用于使可转向车轮转动的设备

相关申请

本申请要求提交于2022年6月10日的美国临时申请序列号63/350,888的优先权。该临时申请的全部内容据此出于所有目的通过引用并入本文。

技术领域

本发明涉及一种用于使可转向车轮转动的设备。

背景技术

已知的车辆转向设备包括可轴向运动以实现可转向车轮的转动运动的转向构件。球式螺母组件与转向构件的带有外螺纹的部分连接。马达与球式螺母组件连接。马达可操作以实现球式螺母组件相对于转向构件的旋转。

发明内容

本发明涉及一种用于使可转向车轮转动的设备。该设备包括转向构件，该转向构件可相对于车辆进行轴向移动以实现可转向车轮的转动运动。球式螺母组件与转向构件的带有外螺纹的部分连接。转向构件响应于球式螺母组件相对于转向构件的旋转而轴向移动。第一马达与球式螺母组件连接。第一马达可操作以实现球式螺母组件相对于转向构件的旋转。第二马达与球式螺母组件连接。第二马达可操作以实现球式螺母组件相对于转向构件的旋转。

根据本发明的特征中的一个特征，齿轮与球式螺母组件连接，并可与球式螺母组件一起相对于转向构件旋转。第一马达和第二马达可操作以实现齿轮和球式螺母组件相对于转向构件的旋转。

根据本发明的另一个特征，第一空转齿轮与连接到球式螺母组件的齿轮啮合接合，并且第二空转齿轮与连接到球式螺母组件的齿轮啮合接合。第一马达可操作以实现第一空转齿轮的旋转，从而实现齿轮和球式螺母组件相对于转向构件的旋转。第二马达可操作以实现第二空转齿轮的旋转，从而实现齿轮和球式螺母组件相对于转向构件的旋转。

根据本发明的另一个特征，第一齿轮与球式螺母组件连接并可与球式螺母组件一起相对于转向构件旋转，并且第二齿轮与球式螺母组件连接并可与球式螺母组件一起相对于转向构件旋转。第一马达可操作以实现与连接到球式螺母组件的第一齿轮啮合接合的第一空转齿轮的旋转。第二马达可操作以实现与连接到球式螺母组件的第二齿轮啮合接合的第二空转齿轮的旋转。

根据本发明的另一个特征，电子控制单元控制第一马达和第二马达。至少一个马达传感器检测第一马达和第二马达中的至少一个马达是否正确操作。如果至少一个马达传感器检测到第一马达和第二马达中的一个马达没有正确操作，则ECU调整该第一马达和第二马达中的另一个马达的操作。

根据本发明的另一个特征，第一马达和第二马达为彼此提供冗余。

根据本发明的另一个特征，设备是线控转向设备。

附图说明

在阅读以下参考附图的描述之后，本发明的前述和其他特征对于本发明所属领域的技术人员将变得更加显而易见，在附图中：

图1是根据本发明而构造的用于使可转向车轮转动的设备的第一示例的示意图；

图2是图1的设备的一部分的示意图，其中一些部分被移除以示出用于驱动球式螺母组件的传动装置；

图3是图2的这部分的示意性截面图；

图4是根据本发明而构造的用于使可转向车轮转动的设备的第二示例的一部分的示意图，其中一些部分被移除以示出用于驱动球式螺母组件的传动装置；以及

图5是图4的这部分的示意性截面图。

具体实施方式

图1展示了根据本发明而构造的用于使可转向车轮转动的设备10的第一示例。设备10包括连接到可转向车轮的转向构件12，如本领域中已知的。壳体14支撑转向构件12使之相对于壳体进行轴向或线性运动。

球式螺母组件20(图2至图3)围绕转向构件12的带有外螺纹的部分22延伸。轴承24将球式螺母组件20支撑在壳体14中，使得球式螺母组件相对于该壳体和转向构件12绕该转向构件的纵向延伸的中心轴线26旋转。球式螺母组件20相对于转向构件12的旋转有效地使转向构件相对于壳体14轴向移动。壳体14与转向构件12的至少一部分一起包围球式螺母组件20。

第一可逆电动马达30可操作以使球式螺母组件20相对于转向构件12和壳体14旋转。第一电动马达30具有输出轴32，该输出轴具有第一螺旋驱动齿轮34。第一螺旋驱动齿轮34可以形成在输出轴32上或者连接到输出轴32。第一螺旋驱动齿轮34和输出轴32由轴承38支撑在壳体14的盖构件36中。轴承38支撑第一螺旋驱动齿轮34使之绕大致平行于转向构件12的轴线26延伸的纵向轴线40旋转。

第一螺旋驱动齿轮34与第一空转齿轮46啮合以将扭矩从第一马达30传递到第一空转齿轮。第一空转齿轮46由轴承48支撑在壳体14的盖构件36中以绕轴线50旋转。第一空转齿轮46的轴线50大致平行于转向构件12的轴线26和第一螺旋驱动齿轮34的轴线40延伸。

