CN114104086A - 线控转向的转向装置 - Google Patents

Abstract

线控转向的转向装置。根据实施方式，能够甚至用低功率电机来给驾驶员提供舒适的转向感觉，从而降低成本。

Description

线控转向的转向装置

技术领域

实施方式涉及一种线控转向的转向装置，并且更具体地，涉及一种可以甚至用低功率电机来给驾驶员提供舒适的转向感觉从而降低成本的线控转向的转向装置。

背景技术

线控转向的转向装置是一种电动转向装置，其使用电力来使车辆转向，而在方向盘与前轮转向装置之间没有任何机械连接(诸如转向柱或万向节)。

换句话说，驾驶员对方向盘的操纵被转换成电信号，并且电子控制装置接收电信号，而且相应地确定电机的输出。由于缺少机械连接，当发生汽车碰撞时，线控转向系统减少由机械零件对驾驶员的伤害。此外，通过节省零件(例如，液压零件和机械连接)，线控转向系统可以导致车辆轻并且显著减少组装线工时，从而节省转向期间不必要的能源消耗并且因此提高燃料效率。此外，能够通过ECU编程来实现理想的转向性能。

由于在转向轴与车轮之间缺少机械连接，常规线控转向的转向装置无法将来自车轮对路面摩擦或被卡住的重量感觉传达给驾驶员，因此通过对转向轴任意地施加反作用力来增加用户的转向感觉。

常规转向装置通过将来自电机的扭矩直接施加到转向轴来向驾驶员提供转向反作用力，因此尽管使用诸如皮带或皮带轮的减速器，但是需要具有一定水平的输出功率或更多功率的电机。因此，常规转向装置不适于应用到小型电动车辆或其它经济实惠的汽车。

发明内容

实施方式已在前面的背景技术中被构思并且涉及一种线控转向的转向装置，并且更具体地，涉及一种可以甚至用低功率电机来给驾驶员提供舒适的转向感觉从而降低成本的线控转向的转向装置。

根据实施方式，可以提供一种线控转向的转向装置，包括：转向轴，该转向轴与方向盘连接并且具有导螺杆；螺母，该螺母联接到导螺杆；一对第一支撑构件，一对第一支撑构件单独地设置在螺母的相对两侧以可轴向地滑动；一对第二支撑构件，一对第二支撑构件与一对第一支撑构件的相对侧轴向地间隔开，其中一对第一支撑构件设置在一对第二支撑构件之间并且被设置为可轴向地滑动；弹性构件，该弹性构件设置在第一支撑构件与第二支撑构件的相邻支撑构件之间；止动器，该止动器设置在一对第一支撑构件之间并轴向地固定；以及驱动器，该驱动器与第二支撑构件联接并且通过电子控制单元的控制来使第二支撑构件轴向地滑动。

根据实施方式，能够甚至用低功率电机来给驾驶员提供舒适的转向感觉，从而降低成本。

附图说明

根据结合附图进行的以下详细描述，将更清楚地理解本公开的上述及其它目的、特征和优点，在附图中：

图1和图2是例示了根据实施方式的线控转向的转向装置的视图；

图3是例示了常规转向装置中的转向反作用力与递减率弹簧(degressive ratespring)的弹力之间的比较的曲线图；

图4、图5和图6是例示了根据按照实施方式的线控转向的转向装置的操作示例的转向反作用力和操作状态的曲线图的视图；以及

图7和图8是例示了根据按照实施方式的线控转向的转向装置的操作示例的转向反作用力和操作状态的曲线图的视图。

具体实施方式

在本公开的示例或实施方式的以下描述中，将参照附图，其中通过例示的方式示出了能够实现的特定示例或实施方式，并且其中即使当在彼此不同的附图中示出相同的附图标记和符号时，它们也能够用于指定相同或相似的组件。此外，在本公开的示例或实施方式的以下描述中，当确定了描述可能使本公开的一些实施方式中的主题变得相当不清楚时，将省略并入本文的公知功能和组件的详细描述。本文使用的诸如“包括”、“具有”、“包含”、“构成”、“由…组成”和“由…形成”的术语通常旨在允许添加其它组件，除非这些术语与术语“仅”一起使用。如本文所用，除非上下文另外清楚地指示，否则单数形式旨在包括复数形式。

