适当地驱动；
-传感器故障的高诊断可能性。
绝对传感器的优点是随后的速度控制、实时地知晓位置并且它使得能够在马达到达零件可能遭受很大的压力的极限位置之前停止马达。

Claims (9)

1.用于机动车辆的、能够锁定和解锁转向柱的电子转向柱锁，包括：
-螺栓(3)，旨在移动以用于锁定以及用于解锁所述转向柱；
-凸轮(5)，旨在根据第一旋转轴线旋转，并且旨在与所述螺栓(3)配合以用于控制所述螺栓的移动；
其特征在于，所述电子转向柱锁还包括用于在所述凸轮(5)旋转时确定所述凸轮(5)的旋转位置的组件。
2.根据权利要求1所述的电子转向柱锁，其特征在于，所述用于确定所述凸轮(5)的旋转位置的组件包括霍尔效应位置传感器(6)和磁体(8)。
3.根据权利要求1或2所述的电子转向柱锁，其特征在于，所述磁体(8)是具有一个或若干个叶片(10)的盘，以使得所述磁体(8)能够紧密跟随所述凸轮(5)的旋转。
4.根据前述权利要求中任一项所述的电子转向柱锁，其特征在于，所述电子转向柱锁包括齿轮(7)，该齿轮(7)旨在根据第二旋转轴线(13)旋转，并且被明显地布置在与所述凸轮(5)公共的公共平面中，以驱动所述凸轮(5)的旋转，所述第一旋转轴线和第二旋转轴线(11，13)彼此平行，并且平行于所述螺栓的移动(31)。
5.根据权利要求4所述的电子转向柱锁，其特征在于，所述马达(9)包括一个纵向轴线，所述纵向轴线被明显地包含在由所述凸轮(5)和所述齿轮(7)限定的所述公共平面中。
6.根据权利要求4或5所述的电子转向柱锁，其特征在于，所述电子转向柱锁还包括平面印刷电路板(21)，所述平面印刷电路板(21)平行于所述公共平面，并且被置于所述凸轮(5)和所述齿轮(7)上方。
7.至少根据权利要求3和6所述的电子转向柱锁，其特征在于，所述霍尔效应位置传感器(6)被放置在所述印刷电路板(21)上，并且其特征在于，所述磁体(8)被放置在所述凸轮(5)上。
8.根据权利要求5至7中任一项所述的电子转向柱锁，其特征在于，所述凸轮(5)包括：螺旋斜面(12)，驱动所述螺栓(3)；以及，引导装置(33)，能够将所述螺栓(3)的移动限制为平移移动(31)。
9.根据权利要求4至8中任一项所述的电子转向柱锁，其特征在于，与所述凸轮(5)相比，所述齿轮(7)具有较少数目的齿，以适配所述凸轮(5)的旋转速度和扭矩。
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