CN106965847A - 转向装置 - Google Patents

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CN106965847A CN201610739549.1A CN201610739549A CN106965847A CN 106965847 A CN106965847 A CN 106965847A CN 201610739549 A CN201610739549 A CN 201610739549A CN 106965847 A CN106965847 A CN 106965847A
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Abstract

一种转向装置包括电机、第一轴、传递器、第二轴和接合部。空心圆柱形的第一轴以扭矩可传递的方式与转向件耦合，驾驶员通过转向件进行转向操作。传递器布置在第一轴的外圆周上且配置为将电机的扭矩传递至第一轴。第二轴以扭矩可传递的方式与车轮转向单元耦合，车轮转向单元配置为使车轮转动。第二轴插入第一轴中。接合部介于第一轴的内表面和第二轴的外表面之间且配置为使第一轴和第二轴彼此接合。

Description

转向装置
相关申请的交叉引用
本申请根据美国法典第35条119款主张基于2016年1月13日提交的2016-004513号日本专利申请的优先权。该申请的内容通过引用整体并入。
技术领域
本发明涉及一种转向装置。
背景技术
当车辆发生正面碰撞(一次碰撞)时，驾驶员随即与转向盘碰撞，即发生二次碰撞。日本特开2010-6323号公报和日本特开2011-98659号公报公开了一种转向装置，其包括在发生所述二次碰撞时减小转向盘对驾驶员的冲击载荷的冲击吸收机构。
发明内容
根据本发明，一种转向装置包括电机、第一轴、传递器、第二轴和接合部。空心圆柱形的第一轴以扭矩可传递的方式与转向件耦合，驾驶员通过转向件进行转向操作。传递器布置在第一轴的外圆周上且配置为将电机的扭矩传递至第一轴。第二轴以扭矩可传递的方式与车轮转向单元耦合，车轮转向单元配置为使车轮转动。第二轴插入第一轴中。接合部介于第一轴的内表面和第二轴的外表面之间且配置为使第一轴和第二轴彼此接合。
附图说明
结合附图、参考以下具体说明能更好地理解本发明，有助于更完整地了解本发明及其诸多优点，其中：
图1是简略示出根据实施方式1的转向装置的基本部分的示例配置的示意图；
图2A和2B是图1中所示转向柱的截面图，简略示出了转向柱的示例配置，其中图2A对应于接合部损坏之前的状态，图2B对应于接合部损坏之后的状态；
图3是简略示出图2A和2B中所示转向柱附接至车身的示例状态的示意图；
图4A和4B是简略示出图3中所示转向柱在二次碰撞之前和之后的示例状态的示意图，其中图4A对应于二次碰撞之前的状态，图4B对应于二次碰撞之前的状态；
图5是根据实施方式2的转向柱的截面图，简略示出了转向柱的示例配置；并且
图6A和6B是分别简略示出根据实施方式4和实施方式5的接合部的示例配置的示意图。
具体实施方式
接下来参照附图对实施方式进行说明，其中相同的标号表示各附图中相应或相同的元件。
实施方式1
接下来参照图1至图4A和4B对根据实施方式1的转向装置1进行说明，其中相同的标号表示各附图中相应或相同的元件。
图1是简略示出根据实施方式1的转向装置1的基本部分的示例配置的示意图。如图1所示，转向装置1包括转向单元10、车轮转向单元20及控制器(未示出)。转向单元10接受驾驶员的转向操作。根据转向单元10接受的转向操作，车轮转向单元20使车轮400转向。下述说明中的转向装置1中，采用电动助力转向系统(以下简称为EPS)使电机施加助力。但不得以此限制该实施方式。可采用线控转向系统以机械地连接和中断转向单元10和车轮转向单元20之间的扭矩传递路径，并在扭矩传递路径被中断时根据转向单元10接受的转向操作对车轮400的车轮转向角度进行电控制。
