用于线控式转向装置的可调节转向柱组件的制作方法

1.本公开总体上涉及用于机动车辆的线控式转向装置。更特别地，本公开涉及一种用于线控式转向装置的、能够调节轴向伸缩量和倾斜量的可调节转向柱组件。


背景技术：

2.如常规转向系统那样，用于机动车辆的线控式转向装置或转向系统通常具有转向柱组件，转向命令像通常一样通过手动旋转方向盘而输入至转向柱组件。方向盘的旋转引起转向柱轴的旋转，然而，转向柱轴并未经由中间轴和转向器机械地连接至将要被转向的车轮，而是经由旋转角度传感器或转矩传感器感测所输入的转向命令并且向转向致动器输出由此确定的电控制信号，该转向致动器借助于电动驱动器来实施车轮的相应转向。
3.为了适应驾驶员的位置，可调节转向柱组件是公知的，其通过调节转向柱的轴向长度和/或倾斜量使得方向盘更靠近或者远离使用者。传统上，可调节转向柱组件包括转向柱轴，转向柱轴通常通过花键齿和万向节叉中间轴将车辆的方向盘连接到转向齿条。转向柱轴可以是两部分式可伸缩调节的轴。转向柱轴通常由套管围绕，所述套管用于保护和支撑转向柱轴。
4.在现有设计中，套管通常包括上套管和下套管。上套管可以相对于下套管可伸缩地移动，以允许调节转向柱组件的长度。另外，上套管和下套管还可以一起上下移动以调节转向柱组件的倾斜量。
5.然而，在转向柱组件最大轴向长度一定的情况下，现有设计的可调节转向柱组件具有较小的轴向伸缩量(比如，其轴向长度仅能够从 600mm缩到520mm左右，因此最大伸缩量只有80mm)，这使得其难以满足当前机动车辆的发展需求。在最新的自动驾驶车辆的应用中，方向盘可以被收藏起来，这类车辆要求转向柱组件至少能够提供 200mm的伸缩量、甚至需要提供300mm的伸缩量。另外，现有设计的可调节转向柱组件还存在着结构复杂、调节不方便等缺陷。
6.因此，需要开发能够克服现有技术中的至少一个缺陷的、适用于线控式转向装置的新型转向柱组件。


技术实现要素：

7.本公开提供了一种用于线控式转向装置的可调节转向柱组件。所述可调节转向柱组件包括：上柱轴和下柱轴，所述上柱轴和所述下柱轴构造成能够相对于彼此轴向伸缩，其中，所述上柱轴和所述下柱轴均包括第一端和第二端，所述下柱轴的第一端插入到所述上柱轴的第二端中，且所述下柱轴的第二端连接至用于线控式转向装置的助力机构；围绕所述上柱轴和所述下柱轴的套管组件，所述套管组件包括第一套管、第二套管和第三套管，其中，所述第一套管套设在所述第二套管内并且能够相对于所述第二套管轴向伸缩，而所述第二套管套设在所述第三套管内并且能够相对于所述第三套管轴向伸缩；轴向驱动组件，所述轴向驱动组件包括轴向电机、第一螺杆、第二螺杆、和齿轮箱，所述齿轮箱包括齿轮机
构，所述齿轮机构在所述轴向电机的驱动下工作，以带动所述第一套管和所述第二套管轴向移动而调节所述可调节转向柱组件的轴向伸缩量；和倾斜驱动组件，所述倾斜驱动组件包括倾斜电机、第三螺杆和倾斜调节元件，所述倾斜电机构造成驱动所述第三螺杆旋转而驱动所述倾斜调节元件，以调节所述可调节转向柱组件的倾斜量。
8.根据本公开的一个实施例，所述轴向驱动组件布置在所述可调节转向柱组件的一侧，而所述倾斜驱动组件布置在所述可调节转向柱组件的下方。
9.根据本公开的一个实施例，所述助力机构包括双蜗杆，所述双蜗杆中的每根蜗杆均连接至一个电机，用于在驾驶员转动方向盘时向驾驶员提供扭矩反馈。
10.根据本公开的一个实施例，所述第一螺杆的一端可旋转地固定在所述第二套管上而另一端连接至所述齿轮机构，所述第二螺杆的两端均固定地设置在第三套管上，并且所述齿轮箱固定在所述第二套管上；其中，所述第一螺杆上套设有第一可轴向移动元件，所述第一可轴向移动元件与所述第一套管固定连接，并且所述第一可轴向移动元件在所述第一螺杆旋转时沿着所述第一螺杆轴向移动，从而带动所述第一套管轴向移动；并且其中，所述第二螺杆延伸穿过设置于所述齿轮箱中的可旋转元件，所述可旋转元件构造成在所述齿轮箱的齿轮机构的驱动下旋转，当所述可旋转元件旋转时，所述可旋转元件能够在所述第二螺杆上轴向移动并因此带动所述齿轮箱轴向移动，所述齿轮箱的轴向移动进而带动所述第二套管轴向移动。
