CN109533002A - 一种用于高度自动驾驶汽车的方向盘 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于高度自动驾驶汽车的方向盘，包括设置有方向盘外圈和中空心轴的方向盘、支撑板与内轴连接板、中央板、转轴，所述的转轴包括中空的转轴外轴、与所述转轴外轴的内孔转动配合的转轴内轴，所述中空心轴的内孔与转轴外轴固定连接；所述支撑板与内轴连接板的一端与所述转轴内轴固定连接，另一端与中央板通过铰链装置相连接；所述支撑板与内轴连接板设置有驱动所述中央板绕铰链装置转动一定角度的动力装置。本发明的中央板不随方向盘外圈转动，并且根据驾驶模式的转换改变自身状态为驾驶者提供一定的工作空间，提高了驾驶员接管汽车的安全性。

Description

一种用于高度自动驾驶汽车的方向盘
技术领域
本发明涉及一种安装在高度自动驾驶汽车上的新型方向盘，具体是一种应用在具有自动驾驶和手动驾驶两种模式，即有接管过程的汽车上的新型方向盘，并在自动驾驶模式下为驾驶者提供一定的工作空间。
背景技术
自动驾驶成为汽车行业发展的主要趋势，研究调查显示，在驾驶过程中，尽管面临事故风险，驾驶员仍然会执行与驾驶无关的次要活动，而随着国内外自动驾驶的发展，这种行为将被合理化并且有一定的安全保证。根据华盛顿特区发布的NHTSA（国家公路交通安全管理局）关于自动驾驶汽车的政策初步说明，道路上下一代自动驾驶车辆属于SAE标准中3级自动驾驶，在这个级别中，车辆是完全自动的，但驾驶员必须能够在发生危险的情况下接管控制并保证足够的过渡时间。
方向盘就位于驾驶者正前方，特殊的位置使其成为车内为数不多的能够将可见度与完美可达性相结合的物体之一。诸如HUD（Head-up display）或者仪表组件的元件在可见性方面可能更好，因为它们更接近驾驶员的视线，但直接操作这些接口是不可能的。中控台中的旋钮（如BMW iDrive，Audi MMI或Mercedes Command）相对容易到达，但可能会造成视觉干扰。中控台中的触摸屏具有良好的可见性，但不易于在不改变坐姿的情况下进行操作。因此，方向盘似乎是输入和输出的合适交互区域。
对于方向盘未来的交互设计，我们主要看到三个影响很大的领域。首先，线控转向使得想要在方向盘上实现全新的交互设计方式成为可能。方向盘可能被游戏杆或其他形式的交互式对象所取代。其次，我们正面临着越来越多的智能方向盘的发展。智能方向盘希望能够感知驾驶行为和驾驶员状态，与传感器和所有形式的x2car通信一起，它们通过新方式向驾驶员提供复杂信息。最后，自动驾驶车辆的增加将会使交互会变得更加复杂，因为驾驶者会想要利用他们的时间与方向盘进行互动，不仅用于操纵车辆，而且还用于操作信息娱乐系统并与他们的移动工作场所进行交互。
在2015年，日产公布了其IDS概念车，该车概念车采用双手柄方向盘。当自动启动时，司机可以与安装在方向盘上方的屏幕上的数字化身交互。当自动化被禁用时，方向盘将旋转到展开状态。同样，在2016年百年庆典期间，宝马推出了VISION NEXT 100概念车，该车概念车也具有双手柄方向盘，可以存放在仪表板中。当驾驶员控制时，两个手柄彼此横向移动并被拉出形成方向盘。延锋的XiM17概念车于2017年初推出，同样采用双手柄方向盘，在进行仪表板扭转缩回之前会折叠在一起。
在上述提到的已知的概念车方案实施例中，方向盘均不再是传统圆形，并且形态可变，由此可见，线控转向将会带来方向盘上全新的交互设计方式，尤其是在方向盘变形上显得尤为明显，方向盘不再以传统圆形为主，根据驾驶者使用的方向盘部位显示，左右两边使用频率最高，上下部分相对较少，从上述概念车也可知左右手握方向盘仍然是不可或缺的。
发明内容
针对上述技术问题，本发明的目的是依据下一代自动驾驶车辆为SAE标准中3级自动驾驶这一发展趋势，设计一种新的方向盘交互方式，旨在为驾驶者在汽车处于自动驾驶状态时提供一定的工作空间，并保证接管过程的顺利以及安全性。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种用于高度自动驾驶汽车的方向盘，包括设置有方向盘外圈和中空心轴的方向盘、支撑板与内轴连接板、中央板、转轴，所述的转轴包括中空的转轴外轴、与所述转轴外轴的内孔转动配合的转轴内轴，所述中空心轴的内孔与转轴外轴固定连接；所述支撑板与内轴连接板的一端与所述转轴内轴固定连接，另一端与中央板通过铰链装置相连接；所述支撑板与内轴连接板设置有驱动所述中央板绕铰链装置转动一定角度的动力装置。
