CN116902057A - 外部平移和内部伸缩的转向柱组件 - Google Patents

Abstract

一种可轴向调节的转向柱组件包括上护套和下护套，其中该下护套限定一对锥形轨道槽，各锥形轨道槽被设置在下护套的相对两侧上。该转向柱组件还包括柱安装支架，其中下护套被操作性地联接到该柱安装支架，并且相对于该柱安装支架平移。该转向柱组件还进一步包括第一对滑动楔形衬套，各滑动楔形衬套被设置在该对锥形轨道槽中的相应一个内。该转向柱组件还包括第一螺栓，该第一螺栓延伸穿过第一对滑动楔形衬套，并将第一对滑动楔形衬套操作性地联接到下护套。

Description

外部平移和内部伸缩的转向柱组件

相关申请的交叉引用

本申请要求享有于2022年4月18日提交的美国临时专利申请序列号为63/331,928的优先权权益，后者的公开内容以援引方式整体纳入本文中。

技术领域

本文中描述的实施例涉及交通工具(vehicle，车辆)转向系统，并且更特别地涉及一种外部平移和内部伸缩的转向柱组件。

背景技术

交通工具(诸如汽车、卡车、运动型多用途车、跨界车、小型货车、船舶、飞机、全地形车、休闲车或其他合适的交通工具)包括各种转向系统方案，例如线控转向和驾驶员界面转向。这些转向系统方案通常包括转向柱，用以将转向输入转化为输出，该输出与转向联动装置相互作用以最终导致车轮(或其他元件)使该交通工具转向。

某些转向柱能在多个位置之间进行轴向调节。在过去，能轴向调节的转向柱的功能是提供手轮(方向盘)位置的灵活性，并且便于为不同身材的驾驶员提供更舒适的驾驶位置。但是，现在有机会进行更多的伸缩行程，这也可以称为收纳(stow，收起)行程(即，当不需要手轮时)。例如，可以将手轮重新定位在离驾驶员更远的地方，以允许他或她做操作交通工具以外的事情，诸如在交通工具停放时在膝上型电脑上工作。其他示例包括具有自动驾驶能力的交通工具，使得当交通工具处于自动驾驶模式时，手轮可以被收纳。

显著地移动到收纳位置的转向柱组件可能很长。转向柱的较大长度给封装带来了挑战，其对传统的内部收纳柱(即护套在护套中或者三重护套)的封装提出了挑战。由于所需的柱的长度以及相关的长收纳长度的要求，在阻障事件期间手轮反馈致动器被安置于交通工具能量吸收所需的关键区域。对于需要具有完全收纳能力的转向柱而言，解决上述封装挑战将是业界所期望的。

发明内容

根据本公开的一个方面，一种能轴向调节的转向柱组件包括上护套。该转向柱组件还包括下护套，其中上护套被接纳在下护套内，并且能在其中伸缩调节，其中下护套限定一对锥形(tapered，渐缩形)轨道槽，各锥形轨道槽被设置在下护套的相对两侧上，并且沿着下护套纵向延伸。该转向柱组件进一步包括柱安装支架，其中下护套被操作性地联接到柱安装支架，并能相对于柱安装支架平移。转向柱组件还进一步包括第一对滑动楔形衬套，其中第一对滑动楔形衬套中的每一个被设置在该对锥形轨道槽中的相应一个内。转向柱组件还包括第一螺栓，其中第一螺栓延伸穿过第一对滑动楔形衬套，并将第一对滑动楔形衬套操作性地联接到下护套。该转向柱组件进一步包括第一致动器，该第一致动器操作性地联接到上护套，以控制上护套相对于下护套的伸缩调节。该转向柱组件还进一步包括第二致动器，该第二致动器操作性地联接到下护套，以控制下护套相对于柱安装支架的平移调节。

