CN204567566U - 电子转向柱锁 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种电子转向柱锁，包括下壳体、与下壳体相固定连接的护罩，下壳体与护罩之间设置有电路板、锁舌、齿轮、马达，电路板上通过备锁弹簧导向固定连接有备锁弹簧，备锁弹簧与锁舌相连接，电路板上设置有解锁霍尔传感器、锁止霍尔传感器、微动开关马达供电接插件，下壳体开设有导向槽，锁舌滑动设置于导向槽内，齿轮通过转轴转动设置于下壳体上，齿轮上具有与锁舌上的圆柱面相啮合的圆柱凸轮曲面，齿轮上设置有磁铁，马达的输出轴上连接有蜗杆，齿轮上设置有斜齿轮，结构简单，减少零件数量，降低产品复杂度，从而降低成本，提高可靠性，实现轻量化，小型化。

Description

电子转向柱锁

技术领域

本实用新型涉及一种电子转向柱锁。

背景技术

  电子转向柱锁是替代传统机械转向柱锁的一种新型产品，其主要配合智能钥匙系统或者无钥匙启动系统使用。电子转向柱锁得主要功能是锁止和解锁转向管柱。在停车时，电子转向柱锁会伸出锁舌，锁止转向柱。而在车子启动前，电子转向柱锁会自动收回锁舌，解锁转向柱。在整个行车过程中电子转向柱锁必须始终保持解锁状态。

在行车过程中，如果电子转向柱锁的内部零件出现破坏，或内部机构出现故障，造成锁舌伸出进入转向管柱内，会导致方向盘锁死，直接危及驾驶员及乘客安全。为了防止这种事故的发生，电子转向柱锁内部对锁舌状态要有非常准确可靠的探测。另外，还需要有保险机构，在解锁状态下，阻止锁舌向锁止方向运动。

传统的设计方案如图1，图2及图3所示，但不仅限于此种设计。

件1：马达,驱动安装于其输出转轴上的蜗杆（件2）进行转动。

件2：蜗杆，安装于马达（件2）的输出转轴上，与齿轮（件3）的外齿啮合，将马达（件1）的高速转动转变为齿轮（件3）的低速旋转。

件3：齿轮，外齿与蜗杆（件2）啮合，受驱动进行旋转运动，内部有内螺纹，与滑块（件4）上的螺杆结构配合，通过自身转动，驱动滑块（件4）上下直线运动。

件4：滑块，上部螺杆结构与齿轮（件3）内的内螺纹配合，受驱动进行上下直线运动，并带动锁舌（件5），上下运动。其上包塑有磁铁（件4.1）。

件4.1：磁铁，当滑块（件4）向上运动到解锁位置时，磁铁（件4.1）会触发电路板（件9）上的解锁传感器（件9.1），当滑块（件4）向下运动到闭锁位置时，磁铁（件4.1）会触发电路板（件9）上的闭锁传感器（件9.2）。从而实现状态的判断。

件5：锁舌，安装于滑块（件4）上，受其驱动进行上下直线运动。向上为解锁运动，向下为闭锁运动。在其与滑块（件4）之间装有备锁弹簧（件8）。

件6：保险杆，装配在滑块（件4）下端，由解锁弹簧（件7）支撑，由滑块推动进行上下直线运动。其左侧臂插入锁舌（件5）上对应的槽中。防止锁舌因断裂向下坠落如管柱中。

件7：解锁弹簧，支撑在保险杆（件6）上，当滑块（件4）向下移动到闭锁位置时，会被压缩，并产生反向向上的推力。当滑块（件4）向上运动时，推力会帮助其克服阻力，从而提高解锁性能。

件8：备锁弹簧，安装于滑块（件4）与锁舌（件5）之间，实现二者的弹性连接，当滑块向下运动，而锁舌被外部零件挡住时，备锁弹簧（件8）会被压缩并产生推力。当外阻碍移除，这个推力会推动锁舌（件5）弹出。

