CN111232046A - 转向柱组件 - Google Patents

Abstract

用于车辆的转向柱组件(208)，包括第一长形引导部分(212)、相对于第一长形引导部分可移动地安装的第二部分(50)以及用于将方向盘(200)连接到第一部分和第二部分中的一个的装置。长形引导部分(212)包括至少两个平行的长形引导边缘(38)，第二部分(50)包括：至少两个滚轮(39)，所述至少两个滚轮在长形引导部分的纵向方向上间隔开，并且形状与长形引导边缘(38)中的第一长形引导边缘互补并与其接合；至少两个另外的滚轮(39)，所述至少两个另外的滚轮在长形引导部分的纵向方向上间隔开，并形状与长形引导边缘(38)中的第二长形引导边缘互补并与其接合。

Description

转向柱组件

技术领域

本发明涉及一种用于机动车辆的转向柱组件，并且特别但非排他地涉及一种用于自主驾驶车辆的可伸缩转向柱组件。

背景技术

自主驾驶车辆主要用于自主驾驶模式，在这种模式下，无需人工干预即可控制车辆。但是，期望的是，在需要或期望的情况下能够手动地控制自主驾驶车辆，因此，必须提供诸如方向盘(通常具有“线控转向”操作)的车辆控制装置。期望这样的自主驾驶车辆的方向盘在车辆的自主控制期间被移动到收起状态，以便最大化车辆内的可用空间，并且期望方向盘被移动到扩展的展开状态以用于手动控制。

发明内容

根据本发明的第一方面，公开了一种用于车辆的转向柱组件，所述转向柱组件包括：第一长形引导部分；相对于所述第一长形引导部分可移动地安装的第二部分；以及用于将方向盘附接到第一长形引导部分和第二部分中的一个的装置。所述第一长形引导部分包括至少两个平行的长形引导边缘，所述第二部分包括：至少两个滚轮，所述至少两个滚轮在所述第一长形引导部分的纵向方向上间隔开，并且成形为与所述长形引导边缘中的第一长形引导边缘互补并与该第一长形引导边缘接合；至少两个另外的滚轮，所述至少两个另外的滚轮在所述第一长形引导部分的纵向方向上间隔开，并且成形为与所述长形引导边缘中的第二长形引导边缘互补并与该第二长形引导边缘接合。

因此，本发明提供了一种用于将转向柱组件收回到“收起”位置和从“收起”位置展开的机构，并且引导边缘及其相关联的滚轮的设置允许具有极小或没有游隙的相对运动。

在本发明的优选实施例中，两个平行的长形引导边缘设置在第二部分的行进轴线的任一侧上。

两个平行的长形引导边缘可方便地被定位在距第二部分的行进轴线基本相同的横向距离的位置处。

优选地，与第一引导边缘接合的滚轮中的至少一个和与第二引导边缘接合的滚轮中的至少一个在第二部分的行进方向上位于相同的纵向位置。

通过将滚轮在横向方向上彼此相对地放置，可以将不希望有的游隙的可能性进一步减小到最小。

优选地，本发明进一步包括用于加载每个滚轮以使其与其相应的引导边缘接触的装置。

所述第二部分可包括多个内螺纹孔，所述滚轮安装在相应的芯轴上，每个所述芯轴以螺纹连接方式容纳在内螺纹孔的相应的一个中。

优选地，滚轮中的两个的旋转轴线的横向位置能够相对于其相关联的引导边缘调节，这些所述滚轮优选地布置在第二部分的行进中心轴线的同一侧。

这有助于在分别与第一引导边缘和第二引导边缘接触的滚轮之间“夹住”引导边缘。

为了实现该调节装置，芯轴中的两个或多个中的每一个可以包括这样的第一外部柱表面，该第一外部柱表面相对于位于同一芯轴上的可具有外螺纹的第二外部柱表面的轴线偏心，每个芯轴能够旋转地被安装在转向柱的第二部分中，并且所述第二部分还包括用于将每个芯轴保持在期望的旋转位置的装置。

本发明还可包括用于使第二部分相对于第一长形引导部分移位的装置。

在一个实施例中，本发明还包括：安装在第一部分和第二部分中的一者上的可旋转的长形螺纹构件；安装在第一部分和第二部分中的另一者上的螺母构件，该螺母构件与所述长形螺纹构件螺纹接合并且不能够相对于该螺母安装在其上的部分旋转；以及用于旋转长形螺纹构件的装置。