根据本公开的另一方面，一种能轴向调节的转向柱组件包括上护套。该转向柱组件还包括下护套，其中上护套被接纳在下护套内，并且能在下护套中伸缩调节.，其中下护套限定一对锥形轨道槽，各锥形轨道槽被设置在下护套的相对两侧上，并且沿着下护套纵向延伸。该转向柱组件进一步包括柱安装支架，其中下护套被操作性地联接到柱安装支架，并能相对于柱安装支架平移。该转向柱组件还进一步包括第一对滑动楔形衬套，其中该第一对滑动楔形衬套中的每一个被设置在该对锥形轨道槽中的相应一个内。该转向柱组件还包括第一螺栓，其中第一螺栓延伸穿过第一对滑动楔形衬套，并将第一对滑动楔形衬套操作性地联接到下护套。该转向柱组件进一步包括第二对滑动楔形衬套，其中该第二对滑动楔形衬套中的每一个被设置在该对锥形轨道槽中的相应一个内。该转向柱组件还进一步包括第二螺栓，其中第二螺栓延伸穿过第二对滑动楔形衬套，并将第二对滑动楔形衬套操作性地联接到。该转向柱组件还包括第一致动器，该第一致动器操作性地联接到上护套，以控制上护套相对于下护套的伸缩调节。该转向柱组件进一步包括第二致动器，该第二致动器操作性地联接到下护套，以控制下护套相对于柱安装支架的平移调节。该转向柱组件还进一步包括手轮反馈致动器壳体，该手轮反馈致动器壳体被操作性地联接到下护套，其中手轮反馈致动器壳体连同下护套一起相对于柱安装支架平移。

这些和其他的优点及特征将从结合附图的以下描述中变得更加明显。

附图说明

被视为本发明的主题在随附于本说明书的权利要求书中被特别指出并被明确要求保护。本发明的上述及其他特征和优点从下面结合附图的详细描述而变得明显，在图中：

图1示意性地示出一种车辆(交通工具)转向系统；

图2是用于该车辆转向系统的转向柱组件的立体图；

图3是移除了柱安装支架的转向柱组件的立体图；以及

图4A和图4B是处于不同轴向位置的转向柱组件的侧向正视图。

具体实施方式

以下讨论旨在本公开的各种实施例。尽管这些实施例中的一个或多个可能比其他实施例描述得更为详细，但是所公开的实施例不应被解释为或以其他方式用于限制本公开(包括权利要求)的范围。另外，本领域技术人员将理解的是，以下描述具有广泛的应用，并且任何实施例的讨论只是为了对该实施例进行示例，而非旨在暗示本公开(包括权利要求)的范围受限于该实施例。

如所描述的，交通工具(诸如汽车、卡车、运动型多用途车、跨界车、小型货车、船舶、飞机、全地形车、休闲车或其他合适的交通工具)包括各种转向系统方案，例如线控转向和驾驶员界面转向。这些转向系统方案通常包括转向柱，用以将转向输入转化为输出，该输出与转向联动装置相互作用以最终导致车轮(或其他元件)使交通工具转向。一些转向柱能在多个位置之间进行轴向调节。在过去，能轴向调节的转向柱的功能是提供手轮位置的灵活性，并且便于为不同身材的驾驶员提供更舒适的驾驶位置。然而，现在有机会进行更多的伸缩行程，其也可以称为收纳行程(即，当不需要手轮时)。例如，可以将手轮重新定位到完全远离驾驶员的地方，以允许他或她做操作交通工具之外的事情，诸如在交通工具停泊时在膝上型电脑上工作。其他示例包括具有自动驾驶能力的交通工具，使得当交通工具处于自动驾驶模式时，手轮可以被收纳。

现在参照附图，其中展示和描述了各种实施例，但并不旨在限制这些实施例，图1至图4B阐示了可轴向调节的转向柱组件的实施例，其具有改善的封装和其他操作性优点。轴向可调节性是由允许其间进行轴向运动的两个转向柱部分(例如，护套、支架、轨道和/或类似物)之间的相对移动产生。在本公开中，术语“衬套”用于表示任何形式的柱部分。特别地，将介绍并在附图中示出上护套和下护套。特定术语并不是对在本公开范围内预期的特定类型的转向柱部分的限制。

在一些实施例中，柱部分之间的相对移动与允许其间轴向移动的多个转向轴部分之间的相对移动彼此结合地工作。轴向移动是指由部件之间在整个转向柱组件的纵向方向上的相对伸缩、滑动和/或平移移动引起的移动。

