阅读说明：本技术 一种汽车用转向管柱 (Steering column for automobile ) 是由 姜廷龙 高尚 常秀岩 相东 侯慧贤 徐飞扬 于 2019-10-30 设计创作，主要内容包括：发明涉及汽车技术领域,尤其涉及一种汽车用转向管柱,包括管柱机构、冗余电机机构、高度调节机构以及角度调节机构,所述冗余电机机构设置在所述管柱机构上,且与所述管柱机构的主轴通过皮带连接,所述高度调节机构设置在所述管柱机构上用于调节所述汽车用转向管柱的高度,所述角度调节机构设置在所述管柱机构上,用于调节所述汽车用转向管柱与汽车底盘之间的夹角。本发明能够解决现有技术中转向限位力矩不足和电机控制力矩精度低的问题,提高驾乘体验,是一项高安全等级的全冗余硬件方案,可以支持线控转向,模拟转向手力,并与自动驾驶相融合。(The invention relates to the technical field of automobiles, in particular to an automobile steering column, which comprises a column mechanism, a redundant motor mechanism, a height adjusting mechanism and an angle adjusting mechanism, wherein the redundant motor mechanism is arranged on the column mechanism and is connected with a main shaft of the column mechanism through a belt, the height adjusting mechanism is arranged on the column mechanism and is used for adjusting the height of the automobile steering column, and the angle adjusting mechanism is arranged on the column mechanism and is used for adjusting an included angle between the automobile steering column and an automobile chassis. The invention can solve the problems of insufficient steering limit torque and low motor control torque precision in the prior art, improves the driving experience, is a full-redundancy hardware scheme with high safety level, can support steer-by-wire, simulates steering hand power, and is integrated with automatic driving.)

一种汽车用转向管柱

技术领域

本发明涉及汽车技术领域，尤其涉及一种汽车用转向管柱。

背景技术

近年来，随着汽车行业的发展，汽车自动驾驶已经成为行业发展热点，甚至部分企业已经推出了自动驾驶车型。为了提高自动驾驶的体验，自动驾驶对底盘智能化的要求越来越高，转向系统在历经液压转向、电动助力转向技术方案之后，线控转向系统由于转向管柱和转向器之间中断连接，其易于布置、与自动驾驶技术融合度高、管柱功能与结构集约化设计、被动安全性好等特点而被广泛关注，因此，需要一种汽车用转向管柱以应对新技术的发展。

现有技术中，汽车用转向管柱存在以下问题：

1)电机与管柱轴管同轴无法实现减速增扭，从而导致转向管柱在转角限位位置处，容易由于电机堵转力矩不足导致汽车用转向管柱的转向限位力矩不足；以及由于蜗轮蜗杆速比大而导致对汽车用转向管柱控制用的电机控制力矩精度低的问题；

2)汽车用转向管柱不能够进行高低和角度调节，驾乘体验较差。

发明内容

本发明目的在于提供一种汽车用转向管柱，能够解决现有技术中转向限位力矩不足和电机控制力矩精度低的问题，提高驾乘体验。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种汽车用转向管柱，包括：管柱机构、冗余电机机构、高度调节机构以及角度调节机构，所述冗余电机机构设置在所述管柱机构上，且与所述管柱机构的主轴通过皮带连接，所述高度调节机构设置在所述管柱机构上用于调节所述汽车用转向管柱的高度，所述角度调节机构设置在所述管柱机构上，用于调节所述汽车用转向管柱与汽车底盘之间的夹角。

可选地，所述管柱机构包括柱管和主轴，所述主轴设置在所述柱管中，且所述主轴能够沿自身的轴线旋转。

可选地，所述主轴包括上段主轴、中段主轴以及下段主轴，所述上段主轴的一端与所述中段主轴连接，所述中段主轴的另一端与所述下段主轴连接，所述下段主轴上固定设置有皮带轮，所述冗余电机机构与所述皮带轮通过所述皮带连接。

可选地，所述柱管包括上段柱管和下段柱管，所述上段柱管与所述下段柱管连接，所述高度调节机构设置在所述下段柱管上，能够调节所述上段柱管与所述下段柱管之间的距离，从而调节所述汽车用转向管柱的高度。

可选地，所述冗余电机机构包括冗余电机组件和冗余控制器组件，所述冗余控制器组件与所述冗余电机组件连接，所述冗余电机组件设置在所述下段柱管上，且与所述皮带轮通过所述皮带连接。

可选地，所述冗余电机组件包括第一电机和第二电机，所述冗余控制器组件包括第一控制器和第二控制器，所述第一电机与所述第一控制器连接，所述第二电机与所述第二控制器连接，所述第一电机和所述第二电机均与所述皮带轮通过所述皮带连接。

