CN110271606A - 用于线控转向车辆的方向盘系统和扭矩反馈致动器总成 - Google Patents

Abstract

本公开提供“用于线控转向车辆的方向盘系统和扭矩反馈致动器总成”。本文描述了用于线控转向车辆的示例性方向盘系统和扭矩反馈致动器总成。示例性方向盘系统包括方向盘和扭矩反馈致动器总成。所述扭矩反馈致动器总成包括壳体和可旋转地设置在所述壳体中的斜齿轮。所述方向盘联接到所述斜齿轮并与所述斜齿轮同轴地对准。所述扭矩反馈致动器总成还包括马达与蜗轮，所述蜗轮与所述斜齿轮接合，以通过驱动所述斜齿轮来向所述方向盘提供扭矩反馈。

Description

用于线控转向车辆的方向盘系统和扭矩反馈致动器总成

技术领域

本公开总体涉及车辆，且更具体地涉及用于线控转向车辆的方向盘系统和扭矩反馈致动器总成。

背景技术

已知的车辆通常包括机械连杆装置，该机械连杆装置将方向盘连接到车辆的前轮并使得驾驶员能够通过旋转方向盘来使车辆转向。例如，许多已知的转向系统包括齿条和小齿轮，其将方向盘的旋转运动转换成一个或多个拉杆的线性致动或运动，该一个或多个拉杆连接到车辆的前轮。拉杆改变前轮的角度，从而转动车轮并使车辆转向。

近年来，已经在车辆中实现了线控转向系统。线控转向系统消除了方向盘和车辆车轮之间的传统机械连杆总成。相反，致动器基于方向盘的旋转角度操作以转动车轮。

发明内容

本文公开了一种用于线控转向车辆的示例性方向盘系统。该示例性方向盘系统包括方向盘和扭矩反馈致动器总成。示例性方向盘系统的扭矩反馈致动器总成包括壳体和可旋转地设置在壳体中的斜齿轮。方向盘联接到斜齿轮并与斜齿轮同轴地对准。扭矩反馈致动器总成还包括马达与蜗轮，该蜗轮与斜齿轮接合，以通过驱动斜齿轮来向方向盘提供扭矩反馈。

本文公开的示例性车辆包括仪表板和方向盘系统，该方向盘系统联接到仪表板以与车辆的线控转向系统相连接。示例性车辆的方向盘系统包括方向盘和扭矩反馈致动器总成，该扭矩反馈致动器总成包括斜齿轮。方向盘联接到斜齿轮并与斜齿轮同轴地对准。斜齿轮将沿一个方向或另一个方向驱动以旋转方向盘。斜齿轮设置在方向盘和仪表板之间。

本文公开的示例性设备包括：斜齿轮，其将联接到方向盘并与其旋转轴线对准；以及马达与涡轮，该涡轮与斜齿轮接合。马达用于驱动斜齿轮以向方向盘提供扭矩反馈。马达和蜗轮沿着垂直于且偏离旋转轴线的轴线对准。

附图说明

图1示出了示例性车辆和车辆的示例性线控转向系统，其中可以实现本文公开的示例。

图2是根据本公开的教导构造的具有示例性扭矩反馈致动器总成的示例性方向盘系统的侧视图。

图3是沿着图2中的线A-A截取的图2的示例性扭矩反馈致动器总成的剖视图。

图4是图2和图3的示例性扭矩反馈致动器总成的示例性蜗轮和示例性斜齿轮的透视图。

图5示出了可以与图2的示例性方向盘系统一起使用的示例性折叠机构。

图6A是在图5的示例中使用的示例性折叠支架的侧视图。

图6B是沿着图6A中的线B-B截取的示例性折叠支架的剖视图。

图7示出了可以与图2的示例性方向盘系统一起使用的另一示例性折叠机构。

附图并未按比例绘制。相反，附图中层或区域的厚度可以扩大。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。如本专利中所使用的，陈述任何部分(例如，层、膜、区域、区或板)以任何方式位于另一部分上(例如，定位在其上，位于其上，设置在其上，或形成在其上等)指示所参考部分与另一部分接触，或者所参考部分在另一部分上方，其中一个或多个中间部分位于其间。陈述任何部分与另一部分接触意指两部分之间没有中间部分。

具体实施方式

本文公开了用于车辆线控转向系统中的示例性方向盘系统和示例性扭矩反馈致动器总成。本文公开的示例性扭矩反馈致动器总成利用比已知的扭矩反馈致动器更小、更轻的马达，同时仍然在方向盘上产生出色的扭矩反馈控制。此外，本文公开的示例性扭矩反馈致动器总成较小，且因此在车辆的车厢中比线控转向车辆中的已知的扭矩反馈致动器总成需要更少的空间。在详细公开示例性扭矩反馈致动器总成和相关方面之前，下面提供已知的线控转向系统的简要描述。

在已知的线控转向系统中，车辆的方向盘并不直接机械地连接到车轮。相反，传感器测量方向盘的方向盘角度(SWA)，并且基于所测量的SWA激活致动器以使车轮沿一个方向或另一方向转动。已知的线控转向系统还包括电动马达(称为扭矩反馈马达或致动器)，用于在方向盘上提供扭矩反馈。具体地，为了将方向盘随车轮保持在对应的角度以及为了模仿机械地连接到车轮的传统方向盘的感觉，扭矩反馈马达在方向盘上产生反作用力。

