CN110775150A - 用于车辆的方向盘的致动器单元 - Google Patents

Abstract

本文的实施例提供了一种用于车辆的方向盘（110）的致动器单元（100）。致动器单元（100）包括位于壳体（116）内的转向轴（122）。转向柱定位在壳体（116）和转向轴（122）之间。此外，马达（102）被机械地联接到输入轴（408），并且输出选择器适于选择方向盘（110）的伸缩和倾斜运动中的一者。致动器单元（100）的特征在于至少两个行星齿轮组，即第一齿轮组（106）和第二齿轮组（108），它们以级联的方式联接到转子轴（104）和输入轴（408）并且联接在转子轴（104）和输入轴（408）之间。至少两个行星齿轮组适于将从转向感觉扭矩、倾斜运动和伸缩运动中选择的至少一者赋予方向盘（110）。

Description

用于车辆的方向盘的致动器单元

技术领域

本发明涉及一种用于车辆的方向盘的致动器单元。

背景技术

根据现有技术US2013160597，公开了一种转向装置。该转向装置包括：倾斜角度调整机构；伸缩机构；以及驱动机构。该驱动机构包括：旋转构件，其通过马达旋转；传动构件，其联接到该倾斜角度调整机构；以及选择器机构，其改变该旋转构件的位置。该旋转构件具有朝向该传动构件突出的突出部，并且该传动构件具有凹部，突出部被插入到该凹部中。该选择器机构通过将该旋转构件移动到联接位置来将该突出部插入到该凹部中，并且通过将该旋转构件移动到非联接位置而从该凹部移除该突出部。

附图说明

参考以下附图来描述本公开的实施例，

图1图示了根据本发明的实施例的用于车辆的方向盘的致动器单元；

图2图示了根据本发明的实施例的用于方向盘的致动器组件的第一视图；

图3图示了根据本发明的实施例的用于方向盘的致动器组件的第二视图；

图4图示了根据本发明的实施例的致动器单元处于伸出位置的方向盘；

图5图示了根据本发明的实施例的致动器单元处于中间位置的方向盘；以及

图6图示了根据本发明的实施例的致动器单元处于收起位置的方向盘。

具体实施方式

图1图示了根据本发明的实施例的用于车辆的方向盘的致动器单元。也称为方向盘致动器（Steering Wheel Actuator，SWA）的致动器单元100包括壳体116和位于壳体116内的转向轴122。转向轴122的外端部连接到方向盘110。转向轴122能够在壳体116外部延伸。包括内管120和外管118的转向柱围绕转向轴122布置。该转向柱定位在壳体116和转向轴122之间。转向轴122是中空体并且可被认为是转向柱的一部分。输入轴408（在图4中示出）自转向轴122的内端部组装在转向轴122的中空部分内。输入轴408容纳有扭杆410（在图4中示出）。此外，马达102机械地联接到输入轴408，并且输出选择器适于选择方向盘110的倾斜运动和伸缩运动中的一者。致动器单元100的特征在于至少两个行星齿轮组（在虚线框中示出），其包括第一齿轮组106和第二齿轮组108，它们以级联方式联接到马达102的转子轴104和输入轴408，并且联接在马达102的转子轴104和输入轴408之间。至少两个行星齿轮组适于将从转向感觉（steering feel）扭矩、倾斜运动和伸缩运动中选择的至少一者赋予方向盘110。为了便于理解，第一输出单元402（在图4中在虚线框中示出）和第二输出单元412（在图4中在虚线框中示出）被从图1中省略，并且在图4的描述中对第一输出单元402和第二输出单元412进行解释。伸缩运动对应于转向柱和/或转向轴122的伸出或缩回。