转向单元10
如图1所示，转向单元10包括转向件102、上转向轴101、中转向轴(第一轴)103、下转向轴(第二轴)107、第一万向节106以及中间轴108。转向件102、上转向轴101、中转向轴103和下转向轴107以扭矩可传递的方式彼此耦合。此处的“以扭矩可传递的方式耦合”是指“以一个构件的转动引起另一构件的转动的方式耦合”。在非限制性示例中，此种耦合方式至少包括一个构件和另一构件互为一体的情形、一个构件直接或间接地固定至另一构件的情形、以及一个构件与另一构件通过(例如)联接件耦合从而相互配合运行的情行。
在本说明书中，上转向轴101、中转向轴103和下转向轴107包含于转向柱11中，稍后予以说明。
在该实施方式中，上转向轴101的上端固定至转向件102且与转向件102一体地转动。下转向轴107的下端与中间轴108的上端通过第一万向节106以下转向轴107和中间轴108相互配合运行的方式耦合。
在本说明书中，“上端”是指位于根据驾驶员所作转向操作的转向力的传递路径的上游侧的一端(即在输入侧的一端)，“下端”是指位于转向力传递路径的下游侧的一端(即在输出侧的一端)(同样适用于下文)。
如图1所示，将环形转向盘作为转向件102的示例。但不得以此限制该实施方式。只要可以接受驾驶员的转向操作，转向件102也可具有不同的形状和机构。
车轮转向单元20
车轮转向单元20是用于根据转向单元10所接受的驾驶员所作转向操作来使车轮400转向的构造。
如图1所示，车轮转向单元20包括第二万向节(万向节)202、小齿轮轴(输入轴)204、小齿轮206、齿条杆(车轮转向轴)208、拉杆210以及转向节臂212。中间轴108、小齿轮轴204和小齿轮206以扭矩可传递的方式彼此耦合。
在该实施方式中，小齿轮206固定至小齿轮轴204的下端并与小齿轮轴204一体地转动。中间轴108的下端与小齿轮轴204的上端通过第二万向节202以中间轴108和小齿轮轴204相互配合运行的方式耦合。
齿条杆208是用于根据小齿轮206的转动来使车轮400转向的构造。齿条杆208上形成有与小齿轮206啮合的齿条齿(未示出)。
上述配置的转向装置1中，当驾驶员通过转向件102进行转向操作时，小齿轮206转动，齿条杆208在齿条杆208的轴向上移位。由此，通过布置于齿条杆208和转向节臂212的两端的拉杆210，使车轮400转向，齿条杆208和转向节臂212与拉杆210耦合。
如图1所示的示例中，采用了通过小齿轮206和齿条齿在小齿轮轴204和齿条杆208之间传递转向力的配置。但不得以此限制该实施方式。只要能够在小齿轮轴204和齿条杆208之间传递转向力，也可采用其他配置。
接下来具体说明如上所述的转向柱11。图2A和2B是图1所示转向柱11的截面图，简略示出了转向柱11的示例配置。图2A对应于接合部(稍后予以说明)损坏之前的状态；图2B对应于接合部损坏之后的状态。
首先，如图2A所示，转向柱11包括壳体12。壳体12容纳上转向轴101的一部分、中转向轴103、扭矩传感器15、传递器31、电机42以及下转向轴107的一部分。端盖47附接至壳体12在下游侧的端部。
至少所述上转向轴101的一部分和中转向轴103具有空心圆柱形状。也就是说，上转向轴101和中转向轴103在内部形成有空洞。扭杆(未示出)布置于空洞中以使上转向轴101与中转向轴103彼此弹性地耦合。
在本说明书中，上转向轴101和中转向轴103统称为转向柱轴104。转向柱轴104可由互成一体的上转向轴101和中转向轴103形成。在转向柱轴104由互成一体的上转向轴101和中转向轴103形成的情况下，转向柱轴104在下游侧的空心圆柱部称为第一轴。
