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CN111615482B - 用于使可操纵的车轮转向的装置 - Google Patents

用于使可操纵的车轮转向的装置 Download PDF

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CN111615482B CN201980009024.4A CN201980009024A CN111615482B CN 111615482 B CN111615482 B CN 111615482B CN 201980009024 A CN201980009024 A CN 201980009024A CN 111615482 B CN111615482 B CN 111615482B
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Abstract

本发明涉及一种用于使可操纵的车轮转向的装置，该装置包括：可旋转的轴，其可相对于车辆旋转以实现可操纵的车轮的转向运动；滚珠螺母组件，其与所述可旋转的轴的外螺纹部分连接，当所述可旋转的轴相对于滚珠螺母组件旋转时，所述滚珠螺母组件相对于所述可旋转的轴轴向地移动；转向构件，其连接到所述滚珠螺母组件和至少一个可操纵的车轮，所述转向构件能随着所述滚珠螺母组件相对于所述轴移动；和电动马达，其与可旋转的轴连接，操作该马达以使可旋转的轴相对于滚珠螺母组件旋转，以便使可操纵的车轮转向。

Description

用于使可操纵的车轮转向的装置
本发明要求了申请号为No.62/618949，申请日为2018年1月18日的在先美国专利申请的优先权，该在先申请的全部内容被引入到本发明中作为参考。
技术领域
本发明涉及一种用于使可操纵的车轮转向的装置，并且更具体地涉及一种用于使车辆的、特别是诸如重型卡车的商用车辆的可操纵的车轮转向的电动转向齿轮。
背景技术
已知的车辆转向装置包括转向构件，该转向构件可轴向移动以实现可操纵的车轮的转向运动。小齿轮与所述转向构件的齿条部分啮合地接合。转向柱将小齿轮和车辆方向盘互连。滚珠螺母组件与所述转向构件的外螺纹部分连接。马达与所述滚珠螺母组件连接。可操作该马达以实现所述滚珠螺母组件相对于所述转向构件的旋转，以便使所述转向构件相对于车辆轴向移动。在美国专利文献7,055,646中公开了具有这种总体构造的转向装置。
发明内容
用于使可操纵的车轮转向的装置包括：可旋转的轴，其可相对于车辆旋转以实现可操纵的车轮的转向运动；滚珠螺母组件，其与所述可旋转的轴的外螺纹部分连接，当所述可旋转的轴相对于滚珠螺母组件旋转时，所述滚珠螺母组件相对于所述可旋转的轴轴向地移动；转向构件，其连接到所述滚珠螺母组件和至少一个可操纵的车轮，所述转向构件能随着所述滚珠螺母组件相对于所述轴移动；和电动马达，其与可旋转的轴连接，操作该马达以使可旋转的轴相对于滚珠螺母组件旋转，以便使可操纵的车轮转向。
附图说明
通过阅读以下参考附图的描述，本发明的前述和其他特征对于本发明所属技术领域的技术人员将变得更加容易理解，其中：
图1是根据本发明的第一实施例的、用于使可操纵的车轮转向的装置的示意图；
图2是图1所示的装置的放大部分；并且
图3是根据本发明的第二实施例的、用于使可操纵的车轮转向的装置的示意图。
具体实施方式
在图1和图2中示出了根据本发明的、用于使可操纵的车轮转向的装置10。装置10包括连接到方向盘16的转向柱14。所述转向柱14还连接到齿轮箱20的输入轴18。所述输入轴18(图2)由轴承22支承，该轴承围绕输入轴的轴线24相对于齿轮箱20的壳体26旋转。当方向盘16旋转时，力通过转向柱14传递到输入轴18，以便使输入轴相对于壳体26旋转。
所述输入轴18连接到扭杆30的第一端。所述扭杆30的第二端连接到第一齿轮32。所述第一齿轮32被支承以围绕轴线24相对于壳体26旋转。扭杆30允许输入轴18和第一齿轮32之间的相对旋转。尽管装置10包括允许输入轴18和第一齿轮32之间的相对旋转的扭杆30，但是第一齿轮也可以直接连接到输入轴18。第一齿轮32可以是锥齿轮，其可以在通过转向柱14和输入轴18传递的力的影响下相对于壳体26旋转。