11.根据本公开的一个实施例，所述第三螺杆上套设有第二可轴向移动元件，所述第三螺杆构造成在其旋转时经由所述第二可轴向移动元件来驱动所述倾斜调节元件。
12.根据本公开的一个实施例，所述倾斜调节元件包括彼此成角度的第一分支和第二分支，其中，所述第一分支与所述第二可轴向移动元件固定连接，而所述第二分支的内侧与所述第三套管的外壁滑动连接。
13.根据本公开的一个实施例，所述可调节转向柱组件还包括支架，所述支架可枢转地设置在所述可调节转向柱组件上，当所述倾斜调节元件的第二分支在所述第三套管的外壁上滑动时，所述可调节转向柱组件相对于所述支架的枢转轴线枢转而改变其倾斜量。
14.根据本公开的一个实施例，所述上柱轴的第一端经由第一轴承元件可旋转地固定至所述第一套管，而所述下柱轴的第二端经由第二轴承元件可旋转地固定至所述第三套管。
15.根据本公开的一个实施例，所述上柱轴构造成管状并且包括外径较大的第一区段和外径较小的第二区段，所述第二区段用于接收所述下柱轴，所述第二区段的内部通道中设置有键槽部分，所述键槽部分用于与设置于所述下柱轴的外周的花键部分配合使用。
16.根据本公开的一个实施例，所述上柱轴的所述第二区段的长度大于等于200mm。
17.根据本公开的一个实施例，所述上柱轴的键槽部分的长度仅为所述上柱轴的第二区段的长度的一部分，使得所述下柱轴的花键部分能够移动超过所述上柱轴的键槽部分而使所述花键部分和所述键槽部分不再彼此键合，以实现静默方向盘功能。
18.根据本公开的一个实施例，所述下柱轴的第二端设置有外螺纹部分，当所述下柱轴的第二端与所述助力机构连接时，所述外螺纹部分上套设有一螺母元件，所述助力机构包括传感器，所述传感器用于测量所述螺母元件在所述外螺纹部分上轴向移动的方向和距离，以判断所述下柱轴的旋转方向和旋转圈数。
19.要注意的是，针对一个实施例描述的本公开的各方面可以被包含到其它不同的实施例中，尽管没有针对所述其它不同的实施例进行具体描述。换言之，可以以任何方式和/或组合来组合所有实施例和/或组合任意实施例的特征，只要它们不相互矛盾即可。
附图说明
20.在结合附图阅读下文的具体实施方式后，将更好地理解本公开的多个方面，在附图中：
21.图1从第一侧示出了根据本公开的第一实施例的用于线控式转向装置的可调节转向柱组件的透视图；
22.图2从第二侧示出了根据本公开的第一实施例的用于线控式转向装置的可调节转向柱组件的透视图；
23.图3a和图3b分别示出了根据本公开的第一实施例的可调节转向柱组件的轴向驱动组件的正视图和侧视图；
24.图3c和图3d分别示出了轴向驱动组件沿着图3b中的a-a线和b-b获得的剖视图；
25.图4示出了根据本公开的第一实施例的用于线控式转向装置的可调节转向柱组件的剖视图；
26.图5示出了根据本公开的第一实施例的用于线控式转向装置的可调节转向柱组件的局部放大剖视图；
27.图6示出了根据本公开的第一实施例的上柱轴的剖视图；
28.图7示出了根据本公开的第一实施例的下柱轴的透视图。
29.应当理解的是，在所有附图中，相同的附图标记表示相同的元件。在附图中，清楚起见，某些特征的尺寸可以改变而未按比例绘制。
具体实施方式
30.以下将参照附图描述本公开，其中的附图示出了本公开的若干实施例。然而应当理解的是，本公开可以以多种不同的方式呈现出来，并不局限于下文描述的实施例；事实上，下文描述的实施例旨在使本公开的公开内容更为完整，并向本领域技术人员充分说明本公开的保护范围。还应当理解的是，本文公开的实施例能够以各种方式进行组合，从而提供更多额外的实施例。
