CN112918547A

CN112918547A - 具有制动衬套的悬臂蜗轮组件

Info

Publication number: CN112918547A
Application number: CN202011431887.1A
Authority: CN
Inventors: G·E·阿尔特; J·A·比克尔; S·J·伊泽勒
Original assignee: Steering Solutions IP Holding Corp
Current assignee: Steering Solutions IP Holding Corp
Priority date: 2019-12-06
Filing date: 2020-12-07
Publication date: 2021-06-08
Anticipated expiration: 2040-12-07
Also published as: CN112918547B; US20210171091A1; DE102020132476A1; US11511791B2

Abstract

一种转向组件，其包括电动马达以及连结到电动马达并从电动马达延伸到一端的马达轴。马达轴可通过马达而围绕马达轴轴线旋转。所述转向组件还包括位于马达轴的该端处的摩擦垫，其中，摩擦垫的摩擦系数被设置为抵抗所述马达轴的旋转。

Description

具有制动衬套的悬臂蜗轮组件

相关申请

本申请请求享有于2019年12月6日提交的美国临时专利申请序列号No.62/944,700的优先权，其全部公开通过引用纳入在本文中。

背景技术

随着车辆工业中的技术进步，方向盘与轮胎之间的直接机械连杆机构被线控转向(SbW)组件所取代。SbW组件可包括手轮致动器(HWA)和车轮致动器(RWA)，它们通过电通信(例如，电线、传感器和中央处理单元)而彼此协作，以控制汽车的转向。更具体地说，手轮和/或轮胎的被感测到的运动以及手轮和/或轮胎之间被感测到的运动通过HWA与RWA之间的电通信来转换。进而，相应的HWA和RWA引发或限制相应的手轮和/或轮胎的转向运动。一些HWA和RWA可包括蜗杆/蜗轮减速组件，其引发或限制相应的手轮和/或轮胎的运动。在某些情况下，蜗杆/蜗轮减速组件可包括悬臂蜗杆。

低摩擦系数的衬套或轴承主要被设计用于现有技术的施加辅助扭矩的电子助力转向(EPS)系统。在EPS系统中，低摩擦衬套或轴承是有利的，因为其提高了EPS系统中的效率。然而，低摩擦衬套或轴承在通常使用阻力扭矩的SbW系统中是不利的。采用这种低摩擦衬套的SbW系统需要更大的马达来施加阻力扭矩并抵抗手轮和/或轮胎的旋转。目前，这些SbW系统在车辆中需要更大的功率和封装空间。本公开涉及一种在车辆中使用较少功率和封装空间的SbW系统。

发明内容

根据本公开的一个方面，转向组件包括电动马达。马达轴连结到电动马达并从电动马达延伸到一端。马达轴可通过马达来围绕马达轴轴线旋转。摩擦垫被定位在马达轴的该端处，并且摩擦垫的摩擦系数被设置为抵抗马达轴的旋转。

根据本公开的一个方面，转向组件包括壳体和电动马达，电动马达连结到壳体并被设置在壳体中。马达轴可通过马达而围绕马达轴轴线旋转。摩擦垫被定位在马达轴的上述端处，并且摩擦垫的摩擦系数被设置为抵抗马达轴的旋转。

从以下结合附图的描述，这些和其它优点和特征将变得更加明显。

附图说明

被视为发明的主题在本说明书结论处的权利要求中具体指出并且明确请求保护。本发明的前述及其它特征和优点从结合附图的以下详细描述中清楚，其中：

图1是线控转向(SbW)组件的一部分的透视图；

图2是SbW组件的蜗杆/蜗轮组件的前视图；

图3是曲线图，其示出基于施加到转向轴的输入扭矩和由马达输出的阻力扭矩、采用具有高摩擦系数的衬套的SbW组件的效率；和

图4是曲线图，其示出基于施加到转向轴的输入扭矩和由马达输出的阻力扭矩、采用具有低摩擦系数的衬套的SbW组件的效率。

具体实施方式

现参照附图，参照具体实施例描述本发明，但不限于此。应该理解的是，所公开的实施例仅仅是对本公开的说明，并且其可以以各种和替代形式实施。所公开的实施例的各种元件可以组合或省略，以形成本公开的其它实施例。附图不一定是按比例的；一些特征可能被夸大或最小化，以显示特定组件的细节。因此，本文所公开的具体结构和功能细节不应被解释为限制，而仅仅是作为用于教导本领域技术人员以各种方式使用本公开实施例的代表性基础。

本公开提供了一种在车辆中使用较少功率和封装空间的线控转向(SbW)。SbW系统，诸如本文所公开的这种SbW系统，提供抵抗例如HWA的马达轴的旋转的阻力扭矩。本公开的SbW组件通过采用具有高摩擦系数、或摩擦系数大至足以降低衬套或轴承处的SbW系统的效率的衬套或轴承，来提供优于现有SbW系统的优点。如本文所使用的，除非另外限定，SbW系统的效率是基于施加到手轮/手轮轴的输入扭矩和由马达施加到马达轴的输出(或阻力扭矩)扭矩来计算的。与采用低摩擦系数衬套或轴承的现有SbW系统的马达(例如，参见图4)相比，这种效率的降低减小了本公开的SbW系统的马达(例如，参见图3)所需的输出(即，功率消耗和扭矩)。随着马达扭矩和功率消耗的减小，SbW系统的一些组件经受更低的应力。此外，在本文所公开的SbW系统中采用的较小的马达有利于降低SbW系统的成本和封装。

