CN107433973B - 带手动缩回的转向柱 - Google Patents

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Abstract

一种用于自主或半自主车辆的转向柱组件，其包括能够操作性地联接到方向盘的第一转向轴，第一转向轴和方向盘彼此旋转联接。还包括操作性地联接到第一转向轴的第二转向轴，第一转向轴和第二转向轴可在伸展位置与缩回位置之间手动可伸缩地相对于彼此移动，在缩回位置中第一转向轴脱离第二转向轴，而在伸展位置中第一转向轴与第二转向轴接合，所述缩回位置旋转脱联。

Description

带手动缩回的转向柱
相关申请的交叉引用
本专利申请要求于2016年5月27日提交的美国临时专利申请US 62/342,343的优先权，在此通过援引纳入其全部内容。
背景技术
当转向柱(steering column，驾驶杆)的轴系借助一中间轴与转向齿轮连接时，方向盘会导致下列两种情况之一发生。方向盘通过来自驾驶员的输入而使中间轴旋转并使转向齿轮相应运动；或者如果转向旋转输入是由转向柱安装机构或转向齿轮安装机构控制，则方向盘旋转。
可调节的转向柱组件被限制到一定范围的运动，使得方向盘保持在驾驶员可及的距离范围内。
发明内容
根据本发明的一个方面，用于自主车辆(autonomous vehicle，无人驾驶车辆)或半自主车辆的转向柱组件包括能够操作性地联接到方向盘的第一转向轴，该第一转向轴和方向盘彼此旋转联接。还包括操作性地联接到第一转向轴的第二转向轴，第一转向轴与第二转向轴能在伸展(伸出)位置与缩回位置之间手动伸缩地相对于彼此移动，在缩回位置中第一转向轴脱离第二转向轴，而在伸展位置中所述第一转向轴与所述第二转向轴接合，所述缩回位置(第一转向轴与第二转向轴)呈旋转脱联(解耦)。
根据本发明的另一方面，用于自主或半自主车辆的转向柱组件包括能够操作性地联接到方向盘的第一转向轴，该第一转向轴和方向盘彼此旋转联接。还包括第二转向轴，其操作性地联接到第一转向轴并且设置在由第一转向轴所限定的中空内部中，第一转向轴和第二转向轴能在伸展位置与缩回位置之间手动伸缩地相对于彼此移动，在所述缩回位置中所述第一转向轴与所述第二转向轴脱离，而在所述伸展位置中所述第一转向轴与所述第一转向轴接合，所述缩回位置呈旋转脱联，如果自主驾驶(autonomous driving，无人驾驶)模式被启动，则所述转向柱组件仅许可从所述伸展位置到所述缩回位置的转换。还包括设置在第一转向轴的内表面上的多个第一轴花键。还包括所述中空内部的环形空腔，该环形空腔设置在第一轴花键的径向外侧。还包括在第二转向轴的花键部分的外表面上的多个第二轴花键，在伸展位置中这些第二轴花键与第一轴花键接合，在缩回位置中这些第二轴花键被置于中空内部的环形空腔内，以使第一转向轴与第二转向轴旋转脱联。
通过下面结合附图的描述，这些和其它优点和特征将变得更为显而易见。
附图说明
在申请文件中所附的权利要求书中，特别地指明并清楚地要求保护被视为本发明的主题。通过以下结合附图的详细描述，将显而易见本发明的前述和其它的特征以及优点，在附图中：
图1是转向柱组件的立体图；
图2是转向柱组件的上轴和下轴的立体横截面图；
图3是处于伸展状态中的转向柱组件的正视横截面图；
图4是处于缩回状态中的转向柱组件的正视横截面图；
图5是处于接合状态中的上轴和下轴的正视横截面图；
