CN112776874A - 线控转向柱的倾度枢转轴的替代位置的系统、方法和装置 - Google Patents

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Abstract

一种转向柱组件包括转向柱，所述转向柱用于线控转向应用。转向柱在第一端和第二端之间延伸，并且在第一端具有手轮位置，在第二端具有旋转输出部。转向柱组件还包括倾度支架组件，倾度支架组件与旋转输出部间隔并且朝向手轮位置。倾度支架组件限定枢转轴，转向柱能够相对于所述枢转轴倾斜。在倾度运动或倾斜期间，所述转向柱的第一端和第二端均随着所述转向柱绕所述枢转轴的调节而枢转。

Description

线控转向柱的倾度枢转轴的替代位置的系统、方法和装置
相关申请的交叉引用
本专利申请要求2019年11月6日提交的题为“线控转向柱的倾度枢转轴的替代位置的系统、方法和装置”的美国临时专利申请序列号第62/931,484号的权益和优先权，通过引用将其全部公开内容合并于此。
技术领域
本文描述的实施方式涉及车辆转向系统，并且更具体地，涉及具有倾度枢转轴的转向柱。
背景技术
传统的转向柱可以被手动地操作或经由致动器进行电子调节。根据用户要求，此类柱可以在各种方向上被调节，包括伸缩(即沿柱的轴)方向和/或倾度(即倾斜)方向。转向柱可以以几种方式伸缩。例如，一些转向柱经由伸缩套筒或伸缩轴伸缩。转向柱的其他示例可以经由固定轴和平移或可滑动的套筒组件进行轴向调节。
具有倾度调节能力的转向柱调节转向柱相对于枢转轴的倾度角度。例如，对于具有I轴(I-shaft，工字轴，中间轴)12和下万向节14的转向柱10，枢转轴16通常靠近I轴的下万向节14(传统枢转点或枢转轴参见图1)。如果枢转轴16距离I轴12的下万向节14太远，则驾驶员将体验到转向扭矩中的高扭矩变化。在大多数情况下，这是用户无法接受的。
传统的转向柱还可以增加转向柱组件在下层结构中运行所需的空间量。由于某些最终用途应用实际上减少了转向柱组件的可用空间，现有的转向柱解决方案正在成为一个问题。因此，转向柱可调节性的改进仍令人感兴趣。
发明内容
根据本公开的一个方面，提供了一种转向柱组件。所述转向柱组件包括转向柱，所述转向柱配置为用于线控转向应用。所述转向柱在第一端和第二端之间延伸，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。所述转向柱组件还包括倾度(rake)支架组件，所述倾度支架组件与所述旋转输出部间隔并且朝向所述手轮位置。所述倾度支架组件限定枢转轴，所述转向柱能够相对于所述枢转轴倾斜，其中，所述转向柱的第一端和第二端均随着所述转向柱绕所述枢转轴的调节而枢转。
根据本公开的另一个方面，提供了一种转向柱组件。所述转向柱组件包括转向柱，所述转向柱沿纵轴在第一端和第二端之间延伸，并且在所述第一端具有手轮位置，在所述第二端具有万向节。所述转向柱包括上套筒和下套筒，其中，所述上套筒和下套筒能够伸缩地连接并能够沿所述纵轴运动。所述转向柱组件还包括倾度支架组件，所述倾度支架组件与旋转输出部间隔并且朝向所述手轮位置。所述倾度支架组件限定枢转轴，所述转向柱能够相对于所述枢转轴倾斜，其中，所述转向柱的第一端和第二端均随着所述转向柱绕所述枢转轴的调节而枢转。
根据本公开的又一个方面，提供了一种转向柱组件。所述转向柱组件包括转向柱，所述转向柱配置为用于线控转向应用。所述转向柱在第一端和第二端之间延伸，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。所述转向柱组件还包括倾度支架组件，所述倾度支架组件与所述旋转输出部间隔并且朝向所述手轮位置。所述倾度支架组件限定枢转轴，所述转向柱能够相对于所述枢转轴倾斜，其中，所述转向柱的第一端和第二端均随着所述转向柱绕所述枢转轴的调节而枢转。所述倾度支架组件还包括倾度调节致动器，所述倾度调节致动器包括用于使所述转向柱绕所述枢转轴倾斜且保持所述转向柱的电机。
这些以及其他优点和特征将从以下结合附图的描述中变得更加明显。
附图说明
随附的权利要求中特别指出并且明确要求保护被视为本发明的主题。本发明的前述及其他特征和优点从以下结合附图的详细描述中显而易见，其中：
图1是描绘用于传统机械转向柱的倾度枢转轴的传统结构的示意图；
图2是描绘包括倾度支架组件的转向柱组件的实施方式的示意图；
图3是所述转向柱组件的等距视图；
图4是所述转向柱组件的替代的等距视图；
图5是所述转向柱组件的另一等距视图，其中，所述转向柱组件已经经由所述倾度支架组件的运动而倾斜；以及
图6是描绘所述倾度支架组件和相关枢转轴的替代位置的附加示意图。
具体实施方式
现在参考附图，其中本文示出并描述了各种实施方式，但不限制本文，图2-图6示出了用于转向柱的倾度枢转轴的替代位置的系统、方法和装置的实施方式，转向柱包括配置为用于线控转向应用的转向柱。
首先参考图2，示意性地示出了根据本发明的转向柱组件100。转向柱组件100包括沿纵轴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、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之间的中心处的倾度支架组件112。倾度支架组件112包括枢转轴114并且促进转向柱102绕枢转轴114的倾度运动，枢转轴114横向于纵轴X布置。因此，当转向柱102相对于枢转轴114倾斜时，第一端104的竖直运动可以等于或基本上等于(20％以内)第二端106的运动，但与第二端106的运动相反。然而，如通过进一步阅读将理解的，枢转轴114的位置可以基于倾度和封装要求而显著变化。
现在参考图3，提供了转向柱组件100的等距视图。转向柱102可以是倾度和轴向皆可调节的，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可以绕纵轴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1)，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1)，和/或可替代地可以是内套筒(未示出)。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-图5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可以在伸缩运动期间沿该凹槽行进。