在已知的线控转向系统中，方向盘连接到转向柱，该转向柱延伸到车辆的仪表板中。扭矩反馈马达(包括马达的主体和输出轴)设置在仪表板中并且平行于转向柱定向。马达的输出轴经由带和带轮系统连接到转向柱。这些已知的线控转向系统中的一些还包括制动系统，该制动系统通过另一带和带轮系统连接到转向柱。因此，在车辆的仪表板中需要大量的空间来容纳扭矩反馈马达和相关联的部件。在其他已知的线控转向系统中，马达与转向柱沿着同一轴线定向并且直接连接到转向柱，这同样在车辆的仪表板中需要大量的空间来容纳马达。此外，在马达直接连接到转向柱的情况下(无齿轮传动)，马达需要相对较大，以便为方向盘提供适当的扭矩反馈。此外，这些已知的线控转向系统通常包括外部SWA传感器或连接到转向柱的齿轮网络，所述齿轮与确定SWA的传感器相连接，这使得线控转向系统的整体包络或包装增大。因此，这些已知的线控转向系统通常体积庞大、笨重且复杂。而且，这些已知的线控转向系统中的一些包括冗余马达、传感器、带系统等，这进一步增加了线控转向系统的复杂性和重量。

本文公开了可以向方向盘提供扭矩反馈的示例性扭矩反馈致动器总成作为用于线控转向车辆的方向盘系统的一部分。本文公开的示例性扭矩反馈致动器总成一般比已知总成更小、更轻且更紧凑。一些示例性扭矩反馈致动器总成可以根据需要容易地附接到车辆的仪表板以及从车辆的仪表板拆卸。因此，示例性扭矩反馈致动器总成和方向盘可以在不使用时容易且快速地从车辆的车厢移除，这在车辆的车厢中产生更多的可用空间。例如，如果车辆能够以自主模式操作并且不需要方向盘，则可以将扭矩反馈致动器总成和/或方向盘移除或折叠保存起来。在其他示例中，在车辆以自主模式操作时，扭矩反馈致动器总成和方向盘可保留在仪表板上。在一些这样的示例中，扭矩反馈致动器总成的马达用于使方向盘保持在特定位置(例如，在0°位置)静止。例如，可以向马达提供少量电流，这将方向盘保持在特定位置，并且如果用户试图旋转方向盘，则向马达提供较大的电流，抵抗用户的力产生反扭矩(例如，阻力)，以将方向盘保持在相同位置。而且，在一些示例中，通过将扭矩反馈致动器总成附接到另一个线控转向车辆的仪表板，可以将示例性转向系统和/或扭矩反馈致动器总成用于其他车辆中。

本文公开的示例性扭矩反馈致动器总成包括斜齿轮(有时称为蜗轮)，该斜齿轮以同轴方式联接到方向盘。在一些示例中，斜齿轮设置在壳体内，该壳体可以联接到仪表板，用于将扭矩反馈致动器总成安装在车辆中。示例性扭矩反馈致动器总成包括电动马达(有时称为扭矩反馈马达或致动器)与蜗轮，蜗轮与斜齿轮接合。马达和蜗轮沿着垂直于且偏离方向盘和斜齿轮的中心旋转轴线的轴线定向。因此，马达不会延伸到仪表板深处(如果可能的话)，如同在仪表板中一般需要大量空间的已知线控转向系统的情况一样。换句话说，马达设置在大致侧向或横向方向上，这使得马达和斜齿轮能够利用方向盘后面的较小空间(例如，深度)。此外，在一些示例中，示例性扭矩反馈致动器总成不包括像已知系统中那样延伸进入或穿过仪表板的转向柱。

可以激活示例性扭矩反馈致动器总成的马达以旋转斜齿轮，从而旋转方向盘。例如，在用户正在以模拟车轮将以其他方式经由传统机械连杆总成传递给方向盘的反作用力的方式驾驶车辆时，可以激活马达以向方向盘提供扭矩反馈。此外，马达在方向盘上产生反作用力，使方向盘保持在与车轮对准的正确位置，这使得驾驶员能够检测车轮的角度。例如，当驾驶员在转弯之后松开方向盘时，马达用于使方向盘随着车轮成直线而旋转回直线位置，如在传统机械连杆总成中所经历的那样。

在一些示例中，蜗轮和斜齿轮形成相对高的齿轮比诸如50:1，这使得能够使用相对小的马达，同时仍然在斜齿轮上产生相对高的扭矩，从而使线控转向系统的总体大小、重量和复杂性进一步减小。此外，相对高的齿轮比也有利于实现对驾驶员的高精度扭矩反馈。

在一些示例中，扭矩反馈致动器总成包括角度传感器，该角度传感器测量斜齿轮的旋转角度，该旋转角度可与方向盘的SWA直接相关。在一些示例中，角度传感器被实现为致动器总成的电子控制单元(ECU)的霍尔效应传感器。ECU可以在印刷电路板上实现，该印刷电路板在霍尔效应传感器延伸到壳体中并且邻近斜齿轮的位置联接到壳体。霍尔效应传感器测量斜齿轮的旋转角度，该旋转角度可以与SWA相关(例如，斜齿轮的角度与方向盘的角度相同)。通过使用靠近斜齿轮的角度传感器，致动器总成可以保持相对小且紧凑，这与利用从转向柱延伸出的多个齿轮来确定SWA的已知系统不同。

