CN109252782B - 螺母丝杠式自动门开闭机构、汽车自动门和汽车 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种螺母丝杠式自动门开闭机构、汽车自动门和汽车。其中，该螺母丝杠式自动门开闭机构包括驱动装置、齿轮箱、螺母齿轮及丝杠，所述驱动装置与车门固定连接，所述齿轮箱与所述车门铰接，所述螺母齿轮设于所述齿轮箱中，所述丝杠的一端与车身本体铰接，另一端沿轴线方向延伸，所述螺母齿轮套设于所述丝杠上，所述驱动装置用于驱动所述螺母齿轮转动，以使所述螺母齿轮可沿所述丝杠做往复直线运动，进而推动所述车门相对所述车身本体打开或关闭。本发明的螺母丝杠式自动门开闭机构整体结构简单，配合可靠，传动效率高，能够很好地满足小体积，轻量化的发展需求。

Description

螺母丝杠式自动门开闭机构、汽车自动门和汽车

技术领域

本发明涉及汽车技术领域，特别是涉及一种螺母丝杠式自动门开闭机构、汽车自动门和汽车。

背景技术

汽车的自动化、智能化已成为目前汽车发展主流方向。无人驾驶、自动泊车等各种人性化的配置已经慢慢进入日常用车中，自动门更是电动新能源汽车主打功能卖点。其富有科技感的自动打开、关闭车门，不仅提高了汽车的档次，也在日常使用过程中，极大地方便了车主。因此对于传统汽车，也很有升级改装的必要，以适应市场需要。传统的汽车自动门开闭机构多采用四连杆机构，效率较低，且所需空间大，对于车门的安装要求较高，限制了车门的智能化升级改装。

发明内容

基于此，有必要针对传统的汽车自动门开闭机构效率低，占用空间大的问题，提供一种螺母丝杠式自动门开闭机构、汽车自动门和汽车。

一种螺母丝杠式自动门开闭机构，包括驱动装置、齿轮箱、螺母齿轮及丝杠，所述驱动装置与车门固定连接，所述齿轮箱与所述车门铰接，所述螺母齿轮设于所述齿轮箱中，所述丝杠的一端与车身本体铰接，另一端沿轴线方向延伸，所述螺母齿轮套设于所述丝杠上，所述驱动装置用于驱动所述螺母齿轮转动，以使所述螺母齿轮可沿所述丝杠做往复直线运动，进而推动所述车门相对所述车身本体打开或关闭。

上述的螺母丝杠式自动门开闭机构通过驱动装置、齿轮箱、螺母齿轮及丝杠的配合，可实现汽车车门的自动打开和关闭。具体地，车门与车身本体之间通过车门铰链连接，丝杠与车身本体侧围之间通过丝杠铰链连接，在车门打开或关闭的过程中，通过驱动装置带动螺母齿轮回转并可沿丝杠做往复直线运动，并产生轴向力，此轴向力经丝杠最终作用到丝杠与车身本体侧围的铰接处，车身本体侧围产生一个反作用力，并沿丝杠作用于车门上，由于该反作用力不穿过车门的旋转中心，因而与车门旋转中心之间存在力臂，故会产生旋转力矩，以驱动车门自动打开或关闭。同时，由于丝杠的铰接中心与车门的旋转中心不一致，会导致车门开启角度与丝杠的摆动角度有差别。上述的螺母丝杠式自动门开闭机构通过将齿轮箱与车门铰接，以使齿轮箱可相对车门摆动，以自动补偿角度差，与丝杠同轴配合，从而可保证螺母丝杠的正常运行。本发明的螺母丝杠式自动门开闭机构整体结构简单，配合可靠，占用空间小，对原汽车车门结构改动较小，通用性较高；并且螺母丝杠配合传动效率高，采用较小的驱动装置便可实现车门的打开和关闭，从而使得该螺母丝杠式自动门开闭机构能够很好地满足小体积，轻量化的发展需求。

在其中一个实施例中，所述驱动装置包括驱动电机及驱动齿轮，所述驱动齿轮与所述驱动电机的转动轴连接，所述螺母齿轮与所述驱动齿轮相啮合。

在其中一个实施例中，所述螺母丝杠式自动门开闭机构还包括支架，所述支架与所述车门固定连接，所述驱动电机与所述支架固定连接，所述齿轮箱通过竖向延伸的齿轮箱铰链与所述支架铰接，所述驱动齿轮及所述螺母齿轮均设于所述齿轮箱内，所述丝杠沿轴线方向贯穿所述齿轮箱。

