CN112572593B - 离合机构、转向系统和汽车 - Google Patents

Abstract

本发明涉及汽车领域，公开了一种离合机构、一种转向系统和一种汽车。其中，所述离合机构包括滑块，该滑块用于安装在同轴布置且径向尺寸不同的第一端轴和第二端轴中的径向尺寸较大的一者的端面上，且配置为能够沿着所述第一端轴和所述第二端轴的径向平移以解耦或耦合所述第一端轴(1)和所述第二端轴；驱动部件，用于驱动所述滑块沿着所述第一端轴和所述第二端轴的径向平移。本发明提供的离合机构能够实现转向系统的解耦或耦合，从而有利于汽车游戏场景方案的实现。

Description

离合机构、转向系统和汽车

技术领域

本发明涉及汽车领域，具体地涉及一种离合机构、一种转向系统，进一步，本发明还涉及一种汽车。

背景技术

随着科学技术进步，人们对汽车游戏娱乐功能的需求不断增加。飞车类游戏例如极品飞车、QQ飞车等可以让人体验到疯狂的驾驶乐趣，广受汽车爱好者的追捧和喜爱。目前体验上述游戏功能一般是通过在PC端操作常规键盘或操作专业游戏方向盘来实现的。常规键盘无法真实模拟出开车操纵方向盘转向的手感，而专业游戏方向盘的设备体积较大，用户自购使用的性价比较低，若去相关娱乐场所操作专业游戏方向盘则会带来场地限制，无法随时随地满足用户的使用需求。

而通过汽车本身的方向盘，坐在车内座椅上，直接体验上述游戏是一个很不错的方案。本申请的发明人在实践过程中发现，目前市场上所有汽车的转向系统，方向盘和转向端轴都长期处于啮合状态。即便方向盘通过上下或前后四向调节，其传递力矩的结构(如花键等)始终未脱开，这就导致转动方向盘的同时，必然会带动轮胎跟着做轴向运动，而轮胎与地面间反复的静态摩擦，对轮胎本身的磨损会异常严重，不能被消费者接受。

发明内容

本发明的目的之一是为了克服现有技术存在的上述问题，提供一种离合机构，该离合机构能够布置于车辆的转向系统中，实现转向系统的解耦或耦合，从而有利于汽车游戏场景方案的实现。

为了实现上述目的，本发明第一方面提供一种离合机构，所述离合机构包括：

滑块，该滑块用于安装在同轴布置且径向尺寸不同的第一端轴和第二端轴中的径向尺寸较大的一者的端面上，且配置为能够沿着所述第一端轴和所述第二端轴的径向平移以解耦或耦合所述第一端轴和所述第二端轴；

驱动部件，用于驱动所述滑块沿着所述第一端轴和所述第二端轴的径向平移。

优选地，所述第一端轴为方向盘端轴，所述第二端轴为转向端轴，所述方向盘端轴和所述转向端轴中的径向尺寸较大的一者为中空结构，所述方向盘端轴和所述转向端轴中的径向尺寸较小的一者伸入至所述中空结构内。

优选地，所述中空结构的一端的端面上形成有径向贯通该中空结构的侧壁的凹槽，所述滑块容纳在该凹槽中。

优选地，所述滑块的横截面为T形，所述凹槽的底部的横向宽度大于其顶部的横向宽度以形成与所述滑块相适配的T形凹槽。

优选地，所述滑块上形成有能够与所述第一端轴和所述第二端轴中的径向尺寸较小的一者相啮合或分离以耦合或解耦所述第一端轴和所述第二端轴的齿。

优选地，所述驱动部件包括传动齿轮和用于驱动所述传动齿轮旋转的动力设备，所述传动齿轮的朝向所述滑块的端面上形成有螺纹连接所述滑块的平面螺纹，以能够在旋转时驱动所述滑块平移。

