轴向可调节的转向柱组件的制作方法

轴向可调节的转向柱组件
1.相关申请的交叉引用
2.本美国专利申请要求享有于2020年11月23日提交的名称为“system,method and apparatus for a telescopic actuator for a steering column(用于转向柱的伸缩式致动器的系统、方法和装置)”的美国临时专利申请序列号第63/117,108号的权益和优先权，其全部公开内容被认为是本技术公开的一部分且在此通过引用而并入本技术。
技术领域
3.本技术所述实施例涉及运载工具转向系统，且更具体地涉及允许两个或更多个轴向可调节部件之间的轴向运动的转向柱组件。


背景技术：

4.运载工具，例如汽车、卡车、运动型多功能车、跨界车、小型货车、船舶、飞机、全地形车、休闲车或其他合适的运载工具，包含各种各样的转向系统方案，例如线控转向和驾驶员界面转向。这些转向系统方案典型地包括用于将转向输入转换为输出的转向柱，该转向输入与转向联动装置相互作用以最终引起运载工具轮(或其它元件)使运载工具转向。有些转向柱可在多个位置之间进行调节轴向。过去，轴向可调节转向柱的功能是在手轮定位上提供灵活性，并为不同体型的驾驶员提供更舒适的驾驶位置。然而，现在有机会实现伸缩度更大的行程，这种行程也可被称为收纳(stow)行程(即当不需要手轮时)。例如，手轮可被重新定位在远离驾驶员的位置，以允许他或她去做除操作运载工具之外的其它事情，例如在运载工具被停放时进行笔记本电脑上的工作。其它示例包括运载工具具有自主驾驶能力，由此当运载工具处于自主驾驶模式时，手轮可被收纳。对于明显较大的伸缩量和收纳容量，传统的转向柱解决方案不会封装在任何普通乘用运载工具的仪表盘后部和仪表盘前部之间。
5.传统解决方案还具有其它局限性。动力轴向可调节转向柱典型地具有至少一个轴向致动器，该轴向致动器连接至两个或更多个伸缩式护套。在某些情况下，这些动力轴向可调节转向柱还包括倾角致动器，倾角致动器允许围绕一个或多个枢轴点的倾斜运动。进行倾角运动和轴向运动两者的伸缩式转向柱甚至会进一步增大转向柱组件在底层结构中操作所需的空间量，这是因为轴向致动器典型地需要随倾角运动而行进到一定程度。另外，倾角调节致动器典型地需要消耗额外的能量，以除了转向柱的其它部件之外还将轴向致动器的重量承载在的伸缩式护套上。枢轴点和护套上增加的重量会导致不必要的操作磨损。
6.相应地，由于一些最终用途应用实际上正在减少可用于转向柱组件的空间，现有的伸缩式解决方案正在成为一个问题。因此，对转向柱的紧凑调节的改进持续受到关注。


技术实现要素：

7.以上已相当宽泛地概述了本发明的特征和技术优点，为的是对本发明的详细描述能够被更好地理解。本发明的附加特征和优点将在下面描述，它们构成本发明的权利要求
的主题。本领域技术人员应理解，所公开的概念和具体实施例可以容易地被用作修改或设计用于实现本发明相同目的的其它实施例的基础。本领域技术人员还应认识到，这类等效实施例并没有脱离所附权利要求中提出的本发明的精神和范围。本段提供本公开的一般概述而不应被解释为与本公开相关联的所有目的、方面、特征和优点的完整和全面的列表。
8.根据本发明的一个方面，提供一种转向柱组件。该转向柱组件包括沿纵向轴线在第一端与第二端之间延伸的转向柱。该转向柱包括从第二端延伸的下部、连接至该下部且能相对于下部轴向地移动的中部、以及连接至该中部且能相对于中部轴向地移动并朝向第一端延伸的上部。一部件连接至转向柱且邻近下部，并且至少一个轴向致动器连接于该部件与上部之间。