在其中一个实施例中，所述驱动电机竖向放置，所述驱动电机的转动轴沿竖向延伸，所述驱动齿轮及所述螺母齿轮均为锥形齿轮，且所述驱动齿轮与所述螺母齿轮相互垂直并啮合。

在其中一个实施例中，所述驱动电机的转动轴与所述齿轮箱铰链沿同一轴线延伸。

在其中一个实施例中，所述螺母丝杠式自动门开闭机构还包括设置于所述驱动电机与所述驱动齿轮之间的制动器。

在其中一个实施例中，所述螺母丝杠式自动门开闭机构还包括设置于所述驱动电机与所述制动器之间的离合器。

在其中一个实施例中，所述离合器包括基座、输入轴、输出轴及磁柱，所述输入轴穿过所述基座并内嵌于所述输出轴的圆盘内，所述输入轴的相对两侧面呈平面设置，所述输入轴与所述驱动电机连接，所述输出轴与所述驱动齿轮连接，所述输出轴的圆盘内设有供所述磁柱插置的半圆槽，所述磁柱的两端分别与所述基座及所述输出轴相接触，所述磁柱的外周面与所述输入轴的平面磁力吸合。

一种汽车自动门，包括如上所述的螺母丝杠式自动门开闭机构。

一种汽车，包括如上所述的汽车自动门。

附图说明

图1为本发明一实施例所述的螺母丝杠式自动门开闭机构的结构示意图；

图2为图1中的螺母丝杠式自动门开闭机构的部分结构示意图；

图3为图1中的螺母丝杠式自动门开闭机构的俯视示意图；

图4为螺母丝杠式自动门开闭机构驱动车门打开时的示意图；

图5为螺母丝杠式自动门开闭机构驱动车门关闭时的示意图；

图6为一实施例所述的螺母丝杠式自动门开闭机构的离合器的结构示意图；

图7为图6中的离合器的剖面结构示意图。

10、驱动电机，11、驱动齿轮，20、螺母齿轮，30、丝杠，31、丝杠铰链，40、支架，50、齿轮箱，51、齿轮箱铰链，60、制动器，70、离合器，71、基座，72、输入轴，73、输出轴，74、磁柱，100、车门，110、车门铰链，200、车身本体。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施方式。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。相反，当元件被称作“直接在”另一元件“上”时，不存在中间元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

请参照图1至图7，一种螺母丝杠式自动门开闭机构，包括驱动装置、齿轮箱50、螺母齿轮20及丝杠30，驱动装置与车门100固定连接，齿轮箱50与车门100铰接，螺母齿轮20设于齿轮箱50中，丝杠30的一端与车身本体200铰接，另一端沿轴线方向延伸，螺母齿轮20套设于丝杠30上，驱动装置用于驱动螺母齿轮20转动，以使螺母齿轮20可沿丝杠30做往复直线运动，进而推动车门100相对车身本体200打开或关闭。

该螺母丝杠式自动门开闭机构可应用于汽车车门的自动打开和关闭，当然，也可应用于其他装置门体的自动打开和关闭。以下主要针对该螺母丝杠式自动门开闭机构在汽车车门上的应用进行说明。具体地，车门100与车身本体200侧围之间通过车门铰链110连接，而可相对车身本体200转动，驱动装置可直接固定于车门100上，或者通过支架40固定于车门100上，丝杠30的一端通过丝杠铰链31与车身本体200铰接，螺母齿轮20的内孔设置有螺旋线，以与丝杠30配合形成螺母丝杠副。其中，螺母齿轮20与丝杠30之间的螺旋传动可为滑动螺旋、滚动螺旋或静压螺旋等。因螺母丝杠在传动过程中会产生轴向力，可在螺母齿轮20的两端设置推力轴承，使得螺母齿轮20在受轴向力作用下，还能顺畅的进行回转运动。此外，该螺母丝杠式自动门开闭机构还包括控制单元，控制单元与驱动装置电连接，控制单元用于控制驱动装置的运行和关闭。

