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CN112550441A - 用于转向辅助系统的锁定机构 - Google Patents

用于转向辅助系统的锁定机构 Download PDF

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CN112550441A CN202011039679.7A CN202011039679A CN112550441A CN 112550441 A CN112550441 A CN 112550441A CN 202011039679 A CN202011039679 A CN 202011039679A CN 112550441 A CN112550441 A CN 112550441A
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J·E·拜尔莱恩
J·A·比克尔
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Abstract

提供了一种转向柱组件的转向辅助系统。该系统包括由致动器可旋转地驱动的蜗杆。该系统还包括具有第一组齿和第二组齿的蜗轮，第一组齿与蜗杆啮合地接合，蜗轮操作性地联接到转向轴。该系统还包括锁定特征，该锁定特征可移动成与蜗轮的第二组齿接合和脱离接合，以限定蜗轮的锁定状态和解锁状态。

Description

用于转向辅助系统的锁定机构
技术领域
本文描述的实施例涉及车辆转向系统，更具体地，涉及用于转向辅助系统的锁定机构。
背景技术
转向系统通常包括转向辅助系统，该转向辅助系统减少了驾驶员手动操纵车辆的车轮所需的努力。这样的系统可以包括安装在上柱组件中的锁。一些设计可能要求锁定机构位于辅助机构壳体内。
上述锁定机构的示例包括内毂、锁定套环、润滑脂(grease，油脂)和外轴锁定套。锁定套环被压缩地卡合(capture，捕获)在内毂与外轴锁定套之间。在“锁定”状态下，螺线管启动的(activated)轴与外轴锁定套的外径上的凸耳发生接合。当通过与内毂接合的主轴施加扭矩时，锁定套被设计成抵抗该扭矩并防止运动。在预定的扭矩范围内，锁定套环实现了“脱离(breakaway)”扭矩并被允许滑动。该组件必须能够经受几次扭矩过载并恢复，以抵抗达到预定扭矩范围的较低扭矩的扭矩。该组件实例具有三个精密部件、组件润滑脂，需要组装，需要输出轴上的轴向空间，需要对锁定组件进行按压操作和将锁定组件安装到轴组件的另一次按压操作，并且具有相当大的质量。改进锁定机构的封装空间和质量将会受到本领域技术人员的欢迎。
发明内容
根据本公开的一个方面，提供了一种转向柱组件的转向辅助系统。该系统包括由致动器可旋转地驱动的蜗杆。该系统还包括具有第一组齿和第二组齿的蜗轮，第一组齿与蜗杆啮合地接合，蜗轮操作性地联接到转向轴。该系统还包括锁定特征，该锁定特征可移动成与蜗轮的第二组齿接合和脱离接合，以限定蜗轮的锁定状态和解锁状态。
根据本公开的另一方面，提供了一种转向辅助系统的锁定机构。锁定机构包括位于转向辅助系统的壳体内的滑动组件。锁定机构还包括楔形锁定特征，该楔形锁定特征可移动成与蜗轮的一组齿接合和脱离接合，以限定蜗轮的锁定状态和解锁状态。
附图说明
在说明书结尾的权利要求中特别指出并明确要求保护被认为是本发明的主题。从以下结合附图的详细描述中，本发明的前述和其他特征和优点将变得显而易见，在附图中：
图1是具有转向辅助系统的转向柱组件的剖视图；
图2是处于解锁位置的用于转向辅助系统的锁定机构的正视图；
图3是处于锁定位置的锁定机构的正视图；
图4是根据本公开的一个方面的具有锁定机构的锁定特征的转向辅助系统的立体图；
图5是图4的锁定特征的锁的立体图；
图6是根据本公开的另一方面的具有锁定机构的锁定特征的转向辅助系统的立体图；
图7是图6的锁定特征的锁的立体图；
图8是锁定机构与转向辅助系统之间的界面(interface，接口)的正视图；
图9是根据本公开的另一方面的锁定机构的正视图；和
图10是图9的锁定机构的立体图。
具体实施方式
现在参考附图，其中将参考具体实施例描述本发明，但不限制本发明。图1示出车辆转向柱组件10，其被设置成使车辆沿期望的方向转向。转向柱组件10包括形成转向轴12的一个或多个零件(piece)，转向轴12被转动以使车辆转向。转向轴12至少部分位于一个或多个护套(jacket)内，例如所示的上护套14和下护套16。
转向柱组件10包括转向辅助系统20，该转向辅助系统包括联接到蜗杆22的致动器(未示出)，例如电动机。如图1、图4和图6所示，蜗杆22与蜗轮24的第一组齿23啮合地接合。蜗轮24操作性地连接到转向轴12，以向驾驶员所输入的手动扭矩提供辅助扭矩。在某些情况下，期望抵抗蜗轮24的旋转。例如，这可能是防盗系统的一部分。
