阅读说明：本技术 与车辆一起使用的转向设备 (Steering apparatus for use with a vehicle ) 是由 罗伯特·马塞尔·姆罗策克 于 2019-06-11 设计创作，主要内容包括：本公开提供了“与车辆一起使用的转向设备”。公开了用于与车辆一起使用的转向设备的方法、设备、系统和制品。示例设备包括：壳体,所述壳体用于车辆转向系统；马达、致动器和齿条,所述马达、所述致动器和所述齿条设置在所述壳体中,所述马达用于经由皮带向所述致动器提供扭矩以使所述齿条相对于所述壳体平移；以及第一齿轮,所述第一齿轮设置在所述马达与所述致动器之间,所述第一齿轮用于在所述皮带不提供所述扭矩时将所述扭矩从所述马达传递到所述致动器。(The present disclosure provides a "steering apparatus for use with a vehicle". Methods, apparatus, systems, and articles of manufacture for a steering apparatus for use with a vehicle are disclosed. An example apparatus includes: a housing for a vehicle steering system; a motor, an actuator, and a rack disposed in the housing, the motor to provide torque to the actuator via a belt to translate the rack relative to the housing; and a first gear disposed between the motor and the actuator, the first gear for transmitting the torque from the motor to the actuator when the belt is not providing the torque.)

与车辆一起使用的转向设备

技术领域

本公开总体上涉及车辆，并且更具体地，涉及与车辆一起使用的转向设备。

背景技术

一些车辆包括动力助力转向(PAS)系统来帮助驾驶员使车辆转向，例如，经由马达(例如，电动马达)、泵、流体阀、致动器等。具体地，PAS系统基于对方向盘的驾驶员输入而改变行车轮的转向角度，由此减少使车辆转向所需的驾驶员努力并且改进车辆操纵和/或机动性。

发明内容

本文中公开的一种示例设备包括：壳体，所述壳体用于车辆转向系统；马达、致动器和齿条，所述马达、所述致动器和所述齿条设置在所述壳体中，所述马达用于经由皮带向所述致动器提供扭矩以使所述齿条相对于所述壳体平移；以及第一齿轮，所述第一齿轮设置在所述马达与所述致动器之间，所述第一齿轮用于在所述皮带不提供所述扭矩时将所述扭矩从所述马达传递到所述致动器。

本文中公开的一种用于车辆的示例转向系统包括：马达，所述马达用于产生扭矩；致动器，所述致动器可操作地联接到齿条以基于所述扭矩而移动所述齿条，所述致动器用于经由皮带从所述马达接收所述扭矩；以及第一齿轮，所述第一齿轮可操作地联接到所述马达的轴和所述致动器的外部部分，所述第一齿轮用于响应于所述皮带的故障而向所述致动器提供所述扭矩。

本文中公开的一种示例车辆包括：马达，所述马达经由致动器可操作地联接到齿条以使所述车辆转向，所述齿条用于基于由所述马达产生的扭矩而平移；以及第一齿轮，所述第一齿轮可操作地***在所述马达与所述齿条之间，所述第一齿轮用于响应于可操作地联接到所述马达和所述致动器的皮带的故障而在所述马达与所述致动器之间传递所述扭矩。

附图说明

图1是可以实施本文中公开的示例的示例车辆的示意图。

图2是图1的车辆的示例转向系统的详细视图。

图3是沿着平面A-A的图2的示例转向系统的局部截面图并且示出了根据所公开的示例的转向部件的示例配置。

图4是根据所公开的示例的图3的示例转向部件的局部视图。

图5是沿着平面B-B的图2的示例转向系统的局部截面图并且示出了根据所公开的示例的示例致动器。

附图不是按比例绘制。一般来讲，贯穿附图和随附书面描述将使用相同参考数字来指代相同或相似部分。

具体实施方式

公开了与车辆一起使用的转向设备。一些车辆包括动力助力转向(PAS)系统来帮助驾驶员使车辆转向，例如，经由马达(例如，电动马达)、泵、流体阀、致动器等。在一些动力助力转向系统中，皮带(例如，v形皮带、正时皮带等)可以可操作地联接在两个轴之间以例如响应于方向盘的旋转而在这两个轴之间传递扭矩。在长期使用之后，皮带可能会磨损、撕裂、破裂、滑动和/或以其他方式与两个轴脱离，从而导致故障。此类皮带故障可以停止扭矩在两个轴之间的传递，并且因此可以导致转向丢失和/或车辆损坏。