在一些示例中，扭矩反馈致动器总成包括止动或锁定机构，该止动或锁定机构防止方向盘沿任一方向过度旋转。具体地，由于方向盘联接到斜齿轮(该斜齿轮在壳体中自由地旋转)并且并不直接机械地联接到车辆的车轮，因此方向盘能够沿任一方向连续地旋转。然而，在某些情况下，方向盘系统可包括钟表弹簧(clockspring)，用于向方向盘上的电子器件提供电力。为了防止方向盘沿任一方向旋转太远并损坏钟表弹簧电缆，示例性扭矩反馈致动器总成包括止动或锁定机构，该止动或锁定机构以预定义角度停止旋转。

在一些示例中，方向盘系统和/或车辆包括折叠机构，该折叠机构使得方向盘系统能够在发生碰撞时移动到仪表板中或朝向仪表板移动以减少对驾驶员身体的冲击。例如，在发生车辆碰撞时，驾驶员的身体可能会移动到方向盘中。为了减弱冲击，方向盘系统(其包括扭矩反馈致动器总成)可以移动到仪表板中或朝向仪表板移动，以在方向盘系统上施加了阈值力的情况下减少冲击。

图1示出了示例性车辆100，其中可以实现本文公开的示例。在所示示例中，车辆100被描绘为汽车(例如，轿车)。然而，在其他示例中，车辆100可以实现为任何其他类型的车辆，诸如皮卡车、货车等。车辆100包括右前轮102和左前轮104，该右前轮和左前轮可以转动或成角度以使车辆100转向。

图1还示出了可以由车辆100实现的示例线控转向系统106的框图。如示例性框图所示，线控转向系统106包括致动器108(例如，旋转马达、液压马达等)和方向盘系统112。方向盘系统112由第一电子控制单元(ECU)110(例如，控制器)控制，该第一电子控制单元与控制致动器108的第二ECU 111通信。第一ECU 110和第二ECU 111形成线控转向控制器。致动器108联接到拉杆114、116，所述拉杆分别联接到前轮102、104。致动器108可以被激活(例如，经由第二ECU 111)以伸出和/或缩回拉杆114、116来使前轮102、104转动或成角度，从而使车辆100转向。可以基于来自方向盘系统112的输入来激活致动器108。

在所示示例中，方向盘系统112包括方向盘和SWA传感器(这两者在本文中进一步详细示出和描述)，该SWA传感器测量方向盘的旋转角度。第一ECU 110确定SWA(基于来自SWA传感器的测量值)并将所确定的SWA发送到第二ECU 111，该第二ECU基于SWA来激活致动器108以转动前轮102、104。第二ECU 111可以在SWA和前轮102、104的角度之间应用线性或非线性相关。

在一些示例中，线控转向系统106包括位置传感器120，该位置传感器检测前轮102、104的当前角度(例如，基于致动器108的位置)并将反馈提供给第二ECU 111并且因此提供给第一ECU 110。作为响应，第一ECU 110可以激活方向盘系统112中的扭矩反馈致动器(其示例在本文中进一步详细公开)。扭矩反馈致动器将方向盘保持在对应的SWA(即，与前轮102、104的当前角度匹配或相关的SWA)和/或在方向盘上提供扭矩反馈以模拟前轮102、104在传统机械连杆总成中将以其他方式在方向盘上具有的力。

虽然在所示示例中第一ECU 110和第二ECU 111被示出为独立的部件，但在其他示例中，第一ECU 110和第二ECU 111可以通过共同的/组合的ECU实现为与方向盘系统112和致动器108通信。第一ECU 110和/或第二ECU 111可以由硬件、软件、固件和/或硬件、软件和/或固件的任何组合来实现。例如，第一ECU 110和/或第二ECU 111可以由一个或多个模拟或数字电路、逻辑电路、可编程处理器、可编程控制器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、可编程逻辑装置(PLD)和/或现场可编程逻辑装置(FPLD)实现。而且，虽然在所示示例中，线控转向系统106包括一个致动器108，但在其他示例中，线控转向系统106可包括更多致动器和/或致动器可设置在其他位置并用于控制前轮102、104的方向。此外，线控转向系统106可包括多于一个位置传感器120以检测前轮102、104的当前角度和/或位置传感器可设置在其他位置(例如，设置在车轮的轮毂上)。

图2是根据本公开的教导构造的示例性方向盘系统200的侧视图。例如，示例性方向盘系统200可用于实现图1的方向盘系统112。示例性方向盘系统200包括示例性方向盘202和示例性扭矩反馈致动器总成204(本文中称为致动器总成204)。在所示示例中，致动器总成204包括角度传感器206，用于确定方向盘202的SWA。示例性致动器总成204还包括马达208，用于向方向盘202提供扭矩反馈。