一个套筒116、118相对于另一个套筒116、118的伸缩运动是沿着纵轴X的，并且可以通过纵向致动器122的操作来进行。纵向致动器122可以包括电机123和齿轮机构124(例如丝杠组件或蜗轮组件)，该电动机和齿轮机构在第一端与一个套筒116、118连接，在第二端与另一个套筒116、118连接。更具体地，齿轮机构124可以包括主轴螺母126，该主轴螺母通过下套筒116中的窗口121与上套筒118连接。滑动支架128与安装支架120连接，并且经由轨道和导轨或键槽连接(件)129与下套筒116可滑动地连接，纵向致动器122促使该下套筒的相对运动。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)。电机123可以旋转主轴螺母126，从而引起主轴129的伸长和回缩，或者可替代地，该电机可以直接旋转主轴129。主轴129可以包括限定孔的外主轴130(例如，外丝杠)和接纳于孔内的内主轴132(例如，内丝杠)，其中，当纵向致动器122可伸缩地压缩上套筒116和下套筒118时，内主轴132位于孔中。当纵向致动器122可伸缩地伸长上套筒116和下套筒118时，内主轴132至少部分地离开孔。孔和内主轴132均可以包括啮合齿，以促进伸缩运动。诸如下套筒116的转向柱102可以包括靠近第二端106的轴134。例如，轴134可以包括花键内孔136(图4)，该花键内孔136与旋转输出部110连接，并且允许沿纵轴X有一定量的游隙。旋转输出部110可以包括万向节、轭或与线控转向应用相关的部件。滑动支架128可包括可调导轨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，转向柱沿纵轴X的最大伸展可以针对各种实现方式和车辆封装要求进行调节。
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3和图4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4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轴X延伸，并且桥接部148可以相对于纵轴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轴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4，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。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。倾度调节致动器172可以位于凹部166中。
图5是转向柱组件100的等距视图，其中，转向柱经由倾度支架组件112倾斜。安装支架120附接至车辆的部件178，例如框架的部分。
图6是描绘倾度支架组件112和相关枢转轴114A-114J的替代位置的附加示意图。每个枢转轴114A-114J可以沿纵轴X连续地位于限定转向柱102的长度的20％的区域内(经由轴向运动达到最大展开或压缩)。应理解，倾度支架组件112和相应的枢转轴114A-114J的位置可以竖直地位于转向柱102的上方或下方，以实现竖直或水平倾斜。同样地，倾度支架组件112和相应的枢转轴114A-114J还可以沿转向柱102的一侧水平定位以实现竖直或水平倾斜。在一些情况下，可优选地包括基于封装因素定位的倾度支架组件112和相应的枢转轴114A-114J，例如，一个或多个车辆部件180A-180J可能需要沿纵轴X的一定距离定位。这样，通过将倾度支架组件112和相应枢转轴114A-114J相邻于车辆部件180A-180J的位置放置，转向柱102的行进将被限制在该位置。例如，枢转轴114C对封装车辆部件180C和/或180H、即沿纵轴X对齐的部件可能是有益的。类似地，枢转轴114C可以位于可接受的位置，以放置在任一侧具有20％长度段的部件(即180B、180G、180D，180I)。车辆部件180A-180J可以包括传动系统部件、转向部件、仪表板部件、发动机部件、分动器部件、气囊部件和其他机械和/或电气车辆部件。
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，以将转向柱100放置在收纳位置或中间位置。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。
应理解，线控转向柱的示例可以在没有传统I轴的情况下配备。在没有I轴的情况下，倾度枢转轴不需要靠近下万向节的区域。相反，倾度枢转轴可以位于远离下万向节的区域或与下万向节的区域间隔的位置。在一个型式中，倾度枢转轴可以大致位于远离下万向节的区域或与下万向节的区域间隔的位置。
这些实施方式可以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，这种设计可以提高性能。尽管具有需要附加空间的大型手轮致动器的应用会限制用于存放或存储转向柱组件(和手轮致动器)的空间的有效使用，本文公开的实施方式可以克服这些限制。
任何一个实施方式的任何特征、元素、部件或优点可以用于任何其他实施方式。
尽管仅结合有限数量的实施方式详细描述了本发明，但是应该容易理解，本发明不限于这些公开的实施方式。相反，本发明可以被修改为包括迄今为止未描述但与本发明的精神和范围相称的任何数量的变化、改变、替换或等效布置。另外，尽管已经描述了本发明的各种实施方式，但是应当理解，本发明的方面可以仅包括所描述的实施方式中的一些。因此，本发明不应被视为受到上述描述的限制。

