CN112283263A - 用于转向系统的电磁阻尼系统 - Google Patents

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Abstract

一种用于转向系统的电磁阻尼系统，包括小齿轮，该小齿轮具有小齿轮轴并且与转向齿条接合。该电磁阻尼系统还包括摩擦盘，该摩擦盘操作性地联接至小齿轮轴。该电磁阻尼系统进一步包括电磁离合器，该电磁离合器位于摩擦盘附近，在电磁离合器的第一情况下，电磁离合器被设置在相对于摩擦盘的间隔位置，在电磁离合器的第二情况下，电磁离合器被设置在相对于摩擦盘的接触位置以抑制转向齿条的移动速度。

Description

用于转向系统的电磁阻尼系统
技术领域
本发明涉及一种用于转向系统的电磁阻尼系统。
背景技术
本文描述的实施例涉及车辆转向系统，更特别地，涉及用于这种转向系统的电磁阻尼系统。
在后轮转向的应用中，为了操作者的安全，在故障(fault)状态时需要防止后转向系统不受控制地摆动。故障状态例如可以包括微控制器故障、电池供电中断、或在带有滚珠丝杠和(输送)带的系统中驱动带破损。
在一些后轮转向的应用中，在发生失效(failure)时，使用具有提供电机阻尼的方式的电气解决方案来控制系统。在电机路径中发生机械失效(例如，带破损)时，可能会出现电机不能提供维持对车辆的控制所需的稳定性控制的状况。前轮转向的应用在故障状况期间也可能具有控制问题。因此，期望一种在故障状况期间能辅助转向控制的系统。
发明内容
根据本公开的一个方面，一种用于转向系统的电磁阻尼系统包括小齿轮(pinion，齿轮)，该小齿轮具有小齿轮轴并且与转向齿条接合。该电磁阻尼系统还包括操作性地联接至小齿轮轴的摩擦盘。该电磁阻尼系统进一步包括位于摩擦盘附近的电磁离合器，在该电磁离合器的第一情况(条件)下，该电磁离合器设置在相对于摩擦盘的间隔位置，在该电磁离合器的第二情况下，该电磁离合器设置在相对于摩擦盘的接触位置以抑制转向齿条的移动速度。
根据本公开的另一个方面，一种用于转向系统的电磁阻尼系统包括用于控制车轮位置的转向齿条。该电磁阻尼系统进一步包括旋转部件，该旋转部件与转向齿条交联(interface with)，以辅助转向齿条的位置控制。该电磁阻尼系统又进一步包括操作性地联接至旋转部件的摩擦盘。该电磁阻尼系统还包括位于摩擦盘附近的电磁离合器，在该电磁离合器的第一情况下，该电磁离合器设置在相对于摩擦盘的间隔位置，在该电磁离合器的第二情况下，该电磁离合器设置在相对于摩擦盘的接触位置以抑制转向齿条的移动速度。
附图说明
在本说明书随附的权利要求书中特别地指出并明确地请求保护的主题被视为本发明。从以下结合附图给出的详细描述中显现了本发明的前述及其他的特征和优点，其中：
图1是车辆转向系统的立体图；
图2是用于车辆转向系统的电磁阻尼系统在第一情况下的视图；以及
图3是电磁阻尼系统在第二情况下的视图。
具体实施方式
现在参照附图，其中将参考具体实施例来描述但非限制本发明，图1示出了一种车辆转向系统10，其设置为使车辆以期望的方向转向。该转向系统10可以包括经由转向柱22操作性地连接到齿轮壳体34的方向盘20。该转向柱22例如可以通过一个或多个柱段(诸如上柱和下柱)形成，但是应理解的是，可以采用不同数量的柱段。还包括有齿条组件36、系杆38和40、转向节44和行驶轮48，其中齿条组件36的一部分是其上带有齿部的齿条37。
该转向系统10是电动转向系统(electric power steering system，电动助力转向系统)，其利用齿条和小齿轮转向机构(rack and pinion steering mechanism，齿条齿轮转向机构)，该齿条和小齿轮转向机构包括齿条37和位于小齿轮壳体34内的小齿轮(pinion gear)。在操作期间，随着车辆操作者转动方向盘20，转向柱22转动小齿轮。小齿轮的旋转移动齿条37，该齿条37移动系杆38、40。系杆38、40转而移动相应的转向节44，该转向节44转动相应的行驶轮48。应理解的是，转向系统10可以包括更多或更少的轴部件或柱部件。而且，如上所述，在一些实施例中，设置有线控转向系统，其中在方向盘20(或其它转向输入装置)与转向柱22的下部/前部之间不存在物理连接。