首先参照图1，其大体示出了根据本公开的原理的交通工具20。该交通工具20可以包括任何合适的交通工具，诸如汽车、卡车、运动型多用途车、小型货车、跨界车、任何其他客运交通工具、任何合适的商用交通工具或任何其他合适的交通工具。虽然交通工具20可以是具有车轮并在道路上使用的客运交通工具，但是本公开的原理可以应用于其他交通工具，诸如飞机、拖拉机、船舶或其他合适的交通工具。交通工具20可包括推进系统30，例如点火系统(ignition system)、电子系统或其组合。

在一些实施例中，交通工具20可以进一步包括转向系统40。该转向系统40可以被配置为驾驶员界面转向系统、自主驾驶系统或允许驾驶员界面和自主转向的系统。该转向系统可以包括输入装置42，诸如方向盘，其中驾驶员可以通过转动方向盘以机械方式提供转向输入。该转向柱组件44包括转向柱45，该转向柱45沿着从输入装置42到输出组件46的轴线延伸。该输出组件46是线控转向和/或自动驾驶系统的一部分。输出组件46可被称为模拟器(emulator，仿真器)，并用于向转向输入装置42提供反馈，并接收用于转向控制的手动驾驶员输入。

该转向柱45包括两个可轴向调节的部分，例如，相对于彼此可轴向调节的上护套48和下护套50。

该转向柱45能在从完全伸出位置到完全缩回位置的位置范围之间移动。在完全伸出位置，上护套48相对于下护套50进行轴向移动，使得输入装置42被定位在交通工具的操作者附近。在上述缩回位置，上护套48相对于下护套50进行轴向移动，使得当与伸出位置相比，输入装置42被定位在更远离交通工具的操作者的位置。在一些实施例中，该缩回位置可以相当于收纳该输入装置42。例如，在自动驾驶期间将输入装置42放置在收纳位置可以是有利的。在操作中，上护套48与下护套50之间的轴向移动是借助一个或多个致动器以机电方式实现的。此轴向移动在伸出位置、缩回位置和任何中间位置之间进行调节。如下文详细描述的，转向柱能够在第一位置范围内以及在第二位置范围内沿轴向移动。

转向齿轮组件54可以经由转向齿轮输入轴56连接到输出组件46。转向齿轮组件54可以被配置为齿条齿轮传动装置(rack-and-pinion)、循环球型转向齿轮、或与自主和驾驶员界面转向系统相关联的任何其他类型的转向齿轮装置。转向齿轮组件54随后可以经由输出轴60连接到驱动轴58。输出轴60可以包括转向摇臂和扇形齿轮和/或各种传统部件。输出轴60被能操作地连接到转向齿轮组件54，使得转向齿轮输入轴56的旋转导致输出轴60的响应运动并且导致驱动轴使车轮62转向。

现在参照图2和图3，其更详细地示出了转向柱组件44。上护套48被展示为从下护套50突出。下护套48被操作性地联接到柱安装支架70，并且能相对于柱安装支架70轴向地平移。柱安装支架70相对于交通工具结构被固定以便将转向柱组件44安装到交通工具。模拟器46被至少部分地定位在手轮反馈致动器壳体76内。手轮反馈致动器壳体76以允许该壳体76在操作中与下护套50一起轴向行进的方式被操作性地联接到下护套50。在所示的实施例中，手轮反馈致动器壳体76被联接到下护套50的前端。

上护套48在可被称为“舒适范围”的轴向位置的第一范围内能相对于下护套50进行轴向调节。该舒适范围是对于不同身材的操作者而言在交通工具操作期间对手动驾驶有用的轴向位置的范围。由于上护套48在下护套50内的运动，上护套48相对于下护套50的轴向运动以伸缩方式进行。该舒适范围包括在交通工具的手动驾驶模式期间对操作者有用的轴向位置的范围。换句话说，转向输入装置42是可及达的，并且能够在轴向位置的第一范围内被舒适地控制。

