CN116902054A - 用于车辆的转向柱组件和包括该转向柱组件的车辆 - Google Patents

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Abstract

一种用于车辆的转向柱组件和包括该转向柱组件的车辆，该转向柱组件包括：长形转向柱，被安装成绕其纵向轴线旋转并且被配置成在一个端部处附接方向盘；第一齿轮，连接至转向柱的与方向盘附接部分间隔开的位置并且被配置成随转向柱一起旋转；第一和第二马达，每个马达具有输出轴；第一和第二蜗杆，分别与第一和第二马达的输出轴直接连接并分别能够随第一和第二马达的输出轴一起旋转并且与第一齿轮接合；控制装置，被配置成使第一和第二马达运转；以及马达位置传感器装置，用于感测马达输出轴的旋转位置，每个传感器装置包括目标构件和用于检测目标构件的传感器，该目标构件固定地安装到相应马达输出轴、在蜗杆的与马达相反的一侧上。

Description

用于车辆的转向柱组件和包括该转向柱组件的车辆
技术领域
本发明涉及用于车辆的转向柱组件和包括该转向柱组件的车辆，特别是涉及用于与线控转向手轮致动器一起使用的这种组件。
背景技术
在线控转向装置中，手轮(方向盘)连接至可旋转安装的轴的一个端部，对该轴的角位移进行测量以产生用于控制车辆的转向车轮的取向的信号。该装置通常还设置有电动马达，该电动马达连接至轴，以沿与由驾驶员施加的转矩相反的方向提供受控量的转矩，以便为驾驶员提供路感。
在这种装置中，典型地，电动马达在ECU(电子控制单元)的控制下驱动蜗杆，该蜗杆与随方向盘连接的轴一起旋转的蜗轮接合。期望的是，采取措施来使蜗杆偏置成与蜗轮接合以便减小当转矩和马达的方向反向时可能出现的齿轮嘎嘎声。
线控转向转向系统可以用于车辆转向始终处于驾驶员控制下的车辆，也可以用于自动驾驶车辆。自动驾驶车辆旨在主要在自动驾驶模式下使用，在该自动驾驶模式下，车辆的控制是无手动干预地进行的。然而，期望自动驾驶车辆在必要或期望时可被手动控制，并且出于此原因必须设置有车辆控制件(比如方向盘)。期望这种方向盘具有“线控转向”运转以消除连接和断开机械转向机构的要求。
GB 2579374 A公开了一种用于车辆的转向柱组件，该转向柱组件具有可旋转安装的长形转向柱，方向盘连接至该长形转向柱的一个端部。齿轮连接至转向柱并随转向柱一起旋转，并与两个蜗杆接合，每个蜗杆的旋转由相应的马达控制。马达可以在其沿相反两个方向向转向柱施加转矩的第一模式下和在其沿相同方向向转向柱施加转矩的第二模式下运转。
在现有技术的装置中，马达位置传感器(MPS)用于确定马达轴的旋转位置。MPS通常包括安装在马达轴上并可随其一起旋转的所谓目标(典型地为磁体)、以及用于感测目标的位置并因此感测马达的位置的检测器。
发明内容
根据本发明的第一方面，一种用于车辆的转向柱组件包括：
长形转向柱，该长形转向柱被安装成绕该长形转向柱的纵向轴线旋转并且被配置成在一个端部处附接方向盘；
第一齿轮，该第一齿轮连接至转向柱的与方向盘附接部分间隔开的位置并且被配置成随转向柱一起旋转；
第一马达和第二马达，每个马达具有输出轴；
第一蜗杆和第二蜗杆，该第一蜗杆和该第二蜗杆分别与第一马达的输出轴和第二马达的输出轴直接连接并分别能够随第一马达的输出轴和第二马达的输出轴一起旋转并且与第一齿轮接合；
控制装置，该控制装置被配置成使第一马达和第二马达运转；以及
马达位置传感器装置，该马达位置传感器装置用于感测马达输出轴的旋转位置，每个传感器装置包括目标构件和用于检测目标构件的传感器，目标构件固定地安装到相应马达输出轴、在蜗杆的与马达相反的一侧上。
将马达位置传感器装置定位为远离其相应的马达(即在蜗杆的与相关联的马达相反的一侧上)改进了转向柱组件的封装，即，更有效和/或高效地利用可用空间。还减少了来自马达的绕组的电磁干扰的发生和/或影响。
第一齿轮可以在转向柱的与方向盘相反的端部连接至转向柱。
每个目标构件可以安装到相应马达输出轴的一个端部。
每个马达可以安装在相应马达输出轴的一个端部。
转向柱组件可以进一步包括用于每个马达的输出轴的轴承，该轴承位于相应蜗杆与目标构件之间。
在优选实施例中，每个目标构件包括磁性构件。
每个目标构件可以包括磁阻式旋转变压器。
用于检测目标构件的传感器优选地位于或邻近于马达输出轴的在蜗杆的与马达相反的一侧的端部。
用于检测目标构件的传感器可以安装在电路板上。
第一马达的输出轴的旋转轴线和第二马达的输出轴的旋转轴线可以是基本平行的。
蜗杆可以位于第一齿轮的旋转轴线的相反两侧，例如位于第一齿轮的旋转轴线在直径上相反的两侧。
第一蜗杆和第二蜗杆可以分别形成第一马达的输出轴和第二马达的输出轴的一部分。