第一齿轮32可以与第二齿轮40啮合。第二齿轮40由轴承44支承以便围绕轴线42相对于壳体26旋转。轴线42横向于轴线24延伸并且可以大致垂直于轴线24延伸。第二齿轮40可以是锥齿轮，该锥齿轮可以在通过转向柱14、输入轴18和第一齿轮32传递的力的影响下围绕轴线42相对于壳体26旋转。齿轮32、40可以增加施加到输入轴18和转向柱14上的扭矩。
第二齿轮40可以与可旋转的轴52的第一轴向端部部分50连接。可旋转的轴52可以沿着轴线42延伸并且大致垂直于输入轴18。第二齿轮40可以包括突起或键54，该突起或键延伸到连接到轴52的第一轴向端部部分50的毂盘58中的沟槽56中。毂盘58通过紧固件60紧固到轴52的第一轴向端部部分50。因此，轴52和毂盘58与第二齿轮40一起旋转。可以想到的是，第二齿轮40可以以任何期望的方式(例如花键连接)连接到可旋转的轴52。
可旋转的轴52在管状壳体68内延伸。轴52由轴承70支承以相对于壳体68旋转。轴承70支承轴52以围绕轴线42旋转。轴52(图1)具有在壳体68内部延伸的外螺纹部分76。滚珠螺母组件78围绕可旋转的轴52的外螺纹部分76延伸，并且连接到转向构件80，该转向构件80连接到至少一个可操纵的车轮。
可旋转的轴52与转向构件80同轴并且可以延伸到转向构件80中。防止滚珠螺母组件78相对于壳体68旋转，并且所述滚珠螺母组件包括多个球，这些球设置成与可旋转的轴的外螺纹部分接合。可旋转的轴52相对于壳体68和滚珠螺母组件78的旋转有效地使滚珠螺母组件相对于旋转的轴轴向地移动并且相对于壳体轴向地移动以使转向构件80轴向地移动。转向构件80随着滚珠螺母组件78相对于壳体68和可旋转的轴52轴向地移动。
操作可逆的电动马达84以向可旋转的轴52施加旋转力，以促使该轴相对于滚珠螺母组件78和壳体68旋转。电动马达84(图2)具有输出轴86，该输出轴86连接到驱动皮带轮88。该驱动皮带轮88通过驱动皮带92与从动皮带轮90连接。所述从动皮带轮90通过紧固件94与毂盘58连接。因此，从动皮带轮90与轴52一起相对于壳体68和滚珠螺母组件78旋转。驱动皮带92将力传递到可旋转的轴52，以便通过操作电动马达和使驱动皮带轮88旋转来使可旋转的轴围绕轴线42旋转。
电动马达84可以连接到壳体68，而输出轴86大致平行于可旋转的轴52延伸。可以想到的是，齿轮箱20可以连接到用于驱动皮带92和皮带轮88、90的盖子98。所述盖子98可以连接到支承构件100。电动马达84和壳体68可以连接到支承构件100。所述支承构件100将齿轮箱20、壳体68和马达84连接到车辆。
所述装置10(图1)可以包括两个车辆状态传感器110、112和用于基于感测到的车辆状态来控制马达84的电子控制单元114(ECU)。所述车辆状态传感器110、112可以包括电连接到ECU 114的扭矩传感器110和位置传感器112。所述扭矩传感器110可感测施加到方向盘16上的扭矩并产生指示扭矩的信号。所述位置传感器112可以感测方向盘16的旋转位置并产生指示方向盘位置的电信号。来自扭矩传感器110和位置传感器112的电信号被发送到ECU114。所述ECU114分析传感器110、112的输出，并且根据传感器的输出影响马达84的操作。尽管传感器110和112被示出连接到转向柱14，但是可以想到，传感器也可以连接到输入轴18和/或第一齿轮32。还可以考虑，可以仅使用扭矩传感器110或者仅使用位置传感器112来实现马达84的操作。
另外，所述ECU 114可以具有根据感测到的车辆(未示出)的横向加速度或其他车辆工况而变化的输入。所述ECU 114接收由传感器产生的信号，并致动马达84，以便将轴向力施加到转向构件80，以辅助可操纵的车轮的转动。
在图3中示出了根据本发明的、用于使可操纵的车轮转向的装置210的第二示例性实施例。图3所示的、用于使可操纵的车轮转向的装置210装置大体上类似于图1和图2所示的、用于使可操纵的车轮转向的装置10。