9.根据本发明的另一方面，提供一种转向柱组件。该转向柱组件包括沿纵向轴线在第一端与第二端之间延伸的转向柱。该转向柱包括从第二端延伸的下部、连接至该下部且能相对于下部轴向地移动的中部、以及连接至该中部且能相对于中部轴向地移动并朝向第一端延伸的上部。下安装托架连接至该转向柱，邻近下部；并且至少一个轴向致动器连接于下安装托架与上部之间。
10.这些和其它的优点和特征将会由以下结合附图的描述而变得更加明显。
附图说明
11.被视为本发明的主题将在作为本说明书总结的权利要求书中被特别指出并明确要求保护。本发明前述的和其它的特征以及优点将由以下结合附图的详细描述而显而易见，附图中：
12.图1大体示出具有根据本公开的原理的转向系统的运载工具；
13.图2是包括沿纵向轴线延伸的转向柱的转向柱组件的立体图；
14.图3a是处于伸出位置的转向柱组件的立体图；
15.图3b是处于收缩位置的转向柱组件的立体图；
16.图4是转向柱组件的放大侧视图，示出用于沿纵向轴线伸出和收缩两个或更多个轴向可调节部分的轴向致动器；
17.图5是根据另一布置连接至转向柱的轴向致动器的侧视图；而
18.图6是根据又一布置连接至转向柱的轴向致动器的侧视图。
具体实施方式
19.以下讨论针对的是本公开的各种实施例。尽管这些实施例中的一个或多个会被描述得比其它实施例详细，但是所公开的实施例不应被解释、或以其它方式被利用来限制本公开的包括权利要求的范围。此外，本领域技术人员将理解以下描述具有广泛的应用，并且对任何实施例的讨论仅旨在作为该实施例的示例，而并不旨在暗示本公开的包括权利要求的范围受限于该实施例。
20.如上所述，运载工具，例如汽车、卡车、运动型多功能车、跨界车、小型货车、船舶、飞机、全地形车、休闲车或其他合适的运载工具，包括各种转向系统方案，例如线控转向和驾驶员界面转向。这些转向系统方案典型地包括用于将转向输入转换为输出的转向柱，该转向输入与转向联动装置相互作用以最终引起运载工具轮(或其它元件)转动运载工具。有
些转向柱可在多个位置之间进行调节轴向。过去，轴向可调节转向柱的功能是在手轮定位上提供灵活性，并为不同体型的驾驶员提供更舒适的驾驶位置。然而，现在有机会实现伸缩度更大的行程，这种行程也可被称为收纳(stow)行程(即当不需要手轮时)。例如，手轮可被重新定位在远离驾驶员的位置，以允许他或她去做除操作运载工具之外的其它事情，例如在运载工具被停放时进行笔记本电脑上的工作。其它示例包括运载工具具有自主驾驶能力，由此当运载工具处于自主驾驶模式时，手轮可被收纳。对于明显较大的伸缩量和收纳容量，传统的转向柱解决方案不会在任何普通乘用运载工具的仪表盘后部和仪表盘前部之间进行封装。
21.现在参考附图，其中示出和描述、而并不限定各实施例，图1-图6示出具有改进的封装和其它操作优点的轴向可调节的转向柱组件的实施例。这种轴向可调节性可在两个或更多个允许其间进行轴向运动的转向柱部分(例如护套、托架、导轨、和/或类似物)中，由转向柱部分之间的相对运动产生。例如，通过相对伸缩、滑动或平移运动进行调节地第一部分和第二部分。
22.首先参考图1，运载工具20根据本公开的原理被大体示出。运载工具20可包括任何合适的运载工具，例如汽车、卡车、运动型多功能车、小型货车、跨界车、任何其它乘用运载工具、任何合适的商用运载工具、或任何其它合适的运载工具。虽然运载工具20可以是有轮子并用于道路上的乘用运载工具，但本公开的原理可以适用于其它运载工具，例如飞机、拖拉机、船舶、或其它合适的运载工具。运载工具20可包括推进系统30，例如点火系统、电子系统、或其组合。
23.在一些实施例中，运载工具20还可包括转向系统40。转向系统40可被构造成驾驶员界面转向系统、自主驾驶系统、或允许驾驶员界面和自主转向两者的系统。转向系统可包括输入装置42，例如方向盘，其中，驾驶员可以通过转动方向盘来机械地提供转向输入。转向柱组件44包括从输入装置42沿轴线延伸至输出组件46的转向柱45。输出组件46可包括小齿轮轴组件、i轴、万向接头、线控部件或任何通常被定位成与输入装置42相对的特征。
