CN110217286A - 一种可静默方向盘及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可静默方向盘，包括：第一转向轴，其下部设置有直齿；转向轴套；其中，所述转向轴套一侧向外延伸，形成容纳口；第一齿轮，其固定设置在所述第一转向轴上，并位于所述转向轴套内部；第二齿轮，其设置在所述容纳口内，并与所述容纳口转动连接；所述第二齿轮与所述第一齿轮相啮合；第二转向轴，其设置在所述第一转向轴一侧，所述第二转向轴连接转向传动机构；第三齿轮，其固定设置在所述第二转向轴上，并与所述第二齿轮相啮合；涡轮，其设置在所述第一转向轴下部，并与所述直齿相啮合驱动电机，其动力输出端连接所述涡轮。能够使方向盘与汽车传动机构结合和脱离，实现方向盘静默的目的。本发明还提供一种可静默方向盘的控制方法。

Description

一种可静默方向盘及其控制方法

技术领域

本发明涉及一种可静默方向盘及其控制方法，属于无人驾驶汽车领域。

背景技术

随着时代的不断进步，人们对生活质量提出了越来越高的要求。作为一种便利的交通工具，汽车早已走进了千家万户的生活。而伴随着科技的发展，汽车的功能也有了极大的完善，人们挖掘出了汽车越来越多的潜能，无人驾驶汽车更是未来一段时间的热门之一。早在二十世纪七十年代，美、德等发达国家已经认识到了无人驾驶汽车的发展潜力并进行了关于无人驾驶汽车的研发，随后国内也加大了对无人驾驶汽车的研究力度，进行了一系列的实验并取得不错的成果。从结果上来看，国防科技大学在1992年研制出中国第一辆真正意义上的无人驾驶汽车，上海交通大学在2005年研制出首辆城市无人驾驶汽车，百度在2014年启动了无人驾驶汽车的研发计划。无人驾驶汽车在国内的发展具有良好的前景。