诸如“第一”、“第二”、“A”、“B”、“(A)”或“(B)”的术语可以在本文中用于描述本公开的元件。这些术语中的每一个不用于定义元件的本质、次序、顺序或数量等，而是仅仅用于区分对应的元件和其它元件。

当提及了第一元件“连接或联接到”、“接触或重叠”等第二元件时，应该解释的是，第一元件不仅能够“直接连接或联接到”或“直接接触或重叠”第二元件，而且第三元件也能够被“插置”在第一元件与第二元件之间，或者第一元件和第二元件能够经由第四元件彼此“连接”或“联接到”彼此、彼此“接触或重叠”等。这里，第二元件可以被包括在彼此“连接”或“联接到”彼此、彼此“接触或重叠”等的两个或更多个元件中的至少一个中。

当诸如“在…之后”、“继…之后”、“接下来”、“在…之前”等的时间相对术语用于描述元件或配置的过程或操作、或操作、处理、制造方法中的流程或步骤时，除非一起使用术语“直接”或“立即”，否则这些术语可以用于描述非连续或非顺序的过程或操作。

另外，当提及任何尺寸、相对大小等时，应该考虑的是，即使当未指定相关描述时，用于元件或特征的数值或对应的信息(例如，水平、范围等)也包括可能由各种因素(例如，过程因素、内部或外部影响、噪声等)引起的容差或误差范围。此外，术语“可以”充分地包含术语“能够”的所有含义。

图1和图2是例示了根据实施方式的线控转向的转向装置的视图。图3是例示了常规转向装置中的转向反作用力与递减率弹簧的弹力之间的比较的曲线图。图4、图5和图6是例示了根据按照实施方式的线控转向的转向装置的操作示例的转向反作用力与操作状态的曲线图的视图。图7和图8是例示了根据按照实施方式的线控转向的转向装置的操作示例的转向反作用力和操作状态的曲线图的视图。

根据实施方式，线控转向的转向装置100包括：转向轴102，该转向轴与方向盘101连接并且具有导螺杆103；螺母110，该螺母联接到导螺杆103；一对第一支撑构件130，这对第一支撑构件单独地设置在螺母110的相对侧以可轴向地滑动；一对第二支撑构件150，这对第二支撑构件与一对第一支撑构件130的相对侧轴向地间隔开，其中一对第一支撑构件130设置在一对第二支撑构件之间并且被设置为可轴向地滑动；弹性构件140，该弹性构件设置在第一支撑构件130和第二支撑构件150的相邻支撑构件之间；止动器120，该止动器设置在一对第一支撑构件130之间并轴向地固定；以及驱动器160，该驱动器与第二支撑构件150联接并且通过电子控制单元170的控制来使第二支撑构件150轴向地滑动。

螺母110、第一支撑构件130和第二支撑构件150通过驾驶员对方向盘101的操纵或通过由电子控制单元170控制驱动器160来轴向地滑动，并且尽管在附图中未例示，但是可以通过衬套、键槽、销-销孔或锯齿联接到外壳以被周向地固定，同时可平滑轴向地滑动。

参照图1，导螺杆103被设置在转向轴102上并与螺母110联接。如上所述，螺母110被周向地固定到外壳但是可轴向地滑动。因此，当通过驾驶员对方向盘101的操纵来使转向轴102旋转时，螺母110与导螺杆103啮合并轴向地滑动。

图1例示了方向盘101不旋转的中立状态。螺母110处于没有滑动的中立位置中。

一对第一支撑构件130被单独地设置在螺母110的两个相对侧并且在螺母110滑动时被支撑在螺母110上的同时轴向地滑动。

一对第二支撑构件150被轴向地设置在第一支撑构件130的外面。换句话说，第一支撑构件130和螺母110被设置在第二支撑构件150之间。

第二支撑构件150由驱动器160轴向地滑动，并且，除非驱动器160被驱动，否则第二支撑构件150被轴向地固定。

第一支撑构件130和第二支撑构件150各自可以被基本上成形为盘簧(disk)。第一支撑构件130和第二支撑构件150具有形成在其中心部分中的孔以被转向轴102穿透。