图6是处于脱离状态中的上轴和下轴的正视横截面图；
图7是处于第一状态中的杠杆锁定部件的立体图；
图8是处于第二状态中的杠杆锁定部件的立体图；
图9是处于缩回状态中的转向柱组件的正视图，具有处在第一状态中的暂留(stow，装载)调节阻挡元件；
图10是处于伸展状态中的转向柱组件的正视图，具有处于第一状态中的暂留调节阻挡元件；
图11是处于缩回状态中的转向柱组件的立体图，具有处于第二状态中的暂留调节阻挡元件；
图12是处于伸展状态中的转向柱组件的立体图，具有处于第二状态中的暂留调节阻挡元件；
图13是阐示本申请的另一方面的转向柱组件的一部分的立体图；
图14是流程图，其阐示了转向柱组件从缩回位置到伸展状态的转换；以及
图15是阐示了从伸展状态到缩回状态的转换的流程图。
具体实施方式
现在参照附图，其中将参照多个特定实施例描述(而非限制)本发明，披露一种具有手动暂留能力的转向柱组件。本文描述的实施例可以用于各种类型的转向柱。特别地，电动助力转向系统和自主或半自主驾驶系统是可从本文公开的这些实施例中受益的车辆转向柱的示例。术语“自主或半自主”是指被配置为在无来自驾驶员的连续输入(例如转向、加速、制动等)的情况下执行操作的车辆或车辆子系统，并且可配备高级驾驶辅助(ADAS)系统，以允许利用感测、转向和/或制动技术而使车辆被自主地控制。
参照图1，其示出了转向柱组件10。该转向柱组件包括可与诸如方向盘(未示出)之类的转向输入装置联接的第一转向轴12(可称之为上转向轴)。第一转向轴12被构造成，当与转向输入装置联接时，该第一转向轴是以可转动方式被联接到该转向输入装置，使得第一转向轴12能与方向盘一起旋转。换言之，其中一个部件的旋转导致另一部件相应的旋转。转向柱组件10还包括多个固定支撑结构14，其固定到车辆的任何合适的安装结构，例如固定车辆安装结构100，且平移引导件16操作性地联接每个固定支撑结构14。中央转向柱支撑件18操作性地联接到转向柱组件10的可移动部分20并且联接到平移引导件16。随着可移动部分20平移，中央转向柱支撑件18和平移引导件16沿轴向相对于固定支撑结构14平移。还示出了为转向柱组件10提供转矩的转向辅助系统22。转向辅助系统22可以是例如由ADAS系统控制的转向齿轮电动助力转向系统或转向柱。
现在参照图2至图6，转向柱组件10还包括第二转向轴24(可称之为下转向轴)，该第二转向轴选择性地联接到第一转向轴12。如图所示，第二转向轴24包括至少一个如下所述的部分：该部分被置于由第一转向轴12的内表面28所限定的中空内部26中。第一转向轴12和第二转向轴24沿轴向方向(基本上对应于转向柱组件10的纵向方向)相对于彼此选择性地平移，以使转向轴12、24在接合状态和脱离状态之间转换。
在图3和图5中阐示了接合状态。在接合状态下，第一转向轴12和第二转向轴24通过花键接合来接合。特别地，多个沿轴向延伸的第一轴花键30与多个沿轴向延伸的第二轴花键32彼此接合，以可旋转地联接第一转向轴12和第二转向轴24。可旋转地联接转向轴12、24导致一个轴的旋转引起另一轴的相应旋转。第一轴花键30设置在第一转向轴12的花键区域的内表面28上。第二轴花键32设置在第二转向轴24的花键部分的外表面34上。第一轴花键30和第二轴花键32的接合状态存在于第一转向轴12和第二转向轴24的平移范围上。该运动范围被定义为转向柱组件10的伸展位置(本文中也称为非暂留位置)。在该运动范围上，车辆的驾驶员能够通过经由方向盘提供输入命令来手动使车辆转向。因此，转向柱组件10在非暂留位置中能缩回到第一缩回极限。该第一缩回极限是由转向柱组件提供的典型的伸缩缩回极限。
