CN116238583A - 转向齿条弯曲限制器和具有其的转向组件 - Google Patents

转向齿条弯曲限制器和具有其的转向组件 Download PDF

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Abstract

一种转向齿条弯曲限制器和具有其的转向组件，转向组件包括：壳体，具有孔；以及非塑料支撑环，设置在所述孔内。所述非塑料支撑环具有环形壁，所述环形壁具有外周边和内周边。多个齿条接合特征从所述环形壁的内周边径向向内延伸。所述多个齿条接合特征被布置为接合转向齿条以防止所述转向齿条的弯曲。

Description

转向齿条弯曲限制器和具有其的转向组件
相关申请的交叉引用
本申请要求于2021年12月8日提交的波兰专利申请序列号No.P.439779的权益，其通过引用全部结合在本文中。
技术领域
本文描述的实施例总体上涉及车辆转向系统，并且更具体地，涉及用于防止在驶离路沿(curb push-away)期间齿条弯曲的钢支撑环。
背景技术
车辆，诸如汽车、卡车、运动型多用途车辆、多用途车辆、小型货车、船舶、飞机、多用途车辆、休旅车辆或其它合适形式的运输工具，包括各种转向系统方案，例如，线控转向(SbW)和驾驶员接口(interface)转向。通常，这些不同的转向方案包括电动助力转向(EPS)系统，该电动助力转向系统包括诸如方向盘、柱、齿条-小齿轮(rack-pinion gear)、电动马达致动器的组件。EPS通过提供必要的辅助扭矩来帮助操作者使车辆转向。辅助扭矩基于操作者的施加扭矩。在稳态意义上，操作者扭矩和辅助扭矩与由于轮胎-道路相互作用而生成的齿条力相反。
在驶离路沿时，车辆平行停放，其中右侧车轮接触路沿。驾驶员旋转方向盘通过用力于车轮以将车辆驶离路沿。这可能使转向齿轮或齿条壳体承受弯曲载荷。在执行这些测试时，载荷被沿转向齿条齿的方向施加。传统的塑料插入环在这种操作中可能变形。其它载荷，诸如冲击载荷，可能引起类似的不期望的变形。
该问题的典型解决方案是增加齿条杆直径或减小拉杆与齿条-小齿轮(rack-and-pinion)交叉点之间的距离，尽管这些解决方案成本高并且从封装(packaging)的角度来看可能是不可接受的。
现在参照图2A和图2B，现有技术的转向组件20’包括塑料环50’，其被构造为紧密地并与转向齿轮齿条52’接触地安置。该现有技术的转向组件20’具有高水平的摩擦，涉及塑料环50’安装在齿条上而不是壳体上，在显著的载荷下可弹性和塑性地变形，不提供行进停止功能，并且当齿条轭(rack yoke)不存在时不能防止齿条脱离接合。
现在参照图3A和图3B，另一现有技术的转向组件20”包括被构造为位于壳体中的塑料环50”。该现有技术的转向组件20”具有高水平的摩擦，可能在显著的载荷下变形，不提供行进停止功能，并且可能在齿条轭不存在时无法防止齿条脱离接合。
发明内容
根据本发明的一个方面，一种用于抑制转向齿条弯曲的转向齿条弯曲限制器包括非塑料支撑环，该支撑环具有环形壁，该环形壁具有外周边和内周边。多个齿条接合特征从环形壁的内周边径向向内延伸。所述多个齿条接合特征被布置为接合转向齿条以防止转向齿条的弯曲。
根据另一方面，转向组件包括具有孔的壳体和设置在孔内的非塑料支撑环。非塑料支撑环具有环形壁，该环形壁具有外周边和内周边。多个齿条接合特征从环形壁的内周边径向向内延伸。所述多个齿条接合特征被布置为接合转向齿条以防止转向齿条的弯曲。
这些及其它优点和特征将从以下结合附图的描述变得更明显。
附图说明