通过可旋转的长形螺纹构件的旋转，第一部分和第二部分能够相对于彼此移位。

优选地，提供了用于通过减速齿轮***旋转长形螺纹构件的电动马达。

在一个实施例中，可旋转的长形螺纹构件安装在第一长形引导部分上。

本发明优选地进一步包括一种柱构件，其具有用于在一端处安装方向盘的装置，并枢转地安装在第一部分和第二部分中的一者上，并且还包括用于调节柱构件的取向或倾斜度的装置。

以这种方式，可以调节安装有方向盘的柱构件的倾斜度或“倾度”。

为了调节柱构件的取向或倾斜度，本发明可进一步包括：在柱构件和其上安装柱构件的部分之间延伸的不能够旋转的长形螺纹构件；能够旋转地安装在转向柱上的螺母构件，所述螺母构件与不能够旋转的长形螺纹构件螺纹连接地接合；和用于旋转螺母构件的装置。

优选地，设置有用于通过减速齿轮***旋转螺母构件的电动马达。

在优选实施例中，本发明包括用于将第一长形引导部分安装在车辆上的装置，并且用于附接方向盘的装置安装在第二部分上。

附图说明

仅作为示例，现在将参考附图描述本发明的特定实施例，其中：

图1是根据本发明的转向柱组件的一个实施例的侧视图；和

图2是转向柱的侧视图，该转向柱沿其中心轴线局部剖开；

图3是图1的转向柱组件沿图2中的箭头X方向看的端视图，并示出了沿图2中的线Y-Y的阶梯式横截面；

图4是转向柱的侧视图，该转向柱沿其中心轴线局部剖开，并且示出了未剖开的方向盘反馈致动器；

图5示出了方向盘反馈致动器的沿中心轴线的局部剖视图；

图6示出了方向盘旋转限制器的端视图，其沿着图5中所示的Z-Z平面剖开。

具体实施方式

图1是转向柱组件208的示意性剖视图，其中为了便于示出，中心线轴线显示为顺时针旋转约24°，从而转向柱的中心线轴线在图中是水平的。转向柱组件位于车辆的防火墙207、车辆仪表板206、组合开关209和柱组件10下方的膝部空间210之间。用于控制车辆的踏板211示出为轮廓线，并且转向柱组件足够窄，以安装在常规定位的离合器踏板和制动踏板之间。

转向柱组件208包括安装支架37，该安装支架37固定到车辆结构，并且水平地(在图1中)并且从靠近防火墙207的位置向后地延伸到仪表板206。在安装支架的中心线的两侧对称地固定到安装支架37的两个平行的导轨38在安装支架37的长度上平行于转向柱的轴线延伸，并且托架50可沿着导轨38移动，如将解释的。车辆方向盘200安装在方向盘反馈致动器205的一端上，该方向盘反馈致动器又被安装到转向柱壳体153上，该转向柱壳体本身通过倾斜(rake)支架146和所谓的“碰撞”板46安装到托架50上。通过沿着导轨38移动托架50，转向柱反馈致动器205和方向盘200可以在图1中以实线示出的展开状态和基本上移动到图1的左侧的收起状态之间移位，在所述展开状态下，当车辆在手动控制模式下，乘员可以操作方向盘，在所述收起状态，车辆处于自主控制模式。

如图3最佳所示，安装支架37的朝外的下部侧边缘212设置有大致半圆形的凹槽，导轨38位于该凹槽中，并且托架50设置有两个前部互补带槽滚轮和两个后部互补带槽滚轮39，每个前部滚轮和后部滚轮均与相应的导轨38的圆形边缘接合。术语“互补带槽滚轮”是指槽的轮廓与其所接合的侧边缘的轮廓相反，因此，两者之间的配合非常紧密，游隙几乎为零。前部滚轮和后部滚轮39在相对于转向轴线的纵向方向上间隔开，以最大化提供给方向盘的支撑。