现在参考图2和图3，示出了用于转向辅助系统20的锁定机构30。锁定机构30是集成在转向辅助系统壳体34(图1)内的锁定模块(总体上用数字32表示)的一部分。锁定模块32包括滑动组件35，该滑动组件可响应于致动器的操作而平移。在一些实施例中，致动器是螺线管。
锁定特征36操作性地联接到滑动组件34，用于在转向辅助系统20、更具体地蜗轮24的解锁状态(图2)与锁定状态(图3)之间平移。锁定特征36整体地或部分地形成有楔形几何形状。换言之，锁定特征36可以是楔形特征，或者可以包括作为较大结构的一部分的楔形特征。在一些实施例中，锁定特征36由塑料形成，但是例如，也可以想到诸如金属等替代性材料。
如图3所示，锁定特征36定位于蜗轮24的凹部38内，该凹部38由作为蜗轮24的第二组齿40的一部分的相邻齿限定。当定位在图3的锁定状态时，锁定特征36接合蜗轮24的第二组齿40，以抵抗当扭矩施加到蜗轮24时齿轮齿的分离力。该阻力归因于弹簧42提供的弹簧阻力，该弹簧42设置在锁定模块32与支撑结构44(例如，垫圈等)之间。通过弹簧42施加到锁定特征36的偏压力将与满足最小扭矩要求后发生滑动所需的阻力相匹配。这样，当处于锁定状态时，锁定特征36在预定扭矩范围内抵抗蜗轮24的旋转，但是一旦施加阈值扭矩，锁定特征36则允许越过(over)第二组齿40的齿而滑到第二组齿40的相邻凹部。例如，锁定特征36在凹部38内的定位防止了高达大约200牛顿-米(N-m)的运动，但是大于此的扭矩会导致锁定特征36越过第二组齿40的齿的滑移(slippage)。当滑动到相邻的凹部时，锁定特征36恢复到抵抗蜗轮24的运动。
在图4至图7的实施例中，锁定特征36在与转向柱组件10的纵向轴线A(图1)垂直的径向方向上平移至与第二组齿40接合和脱离接合(即，锁定状态和解锁状态)。在图示的实施例中，第二组齿40围绕蜗轮24周向地延伸。
在图4和图5中，第二组齿40延伸至第一组齿23共有的外径。在图6和图7的实施例中，蜗轮24包括由径向延伸的阶梯(step)48结合的第一外径和第二外径。第一组齿23围绕蜗轮24的第一外径延伸，第二组齿40围绕蜗轮24的第二外径延伸，第一外径比第二外径径向向外延伸得更远。
图9和图10示出了轴向可移动的锁定特征36。具体地，第二组齿40形成在蜗轮24的表面50上，锁定特征36可在与转向柱组件10的纵向轴线A(图1)平行的轴向方向上移动到与第二组齿40接合和脱离接合。
现在参考图8，示出了锁定机构30的可调(tunable)或可定制的性质(nature)。具体地，弹簧42可以与满足最小扭矩要求后发生滑动所需的阻力相匹配。随着蜗轮24旋转，锁定特征36沿着相对(opposing)齿的斜面向上移动。这种关系允许弹簧力的量、齿40和/或锁定特征36的高度以及齿40和/或锁定特征36的倾斜角被调节，以达到“脱离扭矩”所需的量。当脱离接合发生时，由于被弹簧加载，锁定特征36重新接合第二组齿40的下一个可用的凹部。
这里描述的实施例提供了一种锁定特征，该锁定特征可以是在壳体的滑动组件中与伴随的弹簧42操作的“模制(as molded)”部件(即，没有额外的加工)，以用作锁定机构30的力部件(force component)。与用于类似应用的典型锁定机构相比，所公开的锁定机构30不太复杂，并且导致成本降低。锁定机构30可以手动组装，从而避免组装机器及其相关成本。与典型的锁定机构相比，锁定机构30还降低了轴向封装要求，并减轻了重量。
除了上述优点之外，锁定机构30还提供了与本文所称的进入(ingress)/离开(egress)事件(event，活动)或负载相关的益处。特别地，许多驾驶员在车辆的进入或离开期间使用附接到转向柱组件10的方向盘作为手柄。现有线控转向系统使用EPS马达来抵抗这样的负载，这是线控转向系统的最高扭矩要求。然而，本文描述的机械锁定机构30抵抗进入/离开事件，从而允许更小的马达和/或更小的整体系统。可以实现线控转向系统的电机尺寸的显著减小，同时仍然足以抵抗进入/离开负载。锁定机构可以被调整或调谐到适当的滑动扭矩，以避免损坏任何的EPS部件，同时仍然保持对驾驶员进入/离开的适当阻力载荷(resistive loading)。
虽然仅结合有限数量的实施例详细描述了本发明，但是应当容易理解，本发明不限于这些公开的实施例。相反，本发明可以被修改以结合此前未描述的、但是与本发明的精神和范围相称的任何数量的变型、变更、替代或等同布置。此外，虽然已经描述了本发明的各种实施例，但是应当理解，本发明的各方面可以仅包括其中一些所描述的实施例。因此，本发明不应被视为受前述描述的限制。