优选地，所述动力设备包括：

电机，用于提供驱动力；

电机齿轮，该电机齿轮与所述电机的输出轴同轴固定；

减速齿轮，该减速齿轮包括分别与所述电机齿轮和所述传动齿轮啮合的第一齿轮和第二齿轮，所述第一齿轮和所述第二齿轮同轴固定且所述第一齿轮的直径大于所述第二齿轮的直径。

优选地，所述离合机构还包括连接外壳，所述第一端轴和所述第二端轴轴向可旋转地安装在所述连接外壳上。

基于本发明第一方面提供的离合机构，本发明第二方面提供一种转向系统，所述转向系统包括第一端轴、第二端轴、以及用于解耦或耦合所述第一端轴和所述第二端轴的离合机构；其中，所述离合机构为根据本发明第一方面所述的离合机构。

基于本发明第二方面提供的转向系统，本发明第三方面提供一种汽车，所述汽车包括根据本发明第二方面所述的转向系统。

本发明提供的技术方案具有如下有益效果：

滑块用于安装在同轴布置且径向尺寸不同的第一端轴和第二端轴中的径向尺寸较大的一者的端面上，其能够在该端面上沿着第一端轴和第二端轴的径向移动，从而解耦第一端轴和第二端轴；离合机构可应用于汽车的转向系统中，此时，当滑块径向移动至与第一端轴和第二端轴中的径向尺寸较小的一者相接合时，第一端轴和第二端轴耦合，方向盘和车轮耦合，操作方向盘可以带动车轮转向，汽车进入正常驾驶模式；

当滑块径向移动至与第一端轴和第二端轴中的径向尺寸较小的一者分离时，第一端轴和第二端轴解耦，方向盘和车轮解耦，操作方向盘转动时，不会带动车轮转向，汽车进入游戏模式。由此可以避免汽车进入游戏模式后，车轮与地面间反复静态摩擦导致轮胎磨损，从而有利于汽车游戏场景方案的实现。

附图说明

图1是本发明实施例提供的离合机构的立体结构示意图；

图2是本发明实施例提供的离合机构的分解图；

图3是本发明实施例提供的方向盘端轴、传动齿轮以及滑块的装配示意图；

图4是本发明实施例提供的滑块与转向端轴的装配示意图；

图5是本发明实施例提供的处于解耦状态的离合机构的横向剖面图；

图6是本发明实施例提供的处于耦合状态的离合机构的横向剖面图；

图7是本发明实施例提供的转向系统的结构框图；

图8是本发明实施提供的汽车的结构框图。

附图标记说明

1-方向盘端轴；11-第二直齿；2-连接外壳；3-传动齿轮；31-直齿；32-平面螺纹；4-左滑块；41-平面螺纹；42-第一直齿；5-右滑块；51-平面螺纹；52-第一直齿；6-转向端轴；61-左凹槽；62-右凹槽；7-减速齿轮；71-第二齿轮；72-第一齿轮；8-电机；81-电机齿轮。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

在本发明中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下、左、右”通常是指参考附图所指的上、下、左、右。“内、外”是指相对于部件本身轮廓的内、外。

参阅图1-图6，本发明实施例第一方面提供一种离合机构，所述离合机构包括滑块，该滑块用于安装在同轴布置且径向尺寸不同的第一端轴和第二端轴中的径向尺寸较大的一者的端面上，且配置为能够沿着所述第一端轴和所述第二端轴的径向平移以解耦或耦合所述第一端轴和所述第二端轴；驱动部件，用于驱动所述滑块沿着所述第一端轴和所述第二端轴的径向平移。

所述离合机构可应用于汽车中的转向系统中或其他需要解耦或耦合的场合。当所述离合机构应用于汽车的转向系统时，所述第一端轴为方向盘端轴1，所述第二端轴为转向端轴6。其中，所述方向盘端轴1指的是与方向盘传动连接的转轴；所述转向端轴6指的是与车轮传动连接的转轴；方向盘端轴1和转向端轴6的径向尺寸不同、同轴布置且彼此独立；滑块安装在方向盘端轴1和转向端轴6中的径向尺寸较大的一者的端面上，且配置为通过沿着方向盘端轴1和转向端轴6的径向平移来解耦或耦合方向盘端轴1和转向端轴6。