每个带槽滚轮39通过一组球轴承安装到竖直芯轴36，每个芯轴包括向下延伸并螺纹连接地被容纳到托架50的内螺纹竖直孔42中的螺栓。

每个直的芯轴40的上端设有六角头部，该六角头部允许该侧的滚轮39被固定到托架50上。

托架50的右侧(如图3所示)上的两个心轴40的平的和带螺纹的外部柱表面是同心的。然而，托架50的左侧(如图3所示)上的两个芯轴41的平的和上部螺纹外部柱表面相对于其下部螺纹外部柱表面是偏心的。因此，通过旋转左侧芯轴41，可以调节左侧滚轮的竖直轴线以改变左侧滚轮和右侧滚轮之间的“夹住”程度。

一旦被调节，就可以通过拧紧螺母41a来固定芯轴41的旋转位置，同时限制芯轴41顶部的正方形部分的转动。间隔垫圈41b确保在滚轮的外部环的上方和下方保持间隙。

在所示的实施例中被示出为与安装支架37分开的部件的导轨38通过在端板59、60中的孔或狭槽固定在安装支架37上。

托架50可通过长形的外螺纹致动杆86沿着导轨38移动，该致动杆平行于导轨38的纵向轴线延伸，并且通过在其相对端部处的球轴承可旋转地安装在安装支架37上。最后侧的轴承66借助于橡胶套65被柔性地安装到安装支架37，以适应小的对准误差。通过安装在安装支架上的电动马达93，致动杆86可在两个方向上旋转，致动杆86通过减速齿轮连接至电动马达93。致动杆螺纹连接地容纳于固定在托架50上的引导螺母57中。引导螺母57不能旋转，因此，操纵杆86的转动致使托架50、因此致使碰撞板46和倾斜支架146根据致动杆86的旋转方向向前或向后移动。

电动马达93和/或其减速齿轮可以结合有传感器，该传感器测量电动马达的旋转，由此可以计算出倾斜支架146的位置。可替代地，可以设置外部线性位置传感器以检测倾斜支架146的位置。

两个平行的纵向U形能量吸收带52、53在其前上端部附接(例如，通过焊接)到螺纹板54，引导螺母的承载件通过穿过托架50上的孔的螺钉连接到该螺纹板。每个所述带向后延伸直到被折叠180度，并在较低的高度再次向前延伸。

每个能量吸收带的下前端部通过孔被束缚到碰撞板46。在右侧带53的情况下，束缚装置是螺钉55，该螺钉向上穿过碰撞板并穿过带中的孔。这提供了永久的连接。在左侧带52的情况下，束缚装置是可伸缩销204，其向上穿过碰撞板46中的孔并穿过该带中的相应孔。可伸缩销204是烟火(pyrotechnic)装置169的一部分，该烟火装置可响应于碰撞传感器信号而以高速拉出销，从而使能量吸收带之一不起作用。这提供了两个级别的能量吸收，以创建***的自适应碰撞。具有头部的销49在能量吸收带之间在其端部处的小的相邻角部切口中固定(例如通过焊接)至碰撞板46。销49的头部与带53、52重叠，以防止所述带分别提离螺钉55和可伸缩销204。

在发生碰撞之前，通过可剪切元件44(例如，一对小直径的销)防止碰撞板沿托架50中的方形凹槽213滑动，该可剪切元件可以通过将塑料材料注塑成型至托架和碰撞板重叠的位置中对准的空腔中来形成。一旦这些元件被方向盘上的冲击力剪断(该冲击力通过转向柱传递到倾斜支架146，并因此传递到碰撞板46)，倾斜支架146和转向柱壳体153能够向前移动而不受螺纹致动杆86的约束。当碰撞板46相对于托架50移动时，每个能量吸收带(或者如果左侧带52被烟火装置脱开，则仅为右侧带53)必然变形，以使其折叠部沿其长度行进，从而使能量被逐渐地吸收。

柱壳体153借助于水平设置的倾斜枢转销156及其相关的衬套枢转地附接到倾斜支架146，以允许方向盘200的倾斜调节。转向柱主体153包括大致U形部分，转向反馈致动器205通过使用穿过转向柱主体中的孔203的螺钉35压向所述转向柱主体固定。

如图2和3所示，倾斜调节由倾斜调节致动器100电动地提供，其中电动马达127驱动蜗轮蜗杆减速齿轮箱，该蜗轮蜗杆减速齿轮箱的输出端与内螺纹引导螺母接合，该内螺纹引导螺母与基本竖直的引导螺杆133接合，该引导螺杆垂直于转向轴线延伸，该引导螺杆的上端通过枢轴块136、耳轴块134和衬套137枢转地连接到倾斜支架146。倾斜调节致动器组件100通过销140和衬套124枢转地安装到柱壳体153上。倾斜调节致动器的电动马达127的致动使转向轴线根据需要上升或下降大约正负2.5°。