上述的螺母丝杠式自动门开闭机构通过驱动装置、齿轮箱50、螺母齿轮20及丝杠30的配合，可实现汽车车门100的自动打开和关闭。具体地，车门100与车身本体200之间通过车门铰链110连接，在车门100打开或关闭的过程中，通过驱动装置带动螺母齿轮20回转并可沿丝杠30做往复直线运动，并产生轴向力，此轴向力经丝杠30最终作用到丝杠30与车身本体200侧围的铰接处，车身本体200侧围产生一个反作用力，并沿丝杠30作用于车门100上，由于该反作用力不穿过车门100的旋转中心，因而与车门100旋转中心之间存在力臂，故会产生旋转力矩，以驱动车门100自动打开或关闭。同时，由于丝杠30的铰接中心与车门100的旋转中心不一致，会导致车门100开启角度与丝杠30的摆动角度有差别。上述的螺母丝杠式自动门开闭机构通过将齿轮箱50与车门100铰接，以使齿轮箱50可相对车门摆动，以自动补偿角度差，与丝杠30同轴配合，从而可保证螺母丝杠的正常运行。本发明的螺母丝杠式自动门开闭机构整体结构简单，配合可靠，运动空间小，对原汽车车门100结构改动较小，通用性较高；并且螺母丝杠配合传动效率高，采用较小的驱动装置便可实现车门100的打开和关闭，从而使得该螺母丝杠式自动门开闭机构能够很好地满足小体积，轻量化的发展需求。

在其中一个实施例中，请参照图2，驱动装置包括驱动电机10及驱动齿轮11，驱动齿轮11与驱动电机10的转动轴连接，螺母齿轮20与驱动齿轮11相啮合。通过驱动电机10的转动轴带动驱动齿轮11转动，进而可带动螺母齿轮20转动。其中，驱动电机10的放置形式有多种，可采用水平放置或竖直放置或成角度斜置，可根据车门100的内部空间进行调整。相应地，驱动齿轮11及螺母齿轮20的结构可根据驱动电机10的放置形式进行调整。

进一步地，螺母丝杠式自动门开闭机构还包括支架40，支架40与车门100固定连接，驱动电机10与支架40固定连接，齿轮箱50通过竖向延伸的齿轮箱铰链51与支架40铰接，驱动齿轮11及螺母齿轮20均设于齿轮箱50内，丝杠30沿轴线方向贯穿齿轮箱50。

在本实施例中，通过设置支架40以便于驱动电机10及齿轮箱50的安装，从而可减小对车门100自身结构的改造，进一步提升通用性。具体地，支架40呈框状设置，支架40的一侧与车门100固定连接，驱动电机10通过支架40与车门100间接固定，齿轮箱50设于支架40内部并与支架40铰接，齿轮箱铰链51的投影位于丝杠30的中心轴线上，螺母齿轮20通过轴孔配合固定在齿轮箱50内，丝杠30沿轴线方向贯穿齿轮箱50并与螺母齿轮20传动配合。由于丝杠30的铰接中心与车门100的旋转中心不一致，导致车门100开启角度与丝杠30的摆动角度有差别。通过将齿轮箱50与支架40铰接，以使齿轮箱50可绕齿轮箱铰链51自由摆动，以自动补偿角度差，与丝杠30同轴配合，从而可保证螺母丝杠的正常运行。此外由于加工精度、装配误差导致各连接铰链不相互平行，为了保证螺母丝杠机构运动的顺畅性，使得车门100顺利打开和关闭，丝杠30与车身本体200侧围铰接处、齿轮箱50与支架40铰接处的配合可采用球面副进行铰接。

进一步地，驱动电机10竖向放置，驱动电机10的转动轴沿竖向延伸，驱动齿轮11及螺母齿轮20均为锥形齿轮，且驱动齿轮11与螺母齿轮20相互垂直并啮合。具体地，驱动电机10竖直放置并固定于支架40的底部，驱动电机10的转动轴穿入齿轮箱50内，驱动齿轮11水平放置并与驱动电机10的转动轴连接，螺母齿轮20竖直放置并与驱动齿轮11相啮合。上述结构利用两个锥齿轮垂直相交传递动力，驱动螺母齿轮20回转，实现了驱动电机10的竖直放置并与支架40固定。减少了运动零部件，简化了安装结构，提高了整个机构的可靠性。同时，通过将驱动电机10竖直放置，以使驱动电机10的转动轴与齿轮箱50的齿轮箱铰链51平行，从而可减少齿轮箱50、驱动电机10摆动的运动空间。