本主题(被视为本发明)在说明书结束部分处的权利要求书中被特别指出并明确要求保护。本发明的前述及其它特征和优点由以下结合附图所作的详细描述中清楚阐述，在附图中：
图1示意性示出了包括根据本公开的动力辅助组件的转向系统；
图2A和图2B是现有技术转向系统的立体图；
图3A和图3B是另一现有技术转向系统的立体图；
图4A是具有根据本公开的一个方面构造的支撑环的转向系统的立体图；
图4B是具有图4A的支撑环的转向系统的剖视图；以及
图5A和图5B是图4A和图4B的支撑环的不同立体图。
具体实施方式
以下讨论针对本公开的各种实施例。本文所公开的实施例不应被解释为或者用作限制包括权利要求的本公开的范围。此外，本领域技术人员将理解，以下描述具有广泛的应用，并且对任何实施例的讨论仅意味着该实施例的示例，而不旨在暗示包括权利要求在内的本公开的范围限于该实施例。
本文描述的本发明可以结合到汽车、卡车、运动型多用途车辆、小型货车、多用途车辆、任何其它客车、任何合适的商用车或任何其它合适的车辆中。此外，本公开的原理可以应用于其它交通工具，诸如飞机、船、火车、无人机或其它合适的交通工具。此外，本发明可以结合到各种转向系统方案和电动助力转向(EPS)系统中。
现在参照附图，其中在本文中示出和描述了各种实施例，而非限制这些实施例。
首先参照图1，总体上示出了转向系统20。转向系统20可被构造为驾驶员接口转向系统、自主驾驶系统(ADS)或允许驾驶员接口和自主转向两者的系统。转向系统可包括输入装置22，诸如方向盘或其它HWA，其中，驾驶员可以通过转动方向盘来机械地提供转向输入。安全气囊装置24可以位于输入装置22上或附近。转向柱26沿着轴线从输入装置22延伸到输出组件28。转向柱26可包括至少两个轴向可调整的部件，例如，相对于彼此轴向可调整的第一部分30和第二部分32。输出组件28可包括小齿轮轴组件、I轴、万向节、线控转向(SbW)组件或任何其它常规地与输入装置22相对设置的特征。输出组件28可以经由连接件36连接到动力辅助车轮致动器34(RWA)(road-wheel actuator)。连接件36可以是转向齿轮输入轴、小齿轮轴组件的延续部分或有线或无线数字通信协议中的一种。
动力辅助组件34可包括转向齿轮组件38，诸如齿条-小齿轮、循环球型转向齿轮或与自主的、驾驶员接口的转向系统相关联的任何其它类型的转向齿轮组件或其组合。随后，动力辅助组件34可以经由转向齿轮组件38可操作地连接到驱动车桥组件40。在操作中，驾驶员输入22的致动引起动力辅助组件34的响应运动，并引起驱动车桥组件40使相关联车辆的驱动轮42转向。动力辅助组件34可以是单个小齿轮电子辅助动力转向(SPEPS)系统、双小齿轮电子辅助动力转向(DPEPS)系统、柱电动助力转向(CEPS)系统或再循环球型齿条电动助力转向(REPS)系统的一部分。
图4A和图4B示出了转向组件100的一个实施例，其具有齿条弯曲限制器以抑制转向齿条104的弯曲。齿条弯曲限制器包括周向连续的环形非塑料支撑环102(即，弯曲限制器)，诸如钢支撑环102(示例而非限制性地)。应该理解，非塑料支撑环102，在下文中称为金属支撑环102，可以由其它坚固、耐用的金属材料制成，如本领域普通技术人员(POSA)所理解的。图5A和图5B示出了根据本公开各个方面的金属支撑环102的立体图。在图4A和图4B所示的实施例中，转向组件100包括被构造为围绕转向齿条104设置的金属支撑环102。箭头106(图4A)指示在驶离路沿或其它侧面冲击载荷作用在车轮/车桥上的情况下的载荷方向。金属支撑环102限制齿条104在壳体110内的弯曲，而不必增加齿条104的尺寸(直径)或缩短拉杆与齿条-小齿轮相交点之间的距离(这在现有技术的塑料支撑环(图2A、图2B、图3A、图3B)中通常是需要的)。