扭矩传感器15检测上转向轴101和中转向轴103之间的扭力。
更具体地，当驾驶员通过转向件102进行转向操作时，根据转向操作的扭矩T的大小，在上转向轴101和中转向轴103之间形成扭转角θT。扭矩传感器15检测根据转向操作的扭矩T的大小形成的扭转角θT。扭矩传感器15的检测结果，作为扭矩传感器信号，被提供至控制器(未示出)。应注意，转向单元10(参见图1)可包括转向角传感器用以检测转向件102(参见图1)的转向角从而向控制器提供标示所检测的转向角或转向角速度的信号。
传递器31沿轴向布置于中转向轴103的外圆周上，是用于将电机42产生的扭矩传递至中转向轴103的构造。传递器31包括行星支撑件32、行星齿轮33以及动力传递轴34。行星支撑件32固定至中间转向轴103，并以行星齿轮33绕其轴线转动的方式支撑行星齿轮33。传递器31还包括布置于壳体12的内圆周上的内齿轮(未示出)。行星齿轮33与内齿轮啮合。
传递器31的配置不应仅限于上述示例。可采用蜗轮与蜗杆的组合、小齿轮与小齿轮的组合、以及螺旋齿轮与螺旋齿轮的组合。可选地，可采用牵引传动法或摩擦传动法，还可使用行星式滚筒代替行星齿轮33。可选地，可采用皮带传动法或链条传动法。
除了上述元件以外，传递器31还可包括壳体(与壳体12成一体或独立于壳体12)、轴承、以及上文所述端盖47中的至少一者。
在该实施方式中，传递器具有作为降低电机42的输出轴的转动速度并将转动传递至中转向轴103的减速齿轮的配置。但不应以此限制本发明。传递器31可在不降低转动速度的情况下将电机42的输出轴的转动传递至中转向轴103。
电机42具有作为包括固定至壳体12的定子43以及固定至动力传递轴34的磁体44的无刷电机的配置。但是，在本发明中，电机42不应仅限于此配置。例如，电机42可具有将定子43和磁体44的位置互换的配置。
在该实施方式中，下转向轴107与车轮转向单元20(参见图1)以扭矩可传递的方式耦合以使车轮400(参见图1)转向。下转向轴107插入空心圆柱形的中转向轴103中。
接合部25介于中转向轴103的内表面和下转向轴107的外表面之间。接合部25使得中转向轴103和下转向轴107彼此接合，主要防止中转向轴103和下转向轴107在轴向上相对于彼此移动。接合部25由(例如)树脂形成。当受到具有在转向柱轴104的轴向上的分量的预定大小或更大的力时，接合部25损坏。
根据具有上述配置的该实施方式，因此，当处于图2A中所示状态的接合部25受到具有在转向柱轴104的轴向上的分量的预定大小或更大的力时，接合部25损坏，从而解除转向柱轴104和下转向轴107之间的接合。这使得下转向轴107可沿轴向在转向柱轴104的空心内部移动。例如，当发生二次碰撞(稍后予以说明)时，朝着转向柱轴104在轴向上的下游侧的力施加到转向柱轴104。由此，如图2B所示，转向柱轴104和壳体12朝着下转向轴107在轴向上的下游侧移位。
转向柱11附接至车身
图3是简略示出图2A和2B中所示转向柱11附接至车身的示例状态的示意图。
如图3所示，转向柱11的壳体12通过支撑件140附接至本体150。
在该实施方式中，当壳体12受到具有在转向柱轴104的轴向上的分量的力时，支撑件140产生变形从而使壳体至少在轴向上移位。但是，在该实施方式中，支撑件140不是主要构造。
转向柱11的功能
接下来进一步参照图4A和4B具体说明转向柱11的功能。
图4A和4B是简略示出图3中所示转向柱11在二次碰撞之前和之后的示例状态的示意图。图4A对应于二次碰撞之前的状态，图4B对应于二次碰撞之后的状态。为了便于说明，图4A和4B中省略了图3所示支撑件140和本体150。在本说明书中，二次碰撞是指在车辆正面碰撞(一次碰撞)之后驾驶员与转向盘(即图1所示转向件102)的碰撞。