在所示示例中，方向盘系统200联接到车辆100(图1)的仪表盘或仪表板210。具体地，扭矩反馈致动器总成204联接到仪表板210，并且方向盘202联接到致动器总成204。如本文所用，术语仪表板和仪表盘可互换使用，并且被定义为表示驾驶员前方的表面和/或结构。仪表板210可包括一个或多个仪表、按钮、状态指示器、屏幕等。在一些示例中，致动器总成204可移除地联接到仪表板210。在所示示例中，致动器总成204经由多个螺纹紧固件212联接到仪表板210。在其他示例中，可以使用其他类型的紧固机构。因此，用户(例如，驾驶员)可以很容易在希望使用方向盘系统200时将方向盘系统200附接到仪表板210，以及在不使用方向盘系统时将方向盘系统200从仪表板210拆卸。例如，车辆100可以以两种模式操作：(1)完全自主模式，其中车辆100自己驾驶；或者(2)手动转向模式，其中可使用方向盘系统200来使车辆100转向。在完全自主模式期间，不需要方向盘系统200。因此，示例性方向盘系统200可以从仪表板210拆卸(例如，通过移除螺纹紧固件212、通过释放快速释放件等)，以在车辆100的车厢中提供更多空间(例如，在坐在驾驶员座椅中的人和仪表板210之间提供更多空间)。在其他示例中，当车辆100以自主模式操作时，方向盘系统200可以保持联接到仪表板210并且致动器总成204可以以一定模式操作(例如，静音车轮模式)以使方向盘202保持静止，如本文进一步详细公开的。而且，在一些示例中，方向盘系统200可以是通用的，使得它可以用于其他车辆。例如，方向盘系统200可用于类似地控制其他车辆。此外，在一些示例中，当车辆100未被使用时，方向盘系统200可以从仪表板210拆卸，例如，以防止对车辆100的盗窃和/或篡改。

如上所公开，由于方向盘202并不直接机械地联接(例如，经由转向柱)到前轮102、104(图1)，因此方向盘202不直接响应于前轮102、104的方向的变化。例如，在具有传统连杆总成的车辆中，在转动之后，人可以松开方向盘并且车轮方向的变化会导致方向盘旋转回直线位置(即，自身中心)。因此，在经由传统机械连杆总成联接到车轮102、104时，为了将方向盘202保持在正确的SWA以及为了在方向盘202上模仿或模拟前轮102、104的运动，示例性致动器总成204包括马达208。可以激活马达208以在方向盘202上产生反作用力来克服驾驶员的力。此外，可以激活马达208以将方向盘202定位在与前轮102、104的当前角度相关的正确SWA处，如在传统连杆总成中将经历的那样。

在所示示例中，致动器总成204包括限定腔216的壳体214。在所示示例中，壳体214由第一构件或部件218和第二构件或部件220构成，它们联接以限定腔216。然而，在其他示例中，壳体214可以由单个一体式部件构成，或者可以由多于两个部件构成。

在图2的所示示例中，致动器总成204包括斜齿轮222，该斜齿轮可旋转地设置在壳体214的腔216中。方向盘202联接到斜齿轮222，使得方向盘202和斜齿轮222一起旋转。在所示示例中，方向盘202和斜齿轮222沿着第一轴线224同轴地对准。换句话说，斜齿轮222具有中心(旋转)轴线，该轴线与方向盘202的中心(旋转)轴线对准，两者都沿着第一轴线224对准。

在图2的所示示例中，马达208具有联接到蜗轮228的输出轴226。蜗轮228与斜齿轮222(有时称为蜗杆驱动装置)的边缘上的齿接合(例如，啮合)。马达208在被激活时使蜗轮228旋转，这使斜齿轮222旋转，从而使方向盘202旋转。因此，马达208通过驱动斜齿轮222来向方向盘202提供扭矩反馈。在一些示例中，马达208为双向马达，其可以使蜗轮228(以及因此斜齿轮222和方向盘202)沿任一方向旋转。

图3是沿着图2的线A-A截取的示例性致动器总成204的剖视图。如图3所示，马达208(例如，马达208的主体)、输出轴226和蜗轮228沿着第二轴线300对准。第二轴线300横向于或垂直于并且偏离第一轴线224(图2)，方向盘202(图2)和斜齿轮222沿着该第一轴线旋转。图4示出了斜齿轮222、第一轴线224、蜗轮228和第二轴线300的透视图。

再次参考图2，第二轴线300(来自图3)通过蜗轮228的中心延伸到页面中。因此，蜗轮228和斜齿轮222将旋转运动从一个轴线传递到另一个轴线，这些轴线彼此垂直且偏离。通过使马达208沿着垂直于且偏离第一轴线224的第二轴线300定向，马达208相对于仪表板210的面侧向或横向延伸，而不是如已知系统中那样延伸到仪表板210中，在已知系统中，马达平行于方向盘的旋转轴线定向且因此延伸到仪表板的面中或者在方向盘和仪表板之间需要大量的空间。因此，马达208在方向盘202和仪表板210之间消耗比这些已知系统显著更少(最小)的空间。在该示例中，当致动器总成204联接到仪表板210时，马达208和斜齿轮222设置在方向盘202和仪表板210之间，且因此如已知系统中那样在车辆100的仪表板210中利用更少(如果有的话)空间。因此，在一些示例中，方向盘系统200不包括或不需要如在已知系统中那样在仪表板210中延伸的转向柱。在其他示例中，马达208和/或致动器总成204的其他部件可以延伸到仪表板210中(例如，延伸到形成在仪表板210的外表面中的凹口或开口中)。在任一种配置中，示例性致动器总成204的包装比已知总成显著更小且不那么深，且因此比已知总成更少地延伸到仪表板210中。