31.应当理解的是，说明书中的用辞仅用于描述特定的实施例，并不旨在限定本公开。说明书使用的所有术语(包括技术术语和科学术语) 除非另外定义，均具有本领域技术人员通常理解的含义。为简明和/ 或清楚起见，公知的功能或结构可以不再详细说明。
32.说明书使用的单数形式“一”、“所述”和“该”除非清楚指明，均包含复数形式。说明书使用的用辞“包括”、“包含”和“含有”表示存在所声称的特征，但并不排斥存在一个或多个其它特征。说明书使用的用辞“和/或”包括相关列出项中的一个或多个的任意和全部组合。
33.在说明书中，称一个元件位于另一元件“上”、“附接”至另一元件、“连接”至另一元件、“联接”至另一元件、或“接触”另一元件等时，该元件可以直接位于另一元件上、附接至另一元件、连接至另一元件、联接至另一元件或接触另一元件，或者可以存在中间元件。
34.在说明书中，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于便于说明而不旨在限定。任何由“第一”、“第二”、“第三”等表示的技术特征均是可互换的。
35.在说明书中，诸如“上”、“下”、“前”、“后”、“顶”、“底”等的空间关系用辞可以说明一个特征与另一特征在附图中的关系。应当理解的是，空间关系用辞除了包含附图所示的方位之外，还包含装置在使用或操作中的不同方位。例如，在附图中的装置倒转时，原先描述为在其它特征“下方”的特征，此时可以描述为在其它特征的“上方”。装置还可以以其它方式定向(旋转90度或在其它方位)，此时将相应地解释相对空间关系。
36.参照图1至图7，示出了根据本公开的第一实施例的用于线控式转向装置的可调节转向柱组件100。可调节转向柱组件100可包括两部件式转向柱轴。两部件式转向柱轴可以包括上柱轴101和下柱轴 102。上柱轴101的第一端103设置有连接部104，使得上柱轴101能够经由连接部104与车辆的方向盘连接。上柱轴101的第二端105构造成容纳下柱轴102的第一端106，使得上柱轴101和下柱轴102能够相对于彼此轴向伸缩，以调节转向柱轴的轴向长度。下柱轴102的第二端107可以连接至用于线控式转向装置的助力机构108。助力机构108用于在驾驶员转动方向盘时向驾驶员提供扭矩反馈，以模拟出类似于驾驶员操作常规转向系统时的感觉。
37.包括上柱轴101和下柱轴102的两部件式转向柱轴被套管组件所围绕。套管组件可以保护和支撑转向柱轴，并且还可以承载开关转置 (例如指示器杆和灯控制器等)。在根据本公开的实施例中，套管组件构造成三段式套管组件，其可以包括内套管或第一套管110、中套管或第二套管111、以及外套管或第三套管112。第一套管110可以套设在第二套管111内并且构造成能够相对于第二套管111轴向伸缩，而第二套管111可以套设在第三套管112内并且构造成能够相对于第三套管112轴向伸缩。在图2所示的实施例中，第三套管112被构造成半敞开式的并且放置于第二套管111的下方，因此，其可以仅围绕第二套管111的下半部分。
38.两部件式转向柱轴的上柱轴101可以经由靠近第一套管110的第一端113设置的第一轴承元件114可旋转地轴向固定至第一套管110，而下柱轴102可以经由靠近第三套管112的第二端115设置的第二轴承元件116可旋转地固定至第三套管112。因此，当第一套管110相对于第二套管111轴向伸缩并且第二套管111相对于第三套管113轴向伸缩时，上柱轴101能够在第一套管110的带动下相对于下柱轴102 轴向伸缩，从而能够调节转向柱组件100的轴向长度。与现有设计的两段式套管相比，根据本公开的三段式套管能够显著增大可调节转向柱组件100的轴向伸缩量(比如，可调节转向柱组件100的轴向长度可以从600mm缩回到400mm，从而具有高达200mm的轴向伸缩量)，从而能够满足当前新型车辆的需求。