该轴向位置的第二范围可被称为转向柱45的“收纳范围”。该收纳范围是(当与舒适范围相比时)移动整个转向柱组件进一步远离操作者(即，朝向交通工具的仪表板和防火墙)的轴向位置范围。在一些实施例中，该完全缩回位置是可以与仪表板、防火墙或其他交通工具结构平齐的收纳位置。该轴向移动的收纳范围包括上护套48相对于下护套的进一步伸缩行进，其与下护套50相对于柱安装支架70的轴向运动相结合。由于邻近柱安装支架70的整个上护套和下护套一起移动，下护套50相对于柱安装支架70的运动以平移的方式进行。

图4A和图4B示出了处于两个轴向位置的转向柱组件44。特别地，图4A显示转向柱组件44处于非收纳位置，其中上护套48在轴向位置的第一范围内延伸。图4B示出了转向柱组件44处于收纳位置，其中上护套48相对于下护套50被定位在完全缩进位置，而下护套50相对于柱安装支架70充分远离操作者平移。

继续参照图2和图3，该转向柱组件44包括可被称为舒适/收纳致动器的第一致动器72。该第一致动器72被操作性地联接到上护套48，以控制上护套48相对于下护套50在轴向位置的第一范围内的伸缩移动。在所示的实施例中，第一致动器72被安装到转向柱组件44的特定部分，但是其他安装位置也是可预期的。

该转向柱组件44还包括可被称为收纳致动器的第二致动器74。该第二致动器74被操作性地联接到下护套50，以控制下护套50相对于柱安装支架70在轴向位置的第二范围内的平移运动。在所示实施例中，第二致动器74被安装到转向柱组件44的特定部分，但是其他安装位置也是可预期的。

第一致动器和第二致动器都位于转向柱组件44的前部位置附近，以适应(容纳)收纳操作期间的轴向运动。术语“前部”指的是相对于交通工具的位置，在该位置处转向柱组件44被设置在输入装置42内并且相对于输入装置42位于远端。两个致动器72、74负责转向柱45的完整的收纳运动，然而仅第一致动器72在舒适调节期间在轴向调节位置的第一范围内操作。换句话说，第一致动器72单独负责第一范围内的轴向调节，但是在第二范围、即第二行进范围内发生的收纳期间，第一致动器72和第二致动器74同时操作。第一致动器72被附接在上护套48与下护套50之间，而第二致动器74被附接在柱安装支架70与下护套50之间。在一些实施例中，致动器72、74均可以被固定到容置模拟器46的手轮反馈致动器壳体76。

各致动器72、74可以使与其操作性地联接的相应关联部件产生轴向移动。作为非限制性示例，所示的各致动器72、74的实施例包括电动机，该电动机具有联接到导螺杆的输出轴。导螺杆具有螺接到其上的螺母，使得导螺杆的旋转导致螺母的轴向平移，因为该螺母的可旋转性被约束。各致动器72、74的相应螺母被操作性地联接到在操作期间驱动部件轴向移动的部件。特别地，第一致动器72的螺母导致上护套48相对于下护套50的轴向移动，而第二致动器72的螺母导致下护套50相对于柱安装支架70的轴向移动。

另外，如在图3中所示，倾斜致动器组件80被安装到下护套50。倾斜致动器组件80控制转向柱组件44在倾斜方向上的运动。倾斜致动器组件80包括倾斜支架82，该倾斜支架82被操作性地联接到下护套50并围绕位于转向柱组件44的前部位置附近的枢转轴线而沿大体竖直的方向调节转向柱45。

如在图2和图3中所示，下护套50限定一组锥形(渐缩形)轨道槽90，其沿着转向柱45的轴向方向纵向延伸，并且包括分别位于下护套50的各横向侧上的槽。该组锥形轨道槽90的锥形槽各自从下护套50的横向向外位置处的最宽尺寸渐缩到下护套50的横向向内位置处的较窄尺寸。如图所示，该组锥形轨道槽90从前端92延伸到后端93。

