CN219573322U - 转向器齿条力检测装置和转向器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及转向器齿条力检测装置和转向器。所述转向器齿条力检测装置包括：激励部分，其与所述转向器中的连接杆相邻布置并产生磁场，所述连接杆与所述转向器中的齿轮齿条机构的齿条相连；接收部分，其布置在所述连接杆上，并设置成基于所述磁场作用形成与所述连接杆上的当前作用力相对应的电输出信号，用于检测确定转向器齿条力的特征。本转向器齿条力检测装置具有构造简单、安装和检测操作方便，并且使用寿命长等特点。

Description

转向器齿条力检测装置和转向器

技术领域

本实用新型涉及助力转向系统，尤其涉及到转向器齿条力检测装置和转向器。

背景技术

目前，在车辆等装置上已经广泛安装了各种类型的转向器用来帮助用户实现转向操作，并且现有技术已经提供了许多技术方案对转向器工作时的转向柱扭矩等进行检测。

然而，对于配置了齿轮齿条机构的转向器来讲，目前还缺乏针对其中的齿条力情况进行直接检测的有效手段，例如现有技术方案基本上采用间接法来计算出齿条力，这些方式存在着算法复杂难度大、检测结果精度不佳、大多只关注于齿条力大小等问题。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提供了转向器齿条力检测装置和转向器，从而有效解决或缓解了现有技术中存在的上述问题和其他方面的问题中的一个或多个。

根据本实用新型的一个方面，首先提供了一种转向器齿条力检测装置，包括：

激励部分，其与所述转向器中的连接杆相邻布置并产生磁场，所述连接杆与所述转向器中的齿轮齿条机构的齿条相连；

接收部分，其布置在所述连接杆上，并设置成基于所述磁场作用形成与所述连接杆上的当前作用力相对应的电输出信号，用于检测确定转向器齿条力的特征。

在根据本实用新型的转向器齿条力检测装置中，可选地，所述接收部分包括第一线圈，所述第一线圈绕设在所述连接杆的预设区段上，所述预设区段位于所述磁场的覆盖区域内，所述激励部分包括第二线圈和由导磁材料制成的导向部件，所述第二线圈绕设在所述导向部件上并且在通电后产生所述磁场。

在根据本实用新型的转向器齿条力检测装置中，可选地，所述导向部件具有第一突伸部、第二突伸部和中间部，所述第一突伸部和所述第二突伸部朝向所述预设区段突伸，所述中间部与所述第一突伸部和所述第二突伸部相连并且位于二者之间，所述第二线圈绕设在所述中间部上。

在根据本实用新型的转向器齿条力检测装置中，可选地，所述第一突伸部和所述第二突伸部相对于所述中间部对称布置，并且所述第一突伸部和所述第二突伸部均与所述连接杆的轴线方向相垂直。

在根据本实用新型的转向器齿条力检测装置中，可选地，所述第一突伸部和所述第二突伸部沿着所述轴线方向在所述连接杆上形成投影区段，所述投影区段与所述预设区段至少部分重合。

在根据本实用新型的转向器齿条力检测装置中，可选地，所述转向器齿条力检测装置包括处理部分，其与所述接收部分和所述激励部分相连，并且设置成控制所述激励部分产生磁场，并且对由所述接收部分形成的电输出信号进行处理以确定转向器齿条力的大小和/或方向。

在根据本实用新型的转向器齿条力检测装置中，可选地，所述处理部分设置在PCB板上，并且所述PCB板、所述接收部分和所述激励部分一起装设在同一壳体中，或者所述处理部分设置在所述转向器的控制部件中，所述控制部件包括电机ECU。

在根据本实用新型的转向器齿条力检测装置中，可选地，所述转向器齿条力检测装置包括壳体，所述壳体具有能拆卸的第一壳部和第二壳部，所述第一壳部和所述第二壳部套装于所述连接杆上并形成内腔，所述接收部分和所述激励部分被容纳在所述内腔中。