如图3的所示示例中所示，壳体214包括第一支架302和第二支架304，用于保持马达208。在其他示例中，致动器总成204可包括更多支架和/或附加结构，用于将马达208联接到壳体214。在所示示例中，壳体214还包括螺纹紧固件212所穿过的三个凸片或凸缘306。在其他示例中，壳体214可包括更多或更少的凸缘306，这取决于例如要使用的紧固件的数量。

例如，示例性马达208可以是无刷三相直流(DC)马达。在其他示例中，马达208可以是另一种类型的马达(例如，交流(AC)马达)。在一些示例中，斜齿轮222和蜗轮228的大小设定成提供50:1的蜗杆比或齿轮减速比。在这个高的齿轮比的情况下，马达208可以相对较小，同时仍然在斜齿轮222上产生相对大的扭矩，诸如50牛顿米(nm)的扭矩。因此，可以采用更小、更轻的马达来代替已知系统中的庞大的马达。在其他示例中，斜齿轮222和蜗轮228的大小可以设定成提供更高或更低的齿轮减速比。

再次参考图2，示例性致动器总成204包括电子控制单元(ECU)板230，该电子控制单元板支撑第一ECU 110以激活马达208和/或确定SWA。在所示示例中，ECU板230联接到壳体214的背面(例如，壳体214的面向仪表板210的侧)。在其他示例中，ECU板230可以在另一位置联接到壳体214。如上所公开，示例性致动器总成204包括角度传感器206，用于确定SWA。在该示例中，角度传感器206测量或检测斜齿轮222的旋转角度，然后可以由第一ECU110使用该旋转角度来确定SWA。例如，由于方向盘202和斜齿轮222彼此联接以一起旋转，因此斜齿轮222的旋转角度等于SWA。第一ECU 110基于斜齿轮222的旋转角度来确定SWA，然后将其传送到第二ECU 111(图1)以激活致动器108。

在一些示例中，在转动方向盘202时，斜齿轮222和蜗轮228之间的相对大的齿轮比引起小的阻力，这有助于模仿在传统机械连杆总成的情况下在方向盘中感受到的阻力(而不是允许方向盘202松散地旋转)。此外，在一些示例中，第一ECU 110向马达208施加小的电压，这进一步有助于在方向盘202上产生驾驶员在转动方向盘202时可能感受到的阻力。随着车辆100的行驶，第一ECU 110基于SWA和前轮102、104(图1)的角度来确定要施加到斜齿轮222的目标扭矩(例如，恢复力)。第一ECU 110根据要施加到方向盘202的扭矩来向马达208施加更大或更小的电压。

在所示示例中，角度传感器206联接到ECU板230并且延伸穿过壳体214中的开口，进入腔216中邻近斜齿轮222。这个位置可以实现更小、更紧凑的包装。在一些示例中，角度传感器206为霍尔效应传感器。在一些此类示例中，一个或多个磁体可以设置在斜齿轮222的后侧。例如，一个环形磁体可以设置在斜齿轮222的后侧(例如，面向ECU板230的侧)。在另一示例中，多个磁体(例如，三个磁体)可以联接到斜齿轮222的后侧并且彼此间隔开(例如，彼此等距地间隔开)。示例性磁体231在图2中示出为联接到斜齿轮222的后侧。随着斜齿轮222的旋转，霍尔效应传感器测量磁场的强度。基于所测量的磁场，第一ECU 110可以确定斜齿轮222的角位置以及因此SWA。在一些示例中，多个霍尔效应传感器设置在ECU板230上并且测量由磁体引起的磁场，这可以用于确定(例如，经由三角测量)斜齿轮222的旋转角度。在另一示例中，单独的较小齿轮可以通过斜齿轮222旋转。较小的齿轮可以具有一个或多个磁体，并且霍尔效应传感器可以测量较小齿轮的磁场的强度，这可以用于确定斜齿轮222的旋转位置。在其他示例中，角度传感器206可以实现为另一种类型的传感器。此外，在一些示例中，可以使用多于一个角度传感器。

在一些示例中，当车辆100以自主模式操作时，致动器总成204可以以安静模式操作以使方向盘202保持静止(例如，保持在0°位置)。例如，第一ECU 110可以向马达208施加小的电流，其克服小的力来将方向盘202锁定在适当的位置。如果向方向盘施加了更大的力(例如，如果乘客试图旋转方向盘202)，则角度传感器206可以感测到方向盘202的尝试旋转，并且第一ECU 110可以向马达208施加更大的电流，这会在方向盘202上产生较大的扭矩反馈，使方向盘202保持在相同位置。

在所示示例中，致动器总成204包括电连接器232(例如，线束)，该电连接器将第一ECU 110和/或致动器总成204的钟表弹簧234(本文进一步详细地公开)连接到第二ECU 111(图1)和/或车辆100的任何其他ECU。电连接器232可以连接到车辆100中的对应连接器(例如，在仪表板210上)以接收电力和/或与车辆100的其他系统(诸如第二ECU 111(图1))通信。