第一空转齿轮46与球式螺母组件20上的从动齿轮60啮合，以将扭矩从第一空转齿轮传递到从动齿轮。从动齿轮60由保持构件64固定地连接到球式螺母组件20的轴向端部部分62。保持构件64可以是环形构件，该环形构件将从动齿轮60夹紧到球式螺母组件20的轴向端部部分62上的肩部66。可以设想的是，保持构件64可以与球式螺母组件20的轴向端部部分62处于螺纹接合。第一空转齿轮46将力从第一马达30传递到从动齿轮60，以在第一马达的操作期间使球式螺母组件20绕转向构件12的中心轴线26旋转。

第二可逆电动马达70(图2)可操作以使球式螺母组件20相对于转向构件12旋转。第二电动马达70具有输出轴72，该输出轴具有第二螺旋驱动齿轮74。第二螺旋驱动齿轮74可以形成在输出轴72上或者连接到输出轴72。第二螺旋驱动齿轮74和输出轴72由未示出的轴承支撑在壳体14的盖构件36中。第二螺旋驱动齿轮74被支撑以绕纵向轴线80旋转，该纵向轴线大致平行于第一螺旋驱动齿轮34的轴线40和转向构件12的轴线26延伸。

第二螺旋驱动齿轮74与第二空转齿轮86啮合，以将扭矩从第二马达70传递到第二空转齿轮。第二空转齿轮86由轴承(未示出)支撑在壳体14的盖构件36中，以绕轴线90旋转。第二空转齿轮86的轴线90大致平行于转向构件12的轴线26和第二螺旋驱动齿轮74的轴线80延伸。第二空转齿轮86与球式螺母组件20上的从动齿轮60啮合，以将扭矩从第二空转齿轮传递到从动齿轮。第二空转齿轮86将力从第二马达70传递到从动齿轮60，以在第二马达的操作期间使球式螺母组件20绕转向构件12的中心轴线26旋转。

设备10(图1)可以是线控转向设备，该线控转向设备与转向输入构件(诸如方向盘)没有机械连接。电子控制单元(ECU)100可以控制第一马达30和第二马达70。ECU 100实现第一马达30和第二马达70的操作，以使转向构件12相对于壳体14轴向移动，从而使车轮转向。ECU 100可以接收指示车辆的期望行驶路径的输入信号。ECU 100可分析期望行驶路径，并操作第一马达30和第二马达70以使转向构件12相对于壳体14轴向移动，从而使车轮转动预定量并使车辆沿期望路径行驶。ECU 100可以取决于使转向构件12相对于壳体14移动预定量所需的力来操作第一马达30、第二马达70或这两个马达。

设备10可包括车辆状况传感器102、104，以基于所感测到的车辆状况控制第一马达30和第二马达70。车辆状况传感器102、104可以包括扭矩传感器102和电连接到ECU 100的位置传感器104。扭矩传感器102可以感测施加到方向盘的扭矩并生成指示该扭矩的信号。位置传感器104可以感测方向盘的旋转位置并生成指示方向盘位置的电信号。来自扭矩传感器102和位置传感器104的电信号会发送到ECU 100。ECU 100对传感器102、104的输出进行分析并根据这些传感器的输出实现第一马达30和第二马达70的操作。

另外，ECU 100可以具有根据所感测到的车辆侧向加速度或其他车辆操作状况而变化的输入。ECU 100接收由传感器生成的信号并致动第一马达30和第二马达70以便将轴向力施加到转向构件12，以使可转向车轮转动。

小齿轮可以与转向构件12的齿条部分啮合接合，使得转向构件的轴向或线性运动引起小齿轮相对于壳体14的小齿轮壳体部分110旋转。特别地，齿条部分包括被设置成与小齿轮上的齿轮齿啮合接合的齿条轮齿，如本领域中已知的。小齿轮可以帮助防止转向构件12绕转向构件的轴线26相对于壳体14旋转。

传感器可以连接到小齿轮壳体部分110以检测小齿轮绕小齿轮轴线的旋转运动。连接到小齿轮的传感器可以电连接到ECU 100。来自连接到小齿轮的传感器的电信号会被发送到ECU 100。ECU 100分析传感器的输出以确定转向构件12是否已经轴向移动了预定量。

设备10还可以包括检测第一马达30和第二马达70是否正确操作的马达传感器120、122。马达传感器120、122可以电连接到ECU 100。ECU 100可以分析马达传感器120、122的输出以确定第一马达30和第二马达70是否正确操作。如果ECU 100确定第一马达30和第二马达70中的一个没有正确操作，则ECU 100可调整另一个马达的操作以补偿没有正确操作的马达。因此，第一马达30和第二马达70可以为彼此提供冗余。

图4至图5展示了根据本发明而构造的用于使可转向车轮转动的设备210的第二示例。图4至图5的设备210大致与图1至图3的设备10相似，并因此将仅详细描述差异。

设备210(图4)的第一可逆电动马达230可操作以使球式螺母组件220相对于转向构件212和壳体214旋转。第一电动马达230具有输出轴232，该输出轴具有第一螺旋驱动齿轮234。第一螺旋驱动齿轮234和输出轴232由轴承238支撑在壳体214的盖构件236中。轴承238支撑第一螺旋驱动齿轮使之绕大致平行于转向构件212的轴线226延伸的纵向轴线240旋转。