所述装置210包括转向柱214，该转向柱214连接到方向盘216。转向柱214也连接到齿轮箱220的输入轴218。齿轮箱220可以基本上类似于图1和图2所示的齿轮箱20。输入轴218由轴承支承，以围绕输入轴的轴线224相对于齿轮箱220的壳体(未示出)旋转。在方向盘216旋转时，力通过转向柱214传递至输入轴218，以便使输入轴相对于壳体旋转。
所述输入轴218连接到第一齿轮232，该第一齿轮232被支承以围绕轴线224相对于齿轮箱220的壳体旋转。可以想到的是，输入轴218可以通过扭杆连接到第一齿轮232，该扭杆允许输入轴和第一齿轮之间的相对旋转。第一齿轮232可以是锥齿轮，该锥齿轮在通过转向柱214和输入轴218传递的力的影响下可以相对于齿轮箱20的壳体旋转。
第一齿轮232可以与第二齿轮240啮合。第二齿轮240被支承以围绕轴线242相对于齿轮箱220的壳体旋转。轴线242横向于轴线224延伸并且可以大致垂直于轴线224延伸。第二齿轮240可以是锥齿轮，该锥齿轮在通过转向柱214、输入轴218和第一齿轮232传递的力的影响下可以围绕轴线242相对于齿轮箱220的壳体旋转。齿轮232、240可以增加施加到转向柱14和输入轴218上的扭矩。
第二齿轮240可以与可旋转的轴252连接。可旋转的轴252可以沿着轴线242延伸并且大体垂直于输入轴218延伸。第二齿轮240可以以任何期望的方式连接到可旋转的轴252。可以想到的是，第二齿轮240可以以类似于图1和图2所示的、在第二齿轮40和轴52之间的连接的方式与轴252连接，或者以花键与轴252连接。
可旋转的轴252在管状壳体268内延伸。轴252被轴承(未示出)支承以相对于壳体268旋转。轴252具有在壳体268内延伸的外螺纹部分276。滚珠螺母组件278围绕可旋转的轴252的外螺纹部分276延伸，并且连接到转向构件280，该转向构件280连接到至少一个可操纵的车轮。
滚珠螺母组件278具有径向延伸的臂280，该臂延伸穿过壳体268中的沟槽或开口282，并被阻止相对于壳体旋转。滚珠螺母组件278具有多个滚珠，其与可旋转的轴252的外螺纹部分接合，如本领域中已知的那样。可旋转的轴252相对于滚珠螺母组件278的旋转有效地使滚珠螺母组件相对于可旋转的轴轴向地移动并且相对于壳体268轴向地移动以使转向构件280和至少一个可操纵的轮移动。
操作可逆的电动马达284以向可旋转的轴252施加旋转力，以促使该轴相对于滚珠螺母组件278和壳体268旋转。所述电动马达284具有连接到驱动皮带轮288的输出轴286。所述驱动皮带轮288通过驱动皮带292与从动皮带轮290连接。所述从动皮带轮290连接到轴252，以便随着轴相对于壳体268和滚珠螺母组件278一起旋转。所述驱动皮带292将力传递到可旋转的轴252，以便通过操作马达并且使驱动皮带轮288来使可旋转的轴围绕轴线242旋转。
所述电动马达284可以通过大体上平行于可旋转的轴252延伸的输出轴286连接到壳体268。可以想到的是，齿轮箱220可以连接到覆盖驱动皮带292和皮带轮288、290的支承构件300。所述电动马达284和壳体268可以连接到支承构件300。所述支承构件300将齿轮箱220、壳体268和马达284连接到车辆。
所述装置210可以包括两个车辆状态传感器310、312和电子控制单元314(ECU)，该电子控制单元314用于基于感测到的车辆状态来控制马达284。车辆状态传感器310、312可以包括电连接到ECU 314的扭矩传感器310和位置传感器312。所述扭矩传感器310可感测施加到方向盘216的扭矩并产生指示扭矩的信号。所述位置传感器312可感测方向盘216的旋转位置并产生指示方向盘位置的电信号。来自扭矩传感器310和位置传感器312的电信号被发送到ECU314。所述ECU314分析传感器310、312的输出，并根据传感器的输出影响马达284的运行。还可以想到，可以仅使用扭矩传感器310或仅使用位置传感器312来实现马达284的操作。
另外，所述ECU 314可以具有根据感测到的车辆(未示出)的横向加速度或其他车辆工况而变化的输入。所述ECU 314接收由传感器产生的信号，并致动马达284，以便将轴向力施加到转向构件280，以辅助可操纵的车轮的转向。
根据本发明的以上描述，本领域技术人员将意识到改进、改变和修改。本领域技术范围内的这种改进、改变和修改旨在由所附权利要求书覆盖。