倾斜支架82借助一个或多个机械紧固件和滑动楔形衬套而联接到下护套50。特别地，第一对滑动楔形衬套94被定位在该组锥形轨道槽90内，其中在下护套50的每一侧上均具有一个滑动楔形衬套。第一对滑动楔形衬套94中的每一个均被定位在倾斜支架82的内侧。换句话说，倾斜支架82的支腿处于各滑动楔形衬套94的外边缘之外。第一对滑动楔形衬套94均被联接到倾斜支架82，并且通过横向延伸穿过下护套50的螺栓96而彼此联接。类似地，第二对滑动楔形衬套98被定位在锥形轨道槽90内，其中在下护套50的各侧上均具有一个滑动楔形衬套。第二对滑动楔形衬套98被定位在下护套50的向外位置处，并且通过延伸穿过第二滑动楔形衬套98且横向穿过下护套50的螺栓100而彼此联接。下护套50中的锥形轨道槽90用作接纳滑动楔形衬套94、98的接纳接口(receiving interface，接纳界面)，并为上护套48和下护套50提供引导，以在收纳操作期间相对于柱安装支架70平移。

如在图4A和图4B中所示，倾斜支架82借助径向枢转特征部102而相对于柱安装支架70按位置被固定。特别地，枢转螺钉102与倾斜支架82中的孔106配合(图3)。孔106与柱安装支架70对齐。在所示实施例中，第二对滑动楔形衬套98位于第一对滑动楔形衬套94的前方。销或其他定位特征部104将第二对滑动楔形衬套98中的每一个联接到柱安装支架70，如在图4A和图4B中所示。

在一些实施例中，第一滑动楔形衬套94和第二滑动楔形衬套98在被驱策到下护套50上的锥形轨道槽90中时围绕与其关联的螺栓或螺母收缩，从而使接合部解锁(de-lashing)。

本文公开的实施例提供一种可收纳式转向柱组件44，其在正常驾驶操作期间将占用空间(footprint、占地面积)的最前位置移离防火墙，从而在阻障事件期间为交通工具能量吸收创造了额外的空间。所公开的实施例允许长位移的深度收纳功能，且同时与其他的柱设计(诸如三层护套设计)相比在相同的收纳位移下最小化了占用空间的尺寸。

虽然仅结合有限数量的实施例详细描述了本发明，但容易理解的是，本发明不受限于这些公开的实施例。而是，本发明可以被修改为包含虽在此前未描述但与本发明的构思和范围相称的任何数量的变化、改变、替换或等同布置。另外，虽然已经描述了本发明的各种实施例，但应当理解的是，本发明的多个方面可以仅包括所描述的实施例中的某一些。此外，任何一个实施例的任何特征、元件、部件或优点可以适用于任何其他实施例。因此，本发明不应被视为受到前文描述的限制。

Claims (16)

1.一种能轴向调节的转向柱组件，包括：

上护套；

下护套，其中所述上护套被接纳在所述下护套内，并且能在所述下护套中伸缩调节，其中所述下护套限定一对锥形轨道槽，所述锥形轨道槽各自被设置在所述下护套的相对两侧上，并且沿着所述下护套纵向延伸；

柱安装支架，其中所述下护套被操作性地联接到所述柱安装支架并且能相对于所述柱安装支架平移；

第一对滑动楔形衬套，其中所述第一对滑动楔形衬套中的每一个被设置在该对锥形轨道槽中的相应一个内；

第一螺栓，其中所述第一螺栓延伸穿过所述第一对滑动楔形衬套，并将所述第一对滑动楔形衬套操作性地联接到所述下护套；

第一致动器，被操作性地联接到所述上护套，以控制所述上护套相对于所述下护套的伸缩调节；以及

第二致动器，被操作性地联接到所述下护套，以控制所述下护套相对于所述柱安装支架的平移调节。

2.根据权利要求1所述的能轴向调节的转向柱组件，还包括手轮反馈致动器壳体，所述手轮反馈致动器壳体被操作性地联接到所述下护套，其中所述手轮反馈致动器壳体连同所述下护套相对于所述柱安装支架平移。