Claims (20)

1.一种转向柱组件，包括：
转向柱，配置为用于线控转向应用，所述转向柱在第一端和第二端之间延伸，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；以及
倾度支架组件，与所述旋转输出部间隔并且朝向所述手轮位置，其中，所述倾度支架组件限定枢转轴，所述转向柱能够相对于所述枢转轴倾斜，其中，所述转向柱的所述第一端和所述第二端均随着所述转向柱绕所述枢转轴的调节而枢转。
2.根据权利要求1所述的转向柱组件，其中，所述转向柱沿所述第一端和所述第二端之间的长度延伸，并且所述倾度支架组件与所述旋转输出部间隔至少所述长度的20％。
3.根据权利要求2所述的转向柱组件，其中，所述倾度支架组件位于所述转向柱的中心部上，所述中心部包括所述长度的20％。
4.根据权利要求1所述的转向柱组件，其中，所述转向柱的所述第一端和所述第二端均随着所述转向柱绕所述枢转轴倾斜而枢转基本上相等的距离。
5.根据权利要求1所述的转向柱组件，其中，所述转向柱沿所述第一端和所述第二端之间的长度延伸，并且所述枢转轴与所述手轮位置间隔不小于所述长度的60％。
6.根据权利要求5所述的转向柱组件，其中，所述枢转轴与所述手轮位置间隔不小于所述长度的40％。
7.根据权利要求6所述的转向柱组件，其中，所述枢转轴与所述手轮位置间隔不小于所述长度的20％。
8.根据权利要求5所述的转向柱组件，还包括相邻地在所述倾度支架组件上方或下方的车辆部件。
9.根据权利要求8所述的转向柱组件，其中，所述车辆部件包括仪表电子设备、气囊部件或传动系统部件中的至少一个。
10.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下万向节。
11.根据权利要求1所述的转向柱组件，其中，所述转向柱组件不包括I轴。
12.一种转向柱组件，包括：
转向柱，沿纵轴在第一端和第二端之间延伸，并且在所述第一端具有手轮位置，在所述第二端具有万向节；
所述转向柱包括上套筒和下套筒，其中，所述上套筒和所述下套筒能够伸缩地连接并能够沿所述纵轴运动；以及
倾度支架组件，与所述旋转输出部间隔开并且朝向所述手轮位置，其中，所述倾度支架组件限定枢转轴，所述转向柱能够相对于所述枢转轴倾斜，其中，所述转向柱的所述第一端和所述第二端均随着所述转向柱绕所述枢转轴的调节而枢转。
13.根据权利要求12所述的转向柱组件，其中，所述倾度支架组件与所述上套筒和所述下套筒中的一个连接。
14.根据权利要求13所述的转向柱组件，其中，所述倾度支架组件与所述上套筒连接，并且所述上套筒比所述下套筒更靠近所述手轮位置。
15.根据权利要求12所述的转向柱组件，其中，所述转向柱配置为用于线控转向应用。
16.一种转向柱组件，包括：
转向柱，配置为用于线控转向应用，所述转向柱在第一端和第二端之间延伸，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；
倾度支架组件，与所述旋转输出部间隔并且朝向所述手轮位置，其中，所述倾度支架组件限定枢转轴，所述转向柱能够相对于所述枢转轴倾斜，其中，所述转向柱的所述第一端和所述第二端均随着所述转向柱绕所述枢转轴的调节而枢转；以及
倾度调节致动器，包括用于使所述转向柱绕所述枢转轴倾斜且保持所述转向柱的电机。
17.根据权利要求16所述的转向柱组件，其中，所述倾度支架组件包括：安装支架，用于静态连接至车辆的一部分；和倾度支架，枢转地连接至所述安装支架并且静态地连接至所述转向柱。
18.根据权利要求17所述的转向柱组件，其中，所述倾度调节致动器连接在所述安装支架和所述倾度支架之间。
19.根据权利要求18所述的转向柱组件，其中，所述转向柱沿所述第一端和所述第二端之间的长度延伸，并且所述枢转轴与所述手轮位置间隔不小于所述长度的60％。
20.根据权利要求16所述的转向柱组件，其中，所述旋转输出部包括下万向节。
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