Claims (20)

1.一种转向柱组件的转向辅助系统，包括：
蜗杆，由致动器能旋转地驱动；
蜗轮，具有第一组齿和第二组齿，所述第一组齿与所述蜗杆啮合地接合，所述蜗轮操作性地联接到转向轴；和
锁定特征，能够移动到与所述蜗轮的第二组齿接合和脱离接合，以限定所述蜗轮的锁定状态和解锁状态。
2.根据权利要求1所述的转向辅助系统，其中，所述锁定特征是楔形的，以对应于所述蜗轮的第二组齿的相邻齿之间的凹部的几何形状。
3.根据权利要求2所述的转向辅助系统，其中，在所述锁定状态下，所述锁定特征被设置在所述凹部内，所述锁定特征在所述锁定状态下加载有弹簧，以抵抗所述蜗轮的旋转。
4.根据权利要求3所述的转向辅助系统，其中，所述弹簧的弹簧力和所述第二组齿的角度抵抗施加到所述蜗轮的预定扭矩范围，其中超过所述预定扭矩范围的扭矩导致所述锁定特征移动到所述第二组齿的相邻凹部。
5.根据权利要求1所述的转向辅助系统，其中，所述锁定特征通过致动器从所述解锁状态移动到所述锁定状态。
6.根据权利要求5所述的转向辅助系统，其中，所述致动器是螺线管。
7.根据权利要求1所述的转向辅助系统，其中，所述第二组齿位于所述蜗轮的表面上，所述锁定特征能够沿着与所述转向柱组件的纵向方向平行的轴向方向移动到与所述第二组齿接合和脱离接合。
8.根据权利要求1所述的转向辅助系统，其中，所述第二组齿围绕所述蜗轮周向延伸，所述锁定特征能够沿着与所述转向柱组件的纵向方向垂直的径向方向移动到与所述第二组齿接合和脱离接合。
9.根据权利要求8所述的转向辅助系统，其中，所述第二组齿和所述第一组齿延伸至共同的外径。
10.根据权利要求8所述的转向辅助系统，其中，所述蜗轮包括通过径向延伸的阶梯结合的第一外径和第二外径，所述第一组齿围绕所述蜗轮的第一外径延伸，所述第二组齿围绕所述蜗轮的第二外径延伸。
11.根据权利要求10所述的转向辅助系统，其中，所述第一外径比所述第二外径径向延伸得更远。
12.一种转向辅助系统的锁定机构，包括：
滑动组件，位于所述转向辅助系统的壳体内；和
楔形锁定特征，能够移动到与蜗轮的一组齿接合和脱离接合，以限定所述蜗轮的锁定状态和解锁状态。
13.根据权利要求12所述的锁定机构，其中，所述楔形锁定特征能够沿轴向方向移动到与该组齿接合和脱离接合。
14.根据权利要求12所述的锁定机构，其中，所述楔形锁定特征能够沿径向方向移动到与该组齿接合和脱离接合。
15.根据权利要求12所述的锁定机构，其中，所述楔形锁定特征由塑料形成。
16.根据权利要求12所述的锁定机构，其中，在所述锁定状态下，所述楔形锁定特征被设置在该组齿的相邻齿之间的凹部内，所述锁定特征在所述锁定状态下加载有弹簧，以抵抗所述蜗轮的旋转。
17.根据权利要求16所述的锁定机构，其中，所述弹簧的弹簧力和该组齿的角度抵抗施加到所述蜗轮的预定扭矩范围，其中超过所述预定扭矩范围的扭矩导致所述锁定特征移动到该组齿的相邻凹部。
18.根据权利要求12所述的锁定机构，其中，所述楔形锁定特征通过致动器从解锁状态移动到锁定状态。
19.根据权利要求18所述的锁定机构，其中，所述致动器是螺线管。
20.根据权利要求12所述的锁定机构，其中，所述转向辅助系统是线控转向系统的一部分。
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