CN112776873B - 用于转向柱的伸缩式套筒的系统、方法和装置 - Google Patents

Abstract

一种转向柱组件，其包括：转向柱，在第一端和第二端之间沿着纵向轴线延伸，并且在所述第一端具有手轮位置，在所述第二端具有旋转输出部。所述转向柱包括上套筒、下套筒和滑动支架，其中所述上套筒可伸缩地连接到所述下套筒，并且所述下套筒可滑动地连接到所述滑动支架。所述伸缩致动器在所述上套筒和所述下套筒之间延伸，并且促使所述上套筒与所述下套筒之间的相对伸缩运动以及在所述下套筒和悬臂支架之间的滑动运动。下套筒包括一个轴，通过花键内孔连接到旋转输出部来允许轴向游隙。下套筒的移动引起轴的平移运动。

Description

用于转向柱的伸缩式套筒的系统、方法和装置

相关申请的交叉引用

本专利申请主张美国临时专利申请序列号第62/931398号的权利和优先权，该专利申请于2019年11月6日提交，标题为“用于转向柱的伸缩式套筒的系统、方法和装置”，其全部公开内容在此通过引用并入其中。

技术领域

本文描述的实施例涉及车辆转向系统，并且更具体地涉及具有伸缩、滑动或平移运动中的两种或更多种运动的组合的转向柱。

背景技术

传统的转向柱可以通过致动器手动操作或电子调节。根据用户要求，此类转向柱可在不同方向进行调节，包括沿着转向柱的轴方向和/或倾度(即倾斜)方向。转向柱可以以几种方式轴向移动。例如，一些转向柱通过使套筒或轴伸缩而伸缩，或者可以包括在转向柱的另一组件的导轨和轨道系统上可滑动的一个套筒或轴。

动力轴向可调节转向柱通常具有一个致动器和两个可伸缩的套筒。一个套筒通常固定在齿条枢转点处，并且另一个套筒可与手轮一起平移。致动器可以调节两个套筒之间的距离，以提供手轮的伸缩功能。对于正常量的伸缩(例如，+/-30mm)该设计是足够的，其封装在典型的转向柱空间内。伸缩行程量的限制在于在仪表板的前部和仪表板的后部之间可用的轴向封装空间。

传统解决方案也有其他限制。伸缩式转向柱可以增加转向柱组件在下层结构中操作所需的空间量。由于一些最终用途应用实际上减少了可用于转向柱组装的空间，所以现有的伸缩解决方案正在成为问题。

在过去，伸缩式转向柱的功能是在手轮的位置提供灵活性，并且为不同尺寸的驾驶员提供更舒适的驾驶位置。现在有机会实现更大的伸缩行程，也可以称为收纳行程(即，不需要手轮时)。例如，可以将手轮重新定位到完全远离驾驶员的位置，以允许他或她进行除了操作车辆之外的事情，例如在车辆停驻时使用笔记本电脑工作。其他示例包括具有自动驾驶能力的车辆，使得当车辆处于自动驾驶模式时，手轮可以被收纳。为了更大的伸缩和收纳能力，传统的转向柱解决方案不会封装在任何普通乘用车的仪表板后部和前部之间。因此，对转向柱的紧凑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，提供了一种转向柱组件。转向柱组件包括转向柱，在第一端和第二端之间沿着纵向轴线延伸，并且在第一端具有手轮位置，在第二端具有旋转输出部。转向柱包括位于第一端的上套筒、可伸缩地连接到上套筒并朝向第二端延伸的下套筒、以及可滑动地连接到下支架并且朝向第二端进一步延伸的滑动支架。转向柱组件还包括至少一个纵向致动器，该至少一个纵向致动器使上套筒相对于下套筒可伸缩地移动，并且使下套筒相对于滑动支架可滑动地移动。

根据本公开的另一方面，提供了一种转向柱组件。转向柱组件包括转向柱，在第一端和第二端之间沿着纵向轴线延伸，并且在第一端具有手轮位置，在第二端具有旋转输出部。转向柱包括位于第一端的上套筒和可伸缩地连接到上套筒并且朝向第二端延伸的下套筒。下套筒包括延伸到旋转输出部的轴。转向柱组件还包括纵向致动器，该纵向致动器使上套筒相对于下套筒可伸缩地移动，进而引起轴相对于下套筒的平移运动。