可选地，所述高度调节机构包括高度调节电机、第一输出轴以及高度调节螺母，所述高度调节电机设置在所述下段柱管上，所述第一输出轴与所述高度调节电机连接，所述高度调节螺母设置在所述上段柱管上，所述高度调节螺母与所述第一输出轴螺接。

可选地，所述第一输出轴上套设有第一限位套管，用于限制调节高度。

可选地，所述角度调节机构包括角度调节电机、第二输出轴、角度调节螺母、联动支架以及管柱固定架，所述角度调节电机设置在所述下段柱管上，所述第二输出轴与所述角度调节电机相连，所述角度调节螺母与所述联动支架相连，所述角度调节螺母与所述第二输出轴螺接，所述联动支架的一端与所述下段柱管相连，另一端与所述管柱固定架相连，所述管柱固定架的另一端与减速机壳体连接，所述联动支架能够在所述角度调节电机的驱动下带动所述汽车用转向管柱相对所述管柱固定架转动。

可选地，所述第二输出轴靠近所述角度调节电机的一端套设有第二限位套管，用于限制角度调节的下极限位置，所述第二输出轴背离所述角度调节电机的一端卡设有限位挡圈，用于限制角度调节的上极限位置。

本发明的有益效果：

本发明所提供的汽车用转向管柱，通过将冗余电机机构与管柱机构的主轴采用皮带连接，达到了降速增距的效果，从而保证在转角限位位置处电机堵转力矩满足要求，同时相比涡轮蜗杆传动，采用皮带传动提高电机控制力矩。通过设置高度调节机构来调节汽车用转向管柱的高度，以及设置角度调节机构调节汽车用转向管柱与汽车底盘之间的夹角，使得汽车用转向管柱的高度和夹角能够根据实际需要进行调节，提高驾乘体验，是一项高安全等级的全冗余硬件方案，可以支持线控转向，模拟转向手力，并与自动驾驶相融合。

附图说明

图1是本发明汽车用转向管柱的分解图；

图2是本发明汽车用转向管柱中管柱机构的示意图；

图3是本发明汽车用转向管柱中高度调节机构的示意图；

图4是本发明汽车用转向管柱中角度调节机构的示意图。

图中：

1-管柱机构；11-上段主轴；12-中段主轴；13-扭杆；14-下段主轴；15-上段柱管；16-下段柱管；17-皮带轮；

2-高度调节机构；21-高度调节电机；22-高度调节螺母；23-第一限位套管；

3-角度调节机构；31-角度调节电机；32-第二输出轴；33-角度调节螺母；34-联动支架；35-管柱固定架；36-第二限位套管；37-限位挡圈；38-传感器；

4-冗余控制器组件；

5-冗余电机组件；

6-减速机壳体；

7-第一传感器线束；

8-第二传感器线束；

9-皮带。

具体实施方式

下面结合附图和实施方式进一步说明本发明的技术方案。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1-图4所示，本发明提供一种汽车用转向管柱，包括：管柱机构1、冗余电机机构、高度调节机构2以及角度调节机构3，冗余电机机构设置在管柱机构1上，且与管柱机构1的主轴通过皮带9连接，高度调节机构2设置在管柱机构1上用于调节汽车用转向管柱的高度，角度调节机构3设置在管柱机构1上，用于调节汽车用转向管柱与汽车底盘之间的夹角。

通过采用皮带9传动的方式，将冗余电机机构与管柱机构1的主轴采用皮带9连接，达到了降速增距的效果，从而保证在转角限位位置处电机堵转力矩满足要求。同时相比涡轮蜗杆定传动比的传动，采用皮带9传动提高电机控制力矩；通过设置高度调节机构2来调节汽车用转向管柱的高度，以及设置角度调节机构3调节汽车用转向管柱与汽车底盘之间的夹角，使得汽车用转向管柱的高度和夹角能够根据实际需要进行调节，提高驾乘体验。

进一步地，管柱机构1包括柱管和主轴，主轴设置在柱管中，且主轴能够沿自身的轴线旋转。具体地，主轴包括上段主轴11、中段主轴12以及下段主轴14，上段主轴11的一端与中段主轴12连接，中段主轴12的另一端与下段主轴14连接，下段主轴14上固定设置有皮带轮17，冗余电机机构与皮带轮17通过皮带9连接。在本实施例中，上段主轴11采用空心管，其与实心的中段主轴12采用尼龙注塑花键连接，其中，上段主轴11与中段主轴12之间压溃力需控制在设定的范围内；中段主轴12与下段主轴14通过扭杆13连接，中段主轴12与下段主轴14之间保证一定的扭杆13的变形间隙，变形到一定角度后，中段主轴12与下段主轴14可以刚性限位并传递较大转动扭矩；在上段主轴11远离中段主轴12的一端以及下段主轴14远离中段主轴12的一端均设置有轴承，轴承的外圈与柱管配合，使得主轴转动更加流畅。