如图2、图4和图6所示，转向柱组件10可缩回到大于上述第一缩回极限的第二缩回极限。换言之，转向柱组件10能够相对于第一缩回极限更大幅度地缩回(即，远离驾驶员地平移)。这种缩回程度在本文中被称为转向柱组件10的暂留位置(本文也称为缩回位置)。在该暂留位置中，第一转向轴12和第二转向轴24处于脱离状态，使转向轴12、24可旋转地脱联。可旋转地脱联的状态允许第二转向轴24响应于车辆车轮的转向辅助(助力)输入和/或旋转运动而旋转，但不存在第二转向轴24的旋转传递到第一转向轴12上的旋转。这使得方向盘保持在固定位置中，基于多种理由，该固定位置可能是有益的。在旋转上固定的方向盘避免了驾驶员分心或不确定性(的风险)，并提供了将方向盘用于使车辆转向以外的其它功能目的的机会。只有当车辆准备在适当的自主等级上进行转向时，才允许缩回到暂留位置。
第一转向轴12的平移使第一转向轴12相对于第二转向轴24沿轴向移位。这种运动使第一转向轴12和第二转向轴24的花键部分移动而脱离接合并将第二轴花键32置于由第一转向轴12的内表面28所限定的环形空腔36内。环形空腔36相对于第一转向轴12的花键部分呈凹入状，从而位于该花键部分的径向外侧。这样，当第二轴花键32被置于环形空腔36内时，第二转向轴24的旋转不会使第一转向轴12旋转。
现在参照图7和图8，其阐示了转向柱组件10的杠杆锁定部件40。杠杆锁定部件40防止或允许调节杠杆42，该杠杆控制转向柱组件10处于夹紧或者未夹紧状态。在未夹紧状态下，允许驾驶员将转向轴12、24相对于彼此进行调节。在夹紧状态下，驾驶员无法执行此类调节。
杠杆锁定部件40是沿基本为横向的方向(即，车辆横向)延伸的突出的元件、例如图示的销。杠杆锁定部件40响应于转向柱组件10的状态而选择性地为可伸展和可缩回的。基于转向柱的状态，可通过螺线管或任何其它合适的致动装置来促进杠杆锁定部件40的伸展和缩回。在伸展位置(图7)中，杠杆锁定部件40设置在由杠杆42所限定的杠杆孔44内，以防止杠杆42运动(即，接合状态)。在缩回位置(图8)中，杠杆锁定部件40并不被置于杠杆孔44内，从而允许杠杆42运动(即，脱离状态)。
现在参照图9至图12，其阐示了暂留调节阻挡元件50。暂留调节阻挡元件50可在接合状态(图9和图10)和脱离状态(图11和图12)之间移动。如图所示，在接合状态下，暂留调节阻挡元件50被置于由固定支撑结构14之一所限定的暂留孔52内。在这种状态下，平移引导件16、进而转向柱组件10的可移动部分不被允许从暂留位置或非暂留位置进行转换，或反之亦然。图9阐示了锁定在暂留位置中的转向柱组件10，而图10阐示了锁定在非暂留位置中的转向柱组件10。在图示的实施例中，并且如上所述，暂留调节阻挡元件50是平移引导件16的一部分或者联接到平移引导件，并且暂留孔52由固定支撑结构14限定。然而，在一些实施例中，配置方式则是相反的。具体而言，暂留调节阻挡元件50可以是固定支撑结构14的一部分或者联接到该固定支撑结构，并且暂留孔52由平移引导件16限定。
在脱离状态下，暂留调节阻挡元件50缩回而退出暂留孔52。在该状态下，平移引导件16、进而转向柱组件10的可移动部分被允许从暂留位置或非暂留位置进行转换，或反之亦然。图11阐示了在暂留位置中解锁的转向柱组件10，图12阐示了在非暂留位置中解锁的转向柱组件10。