在所示示例中，方向盘202经由螺纹紧固件236(诸如保持螺栓)可移除地联接到斜齿轮222。在所示示例中，斜齿轮222包括具有螺纹开口240的延伸部238。延伸部238延伸穿过壳体214中的开口242。螺纹紧固件236被通过方向盘202插入并拧入延伸部238的螺纹开口240中以将方向盘202联接到斜齿轮222。然而，在其他示例中，方向盘202可以使用其他机械和/或化学紧固机构(例如，槽和键、销、粘合剂、焊接等)联接到斜齿轮222。在一些示例中，方向盘202固定地联接到斜齿轮222并且不能从斜齿轮222移除而不损坏方向盘系统200的零件。

在一些示例中，方向盘系统200包括钟表弹簧234。钟表弹簧234使方向盘202能够旋转，同时仍然提供与方向盘202上的一个或多个电子部件(例如，安全气囊、音量按钮、巡航控制按钮、喇叭按钮等)的电连接。具体地，钟表弹簧234可操作地联接到方向盘202(例如，经由电缆)以向方向盘202上的一个或多个电子部件提供电力和/或在方向盘202上的一个或多个电子部件和车辆100的ECU之间传送信号。在所示示例中，钟表弹簧234设置在壳体214和方向盘202之间。在一些示例中，钟表弹簧234联接到壳体214并且与壳体214一起保持静止。

在一些示例中，为了防止方向盘202沿任一方向(顺时针或逆时针)旋转超过阈值量，致动器总成204包括止动或锁定机构。例如，如图2所示，示例性致动器总成204包括锁定螺栓244。锁定螺栓244与斜齿轮222的螺纹开口240螺纹地接合。在一些示例中，螺纹开口240的由锁定螺栓244接合的区段具有与螺纹开口240的由螺纹紧固件236接合的区段不同的螺纹大小。锁定螺栓244的头部246设置在壳体214的第一止动件248和第二止动件250之间。锁定螺栓244可以键入和/或设置在开口中，防止锁定螺栓244旋转。相反，随着斜齿轮222的旋转，锁定螺栓244仅沿线性方向移入或移出螺纹开口240(在图2中向左和向后)。因此，随着方向盘202和斜齿轮222沿一个方向旋转，锁定螺栓244朝向仪表板210移动(例如，在图2中向右)，并且随着方向盘202和斜齿轮222沿相反方向旋转，锁定螺栓244朝向方向盘202移动(例如，在图2中向左)。当锁定螺栓244沿任一方向移动超过阈值量时，锁定螺栓244的头部246接合或接触止动件248、250中的一个，这防止锁定螺栓244进一步移动，从而防止斜齿轮222和方向盘202进一步旋转。

在一些示例中，锁定螺栓244被布置成允许方向盘202在±360°的阈值范围内旋转。阈值范围可以由螺纹开口240和锁定螺栓244的螺纹大小、锁定螺栓244的长度和/或两个止动件248、250之间的距离限定。在其他示例中，锁定螺栓244可以被布置成允许方向盘202在更大或更小的阈值范围(例如，±270°、±540°等)中旋转。

即使在没有动力被提供到致动器总成204，锁定螺栓244也有利地防止旋转。例如，如果车辆100(图1)断电并且有人试图旋转方向盘202(并且马达208没有提供反作用力)，则锁定螺栓244防止方向盘202旋转超过可能破坏或损坏致动器总成204的阈值量。而且，如果方向盘系统200包括钟表弹簧诸如钟表弹簧234，则锁定螺栓244防止方向盘202沿任一方向旋转超过阈值量(例如，基于钟表弹簧234中的电缆的长度)，否则会破坏或损坏钟表弹簧234。虽然在所示示例中，使用锁定螺栓244来限制方向盘202可沿任一方向旋转的量，但在其他示例中，可以使用其他类型的止动或锁定机构，诸如滚珠螺杆、螺纹蜗杆/螺母、凸轮、紧急止动件等。

在所示示例中，壳体214经由螺纹紧固件212联接到仪表板210，这使得致动器总成204能够容易地附接到仪表板210以及从仪表板拆卸。在图2和图3的所示示例中，使用了三个螺纹紧固件212(其中两个在图2中示出)。在其他示例中，壳体214可以使用更多或更少的螺纹紧固件联接到仪表板210。在其他示例中，可以使用其他类型的紧固机构(例如，销和槽紧固件、按扣、快速释放件等)来将壳体214和/或致动器总成204的另一部分附接到仪表板210和/或车辆100的任何其他结构。在一些示例中，扭矩反馈致动器总成204联接到仪表板210的相对平坦的表面或面板。

在一些示例中，方向盘系统200和/或车辆100可包括折叠机构，该折叠机构使得方向盘系统200能够在发生冲击时(例如，在碰撞期间)移动或折叠到仪表板210中。例如，在图5的所示示例中，仪表板210包括开口或凹口500，并且扭矩反馈致动器总成204围绕开口500联接到仪表板210。在所示示例中，螺纹紧固件212连接到相应的折叠支架502，所述折叠支架联接到延伸到仪表板210中的相应轨504。图6A是折叠支架502中的一个和对应轨504的放大视图，和图6B是沿着图6A中的线B-B截取的示例性折叠支架502和示例性轨504的剖视图。如图6A所示，折叠支架502包括第一部分600(例如，面部分)和第二部分602，该第一部分和第二部分联接以形成90°角。螺纹紧固件212将壳体214的凸缘306联接到折叠支架502的第一部分600。第二部分602设置在轨504的狭槽604中，如图6A和图6B所示。狭槽604的壁和第二部分602之间的交互(例如，摩擦)将折叠支架502保持在适当位置，直到施加了阈值力。当施加了阈值力时，折叠支架502在轨504的狭槽604中滑动得更远。因此，如果驾驶员(或另一物体)以足够的力(例如，阈值力)接合方向盘202(图5)和/或方向盘202上的安全气囊(例如，在碰撞期间)，则折叠支架502滑动到轨504中，这使得方向盘系统200能够移动到仪表板210中的开口500(图5)中，这有助于减少施加给驾驶员的冲击。在其他示例中，带或突片可以设置在狭槽604中，该带或突片当由折叠支架502以足够的力接合时断裂或扣合，并且使得折叠支架502能够沿着轨504滑动。