24.转向柱45可包括至少两个轴向可调节的部分，例如可相对于彼此轴向调节的第一部分48和第二部分50。该至少两个轴向可调节的部分还可包括被设置在第一部分48与第二部分50之间的至少一个第三部分49。第一部分48、第二部分50、及第三部分49可被构造成护套、托架、导轨、其它装置、或其组合。轴向运动可包括滑动、伸缩、平移、其它轴向运动、或其组合。转向柱组件44可包括部件51，例如安装托架、动力辅助壳体、输出组件、转向齿轮组件、白本体结构(body-in-white structure)、和/或除部分48、49、50之外的其它部件。轴向致动器52可连接于部件51与第一部分48和第三部分49中的一个之间，以在它们之间进行轴向调节。
25.转向柱45可在从伸出位置(图3a)至收缩位置(图3b)的位置范围之间移动。在伸出位置，第一部分48和/或第三部分49相对于第二部分50轴向地移动，使得输入装置42位于运载工具的操作者附近。在收缩位置，第一部分48和/或第三部分49相对于第二部分50轴向地移动，使得输入装置42处于与伸出位置相比，离运载工具的操作者较远处。在一些实施例中，收缩位置可对应于收纳输入装置42。例如，在自主驾驶期间将输入装置42放置在收纳位置可能是有益的。在操作中，轴向致动器52实现第一部分48、第三部分49、及第二部分50之间的轴向运动，以在伸出位置、收缩位置、以及任何中间位置之间进行调节。
26.转向齿轮组件54可经由转向齿轮输入轴56连接至输出组件46。转向齿轮组件54可被构造成齿条和小齿轮、循环球式转向齿轮，或与自主和驾驶员界面转向系统相关联的任何其它类型的转向齿轮。转向齿轮组件54可随后经由输出轴60连接至驱动轴58。输出轴60可包括连杆臂(pitman arm)和扇形齿轮和/或各种传统部件。输出轴60可操作地连接至转向齿轮组件54，使得转向齿轮输入轴56的旋转引起输出轴60的响应运动并引起驱动轴转动轮62。
27.现参考图2，其大体示出转向柱组件44。转向柱45可连接至运载工具部件51，本文中被示出为托架53。托架53可以是安装托架(例如下安装托架)，且包括托架枢轴连接件64以允许转向柱45进行倾角或倾斜运动。转向系统40还可包括用于设定倾角位置的倾角致动器66、以及用于使第一部分48、第三部分49、及第二部分50相对于彼此轴向地移动的轴向致动器52。在一些实施例中，第一部分48是上部，第三部分49是中部，而第二部分50是下部。在一些实施例中，第一部分48可被第三部分49伸缩式地接纳，而第三部分49可被第二部分50伸缩式地接纳。
28.转向柱45包括转向轴70并与其一起沿纵向轴线x延伸。转向柱45在第一端72(例如上端)与第二端74(例如下端)之间延伸。在一些实施例中，输入装置42例如方向盘可操作地连接至转向轴70的上端，且输出组件46可操作地连接至转向轴70的下端。轴向致动器52可连接至托架53且延伸至第一部分48。如此，第一部分48和第三部分49可在直接作用于托架53与第一部分48之间的力之间被致动，使得第二部分50和第三部分49有效地漂浮。动力辅助壳体76a可被可操作地连接至转向柱45(例如第二部分50)。转向轴70可包括两个或更多个可滑动构件，例如与部分(48、49、50)一起轴向地伸出和收缩的内部构件78和外部构件80。内部构件78例如可经由相互啮合的花键表面(未示出)，在外部构件80内轴向地移动。