附接至车辆本体150(参见图3)的转向柱11通常处于图4A中所示状态。如上所述，转向柱轴104和下转向轴107在壳体12中通过接合部25彼此接合。也就是说，转向柱轴104和下转向轴107处于图2A中所示状态。
但当发生二次碰撞时，朝着转向柱轴104在轴向上的下游侧的力施加至转向柱轴104。随后，接合部25(参见图2A和2B)被该力损坏从而解除转向柱轴104和下转向轴107之间的接合。因此，下转向轴107朝着轴向上的上游侧在转向柱轴104的空洞内相对滑动。由此吸收至少一部分由二次碰撞产生的碰撞能量。
根据该实施方式，以这种方式有效地利用了转向柱轴104中的空间以在转向柱11内部吸收至少一部分由二次碰撞产生的力。
在包括支撑件140的配置中，该力使支撑件140变形从而使转向柱11沿轴向从图4A所示位置移位至图4B所示位置。也就是说，转向柱11向前移动。由此吸收另一部分由二次碰撞产生的碰撞能量。
如图4A和4B所示，从A点至B点的长度，即转向柱11的总长(以下简称为“AB之长”)，为长度“r”(参见图4A)，其在二次碰撞之后比在二次碰撞之前短。
因此，考虑到二次碰撞，为了移动转向柱11，只要具有在转向柱11的轴向上的长度“s”(参见图4A和4B)的空间得以固定就可以了。长度“s”是比下转向轴107不在转向轴104中相对滑动的构造短的上述长度“r”。
根据实施方式1，因此，缩小与转向柱11的移动相对应的空间以缩减转向装置1(参见图1)的尺寸。
实施方式2
接下来对实施方式2中的转向柱进行说明。
图5是根据实施方式2的转向柱50的截面图，简略示出了转向柱50的示例配置。在实施方式2中，转向柱50具有不包括诸如实施方式1中的行星支撑件32和行星齿轮33(参见图2A和2B)的减速齿轮的配置。
具体来说，转向柱50中，磁体44不通过减速齿轮而与转向轴104耦合。即，在实施方式2中，转向轴104本身充当了电机42的输出轴。也就是说，转向柱50包括作为电机42的输出轴且在不降低转动速度的情况下将输出轴的转动传递至转向柱轴104的传递器，用以代替实施方式1中的传递器31。
如上所述，即使是转向柱不包括减速齿轮的该配置也能产生与实施方式1中的配置相同的效果。
实施方式3
接下来对实施方式3中的转向柱轴和下转向轴的配置进行说明。
根据实施方式1的转向柱轴104和下转向轴107可花键嵌合。更具体来说，转向柱轴104的内表面中形成有花键槽。下转向轴107的外表面中形成有花键槽，该花键槽与转向柱轴104的内表面中形成的花键槽嵌合。
根据实施方式3，花键槽互相嵌合以防止转向柱轴104和下转向轴107绕轴线相对转动。
接合部25因二次碰撞损坏从而解除转向柱轴104与下转向轴107间的接合之后，防止绕轴线相对转动，同时允许轴向上的相对移动。因此，即使在二次碰撞后也能维持转向性。
实施方式4
接下来参照图6A对实施方式4中的接合部进行说明。根据实施方式4的接合部具有下列配置，用以代替上述实施方式1和实施方式2中由树脂形成的接合部25(参见图2A和2B)。
图6A是简略示出根据实施方式4的接合部的示例配置的示意图。
首先，在根据实施方式4的接合部的第一配置中，如图6A所示，转向柱轴104的内表面中形成有凹部601。在下转向轴107的外表面上形成有与凹部601接合的凸部602。当受到具有在转向柱轴104的轴向上的分量的预定大小或更大的力时，凹部601与凸部602之间的接合解除。
即使是该接合部的配置也能产生与上述实施方式1相同的效果。
实施方式5
接下来参照图6B对实施方式5中的接合部进行说明。根据实施方式5的接合部具有下述配置，用以代替上述实施方式1和实施方式2中由树脂形成的接合部25(参见图2A和2B).