图7示出了可以随示例性方向盘系统200实现的另一示例性折叠机构。在图7的示例中，示例性方向盘系统200经由紧固件212联接到板700。轴702从板700的后部延伸出。轴702可被通过仪表板210中的开口704插入并进入安装(例如，焊接)在横梁708上的管706中。轴702和管706可以是用花键联接的，以防止轴702相对于管706旋转。在所示示例中，锁止杆710联接到管706。锁止杆710将轴702锁定在管706中的期望深度，这使得用户能够改变方向盘系统200相对于仪表板210的位置(例如，使得方向盘系统200能够伸进伸出仪表板210)。锁止杆710可以是手动锁止杆(例如，由用户的手手动激活)或电子锁止杆(例如，经由仪表板210上的按钮激活)。在一些示例中，轴702可以从管706中移除，这使得方向盘系统200连同板700和轴702能够从仪表板210中移除并被收起(例如，当车辆100未被使用时、当车辆100以自主模式操作并且不需要方向盘系统200时，等等)。在一些示例中，横梁708和/或管706是可旋转的，使得方向盘系统200可向下旋转并存放在仪表板210下方。在一些示例中，当锁止杆710上被施加了阈值力时，锁止杆710允许轴702移动到管506中。因此，如果驾驶员接触方向盘202(例如，在碰撞期间)，则方向盘系统200可朝向仪表板210移动以减少对驾驶员的冲击。

从前述内容可以理解，已经公开了在线控转向车辆的方向盘上提供扭矩反馈的示例性系统、设备和制品。与延伸到仪表板深处的已知的扭矩反馈致动器总成相比，本文公开的示例性扭矩反馈致动器总成具有相对短或浅的深度。此外，示例性扭矩反馈致动器总成可以在不使用时很容易从车辆拆卸并且被收起以在车辆的车厢中提供更多空间。而且，示例性扭矩反馈致动器总成利用蜗轮和斜齿轮，该蜗轮和斜齿轮能够使用相对小的马达，同时仍然在方向盘上产生相对高的扭矩反馈。

虽然本文已公开某些示例性系统、设备和制品，但本专利的涵盖范围不限于此。相反，本专利涵盖完全属于本专利的权利要求范围内的所有系统、设备和制品。

根据本发明，提供了一种用于线控转向车辆的方向盘系统，该方向盘系统具有：方向盘；以及扭矩反馈致动器总成，该扭矩反馈致动器总成包括：壳体；斜齿轮，其可旋转地设置在壳体中，方向盘联接到斜齿轮并与斜齿轮同轴地对准；以及马达与蜗轮，该蜗轮与斜齿轮接合，以通过驱动斜齿轮来向方向盘提供扭矩反馈。

根据实施例，方向盘和斜齿轮的旋转轴线沿着第一轴线对准，并且马达和蜗轮沿着垂直于且偏离第一轴线的第二轴线对准。

根据实施例，扭矩反馈致动器总成包括角度传感器，用于测量斜齿轮的旋转角度。

根据实施例，扭矩反馈致动器总成包括联接到壳体的电子控制单元(ECU)，该角度传感器联接到ECU。

根据实施例，ECU联接到壳体的背面，并且角度传感器延伸穿过位于壳体中的开口且邻近斜齿轮。

根据实施例，角度传感器为霍尔效应传感器。

根据实施例，斜齿轮包括延伸部，该延伸部具有从壳体延伸的螺纹开口，还包括保持螺栓，该保持螺栓通过方向盘插入并且螺纹地联接到延伸部以将方向盘联接到斜齿轮。

根据实施例，上述发明的特征还在于设置在壳体和方向盘之间的钟表弹簧，该钟表弹簧可操作地联接到方向盘以向方向盘上的一个或多个电子部件提供电力。

根据本发明，提供了一种车辆，该车辆具有：仪表板；以及方向盘系统，其连接到仪表板以与车辆的线控转向系统相连接，该方向盘系统包括：方向盘；以及扭矩反馈致动器总成，其包括斜齿轮，该方向盘与斜齿轮联接并同轴地对准，该斜齿轮将沿一个方向或另一个方向驱动以旋转方向盘，该斜齿轮设置在方向盘和仪表板之间。