根据本公开的又一方面，提供了一种转向柱组件。转向柱组件包括转向柱，在第一端和第二端之间沿着纵向轴线延伸，并且在第一端具有手轮位置，在第二端具有旋转输出部。转向柱包括位于第一端的上套筒、可伸缩地连接到上套筒并朝向第二端延伸的下套筒、以及可滑动地连接到下支架并且朝向第二端进一步延伸的滑动支架。下套筒包括延伸到旋转输出部的轴。转向柱组件还包括纵向致动器，该纵向致动器使上套筒相对于下套筒可伸缩地移动，并且使下套筒相对于滑动支架可滑动地移动，同时还引起轴相对于下套筒的平移移动。

通过以下结合附图的描述，这些和其他优点和特征将变得更加显而易见。

附图说明

随附的权利要求中特别指出并清楚地要求保护被认为是本发明的主题。通过以下结合附图的详细描述，本发明的前述和其他特征和优点将变得显而易见，在附图中：

图1是包括沿纵向轴线延伸的转向柱的转向柱组件的等距视图；

图2是转向柱组件的另一个等距视图，示出了用于使转向柱绕横向于纵向轴线的枢转轴线倾斜的倾度支架组件；

图3是转向柱组件的替代等距视图，示出了转向柱包括一对伸缩套筒和可滑动支架，每个伸缩套筒与可滑动支架连接，使得转向柱沿着纵向轴线伸展和收缩；

图4是处于完全展开状态的转向柱的侧视图，描绘了一对伸缩套筒之间的伸缩连接、支架的可滑动连接、以及转向柱的轴部件的平移连接；

图5是处于完全收缩状态(收纳位置)的转向柱的侧视图，还描绘了一对伸缩套筒之间的伸缩连接、支架的可滑动连接、以及转向柱的轴部件的平移连接；

图6是转向柱组件的又一个等距视图，其中转向柱处于完全展开状态并且已经通过倾度支架组件绕枢转轴线倾斜；

图7是转向柱组件的另一个等距视图，其中转向柱组件已经沿着纵向轴线部分地收缩；以及

图8是转向柱组件的等距视图，其中转向柱组件已沿纵向轴线完全收缩。

具体实施方式

现在参考附图，在这里示出和描述了各种实施例，但不限于此，图1-8示出了允许倾度和轴向运动的转向柱组件的系统、方法和装置的实施例。轴向运动包括伸缩、滑动或平移运动中的两种或更多种运动的组合。

首先参考图1，等距地示出了根据本发明的转向柱组件100。转向柱组件100包括沿纵向轴线X在第一端104和第二端106之间延伸的转向柱102。诸如方向盘的旋转输入部108位于第一端104(手轮位置)，旋转输出部110位于第二端106。旋转输出部110可以包括小齿轮轴组件、I轴(工字轴，中心轴)、万向节、线控转向部件或照惯例位于方向盘108的相对端的任何其他特征。转向柱组件100包括位于第一端104和第二端106之间的倾度支架组件112。倾度支架组件112包括枢转轴线114并且促进转向柱102绕枢转轴线114的倾度运动，枢转轴线114横向于纵向轴线X布置。因此，当转向柱102相对于枢转轴线114倾斜时，第一端104的竖直运动可以等于或基本上等于(80％以内)第二端106的运动，但与第二端106的运动相反。然而，应理解，枢转轴线114的位置可以基于倾度和封装要求而显著变化。

现在继续参考图1，转向柱102可以是倾度和轴向皆可调节，并且包括下套筒116和上套筒118。倾度支架组件112包括安装支架120，该安装支架可操作地与转向柱102联接。下套筒116和上套筒118可以绕纵向轴线X布置。上套筒118可以是限定内孔(未示出)的外套筒，和/或可替代地可以是内套筒(图1)。上套筒118还可以包括轨道119(图3)，该轨道接纳下套筒116的至少一部分。下套筒116同样可以是外套筒并且限定内孔(图3)，和/或可替代地可以是内套筒(图3)。下套筒116还可以包括与上套筒118的轨道119配合的滑动件(未示出)，以促使轴向行进并减小摆动(lash，冲击，空隙)。如图3中的示例性实施例所示，上套筒118是内套筒，下套筒116是在上套筒118的孔内被接纳的外套筒。上套筒118中的轨道119限定了凹槽，可包括滚珠轴承的滑动件121可以在伸缩运动期间沿该凹槽行进。转向柱102还包括滑动支架128，滑动支架可滑动地连接到下套筒116或上套筒并且允许额外的轴向展开和收缩。在图3的描述中更详细地描述滑动支架128与套筒116、118中的一者或两者之间的轴向可滑动地连接的进一步细节。