进一步地，驱动电机10的转动轴与齿轮箱铰链51沿同一轴线延伸。将驱动电机10的转动轴与齿轮箱50的齿轮箱铰链51同轴线设置，可使得电机固定不动，只有齿轮箱50进行摆动。

在其中一个实施例中，螺母丝杠式自动门开闭机构还包括设置于驱动电机10与驱动齿轮11之间的制动器60。通过设置制动器60，当驱动电机10停止驱动时，制动器60抱死，依靠制动器60的摩擦力矩，可保证车门100悬停在当前位置，从而有效避免车门100在打开后，因自身重量而无法保持在当前位置，影响使用，当驱动电机10带动驱动齿轮11回转时，制动器60松开，以使车门100可正常转动。为了达到较好的运行效果以及人机工程，制动器60优选采用电磁制动器，当然，也可使用其他形式的制动器60或摩擦装置，例如可采用弹簧制动器。

由于驱动电机10内部的摩擦，导致在手动开关门时需克服此摩擦才能使驱动齿轮11回转，即需要克服阻力才能使车门100打开或关闭，影响体验。为达到更好的人机工程，在其中一个实施例中，螺母丝杠式自动门开闭机构还包括设置于驱动电机10与制动器60之间的离合器70。当电动开关门时，离合器70咬合传递驱动力。当手动开关门时，离合器70脱离，可轻松的将车门100打开或关闭。

进一步地，请参照图6及图7，离合器70包括基座71、输入轴72、输出轴73及磁柱74，输入轴72穿过基座71并内嵌于输出轴73的圆盘内，输入轴72的相对两侧面呈平面设置，输入轴72与驱动电机10连接，输出轴73与驱动齿轮11连接，输出轴73的圆盘内设有供磁柱74插置的半圆槽，磁柱74的两端分别与基座71及输出轴73相接触，磁柱74的外周面与输入轴72的平面磁力吸合。

具体地，该离合器70为机械式单向传动离合器，即动力只能由输入轴72传递到输出轴73，而无法反向传递。输入轴72与驱动电机10连接，输出轴73与驱动齿轮11相连。实现了手动开门时，无需克服电机摩擦，达到了轻松开关门的效果。离合器70包括输入轴72、输出轴73、基座71及磁柱74。其中，基座71为导磁材料，中间设有通孔。输入轴72为导磁材料，穿过基座71并嵌在输出轴73的圆盘内，并与输出轴73同轴线。输出轴73为非导磁材料，输出轴73圆盘内侧设有成对半圆槽，磁柱74可放置在半圆槽内。磁柱74上下两个端面分别与基座71、输出轴73圆盘接触。并依靠自身磁力与基座71吸合，保证在运动过程中不倒。

输入轴72顺时针转动，平面挤压磁柱74。因磁柱74放置在输出轴73的半圆槽内，无法脱离，故输入轴72通过磁柱74带动了输出轴73的旋转，实现了动力传递。当输入轴72停止转动，输出轴73逆时针转动时，磁柱74被输出轴73的半圆槽带着一起运动。同时由于磁力的作用，磁柱74始终与输入轴72的平面吸合，并沿平面移动，故输入轴72依然维持静止，实现了单向传动。当输出轴73转过设定角度时，磁柱74完全脱离输出轴73的半圆槽。当下一次输入轴72转动，磁柱74被再次推入输出轴73的半圆槽内。

本发明还提出一种汽车自动门，该汽车自动门包括如上所述的螺母丝杠式自动门开闭机构，该螺母丝杠式自动门开闭机构的具体结构可参照上述实施例，由于本汽车自动门采用了上述实施例的所有技术方案，因而至少包括上述实施例所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。

下面结合图4及图5，仅以右旋滑动螺母丝杠、主驾驶门为例，对本发明一实施例的汽车自动门的打开和关闭动作进行详细描述，左旋螺母丝杠电机方向反向驱动即可。

如图4所示，当驱动电机10接收到ECU指令“开启车门”时，驱动电机10转动轴逆时针转动，啮合的螺母齿轮20顺时针回转。螺母丝杠副产生指向丝杠铰链31方向的轴向力。此轴向力经丝杠30最终作用到丝杠30与车身本体200侧围铰接的丝杠铰链31上，车身本体200侧围亦产生一个反作用推力，沿丝杠30作用车门100上。又因此反作用力不穿过车门100旋转中心，故会产生顺时针旋转力矩，从而驱动车门100旋转开启。车门100开启过程中，螺母亦沿丝杠30往车尾方向进行直线运动，同时齿轮箱50绕齿轮箱铰链51摆动，保证螺母齿轮20与丝杠30的配合。