现在参照图1，其示出了本公开的线控转向(SbW)组件或系统的一部分。具体地说，示出了SbW组件的转向柱组件，并且该转向柱组件总体上以附图标记10来表示。转向柱组件10包括转向轴12，该转向轴在一端处操作性地连结到转向输入装置，诸如方向盘。转向柱组件10还在一相对端处连结到一个或多个中间组件，诸如手轮致动器(HWA)组件20(参见图2)，该一个或多个中间组件被设置为与车轮致动器(RWA)进行电子通信以引发或限制轮胎(或车轮)的运动。在所示的实施例中，转向轴12至少部分地被上护套14所环绕，该上护套在下护套16内延伸。然而，本领域技术人员应该容易理解，转向轴12可以是本领域已知的或将被开发的任何其它转向轴。

现在参照图2，并继续参照图1，HWA组件20被设置为与来自车辆操作者的转向输入协作，以控制车辆的行驶。具体地说，由操作者进行的手轮的转向操纵或旋转通过转向柱组件10而被平移到HWA组件20，该HWA组件与RWA协作以控制车辆的行驶或转向。HWA组件20包括蜗杆/蜗轮22，蜗杆/蜗轮22至少部分地被设置在第一壳体24(图1)内。在所示的实施例中，下护套16的一部分是第一壳体24，因为它们是一体形成的部件。HWA组件20还包括蜗杆26，蜗杆26至少部分地被设置在第二壳体28内，第二壳体还容纳电动致动器，诸如电动马达30。尽管蜗杆26和蜗轮22如上所述并在附图中被示出为位于不同的壳体中，但是应该理解，也可以采用单个壳体来至少部分地容纳蜗杆26和蜗轮22两者。

控制器(在图中未示出)可与马达30协作以使马达30运转。更具体地说，控制器和马达30可彼此电连通，即经由电线等连接，其中，控制器被设置为向马达30提供与马达30的输出成比例的电流。

电动马达30包括马达轴，马达轴在电动马达30的操作期间旋转。马达轴与蜗杆26集成为单个整体组件(即，轴)，该整体组件作为电动马达30的可旋转输出构件而延伸。因此，蜗杆26和马达轴在本文中也可被统称为轴并以附图标记26来表示。然而，在某些替代实施例中，蜗杆26和马达轴可以彼此连结，即，非一体的。蜗杆26的螺纹被布置为与蜗轮22接合，使得蜗杆26的旋转引起蜗轮22的旋转。蜗轮22操作性地连结到转向轴12，以向转向轴12提供扭矩，进而向手轮提供扭矩以辅助或限制其旋转。

上述的轴从第一端34轴向地延伸到第二端36。轴26的马达轴部分位于更靠近第一端34(与第二端36相比)的位置。轴26的蜗杆部分位于更靠近轴26的第二端36的位置。第一轴承38位于轴26的马达轴部分附近，用以支撑轴26。换句话说，第一轴承38位于与第二端36相比更靠近轴的第一端34的位置。第二轴承40与第一轴承38轴向地间隔开，并且与第一轴承38位置和第一端34之间的距离相比，第二轴承40位于更远离轴的第一端34的位置。第二轴承40使轴26的蜗杆部分(即，轴26的具有螺纹的部分)悬空。

由于轴26的蜗杆部分悬空，所以轴26的第二端36被允许响应于转向轴12的旋转或其它可能作用在HWA组件20或轴26上的机械力而偏转。为了限制轴26的偏转，摩擦垫被定位在第二端36附近或第二端36处。摩擦垫的摩擦系数被设置为抵抗或阻止轴26的旋转。在某些实施例中，如图所示，摩擦垫可以是衬套50，该衬套环绕轴26的靠近第二端36的那一部分。摩擦垫还可以是轴承或高摩擦系数润滑剂。在衬套50与轴26之间可以存在间隙，以避免过度约束组件。然而，该间隙可被调节以避免在正常操作条件下限制衬套50与轴26之间的接触，但允许在极端操作条件下的接触(诸如在轴26偏转时)，以确保蜗杆轴26在显著偏转时不断裂。

如上所述，许多SbW系统中的衬套均采用具有低摩擦系数的衬套。在这些SbW系统中，参照图4，SbW系统的效率达到峰值状态。低摩擦系数的衬套起到限制马达轴的效率降低的作用。作为响应，马达所作的功随着被施加到手轮轴的输入扭矩的增大而成比例地增大。此外，由于所作的功增大，马达30的效率降低，这导致SbW系统需要从车辆的电气系统中吸取更大的功率，并且需要更大的马达。为了协助马达30限制转向轴12的旋转，并提高马达30的效率，可以降低SbW组件的效率。具体地说，摩擦垫可以是具有高摩擦系数的衬套50，其在轴26偏转并接触摩擦垫时向其提供额外阻力(即，施加额外阻力扭矩)。进而，摩擦垫降低了通过施加到手轮的输入扭矩和通过马达施加到马达轴的阻力扭矩来衡量的效率。摩擦垫还可包括高摩擦材料，诸如高mu油脂(high mu grease)、垫或任何其它液体或材料。