进一步地，所述的中央板上设置有用于安装键盘或平板的安装卡位。
进一步地，所述中空心轴的内孔与转轴外轴通过过盈配合固定连接。
进一步地，所述方向盘外圈下端设置有缺口，所述缺口两端为半球状。
进一步地，所述的支撑板与内轴连接板设置有加强筋和镂空部。
进一步地，所述的铰链装置包括设置在所述支撑板与内轴连接板端部两侧的两空心轴、设置在中央板端部两侧的两空心轴、插入设置在在各空心轴内孔的铰链连接轴。
进一步地，所述的动力装置包括固定在所述支撑板与内轴连接板端部的伺服电机、电机输出轴、扣合连接形成花键孔的电机输出轴内花键下部和电机输出轴内花键上部，所述电机输出轴上设置有与所述花键孔相配合的外花键，所述电机输出轴内花键上部与所述中央板的端部固定连接。
进一步地，所述伺服电机通过电机固定装置固定在所述支撑板与内轴连接板端部的居中位置。
进一步地，所述的转轴外轴与转轴内轴之间设置有滚珠或滚动轴承。
进一步地，所述中央板包括上、下部分，上部设置有用于安装键盘以及平板的夹具，下部的左右两端呈弧形，用作手托。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明利用线控转向所带来的优势，在传统方向盘以及中控屏的基础上将两者集成，并结合高度自动驾驶汽车的特点，进行非驾驶任务的合理操作并保证了接管过程的安全性。
附图说明
图1是用于高度自动驾驶汽车的方向盘在自动驾驶模式下的结构示意图；
图2是用于高度自动驾驶汽车的方向盘在手动驾驶模式下的结构示意图；
图3是转轴结构示意图；
图4是方向盘结构示意图；
图5是动力装置、支撑板与内轴连接板装配结构示意图；
图6是铰链连接右端轴和铰链连接左端轴结构示意图；
图7是电机输出轴结构示意图。
图8是电机输出轴内花键下部结构示意图；
图9是支撑板与内轴连接板结构示意图；
图10、11是中央板不同视角的立体结构示意图；
附图标注说明：1-方向盘外圈，2-转轴外轴，3-转轴内轴，4-滚珠，5-支撑板与内轴连接板，6-铰链连接右端轴，7-电机输出轴，8-电机输出轴内花键下部，9-伺服电机，10-电机固定装置，11-铰链连接左端轴，12-中央板，13-电机输出轴内花键上部，14-右端空心轴，15-左端空心轴，16-中空心轴。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合附图对本发明的实施例做进一步详细说明。
如图1至图4所示，一种用于高度自动驾驶汽车的方向盘，包括设置有方向盘外圈1和中空心轴16的方向盘、支撑板与内轴连接板5、中央板12、转轴，所述的转轴包括中空的转轴外轴2、与所述转轴外轴2的内孔转动配合的转轴内轴3，所述的转轴外轴2与转轴内轴3之间设置有滚珠。所述中空心轴16的内孔与转轴外轴2通过过盈配合固定连接。所述支撑板与内轴连接板5的一端与所述转轴内轴3固定连接，另一端与中央板12通过铰链装置相连接；所述支撑板与内轴连接板5设置有驱动所述中央板12绕铰链装置转动一定角度的动力装置。
如图4所示，所述方向盘外圈1为非完整圆，下端设置有缺口，所述缺口两端为半球状。节省空间并方便驾驶者抓握，同时也便于转动角度的判断。
如图6、图9-图11所示，所述的铰链装置包括设置在所述支撑板与内轴连接板5端部两侧的两空心轴、设置在中央板12端部两侧的右端空心轴14和左端空心轴15、插入设置在在各空心轴内孔的铰链连接右端轴6、铰链连接左端轴11，铰链连接右端轴6、铰链连接左端轴11分别与中央板12的右端空心轴14和左端空心轴15构成铰链连接，同时起到支撑作用。
如图5所示，所述的动力装置包括固定在所述支撑板与内轴连接板5端部的伺服电机9、电机输出轴7、通过螺丝固定扣合连接形成花键孔的电机输出轴内花键下部8和电机输出轴内花键上部13，所述电机输出轴7上设置有与所述花键孔相配合的外花键，所述电机输出轴内花键上部13与所述中央板12的端部固定连接。所述伺服电机9通过电机固定装置10固定在所述支撑板与内轴连接板5端部的居中位置。扣合连接的电机输出轴内花键下部8和电机输出轴内花键上部13将电机输出轴7包裹，并与其形成花键连接，在电机转动时，通过电机输出轴7的转动带动中央板12转动。
如图9所示所述的支撑板与内轴连接板5设置有三个加强筋和镂空部，减轻自重的同时提高结构强度。
如图10-11所示，所述中央板12包括上、下部分，上部设置有用于安装键盘以及平板的夹具，下部的左右两端呈弧形，用作手托。
图8是支撑板结构图，支撑板5下端有三个加强筋用以加固，支撑板前段中央用于安装电机，两端分别有空心轴用于与中央板连接。