件9：电路板，上有两个霍尔传感器，分别是解锁传感器（件9.1），和闭锁传感器（件9.2）。当滑块（件4）向上运动到解锁位置时，磁铁（件4.1）会触发解锁传感器（件9.1），当滑块（件4）向下运动到闭锁位置时，磁铁（件4.1）会触发闭锁传感器（件9.2）。从而实现状态的判断。

锁舌保险机构包含两个零件，保险杆（件6）及解锁弹簧（件7），为保证可靠性，保险杆材料为钢材，由冲压工艺成形（但不限于此材料及成形工艺）。

行车状态下，电子转向柱锁处于解锁状态，如图3所示，此时解锁弹簧（件7）处于压缩状态，能够提供大小40N，方向向上的力，这个力会支撑住保险杆（件6），使其不会向下移动。因此，当内部机构件发生破坏，保险杆（件6）会始终支撑住锁舌（件5），防止其落入转向管柱中，造成行车上锁。

上述方案中，锁止解锁动作的传动，用到了2个零件，分别是齿轮（件3）和滑块（件4）。锁止解锁探测的触发，使用了1个零件，滑块（件4），锁舌的保险功能要到了另外的两个零件，保险杆（件6）和解锁弹簧（件7）。辅助解锁功能使用了1个零件，解锁弹簧（件7）。整个系统为实现这四个功能，使用了4个零件。目前市场上其它方案的情况也类似，基本上都需要2到5个零件。个别方案零件数量少，但却又无法实现保险功能或者辅助解锁功能，为了达到安全性，需要提高机构零件的强度，成本无法降低。

现存方案都存在下列缺点：零件数量多，物料成本高，组装操作复杂，组装成本高。产品内部结构复杂，可靠性难以保证。难以缩小体积，降低重量。因此无法满足客户低成本，小型化，轻量化的要求。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术中存在的缺陷，提供一种电子转向柱锁，结构简单，减少零件数量，降低产品复杂度，从而降低成本，提高可靠性，实现轻量化，小型化。

为实现上述目的，本实用新型的技术方案是提供了一种电子转向柱锁，包括下壳体、与所述下壳体相固定连接的护罩，所述下壳体与所述护罩之间设置有电路板、锁舌、齿轮、马达，所述电路板上通过备锁弹簧导向固定连接有备锁弹簧，所述备锁弹簧与所述锁舌相连接且为其提供推力，所述电路板上设置有解锁霍尔传感器、锁止霍尔传感器、用于感应所述锁舌的微动开关、用于与所述马达的供电接口相连接的马达供电接插件，所述下壳体开设有导向槽，所述锁舌滑动设置于所述导向槽内，所述齿轮通过转轴转动设置于所述下壳体上，所述齿轮上具有与所述锁舌上的圆柱面相啮合的圆柱凸轮曲面，所述齿轮上设置有与所述解锁霍尔传感器以及所述锁止霍尔传感器相配合的磁铁，所述马达的输出轴上连接有蜗杆，所述齿轮上设置有与所述蜗杆相啮合的斜齿轮。

进一步改进的是：所述齿轮外圆柱面上设置有用于在解锁状态下支撑所述锁舌的凸缘，可以防止锁舌因上端薄弱区域断裂，而进入转向管柱中。

进一步改进的是：所述齿轮与所述下壳体之间设置有防止所述齿轮和所述锁舌意外进入锁止状态的安全扭簧。

进一步改进的是：所述下壳体上滑动设置有能够锁住所述锁舌的防盗挡块，所述防盗挡块与所述下壳体之间设置有防盗弹簧。

进一步改进的是：所述转轴包括上圆柱段、下圆柱段、位于上圆柱段与下圆柱段之间的圆锥段，所述上圆柱段以及所述下圆柱段与所述齿轮上的轴孔相配合，所述圆锥段的尺寸小于所述轴孔尺寸。

进一步改进的是：所述圆柱凸轮曲面展开曲线是为提高解锁性能专门优化的五阶连续多项式曲线。

本实用新型的优点和有益效果在于：只需要通过单个零件齿轮，就能够实现了锁止解锁的传动，锁止解锁探测的触发，以及对锁舌的保险功能，最大程度的降低了零件的数量，物料成本和组装成本，零件数量降低，系统简化，可靠性也进一步提高。