当径向移动至与方向盘端轴1和转向端轴6中的径向尺寸较小的一者相接合时，方向盘端轴1和转向端轴6耦合，方向盘和车轮耦合，操作方向盘可以带动车轮转向，汽车进入正常驾驶模式；

当径向移动至与方向盘端轴1和转向端轴6中的径向尺寸较小的一者分离时，方向盘端轴1和转向端轴6解耦，方向盘和车轮解耦，操作方向盘转动时，不会带动车轮转向，汽车进入游戏模式。由此可以避免汽车进入游戏模式后，车轮与地面间反复静态摩擦导致轮胎磨损，从而有利于汽车游戏场景方案的实现。

在具体实施时，所述方向盘端轴1和所述转向端轴6具有多种布置方式。以下以方向盘端轴1的径向尺寸小于转向端轴6的径向尺寸为例进行说明。方向盘端轴1可以布置在转向端轴6的一端且与转向端轴6在轴向上间隔开；或者方向盘端轴1伸入到转向端轴6内。

在本发明优选实施例中，所述转向端轴6为两端开口的中空结构，例如中空圆柱体，所述方向盘端轴1能够自所述中空结构的一开口端伸入至所述中空结构内。

本发明实施例对现有的转向系统进行改造，将转向系统中原有的一体式转向轴改造成彼此分离的转向端轴6和方向盘端轴1。为了方便转向系统的解耦改造，所述中空结构可以独立制作，该独立制作的中空结构通过另一转轴与车轮传动相连。

具体地，所述方向盘端轴1自所述中空结构的顶端伸入至所述中空结构内，其能够在解耦状态下相对于中空结构转动。与车轮传动连接的转轴自中空结构的底端伸入至中空结构内，并且与中空结构连接为能够随着所述中空结构同步旋转。

所述滑块安装在所述转向端轴6的靠近所述方向盘端轴1的一端的端面上。其安装方式可以有多种，在一优选实施例中。所述转向端轴6的靠近所述方向盘端轴1的一端的端面上形成有凹槽，该凹槽沿着所述转向端轴6的径向方向贯穿所述转向端轴6的侧壁，所述滑块容纳在所述凹槽中。通过所述凹槽的限位作用，使得滑块仅能够在所述凹槽内沿着所述转向端轴6的径向平移。

进一步，为了提高所述滑块在所述转向端轴6上的安装稳定性，以避免所述滑块相对于所述转向端轴6产生轴向上的位移，所述滑块的横截面为T形，所述凹槽的底部的横向宽度大于其顶部的横向宽度以形成与所述滑块相适配的T形凹槽。

由图2和图4可以看出，在转向端轴6的上端的左右两侧分别形成有T形凹槽61和62，两个T形滑块4和5分别容纳在T形凹槽61和62内。滑块相对于转向端轴6具有沿着转向端轴6的径向移动的自由度，但没有沿轴向移动的自由度。

为了能够通过滑块的径向平移来实现方向盘端轴1和转向端轴6之间的解耦或耦合。所述滑块4和5的朝向所述方向盘端轴1的一侧形成有第一直齿41和51，所述方向盘端轴1的靠近所述滑块4和5的一端的外周面上形成有第二直齿11；当所述滑块径向向内移动时，在径向向内移动的极限位置处，所述滑块上的第一直齿41和51能够与所述方向盘端轴1上的第二直齿11啮合。啮合后，方向盘端轴1和转向端轴6耦合，方向盘与车轮耦合，汽车进入正常驾驶模式。

当滑块4和5径向向外移动时，滑块4和5上的第一直齿41和51能够与方向盘端轴1上的第二直齿11彼此分离。分离后，方向盘端轴1和转向端轴6解耦，方向盘和车轮解耦，方向盘端轴1能够相对于转向端轴6产生旋转，此时，用户操作方向盘转动时，方向盘端轴1随着转动，但不会带动转向端轴6转动，车轮不会发生转向。