暂留调节阻挡元件50由任何合适的机构致动。例如，元件50可以是缆线驱动的或者电致动的。除了锁定或解锁转向柱组件10之外，元件50借助相应的一个或多个位置传感器(未示出)来校验转向柱组件的位置是处于暂留位置还是非暂留位置。
参照图13，其示出了平移引导件16和中央转向柱支撑件18之间的结构关系。这种连接可以是易分离的连接，以允许与冲击相关的平移。也可以在转向柱组件10的其它若干部件之间建立易分离连接。例如，阻挡元件50与固定支撑结构14之间的连接可以是易分离的。此外，在一些实施例中规定了平移引导件16、中央转向柱支撑件18和/或固定结构14之间的易分离连接。这些易分离连接允许第一转向轴12相对于固定车辆安装结构100的冲击导致的运动。
图14和图15阐示了与转向柱组件的转换的方法和系统相关联的流程图。图14阐示了从暂留状态到非暂留状态的转换。对于不具有耙式调节(rake adjust)或伸缩调节特征的系统，通过旋转第二(或下)转向轴以与第一(或上)转向轴重新对准，使车辆处于(或者ADAS将车辆转换到)一稳定位置，如在方框202中所表示的。将杠杆锁定部件释放，如方框204中所示。方框206阐示了由驾驶员将杠杆调节到解锁位置。为做到这一点，将暂留调节阻挡元件释放，但是该元件对于电动暂留机构而言是不需要的。驾驶员、或者电动暂留机构随后将转向柱定位到非暂留位置，以允许驾驶员控制转向。转向轴花键在上转向轴和下转向轴之间被重新接合。然后，将杠杆锁定部件致动到锁定位置，如方框208所示。重新接合暂留调节阻挡元件，重新接合杠杆锁定部件。然后释放上转向轴阻挡特征。随后，驾驶员可重新获得转向控制，如方框210所示。
对于具有耙式调节和/或伸缩调节特征的系统，通过旋转第二(或下)转向轴以与第一(或上)转向轴重新对准，使车辆处于(或者ADAS将车辆转换到)一稳定位置，如方框220中所表示的。方框222阐示了由驾驶员将杠杆调节到解锁位置。为做到这一点，将暂留调节阻挡元件释放，但是该元件对于电动暂留机构而言是不需要的。驾驶员、或者电动暂留机构随后将转向柱定位到非暂留位置，以允许驾驶员控制转向。转向轴花键在上转向轴和下转向轴之间被重新接合。应理解的是，ADAS单元可被配置为能进行颤震(dither)以促进重新接合。然后，杠杆锁定部件被致动到锁定位置，如方框224所示。将暂留调节阻挡元件重新接合，然后释放上转向轴阻挡特征方案。然后，驾驶员可以重新获得转向控制，如方框226中所示。
图15阐示了从非暂留状态到暂留状态的转换。对于不具有耙式调节或伸缩调节特征的系统，使车辆处于(或者驾驶员将车辆转换到)一稳定位置，如方框230所示。ADAS单元使第二(或下)转向轴旋转到编程位置。上转向轴阻挡元件被致动以锁定上转向轴，ADAS单元进行颤震以校验上转向轴被锁定，并且该系统记录转向轴位置。如方框232中所示，将杠杆锁定部件释放。方框234阐示了杠杆锁定部件被致动到解锁位置。为做到这一点，将暂留调节阻挡元件释放，但是对于电动暂留机构而言不需要该元件。驾驶员或电动暂留机构随后将转向柱定位到暂留位置，以允许ADAS控制转向。转向轴花键在上转向轴与下转向轴之间脱离。如方框236中所示，驾驶员将杠杆锁定部件致动到锁定位置，并使暂留调节阻挡元件重新接合。ADAS随后可重新获得转向控制，如方框238中所示。