诸如衬套50的摩擦垫可被进一步设置为，作为制动器来减慢或抵抗旋转(或作为止动件)。在这类实施例中，当转向轴12偏转期望距离时，衬套50与转向轴12之间的摩擦系数可被设置为停止转向轴12的相对旋转，并且进而停止手轮的相对旋转。再次，这种设计减少了马达20的输出，甚至可以消除来自马达20的输出。此外，衬套50与轴26的蜗杆之间的距离可以被设置为，当轴26偏转一定距离时，提供衬套50与轴26之间的接触。更具体地说，衬套50在壳体28、24中的定位可以被改变，以便在衬套50与轴26的蜗杆之间实现期望的距离。

添加具有高摩擦系数的衬套50允许更大地减小马达30和HWA组件20的尺寸。当马达30的输出在高扭矩水平下减小时，实现了尺寸减小，这允许使用较小尺寸的马达30。马达30的尺寸减小还为马达30和车辆的制造提供了成本降低。此外，减小的尺寸意味着减小的车辆中的马达30和HWA组件20的封装空间。

尽管上面描述了通过衬套50来促进用于轴26的受控间隙，但是应该理解，替代实施例不包括衬套50，而是依赖于环绕壳体的结构以及壳体与轴26之间的摩擦来提供与衬套50相同的效果。

本文所述的实施例可以与HWA组件20的线性滑动能力相结合。沿附图标记60所指方向的线性滑动还可改变HWA 20的摩擦，如在2019年10月10日提交的美国专利申请序列号No.16/598,827中所述的那样，其全部公开通过引用纳入在本文中。

虽然仅结合有限数量的实施例对本发明进行了详细的描述，但应容易理解的是，本发明并不限于这些公开的实施例。相反，本发明可以被修改以包含此前未描述但与本发明的精神和范围相当的任何数量的变型、改变、替代或等同布置。此外，虽然已经描述了本发明的各个实施例，但是应该理解的是，本发明的多个方面可以仅包括所描述的实施例中的一些。因此，本发明不应被视为受前面描述的限制。

Claims

1.一种转向组件，包括：

电动马达；

马达轴，连结到所述电动马达并从所述电动马达延伸到一端，而且所述马达轴能通过所述电动马达而围绕马达轴轴线旋转；以及

摩擦垫，被定位在所述马达轴的所述端处，而且所述摩擦垫的摩擦系数被设置为抵抗所述马达轴的旋转。

2.根据权利要求1所述的转向组件，其中，所述摩擦垫是衬套。

3.根据权利要求2所述的转向组件，其中，所述衬套环绕所述马达轴的所述端。

4.根据权利要求1所述的转向组件，其中，所述摩擦垫环绕所述马达轴的所述端。

5.根据权利要求1所述的转向组件，其中，所述马达轴具有蜗杆部分。

6.根据权利要求5所述的转向组件，其中，所述蜗杆部分与所述马达轴是一体的。

7.根据权利要求1所述的转向组件，其中，所述电动马达和所述马达轴被设置在壳体中。

8.根据权利要求7所述的转向组件，其中，转向轴接合所述马达轴和所述壳体的一部分。

9.根据权利要求8所述的转向组件，其中，所述转向轴具有接合所述马达轴的蜗轮，由此使所述马达轴围绕所述马达轴轴线的旋转抵抗所述转向轴的旋转。

10.根据权利要求8所述的转向组件，其中，所述转向轴具有接合所述马达轴的蜗杆部分的蜗轮。

11.根据权利要求7所述的转向组件，其中，所述摩擦垫连结到所述壳体。

12.根据权利要求7所述的转向组件，其中，所述摩擦垫由所述壳体限定。

13.根据权利要求12所述的转向组件，其中，所述摩擦垫与所述壳体是一体的。

14.一种转向组件，包括：

壳体；

电动马达，连结到且被设置在所述壳体中；

马达轴，连结到所述电动马达且从所述电动马达延伸到一端，而且所述马达轴能通过所述马达而围绕马达轴轴线旋转；以及

15.根据权利要求14所述的转向组件，其中，所述摩擦垫是衬套。

16.根据权利要求15所述的转向组件，其中，所述衬套环绕所述马达轴的所述端。

17.根据权利要求14所述的转向组件，其中，所述摩擦垫环绕所述马达轴的所述端。

18.根据权利要求14所述的转向组件，其中，所述马达轴具有蜗杆部分。

19.根据权利要求18所述的转向组件，其中，所述蜗杆部分与所述马达轴是一体的。

20.根据权利要求7所述的转向组件，其中，转向轴接合所述马达轴和所述壳体的一部分，由此使所述马达轴围绕所述马达轴轴线的旋转抵抗所述转向轴的旋转。