为了能够驱动所述滑块4和5在所述凹槽61和62内沿着所述转向端轴6的径向平移，所述驱动部件包括传动齿轮3和用于驱动所述传动齿轮3旋转的动力设备，所述传动齿轮3的朝向所述滑块4和5的端面上形成有螺纹连接所述滑块4和5的平面螺纹，以能够在旋转时驱动所述滑块4和5平移。

参阅图2-图4，具体地，滑块4和滑块5的顶端分别形成有平面螺纹41和平面螺纹51；传动齿轮3的朝向滑块的端面上形成有平面螺纹，滑块上的平面螺纹41和平面螺纹51分别与传动齿轮3上的平面螺纹32螺纹连接，当传动齿轮3旋转时，将驱动滑块在凹槽内沿着转向端轴6的径向平移。传动齿轮3的中部具有通孔，方向盘端轴1穿设该通孔，方向盘端轴1和传动齿轮3间隙配合，当方向盘端轴1和转向端轴6解耦时，方向盘端轴1能够相对于传动齿轮3旋转。

所述动力设备的具体结构可以有多种，在一优选实施例中，所述动力设备包括电机8，用于提供驱动力；电机齿轮81，该电机齿轮81与所述电机8的输出轴同轴固定；减速齿轮7，该减速齿轮7包括第一齿轮7272和第二齿轮7171，第一齿轮7272与电机齿轮81啮合，第二齿轮7171通过直齿31与传动齿轮3啮合，所述第一齿轮72和所述第二齿轮71同轴固定且所述第一齿轮72的直径大于所述第二齿轮71的直径。

当方向盘端轴1和左右两侧的滑块处于分离状态时，此时转动方向盘端轴1的扭矩将不会传递到转向端轴6上，方向盘端轴1处于空转状态。

如图5所示，当电机8通电反向旋转时，电机齿轮81同步旋转，并且带动第一齿轮72逆时针旋转，第一齿轮72逆时针旋转时，带动第二齿轮71同步转动，第二齿轮71带动传动齿轮3逆时针旋转，驱动滑块4和5沿着凹槽径向向内滑动，此时，滑块慢慢靠近方向盘端轴1，最后左滑块4上的直齿42、右滑块5上的直齿52与方向盘端轴1的直齿相耦合；左右两滑块4和5与方向盘端轴1完成耦合，左滑块4和右滑块5通过平面螺纹32与平面螺纹41、平面螺纹51啮合形成径向自锁，方向盘端轴1的扭矩能够通过左右滑块5传递给转向端轴6。

如图6所示，当电机8通电正向旋转时，电机齿轮81同步转动，并且带动第一齿轮72顺时针旋转，第一齿轮72顺时针旋转时，带动第二齿轮71同步转动，第二齿轮71带动传动齿轮3顺时针旋转，传动齿轮3顺时针旋转时，驱动滑块沿着凹槽径向向外滑动，此时，滑块慢慢远离方向盘端轴1，当滑块完全与方向盘端轴1分离后，方向盘端轴1和转向端轴6之间的扭转力矩将断开，左滑块4和右滑块5通过平面螺纹32与平面螺纹41、平面螺纹51啮合形成径向自锁，此时转动方向盘端轴1不会将扭矩传递到转向端轴6上。通过电机8来控制滑块的运动，达到方向盘端轴1与转向端轴6解耦的目的，解耦后，左右滑块5自锁，结构简单容易实现，机构稳定可靠。

在一优选实施例中，为了保证方向盘端轴1和转向端轴6的同轴度，所述离合机构还包括连接外壳2，所述方向盘端轴1和所述转向端轴6轴向可旋转地安装在所述连接外壳2上。

如图1-图2所示，所述连接外壳2为两端均开口的圆柱结构，该圆柱结构的外侧壁上也形成有开口，动力设备安装在连接外壳2的外侧，并且自圆柱结构的侧壁上的开口伸入至与连接外壳2内的传动齿轮3连接。