金属支撑环102包括多个齿条接合特征，示出为两个齿条接合特征108，其从金属支撑环102的环形壁的环形内周边径向向内突出，并且以大致彼此相对的关系从彼此镜像关系稍微偏移，以防止转向齿条104弯曲。因此，这两个齿条接合特征108在金属支撑环108的环形壁的中心轴线上彼此成非镜像关系。如图所示，接合特征108在金属支撑环102的中心轴线上不对称地偏移，并且在所示的示例性实施例中，彼此以125度的内角A偏移。应该理解，在本发明和本公开的范围内可以设想其它角度，诸如+/-30度(示例而非限制性地)。金属支撑环102进一步设置在壳体110内部。在一些实施例中，金属支撑环102以轻微过盈配合压配合到壳体110的孔中。压配合确保金属支撑环102在孔中的轴向保持，但是也可以使用桩来提供轴向保持的冗余机构。金属支撑环102包括在金属支撑环102的环形壁的外周边上的止动器112。止动器112被设置在两个齿条接合特征108之间，示出为与齿条接合特征108等距地间隔开。止动器112以示例而非限制性的方式示出为，延伸到限定外周边的否则为圆柱形外表面中的凹入的凹口。壳体110包括定位特征，该定位特征被构造为与止动器112配合以相对于壳体110和转向齿条104固定地定向金属支撑环102。定位特征被示出为从界定壳体110的孔的总体上圆柱形的内表面径向向内延伸的突起114。突起114被构造为设置在金属支撑环102的止动器112中，以确保金属支撑环102在壳体110内的适当径向定向，从而确保金属支撑环102相对于转向齿条104适当地定向。突起114被示出为被构造用于在止动器112内紧密配合。
在金属支撑环102的内周边上，在止动器112附近是第三齿条接合特征116，其被构造为接合转向齿条104并防止当不存在齿条轭时转向齿条104和小齿轮脱离接合。这样，转向齿条104被这两个齿条接合特征108和第三齿条接合特征116捕获而不能从其纵向中心轴线径向地移位。第三齿条接合特征116被示出为与止动器112径向地对准，并且因此与齿条接合特征108等距地间隔开。
与止动器112和第三齿条接合特征116直径相对的是大的无突起内部区域118，其形成为金属支撑环102的内周边上的平滑圆柱形扇区，并且被构造为在金属支撑环102与转向齿条104的齿120之间提供间隔。该间隔有助于防止在加载过程中损坏转向齿条104的齿120。通过精确控制金属环102相对于转向齿条齿120的定向，确保了无突起内部区域118相对于齿120适当定向，从而确保了相对于齿120提供适当的间隔，以防止在加载期间对齿120的意外损坏。
因此，金属支撑环102允许转向组件108在加载期间对转向齿条104的弯曲和变形具有改进的抵抗力，并且具有行进停止特征，同时不需要更多的部件(由于钢支撑环代替了传统的插入环)或增加系统的摩擦。应该理解，所示的金属支撑环102可由任何数量的非塑性或非塑性变形材料或复合材料制成。非限制性示例可以是粉末金属、青铜或包括不同材料的层的复合材料。
虽然本发明仅关于有限数量的实施例进行了详细描述，但是应容易理解，本发明不限于这些公开的实施例。而是，本发明能够改为包含迄今为止未描述但与本发明的精神和范围等同的任何数量的变型、更改、替换或等同布置。额外地，虽然已经描述了本发明的各种实施例，但是应理解本发明的各个方面可仅包括一些描述的实施例。此外，任一实施例的任何特征、元件、组件或优点可以对其它实施例中的任意一个使用。因此，本发明不应视为受到前述描述的限制。