方向盘110被定位到收起位置、中间位置和伸出位置中的任何一者。收起位置和伸出位置是方向盘110的两个极限位置。中间位置是收起位置和伸出位置之间的任何位置。

根据本发明的实施例，方向盘110的收起位置在车辆的自主驾驶模式期间是的可适用的。替代地，收起位置用于除自主驾驶模式之外的任何其他状况中，例如但不限于自动泊车模式。由于方向盘110与仪表盘接触，收起位置为驾驶员提供更多的自由空间。替代地，方向盘110在收起位置中装配到在仪表盘中可用的相应槽中。收起位置在手动驾驶期间也是可用的。

图2图示了根据本发明的实施例的用于方向盘的致动器组件的第一视图。致动器组件200包括马达102，其联接到两个行星齿轮组，即第一齿轮组106和第二齿轮组108。两个行星齿轮组以级联或串联（一个接一个）的方式联接到彼此。第一齿轮组106的输出是第二齿轮组108的输入。第一齿轮组106包括第一太阳齿轮212、至少两个第一行星齿轮214、第一齿圈（ring gear）216以及第一齿轮架218。第一齿轮架218联接到至少两个第一行星齿轮214。类似地，第二齿轮组108包括第二太阳齿轮222、至少两个第二行星齿轮224、第二齿圈226以及第二齿轮架228。第二齿轮架228联接到至少两个第二行星齿轮224。

此外，包括第一选择器112和第二选择器114的输出选择器被分别提供给第一齿轮组106和第二齿轮组108。第一选择器112包括例如螺线管或马达之类的第一致动器，其控制相应的连杆或齿轮，以停止/制动第一齿轮组106的第一齿圈216和第一齿轮架218的旋转。类似地，第二选择器114包括例如螺线管或马达之类的第二致动器，其控制相应的连杆或齿轮，以停止/制动第二齿轮组108的第二齿圈226和第二齿轮架228的旋转。在实施例中，单个输出选择器可以被用于控制第一齿轮组106和第二齿轮组108的齿轮。

图3图示了根据本发明的实施例的用于方向盘的致动器组件的第二视图。在该第二视图中，仅第一选择器112是可见的，而第二选择器114是隐藏的，因为它处于第一选择器112的相对侧上。此外，第一输出齿轮302被设置成与第一齿圈216啮合。类似地，第二输出齿轮304被设置成与第二齿圈226啮合。

输出选择器由控制器（未示出）操作。该控制器通过按压用于倾斜运动和伸缩运动中的至少一者的按钮而接收来自驾驶员的命令。用于倾斜运动、伸缩运动的按钮被设置在车辆的仪表盘上或方向盘110上。该控制器还能够连接到例如智能电话之类的用户设备，以远程或无线地控制方向盘110的倾斜运动和/或伸缩运动。

图4图示了根据本发明的实施例的致动器单元处于伸出位置的方向盘。图4是致动器单元100的示意图，并且不应以限制的意义来理解。第一齿轮啮合被描述为/适于提供转向感觉扭矩。第一齿轮啮合包括：转子轴104联接到第一齿轮组106的第一太阳齿轮212，并且第一齿轮架218将第一行星齿轮214联接到第二齿轮组108的第二太阳齿轮222。第二齿轮组108的第二齿轮架228将第二行星齿轮224联接到输入轴408。此外，第一齿圈216和第二齿圈226分别由第一选择器112和第二选择器114保持静止或停止旋转。每当驾驶员操纵车辆时，默认都是第一齿轮啮合。使用第一齿轮啮合以便提供类似于以机械式方向盘110进行转向的转向感觉。当驾驶员使用方向盘110使车辆转向时，马达102通过经由第一齿轮啮合抵抗方向盘110的旋转来向握住方向盘110的驾驶员提供转向感觉。第一齿轮啮合适用于方向盘110的其他不同位置。

所述控制器接收由定位在扭杆410周围的扭矩传感器检测到的信号。因此，当方向盘110被驾驶员旋转时，扭矩被传递到扭杆410。然后，该扭矩传感器产生相对应的输出信号。控制器相应地控制/操作马达102以提供转向感觉扭矩。所述控制器从定位在扭杆410周围的扭矩传感器接收所施加的扭矩。