第一马达的输出轴的旋转轴线和第二马达的输出轴的旋转轴线可以基本上垂直于转向柱的旋转轴线定向。
第一马达和第二马达可以分别位于第一蜗杆和第二蜗杆下方。
本发明还包括一种车辆，该车辆包括根据本发明的转向柱组件。
附图说明
现在将仅通过举例的方式、参考附图来描述本发明的说明性实施例，在附图中：
图1是根据本发明的转向柱组件的实施例的部分剖开的立体图；以及
图2是沿图1的箭头II–II方向观看的穿过图1的转向柱组件的竖直截面。
具体实施方式
线控转向的转向柱组件10包括直的长形线控转向的转向柱14(仅展示出其下端)，该转向柱可绕其纵向轴线16旋转地安装。图1中示意性地展示的方向盘18固定到转向柱14的上端，驾驶员可以借助于该上端旋转转向柱14。在附图中，转向柱14被示出为单个轴，但实际上转向柱可能由多个部件形成。例如，转向柱可以由若干伸缩部分形成并且可以在方向盘端与相反端之间具有转矩传感器(例如扭杆组件)。
转向柱14的相反的下端被接收在壳体20中，该下端通过总体上以22表示的轴承可旋转地安装在壳体中。如图2最佳所示，正齿轮(小齿轮)24固定地安装在转向柱14的下端、在轴承22的纵向内侧，并且从而被限制为随转向柱14和方向盘18一起旋转。
壳体20还包围两个相同的电动马达28、30，每个电动马达具有相应相同的马达输出轴32、34，马达输出轴由相应马达28、30直接驱动。输出轴32、34以其纵向轴线36、38彼此平行地延伸并且通过下轴承40和上轴承42相对于壳体20可旋转地安装。在使用中，转向柱组件10被安装成使得输出轴32、34的纵向/旋转轴线36、38相对于转向柱14的旋转轴线16垂直地定向。
每个马达输出轴32、34在相应轴的相反两端之间的大约中间的位置处形成为蜗杆46、48。蜗杆46、48是相同的，并且与正齿轮(小齿轮)24在齿轮的相反两侧的在直径上相反的位置处啮合。
环形的马达位置传感器(MPS)目标磁体50、52通过安装杯54、56固定地固定到每个马达输出轴32、34的远离马达28、30(即在蜗杆的与马达相反的一侧)的端部，这些安装杯固定地安装在每个马达输出轴32、34的该端部上。MPS目标磁体50、52由此随其相应的马达输出轴32、34一起旋转，并且MPS目标磁体的旋转(以及由此轴32、34的旋转)由安装在MPS传感器电路板62的下表面上的相应MPS传感器58、60检测，MPS传感器电路板安装在壳体内。MPS目标磁体50、52和MPS传感器58、60是已知的，并且可以根据情况使用不同类型的磁体和传感器。
MPS传感器58、60连接至MPS传感器电路板62上的监测和控制电路系统，该电路板被配置成测量马达输出轴32、34的旋转。来自MPS传感器58、60的信号经由第一连接器64馈送到电子控制单元(ECU)的第一PCB 66。ECU包括第一和第二印刷电路板(PCB)66、68，并控制两个马达28、30的运转，以便将来自每个马达32、34的期望转矩施加到转向柱14，并且从而以已知的方式施加到方向盘18，如将要描述的。
壳体20的后部还设置有电连接器70、72、74，这些电连接器被配置成与转向柱组件要装配到的车辆上的互补连接器匹配。
在使用中，转向柱组件10安装在车辆中，并且典型地，转向柱14相对于水平方向倾斜约20°至25°。驾驶员旋转方向盘18引起转向柱14旋转，该旋转以已知方式测量并用于通过电子控制单元以线控转向方式(即方向盘与转向车轮之间没有任何直接的机械连接)控制车辆的转向车轮的取向。蜗杆46、48通过其相应的马达28、30的旋转由PCB 66、68形成的ECU控制，以向转向柱14和方向盘18施加反馈转矩，以便为驾驶员提供路感。通过使用两个蜗杆46、48，可以控制施加到每个蜗杆的转矩以减少齿隙和齿轮嘎嘎声。
马达输出轴32、34以及由此蜗杆46、48的旋转引起安装在马达输出轴32、34、在蜗杆46、48的与相应马达28、30相反的一侧上的环形的MPS磁体50、52旋转。MPS磁体50、52的旋转由MPS传感器板62上的相应运动位置传感器58、60检测，并由PCB 66、68形成的ECU使用以控制马达28、30，从而向蜗杆46、48施加合适量的转矩。
将MPS磁体50、52(进而扩展为MPS传感器58、60)定位为远离其相应的马达28、30(即在相应马达输出轴32、34的相反端)改进了转向组件10的封装，即，更有效和/或高效地利用可用空间，并减少了来自马达28、30的绕组的电磁干扰的发生和/或影响。
本发明不受限于前述实施例的细节。
例如，磁性目标构件50、52及其相关联的传感器58、60可以用检测第一马达和第二马达的输出轴的角位置的其他装置代替。例如，检测装置可以包括光电感测装置、磁阻式旋转变压器(在这种情况下目标构件将是变压器转子)或用于检测马达输出轴的角位置的一些其他装置。

