CN112776872A - 用于转向柱的伸缩式丝杠的系统、方法和装置 - Google Patents

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Abstract

一种转向柱组件包括套管。该组件还包括多个圆柱形丝杠，这些丝杠彼此以可螺旋方式联接，上述多个丝杠相对于彼此可旋转并且相对于彼此可平移。该组件还包括螺母，该螺母以可螺旋方式联接到上述多个丝杠中的一个，并且可操作地联接到该套管以使该套管轴向地移动。

Description

用于转向柱的伸缩式丝杠的系统、方法和装置
相关申请
本申请要求于2019年11月6号提交的序列号为62/931348的美国临时专利申请的优先权的权益，特此以援引方式纳入该临时专利申请的整体内容。
背景技术
传统的转向柱可借助致动器以电动方式被调节。根据使用者的需求，此类转向柱能在多个不同方向上被调节，包括伸缩方向(即沿着转向柱的轴线)、倾角方向(即竖向上)和/或倾斜方向(即枢转角度)。转向柱能以多种方式伸缩。例如，某些转向柱通过伸缩的套管或轴来进行伸缩。转向柱的其它示例可以通过固定的轴和平移的套管组件来伸缩。
动力伸缩式转向柱通常由单个丝杠(lead screw，导向螺杆)和螺母致动。对于正常的伸缩运动量(例如，+/-30mm)，单个丝杠是足够的，并且其封装在通常的用于转向柱的空间内。对于单个丝杠的伸缩行程量的限制是仪表板前部和仪表板后部之间的轴向封装空间。传统的解决方案还有其它的限制。伸缩式转向柱使得转向柱组件在下层结构中运行所需的空间增加。由于一些最终应用实际上正在减少转向柱组件可使用的空间，现有的伸缩式解决方案正在成为一种问题。
在过去，伸缩式转向柱的功能是提供灵活的手轮位置，且为不同体形的驾驶员提供舒适的驾驶位置。现今有机会实现更大的伸缩行程，该伸缩行程也可以被称为收起行程(即，当不需要手轮时)。例如，手轮可以被重新定位到完全远离驾驶员的位置，以允许驾驶员去做除了驾驶车辆之外的事情，例如当停车时在便携式电脑上工作。其他示例包括具有自动驾驶能力的车辆，并且该自动驾驶能力允许车辆在自动驾驶模式时收起(stow，收纳)手轮。对于明显更大的伸缩和收起能力，单个丝杠不能被封装在任何普通乘用车车辆的仪表板前部和仪表板后部之间。因此，对转向柱的紧凑性调节的改进仍然令人感兴趣。
发明内容
根据本公开的一个方面，一种转向柱组件包括套管。该组件还包括第一丝杠，该第一丝杠可由致动器驱动旋转。该组件还包括第二丝杠，该第二丝杠以可螺旋方式(螺纹方式)联接到第一丝杠。该组件还还包括螺母，该螺母以可螺旋方式联接到第二丝杠，并且被可操作地联接到套管以使该套管轴向地移动。
根据本公开的另一个方面，一种转向柱组件包括套管。该组件还包括多个圆柱形丝杠，所述多个圆柱形丝杠彼此以可螺旋方式联接，所述多个丝杠相对于彼此可旋转并且相对于彼此可平移。该组件还包括螺母，该螺母以可螺旋方式联接到所述多个丝杠中的一个，并且被可操作地联接到套管以使该套管轴向地移动。
根据本公开的又另一个方面，一种转向柱组件包括套管。该组件还包括电动致动器。该组件还包括第一丝杠，该第一丝杠可由该电动致动器驱动旋转，该第一丝杠具有外螺纹。该组件还还包括第二丝杠，该第二丝杠具有内螺纹，该内螺纹与第一丝杠的外螺纹啮合，该第二丝杠可相对于第一丝杠旋转并且可相对于第一丝杠平移。该组件还包括螺母，该螺母具有内螺纹，该内螺纹与第二丝杠的外螺纹啮合，该螺母被固定到伸缩驱动支架以防止该螺母旋转，其中，第二丝杠的旋转使得该螺母和该伸缩驱动支架轴向地平移，以使与该伸缩驱动支架可操作地联接的套管轴向地平移。
通过以下结合附图的描述，这些和其他优点和特征将变得明显。
附图说明
在本说明书随附的权利要求中特别地指出并明确地要求保护作为本发明的主题。本发明的上述和其它的特征、以及优点将在以下结合附图所做的详细描述中变得明显，其中：
图1为用于转向柱的伸缩式丝杠组件的立体图；
图2为在第一位置示出的伸缩式丝杠组件的立体图；
图3为在第二位置示出的伸缩式丝杠的立体图；以及
图4为在第三位置示出的伸缩式丝杠的立体图。