在图4中，还提供了在图1中被省略的第一输出单元402和第二输出单元412。第一输出单元402和第二输出单元412被分别提供给方向盘110的倾斜运动和伸缩运动。第一输出单元402适于选择性地与第一齿轮组106接合以用于倾斜运动，并且第二输出单元412适于选择性地与第二齿轮组108接合以用于伸缩运动。

第一输出单元402包括第一输出齿轮302、第一螺杆404和第一套筒406。第一套筒406能够在第一螺杆404上的螺纹上移动。第一输出齿轮302保持与第一齿轮组106和第一螺杆404接合并且被保持在第一齿轮组106和第一螺杆404之间。类似地，第二输出单元412包括第二输出齿轮304、第二螺杆414和第二套筒416。第二套筒416能够在第二螺杆414的螺纹上移动。第二输出齿轮304保持与第二齿轮组108和第二螺杆414接合并且被保持在第二齿轮组108和第二螺杆414之间。第一螺杆404和第二螺杆414的端部被保持在致动器单元100的主体上。第一套筒406和第二套筒416二者均包括内螺纹，以分别在第一螺杆404和第二螺杆414上移动。

根据本发明的实施例，方向盘110的倾斜运动由致动器组件200经由第二齿轮啮合实现/赋予。当驾驶员请求方向盘110的倾斜运动时，控制器操作输出选择器以获得第二齿轮啮合，即第一选择器112和第二选择器114被操作成保持第一齿轮架218和第二齿轮组108静止。第二齿轮啮合包括：转子轴104联接到第一齿轮组106的第一太阳齿轮212，并且第一齿圈216联接到第一输出齿轮302，该第一输出齿轮302进而联接到第一输出单元402的第一螺杆404。现在马达102能够将倾斜运动赋予方向盘110。当第一输出齿轮302由第一齿圈216旋转时，第一螺杆404也旋转。第一螺杆404的旋转使第一套筒406沿第一螺杆404在轴向方向上移动。第一套筒406的轴向移动方向取决于倾斜方向。该倾斜方向能够由驾驶员通过按压按钮来选择。该按钮或开关可在车辆的仪表盘上或在方向盘110自身上获得。倾斜运动也适用于在侧向方向上的倾斜/倾角。

图5图示了根据本发明的实施例的致动器单元处于中间位置的方向盘。图5是致动器单元100的示意图。该中间位置借助于致动器组件200通过转向柱和转向轴122的伸缩运动获得。该伸缩运动通过第三齿轮啮合获得。当由驾驶员请求中间位置的请求时，通过分别借助于第一选择器112和第二选择器114保持第一齿圈216和第二齿轮架228静止来建立该第三齿轮啮合。同样，控制器操作第一选择器112和第二选择器114。转子轴104联接到第一齿轮组106的第一太阳齿轮212，第一齿轮架218将第一行星齿轮214联接到第二齿轮组108的第二太阳齿轮222，并且第二齿轮组108的第二齿圈226联接到第二输出齿轮304。现在马达102能够将伸缩运动赋予方向盘110。

现在，描述转向柱和转向轴122伸缩运动到中间位置的工作。当驾驶员选择中间/缩回位置时，通过输出选择器建立第三齿轮啮合。第二输出单元412由第二输出齿轮304激活。第二输出齿轮304的旋转使第二螺杆414旋转，从而引起第二套筒416的轴向移动。第二套筒416根据第二螺杆414的旋转方向向前或向后移动。考虑到缩回运动，第二套筒416的一个端部穿过外管118的槽口424。槽口424设置在外管118中以允许第二套筒416的移动。此外，带420在一个端部处附接到第二套筒416，并且另一个端部附接到内管120。带420位于转向柱的外管118和内管120之间。在缩回期间，内管120由于第二套筒416的移动而首先移动。因此，通过第二套筒416的移动获得方向盘110的期望位置。该移动持续到外管118的槽口424的端部。在槽口424的端部处，第二套筒416与外管120接触。