目前绝大部分的无人驾驶车辆在行驶时方向盘会随着车轮的转动而转动，影响了乘客在车辆自动驾驶时乘坐的舒适度。

发明内容

本发明设计开发了一种可静默方向盘，在汽车自动驾驶时，通过驱动电机带动第一轴运动，使方向盘与汽车传动机构脱离，实现方向盘静默的目的，提高驾驶舒适度。

本发明还提供一种可静默方向盘的控制方法，通过控制第一齿轮分别于第一限位片和第二限位片之间的距离，保证第一齿轮能够完全与第二齿轮脱离或结合，实现静默的目的。

本发明提供的技术方案为：

一种可静默方向盘，包括：

第一转向轴，其下部设置有直齿；

转向轴套，其设置在所述第一转向轴中部，所述第一转向轴穿过所述转向轴套后可旋转支撑在所述转向轴套上，并能够沿着所述转向轴套上下运动；

其中，所述转向轴套一侧向外延伸，形成容纳口；

第一齿轮，其固定设置在所述第一转向轴上，并位于所述转向轴套内部；

第二齿轮，其设置在所述容纳口内，并与所述容纳口转动连接；所述第二齿轮与所述第一齿轮相啮合；

第二转向轴，其设置在所述第一转向轴一侧，所述第二转向轴连接转向传动机构；

第三齿轮，其固定设置在所述第二转向轴上，并与所述第二齿轮相啮合；

涡轮，其设置在所述第一转向轴下部，并与所述直齿相啮合；

驱动电机，其动力输出端连接所述涡轮。

优选的是，还包括：

第一限位块，其固定设置在所述第一转向轴上，并位于所述第一齿轮上方，所述第一限位块设置在所述转向轴套内。

优选的是，还包括：

第二限位块，其固定设置在所述第一转向轴上，并位于所述第一齿轮下方，所述第一限位块设置在所述转向轴套内。

优选的是，所述第一齿轮和所述第二齿轮为直齿滑移齿轮，端面齿形倒圆。

优选的是，所述方向盘与所述第一转向轴之间通过花键连接。

优选的是，所述转向轴上设置有凸台，所述第一齿轮与所述第一转向轴通过键连接。

优选的是，所述第二转向轴一端连接有转角传感器。

优选的是，所述转角传感器与所车载显示屏电连接。

一种可静默方向盘的控制方法，使用所述的可静默方向盘，通过控制第一齿轮分别与第一限位块和第二限位块之间的距离，确保第一齿轮与第二齿轮接合或脱离；

其中，第一齿轮到第一限位块之间的距离r₁的经验公式为：

式中，λ为校正系数，i为传动比，v为车速，m为汽车质量，L为从质心到转向轴之间的水平距离，L_Z为转向轴长度，L₁为第一齿轮到转向轴套顶部的距离，Q_V为方向盘转角，Q_α为汽车质心侧偏角；

所述第一齿轮到第二限位块之间距离r₂的经验公式为：

式中，L₂为第一齿轮到转向轴套底部的距离，Q_V为方向盘转角，Q_α为汽车质心侧偏角。

本发明所述的有益效果：本发明提供一种可静默方向盘，通过驱动电机带动第一转向轴运动，使汽车方向盘与转向传动机构脱离或结合，使汽车方向盘达到静默的目的，实现车辆在行驶时方向盘不随车轮的转动而转动，提高乘客在车辆自动驾驶时乘坐的舒适性。同时通过控制第一齿轮分别于第一限位片和第二限位片之间的距离，保证第一齿轮能够完全与第二齿轮脱离或结合，实现静默的目的。

附图说明

图1为本发明所述的可静默方向盘的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

如图1所示，本发明提供一种可静默方向盘，包括第一转向轴100、方向盘110、第一齿轮140、转向轴套130、第二齿轮160、涡轮220、驱动电机210、第二转向轴300、第三齿轮310。

方向盘110设置在第一转向轴100的一端，方向盘110通过花键与第一转向轴100固定连接，在第一转向轴100的外部，位于第一转向轴100的中部位置，设置有转向轴套130，第一转向轴100的另一端自上而下穿过转向轴套，并与转向轴套130通过轴承转动连接，转向轴套130与轴承外圈连接处设置有滑道，轴承内环与第一转向轴100连接，外环坐在滑道上，第一转向轴100可以通过滑道相对转向轴套130进行轴向运动，转向轴套130固定连接在汽车车身上。

在第一转向轴100上，位于转向轴套130中，设置有第一齿轮140，第一转向轴100上设置有凸台，第一齿轮140与第一转向轴100通过键连接，使第一齿轮140固定在第一转向轴100上。

在转向轴套130内部，设置有第一限位块120和第二限位块150，第一限位块120设置在第一转向轴100上，并位于第一齿轮140的上方，靠近转向轴套130的顶部，第一限位块120通过螺栓固定在转向轴100上。

第二限位块150设置在第一转向轴100上，与第一限位块120平行设置，第二限位块150位于第一齿轮140的下方，靠近转向轴套130的底部，第二限位块150通过螺栓固定在转向轴100上。

在第一转向轴100的下部，沿第一转向轴100的周向，设置有等间距的直齿170，涡轮220与直齿170相啮合，驱动电机210的动力输出端通过减速器230连接涡轮220，通过驱动电机210转动，带动涡轮220与第一转向轴100上的直齿170啮合，进而带动第一转向轴100上下运动。驱动电机210通过键与减速器230连接，驱动电机210的外壳通过螺钉与减速器230的外壳相连接。驱动电机210与汽车的电源相连，驱动电机210在整车断电熄火后进入抱死状态。

在转向轴套130的一侧，转向轴套130一侧向外延伸，形成容纳口，第二齿轮160设置在容纳口内部，第二齿轮160与容纳口转动连接，同时第二齿轮160能够与第一齿轮140相啮合。