对于具有耙式调节和/或伸缩调节特征的系统，车辆处于(或驾驶员将车辆转换到)稳定位置，如方框240所示。ADAS单元使第二(或下)转向轴旋转到编程位置。上转向轴阻挡元件被致动以锁定上转向轴，ADAS单元进行颤震以校验上转向轴被锁定，并且该系统记录转向轴位置。方框242阐示了杠杆锁定部件被致动到解锁位置。为做到这一点，将暂留调节阻挡元件释放，但是对于电动暂留机构而言不需要该元件。驾驶员或电动暂留机构随后将转向柱定位到暂留位置，以允许ADAS控制转向。转向轴花键在上转向轴和下转向轴之间脱离。如方框244中所示，驾驶员将杠杆锁定部件致动到锁定位置，并使暂留调节阻挡元件重新接合。ADAS随后可重新获得转向控制，如方框246中所示。
本文公开的实施例提供了一种暂留的方向盘位置，该位置延伸超出标准的向前伸缩位置。当转向柱处于暂留位置并且车辆的转向是由转向柱或转向齿轮安装机构致动时，转向柱组件10实现了固定的方向盘位置，并且当转向柱处于伸展位置或非暂留位置中时，转向柱组件允许驾驶员手动地使车辆转向。转向柱组件提供使方向盘暂留或非暂留在转向柱上的能力，并且在转向柱和转向齿轮之间具有中间轴连接。
提供了一种转向柱组件10的操作方法，其中为驾驶员提供了一种通过用户界面选择非自主(即手动)模式的模块。在转向柱暂留固定的方向盘的开始点，开始进行到驾驶员控制模式的转换。
ADAS系统使第二转向轴24旋转，以与第一转向轴12重新对准。稳定位置被定义为例如沿直线行进、固定或处于停放(泊车)位置。将阻挡元件50释放，并且驾驶员将杠杆42致动到解锁位置。然后，将暂留调节阻挡元件50释放。驾驶员或电动暂留机构将转向柱定位到非暂留位置，在此位置驾驶员能够控制转向。应理解的是，一些实施例允许在非暂留位置中进行自主(自动)或手动转向。暂留机构可以可选地使用颤震特征来实现此位置。花键在转向轴12、24之间被重新接合。驾驶员将杠杆42致动到锁定位置，并使暂留调节阻挡元件50重新接合。然后，将杠杆42重新接合，并释放阻挡特征。这允许驾驶员重新获得转向控制。
虽然仅结合了有限数量的实施例详细描述了本发明，但应当容易理解的是，本发明不限于这些公开的实施例。相反，本发明能够被修改从而囊括迄今并未描述但与本发明的精神和范围相对应的任何数量的变化、变更、替代或等同设置。此外，虽然已描述了本发明的各种实施例，但应理解的是，本发明的各方面可以仅包括所描述的这些实施例中的某些实施例。因此，本发明不应被视为受限于前文的描述。

Claims (13)

1.一种用于自主或半自主车辆的转向柱组件，其包括：
第一转向轴，所述第一转向轴能够操作性地联接到方向盘，所述第一转向轴与所述方向盘彼此旋转联接；以及
第二转向轴，所述第二转向轴操作性地联接到第一转向轴，所述第一转向轴和第二转向轴能在伸展位置和缩回位置之间手动伸缩地相对于彼此移动，在所述缩回位置中所述第一转向轴脱离所述第二转向轴，而在所述伸展位置中所述第一转向轴与所述第二转向轴接合，所述缩回位置呈旋转脱联，
其中，所述第一转向轴限定一中空内部，所述第二转向轴的一部分被设置在所述中空内部之中；以及
其中，所述第二转向轴包括设于所述第二转向轴的花键部分的外表面上的多个第二轴花键，在所述伸展位置中所述第二轴花键与所述第一转向轴的内表面上的第一轴花键接合，所述第二轴花键在所述缩回位置中被置于所述中空内部的环形空腔内，所述环形空腔由设置在所述第一轴花键的径向外侧的环形壁限定，以使所述第一转向轴和第二转向轴旋转脱联。