39.参照图1、图3a至图3d，在根据本公开的实施例中，通过轴向驱动组件120来使第一套管110和第二套管111轴向移动。轴向驱动组件120可以包括轴向电机121、第一螺杆122、和第二螺杆(图中未示出)、和齿轮箱126。齿轮箱126可以包括齿轮机构127，齿轮机构127 可以在轴向电机121的驱动下而工作。第一螺杆122的一端可旋转地固定在第二套管111上、而另一端连接至齿轮机构127，使得第一螺杆122可以在轴向电机121的驱动下经由齿轮箱126的齿轮机构127 的带动而旋转。第二螺杆的至少一端可以固定地设置在第三套管112 上(比如，第二螺杆的两端均可以固定地设置在第三套管112上；或者第二螺杆的一端可以固定地设置在第三套管112上，而另一端可以固定地设置在其它框架上)。另外，齿轮箱126
固定在第二套管111上。
40.第一螺杆122上套设有第一可轴向移动元件124。第一可轴向移动元件124构造成与第一套管110固定连接并且其可以在第一螺杆 122旋转时沿着第一螺杆122轴向移动。第二螺杆延伸穿过设置于齿轮箱126中的可旋转元件125。如图3d所示，可旋转元件125可以构造成齿轮螺母，构造成齿轮螺母的可旋转元件125可以在齿轮箱126 中的齿轮机构127的驱动下旋转。当可旋转元件125旋转时，其可以在第二螺杆上轴向移动，并因此带动整个轴向驱动组件120以及第一螺杆122轴向移动。在进行轴向调节时，轴向电机121可以经由齿轮机构127驱动第一螺杆122和可旋转元件125旋转。第一螺杆122的旋转导致第一可轴向移动元件124在第一螺杆122上轴向移动，从而带动与第一可轴向移动元件124固定连接的第一套管110轴向移动。可旋转元件125的旋转导致其在第二螺杆上轴向移动，并因此带动整个齿轮箱126轴向移动。由于齿轮箱126固定在第二套管111上，因此第二套管111将在齿轮箱126的带动下轴向移动，从而实现轴向伸缩调节。这样，根据本公开的轴向调节组件120借助于单个轴向电机 121、第一螺杆122和第二螺杆，实现了第一套管110和第二套管111 的同时轴向伸缩。这样的设计可以显著增加可调节转向柱组件100轴向伸缩的速度，从而能够更快、更有效率地完成相应的操作。
41.参照图4，在根据本公开的实施例中，通过倾斜驱动组件130来使可调节转向柱组件100倾斜。倾斜驱动组件130可以包括倾斜电机 131、第三螺杆132和倾斜调节元件133。倾斜电机131可以经由固定元件117固定在第三套管112上，并且可以驱动第三螺杆132旋转。第三螺杆132上套设有第二可轴向移动元件134，当第三螺杆132旋转时，第二可轴向移动元件134能够在第三螺杆132上前后轴向移动。
42.倾斜调节元件133构造成包括彼此成角度的第一分支和第二分支。第一分支可以与第二可轴向移动元件134固定连接，而第二分支的内侧可以与第三套管112的外壁滑动连接，以使得第二分支能够相对于第三套管112的外壁滑动并因此调节其倾斜量。可调节转向柱组件100可以包括支架135。支架135可以可枢转地设置在可调节转向柱组件100上。当倾斜调节元件133的第二分支相对于第三套管112 的外壁滑动时，整个可调节转向柱组件100可以相对于支架135的枢转轴线枢转而改变其倾斜量。
43.在进行倾斜调节时，倾斜电机131驱动第三螺杆132旋转，使得第二可轴向移动元件134在第三螺杆132上轴向移动。第二可轴向移动元件134带动倾斜调节元件133的第一分支移动，从而带动第二分支相对于第三套管112的外壁滑动。由于第一分支和第二分支彼此成角度，第二分支的滑动将导致第三套管112枢转、并进一步导致整个可调节转向柱组件100围绕支架135的枢转轴线枢转，从而实现可调节转向柱组件100的倾斜调节。