具体实施方式
现在参照附图，本文中阐示及描述了多个不同实施例，但不以此为限。图1至图4示出了用于转向柱的伸缩式丝杠组件的系统、方法和装置的多个实施例。
现在参照图1，其示出了伸缩式丝杠组件，总体上以附图标记10来表示。丝杠组件10被可操作地联接到套管组件12的一部分。在一些实施例中，在多件式套管组件中，丝杠组件10被联接到在另一个套管部分内伸缩的上套管，但也可以预期单一套管为能够平移的。无论套管组件的准确类型如何，至少一个套管部分以朝向和远离驾驶员的方式平移。在一些实施例中，平移/伸缩行程的范围足够明显使得转向柱被视为“被收起”，当停车时或当车辆在半自动或自动模式运行时，这向驾驶员提供了足够的空间来执行非驾驶功能。本文所描述的丝杠组件10有助于明显的平移/伸缩行程的范围。
丝杠组件包括电机14，该电机驱动齿轮箱16。齿轮箱16被可操作地联接到第一丝杠18。第一丝杠18借助通过齿轮箱16的连接而能由电机14驱动旋转。在旋转过程中，第一丝杠18被保持在恒定的轴向位置。
第二丝杠20包括内螺纹和外螺纹22。第二丝杠20的内螺纹与第一丝杠18的外螺纹24啮合。不同于第一丝杠18，第二丝杠20能沿第一丝杠18沿轴向自由平移并且能自由旋转。这样，当在本文中该元件被称为丝杠时，第二丝杠20也可以被认为是浮动螺母(floatingnut)。
螺母26包括内螺纹，该内螺纹与第二丝杠20的外螺纹22啮合，使得螺母26在第二丝杠20的旋转过程中轴向地沿着第二丝杠20平移。这是由于螺母26的潜在旋转运动受到约束。该约束由螺母26与伸缩驱动支架28的连接来实现，伸缩驱动支架28被可操作地联接到套管组件12。特别地，伸缩驱动支架28联接到套管组件12的一部分，套管组件12的一部分被配置为能伸缩和/或平移以调整转向柱的位置。
现在参照图2至图4，在运行时，第一丝杠18被电机14转动并被保持在固定的轴向位置。在第一丝杠18的旋转过程中，第二丝杠在第一端部止动部(end stop，终点止挡)和第二端部止动部之间轴向地沿着第一丝杠18平移。第一端部止动部被定位成限定第二丝杠20的第一轴向行程停止位(stop)，第二端部止动部被定位成限定第二丝杠20的第二轴向行程止动部。在第二丝杠20的这些轴向行程止动位置之间的运动允许上述被可操作地联接到套管组件12的螺母26被进一步延伸和缩回。
在第二丝杠20的旋转过程中，螺母26在第三端部止动部和第四端部止动部之间被轴向地沿着第二丝杠20平移，该第三端部止动部限定螺母26的第一轴向行程停止位，第四端部止动部限定螺母26的第二轴向行程停止位。
如所示，图2示出了转向柱组件的延伸轴向位置的示例。图3和图4示出了转向柱组件逐渐缩回到两个另外的轴向位置。
与那些单个丝杠和螺母的设计相比，伸缩式丝杠组件10提供了更大程度的轴向行程和收起能力。例如，实施例能够提供大于100mm、大于150mm、大于200mm、甚或大于250mm(例如260mm)的轴向行程。此种型式的伸缩式丝杠组件能够封装在几乎任何乘用车的仪表板后部与仪表板前部之间。
与传统的伸缩式机构相比，本文所公开的实施例显著地提高了收起能力，这种收起能力可在任何车辆上实现，同时避免了与其他收起的组件关联的缺点。
所公开的实施例可以以更有效地方式利用一环境中的可用空间。例如，在线控转向应用中，这种设计能够提高性能。尽管具有要求额外空间的、更大的手轮致动器的应用会限制用于收起和存放转向柱组件(及手轮致动器)的空间的有效使用，但本文公开的实施例能够克服这些限制。在收起转向柱组件的过程中，转向柱组件可以同时(或按顺序)伸缩多个不同的部分。
任何一个实施例的任何特征、元素、组件或优点能够被用于任何其它实施例。
虽然仅结合有限数量的实施例对各种实施例进行详细描述，但应理解的是，本发明不限于此类公开的型式；相反，本发明可以被修改以包含之前未描述的任何数量的变化、改变、替换或等同物，而这些都包含在本发明的精神和范围内。此外，虽然已经描述了本发明的各种实施例，但应理解的是本发明的各个方面可以仅包括所描述的实施例中的某一些。相应地，本发明不应视为被上述描述限制。