如图5所示，当驱动电机10接收到ECU指令“关闭车门”时，驱动电机10转动轴顺逆时针转动，啮合的螺母齿轮20逆时针回转。螺母丝杠副产生背向丝杠铰链31方向的轴向力，车身本体200侧围产生一个反作用拉力，产生逆时针旋转力矩，从而驱动车门100旋转关闭。

本发明还提出一种汽车，该汽车包括如上所述的汽车自动门，该汽车自动门包括如上的螺母丝杠式自动门开闭机构，该螺母丝杠式自动门开闭机构的具体结构可参照上述实施例，由于本汽车自动门采用了上述实施例的所有技术方案，因而至少包括上述实施例所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种螺母丝杠式自动门开闭机构，其特征在于，包括驱动装置、齿轮箱、螺母齿轮及丝杠，所述驱动装置与车门固定连接，所述齿轮箱与所述车门铰接，所述螺母齿轮设于所述齿轮箱中，所述丝杠的一端与车身本体铰接，另一端沿轴线方向延伸，所述螺母齿轮套设于所述丝杠上，所述驱动装置用于驱动所述螺母齿轮转动，以使所述螺母齿轮可沿所述丝杠做往复直线运动，进而推动所述车门相对所述车身本体打开或关闭；

还包括支架，所述支架与所述车门固定连接，所述驱动装置包括驱动电机，所述驱动电机与所述支架固定连接，所述齿轮箱通过竖向延伸的齿轮箱铰链与所述支架铰接，所述驱动电机的转动轴与所述齿轮箱铰链沿同一轴线延伸。

2.根据权利要求1所述的螺母丝杠式自动门开闭机构，其特征在于，所述驱动装置还包括驱动齿轮，所述驱动齿轮与所述驱动电机的转动轴连接，所述螺母齿轮与所述驱动齿轮相啮合。

3.根据权利要求2所述的螺母丝杠式自动门开闭机构，其特征在于，所述驱动齿轮及所述螺母齿轮均设于所述齿轮箱内，所述丝杠沿轴线方向贯穿所述齿轮箱。

4.根据权利要求3所述的螺母丝杠式自动门开闭机构，其特征在于，所述驱动电机竖向放置，所述驱动电机的转动轴沿竖向延伸，所述驱动齿轮及所述螺母齿轮均为锥形齿轮；

所述驱动电机竖直放置并固定于所述支架的底部，所述驱动电机的转动轴穿入所述齿轮箱内，所述驱动齿轮水平放置并与所述驱动电机的转动轴连接，所述螺母齿轮竖直放置并与所述驱动齿轮相啮合。

5.根据权利要求4所述的螺母丝杠式自动门开闭机构，其特征在于，所述齿轮箱与所述支架铰接处的配合采用球面副进行铰接。

6.根据权利要求2至5任意一项所述的螺母丝杠式自动门开闭机构，其特征在于，还包括设置于所述驱动电机与所述驱动齿轮之间的制动器。

7.根据权利要求6所述的螺母丝杠式自动门开闭机构，其特征在于，还包括设置于所述驱动电机与所述制动器之间的离合器。

8.根据权利要求7所述的螺母丝杠式自动门开闭机构，其特征在于，所述离合器包括基座、输入轴、输出轴及磁柱，所述输入轴穿过所述基座并内嵌于所述输出轴的圆盘内，所述输入轴的相对两侧面呈平面设置，所述输入轴与所述驱动电机连接，所述输出轴与所述驱动齿轮连接，所述输出轴的圆盘内设有供所述磁柱插置的半圆槽，所述磁柱的两端分别与所述基座及所述输出轴相接触，所述磁柱的外周面与所述输入轴的平面磁力吸合。

9.一种汽车自动门，其特征在于，包括如权利要求1至8任意一项所述的螺母丝杠式自动门开闭机构。

10.一种汽车，其特征在于，包括如权利要求9所述的汽车自动门。