44.借助于根据本公开的倾斜驱动组件130，能够对可调节转向柱组件100的倾斜量进行准确的调节。另外，由于倾斜调节元件133的独特结构和运动几何特征，根据本公开的倾斜驱动组件130能够根据实际需要布置在转向柱组件100的任意适当位置(比如，可以布置在可调节转向柱组件100的左侧、右侧、顶部或底部等)，因此具有更大的柔性和灵活性。在根据本公开的第一实施例中，轴向驱动组件120布置在可调节转向组件100的一侧，而倾斜驱动组件130布置在可调节转向柱组件100的下方，这有助于根据实际需要实现更好的空间布局。
45.参照图5，根据本公开的一个实施例，线控式转向装置的助力机构109构造成双蜗
杆式的。每根蜗杆均连接至一个电机，所述电机用于在驾驶员转动方向盘时向驾驶员提供扭矩反馈。双蜗杆式的助力机构109一方面能够采用两个更小体积的电机以节约布置空间，另一方面还可以确保在其中一个电机不能正常工作时利用另外一个电机向驾驶员提供力矩反馈。
46.参照图6以及图7，示出了根据本公开的一个实施例的上柱轴101 和下柱轴102的详细结构。如图6所示，上柱轴101可以构造成管状并且可以包括外径较大的第一区段150和外径较小的第二区段151。第二区段151用于接收下柱轴102，以允许上柱轴101能够相对于下柱轴102轴向伸缩。在上柱轴101的第二区段151的内部通道中可以设置有预定长度的键槽部分152。键槽部分152靠近上柱轴101的第二端105设置，并且其长度只占据第二区段151的长度的一部分。相应地，如图7所示，下柱轴102的第一端106的外周设置有预定长度的花键部分153。当下柱轴102的第一端106部分地插入到上柱轴101 的第二端105中时，花键部分153与键槽部分152可以彼此键合在一起，使得上柱轴101和下柱轴102能够相对于彼此轴向移动、但不能相对于彼此旋转，从而使得上柱轴101与下柱轴102能够一起跟随方向盘的转动而旋转。进一步地，当在收缩过程中使下柱轴102的第一端106进一步插入到上柱轴101的第二端105中时，下柱轴102的花键部分153能够移动超过上柱轴101的键槽部分152而使二者不再彼此键合，从而允许上柱轴101和下柱轴102能够相对于彼此旋转，以实现静默方向盘功能。另外，这在比如自动驾驶车辆的方向盘处于收缩状态下是有利的，此时，意外转动方向盘将不会导致下柱轴102旋转，从而也不会导致车辆的意外转向。
47.上柱轴101的第二区段151相对于现有产品构造成具有更大的长度(比如大于等于200mm、或者大于等于300mm)，以便能够容纳更长部分的下柱轴102，从而使得上柱轴101能够相对于下柱轴102实现更大的轴向伸缩量。
48.下柱轴102的第二端107设置有外螺纹部分154。当下柱轴102 的第二端107与助力机构109连接时，外螺纹部分154上套设有一螺母元件。当下柱轴102在上柱轴101的带动下旋转时，螺母元件能够根据下柱轴102的不同旋转方向在外螺纹部分154上沿着不同的方向轴向移动。在助力机构109中设置有传感器，所述传感器用于测量螺母元件在外螺纹部分154上轴向移动的方向和距离，从而根据螺母元件的移动方向来判断下柱轴102的旋转方向、并根据螺母元件的移动距离来判断下柱轴102的旋转圈数。助力机构109根据传感器的测量结果向转向致动器输出电控制信号，从而借助于转向致动器的电动驱动器来实施车轮的相应转向。
49.上文参照附图描述了根据本公开的示例性实施例。但是，本领域技术人员应当理解，在不脱离本公开的精神和范围的情况下，能够对本公开的示例性实施例进行多种变化和改变。所有变化和改变均包含在权利要求所限定的本公开的保护范围内。本公开由所附权利要求限定，并且这些权利要求的等同物也包含在内。