倾斜调节致动器的电动马达127和/或减速齿轮箱可结合有传感器以测量电动马达旋转，以便计算方向盘的倾斜位置。可替代地，可以在倾斜机构中设置外部线性位置传感器。

图5和图6示出了转向反馈致动器205的剖视图，该转向反馈致动器包括电动马达31、减速齿轮32、10以及位于柱管20内部的方向盘旋转限制器机构。在图5中，轴5未示出为剖视图。为了限制方向盘的旋转，支撑较大齿轮10并且还安装方向盘200的轴具有外部引导螺纹，沿着该外部引导螺纹行进有引导螺母13。引导螺母通过在其周边中的狭槽与在柱管中的纵向内部导轨的接合而被防止旋转。这些导轨可以采用附接到(例如，通过焊接，如图6所示)柱管上的分开的部件的形式，或者导轨可以与管的材料本身整体形成(例如，通过压制、挤压或锻造)。橡胶环14可附接到引导螺母13的每一侧，以在方向盘旋转的极限位置处提供缓冲。这些环14支承在第一和第二低摩擦环15上，该第一和第二低摩擦环15可以由塑料制成并且将引导螺母13中的轴向载荷传递到轴5上的引导螺纹的任一端上的肩部上，所述肩部包括轴5的靠近方向盘端的一体特征部214和在另一端处的大齿轮10的平坦面。因此，有时可能很高的所述轴向载荷不被传递到球轴承6、7。低摩擦环15的使用减小了引导螺母在其行程的极限处卡住的趋势，因此允许引导螺纹在轴5上的螺旋角最小化，这缩短了引导螺纹的长度。

轴5的靠近齿轮箱端的金属垫片16提供了坚固的肩部，可通过螺钉26相对于该肩部固定大齿轮10。大齿轮10通过花键215将扭矩传递到轴5。轴5的朝向方向盘端的垫片17包括一对半圆形部件，以使其能够不被引导螺纹阻碍地组装。在轴5的方向盘端附近的第一保持卡环9将所述一对部件17保持在一起，并且将第一低摩擦环15保持就位。靠近齿轮端的第二保持卡环9将第二低摩擦环15固定保持就位。

本发明不限于前述实施例的细节。

Claims (22)

1.一种用于车辆的转向柱组件，所述转向柱组件包括第一长形引导部分、相对于所述第一长形引导部分能够运动地安装的第二部分以及用于将方向盘附接到所述第一长形引导部分和所述第二部分中的一者的附接装置，所述第一长形引导部分包括至少两个平行的长形引导边缘，所述第二部分包括：至少两个滚轮，所述至少两个滚轮在所述第一长形引导部分的纵向方向上间隔开，并且成形为与所述长形引导边缘中的第一长形引导边缘互补并与所述第一长形引导边缘接合；至少两个另外的滚轮，所述至少两个另外的滚轮在所述第一长形引导部分的纵向方向上间隔开，并且成形为与所述长形引导边缘中的第二长形引导边缘互补并与所述第二长形引导边缘接合。

2.根据权利要求1所述的转向柱组件，所述转向柱组件包括两个平行的长形引导边缘，所述两个平行的长形引导边缘布置在所述第二部分的行进轴线的任一侧上。

3.根据权利要求2所述的转向柱组件，其中，所述两个平行的长形引导边缘定位在距所述第二部分的行进轴线基本相同的横向距离处。

4.根据前述权利要求中的任一项所述的转向柱组件，其中，与所述第一长形引导边缘接合的至少一个所述滚轮和与所述第二长形引导边缘接合的至少一个所述滚轮在相对于所述第二部分的行进轴线的相同的纵向位置处定位。

5.根据前述权利要求中任一项所述的转向柱组件，所述转向柱组件包括用于将每个滚轮加载成与其相应的引导边缘接触的加载装置。

6.根据权利要求5所述的转向柱组件，其中，所述第二部分包括多个内螺纹孔，并且所述滚轮安装在相应的芯轴上，每个所述芯轴都螺纹连接地容纳所述内螺纹孔的相应一个中。

7.根据权利要求6所述的转向柱组件，其中，在所述芯轴上的所述滚轮的旋转轴线的横向位置能够相对于与该滚轮相关联的引导边缘调节。

8.根据权利要求7所述的转向柱组件，其中，所述芯轴中的至少一个包括相对于与该芯轴相关联的滚轮的轴线偏心的外部柱表面，所述芯轴能够旋转地安装，并且转向柱还包括用于将芯轴保持在期望的旋转位置的保持装置。