在本发明中，作为一种优选，第一齿轮140和第二齿轮160选用直齿滑移齿轮，端面齿形为倒圆，能够便于第一齿轮140与第二齿轮160的脱离与接合。

在第一转向轴100的一侧，设置有第二转向轴300，第二转向轴300位于转向轴套130容纳口的一侧，并且第二转向轴300与第一转向轴100平行设置，第二转向轴300的一端连接有转角传感器400，另一端连接汽车的转向传动机构，转角传感器400与车内的车载电脑显示屏500相连接。

在第二转向轴300上，位于第二转向轴300的中部，设置有第三齿轮310，第三齿轮310能够与第二齿轮160相啮合。第一齿轮140、第二齿轮160以及第三齿轮310在初始状态时彼此相互啮合，第二齿轮160通过轴承固定在转向轴套130的容纳口内，第三齿轮310固定在第二转向轴300上。

转动方向盘110，第一齿轮140与第二齿轮160啮合，第二齿轮160与第三齿轮310啮合，涡轮220与第一转向轴下部的直齿170相啮合，此时方向盘处于正常工作状态，驾驶员可以通过转动方向盘110，通过第一齿轮140与第二齿轮160啮合，第二齿轮160与第三齿轮310啮合，使连接方向盘110的第一转向轴与汽车的转向传动接合，此时方向盘110可接受反馈的路感，方向盘110可以操纵车辆转向，方向盘处于正常模式。

当汽车切换到方向盘静默模式时，驱动电机210通过减速器230带动涡轮220转动，涡轮220与设置在第一转向轴100下部的直齿170处于啮合状态，涡轮220的转动带动第一转向轴100向下运动，直至第一齿轮140与第二齿轮脱离啮合状态；当第二限位块150接触到转向轴套130的底部时，驱动电机停止转动，此时方向盘进入静默模式，齿轮的转动不会影响到方向盘110的转动，采用转角传感器400测量车轮的转动，并由车载电脑显示屏500显示。

具体控制操作流程为：车载ECU接收到切换静默行驶的命令后向驱动电机210输出信号控制驱动电机210转动方向及转动圈数，由于驱动电机210通过减速器230与涡轮220连接，涡轮220与第一转向轴100通过直齿连接，转向轴套130与车身固连，第一转向轴100与转向轴套130可以轴向移动，此时驱动电机210的转动带动第一转向轴100向下运动至第二限位块150接触到转向轴套130的底部，即第一转向轴100以4cm/s的速度向下运动约20cm后驱动电机210停止转动，驱动电机210进入力矩模式保持位置不变。此时第一齿轮140与第二齿轮160脱离啮合，力矩的传递路径断开，第二转向轴300不再向第一转向轴100传递路感，即方向盘停止接收路感，进入静默模式。

当汽车由自方向盘静默模式切换回正常模式时，驱动电机210通过减速器230带动涡轮220反向转动，涡轮220与设置在第一转向轴100下部的直齿处于啮合状态，涡轮220反方向转动将会带动第一转向轴向上运动，直至第一齿轮140与第二齿轮160重新进入啮合状态；当第二限位块120接触到转向轴套130的顶部时，驱动电机210停止转动，此时方向盘110退出静默模式，回复到正常驾驶模式，驾驶员可以通过转动方向盘110从而转动车轮，同时路感可以反馈到方向盘110上。

具体控制操作流程为：车载ECU接收到由静默模式切换回正常模式的命令后向驱动电机210输出信号控制驱动电机210转动方向及转动圈数，由于驱动电机210通过减速器230与涡轮220连接，涡轮220与第一转向轴100通过直齿连接，转向轴套130与车身固连，第一转向轴100与转向轴套130可以轴向移动，此时驱动电机210的转动带动第一转向轴100向上运动至第一限位块150接触到转向轴套130的顶部，即第一转向轴100以4cm/s的速度向上运动约20cm后驱动电机210停止转动，驱动电机210进入力矩模式保持位置不变。此时第一齿轮140与第二齿轮160啮合，转矩的传递路径闭合，可以通过转动方向盘110从而转动车轮，路感可以反馈到转向盘110，此时方向盘由静默模式切换回正常模式。