附图说明

图1为现有技术示意图一；

图2为现有技术示意图二；

图3为现有技术示意图三；

图4为本实用新型分解图；

图5为电路板示意图；

图6为解锁状态剖视图；

图7为锁止状态剖视图；

图8为马达、齿轮以及锁舌连接示意图。

其中：1、护罩；2、螺钉；3、备锁弹簧；4、备锁弹簧导向；5、电路板；5.1、解锁霍尔传感器；5.2、锁止霍尔传感器；5.3、微动开关；5.4、马达供电接插件；6、锁舌；7、齿轮螺钉；8、齿轮；8.1、 磁铁；8.2、齿轮本体；9、马达固定罩；10、马达蜗杆组件；10.1、蜗杆；10.2、马达；11、安全扭簧；12、下壳体；13、卷皮销；14、防盗弹簧；15、防盗挡块。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本实用新型的技术方案，而不能以此来限制本实用新型的保护范围。

如图4-图8所示，一种电子转向柱锁，包括下壳体12、与所述下壳体12相固定连接的护罩1，所述下壳体12与所述护罩1之间设置有电路板5、锁舌6、齿轮8、马达10.2，所述电路板5上通过备锁弹簧导向4固定连接有备锁弹簧3，所述备锁弹簧3与所述锁舌6相连接且为其提供推力，所述电路板5上设置有解锁霍尔传感器5.1、锁止霍尔传感器5.2、用于感应所述锁舌6的微动开关5.3、用于与所述马达10.2的供电接口相连接的马达10.2供电接插件5.4，所述齿壳体开设有导向槽，所述锁舌6滑动设置于所述导向槽内，齿轮8包括齿轮本体8.2，所述齿轮本体8.2通过转轴转动设置于所述下壳体12上，所述齿轮本体8.2上具有与所述锁舌6上的圆柱面相啮合的圆柱凸轮曲面，所述齿轮本体8.2上设置有与所述解锁霍尔传感器5.1以及所述锁止霍尔传感器5.2相配合的磁铁8.1，所述马达10.2的输出轴上连接有蜗杆10.1，所述齿轮本体8.2上设置有与所述蜗杆10.1相啮合的斜齿轮8。

各部件连接关系以及工作原理说明：

护罩1，保护整个内部机构和零件，通过卷皮销13固定在下壳体12上。

螺钉2，固定电路板5及马达固定罩9至下壳体12上。

备锁弹簧3，提供推力给锁舌6，保证锁止时锁舌6能够伸出，装配在锁舌6上，通过备锁弹簧导向4，支撑在护罩1上。

备锁弹簧导向4，工作过程中，为备锁弹簧3提供导向。装配过程中可以辅助固定备锁弹簧3，装配在电路板5上，上部由护罩1压住。

电路板5，负责与整车通信，逻辑判断，驱动马达10.2，探测解锁锁止状态等电子功能，通过螺钉2固定在下壳体12上，其上有下列电子元器件：

解锁霍尔传感器5.1，探测解锁状态，当齿轮8运动到解锁位置时，其上的磁铁8.1会触发解锁传感器，实现解锁状态的判断；

锁止霍尔传感器5.2，探测锁止状态，当齿轮8运动到锁止位置时，其上的磁铁8.1会触发锁止传感器，实现锁止状态的判断；

微动开关5.3，对锁舌6进行直接实时的探测，当锁舌6向上运动到解锁位置时，会触发此微动开关5.3，从而实现对锁舌6的直接探测，行车过程中，电路板5会实时监测微动开关5.3的状态；

马达10.2供电接插件5.4，为马达10.2供电，供电针脚插入到马达10.2的供电接口中。

锁舌6，锁止和解锁转向管柱，安装于下壳体12的导向槽内，其上有圆柱销与齿轮8上圆柱凸轮曲面相啮合，齿轮8转动时，会驱动其上下直线运动，而从实现解锁和锁止，当其到达解锁位置时，会触发电路板5上的微动开关5.3，当到达锁止位置时，锁舌6会释放微动开关5.3。