方向盘端轴1的靠近所述转向端轴6的一端位于所述连接外壳2中，转向端轴6的靠近所述方向盘端轴1的一端也位于在所述连接外壳2中，连接外壳2与所述方向盘端轴1和所述转向端轴6同轴布置。方向盘端轴1和转向端轴6可以相对于连接外壳2轴向平移或者轴向旋转，通过所述连接外壳2的限位作用，可以保证所述方向盘端轴1和所述转向端轴6的同轴度。

在一优选实施例中，所述方向盘端轴1和所述转向端轴6可以分别通过转动轴承安装在所述连接外壳2上。此时，方向盘端轴1和转向端轴6不能够相对于连接外壳2轴向平移，但能够相对于连接外壳2轴向旋转。

参阅图7，基于本发明实施例第一方面提供的离合机构，本发明实施例第二方面提供一种转向系统，所述转向系统包括方向盘端轴1、转向端轴6、以及用于解耦或耦合所述方向盘端轴1和所述转向端轴6的离合机构；其中，所述离合机构为根据本发明实施例第一方面所述的离合机构。

参阅图8，基于本发明实施例第二方面提供的转向系统，本发明实施例第三方面提供一种汽车，其中，所述汽车为根据本发明实施例第二方面所述的转向系统。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型。包括各个具体技术特征以任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。但这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种离合机构，其特征在于，所述离合机构包括：

滑块，该滑块用于安装在同轴布置且径向尺寸不同的第一端轴和第二端轴中的径向尺寸较大的一者的端面上，且配置为能够沿着所述第一端轴和所述第二端轴的径向平移以解耦或耦合所述第一端轴和所述第二端轴；

驱动部件，用于驱动所述滑块沿着所述第一端轴和所述第二端轴的径向平移；

所述第一端轴为方向盘端轴(1)，所述第二端轴为转向端轴(6)，所述方向盘端轴(1)和所述转向端轴(6)中的径向尺寸较大的一者为中空结构，所述方向盘端轴(1)和所述转向端轴(6)中的径向尺寸较小的一者伸入至所述中空结构内；

所述滑块上形成有能够与所述第一端轴和所述第二端轴中的径向尺寸较小的一者相啮合或分离以耦合或解耦所述方向盘端轴(1)和所述转向端轴(6)的齿；

所述驱动部件包括传动齿轮(3)和用于驱动所述传动齿轮(3)旋转的动力设备，所述传动齿轮(3)的朝向所述滑块的端面上形成有螺纹连接所述滑块的平面螺纹(32)，以能够在旋转时驱动所述滑块平移。

2.根据权利要求1所述的离合机构，其特征在于，所述中空结构的一端的端面上形成有径向贯通该中空结构的侧壁的凹槽，所述滑块容纳在该凹槽中。

3.根据权利要求2所述离合机构，其特征在于，所述滑块的横截面为T形，所述凹槽的底部的横向宽度大于其顶部的横向宽度以形成与所述滑块相适配的T形凹槽。

4.根据权利要求1所述的离合机构，其特征在于，所述动力设备包括：

电机(8)，用于提供驱动力；

电机齿轮(81)，该电机齿轮(81)与所述电机(8)的输出轴同轴固定；

减速齿轮(7)，该减速齿轮(7)包括分别与所述电机齿轮(81)和所述传动齿轮(3)啮合的第一齿轮(72)和第二齿轮(71)，所述第一齿轮(72)和所述第二齿轮(71)同轴固定且所述第一齿轮(72)的直径大于所述第二齿轮(71)的直径。

5.根据权利要求1-4中任意一项所述的离合机构，其特征在于，所述离合机构还包括连接外壳(2)，所述第一端轴和所述第二端轴轴向可旋转地安装在所述连接外壳(2)上。

6.一种转向系统，其特征在于，所述转向系统包括第一端轴、第二端轴(6)、以及用于解耦或耦合所述第一端轴和所述第二端轴的离合机构；其中，所述离合机构为根据权利要求1-5中任意一项所述的离合机构。

7.一种汽车，其特征在于，所述汽车包括根据权利要求6所述的转向系统。

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