第一螺旋驱动齿轮234与第一空转齿轮246啮合以将扭矩传递到第一空转齿轮246。第一空转齿轮246通过轴承248支撑在壳体214的盖构件236中以绕轴线250旋转。第一空转齿轮246的轴线250大致平行于转向构件212的轴线226和第一螺旋驱动齿轮234的轴线240延伸。

第一空转齿轮246与球式螺母组件220上的第一从动齿轮260啮合以将扭矩传递到球式螺母组件。第一从动齿轮260由保持构件264固定地连接到球式螺母组件220的轴向端部部分262。保持构件264可以是环形构件，该环形构件将第一从动齿轮260夹紧到球式螺母组件220的轴向端部部分262上的肩部266。设想保持构件264可以螺纹接合球式螺母组件220的轴向端部部分262。第一空转齿轮246将力从第一马达230传递到第一从动齿轮260，以在第一马达的操作期间使球式螺母组件220绕转向构件212的中心轴线226旋转。

第二可逆电动马达270可操作以使球式螺母组件220相对于转向构件212旋转。第二电动马达270具有输出轴272，该输出轴具有第二螺旋驱动齿轮274。第二螺旋驱动齿轮274和输出轴272由轴承276支撑在壳体214的盖构件236中。轴承276支撑第二螺旋驱动齿轮274使之绕纵向轴线280旋转，该纵向轴线大致平行于第一螺旋驱动齿轮234的轴线240和转向构件212的轴线226延伸。

第二螺旋驱动齿轮274与第二空转齿轮286啮合以将扭矩传递到第二空转齿轮。第二空转齿轮286由轴承288支撑在壳体214的盖构件236中以绕轴线290旋转。第二空转齿轮286的轴线290大致平行于转向构件12的轴线226和第二螺旋驱动齿轮274的轴线280延伸。

第二空转齿轮286与球式螺母组件220上的第二从动齿轮292啮合，以将扭矩传递到球式螺母组件。第二从动齿轮292由保持构件264固定地连接到球式螺母组件220的轴向端部部分262。保持构件264接合第二从动齿轮292，使得第二从动齿轮292在轴向上位于保持构件与第一从动齿轮260之间。保持构件264可以将第二从动齿轮292和第一从动齿轮260夹紧到球式螺母组件220的轴向端部部分262上的肩部266。第二空转齿轮286将力从第二马达270传递到第二从动齿轮292，以在第二马达的操作期间使球式螺母组件220绕转向构件212的中心轴线226旋转。

ECU可以以类似于图1至图3中所示的示例的方式控制第一马达230和第二马达270。ECU可以实现第一马达230和第二马达270的操作，以使转向构件212相对于壳体214轴向移动，从而使车轮转向。ECU可以取决于使转向构件212相对于壳体214移动所需的力来操作第一马达230、第二马达270或这两个马达。车辆状况传感器可以感测施加到方向盘的扭矩和方向盘的旋转位置，并生成指示扭矩和位置的信号。ECU可以根据车辆状况传感器的输出来实现第一马达230和第二马达270的操作。

小齿轮可以与转向构件212的齿条部分啮合接合，使得转向构件的轴向或线性运动引起小齿轮相对于壳体214的小齿轮壳体部分旋转。特别地，齿条部分可以包括被设置成与小齿轮上的齿轮齿啮合接合的齿条轮齿，如本领域中已知的。小齿轮可以帮助防止转向构件212相对于壳体214绕转向构件的轴线226旋转。传感器可以检测小齿轮绕小齿轮轴线的旋转运动。ECU可以分析小齿轮传感器的输出，以确定转向构件212是否已经轴向移动。

设备210还可以包括马达传感器320、322，这些马达传感器检测第一马达230和第二马达270是否正确操作。ECU可以分析马达传感器320、322的输出，以确定第一马达230和第二马达270是否正确操作。如果ECU确定第一马达230和第二马达270中的一个没有正确操作，则ECU可以调整另一个马达的操作以补偿没有正确操作的马达。因此，第一马达230和第二马达270可以为彼此提供冗余。

尽管本发明的示例被示出为线控转向设备，但是可以设想的是，小齿轮可以连接到包括可旋转方向盘的转向柱。当方向盘旋转时，力通过转向柱传递到小齿轮。因此，小齿轮在通过转向柱传递的力的影响下旋转。由于小齿轮与齿条部分之间的啮合接合，方向盘的旋转并因此小齿轮的旋转引起转向构件的齿条部分的线性运动。因此，方向盘的旋转引起可转向车轮的转动。第一马达和第二马达可以通过球式螺母组件向转向构件施加力，以辅助可转向车轮的转动。

从以上描述中可以看出，本发明的设备可以用于自主地使车轮转向，可以用于线控转向系统或用作动力辅助转向系统。

上面已经描述的是本发明的示例。当然，不可能为了描述本发明的目的而描述部件或方法的每种可想到的组合，但是本领域的普通技术人员将认识到，本发明的许多其他组合和置换是可能的。因此，本发明旨在涵盖落入所附权利要求的精神和范围内的所有这样的更改、修改和变型。