现在参考图1-3，一个套筒116、118相对于另一个套筒116、118的伸缩运动沿着纵向轴线X并且可以通过纵向致动器122的操作进行运动。更具体地，纵向致动器122可包括电机123和齿轮机构124(例如丝杠组件或蜗轮组件)，齿轮机构124在第一端连接到一个套筒116、118并在第二端连接到滑动支架128。齿轮机构124还可以包括通过下套筒118中的窗口125连接到上套筒118的主轴螺母126。纵向致动器122还包括在主轴螺母126和滑动支架128之间延伸的主轴129(例如，丝杠)。主轴129可以包括与主轴螺母126相互啮合的外斜齿。这样，电机123可以使主轴螺母126旋转，使得主轴129根据旋转方向沿着纵向轴线X移动。可替代地，电机123可以直接使主轴129旋转，主轴129与静态的主轴螺母126相互啮合。主轴129可以包括外主轴130(例如外丝杠)，其限定孔和接纳在孔内的内主轴132(例如内丝杠)，其中当纵向致动器122可伸缩地使上套筒116和下套筒118收缩(压缩)时，内主轴132位于孔内。当纵向致动器122可伸缩地使上套筒116和下套筒118展开时，内主轴132至少部分地退出孔。外主轴130和内主轴132的孔都可以包括啮合的齿以促进轴向运动。或者，外主轴130和内主轴132可以通过位于它们之间的浮动螺母131来连接，浮动螺母131静态地连接到外主轴130并且具有内齿、或者静态地连接到内主轴132并且具有外齿、或者兼具外齿和内齿。在一些型式中，可包括两个止挡件(未示出)以限制浮动螺母131相对于内主轴132和外主轴130的平移量。

转向柱102可包括在第二端106附近且轴向地连接到下套筒116的轴134。例如，轴134可包括花键内孔136(图2和图3)，其连接到旋转输出部110并且允许沿纵向轴线X的一定量的游隙。旋转输出部110可以包括万向节或轭。然而，在某些布置中，旋转输出部110包括其他部件，其他部件包括通常在线控转向应用中发现的那些部件。滑动支架128可以包括轨道140和夹持件142，夹持件允许相对于下套筒116和/或纵向致动器122修改滑动支架128的连接位置。因此，可以针对各种实施方式和车辆封装要求来调节转向柱沿着纵向轴线X的最大展开。转向柱102经由安装支架120可操作地与车辆结构连接，安装支架120可以与居间部件连接或者直接连接到车辆结构。在转向柱102包括下套筒116和上套筒118的实施方式中，安装支架120可以可操作地与套筒116、118中的最外套筒116、118连接。此外，如图1-图8所示，安装支架120可以连接至滑动支架128，滑动支架128进而连接至下套筒116。

如在图2中最佳示出的，安装支架120包括经由桥接部148连接的一对板部146。一对板部146可以是平坦的并且沿纵向轴线X延伸，并且桥接部148可以相对于纵向轴线X向上且横向地延伸，以在相同或基本相同的平面上的一对板部146之间定位附加部件。每个板部146包括朝向第一端104的斜尾(angled tail，成角度的尾部)150，以促使与车辆的连接并且容纳转向柱102和相邻部件的倾度运动。桥接部148至少部分地位于斜尾150上，并且延伸至一对凸缘部152，这对凸缘部沿板部146的内边缘向上且横向于纵向轴线X延伸。凸缘部152包括第一组枢转孔154，第一组枢转孔接近凸缘部的靠近第二端106的区域。相应的凹槽156由板部152限定以容纳枢转销158的插入。