图6B是简略示出根据实施方式5的接合部的示例配置的示意图。
根据实施方式5的接合部的配置中，如图6B所示，在转向柱轴104的内表面中沿周向形成有第一凹部701。在转向轴107的外表面中形成有第二凹部702。此外，环形或弓形的接合件73布置为接合第一凹部701和第二凹部702中的每一个。当接合件73受到具有在第一转向轴的轴向上的分量的预定大小或更大的力时，接合件73与第一凹部701和第二凹部702中的每一个之间的接合解除。
即使是该接合部的配置也能产生与上述实施方式1相同的效果。
缩小包括冲击吸收机构的转向装置自身的体积，是符合现实需要的。
该实施方式缩小了包括冲击吸收机构的转向装置的体积。
显而易见地，依照上述教导对本发明进行各种修改和变化是可能的。故此，应理解，在所附权利要求书的范围内，除本说明书所作具体说明以外，也可采用其他方式实施本发明。

Claims (11)

1.一种转向装置，其包括：
电机；
空心圆柱形的第一轴，其以扭矩可传递的方式与转向件耦合，驾驶员通过所述转向件进行转向操作；
传递器，其布置在所述第一轴的外圆周上，且配置为将所述电机的扭矩传递至所述第一轴；
第二轴，其以扭矩可传递的方式与车轮转向单元耦合，所述车轮转向单元配置为使车轮转动，所述第二轴插入所述第一轴中；以及
接合部，其介于所述第一轴的内表面和所述第二轴的外表面之间，且配置为使所述第一轴和所述第二轴彼此接合。
2.根据权利要求1所述的转向装置，其中所述传递器包括减速齿轮，所述减速齿轮配置为降低所述电机的输出轴的转动速度并将所述转动传递至所述第一轴。
3.根据权利要求1所述的转向装置，其中所述传递器包括所述电机的输出轴，且配置为将所述输出轴的转动传递至所述第一轴而不降低所述转动速度。
4.根据权利要求1所述的转向装置，其中所述第一轴的所述内表面与所述第二轴的所述外表面花键嵌合。
5.根据权利要求1至4的任一项所述的转向装置，其中所述接合部由树脂制成。
6.根据权利要求1至4的任一项所述的转向装置，其中所述接合部包括凸部和凹部，所述凸部形成于所述第一轴的所述内表面和所述第二轴的所述外表中的一者上，所述凹部形成于所述第一轴的所述内表面和所述第二轴的所述外表面中的另一者中。
7.根据权利要求1至4的任一项所述的转向装置，其中所述接合部包括环形或弓形的接合件，所述接合件配置为接合第一凹部和第二凹部，所述第一凹部沿周向形成于所述第一轴的所述内表面中，所述第二凹部沿周向形成于所述第二轴的所述外表面中。
8.根据权利要求1至4的任一项所述的转向装置，其进一步包括：
壳体，其配置为至少容纳所述第一轴；以及
支撑件，其配置为支撑所述壳体，所述支撑件配置为当所述壳体受到具有在所述第一轴的轴向上的分量的力时，使所述壳体至少在所述第一轴的所述轴向上移位。
9.根据权利要求2或3所述的转向装置，其中所述第一轴的所述内表面与所述第二轴的所述外表面花键嵌合。
10.根据权利要求9所述的转向装置，其中所述接合部由树脂制成。
11.根据权利要求9所述的转向装置，其中所述接合部包括凸部和凹部，所述凸部形成于所述第一轴的所述内表面和所述第二轴的所述外表中的一者上，所述凹部形成于所述第一轴的所述内表面和所述第二轴的所述外表面中的另一者中。
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