弹性构件140被设置在第一支撑构件130与第二支撑构件150之间，并且随着螺母110滑动，弹性构件140被压缩在第一支撑构件130与第二支撑构件150之间。弹性构件140的弹力被施加到螺母110，从而向驾驶员提供反作用力并且因此允许更好或更舒适地操纵方向盘。

在这种情况下，随着电子控制单元170控制驱动器160使第二支撑构件150轴向地滑动，弹性构件140的压缩量被调节，使得可以调节传递到驾驶员的反作用力。电子控制单元170连接到车辆速度传感器(未示出)和角度传感器(未示出)以基于车辆速度和方向盘旋转角度来控制驱动器160。在下面对此进行详细的描述。

轴向地固定的止动器120被设置在第一支撑构件130之间。因此，当螺母110滑动到轴向第一侧或轴向第二侧(例如，与第一侧相对的侧)时，设置在螺母110的轴向第一侧或第二侧的第一支撑构件130在被支撑在螺母110上的同时与螺母110一起滑动。然而，设置在螺母110的轴向第二侧或第一侧的第一支撑构件130被支撑在止动器120上并且与螺母110间隔开。

换句话说，当螺母110滑动时，第一支撑构件130中的一个通过止动器120与螺母110间隔开，并且弹性构件140中的仅一个对螺母110施加弹力。

因此，当电子控制单元170控制驱动器160使第二支撑构件150滑动以便调节弹性构件140的弹力时，仅考虑一个弹性构件140的弹力可能就足够了，可以考虑两个弹性构件140中的向螺母110提供弹力的弹性构件140，而无需考虑另一个弹性构件140的弹力。因此，获得了便利。

止动器120优选地具有与螺母110相同的长度。

假定止动器120具有比螺母110小的轴向长度，例如，当螺母110滑动到轴向第一侧时，设置在螺母110的轴向第二侧的第一支撑构件130可以在被支撑在螺母110上的同时施加弹力，直到第一支撑构件130由止动器120支撑并且与螺母110间隔开前，在这种情况下可能难以向驾驶员提供适当的转向感觉。

如果止动器120具有比螺母110大的轴向长度，则螺母110未被固定在由止动器120支撑的两个第一支撑构件130之间，使得方向盘101可以在预定范围内自由地转动。例如，当螺母110滑动到轴向第一侧时，没有弹力被施加到螺母110，直到它被支撑在设置于处于中立位置中的螺母110的轴向第一侧的第一支撑构件上为止，以及，当螺母110被支撑在第一支撑构件130上时，反作用力可能突然传递给驾驶员，从而使转向感觉劣化。

因此，优选的是，止动器120在轴向方向上以与螺母110相同的长度形成，使得当螺母110滑动到轴向第一侧时，弹力被立即从在第一侧的弹性构件140施加，同时立即与在第二侧的第一支撑构件130间隔开。

随后，如上所述，驱动器160通过电子控制单元170的控制来驱动并且使第二支撑构件150滑动。驱动器160可以包括与第二支撑构件150螺纹连接的螺栓161和用于使螺栓161旋转的电机162。

换句话说，类似于导螺杆103和螺母110，螺栓161与第二支撑构件150螺纹连接，并且第二支撑构件150通过螺栓161的旋转轴向地滑动。

电机162连接到电子控制单元170并且在电子控制单元170的控制下使螺栓161旋转，从而调节第二支撑构件150的轴向位置。

尽管附图例示了电机162的电机轴直接联接到螺栓161的实施方式，但是电机162的电机轴可以通过减速器联接到螺栓161，而不限于此。

如下所述，设置了一个或两个电机162并且它们由电子控制单元170控制。在这种情况下，电机162具有能够使第二支撑构件150滑动的输出可能是足够的。特别地，由于电机162的扭矩通过螺栓161与第二支撑构件150之间的螺纹连接被减速以使第二支撑构件150滑动，所以根据实施方式，与如常规转向装置中使用的用于对转向轴施加扭矩以提供反作用力的电机相比，即使使用低功率电机也能够向驾驶员提供对方向盘101的舒适的操纵。

参照图1，可以设置一个螺栓161并且将其联接到两个第二支撑构件150。换句话说，螺栓161可以具有与第二支撑构件150中的一个联接的第一螺丝部163，以及与另一个第二支撑构件150联接的第二螺丝部164。