29.继续参考图2，第二部分50可被构造成半封闭管件。更具体地，第二部分50可包括外部窗口82，外部窗口沿第二部分50的一段延伸至支座84，支座84跨过外部窗口82延伸。支座84可从第一部分50径向向外地延伸通过一对足部(footing portion)86。窗口82和足部86可允许轴向致动器52沿其运动。托架53在第二端74附近连接至第二部分50，且上安装托架88可在第二部分50的相对端附近以在轴线x上与支座84轴向对齐的方式被连接。上安装托架88可包括倾角托架90和枢轴本体92。在使用中，倾角托架90连接至运载工具20的一部分，且枢轴本体92在第一倾角枢轴点93处连接至倾角托架90，而在第二倾角枢轴点94处连接至第二部分50。第一倾角枢轴点93和第二倾角枢轴点94间隔开，使得枢轴本体92相对于第一倾角枢轴点93的枢转运动造成转向柱45的倾角或倾斜运动。
30.第三部分49也可被构造成半封闭管件。更具体地，第三部分49包括沿轴线x且沿第三部分49的一段延伸的内部窗口96。第三部分49还可包括凸轮盘(cam plate)98，凸轮盘98与第二部分50的内表面形成可滑动接触。凸轮盘98可围绕第三部分49被周向地设置。例如，可设有三个凸轮盘98，围绕轴线x每120
°
设置一个凸轮盘。凸轮盘98可由比第三部分49的周围段更耐用的材料形成。
31.第一部分48可轴向地连接至转向轴70的靠近第一端72的部分，并使转向轴70在收缩和收纳位置之间轴向地伸出和收缩。在收缩位置，第一部分48被接纳在第三部分49中，而第三部分49被接纳在第二部分50中。在伸出位置，第三部分49和第一部分48从第二部分50向外伸出。
32.轴向致动器52可包括驱动单元100(例如马达)和从动单元102(例如齿轮机构)。从动单元102可包括马达驱动丝杆(motor driven lead screw)106(例如被直接驱动或经由花键螺母和/或类似物被间接驱动)。丝杆106可包括限定孔的外丝杆108、以及被接纳在该孔内的内丝杆110，其中，当轴向致动器52将部分48、49、50朝向收缩位置轴向地收缩时，内丝杆110位于该孔内。当轴向致动器52将部分48、49、50轴向地伸出时，内丝杆110至少部分地离开孔，使得丝杆106的总长度变大。外丝杆108的孔和内丝杆110的外表面二者可包括啮合的螺旋齿以促进它们之间的轴向运动。在一些实施例中，至少一个套环(未示出)连接于外丝杆108与内丝杆110之间，以将内丝杆110保持在外丝杆108的内部。
33.现参考图2至图3b，丝杆106从驱动单元100延伸至连接托架112a，连接托架112a将丝杆106连接至第一部分48。丝杆16可以至少部分地与内部窗口92和外部窗口82对齐。连接托架112a通过外部窗口82和内部窗口96暴露且可沿其滑动。连接托架112a与第一部分48的靠近第二端74的一段间隔开。环状螺母(screw collar，螺纹环)114a位于连接托架112a上并与外丝杆108上的齿相互啮合。连接托架112a至少部分地位于内部窗口96内且从支座84径向向内。在图3b示出的收缩位置，内丝杆110位于外丝杆108内，且环状螺母114a位于外丝杆108的第一端上。在展开(expansion)期间，驱动单元100转动内丝杆110，引起外丝杆108与内丝杆110之间的相对旋转和轴向运动。在展开期间，环状螺母114a朝向外丝杆108的与第一端相对的第二端移动。图3a示出处于部分伸出状态的转向柱组件44，然而应理解的是，经由连接托架112a穿过内部窗口96朝向第一端72的运动，进一步的致动将导致第一部分48的额外轴向延伸。在一些实施例中，致动器52可借助第一致动器铰接式连接件116a连接至连接托架112a。例如，连接托架112a包括至少一个(例如一对)从其延伸的耳托架115a，耳托架115a限定用于枢转式地保持环状螺母114a的开口。更具体地，环状螺母114a可包括从其延伸至耳托架115a的开口的一个或多个致动器销117a。在一些实施例中，第一致动器铰接式连接件116a可包括在多个方向上形成铰接的球形接头或另一种类型的铰接头。