在根据本实用新型的转向器齿条力检测装置中，可选地，所述转向器齿条力检测装置包括密封件，其设置成用于对所述壳体与所述连接杆之间接触处形成密封，所述密封件包括至少一个O型圈，所述O型圈布置在所述接收部分)在所述连接杆上安装就位后的端部位置处。

其次，根据本实用新型的另一方面，还提供了一种转向器，包括：

齿轮齿条机构，其具有相互啮合的齿轮和齿条；

连接杆，其与所述齿条相连；以及

如以上任一项所述的转向器齿条力检测装置，其装设在所述连接杆上。

采用本实用新型装置，能够非常方便、准确且高效地对转向器中的齿条力进行直接检测，从而获得齿条力大小、方向等特征，以便用来更好地控制转向器操作。本转向器齿条力检测装置具有构造简单、安装和检测操作方便，并且使用寿命长等特点，在使用时可以将本装置直接安装到现有的转向器上而无需修改转向器结构。本实用新型非常适用于车辆上的转向系统，例如线控转向系统。

附图说明

以下将结合附图和实施例来对本实用新型的技术方案作进一步的详细描述，但是这些附图只是出于解释目的而设计的，仅意在概念性地说明此处的结构构造，而不必要依比例进行绘制。

图1是具有齿轮齿条机构的转向器示例在一个应用场景下的结构示意图，其中同时示出了与该转向器示例相连的车辆方向盘。

图2是将一个根据本实用新型的转向器齿条力检测装置实施例安装到图1中的转向器示例上时的局部立体结构示意图。

图3是将图2所示的转向器齿条力检测装置实施例的一部分壳体拆卸后的立体结构示意图。

图4是将图2所示的转向器齿条力检测装置实施例中的第一线圈绕设在转向器示例中的齿条杆上的立体结构示意图。

图5和图6分别是图2所示的转向器齿条力检测装置实施例中的第一壳部和第二壳部的立体结构示意图。

图7是将一个根据本实用新型的转向器齿条力检测装置实施例安装用于一个车辆线控转向系统示例时的应用场景示意图。

具体实施方式

首先，需要说明的是，以下将以示例方式来具体说明本实用新型的转向器齿条力检测装置和转向器的结构组成、特点和优点等，然而所有描述仅是用来进行说明而不构成对本实用新型的任何限制。

在本文中，技术术语“第一”、“第二”仅是用于进行区分性表述目的而无意于表示它们的顺序以及相对重要性，技术术语“连接”意味着特定部件直接连接至另一部件和/或间接连接至另一部件，技术术语“右”、“左”、“上”、“下”、“内”、“外”及其派生词等应联系附图中的定向，除非明确指出以外，本实用新型可采取多种替代定向。此外，为了简化图面起见，相同或相类似的零部件和特征在同一附图中可能仅在一处或若干处标示。

参考图1，在该图中示出了将一个转向器与车辆方向盘安装连接后的大致情况，其中该转向器示例设置有齿轮齿条机构，该齿轮齿条机构中的齿条1和齿轮2相互啮合，用于在转向操作过程中传递动力。具体来讲，齿轮2可通过转向管柱3与车辆方向盘4连接，可将齿条1设置在齿条杆7上并且分别与左、右拉杆5相连，并且左、右拉杆5经由各自的输出轴6分别连接到车辆的左、右车轮。如图1所示，当操作车辆方向盘4沿着顺时针或逆时针方向旋转时，将在齿条1和齿轮2之间形成相应的向左或向右方向的齿条力F，进而可以促使相应的输出轴6驱动相应的车轮进行转向运动，以上情形在图1中已借助不同的箭头方向进行了示意性表示。

通过将本实用新型提供的转向器齿条力检测装置安装到转向器上，例如将其装设在齿条杆7和/或左(右)拉杆5上，就可以直接检测出转向器中的齿条力F的特征，例如作用力的大小(例如为零值时表示没有产生齿条力)、方向(形成推力或拉力)等。作为示范性说明，在图2至图6中给出了将一个转向器齿条力检测装置实施例直接安装在齿条杆7上时的具体构造和安装布置等情况，下面将结合该实施例对本实用新型进行详细说明。