第一螺丝部163和第二螺丝部164可以在相反方向上拧动，使得当螺栓161旋转时，两个第二支撑构件150在彼此相反的方向上滑动。

换句话说，由于两个第二支撑构件150对称地滑动，所以不管驾驶员向左还是向右转动方向盘101，电子控制单元170都可以方便地控制电机162。

替代地，如图2所例示的，驱动器160可以包括联接到第二支撑构件中的任何一个的第一螺栓161a、联接到另一个第二支撑构件的第二螺栓161b、用于使第一螺栓161a旋转的第一电机162a以及用于使第二螺栓161b旋转的第二电机162b。不管第一螺栓161a和第二螺栓162b的螺纹方向如何，两个第二支撑构件150都可以取决于第一电机162a和第二电机162b使第一螺栓161a和第二螺栓162b旋转的方向而在相反方向上滑动。

电子控制单元170可以取决于方向盘101的转动方向而控制两个电机162中的仅一个，从而向驾驶员提供更好的转向感觉。

如上所述，根据实施方式，设置了第一支撑构件130、第二支撑构件150和弹性构件140以给予驾驶员反作用力，从而增强对方向盘的操纵。为了提供与常规转向装置类似的反作用力感觉，弹性构件140可以是递减率弹簧，其中弹力的增加随着位移增加而减小。

作为递减率弹簧的弹性构件140可以是例如轴向地布置的多个盘簧。

参照图3，由附图标记301表示的曲线图表示在常规转向装置中在恒定车辆速度下根据方向盘旋转角度的转向反作用力，而由附图标记302表示的曲线图表示根据递减率弹簧的位移的弹力。

换句话说，根据实施方式，由于方向盘101的旋转角度对应于弹性构件140的位移，并且转向反作用力对应于弹性构件140的弹力，所以能够使用曲线图301和曲线图302的曲线的相似性来通过递减弹力和第二支撑构件150的滑动给驾驶员提供与常规转向装置类似的反作用力感觉。

电子控制单元170控制驱动器160，使得第二支撑构件150位于第一位置或第二位置中。

具体地，关于作为螺母110在方向盘101没有转动的中立状态下的位置的中立位置，如果方向盘101的旋转角度增加，则电子控制单元170控制驱动器160以允许第二支撑构件150处于离中立位置的轴向距离相对较近的第一位置中，而如果方向盘101的旋转角度减小，则电子控制单元170控制驱动器160以允许第二支撑构件150处于离中立位置的距离相对较远的第二位置中。

当方向盘101的旋转角度增加时是指当方向盘101在中立状态下向左或向右转动时以及当向左和向右转动的方向盘101在与朝向中立状态的方向相反的方向上转动时。

当方向盘101的旋转角度减小时是指当向左或向右转动的方向盘101朝向中立状态转动时。

第二支撑构件150的第一位置和第二位置不是相对于中立位置的固定位置，而是可以如下所述取决于车辆速度而变化。

在中立状态下，第一位置是第一支撑构件130与第二支撑构件150之间的距离小于弹性构件140的自由长度的位置。

在中立状态下，第二位置是第一支撑构件130与第二支撑构件150之间的距离大于弹性构件140的自由长度的位置。

换句话说，参考图5和图6，由附图标记NP表示的垂直线是指螺母110的中立位置，而由附图标记FP表示的垂直线是指第二支撑构件150的与第一支撑构件130间隔开处于中立状态的弹性构件140的自由长度的位置(在下文中，“自由位置”)。第一位置比自由位置FP更靠近中立位置NP，而第二位置比自由位置FP离中立位置NP更远。

在下面参照图4至图8描述实施方式的操作结构。然而，为了描述和例示的容易，描述主要集中于方向盘101转向第一侧并且螺母110在附图中向右滑动的示例。相同的描述也适用于方向盘101转向第二侧(例如，与第一侧相反的侧)并且螺母110在附图中向左滑动的情况，因此不再给出该情况的描述。

然而，在图4和图7的曲线图中，如上所述，当螺母110滑动到第一侧或第二侧时，在相对侧的第一支撑构件130被支撑在止动器120上并与螺母110间隔开，使得仅在螺母110的滑动方向上设置的弹性构件140向螺母110提供弹力。鉴于此，在描述中应该注意的是，y轴的右侧表示表示由设置在图右侧的弹性构件140提供给螺母110的弹力，并且y轴的左侧表示由设置在图左侧的弹性构件140提供给螺母110的弹力。