该转向系统10包括动力转向辅助组件，该动力转向辅助组件通过电机50来辅助转向力(steering effort)，该电机在齿条辅助电动转向(REPS)系统的实施例中驱动滚珠丝杠组件。特别地，螺母52与齿条组件36的滚珠丝杠部分39接合，以辅助齿条37的平移。
现在参考图2和图3，该齿条组件36被更详细地示出，以示出电磁阻尼系统60。如在本文中所描述的，在转向系统10故障事件期间，电磁阻尼系统60抑制(但不锁定)齿条37平移的速度。本文中描述的抑制是在一个或多个失效情况期间通过将车轮带到中心位置并保持该位置来稳定车辆的。这对于后轮转向系统可以是特别有益的。
电磁阻尼系统60包括小齿轮62以及小齿轮轴64，该小齿轮62具有与齿条37接合的齿轮部。轮毂68环绕小齿轮轴64的一部分并且具有从其径向向外延伸的摩擦盘70。小齿轮轴64的至少一部分、轮毂68和摩擦盘70被容纳在壳体72内。
电磁阻尼系统60还包括电磁离合器74，该电磁离合器74形成有线圈76、磁体78和电枢(armature)80。该电枢80具有制动表面82，该制动表面82设置在摩擦盘70的表面84附近。该电枢80可以是尺寸类似于摩擦盘70的盘或其它部件，但是可以想到电枢80的多种不同的几何形状。电磁离合器74设置在壳体72内。在一些实施例中，电磁离合器74被操作性地联接至壳体72的内壁75，以用于结构支撑。
如在图2中所示，在车辆转向系统的正常操作(即，没有实质上影响转向控制的故障事件)期间，电磁离合器74处于供电(即，激励)情况下，并且产生在磁体78与电枢80之间施加吸引磁力的电磁通量场。该吸引磁力在电枢80与摩擦盘70之间维持气隙86。该气隙86确保摩擦盘70随小齿轮轴64自由地旋转，几乎没有摩擦。这种情况可以被称为电枢80和摩擦盘70的间隔位置。
如在图3中所示，在故障事件(或断电情况)期间，电磁离合器74处于未供电(即，去激励)情况。在这种情况下，不存在用以在磁体78与电枢80之间提供吸引磁力的电磁通量场。一个或多个弹簧90在磁体78与电枢80之间延伸，并且操作性地联接至磁体78和电枢80，以对电枢80施加弹力，从而使电枢80向前偏置并与摩擦盘70接触。特别地，电枢80的制动表面82移动到与摩擦盘70的表面84接触。这可以被称为接触位置。在该接触位置，电枢80的制动表面82推抵摩擦盘70的表面84，以抑制小齿轮轴64的旋转。电磁阻尼系统提供经校准的摩擦元件，并且控制齿条37能够移动的速度，由此提供安全的转向情况。
通过一个或多个弹簧90施加的总弹力小于在电磁离合器74的激励情况期间产生的吸引磁力。因此，磁力克服了弹力，以确保在转向系统的正常操作期间不会出现电枢80与摩擦盘70之间的接触位置。由此，小齿轮轴64会自由地正常旋转。
尽管在本文中描述和示出为将电磁离合器74与小齿轮轴64接合，但是应理解的是，在其它实施例中电磁离合器74可以接合与齿条37交联的任何旋转部件。例如，电磁离合器74可以接合与滚珠丝杠组件相关联的部件。
在本文中公开的实施例在电气和/或机械失效期间、在故障情况下为转向系统提供稳定性。因为与齿条37相交联的旋转元件(诸如小齿轮62)被认为是与转向控制相关联的坚固的结构元件，所以，在发生失效时，该相交联的旋转元件被用作反作用力。
尽管已结合仅有限数量的实施例对本发明进行了详细描述，但应容易理解的是，本发明并不受限于此类已公开的实施例。相反，本发明能被修改以结合此前未描述但与本发明的精神和范围相称的任何数目的变型、变化、替代或等同设置。此外，尽管已描述了本发明的多个不同实施例，但应理解的是，本发明的多个方面可包括所描述实施例中的仅一些。因此，前文的描述不应被视为对本发明的限制。