在本文中公开的示例中，齿轮(例如，空转齿轮)可以可操作地设置在马达与致动器之间，并且因此当皮带在与马达和致动器相关联的带轮之间没有传递足够的扭矩时可以将扭矩从马达传递到致动器。例如，皮带可以经历故障(例如，磨损、撕裂、破裂、滑动和/或以其他方式与马达和/或致动器脱离)，从而导致转向的丢失。空转齿轮充当冗余动力传递机构以在皮带故障的情况下维持转向控制。

图1是可以实施本文中公开的示例的示例车辆(例如，汽车、卡车、运动型多用途车(SUV)等)100的示意图。图1的车辆100包括示例方向盘102和示例行车轮104、106。

为了实施对行车轮104、106的转向控制，图1的方向盘102经由示例转向系统108(图2中示出)可操作地联接到行车轮104、106，诸如像PAS系统、电动助力转向(EPAS)系统、主动转向系统等。具体地，车辆100的驾驶员通过旋转方向盘102向转向系统108提供用户输入，由此使得行车轮104、106旋转和/或改变转向角度。尽管图1的示例将示例车辆100描述为具有前轮转向功能，但在其他示例中，车辆100可以被实施为具有全轮转向功能或任何其他适当类型的转向实现方式。

图2是图1所示的上述转向系统108的详细视图。根据图2所示的示例，转向系统108包括示例壳体202、示例马达(例如，电动马达)204、示例致动器(例如，旋转致动器和/或线性致动器)206，以及示例齿条208。马达204、致动器206和齿条208设置在壳体202中。具体地，马达204经由致动器206可操作地联接到齿条208，以控制齿条208的位置。例如，响应于方向盘102的旋转，马达204产生扭矩并向致动器206提供所述扭矩(例如，经由可操作地联接到马达204和致动器206的皮带)，由此使得齿条208沿着齿条208的纵向轴线210移入和移出壳体202。以此方式，转向系统108通过减小使行车轮104、106转动所需的驾驶员努力来帮助驾驶员使车辆100转向。

马达204通信地联接到车辆100的一个或多个电子控制单元(ECU)212和/或转向系统108以接收控制命令或数据，在这个示例中，示出联接到方向盘102的一个ECU 212。具体地，ECU 212响应于提供到方向盘102的用户输入而指示马达204产生扭矩。因此，方向盘102类似地通信地联接到ECU 212以向其提供位置数据(例如，旋转位置、旋转速度等)。例如，一个或多个示例传感器(例如，扭矩传感器、位置传感器等)214可操作地联接到方向盘102和/或转向轴216以获得位置数据和/或向ECU提供位置数据。

根据图2所示的示例，方向盘102经由转向轴216和示例转向齿轮218可操作地联接到齿条208，以连同马达204一起控制齿条208的位置。图2的转向轴216从方向盘102延伸到转向齿轮218以在它们之间传递扭矩。例如，转向轴216的第一端220联接到方向盘102的一部分，并且转向轴216的第二端222联接到转向齿轮218的一部分。

图2的转向齿轮218从转向轴216接收扭矩并将所述扭矩施加在齿条208上，由此使齿条在方向224、226上移动。转向齿轮218包括小齿轮，诸如斜齿轮(例如，蜗轮)，所述小齿轮的齿接合齿条208的螺旋槽(例如，齿)。

为了改变行车轮104、106的转向角度，齿条208可操作地联接到行车轮104、106。如图2所示，齿条208延伸穿过壳体202以接纳示例拉杆228、230。具体地，图2的拉杆228、230中的每一者可移动地联接到车辆100的悬架系统(例如，转向关节)的与行车轮104、106相关联的一部分。因此，随着齿条208在第一方向224或与第一方向224相反的第二方向226上平移，行车轮104、106在它们相应的方向上转动。图2的第一方向224和第二方向226中的每一者基本上平行于齿条208的纵向轴线210。