V＝wr/i

式中：

V为第一轴运动速度；

w为驱动电机角速度；

r为涡轮与直齿啮合处的分度圆半径；

i为减速器传动比；

通过驱动电机210带动第一转向轴100运动，使汽车方向盘110与汽车的转向传动机构脱离或结合，使汽车方向盘达到静默的目的，实现智能汽车在行驶时方向盘110不随车轮的转动而转动的目的，提高乘客在车辆自动驾驶时乘坐的舒适性。

本发明还提供一种可静默方向盘的控制方法，通过，通过控制第一齿轮分别于第一限位片和第二限位片之间的距离，保证第一齿轮能够完全与第二齿轮脱离或结合，实现静默的目的。

其中，第一齿轮到第一限位块之间的距离r₁的经验公式为：

式中，λ为校正系数，i为传动比，v为车速，m为汽车质量，L为从质心到转向轴之间的水平距离，L_Z为转向轴长度，L₁为第一齿轮到转向轴套顶部的距离，Q_V为方向盘转角，Q_α为汽车质心侧偏角；

所述第一齿轮到第二限位块之间距离r₂的经验公式为：

式中，L₂为第一齿轮到转向轴套底部的距离，Q_V为方向盘转角，Q_α为汽车质心侧偏角。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (9)

1.一种可静默方向盘，其特征在于，包括：

第一转向轴，其下部设置有直齿；

转向轴套，其设置在所述第一转向轴中部，所述第一转向轴穿过所述转向轴套后可旋转支撑在所述转向轴套上，并能够沿着所述转向轴套轴向运动；

其中，所述转向轴套一侧向外延伸，形成容纳口；

第一齿轮，其固定设置在所述第一转向轴上，并位于所述转向轴套内部；

第二齿轮，其设置在所述容纳口内，并与所述容纳口转动连接；所述第二齿轮与所述第一齿轮相啮合；

第二转向轴，其设置在所述第一转向轴一侧，所述第二转向轴连接转向传动机构；

第三齿轮，其固定设置在所述第二转向轴上，并与所述第二齿轮相啮合；

涡轮，其设置在所述第一转向轴下部，并与所述直齿相啮合；

驱动电机，其动力输出端连接所述涡轮。

2.根据权利要求1所述的可静默方向盘，其特征在于，还包括：

第一限位块，其固定设置在所述第一转向轴上，并位于所述第一齿轮上方，所述第一限位块设置在所述转向轴套内。

3.根据权利要求2所述的可静默方向盘，其特征在于，还包括：

第二限位块，其固定设置在所述第一转向轴上，并位于所述第一齿轮下方，所述第一限位块设置在所述转向轴套内。

4.根据权利要求3所述的可静默方向盘，其特征在于，所述第一齿轮和所述第二齿轮为直齿滑移齿轮。

5.根据权利要求4所述的可静默方向盘，其特征在于，所述方向盘与所述第一转向轴之间通过花键连接。

6.根据权利要求5所述的可静默方向盘，其特征在于，所述转向轴上设置有凸台，所述第一齿轮与所述第一转向轴通过键连接。

7.根据权利要求6所述的可静默方向盘，其特征在于，所述第二转向轴一端连接有转角传感器。

8.根据权利要求7所述的可静默方向盘，其特征在于，所述转角传感器与所车载显示屏电连接。

9.一种可静默方向盘的控制方法，其特征在于，使用权利要求1-8任意一项所述的可静默方向盘，通过控制第一齿轮分别与第一限位块和第二限位块之间的距离，确保第一齿轮与第二齿轮接合或脱离；

其中，第一齿轮到第一限位块之间的距离r₁的经验公式为：

式中，λ为校正系数，i为传动比，v为车速，m为汽车质量，L为从质心到转向轴之间的水平距离，L_Z为转向轴长度，L₁为第一齿轮到转向轴套顶部的距离，Q_V为方向盘转角，Q_α为汽车质心侧偏角；

所述第一齿轮到第二限位块之间距离r₂的经验公式为：

式中，L₂为第一齿轮到转向轴套底部的距离，Q_V为方向盘转角，Q_α为汽车质心侧偏角。