Claims (16)

1.一种用于转向系统的电磁阻尼系统，包括：
小齿轮，具有小齿轮轴并与转向齿条接合；
摩擦盘，操作性地联接至所述小齿轮轴；以及
电磁离合器，位于所述摩擦盘附近，在所述电磁离合器的第一情况下，所述电磁离合器设置在相对于所述摩擦盘的间隔位置，在所述电磁离合器的第二情况下，所述电磁离合器设置在相对于所述摩擦盘的接触位置以抑制所述转向齿条的移动速度。
2.根据权利要求1所述的电磁阻尼系统，其中所述电磁离合器的所述第一情况是去激励情况，而所述电磁离合器的所述第二情况是激励情况。
3.根据权利要求1所述的电磁阻尼系统，进一步包括小齿轮壳体，所述小齿轮壳体容纳所述电磁离合器的至少一部分。
4.根据权利要求3所述的电磁阻尼系统，其中所述电磁离合器操作性地联接至所述小齿轮壳体的内壁。
5.根据权利要求1所述的电磁阻尼系统，其中所述电磁离合器包括线圈、磁体和电枢，所述电枢能移动以限定所述电磁离合器的所述间隔位置和所述接触位置。
6.根据权利要求5所述的电磁阻尼系统，还包括弹簧，所述弹簧操作性地联接至所述磁体和所述电枢，且设置在所述磁体与所述电枢之间，所述弹簧对所述电枢施加弹力，以使所述电枢朝向所述接触位置偏置，在所述第一情况下所述磁体对所述电枢施加大于所述弹力的吸引磁力。
7.根据权利要求6所述的电磁阻尼系统，其中所述弹簧是操作性地联接至所述磁体和所述电枢、且设置在所述磁体与所述电枢之间的多个弹簧其中之一，在所述电磁离合器的所述第一情况下，通过所述磁体施加的所述吸引磁力大于所述多个弹簧的组合弹力。
8.一种用于转向系统的电磁阻尼系统，包括：
转向齿条，用于控制车轮位置；
旋转部件，与所述转向齿条相交联，以辅助所述转向齿条的位置控制；
摩擦盘，操作性地联接至所述旋转部件；以及
电磁离合器，位于所述摩擦盘附近，在所述电磁离合器的第一情况下，所述电磁离合器被设置在相对于所述摩擦盘的间隔位置，在所述电磁离合器的第二情况下，所述电磁离合器被设置在相对于所述摩擦盘的接触位置以抑制所述转向齿条的移动速度。
9.根据权利要求8所述的电磁阻尼系统，其中所述电磁离合器的所述第一情况是去激励情况，而所述电磁离合器的所述第二情况是激励情况。
10.根据权利要求8所述的电磁阻尼系统，还包括壳体，所述壳体容纳所述电磁离合器的至少一部分以及所述旋转部件的至少一部分。
11.根据权利要求10所述的电磁阻尼系统，其中所述电磁离合器操作性地联接至所述壳体的内壁。
12.根据权利要求8所述的电磁阻尼系统，其中所述电磁离合器包括线圈、磁体和电枢，所述电枢能移动以限定所述电磁离合器的所述间隔位置和所述接触位置。
13.根据权利要求12所述的电磁阻尼系统，还包括弹簧，所述弹簧操作性地联接至所述磁体和所述电枢，且被设置在所述磁体与所述电枢之间，所述弹簧对所述电枢施加弹力，以使所述电枢朝向所述接触位置偏置，所述磁体在所述第一情况下对所述电枢施加大于所述弹力的吸引磁力。
14.根据权利要求13所述的电磁阻尼系统，其中所述弹簧是操作性地联接至所述磁体和所述电枢、且设置在所述磁体与所述电枢之间的多个弹簧其中之一，在所述电磁离合器的所述第一情况下，通过所述磁体施加的所述吸引磁力大于所述多个弹簧的组合弹力。
15.根据权利要求8所述的电磁阻尼系统，其中所述旋转部件是滚珠丝杠。
16.根据权利要求8所述的电磁阻尼系统，其中所述旋转部件是小齿轮。
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