图4至图6所例示的操作示例假定恒定车辆速度。在图4中，由附图标记401表示的曲线图是指当第二支撑构件150处于第一位置时根据弹性构件140的位移的弹力，由附图标记402表示的曲线是指当第二支撑构件150处于第二位置中时根据弹性构件140的位移的弹力，而由附图标记403表示的曲线图是指当方向盘101转动时弹性构件140施加到螺母110的弹力。

换句话说，在x轴方向上曲线图401与原点之间的距离对应于第一位置与参考位置FP之间的距离，而曲线图402与原点之间的距离对应于参考位置FP与第二位置之间的距离。

在图4中，①和④是指中立状态，①->②是指方向盘101的旋转角度增加的状态，②->③是指方向盘101的旋转方向发生改变的状态，并且③->④是指方向盘101的旋转角度减小的状态。

图5例示了①->②状态下的操作结构，其指示随着方向盘101的旋转角度在中立状态下增加螺母110滑动并且弹性构件140被压缩的状态。

此时，由于第二支撑构件150处于第一位置中并且因此弹性构件140处于被压缩状态，所以当驾驶员在中立状态下开始转动方向盘101时感到的反作用力从预定初始反作用力(与曲线图401和y轴的交点对应)增加，而不是从0增加。

电子控制单元170可以根据车辆速度来确定第一位置。换句话说，可以根据车辆速度来确定在x轴方向上曲线图401与原点之间的距离。如果所检测到的车辆速度高，则电子控制单元170设置第一位置与自由位置FP之间的大距离，而如果车辆速度低，则电子控制单元170设置第一位置与自由位置FP之间的小距离，从而给驾驶员提供更好的对方向盘101的操纵感觉。

虽然附图例示了当螺母110滑动时第一位置固定的实施方式，但是电子控制单元170可以在方向盘101的旋转角度增加的状态下控制驱动器160，从而确定根据车辆速度来确定第一位置并且因此调节传递给驾驶员的反作用力感觉。

图6例示了②->③状态下的操作结构。当驾驶员在相反方向上转动方向盘101时，电子控制单元170检测旋转并且驱动驱动器160以允许第二支撑构件150从第一位置滑动到第二位置。

随着第二支撑构件150从第一位置滑动到第二位置，弹性构件140被拉伸，使得由弹性构件140施加到螺母110的弹力减小。

如果驾驶员使方向盘101旋转到中立状态，则螺母110由处于第二位置中的第二支撑构件150支撑并且向螺母110提供弹力。

如果驾驶员在相反方向上往回转动方向盘101以增加旋转角度，则电子控制单元170控制驱动器160将第二支撑构件150置于第一位置中。

应该注意的是，当驾驶员将方向盘101转动到相反侧超过中立状态时，电子控制单元170控制驱动器160将第二支撑构件150置于第一位置中，并且在这种情况下，将弹力施加到螺母110的弹性构件140发生改变。

类似于根据车辆速度来确定第一位置，电子控制单元170可以根据车辆速度来确定第二位置。

参考图7至图8所例示的操作示例，与图4至图6所例示的操作示例相比，第一位置与第二位置之间的间隔减小。换句话说，可以根据车辆速度来确定在x轴方向上原点与曲线图702之间的距离。

电子控制单元170在所检测到的车辆速度高的情况下设置自由位置FP与第二位置之间的小距离，而在车辆速度低的情况下设置自由位置FP与第二位置之间的大距离，从而允许驾驶员实现更好的对方向盘101的操纵感觉。

同样地，尽管附图例示了当螺母110滑动时第二位置固定的实施方式，但是电子控制单元170可以在方向盘101的旋转角度减小的状态下控制驱动器160，从而根据车辆速度来确定第二位置并且因此调节传递给驾驶员的反作用力感觉。