Claims (15)

1.一种转向柱组件，包括：
套管；
第一丝杠，其能由致动器驱动旋转；
第二丝杠，其以可螺旋方式联接到所述第一丝杠；以及
螺母，其以可螺旋方式联接到所述第二丝杠，并能操作地联接到所述套管以使所述套管沿轴向移动。
2.根据权利要求1所述的转向柱组件，其中，所述第二丝杠包括内螺纹和外螺纹，所述内螺纹以可螺旋方式联接到所述第一丝杠的外表面。
3.根据权利要求2所述的转向柱组件，其中，所述外螺纹以可螺旋方式联接到所述螺母的内表面。
4.根据权利要求1所述的转向柱组件，其中，所述致动器为电动机。
5.根据权利要求4所述的转向柱组件，其中，所述电动机包括输出轴，所述输出轴被能操作地联接到齿轮箱，所述齿轮箱被能操作地联接到所述第一丝杠并且被配置为用以旋转所述第一丝杠。
6.根据权利要求1所述的转向柱组件，还包括第一端部止动部和第二端部止动部，所述第一端部止动部被定位成限定用于所述第二丝杠的第一轴向行程停止位，所述第二端部止动部被定位成限定用于所述第二丝杠的第二轴向行程停止位。
7.根据权利要求6所述的转向柱组件，其中，所述第二丝杠包括第三端部止动部和第四端部止动部，所述第三端部止动部限定用于所述螺母的第一轴向行程停止位，所述第四端部止动部限定用于所述螺母的第二轴向行程停止位。
8.根据权利要求1所述的转向柱组件，其中，所述螺母通过伸缩驱动支架能够操作地联接到所述套管。
9.一种转向柱组件，包括：
套管；
多个圆柱形丝杠，彼此以可螺旋方式联接，所述多个丝杠能相对于彼此旋转并且能相对于彼此平移；以及
螺母，以可螺旋方式联接到所述多个丝杠中的一个，并且能操作地联接到所述套管以使所述套管沿轴向移动。
10.根据权利要求9所述的转向柱组件，其中，所述多个丝杠包括从动丝杠和一个或多个附加丝杠。
11.根据权利要求9所述的转向柱组件，其中，所述致动器为电动机。
12.根据权利要求11所述的转向柱组件，其中，所述电动机包括输出轴，所述输出轴被能操作地联接到齿轮箱，所述齿轮箱被能操作地联接到所述从动丝杠，并被配置为使所述从动丝杠旋转。
13.根据权利要求9所述的转向柱组件，还包括第一端部止动部和第二端部止动部，所述第一端部止动部被定位成限定用于所述一个或多个附加丝杠的第一轴向行程停止位，所述第二端部止动部被定位成限定用于所述一个或多个附加丝杠的第二轴向行程停止位。
14.根据权利要求9所述的转向柱组件，其中，所述螺母通过伸缩驱动支架而能操作地联接到所述套管。
15.一种转向柱组件，包括：
套管；
电动致动器；
第一丝杠，其能由所述电动致动器驱动旋转，所述第一丝杠具有外螺纹；
第二丝杠，具有内螺纹，所述内螺纹与所述第一丝杠的外螺纹啮合，所述第二丝杠能相对于所述第一丝杠旋转，且能相对于所述第一丝杠平移；以及
螺母，具有内螺纹，所述内螺纹与所述第二丝杠的外螺纹啮合，所述螺母被固定到伸缩驱动支架以防止所述螺母的旋转，其中，所述第二丝杠的旋转使所述螺母和所述伸缩驱动支架沿轴向平移，从而使与所述伸缩驱动支架能操作地联接的所述套管沿轴向平移。
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