所述实施例的具体的工作过程为：
当汽车处于自动驾驶模式时，方向盘外圈1（包括其一体的结构）被锁住，即方向盘无法转动，此时中央板12呈水平状态，所述中央板12上端夹具部分安装有键盘或平板（以代替中控台为实验测试所用），驾驶者可以在此状态下进行非驾驶的次要任务。当汽车通过雷达监测到前方有危险需要驾驶着重新接管汽车时，会在碰撞前7s发出接管警报，与此同时，伺服电机9驱动中央板12向上转动60度，以此中断驾驶者的次要任务，起到提醒驾驶者接管的作用，确保接管的安全性。当汽车检测系统发出接管信号的同时，解除方向盘外圈1的锁定，驾驶者可通过转动方向盘外圈1，由于方向盘外圈1与转轴外轴2采用的过盈配合，因此两者同步转向来避开障碍物。当驾驶者避开障碍物后，保持直行一小段时间后，汽车将再次切换为自动驾驶模式，此时伺服电机9再次驱动中央板12向下转动至水平位置，由支撑板与内轴连接板5支撑中央板12，驾驶者可继续进行非驾驶次要任务。
本实施例是以SAE Level 3 高度自动驾驶汽车为背景，并以Carmaker驾驶模拟软件模拟驾驶场景，采用Arduino控制板控制电机，并将所用到的电子设备通过MQTT物联网协议集成在驾驶模拟软件中。
本发明基于Society of Automotive Engineers（SAE）Level 3，是一种安装在高度自动驾驶汽车里的新型方向盘。不同于传统方向盘的是，该方向盘主要分为外圈和中央板两部分，两部分独立运动，互不干涉。中央板上端呈夹具形式用于安装键盘或者平板，其转动轴部分安装有电机用于角度控制，在自动驾驶模式下为驾驶者提供非驾驶任务操作空间。转轴部分采用了类似轴承的结构以实现方向盘外圈转动时中央板保持不动，并且外圈为非整圆，其下端开口处左右两端呈半圆球型，便于转向。
以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。

Claims (10)

1.一种用于高度自动驾驶汽车的方向盘，其特征在于：包括设置有方向盘外圈(1)和中空心轴(16)的方向盘、支撑板与内轴连接板(5)、中央板(12)、转轴，所述的转轴包括中空的转轴外轴(2)、与所述转轴外轴(2)的内孔转动配合的转轴内轴(3)，所述中空心轴(16)的内孔与转轴外轴(2)固定连接；所述支撑板与内轴连接板(5)的一端与所述转轴内轴(3)固定连接，另一端与中央板(12)通过铰链装置相连接；所述支撑板与内轴连接板(5)设置有驱动所述中央板(12)绕铰链装置转动一定角度的动力装置。
2.根据权利要求1所述的用于高度自动驾驶汽车的方向盘，其特征在于：所述的中央板(12)上设置有用于安装键盘或平板的安装卡位。
3.根据权利要求1所述的用于高度自动驾驶汽车的方向盘，其特征在于：所述中空心轴(16)的内孔与转轴外轴(2)通过过盈配合固定连接。
4.根据权利要求1所述的用于高度自动驾驶汽车的方向盘，其特征在于：所述方向盘外圈(1)下端设置有缺口，所述缺口两端为半球状。
5.根据权利要求1所述的用于高度自动驾驶汽车的方向盘，其特征在于：所述的支撑板与内轴连接板(5)设置有加强筋和镂空部。
6.根据权利要求1所述的用于高度自动驾驶汽车的方向盘，其特征在于：所述的铰链装置包括设置在所述支撑板与内轴连接板(5)端部两侧的两空心轴、设置在中央板(12)端部两侧的两空心轴、插入设置在在各空心轴内孔的铰链连接轴。
7.根据权利要求1所述的用于高度自动驾驶汽车的方向盘，其特征在于：所述的动力装置包括固定在所述支撑板与内轴连接板(5)端部的伺服电机(9)、与所述中央板(12)的转轴线同轴的电机输出轴(7)、扣合连接形成花键孔的电机输出轴内花键下部(8)和电机输出轴内花键上部(13)，所述电机输出轴(7)上设置有与所述花键孔相配合的外花键，所述电机输出轴内花键上部(13)与所述中央板(12)的端部固定连接。
8.根据权利要求1所述的用于高度自动驾驶汽车的方向盘，其特征在于：所述伺服电机(9)通过电机固定装置(10)固定在所述支撑板与内轴连接板(5)端部的居中位置。
9.根据权利要求1所述的用于高度自动驾驶汽车的方向盘，其特征在于：所述的转轴外轴(2)与转轴内轴(3)之间设置有滚珠或滚动轴承。
10.根据权利要求1所述的用于高度自动驾驶汽车的方向盘，其特征在于：所述中央板(12)包括上、下部分，上部设置有用于安装键盘以及平板的夹具，下部的左右两端呈弧形，用作手托。
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