齿轮螺钉72，将齿轮8固定到下壳体12的转轴上，阻止齿轮8在轴向脱离转轴。

齿轮8，将蜗杆10.1的高速转动转化为自身的低速转动；驱动锁舌6进行解锁和锁止动作，并在解锁时为其提供保险；触发解锁和上锁状态的探测，其装配在下壳体12的转轴上，由齿轮螺钉72固定，其上的斜齿轮8与蜗杆10.1啮合，形成蜗杆10.1蜗轮副，受蜗杆10.1驱动，可以围绕转轴自由转动，其上的圆柱凸轮曲面与锁舌6上的圆柱面啮合，驱动锁舌6上下直线运动，实现解锁和锁止，齿轮8外圆柱面上的凸缘，在解锁过程中会进入锁舌6下方，将其支撑住，防止其因上部结构断裂掉入管柱中。从而起到保险作用如果解锁过程中，锁舌6因任何失效原因，没有能够回到解锁位置，凸缘会与其发生干涉，阻止齿轮8转动到解锁位置，从而使之无法触发解锁霍尔传感器5.1，电路板5会诊断出无法完成解锁，从而发出警报，当其转动到解锁位置时，其上的磁铁8.1将触发电路板5上的解锁霍尔传感器5.1，当其转动到锁止位置时，相应会触发锁止霍尔传感器5.2。

马达固定罩9，将马达10.2固定到下壳体12上。由螺钉2固定到下壳体12上，其压住马达10.2蜗杆10.1总成，使之与下壳体12相对位置固定。

马达蜗杆组件10，驱动齿轮8转动，由马达固定罩9压住，马达10.2固定在下壳体12上，蜗杆10.1固定在马达10.2的输出轴上，与齿轮8上的斜齿啮合，驱动齿轮8转动，电路板5上的马达10.2供电接插件5.4，插入到马达10.2的供电接口内，为其供电。

安全扭簧11，防止齿轮8和锁舌6意外进入锁止状态，装配在齿轮8内，上臂固定在齿轮8上，下臂固定在下壳体12上，其会在齿轮8和下壳体12之间施加扭矩，此扭矩与齿轮8解锁时的转动方向一致，齿轮8向锁止位置转动时，安全扭簧11的扭转角度增大，反向扭矩也相应增大，正常解锁过程中，此反向扭矩可以帮助解锁，提高解锁性能，如果蜗杆10.1和齿轮8的啮合出现破坏，或无法自锁，此扭矩会推动齿轮8回到解锁位置，防止锁舌6进入锁止位置，造成管柱的意外锁止。

下壳体12，为所有零件提供定位和安装点。

卷皮销13，将护罩1固定在下壳体12上。

防盗弹簧14，为防盗挡块15滑动提供推力，装配在防盗挡块15上的圆孔内，支撑在下壳体12。

防盗档块，特定情况下卡住锁舌6，防止锁舌6被拆除，装配在下壳体12的槽内，可在槽内滑动，正常状态下被护罩1挡住，当护罩1被拆解移除后，在防盗弹簧14的推动下，其会滑动被插入锁舌6上的槽内，卡住锁舌6，从而防止锁舌6被拆除，保持管柱锁止。

与现有技术相比，本实用新型所具有的优点和有益效果，例如性能的提高、成本的降低等。

第一，与现有方案相比，本设计方案只用了一个零件——齿轮8，就实现了锁止解锁的传动，锁止解锁探测的触发，及锁舌6的保险这三个功能。而传统设计需要至少两个以上的零件。

此设计最大限度的降低的零件的数量，从而降低了物料成本和组装成本。同时，由于结构简化，零件数量少，整个产品的可靠性也得到了提高。整个产品体积减小，重量减轻，满足了客户小型化，轻量化的要求。