结合参考附图2-6，在该转向器齿条力检测装置实施例中，可以设置接收部分10、激励部分20、处理部分30、壳体40和密封件50。其中，可以将接收部分10装设在齿条杆7上，并通过它用来接收由激励部分20产生的磁场作用，在图3中已使用附图标记M并且采用简单绘示方式示意性地阐释了上述磁场。在具体应用时，激励部分20可采用磁性部件(如永磁体)来实现，或者也可采用电子线圈并进行通电(如采用交流电等)来产生磁场M。

作为示例说明，在本实施例中显示了可通过提供第一线圈11并将其绕设在齿条杆7的预设区段8上，以此来具体实施接收部分10。可以根据应用需求情况，将齿条杆7上的合适位置选择作为预设区段8，例如可将其选择为齿条杆7上的相对靠近于左(右)拉杆5的端部位置处。

当齿条杆7上的齿条力F发生特征变化时，例如作用力大小或方向等发生了改变，那么根据压磁效应(Piezomagnetic effect)会导致齿条杆7的磁传导能力将会随之改变，例如当齿条力F在第一方向上发生大小改变时将引起磁传导能力的相应强弱变化，当在与第一方向相反的第二方向上发生大小改变时将引起磁传导能力表现出与以上情形相反的强弱变化，并由此能表征出齿条力F的方向变化。由于齿条杆7的磁传导能力会随着齿条力F的特征改变而变化，而这种变化会对布置在齿条杆7上的接收部分10在磁场M作用下所形成的电输出信号造成相应的影响因此根据接收部分10的电输出信号，可以用来检测确定齿条力F的特征。

例如图3所示，作为示例说明，可以将激励部分20设置成具有第二线圈21和导向部件22，并且可以使得它们的至少一部分处于磁场M的覆盖区域内。例如，导向部件22可以采用诸如球墨铸铁、硅钢等任何合适的导磁材料来制成，并且可将它构造成具有第一突伸部221、第二突伸部222以及位于它们之间的中间部223，可以将第二线圈21绕设在中间部223上(该线圈的绕设圈数、间距、导线直径等可按需配置)，通过使第一突伸部221和第二突伸部222朝向齿条杆7上的预设区段8进行突伸，以便促使有利于引导磁场M的磁力线穿过这些突伸部并到达齿条杆7，从而能够更好地在第一线圈11中产生电磁感应作用。如前所述，当接收部分10在磁场M作用下并且由于齿条力F发生特征变化导致齿条杆7的磁传导能力改变而受到影响时，那么第一线圈11将会对以上变化形成响应从而形成相对应的电输出信号，通过获得并分析处理该电输出信号就可以检测确定当前的齿条力F的特征，例如作用力大小和/或方向等，以便根据所检测得到的齿条力F当前状况用来对转向器进行更佳的操作控制。

由接收部分10提供的电输出信号通常可以采用电压信号形式，例如通过当前电压的数值大小、电压的正负特性来分别对应当前齿条力F的大小、方向等。针对具体的转向器产品，可以对其在应用场景环境下进行相应试验测试，以便获取齿条力-电压的对应关系数据，然后将此类数据作为参照标准应用到检测分析处理操作。应当理解，本实用新型允许上述电输出信号单独地或者结合采用诸如电流、电压、电阻等任何适宜的形式。

继续参考图3，作为可选情形，可以将第一突伸部221和第二突伸部222相对于中间部223构造形成对称布置，以便有利于制造、安装布置和导磁等方面。此外，还可以将第一突伸部221和第二突伸部222可选地平行布置且都垂直于齿条杆7的轴线L的方向，并且使得它们在齿条杆7上的相应投影区段与预设区段8完全重合或者部分地重合，例如使得投影区段覆盖并超出预设区段8，从而有利于更好地引导磁场M的磁力线集中作用在第一线圈11和齿条杆7上产生检测信号，从而能对齿条力F的变化做出更加灵敏且准确的响应。