图3是沿着平面A-A的图2的示例转向系统的局部截面图并且示出了根据所公开的示例的转向部件的示例配置300。根据图3所示的示例，示例皮带(例如，v形皮带、正时皮带等)302可操作地联接到马达204和致动器206，以例如响应于方向盘102的旋转而在它们之间传递扭矩。具体地，皮带302接合与马达204相关联的第一示例带轮304和与致动器206相关联的第二示例带轮306。图3的第一带轮304联接到马达204的轴308以从马达204接收扭矩。第二带轮306联接到致动器206以向致动器206和/或齿条208提供扭矩。

图3的马达204固定地联接到壳体202的部分(例如，内部部分)309，以在使车辆100转向时维持马达204的位置和/或取向。致动器206例如经由联接到部分309的示例轴承502(图5中示出)可旋转地联接到壳体202。

根据所示示例，第一示例齿轮(例如，正齿轮、斜齿轮等)310可操作地***在马达204与致动器206之间以在它们之间传递扭矩。具体地，图1的第一齿轮310(例如，空转齿轮)被确定尺寸、成形和/或配置为响应于皮带302停止传递扭矩而将扭矩从马达204传递到致动器206和/或齿条208，如下文进一步论述。以此方式，当皮带302磨损、撕裂、破裂、滑动和/或以其他脱离或未能在第一带轮304和/或第二带轮306之间传递足够的扭矩时，维持对车辆100的转向控制。

图3的第一齿轮310可操作地联接到与马达204相关联的第二齿轮312和与致动器206相关联的第三齿轮314，以在第二齿轮312与第三齿轮314之间传递扭矩。图3的第二齿轮312联接到轴308和/或第一带轮304，并且图3的第三齿轮314联接到致动器206和/或第二带轮306的外部部分。

为了改变齿条208的位置，马达204产生扭矩并将所述扭矩施加在致动器206上(例如，经由皮带302或第一齿轮310)，以使得致动器的至少一部分(例如，与齿条208接合的一部分)旋转，如下文结合图5论述。

在图3的示例中，第二齿轮312具有第一外径316，所述第一外径316大致与第一带轮304的第二外径318相同(如由图3中的虚线/短划线表示)，从而在壳体202内节省空间。例如，第一直径316在第二直径318的85％与115％之间。在其他示例中，第一直径316显著大于或小于第二直径318。

在图3的示例中，第三齿轮314具有第三外径320，所述第三外径320大致与第二带轮306的第四外径322相同(如由图3中的虚线/短划线表示)，从而类似地在壳体202内节省空间。例如，第三直径320在第四直径322的85％与115％之间。在其他示例中，第三直径320显著大于或小于第四直径322。

图4是示例配置400下的图3的示例转向部件的局部视图。根据图4所示的示例，第一齿轮310设置在第二齿轮312与第三齿轮314之间并且可操作地联接到第二齿轮312和第三齿轮314。在一些示例中，第一齿轮310、第二齿轮312和第三齿轮314沿着相同的轴线408定位(例如，相应的旋转轴线沿着所述相同的轴线408对准)以在壳体202内节省空间。在一些替代示例中，第一齿轮310、第二齿轮312、第三齿轮314或它们的组合中的任一者可以从轴线408偏移。第一齿轮310、第二齿轮312和第三齿轮314分别包括第一齿402、第二齿404和第三齿406。第一齿轮310的第一齿402啮合地接合第二齿轮312和第三齿轮314的第二齿404和第三齿406。在所示示例中，第一齿轮310的第一齿402与第二齿轮312的第二齿404和/或第三齿轮314的第三齿406松散地啮合。所示示例的松散啮合确保皮带302(在出故障之前)主要负责在轴308与齿条208之间传递扭矩而没有来自第一齿轮310、第二齿轮312或第三齿轮314中的任一者的任何显著增加的摩擦。此外，第一齿轮310、第二齿轮312和第三齿轮314的松散啮合允许由于齿轮啮合造成的最小化噪声。在一些示例中，第一齿轮310、第二齿轮312或第三齿轮314中的至少一者具有设置在其上的涂层(例如，塑料涂层、TeflonTM涂层等)，以进一步减少例如在使车辆100转向时由于齿轮啮合造成的噪声。

在皮带302经历故障(例如，磨损、撕裂、破裂、滑动、衰退和/或以其他方式脱离第一带轮304和/或第二带轮306)的情况下，第一齿轮310被确定尺寸、成形和/或配置为将扭矩从马达204传递到致动器206和/或齿条208。以此方式，在皮带302经历故障时维持对车辆100的转向控制。