34.如图4最好地示出的，轴向致动器52可借助第二致动器铰接式连接件118a连接至托架53，第二致动器铰接式连接件118a可平行于或垂直于第一致动器铰接式连接件116a。例如，托架53可包括至少一个关节120a(例如一对关节)以及销122，销122可延伸穿过每个关节120a以形成第二致动器铰接式连接件118a。轴向致动器52可包括连接部124a，连接部124a具有用于放置销122的孔眼(未示出)。关节120a可位于托架枢轴连接件64附近。托架枢轴连接件64可平行于第一倾角枢轴点93和第二倾角枢轴点94，而托架枢轴连接件64可平行于第二致动器铰接式连接件118a且平行于或垂直于第一致动器铰接式连接件116a。第一致动器铰接式连接件116a和第二致动器铰接式连接件118a允许致动器52以不同的角度操作。例如，轴线x与丝杆106之间的角度可在多个位置之间变化，其中，该角度随转向柱45收缩而变大。托架53限定致动器外形126，用于允许部分的轴向致动器52(例如驱动单元100)相对于托架53移动。在一些实施例中，第二致动器铰接式连接件118a可包括在多个方向上形成铰接的球形接头或另一种类型的铰接头。
35.图5示出的是一种替代性设置，其中，连接托架112b和环状螺母114b包括修改的连接件以形成第一致动器铰接式连接件116b。更具体地，连接托架112b可位于第一部分48上的相同大体位置且包括从其延伸的至少一个(例如一对)耳托架115b，耳托架115b限定用于可枢转式地保持环状螺母114b的开口。更具体地，环状螺母114b可包括从其延伸至耳托架
115b的开口内的一个或多个致动器销117b。在这种布置中，第一致动器铰接式连接件116b可平行于托架枢轴连接件64、第一倾角枢轴点93、及第二倾角枢轴点94。在一些实施例中，第一致动器铰接式连接件116b可包括在多个方向上提供铰接(articulation)的球形接头或另一种类型的铰接头。
36.图6示出的是一种替代性设置，其中，部件51被构造成具有修改构造的动力辅助壳体76b。更具体地，动力辅助壳体76b包括第二致动器铰接式连接件118b，第二致动器铰接式连接件118b可平行于托架枢轴连接件64、第一倾角枢轴点93、及第二倾角枢轴点94。更具体地，动力辅助壳体76b包括至少一个关节120b(例如一对关节120b)以及销122，销122延伸穿过至少一个关节120b以形成第二致动器铰接式连接件118b。轴向致动器52可包括连接部124b，连接部124b具有用于放置销122的孔眼(未示出)。应理解的是，这种布置可利用前述第一致动器铰接式连接件116a、116b中的任一个。在一些实施例中，第二致动器铰接式连接件118b可包括在多个方向上形成铰接的球形接头或另一种类型的铰接头。
37.虽然仅结合有限数量的实施例详细描述了本发明，但易于理解，本发明并不限于这些公开的实施例。相反，本发明可以被修改以合并任何数量的变化、改变、替换、或之前虽未描述但与本发明的精神和范围相称的等效设置。此外，虽然已描述了本发明的各实施例，但应当理解，本发明的各方面可以仅包括所描述的其中一些实施例。此外，任何一个实施例的任何特征、元素、组件或优点可用于任何其它实施例。因此，本发明不应被视为受前述说明的限制。

技术特征：