3.根据权利要求2所述的能轴向调节的转向柱组件，其中所述手轮反馈致动器壳体在所述下护套的前部位置被操作性地联接到所述下护套。

4.根据权利要求1所述的能轴向调节的转向柱组件，还包括：

第二对滑动楔形衬套，其中所述第二对滑动楔形衬套中的每一个被设置在该对锥形轨道槽中的相应一个内；

第二螺栓，其中所述第二螺栓延伸穿过所述第二对滑动楔形衬套，并将所述第二对滑动楔形衬套操作性地联接到所述下护套。

5.根据权利要求4所述的能轴向调节的转向柱组件，还包括倾斜支架，所述倾斜支架被操作性地联接到所述下护套，其中所述第一对滑动楔形衬套中的每一个均借助所述第一螺栓而固定到所述倾斜支架。

6.根据权利要求5所述的能轴向调节的转向柱组件，其中所述倾斜支架包括一对支腿，其中每个所述支腿被定位在所述第一对滑动楔形衬套的横向外侧。

7.根据权利要求5所述的能轴向调节的转向柱组件，其中所述第二对滑动楔形衬套被轴向定位在所述第一对滑动楔形衬套的前方。

8.根据权利要求4所述的能轴向调节的转向柱组件，其中所述第一对滑动楔形衬套中的每一个均借助所述第一螺栓而直接螺接到所述下护套。

9.根据权利要求1所述的能轴向调节的转向柱组件，其中所述第一致动器在轴向调节的第一范围内控制所述转向柱组件的运动，其中所述第一致动器和所述第二致动器同时操作以在轴向调节的第二范围内控制所述转向柱组件的运动，其中所述轴向调节的第二范围是所述转向柱组件的收纳范围。

10.一种能轴向调节的转向柱组件，包括：

上护套；

下护套，其中所述上护套被接纳在所述下护套内，并且所述上护套能在所述下护套中伸缩调节，其中所述下护套限定一对锥形轨道槽，所述锥形轨道槽各自被设置在所述下护套的相对两侧上，并且沿着所述下护套纵向延伸；

柱安装支架，其中所述下护套被操作性地联接到所述柱安装支架并且能相对于所述柱安装支架平移；

第一对滑动楔形衬套，其中所述第一对滑动楔形衬套中的每一个被设置在该对锥形轨道槽中的相应一个内；

第一螺栓，其中所述第一螺栓延伸穿过所述第一对滑动楔形衬套，并将所述第一对滑动楔形衬套操作性地联接到所述下护套；

第二对滑动楔形衬套，其中所述第二对滑动楔形衬套中的每一个被设置在该对锥形轨道槽中的相应一个内；

第二螺栓，其中所述第二螺栓延伸穿过所述第二对滑动楔形衬套，并将所述第二对滑动楔形衬套操作性地联接到所述下护套；

第一致动器，被操作性地联接到所述上护套，以控制所述上护套相对于所述下护套的伸缩调节；

第二致动器，被操作性地联接到所述下护套，以控制所述下护套相对于所述柱安装支架的平移调节；

手轮反馈致动器壳体，被操作性地联接到所述下护套，其中所述手轮反馈致动器壳体连同所述下护套相对于所述柱安装支架平移。

11.根据权利要求10所述的能轴向调节的转向柱组件，其中所述手轮反馈致动器壳体在所述下护套的前部位置被操作性地联接到所述下护套。

12.根据权利要求10所述的能轴向调节的转向柱组件，还包括倾斜支架，所述倾斜支架被操作性地联接到所述下护套，其中所述第一对滑动楔形衬套中的每一个均借助所述第一螺栓而固定到所述倾斜支架。

13.根据权利要求12所述的能轴向调节的转向柱组件，其中所述倾斜支架包括一对支腿，其中每个所述支腿均被定位在所述第一对滑动楔形衬套的横向外侧。

14.根据权利要求13所述的能轴向调节的转向柱组件，其中所述第二对滑动楔形衬套被轴向定位在所述第一对滑动楔形衬套的前方。

15.根据权利要求10所述的能轴向调节的转向柱组件，其中所述第一对滑动楔形衬套中的每一个均借助所述第一螺栓而直接螺接到所述下护套。

16.根据权利要求10所述的能轴向调节的转向柱组件，其中所述第一致动器在轴向调节的第一范围内控制所述转向柱组件的运动，其中所述第一致动器和所述第二致动器同时操作以在轴向调节的第二范围内控制所述转向柱组件的运动，其中所述轴向调节的第二范围是所述转向柱组件的收纳范围。