具体地，柱管包括上段柱管15和下段柱管16，上段柱管15与下段柱管16连接，高度调节机构2设置在下段柱管16上，能够调节上段柱管15与下段柱管16之间的距离，从而调节汽车用转向管柱的高度。

具体地，在本实施例中，高度调节机构2包括高度调节电机21、第一输出轴以及高度调节螺母22，高度调节电机21设置在下段柱管16上，第一输出轴与高度调节电机21连接，高度调节螺母22设置在上段柱管15上，高度调节螺母22与第一输出轴螺接。通过高度调节电机21带动第一输出轴从而带动高度调节螺母22移动，使得上段柱管15相对下段柱管16移动，改变汽车用转向管柱的高度，使得与汽车用转向管柱连接的方向盘的高度可调，提高驾乘体验。为了限制调节高度，可选地，第一输出轴上套设有第一限位套管23。

进一步地，角度调节机构3包括角度调节电机31、第二输出轴32、角度调节螺母33、联动支架34以及管柱固定架35，角度调节电机31设置在下段柱管16上，第二输出轴32与角度调节电机31相连，角度调节螺母33与联动支架34相连，角度调节螺母33与第二输出轴32螺接，联动支架34的一端与下段柱管16相连，另一端与管柱固定架35相连，管柱固定架35的另一端与减速机壳体6连接，联动支架34能够在角度调节电机31的驱动下带动汽车用转向管柱相对管柱固定架35转动。具体地，角度调节电机31带动第二输出轴32转动，从而带动角度调节螺母33移动，角度调节螺母33带动联动支架34相对管柱固定架35转动，同时联动支架34带动汽车用转向管柱相对管柱固定架35转动，进行角度调节。

为了对角度调节的范围进行限位，可选地，第二输出轴32靠近角度调节电机31的一端套设有第二限位套管36，用于限制角度调节的下极限位置，第二输出轴32背离角度调节电机31的一端卡设有限位挡圈37，用于限制角度调节的上极限位置。通过限制角度调节螺母33的行程来调节转角的范围。

进一步地，冗余电机机构包括冗余电机组件5和冗余控制器组件4，冗余控制器组件4与冗余电机组件5连接，冗余电机组件5设置在下段柱管16上，且与皮带轮17通过皮带9连接。具体地，冗余电机组件5包括第一电机和第二电机，冗余控制器组件4包括第一控制器和第二控制器，第一电机与第一控制器连接，第二电机与第二控制器连接，第一电机和第二电机均与皮带轮17通过皮带9连接。

在本实施例中，第一控制器和第二控制器独立工作并相互检测和校验，第一控制器与整车电源、整车通讯、点火、第一传感器线束7连接，第二控制器与整车电源、整车通讯、点火、第二传感器线束8连接；第一传感器线束7与设置在中段主轴12与下段主轴14配合间隙位置的传感器38连接，并接收传感器38发出的第一路扭矩和转角信号，第二传感器线束8与传感器38连接，并接收传感器38发出的第二路扭矩和转角信号，第一路扭矩和转角信号和第二路扭矩和转角信号在传感器38内部经过校验后发出，保证信号的准确性。采用两个控制器，使得互为备份，提高控制的稳定性。

在驾驶员转动转向盘时，第一控制器根据接收的传感器38的第一路扭矩信号、传感器38的第一路转角信号、转速信号及整车通讯的转向器端转角信号、转向器状态信号、转向器电流信号、整车车速信号、驾驶模式信号进行计算，输出电流控制第一电机输出扭矩；第二控制器根据接收的传感器38的第二路扭矩信号、传感器38的第二路转角信号、转速信号及整车通讯的转向器端转角信号、转向器状态信号、转向器电流信号、整车车速信号、驾驶模式信号进行计算，输出电流控制第二电机输出扭矩，第一电机和第二电机共同输出手力方向的反向转矩，传递到智能管柱主轴上模拟手力。

进一步地，在驾驶员转动转向盘到设定的转角极限位置附近时，可以根据收到的内部传感器信号和整车通讯信号，随着转角逐渐增加，第一控制器和第二控制器控制电机逐渐增加模拟的转向手力矩，并通过控制堵转力矩实现转角末端限位的目的。

进一步地，在驾驶员转动转向盘时，可以根据收到的内部传感器信号和整车通讯信号，对转向器发出扭矩或者转角请求，并控制转向器按驾驶员意图驱动车轮转向。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。