Claims (11)

1.一种用于使可操纵的车轮转向的装置，该装置包括：
可旋转的轴，其可相对于车辆旋转以实现可操纵的车轮的转向运动；
滚珠螺母组件，其与所述可旋转的轴的外螺纹部分连接，当所述可旋转的轴相对于滚珠螺母组件旋转时，所述滚珠螺母组件相对于所述可旋转的轴轴向地移动；
转向构件，其连接到所述滚珠螺母组件和至少一个可操纵的车轮，所述转向构件能随着所述滚珠螺母组件相对于所述轴移动；和
电动马达，其与可旋转的轴连接，操作该马达以使可旋转的轴相对于滚珠螺母组件旋转，以便使可操纵的车轮转向，
其特征在于，响应于方向盘的旋转而旋转的第一齿轮与连接到所述可旋转的轴的第二齿轮啮合地接合，其中，所述第一齿轮围绕第一轴线旋转，并且所述第二齿轮围绕横向于所述第一轴线延伸的第二轴线旋转，所述可旋转的轴和所述第二齿轮是同轴的。
2.根据权利要求1所述的用于使可操纵的车轮转向的装置，其特征在于，所述第一齿轮和第二齿轮是锥齿轮。
3.根据权利要求1所述的用于使可操纵的车轮转向的装置，其特征在于，所述第一齿轮和第二齿轮增加施加到转向柱的扭矩。
4.根据权利要求1所述的用于使可操纵的车轮转向的装置，其特征在于，齿轮箱支承所述第一齿轮和第二齿轮以围绕所述第一轴线和第二轴线旋转。
5.根据权利要求4所述的用于使可操纵的车轮转向的装置，其特征在于，所述齿轮箱具有连接到所述第一齿轮的输入轴，所述输入轴连接到方向盘并且能响应方向盘的旋转相对于所述齿轮箱的壳体旋转。
6.根据权利要求5所述的用于使可操纵的车轮转向的装置，其特征在于，支承构件将齿轮箱、电动马达和支承可旋转的轴以使其旋转的壳体连接到车辆。
7.根据权利要求1所述的用于使可操纵的车轮转向的装置，其特征在于，所述可旋转的轴和所述转向构件是同轴的。
8.根据权利要求7所述的用于使可操纵的车轮转向的装置，其特征在于，所述可旋转的轴延伸到所述转向构件中。
9.根据权利要求1所述的用于使可操纵的车轮转向的装置，其特征在于，所述滚珠螺母组件具有径向延伸部分，所述径向延伸部分延伸穿过支承所述可旋转的轴以使其旋转的壳体中的开口，所述径向延伸部分连接到所述转向构件，所述转向构件连接到至少一个可操纵的车轮。
10.根据权利要求1所述的用于使可操纵的车轮转向的装置，其特征在于，还包括至少一个车辆状态传感器和与所述至少一个车辆状态传感器连接的控制单元，所述至少一个车辆状态传感器向所述控制单元提供输出，该控制单元与马达连接并且能进行操作以根据来自至少一个车辆状态传感器的输出来控制马达的操作。
11.根据权利要求1所述的用于使可操纵的车轮转向的装置，其特征在于，还包括用于感测施加到所述方向盘的扭矩的扭矩传感器和用于感测所述方向盘的位置的位置传感器以及控制单元的至少其中之一，所述控制单元与扭矩传感器和位置传感器的至少其中之一连接，扭矩传感器和位置传感器的至少其中之一向控制单元提供输出，所述控制单元与马达连接并且能进行操作以根据来自扭矩传感器和位置传感器的至少其中之一的输出来控制马达的操作。
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Commission number: 4W115465

Conclusion of examination: On the basis of claims 1-4 submitted by the patentee on April 10, 2023, maintain the validity of invention patent right No. 201980009024.4

Decision date of declaring invalidation: 20231010

Decision number of declaring invalidation: 560652

Denomination of invention: A device used to steer steerable wheels

Granted publication date: 20221025

Patentee: ZF Active Safety and Electronics U.S. LLC