图5是沿着平面B-B的图2的示例转向系统的局部截面图并且示出了根据所公开的示例的示例致动器。响应于从马达204接收到扭矩(例如，响应于方向盘102的旋转而经由皮带302或第一齿轮310接收到)，第二带轮306向致动器206提供所述扭矩。在所示示例中，致动器206经由轴承502(例如，滚珠轴承)可旋转地联接到壳体202，以支撑由于所提供的扭矩造成的径向和轴向负载。致动器206包括示例滚珠螺母504、示例滚珠回送系统506和多个滚珠508。在所示示例中，滚珠回送系统506可以是内部回送滚珠系统、外部回送滚珠系统、端盖回送系统等。示例滚珠螺母504包括具有与滚珠508的半径基本上相同的半径的多个第一螺旋槽510。示例齿条208包括具有与滚珠508的半径基本上相同的半径的多个第二螺旋槽512。第一螺旋槽510和第二螺旋槽512的半径与滚珠508的半径基本上相同，以响应于所提供的扭矩而减小齿隙。在所示示例中，第一螺旋槽510与第二螺旋槽512基本上对准以产生用于滚珠508的路径。滚珠螺母504经由滚珠508可旋转地联接到齿条208。具体地，滚珠508提供滚珠螺母504与齿条208之间的唯一接触。随着致动器206旋转(例如，响应于方向盘102的旋转)，滚珠508行进穿过第一螺旋槽510和第二螺旋槽512并进入示例滚珠回送系统506中。以此方式，滚珠508行进穿过示例滚珠回送系统506并从中离开，并且以连续方式回送到第一螺旋槽510和第二螺旋槽512。在所示示例中，滚珠508随着致动器206旋转而行进连续的闭合回路，从而允许齿条208随着方向盘102被旋转而在任一轴向方向224、226上行进。

从前述内容中将了解，已经公开了示例方法、设备和制品，所述示例方法、设备和制品使得第一齿轮能够可操作地设置在马达与致动器之间，并且因此可以在皮带经历故障模式(例如，磨损、撕裂、破裂、滑动、衰退和/或以其他方式脱离马达和/或致动器)时将扭矩从马达传递到致动器。车辆转向系统可能期望包括冗余机械动力传递系统以便在故障的情况下维持对车辆的转向控制并且确保车辆和/或车辆的乘客的安全。此外，所公开的第一齿轮可以与第二齿轮和第三齿轮松散地啮合，以最小化冗余机械动力传递系统的摩擦并且减少在使车辆转向时的噪声。第一齿轮、第二齿轮和第三齿轮中的任一者的外表面可以包括材料涂层，以进一步减少在使车辆转向时的噪声。已经公开了提供冗余动力传递系统(例如，备用动力传递系统)的示例方法、设备和制品，所述冗余动力传递系统减少噪声并且因此车辆的乘客不易察觉。

以下段落提供本文中公开的各种示例。另外地，贯穿本说明书已经描述了若干示例。来自任何示例的任何特征可以包括、替换或以其他方式结合来自其他示例的其他特征。

示例1包括一种设备，所述设备包括：壳体，所述壳体用于车辆转向系统；马达、致动器和齿条，所述马达、所述致动器和所述齿条设置在所述壳体中，所述马达用于经由皮带向所述致动器提供扭矩以使所述齿条相对于所述壳体平移；以及第一齿轮，所述第一齿轮设置在所述马达与所述致动器之间，所述第一齿轮用于在所述皮带不提供所述扭矩时将所述扭矩从所述马达传递到所述致动器。