Claims (20)

1.一种用于抑制转向齿条弯曲的转向齿条弯曲限制器，包括：
非塑料支撑环，具有：环形壁，所述环形壁具有外周边和内周边；多个齿条接合特征，从内周边径向向内延伸，所述多个齿条接合特征被布置为接合所述转向齿条以防止所述转向齿条的弯曲。
2.根据权利要求1所述的转向齿条弯曲限制器，还包括在所述环形壁的外周边上的止动器，所述止动器被构造为与壳体的定位特征配合。
3.根据权利要求2所述的转向齿条弯曲限制器，其中，所述支撑环的尺寸被设计为压配合到所述壳体中。
4.根据权利要求2所述的转向齿条弯曲限制器，其中，所述止动器是径向向内延伸到所述外周边中的凹入的凹口，并且所述定位特征是从所述壳体的总体上圆柱形的孔径向向内延伸的突起，以确保所述支撑环相对于所述转向齿条的适当定向。
5.根据权利要求1所述的转向齿条弯曲限制器，其中，所述支撑环由钢制成。
6.根据权利要求2所述的转向齿条弯曲限制器，其中，所述多个齿条接合特征包括被构造为接合所述转向齿条的两个齿条接合特征。
7.根据权利要求6所述的转向齿条弯曲限制器，其中，所述多个齿条接合特征包括被构造为接合所述转向齿条的第三齿条接合特征。
8.根据权利要求7所述的转向齿条弯曲限制器，其中，所述第三齿条接合特征与所述止动器径向地对准。
9.根据权利要求7所述的转向齿条弯曲限制器，其中，所述两个齿条接合特征在所述环形壁的中心轴线上彼此成非镜像关系。
10.根据权利要求7所述的转向齿条弯曲限制器，其中，所述第三齿条接合特征在所述两个齿条接合特征之间，与所述第三齿条接合特征直径相对的所述内周边是圆柱形扇区，以在所述转向齿条的齿与所述圆柱形扇区之间形成间隔。
11.一种转向组件，包括：
壳体，具有孔；以及
非塑料支撑环，设置在所述孔内，所述非塑料支撑环具有：环形壁，所述环形壁具有外周边和内周边；多个齿条接合特征，从所述内周边径向向内延伸，所述多个齿条接合特征被布置为接合转向齿条以防止所述转向齿条的弯曲。
12.根据权利要求11所述的转向组件，还包括所述环形壁的外周边上的止动器，所述止动器被构造为与所述壳体的定位特征配合。
13.根据权利要求12所述的转向组件，其中，所述非塑料支撑环的尺寸被设计为压配合到所述壳体的孔中。
14.根据权利要求12所述的转向组件，其中，所述止动器是径向向内延伸到所述外周边中的凹入的凹口，并且所述定位特征是从界定所述孔的总体上圆柱形内表面径向向内延伸的突起，以确保所述支撑环相对于所述转向齿条的适当定向。
15.根据权利要求11所述的转向组件，其中，所述非塑料支撑环是钢。
16.根据权利要求12所述的转向组件，其中，所述多个齿条接合特征包括被构造为接合所述转向齿条的两个齿条接合特征。
17.根据权利要求16所述的转向组件，其中，所述多个齿条接合特征包括被构造为接合所述转向齿条的第三齿条接合特征。
18.根据权利要求17所述的转向组件，其中，所述第三齿条接合特征与所述止动器径向地对准。
19.根据权利要求17所述的转向组件，其中，所述两个齿条接合特征在所述环形壁的中心轴线上彼此成非对称关系。
20.根据权利要求17所述的转向组件，其中，所述第三齿条接合特征在所述两个齿条接合特征之间，与所述第三齿条接合特征直径相对的所述内周边是圆柱形扇区，以在所述转向齿条的齿与所述圆柱形扇区之间形成间隔。
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