现在，当轴向移动时，第二套筒416与槽口424的端部接合，并且在相同的轴向方向上以滑动方式移动/载送外管118。由此，根据驾驶员的需求实现方向盘110的中间位置。该中间位置由于内管120和外管118的移动而实现。

图6图示了根据本发明的实施例的致动器单元处于收起位置的方向盘。在图6中，描绘了方向盘110的收起位置。该收起位置在延续图5的工作的情况下实现。如前面提到的，该收起位置是缩回方向上的极限位置。当驾驶员选择方向盘110的收起位置时，第二套筒416继续如图5中解释的沿向内或缩回方向移动外管118。随着第二套筒416沿缩回方向、即朝向马达102移动，内管120也同时移动。该移动当外管118到达其在壳体116内的极限位置时停止。在该收起位置，转向柱和转向轴122完全处于壳体116内。

根据本发明，以相反的顺序参照图6和图5和图4来描述转向柱和/或转向轴122的伸出工作。因此，该伸出与如图4至图6中解释的工作相反。考虑方向盘110处于收起位置。当驾驶员请求将方向盘110的位置从收起位置改变到中间位置或伸出位置时，控制器通过使用适当的输出选择器来建立第三齿轮啮合。然后，控制器操作马达102并使第二套筒416沿向外方向或伸出方向移动。内管120由于第二套筒416和滑动带420的接合而首先移动。带420位于内管120和外管118之间。此外，环形套环422设置在外管118的内表面上，以在伸缩运动期间与带420接合。带420被保持在内管120上的凹进部（indent）上。替代地，带420被固定/附接到内管120。套环422充当带420的止动件。

第二套筒416的移动沿伸出方向延续。在伸出期间，第二套筒416在朝向方向盘110的方向上移动。第二套筒416以可移除的方式附接到带420。当第二套筒416移动时，带420也移动。由于带420以可移动的方式与内管120保持在一起，因此内管120甚至在外管118之前首先移动。一旦内管120到达其极限位置，带420就与套环422接触。现在，如果第二套筒416继续沿伸出方向轴向移动，则外管118也开始沿相同的方向移动。外管118由于带420和套环422的接合而移动。外管118、内管120、壳体116和转向轴122全都利用球形滑动件418来保持，以便容易地滑动运动。在壳体116中设置合适的开口，以允许第二套筒416到达外管118的带424并与之接合。中间位置是在内管120到达其最大延伸或外管118到达其最大延伸之前实现的方向盘110的任何位置。在转向轴122和内管120的界面处还设置滚珠轴承。

简言之，当第二套筒416沿伸出方向或远离马达102移动时，内管120首先移动。一旦内管120到达槽口424的端部或设置在外管118中的套环422，第二套筒416就使外管118与内管120一起滑动到方向盘110的期望位置。

根据本发明的实施例，例如具有不同扭矩能力的永磁同步电动机（PermanentMotor Synchronous Motor，PMSM）之类的单个马达102可适用于所有方向盘致动器（SWA）或电子可调转向柱（EASC）功能。转向致动器使得在柱长度为600mm的情况下利用“管中管”构思（内管120和外管118）能够实现例如285mm的可收起长度。在车辆的现有的底盘或车架或交叉车梁（CCB）结构中不需要重大的改变。由于强大的马达102，收起方向盘110的时间很快并且精度不会受到损害。本发明还提供了紧凑的顺列封装，并且减少了径向空间的使用。由此增加了径向方向上的自由空间。

应当理解的是，本说明书中上面所解释的实施例仅是说明性的，并且不限制本发明的范围。可以设想许多这样的实施例以及本说明书中所解释的实施例中的其他修改和改变。本发明的范围仅受权利要求的范围限制。

Claims (10)