9.根据前述权利要求中任一项所述的转向柱组件，所述转向柱组件还包括用于使所述第二部分相对于所述第一长形引导部分移位的装置。

10.根据权利要求9所述的转向柱组件，所述转向柱组件包括：能够旋转的长形螺纹构件，所述长形螺纹构件安装在所述第一长形引导部分和所述第二部分中的一者上；螺母构件，所述螺母构件安装在所述第一长形引导部分和所述第二部分中的另一者上，与所述长形螺纹构件螺纹接合，并且相对于安装有该螺母构件的部分不能够旋转；以及使所述长形螺纹构件旋转的装置。

11.根据权利要求10所述的转向柱组件，所述转向柱组件包括用于旋转所述长形螺纹构件的马达。

12.根据权利要求10或11所述的转向柱组件，其中，所述能够旋转的长形螺纹构件安装在所述第一长形引导部分上。

13.根据前述权利要求中任一项所述的转向柱组件，所述转向柱组件还包括柱构件，所述柱构件具有用于在一个端部处安装方向盘的装置，并且枢转地安装在所述第一长形引导部分和所述第二部分中的一者上，所述转向柱组件还包括用于调节所述柱构件的方向和倾斜的装置。

14.根据权利要求13所述的转向柱组件，所述转向柱组件还包括在所述柱构件和安装所述柱构件的所述第一长形引导部分和所述第二部分中的所述一者之间延伸的不能够旋转的长形螺纹构件、能够旋转地安装在转向柱上并与所述不能够旋转的长形螺纹构件螺纹接合的螺母构件、以及用于旋转所述螺母构件的装置。

15.根据权利要求14所述的转向柱组件，所述转向柱组件包括用于旋转所述螺母构件的马达。

16.根据前述权利要求中任一项所述的转向柱组件，所述转向柱组件包括用于在碰撞中受到驾驶员撞击时允许方向盘相对于车辆运动的允许运动装置，所述允许运动装置包括在具有用于安装方向盘的装置的长形构件和牢固地安装所述螺母构件的构件之间的能够滑动的机械连接部，所述能够滑动的机械连接部被设计成将所连接的部件的相对运动限制为基本平行于转向柱的轴线。

17.根据权利要求16所述的转向柱组件，其中，在正常操作中，在发生碰撞之前，所述能够滑动的机械连接部处的运动由可熔装置阻止，所述可熔装置在限定的力基本上沿车辆的向前方向被施加在方向盘上时会破坏。

18.根据权利要求17所述的转向柱组件，其中，在所述能够滑动的机械连接部处的相对运动引起一个或多个折叠金属带的逐渐变形，每个折叠金属带在第一端处连接至具有用于安装方向盘的装置的长形构件，并且在第二端处连接至固定所述螺母构件的构件，每个所述折叠金属带在变形时吸收机械能。

19.根据权利要求18所述的转向柱组件，其中，当将适当的电信号提供给一快速作用装置时，所述折叠金属带的一个或多个能够在其一端处通过所述快速作用装置机械地脱开，从而使得当方向盘在碰撞中相对于车辆基本向前移动时，脱开的折叠金属带不会变形。

20.根据权利要求19所述的转向柱组件，其中，所述快速作用装置是烟火装置，所述烟火装置具有销或闩锁，当所述烟火装置被致动时所述销或闩锁运动。

21.根据前述权利要求中的任一项所述的转向柱组件，所述转向柱组件包括限制装置，所述限制装置用于借助于附接到方向盘的旋转的长形外螺纹轴和能够沿所述旋转的长形外螺纹轴在极限止挡之间轴向行进的不旋转的引导螺母来机械地限制方向盘的旋转运动。

22.根据前述权利要求中任一项所述的转向柱组件，所述转向柱组件包括用于将所述第一长形引导部分安装在车辆上的装置，并且其中，用于附接方向盘的所述附接装置安装在所述第二部分上。

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