通过如此成形的线控转向的转向装置，能够甚至用低功率电机来给驾驶员提供舒适的方向盘操纵，从而降低成本。

已呈现了以上描述以使得本领域技术人员能够做出并使用本公开的技术思想，并且已在特定应用及其要求的上下文中提供了以上描述。对所描述的实施方式的各种修改、添加和替换对本领域技术人员而言将是容易地显而易见的，并且在不脱离本公开的精神和范围的情况下，可以将本文定义的一般原理应用于其它实施方式和应用。以上描述和附图仅出于例示目的提供本公开的技术思想的示例。也就是说，所公开的实施方式旨在例示本公开的技术思想的范围。因此，本公开的范围不限于所示出的实施方式，而是将符合与权利要求一致的最宽范围。应该基于以下权利要求来解释本公开的保护范围，并且在其等价范围内的所有技术思想都应该被解释为被包括在本公开的保护范围内。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2020年8月25日提交的韩国专利申请No.10-2020-0106720的优先权，该申请特此通过引用并入以用于所有目的，如同在本文中充分地阐述一样。

Claims (13)

1.一种线控转向的转向装置，所述线控转向的转向装置包括：

转向轴，所述转向轴与方向盘连接并且具有导螺杆；

螺母，所述螺母联接到所述导螺杆；

一对第一支撑构件，所述一对第一支撑构件分别地设置在所述螺母的相对两侧以可轴向地滑动；

一对第二支撑构件，所述一对第二支撑构件与所述一对第一支撑构件的相对侧轴向地间隔开，其中所述一对第一支撑构件设置在所述一对第二支撑构件之间并且被设置为可轴向地滑动；

弹性构件，所述弹性构件设置在所述第一支撑构件与所述第二支撑构件的相邻支撑构件之间；

止动器，所述止动器被设置在所述一对第一支撑构件之间并轴向地固定；以及

驱动器，所述驱动器与所述第二支撑构件联接并且通过电子控制单元的控制来使所述第二支撑构件轴向地滑动。

2.根据权利要求1所述的线控转向的转向装置，其中，所述第一支撑构件和所述第二支撑构件被所述转向轴穿透。

3.根据权利要求1所述的线控转向的转向装置，其中，所述螺母和所述止动器具有轴向地相同的长度。

4.根据权利要求1所述的线控转向的转向装置，其中，所述驱动器包括与所述第二支撑构件螺纹连接的螺栓和使所述螺栓旋转的电机。

5.根据权利要求4所述的线控转向的转向装置，其中，所述螺栓包括与所述第二支撑构件中的任何一个联接的第一螺丝部和与另一个第二支撑构件联接的第二螺丝部。

6.根据权利要求5所述的线控转向的转向装置，其中，所述第一螺丝部和所述第二螺丝部在彼此相反的方向上拧动。

7.根据权利要求1所述的线控转向的转向装置，其中，所述驱动器包括与所述第二支撑构件中的任何一个联接的第一螺栓、与另一个第二支撑构件联接的第二螺栓以及分别使所述第一螺栓和所述第二螺栓旋转的电机。

8.根据权利要求1所述的线控转向的转向装置，其中，所述弹性构件是递减率弹簧。

9.根据权利要求1所述的线控转向的转向装置，其中，相对于作为所述螺母在所述方向盘不转动的中立状态下的位置的中立位置，

如果所述方向盘的旋转角度增加，则所述电子控制单元控制所述驱动器将所述第二支撑构件置于第一位置中，在所述第一位置中所述第二支撑构件轴向地相对靠近所述中立位置，以及

如果所述方向盘的旋转角度减小，则所述电子控制单元控制所述驱动器将所述第二支撑构件置于第二位置，在所述第二位置中所述第二支撑构件轴向地相对远离所述中立位置。

10.根据权利要求9所述的线控转向的转向装置，其中，在所述中立状态下，所述第一位置是所述第一支撑构件与所述第二支撑构件之间的距离小于所述弹性构件的自由长度的位置。

11.根据权利要求10所述的线控转向的转向装置，其中，所述电子控制单元取决于车辆速度而确定所述第一位置。

12.根据权利要求9所述的线控转向的转向装置，其中，在所述中立状态下，所述第二位置是所述第一支撑构件与所述第二支撑构件之间的距离大于所述弹性构件的自由长度的位置。

13.根据权利要求12所述的线控转向的转向装置，其中，所述电子控制单元取决于车辆速度而确定所述第二位置。

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