1.一种用于车辆的方向盘（110）的致动器单元（100），包括：

壳体（116）；

转向轴（122），其位于所述壳体（116）内，所述转向轴（122）的外端部连接到所述方向盘（110）；

转向柱，其包括内管（120）和外管（118），所述转向柱围绕所述转向轴（122）布置，所述转向柱定位在所述壳体（116）和所述转向轴（122）之间；

输入轴（408），其自所述转向轴（122）的内端部组装在所述转向轴（122）内，所述输入轴（408）容纳扭杆（410）；

马达（102），其机械地联接到所述输入轴（408），以及

输出选择器，其适于选择所述方向盘（110）的伸缩运动和倾斜运动中的一者，其特征在于：

至少两个行星齿轮组，即第一齿轮组（106）和第二齿轮组（108），所述至少两个行星齿轮组以级联方式联接到所述马达（102）的转子轴（104）和所述输入轴（408）并且联接在所述马达（102）的转子轴（104）和所述输入轴（408）之间，所述至少两个行星齿轮组适于将从转向感觉扭矩、倾斜运动和伸缩运动中选择的至少一者赋予所述方向盘（110）。

2.根据权利要求1所述的致动器单元（100），其中，所述转向轴（122）被定位到收起位置、中间位置和伸出位置中的任何一者。

3.根据权利要求1所述的致动器单元（100），其中，第一齿轮啮合适于提供所述转向感觉扭矩，所述第一齿轮啮合包括：所述转子轴（104）联接到所述第一齿轮组（106）的第一太阳齿轮（212），第一齿轮架（218）将第一行星齿轮（214）联接到所述第二齿轮组（108）的第二太阳齿轮（222），并且所述第二齿轮组（108）的第二齿轮架（228）联接到所述输入轴（408），第一齿圈（216）和第二齿圈（226）保持静止。

4.根据权利要求1所述的致动器单元（100），其中，第一输出单元（402）适于与所述第一齿轮组（106）选择性地接合以用于所述倾斜运动，并且第二输出单元（412）适于与所述第二齿轮组（108）选择性地接合以用于所述伸缩运动。

5.根据权利要求4所述的致动器单元（100），其中，所述第一输出单元（402）包括第一输出齿轮（302）、第一螺杆（404）和第一套筒（406），所述第一输出齿轮（302）以相啮合的方式被保持在所述第一齿轮组（106）和所述第一螺杆（404）之间。

6.根据权利要求4所述的致动器单元（100），其中，所述第二输出单元（412）包括第二输出齿轮（304）、第二螺杆（414）和第二套筒（416），所述第二输出齿轮（304）以相啮合的方式被保持在所述第二齿轮组（108）和所述第二螺杆（414）之间。

7.根据权利要求5所述的致动器单元（100），其中，第二齿轮啮合适于将所述倾斜运动赋予所述方向盘（110），所述第二齿轮啮合包括：所述转子轴（104）联接到所述第一齿轮组（106）的第一太阳齿轮（212），第一齿圈（216）通过所述第一输出齿轮（302）联接到所述第一螺杆（404），并且所述第一齿轮架（218）与所述第二齿轮组（108）一起保持静止。

8.根据权利要求6所述的致动器单元（100），其中，第三齿轮啮合适于将所述伸缩运动赋予所述方向盘（110），所述第三齿轮啮合包括：所述转子轴（104）联接到所述第一齿轮组（106）的第一太阳齿轮（212），第一齿轮架（218）将所述第一行星齿轮（214）联接到所述第二齿轮组（108）的所述第二太阳齿轮（222），并且所述第二齿轮组（108）的第二齿圈（226）联接到所述第二输出齿轮（304），所述第一齿圈（216）和所述第二齿轮架（228）保持静止。

9.根据权利要求8所述的致动器单元（100），其中，所述第二套筒（416）通过位于所述转向柱的所述外管（118）的槽口（424）和所述内管（120）之间的带（420）来联接到所述内管（120）。

10.根据权利要求9所述的致动器单元（100），其中，环形套环（422）设置在所述外管（118）的内表面上，以在所述伸缩运动期间与所述带（420）接合。

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