继续参考图2，倾度支架组件112还包括倾度支架160，该倾度支架160连接在安装支架120和转向柱102之间，并且可枢转地与转向柱102和安装支架120中的至少一个连接，以促使转向柱102的倾度运动。倾度支架160可以包括一对倾度凸缘部162，其形状和取向与安装支架120的凸缘部152相对应。更具体地，倾度凸缘部162限定了其间的空间，并且还包括用于接纳枢转销158的相应的枢转孔164。相比于安装支架120的凸缘部152，倾度凸缘部162可以朝第二端106进一步延伸。倾度凸缘部162中至少一个的区域可以包括用于容纳各种附加部件的凹部166，这些部件将在下面进一步详细描述。倾度支架160还可以连接至滑动支架128或与滑动支架128集成，滑动支架128进而连接至转向柱102，例如最外层套筒116、118。电子外壳170可以与倾度支架160的一部分连接，例如倾度凸缘部162，该倾度支架的一部分比安装支架120的相应部分朝第二端106进一步延伸。下面将提供电子外壳170的细节。倾度调节致动器172可以被可操作地连接至转向柱102并且被放置在凹部166中。例如，倾度调节致动器172可以包括与纵向致动器122类似的电机174和电机驱动齿轮机构176，或者可以可替代地是活塞式机构。

图3是转向柱组件100的另一个等距视图，示出了套筒116、118与滑动支架128之间的轴向连接。更具体地，下套筒116在孔178内接纳上套筒118，并且允许它们之间的相应伸缩运动，并且下套筒116可滑动地连接到滑动支架128，从而允许它们之间的滑动运动。纵向致动器122可以连接在上套筒118和滑动支架128(例如，夹持件142)之间，使得下套筒118有效地在上套筒118和滑动支架128之间浮动。下套筒118和滑动支架128之间的可滑动连接包括相互啮合的纵向键槽179(图1)。

图4示出了处于完全展开状态的转向柱102，其中第一端104和第二端106之间的长度具有最大长度Lmax。图5示出了处于完全收缩状态的转向柱102，其中第一端104和第二端106之间的长度具有最小长度Lmin。应当理解，轴134轴向地连接到下套筒116，使得其在展开和收缩期间与下套筒116一起轴向地行进。轴134和下套筒116的这种联合轴向运动可以被定义为平移运动。这样，轴134的平移运动提供更大范围的轴向运动和设置。电子端口盒180将电气外壳170连接到纵向致动器122和倾度调节致动器172中的一者或两者。电气外壳170包括控制器182(图2)，用于为下面将更详细地描述的各种方法和功能提供指示。

图6是转向柱组件100的等距视图，其中转向柱102处于完全展开状态并且已经通过倾度支架组件112绕枢转轴线114倾斜。安装支架120附接到车辆的部件184，例如框架的一部分。图7是转向柱组件100的另一个等距视图，其中它已经沿纵向轴线X部分地收缩。应当理解，初始运动或第一阶段当由电机123驱动时相对于主轴螺母126移动外主轴130。纵向致动器122可被构造成这样的初始运动，其中仅外主轴130与主轴螺母126之间的相对运动导致仅伸缩运动。换句话说，在初始移动期间，下套筒116可以不相对于滑动支架128移动。图8是转向柱组件100的等距视图，其中其已经沿纵向轴线X完全收缩(被收纳)。当被收纳时，车辆可以处于自动驾驶设置。在初始移动之后，发生第二阶段的致动，其中内主轴132开始被拉入到外主轴130中并且仅实现下套筒116和滑动支架128之间的移动。换句话说，纵向致动的第二阶段包括滑动和平移运动。这样，外主轴130和内主轴132之间的旋转和/或轴向连接可能需要比外部主轴130和主轴螺母126更大的力来提供两阶段展开和收缩。然而，应当理解，其他布置可提供相反顺序下的相对的阶段或同时允许伸缩、可滑动和平移移动的单个阶段。