示例2包括如示例1所述的设备，其中所述第一齿轮接合第二齿轮和第三齿轮，所述第二齿轮联接到所述马达的轴并且所述第三齿轮联接到所述致动器的第一带轮。

示例3包括如示例2所述的设备，其中所述第一齿轮与所述第二齿轮和所述第三齿轮松散地啮合，以减少在使车辆转向时的噪声。

示例4包括如示例2所述的设备，其中所述第一齿轮、所述第二齿轮和所述第三齿轮沿着相同的轴线定位。

示例5包括如示例2所述的设备，其中所述第一齿轮、所述第二齿轮或所述第三齿轮中的一者或多者具有设置在其上的材料的涂层，以减少在使车辆转向时的噪声。

示例6包括如示例2所述的设备，其中所述第一带轮具有外径，所述外径是与所述第三齿轮的外径基本上相同的尺寸。

示例7包括如示例2所述的设备，其中所述马达的所述轴包括用于接合所述皮带的第二带轮，所述第二带轮具有外径，所述外径是与所述第二齿轮的外径基本上相同的尺寸。

示例8包括一种用于车辆的转向系统，所述转向系统包括：马达，所述马达用于产生扭矩；致动器，所述致动器可操作地联接到齿条以基于所述扭矩而移动所述齿条，所述致动器用于经由皮带从所述马达接收所述扭矩；以及第一齿轮，所述第一齿轮可操作地联接到所述马达的轴和所述致动器的外部部分，所述第一齿轮用于响应于所述皮带的故障而向所述致动器提供所述扭矩。

示例9包括如示例8所述的转向系统，其中所述第一齿轮经由第二齿轮可操作地联接到所述马达的所述轴，所述第一齿轮经由第三齿轮可操作地联接到所述致动器的所述外部部分，所述第三齿轮联接到所述致动器的第一带轮。

示例10包括如示例9所述的转向系统，其中所述第一齿轮的齿与所述第二齿轮和所述第三齿轮的齿松散地啮合，以减少在使车辆转向时的噪声。

示例11包括如示例9所述的转向系统，其中所述第一齿轮、所述第二齿轮和所述第三齿轮沿着相同的轴线定位。

示例12包括如示例9所述的转向系统，其中所述第一齿轮、所述第二齿轮和所述第三齿轮中的至少一者的外表面具有材料涂层，以减少在使所述车辆转向时的噪声。

示例13包括如示例9所述的转向系统，其中所述第一带轮具有外径，所述外径是与所述第三齿轮的外径基本上相同的尺寸。

示例14包括如示例9所述的转向系统，其中所述马达的所述轴包括用于接合所述皮带的第二带轮，所述第二带轮具有外径，所述外径是与所述第二齿轮的外径基本上相同的尺寸。

示例15包括一种车辆，所述车辆包括：马达，所述马达经由致动器可操作地联接到齿条以使所述车辆转向，所述齿条用于基于由所述马达产生的扭矩而平移；以及第一齿轮，所述第一齿轮可操作地***在所述马达与所述齿条之间，所述第一齿轮用于响应于可操作地联接到所述马达和所述致动器的皮带的故障而在所述马达与所述致动器之间传递所述扭矩。

示例16包括如示例15所述的车辆，其中所述第一齿轮接合第二齿轮和第三齿轮，所述第二齿轮联接到所述马达的轴并且所述第三齿轮联接到所述致动器的第一带轮。

示例17包括如示例16所述的车辆，其中所述第一齿轮与所述第二齿轮和所述第三齿轮松散地啮合，以减少在使车辆转向时的噪声。

示例18包括如示例16所述的车辆，其中所述第一齿轮、所述第二齿轮或所述第三齿轮中的一者或多者具有设置在其上的材料的涂层，以减少在使车辆转向时的噪声。

示例19包括如示例16所述的车辆，其中所述第一带轮具有外径，所述外径是与所述第三齿轮的外径基本上相同的尺寸。

示例20包括如示例16所述的车辆，其中所述马达的所述轴包括用于接合所述皮带的第二带轮，所述第二带轮具有外径，所述外径是与所述第二齿轮的外径基本上相同的尺寸。

尽管本文已经公开了某些示例方法、设备和制品，但本专利的涵盖范围不限于此。相反，本专利涵盖完全地落入本专利的权利要求范围内的所有方法、设备和制品。

根据实施例，所述马达的所述轴包括用于接合所述皮带的第二带轮，所述第二带轮具有外径，所述外径是与所述第二齿轮的外径基本上相同的尺寸。

根据实施例，所述第一带轮具有外径，所述外径是与所述第三齿轮的外径基本上相同的尺寸。

根据实施例，所述马达的所述轴包括用于接合所述皮带的第二带轮，所述第二带轮具有外径，所述外径是与所述第二齿轮的外径基本上相同的尺寸。

根据实施例，所述第一带轮具有外径，所述外径是与所述第三齿轮的外径基本上相同的尺寸。

根据实施例，所述马达的所述轴包括用于接合所述皮带的第二带轮，所述第二带轮具有外径，所述外径是与所述第二齿轮的外径基本上相同的尺寸。