Claims (16)

1.一种用于车辆的转向柱组件，所述转向柱组件包括：
长形转向柱，所述长形转向柱被安装成绕所述长形转向柱的纵向轴线旋转并且被配置成在一个端部处附接方向盘；
第一齿轮，所述第一齿轮连接至所述转向柱的与方向盘附接部分间隔开的位置并且被配置成随所述转向柱一起旋转；
第一马达和第二马达，每个马达具有输出轴；
第一蜗杆和第二蜗杆，所述第一蜗杆和所述第二蜗杆分别与所述第一马达的输出轴和所述第二马达的输出轴直接连接并分别能够随所述第一马达的输出轴和所述第二马达的输出轴一起旋转并且与所述第一齿轮接合；
控制装置，所述控制装置被配置成使所述第一马达和所述第二马达运转；以及
马达位置传感器装置，所述马达位置传感器装置用于感测马达输出轴的旋转位置，每个传感器装置包括目标构件和用于检测所述目标构件的传感器，所述目标构件固定地安装到相应马达输出轴、在所述蜗杆的与所述马达相反的一侧上。
2.如权利要求1所述的转向柱组件，其中，所述第一齿轮在所述转向柱的与所述方向盘相反的端部连接至所述转向柱。
3.如权利要求1或权利要求2所述的转向柱组件，其中，每个目标构件安装到相应马达输出轴的一个端部。
4.如前述权利要求中任一项所述的转向柱组件，其中，每个马达安装在相应马达输出轴的一个端部。
5.如前述权利要求中任一项所述的转向柱组件，进一步包括用于每个马达的所述输出轴的轴承，所述轴承位于相应蜗杆与所述目标构件之间。
6.如前述权利要求中任一项所述的转向柱组件，其中，每个目标构件包括磁性构件。
7.如权利要求1至5中任一项所述的转向柱组件，其中，每个目标构件包括磁阻式旋转变压器。
8.如前述权利要求中任一项所述的转向柱组件，其中，用于检测所述目标构件的所述传感器位于或邻近于所述马达输出轴的在所述蜗杆的与所述马达相反的一侧的端部。
9.如前述权利要求中任一项所述的转向柱组件，其中，用于检测所述目标构件的所述传感器安装在电路板上。
10.如前述权利要求中任一项所述的转向柱组件，其中，所述第一马达的输出轴的旋转轴线和所述第二马达的输出轴的旋转轴线是基本平行的。
11.如前述权利要求中任一项所述的转向柱组件，其中，所述蜗杆位于所述第一齿轮的旋转轴线的相反两侧。
12.如权利要求11所述的转向柱组件，其中，所述蜗杆位于所述第一齿轮的旋转轴线在直径上相反的两侧。
13.如前述权利要求中任一项所述的转向柱组件，其中，所述第一蜗杆和所述第二蜗杆分别形成所述第一马达的输出轴和所述第二马达的输出轴的一部分。
14.如前述权利要求中任一项所述的转向柱组件，其中，所述第一马达的输出轴的旋转轴线和所述第二马达的输出轴的旋转轴线基本上垂直于所述转向柱的旋转轴线定向。
15.如前述权利要求中任一项所述的转向柱组件，其中，所述第一马达和所述第二马达分别位于所述第一蜗杆和所述第二蜗杆下方。
16.一种车辆，所述车辆包括如前述权利要求中任一项所述的转向柱组件。
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