根据实施例，方向盘系统不包括延伸进入或穿过仪表板的转向柱。

根据实施例，该方向盘系统包括角度传感器，用于确定斜齿轮的旋转角度，还包括电子控制单元(ECU)，用于基于斜齿轮的旋转角度来确定方向盘的角度。

根据实施例，扭矩反馈致动器总成包括马达与蜗轮，该蜗轮与斜齿轮接合，方向盘和斜齿轮沿着第一轴线对准，并且马达和蜗轮沿着垂直于且偏离第一轴线的第二轴线对准。

根据实施例，马达设置在仪表板和方向盘之间。

根据实施例，扭矩反馈致动器总成包括壳体，斜齿轮可旋转地设置在壳体内，

根据实施例，上述发明的特征还在于折叠机构，该折叠机构使得方向盘系统能够在方向盘系统上被施加了阈值力的情况下朝向仪表板移动。

根据本发明，提供了一种设备，该设备具有：斜齿轮，其将联接到方向盘并与其旋转轴线对准；以及马达与蜗轮，该蜗轮与斜齿轮接合，马达用于驱动斜齿轮以向方向盘提供扭矩反馈，马达和蜗轮沿着垂直于且偏离旋转轴线的轴线对准。

根据实施例，斜齿轮包括延伸穿过斜齿轮的中心的螺纹开口，还包括与螺纹开口螺纹接合的螺栓，螺栓用于随着斜齿轮旋转而沿线性方向移入或移出螺纹开口。

根据实施例，上述发明的特征还在于壳体，斜齿轮可旋转地设置在壳体内，壳体包括设置在螺栓的头部的第一侧上的第一止动件和设置在螺栓的头部的第二侧上的第二止动件，其中，当斜齿轮沿任一方向旋转超过阈值量时，螺栓的头部接合第一止动件或第二止动件中的一个并防止方向盘进一步旋转。

根据实施例，上述发明的特征还在于角度传感器，用于测量斜齿轮的旋转角度。

根据实施例，角度传感器为霍尔效应传感器。

Claims (15)

1.一种用于线控转向车辆的方向盘系统，所述方向盘系统包括：

方向盘；以及

扭矩反馈致动器总成，所述扭矩反馈致动器总成包括：

壳体；

斜齿轮，所述斜齿轮可旋转地设置在所述壳体中，所述方向盘联接到所述斜齿轮并与所述斜齿轮同轴地对准；以及

马达与蜗轮，所述蜗轮与所述斜齿轮接合，以通过驱动所述斜齿轮来向所述方向盘提供扭矩反馈。

2.如权利要求1所述的方向盘系统，其中所述方向盘和所述斜齿轮的旋转轴线沿着第一轴线对准，并且其中所述马达和所述蜗轮沿着垂直于且偏离所述第一轴线的第二轴线对准。

3.如权利要求1或2中任一项所述的方向盘系统，其中所述扭矩反馈致动器总成包括角度传感器，用于测量所述斜齿轮的旋转角度。

4.如权利要求3所述的方向盘系统，其中所述扭矩反馈致动器总成包括联接到所述壳体的电子控制单元(ECU)，所述角度传感器联接到所述ECU。

5.如权利要求4所述的方向盘系统，其中所述ECU联接到所述壳体的背面，并且所述角度传感器延伸穿过位于所述壳体中的开口且邻近所述斜齿轮。

6.如权利要求4所述的方向盘系统，其中所述角度传感器为霍尔效应传感器。

7.如权利要求1或2中任一项所述的方向盘系统，其中所述斜齿轮包括延伸部，所述延伸部具有从所述壳体延伸的螺纹开口，还包括保持螺栓，所述保持螺栓通过所述方向盘插入并且螺纹地联接到所述延伸部以将所述方向盘联接到所述斜齿轮。

8.如权利要求1或2中任一项所述的方向盘系统，其还包括设置在所述壳体和所述方向盘之间的钟表弹簧，所述钟表弹簧可操作地联接到所述方向盘，以向所述方向盘上的一个或多个电子部件提供电力。

9.一种车辆，其包括：

仪表板；以及

方向盘系统，所述方向盘系统联接到所述仪表板以与所述车辆的线控转向系统相连接，所述方向盘系统包括：

方向盘；以及

扭矩反馈致动器总成，所述扭矩反馈致动器总成包括斜齿轮，所述方向盘与所述斜齿轮联接并同轴地对准，所述斜齿轮将沿一个方向或另一个方向驱动以旋转所述方向盘，所述斜齿轮设置在所述方向盘和所述仪表板之间。

10.如权利要求9所述的车辆，其中所述扭矩反馈致动器总成包括马达与蜗轮，所述蜗轮与所述斜齿轮接合，所述方向盘和所述斜齿轮沿着第一轴线对准，并且所述马达和蜗轮沿着垂直于且偏离所述第一轴线的第二轴线对准。

11.如权利要求10所述的车辆，其中所述马达设置在所述仪表板和所述方向盘之间。

12.如权利要求9至11中任一项所述的车辆，其中所述方向盘系统不包括延伸进入或穿过所述仪表板的转向柱。

13.如权利要求9至11中任一项所述的车辆，其中所述方向盘系统包括角度传感器，用于确定所述斜齿轮的旋转角度，还包括电子控制单元(ECU)，用于基于所述斜齿轮的所述旋转角度来确定所述方向盘的角度。

14.如权利要求9至11中任一项所述的车辆，其中所述扭矩反馈致动器总成包括壳体，所述斜齿轮可旋转地设置在所述壳体内。

15.如权利要求9至11中任一项所述的车辆，其还包括折叠机构，所述折叠机构使得所述方向盘系统能够在所述方向盘系统上被施加了阈值力的情况下朝向所述仪表板移动。