第二，此设计方案，引入了安全扭簧11，其始终在齿轮8上施加一个与其解锁转动方向一致的扭矩，此扭矩使齿轮8始终有回到解锁位置的趋势，如果没有安全扭簧11，一旦蜗杆10.1副失去自锁，或者蜗杆10.1或齿轮8的齿发生破坏，齿轮8将有可能转向锁止位置，导致转向管柱被意外锁死，造成安全事故，增加安全扭簧11之后，即使上述失效模式发生，齿轮8也只会转向解锁位置，回到解锁状态，从而防止意外上锁的发生，并且在正常解锁过程中，其提供的反向扭矩可以帮助解锁，提高解锁性能。

第三，此设计方案还对齿轮8上的圆柱凸轮曲面进行了优化，其展开曲线为五阶连续多项式曲线，可以确保运转过程中的速度，加速度变化平顺，减少冲击和噪音，整个曲线被分为了上下两个部分，下部分和上半部分，锁舌6的总行程为上下方向10mm，在下端5mm范围内，由凸轮曲面的下半部分驱动，此段行程中，锁舌6与管柱上的锁套处于啮合状态，存在较大的摩擦力，因此凸轮下半部分的斜率较小，可以提供较大的推力给锁舌6，保证其能够克服阻力，锁舌6行程上端5mm范围内，其与管柱锁套已经分离，故没有负载，摩擦力也非常小，相应的，凸轮曲面的上半部分的斜率较大，可以推动锁舌6以更快速度运动，快速完成解锁。这样的凸轮曲面设计，解决了解锁力和解锁响应时间之间的矛盾，既能够保证解锁力足够大，又能够确保解锁时间较短。产品的解锁性能得到了提高。

第四，此设计方案，还对齿轮8的约束和固定方式进行了优化，下壳体12上齿轮8的转轴被分为了3段，上下部分为圆柱面，与齿轮8上的轴孔配合，中间较大的一部分为圆锥面，与齿轮8轴孔并不接触。这样的设计一方面可以减小齿轮8和下壳体12之间的摩擦力，提高机械效率；另一方面，可以降低此转轴的压铸成型的难度，可以保证较高的尺寸精度。

齿轮8由齿轮螺钉72固定到下壳体12上，简单可靠。而传统设计中往往需要通过其它更为复杂的零件来约束和固定齿轮8。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (6)

1.一种电子转向柱锁，其特征在于：包括下壳体、与所述下壳体相固定连接的护罩，所述下壳体与所述护罩之间设置有电路板、锁舌、齿轮、马达，所述电路板上通过备锁弹簧导向固定连接有备锁弹簧，所述备锁弹簧与所述锁舌相连接且为其提供推力，所述电路板上设置有解锁霍尔传感器、锁止霍尔传感器、用于感应所述锁舌的微动开关、用于与所述马达的供电接口相连接的马达供电接插件，所述下壳体开设有导向槽，所述锁舌滑动设置于所述导向槽内，所述齿轮通过转轴转动设置于所述下壳体上，所述齿轮上具有与所述锁舌上的圆柱面相啮合的圆柱凸轮曲面，所述齿轮上设置有与所述解锁霍尔传感器以及所述锁止霍尔传感器相配合的磁铁，所述马达的输出轴上连接有蜗杆，所述齿轮上设置有与所述蜗杆相啮合的斜齿轮。

2.如权利要求1所述的电子转向柱锁，其特征在于：所述齿轮外圆柱面上设置有用于在解锁状态下支撑所述锁舌的凸缘。

3.如权利要求1所述的电子转向柱锁，其特征在于：所述齿轮与所述下壳体之间设置有防止所述齿轮和所述锁舌意外进入锁止状态的安全扭簧。

4.如权利要求1所述的电子转向柱锁，其特征在于：所述下壳体上滑动设置有能够锁住所述锁舌的防盗挡块，所述防盗挡块与所述下壳体之间设置有防盗弹簧。

5.如权利要求1所述的电子转向柱锁，其特征在于：所述转轴包括上圆柱段、下圆柱段、位于上圆柱段与下圆柱段之间的圆锥段，所述上圆柱段以及所述下圆柱段与所述齿轮上的轴孔相配合，所述圆锥段的尺寸小于所述轴孔尺寸。

6.如权利要求1所述的电子转向柱锁，其特征在于：所述圆柱凸轮曲面展开曲线为五阶连续多项式曲线。