在图3所示的实施例中设置有处理部分30，它与接收部分10和激励部分20进行连接，通过它可以用来控制激励部分20来产生磁场M，并对由接收部分10产生的输出信号进行处理以确定转向器齿条力F的特性，例如作用力的大小和/或方向等。该处理部分30可以采用任何可能的芯片、处理器或单元等元器件来实现，在具体应用时可以将这个或这些元器件设置在PCB(Printed Circuit Board)板上，然后通过固定件9(如橡胶塞、螺钉等)将PCB板在所期望的安装位置处固定就位，例如可将它与接收部分10和激励部分20一起安装布置在同一个壳体中。

需要说明，在一个或一些实施方式下，可以不必在转向器齿条力检测装置中布置处理部分30，例如可以将这部分功能设置在转向器中的其他控制器件中。举例而言，例如当使用电机助力转向器时，可以将处理部分30的相应功能直接设置在电机的ECU(ElectronicControl Unit)中，即可通过电线将接收部分10的电输出信号直接传送至该ECU进行分析处理。

接下来，请参考图2、图3、图5和图6，本转向器齿条力检测装置实施例中的壳体40具有可拆卸结构，即包括可操作组合的第一壳部41和第二壳部42，在将它们装配就位后将提供内腔43，可以将接收部分10和激励部分20安装布置在该内腔43中，壳体40和腔体43的具体尺寸大小、构造、壳体使用材料等方面允许根据实际应用需求情况进行灵活设计。

在装配时，可以将接收部分10的第一线圈11绕设在齿条杆7(该线圈的绕设圈数、间距、导线直径等可按需配置)，然后可以在合适位置处设置一个或多个密封件50，例如将一个或多个O型圈装设在接收部分10在齿条杆7上安装就位后的端部位置处，用来起到密封作用从而具有诸如防水、防尘等防护能力，这有利于检测装置的长期可靠使用；接着，可以将第一壳部41和第二壳部42套装到齿条杆7上，并且通过诸如螺钉、卡扣等任何一种或多种连接方式将它们安装固定在齿条杆7上上，从而完成转向器齿条力检测装置在转向器上的装配操作。

应当理解，以上只是以转向器中的齿条杆7作为举例说明，如果将本转向器齿条力检测装置安装到转向器中的左(右)拉杆5上也是可行的。无论齿条杆7，还是左(右)拉杆5，由于它们都是与齿条1形成直接或间接的连接关系，从而能够用作与齿条1相连的连接杆，因此经由安装在它们之上的检测装置用来对转向器中的齿条力F进行直接检测。还需要指出，在应用需要时，还可以将两个、三个或更多个转向器齿条力检测装置分别装设在此类连接杆当中的任何一个或多个上，以提供检测手段的多样性和适宜性，并且可以促使在转向器中的齿条力F的相应检测数据更加充分且精确。

在图7中还以示意方式简化示出了将一个根据本实用新型的转向器齿条力检测装置实施例安装应用于一个车辆线控转向系统(Steering By Wire System)示例时的大致情形。与图1中采用机械连接方式的转向机构不相同的是，在图7示例中可以将该转向器齿条力检测装置实施例配置在线控转向系统130中。对于线控转向系统130，它在车辆100的方向盘4与转向轮110和120之间没有采用机械连接而是通过线控部件140进行连接，然后可以通过向助力电机150发送电信号指令来实现对转向系统130的操控，该线控转向系统具有操作反应快、更加直接并且轻盈舒适等优点。在此类线控转向系统中，可以通过布置根据本实用新型的转向器齿条力检测装置用来检测当前齿条力的大小、方向等特征。

根据本实用新型的技术方案，进一步提供了转向器。在本转向器中设置有具有相互啮合传动的齿轮和齿条的齿轮齿条机构，并且同时配置了由本实用新型设计提供的转向器齿条力检测装置，在不同应用场合下可以按需将一个或多个转向器齿条力检测装置装设到与上述齿条相连的连接杆上的合适位置处，例如安装到如前所述的齿条杆和/或左(右)转向连杆上，从而能够非常方便、准确地直接检测得到当前的齿条力的大小、方向等特征，以便及时掌握转向器的工作状况，然后通过转向器在诸如车辆等应用系统中实施所期望的控制操作。