倾度调节致动器172和/或纵向致动器122的致动可以通过一个或多个释放杠杆(未示出)手动进行，或者可以经由一个或多个控制器182以电子方式进行。例如，控制器182可以位于电子外壳170中，并且作为选择自动驾驶的结果，该控制器可以启动纵向运动或倾斜运动。另外，主题公开的控制器182和其他部件可以与如下专利所描述的一个或多个附加电子部件、机械部件或方法步骤结合工作，例如美国专利第9,550,514号、标题为“带有安全气囊的可收缩转向柱系统、具有其的车辆和方法”；美国专利第9,828,016号、标题为“可收缩转向柱系统、具有其的车辆和方法”；美国专利第9,809,155号、标题为“具有杠杆的可伸缩转向柱组件，具有可伸缩转向柱组件的车辆及方法”；美国专利第9,840,271号、标题为“具有倾度限制器的可伸缩转向柱”；以及美国专利第10,577,009B2号、标题为“可伸缩转向柱组件及方法”，其特征和方面均包含在本文中。

应当理解，转向柱组件100的一些布置可包括两个或更多个致动器和/或三个或更多个套筒。对于给定封装空间，与一个致动器和两个套筒相比，这些设计可以增加收纳能力的量。一些最终用途应用需要进一步节省空间，并且进一步降低成本。例如，在具有两个致动器的布置中，一个致动器可以仅提供伸缩运动，而另一个致动器(未示出)可以仅提供滑动运动。致动器可以按照控制器182的指示，按照先前详细说明同时地或分阶段地工作。

与传统的伸缩机构相比，转向柱组件100可以显著地增加对于任何车辆可以实现的收纳能力的量。与单套筒设计相比，转向柱组件100可提供更大量的轴向行进和收纳能力。例如，实施例可提供大于100mm、大于150mm、大于200mm或甚至大于250mm(例如260mm)的轴向行进。转向柱组件100的这样的型式可在仪表板的后部和用于几乎任何乘客车辆的仪表板的前部之间进行封装。

转向柱组件100可以更有效的方式利用环境中的可用空间。例如，在线控转向应用中，这种设计可以改善性能。尽管具有需要额外空间的大手轮致动器的应用会限制用于转向柱组件100(和手轮致动器)的收纳或存储的空间的有效使用，但是本文公开的实施例可以克服这些限制。转向柱组件100可以在转向柱组件的收纳期间，同时或按顺序使不同的部分伸缩。

另外的实施例可以替代地包括单个致动器和三个或更多个带或不带滑动支架118的伸缩地附接的套筒，以在最终使用环境中提供收纳能力。例如，第一套筒可用销固定(pin)在齿条枢转点处。在一些型式中，第二套筒可相对于用销固定的第一套筒移动。实施例可以包括能够相对于第二套筒进一步移动的第三套筒。单个致动器可以调节第三套筒相对于第一套筒的位置，使得第二套筒能够在第一套筒和第三套筒之间浮动。单个致动器可通过设置在第二套筒中的孔或“窗口”联接到第三套筒。

任何一个实施例的任何特征、元件、组件或优点可用于任何其他实施例。

虽然仅结合有限数量的实施例详细描述了本发明，但是应当容易理解的是，本发明不限于这些公开的实施例。相反，本发明可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量的变型、变更、替换或等效布置。另外，虽然已经描述了本发明的各种实施例，但是应当理解，本发明的各个方面可以仅包括所描述的实施例中的一些实施例。因此，本发明不应被视为受上述描述的限制。

Claims (16)

1.一种转向柱组件，包括：

转向柱，在第一端和第二端之间沿着纵向轴线延伸，并且在所述第一端具有手轮位置，在所述第二端具有旋转输出部；

所述转向柱包括：位于所述第一端的上套筒、能伸缩地连接到所述上套筒并朝向所述第二端延伸的下套筒、以及能滑动地连接到所述下套筒 并且朝向所述第二端进一步延伸的滑动支架；以及

至少一个纵向致动器，其使所述上套筒相对于所述下套筒能伸缩地移动，并且使所述下套筒相对于所述滑动支架能滑动地移动，

其中，所述滑动支架包括轨道和夹持件，所述夹持件允许相对于所述下套筒和/或所述纵向致动器修改所述滑动支架的连接位置，

其中，所述下套筒还包括延伸到所述旋转输出部的轴，所述下套筒的轴向运动被传递到所述轴，所述轴通过花键内孔连接到所述旋转输出部，所述花键内孔允许所述轴与所述旋转输出部之间的轴向游隙。