2.根据权利要求1所述的转向柱组件，其中，所述第一转向轴被构造成能与所述第二转向轴沿轴向接合和脱离。
3.根据权利要求1所述的转向柱组件，还包括杠杆锁定部件，所述杠杆锁定部件能与由柱调节杠杆所限定的杠杆孔接合，以防止在接合状态下进行杠杆调节并且允许在脱离状态下进行杠杆调节。
4.根据权利要求1所述的转向柱组件，还包括暂留调节阻挡元件，所述暂留调节阻挡元件能与所述转向柱组件的固定支撑结构接合，所述暂留调节阻挡元件在接合状态下锁定并校验所述转向柱组件的位置，而在脱离状态下允许所述转向柱组件运动。
5.根据权利要求1所述的转向柱组件，其中，所述第一转向轴能够在所述伸展位置中在与所述第一转向轴与第二转向轴之间的花键接合相对应的第一运动范围上缩回，所述第一转向轴能够在超出所述第一转向轴与第二转向轴之间的花键接合的、与所述缩回位置相对应的第二运动范围上进一步缩回。
6.根据权利要求1所述的转向柱组件，其中，如果自主驾驶模式被启动，则所述转向柱组件仅被允许从所述伸展位置转换到所述缩回位置。
7.根据权利要求6所述的转向柱组件，其中，驾驶员通过用户界面来选择手动驾驶模式。
8.根据权利要求7所述的转向柱组件，其中，所述转向柱组件从所述自主驾驶模式循序地转换到所述手动驾驶模式，所述转换包括将所述第一转向轴和第二转向轴旋转联接。
9.一种用于自主或半自主车辆的转向柱组件，包括：
第一转向轴，所述第一转向轴能够操作性地联接方向盘，所述第一转向轴和所述方向盘彼此旋转联接；
第二转向轴，所述第二转向轴操作性地联接到所述第一转向轴并且设置在由所述第一转向轴所限定的中空内部中，所述第一转向轴与所述第二转向轴能在伸展位置和缩回位置之间手动伸缩地相对于彼此移动，在所述缩回位置中所述第一转向轴脱离所述第二转向轴，而在所述伸展位置中所述第一转向轴与所述第二转向轴接合，所述缩回位置呈旋转脱联，如果自主驾驶模式被启动，则所述转向柱组件仅被允许从所述伸展位置转换到所述缩回位置；
多个第一轴花键，设置在所述第一转向轴的内表面上；
所述中空内部的环形空腔，所述环形空腔设置在所述第一轴花键的径向外侧；以及
多个第二轴花键，位于所述第二转向轴的花键部分的外表面上，在所述伸展位置中所述第二轴花键与所述第一轴花键接合，在所述缩回位置中所述第二轴花键被置于所述中空内部的所述环形空腔内，以使所述第一转向轴与第二转向轴旋转脱联。
10.根据权利要求9所述的转向柱组件，还包括杠杆锁定部件，所述杠杆锁定部件能与由柱调节杠杆所限定的杠杆孔接合，以防止接合状态下的杠杆调节而允许脱离状态下的杠杆调节。
11.根据权利要求9所述的转向柱组件，还包括暂留调节阻挡元件，所述暂留调节阻挡元件能与所述转向柱组件的固定支撑结构接合，所述暂留调节阻挡元件在接合状态下锁定并校验所述转向柱组件的位置，而在脱离状态下允许所述转向柱组件运动。
12.根据权利要求9所述的转向柱组件，其中，所述第一转向轴能够在所述伸展位置中在与所述第一转向轴和第二转向轴之间的花键接合相对应的第一运动范围上缩回，所述第一转向轴能够在超出所述第一转向轴与第二转向轴之间的花键接合的、与所述缩回位置相对应的第二运动范围上进一步缩回。
13.根据权利要求9所述的转向柱组件，其中，驾驶员通过用户界面来选择手动驾驶模式。
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