以上仅以举例方式来详细阐明根据本实用新型的转向器齿条力检测装置和转向器，这些个例仅供说明本实用新型的原理及其实施方式之用，而非对本实用新型的限制，在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下，本领域技术人员还可以做出各种变形和改进。因此，所有等同的技术方案均应属于本实用新型的范畴并为本实用新型的各项权利要求所限定。

Claims (10)

1.一种转向器齿条力检测装置，其特征在于，包括：

激励部分(20)，其与所述转向器中的连接杆相邻布置并产生磁场(M)，所述连接杆与所述转向器中的齿轮齿条机构的齿条(1)相连；

接收部分(10)，其布置在所述连接杆上，并设置成基于所述磁场(M)作用形成与所述连接杆上的当前作用力相对应的电输出信号，用于检测确定转向器齿条力(F)的特征。

2.根据权利要求1所述的转向器齿条力检测装置，其中，所述接收部分(10)包括第一线圈(11)，所述第一线圈(11)绕设在所述连接杆的预设区段(8)上，所述预设区段(8)位于所述磁场(M)的覆盖区域内，所述激励部分(20)包括第二线圈(21)和由导磁材料制成的导向部件(22)，所述第二线圈(21)绕设在所述导向部件(22)上并且在通电后产生所述磁场(M)。

3.根据权利要求2所述的转向器齿条力检测装置，其中，所述导向部件(22)具有第一突伸部(221)、第二突伸部(222)和中间部(223)，所述第一突伸部(221)和所述第二突伸部(222)朝向所述预设区段(8)突伸，所述中间部(223)与所述第一突伸部(221)和所述第二突伸部(222)相连并且位于二者之间，所述第二线圈(21)绕设在所述中间部(223)上。

4.根据权利要求3所述的转向器齿条力检测装置，其中，所述第一突伸部(221)和所述第二突伸部(222)相对于所述中间部(223)对称布置，并且所述第一突伸部(221)和所述第二突伸部(222)均与所述连接杆的轴线(L)方向相垂直。

5.根据权利要求4所述的转向器齿条力检测装置，其中，所述第一突伸部(221)和所述第二突伸部(222)沿着所述轴线(L)方向在所述连接杆上形成投影区段，所述投影区段与所述预设区段(8)至少部分重合。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的转向器齿条力检测装置，其中，所述转向器齿条力检测装置包括处理部分(30)，其与所述接收部分(10)和所述激励部分(20)相连，并且设置成控制所述激励部分(20)产生磁场(M)，并且对由所述接收部分(10)形成的电输出信号进行处理以确定转向器齿条力(F)的大小和/或方向。

7.根据权利要求6所述的转向器齿条力检测装置，其中，所述处理部分(30)设置在PCB板上，并且所述PCB板、所述接收部分(10)和所述激励部分(20)一起装设在同一壳体(40)中，或者所述处理部分(30)设置在所述转向器的控制部件中，所述控制部件包括电机ECU。

8.根据权利要求1-5中任一项所述的转向器齿条力检测装置，其中，所述转向器齿条力检测装置包括壳体(40)，所述壳体(40)具有能拆卸的第一壳部(41)和第二壳部(42)，所述第一壳部(41)和所述第二壳部(42)套装于所述连接杆上并形成内腔(43)，所述接收部分(10)和所述激励部分(20)被容纳在所述内腔(43)中。

9.根据权利要求8所述的转向器齿条力检测装置，其中，所述转向器齿条力检测装置包括密封件(50)，其设置成用于对所述壳体(40)与所述连接杆之间接触处形成密封，所述密封件(50)包括至少一个O型圈，所述O型圈布置在所述接收部分(10)在所述连接杆上安装就位后的端部位置处。

10.一种转向器，其特征在于，包括：

齿轮齿条机构，其具有相互啮合的齿条(1)和齿轮(2)；

连接杆，其与所述齿条(1)相连；以及

如权利要求1-9中任一项所述的转向器齿条力检测装置，其装设在所述连接杆上。