1.一种转向柱组件，包括：转向柱，沿纵向轴线在第一端与第二端之间延伸；所述转向柱包括从所述第二端延伸的下部、连接至该下部且能相对于所述下部轴向地移动的中部、以及连接至该中部且能相对于所述中部轴向地移动并朝向所述第一端延伸的上部；部件，连接至所述转向柱，邻近所述下部；以及至少一个轴向致动器，连接于所述部件与所述上部之间。2.根据权利要求1所述的转向柱组件，还包括转向轴，其中，所述部件实现所述转向轴的运动，且包括安装托架或转向辅助壳体中的一个。3.根据权利要求2所述的转向柱组件，其中，所述轴向致动器借助第一致动器铰接式连接件连接至所述上部。4.根据权利要求3所述的转向柱组件，其中，所述第一致动器铰接式连接件包括固定至所述上部的连接托架，且所述轴向致动器借助至少一个致动器销枢转式地连接至所述连接托架。5.根据权利要求4所述的转向柱组件，其中，所述连接托架包括至少一个耳托架，所述耳托架限定用于接纳所述至少一个致动器销的孔眼。6.根据权利要求4所述的转向柱组件，其中，所述中部包括内部窗口，且所述下部包括外部窗口，而且其中，在所述转向柱进行轴向运动期间，所述连接托架在所述内部窗口和所述外部窗口内滑动。7.根据权利要求6所述的转向柱组件，其中，所述轴向致动器包括至少部分地与所述内部窗口和所述外部窗口对齐的丝杆。8.根据权利要求3所述的转向柱组件，其中，所述轴向致动器借助第二致动器铰接式连接件连接至所述部件。9.根据权利要求8所述的转向柱组件，其中，所述第一致动器铰接式连接件和所述第二致动器铰接式连接件被定向成彼此平行。10.根据权利要求8所述的转向柱组件，其中，所述第一致动器铰接式连接件和所述第二致动器铰接式连接件被定向成彼此垂直。11.根据权利要求2所述的转向柱组件，其中，所述部件包括安装托架，且所述轴向致动器借助第二致动器铰接式连接件连接至所述部件。12.根据权利要求11所述的转向柱组件，其中，所述第二枢轴连接件包括从所述安装托架延伸的至少一个关节，且所述轴向致动器借助至少一个销枢转式地连接至所述至少一个关节。13.根据权利要求12所述的转向柱组件，其中，所述安装托架借助托架枢轴连接件连接至所述下部，该托架枢轴连接件允许所述转向柱进行倾斜运动。14.根据权利要求2所述的转向柱组件，其中，所述部件包括动力辅助壳体，且所述轴向致动器借助第二致动器铰接式连接件连接至所述部件。15.根据权利要求14所述的转向柱组件其中，所述第二枢轴连接件包括从所述动力辅助壳体延伸的至少一个关节，且所述轴向致动器借助至少一个销枢转式地连接至所述至少一个关节。
16.根据权利要求1所述的转向柱组件，其中，所述轴向致动器包括丝杆。17.根据权利要求16所述的转向柱组件，其中，所述丝杆包括外丝杆和内丝杆，所述内丝杆被接纳在所述外丝杆的孔内。18.一种转向柱组件，包括：转向柱，沿纵向轴线在第一端与第二端之间延伸；所述转向柱包括从所述第二端延伸的下部、连接至该下部且能相对于所述下部轴向地移动的中部、以及连接至该中部且能相对于所述中部轴向地移动并朝向所述第一端延伸的上部；下安装托架，连接至所述转向柱，邻近所述下部；以及至少一个轴向致动器，连接于所述下安装托架与所述上部之间。19.根据权利要求18所述的转向柱组件，其中，所述轴向致动器借助第一致动器铰接式连接件连接至所述上部。20.根据权利要求19所述的转向柱组件，其中，所述轴向致动器借助第二致动器铰接式连接件连接至所述下安装托架。

技术总结
根据本发明的一个方面，提供一种转向柱组件。该转向柱组件包括沿纵向轴线在第一端与第二端之间延伸的转向柱。该转向柱包括从第二端延伸的下部、连接至该下部且能相对于下部轴向地移动的中部、以及连接至该中部且能相对于中部轴向地移动并朝向第一端延伸的上部。一部件连接至该转向柱并邻近下部，并且至少一个轴向致动器连接于该部件与上部之间。致动器连接于该部件与上部之间。致动器连接于该部件与上部之间。


技术研发人员：J
受保护的技术使用者：操纵技术IP控股公司
技术研发日：2021.11.23
技术公布日：2022/5/25