2.根据权利要求1所述的转向柱组件，其中，所述旋转输出部包括万向节或轭中的至少一个。

3.根据权利要求1所述的转向柱组件，其中，所述至少一个纵向致动器只包括一个纵向致动器。

4.根据权利要求1所述的转向柱组件，其中，所述下套筒是外套筒，其限定能伸缩地接纳所述上套筒的孔。

5.根据权利要求4所述的转向柱组件，其中，至少一个所述纵向致动器通过所述下套筒中的窗口连接到所述上套筒。

6.根据权利要求4所述的转向柱组件，其中，所述上套筒包括轨道，该轨道限定了滚珠轴承沿其安放的凹槽，以促进所述下套筒的伸缩运动并减小摆动。

7.根据权利要求1所述的转向柱组件，其中，所述至少一个纵向致动器被配置成包括：第一阶段，其中所述上套筒相对于所述下套筒能伸缩地移动；以及在所述第一阶段之后发生的第二阶段，其中所述下套筒相对于所述滑动支架滑动。

8.根据权利要求7所述的转向柱组件，其中，所述纵向致动器包括外主轴和内主轴，其中所述外主轴包括用于螺纹接纳所述内主轴的孔。

9.根据权利要求8所述的转向柱组件，其中，主轴螺母螺纹接合到所述外主轴的外部，并且由电机引起旋转，从而使所述外主轴轴向地移动。

10.根据权利要求1所述的转向柱组件，还包括倾度支架组件，所述倾度支架组件促进所述转向柱绕横向于所述纵向轴线的枢转轴线的倾度运动。

11.一种转向柱组件，包括：

转向柱，在第一端和第二端之间沿着纵向轴线延伸，并且在所述第一端具有手轮位置，在所述第二端具有旋转输出部；

所述转向柱包括：上套筒，位于所述第一端；和下套筒，能伸缩地连接到所述上套筒并且朝向所述第二端延伸；

所述下套筒包括延伸到所述旋转输出部的轴，所述下套筒的轴向运动被传递到所述轴，所述轴通过花键内孔连接到所述旋转输出部，所述花键内孔允许所述轴与所述旋转输出部之间的轴向游隙；以及

纵向致动器，其使所述上套筒相对于所述下套筒能伸缩地移动，进而引起所述轴相对于所述下套筒的平移运动，

滑动支架，所述滑动支架能滑动地连接到所述下套筒并且朝向所述第二端进一步延伸，所述纵向致动器进而引起所述下套筒与所述滑动支架之间的滑动移动，

其中，所述滑动支架包括轨道和夹持件，所述夹持件允许相对于所述下套筒和/或所述纵向致动器修改所述滑动支架的连接位置。

12.根据权利要求11所述的转向柱组件，其中，所述轴包括花键内孔，并且所述旋转输出部至少部分地接纳在所述花键内孔中，用以允许沿所述纵向轴线的游隙。

13.根据权利要求12所述的转向柱组件，其中，所述旋转输出部包括万向节或轭中的一个。

14.一种转向柱组件，包括：

转向柱，在第一端和第二端之间沿着纵向轴线延伸，并且在所述第一端具有手轮位置，在所述第二端具有旋转输出部；

所述转向柱包括：位于所述第一端的上套筒、能伸缩地连接到所述上套筒并朝向所述第二端延伸的下套筒、以及能滑动地连接到所述下套筒 并且朝向所述第二端进一步延伸的滑动支架；

所述下套筒包括延伸到所述旋转输出部的轴，所述下套筒的轴向运动被传递到所述轴，所述轴通过花键内孔连接到所述旋转输出部，所述花键内孔允许所述轴与所述旋转输出部之间的轴向游隙；以及

纵向致动器，其使所述上套筒相对于所述下套筒能伸缩地移动，并且使所述下套筒相对于所述滑动支架能滑动地移动，同时还引起所述轴相对于所述下套筒的平移运动，

其中，所述滑动支架包括轨道和夹持件，所述夹持件允许相对于所述下套筒和/或所述纵向致动器修改所述滑动支架的连接位置。

15.根据权利要求14所述的转向柱组件，其中，所述旋转输出部包括轭和万向节中的至少一个。

16.根据权利要求15所述的转向柱组件，还包括倾度支架组件，所述倾度支架组件促进所述转向柱绕横向于所述纵向轴线的枢转轴线的倾度运动。

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