CN112572596A - 转向系统以及汽车 - Google Patents

Abstract

本发明涉及汽车领域，公开了一种转向系统和汽车；其中，所述转向系统包括：能够与方向盘连接为同步转动的方向盘端轴、能够与车轮传动连接的转向端轴以及用于解耦或耦合所述方向盘端轴和所述转向端轴的离合机构，所述方向盘端轴上安装有用于在解耦状态下对所述方向盘端轴的转向角度进行限位的一级限位机构。本发明提供的技术方案能够在汽车进入游戏模式时，对汽车方向盘的转向角度进行限位，以提升用户体验并保护时钟弹簧。

Description

转向系统以及汽车

技术领域

本发明涉及汽车领域，具体地涉及一种转向系统，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。

有鉴于此，有必要开发一种新的兼具游戏功能和正常驾驶功能的汽车。

现有的不具备游戏功能的汽车方向盘通过转向系统与车轮相连。当用户操作方向盘时，转向系统可以将方向盘的扭矩传递给车轮，从而带动车轮转向。

传统汽车转向系统一般通过齿轮齿条机构限制方向盘的转动。本申请的发明人在实践过程中发现，齿轮齿条机构体积较大。并且，在对现有的不具备游戏功能的汽车转向系统进行结构改造以使汽车具有游戏功能后，当汽车进入游戏模式时，方向盘无法实现转向限位功能，用户体验较差。

发明内容

本发明的目的之一是为了至少在一定程度上解决现有技术中存在的上述技术问题之一，提供一种转向系统，该转向系统能够在汽车进入游戏模式时，对汽车方向盘的转向角度进行限位，以提升用户体验。

为了实现上述目的，本发明第一方面提供一种转向系统，包括能够与方向盘连接为同步转动的方向盘端轴、能够与车轮传动连接的转向端轴以及用于解耦或耦合所述方向盘端轴和所述转向端轴的离合机构，所述方向盘端轴上安装有用于在解耦状态下对所述方向盘端轴的转向角度进行限位的一级限位机构。

优选地，所述一级限位机构用于在所述方向盘端轴在解耦状态下的转向角度靠近极限位置时，对所述方向盘端轴施加反馈力矩，以阻碍所述方向盘端轴朝向所述极限位置转动。

优选地，所述一级限位机构包括：

动力部件，用于提供驱动力；

传动部件，用于将所述动力部件提供的驱动力传递给所述方向盘端轴以施加所述反馈力矩；

角度检测元件，用于检测所述方向盘端轴的转向角度；

控制部件，用于在判断所述转向角度靠近所述极限位置时，控制所述动力部件输出驱动力以施加所述反馈力矩。

优选地，所述动力部件为电机，所述传动部件包括：

第一齿轮，该第一齿轮与所述电机的输出轴连接为同步转动；

第二齿轮，该第二齿轮与所述方向盘端轴连接为同步转动，且与所述第一齿轮啮合；

其中，所述第一齿轮的径向尺寸小于所述第二齿轮的径向尺寸。

优选地，所述转向系统还包括用于检测所述方向盘端轴的扭矩的扭矩检测元件，所述控制部件还能够在判断所述方向盘端轴在解耦状态下的转向角度未靠近所述极限位置时，根据所述扭矩检测元件检测的扭矩控制所述动力部件输出驱动力，以增强所述方向盘的操作手感。

优选地，所述转向系统还包括用于在所述方向盘端轴在解耦状态下的转向角度到达极限位置时机械止挡所述方向盘端轴的二级限位机构。

优选地，所述二级限位机构包括形成在所述方向盘端轴上的第一限位块以及形成在所述转向端轴上的第二限位块，所述第一限位块能够在所述方向盘端轴转动至极限位置时与所述第二限位块相抵靠以止挡所述方向盘端轴。

优选地，所述第一限位块和/或所述第二限位块为减震限位块。

优选地，所述方向盘端轴和所述转向端轴同轴布置且轴向间隔开，所述第一限位块形成在所述方向盘端轴的朝向所述转向端轴的端面上，所述第二限位块形成在所述转向端轴的朝向所述方向盘端轴的端面上。

基于本发明第一方面提供的转向系统，本发明第二方面提供一种汽车，所述汽车包括根据本发明第一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：

本发明提供的转向系统通过离合机构解耦或耦合方向盘端轴和转向端轴，在使用时，方向盘端轴与方向盘连接为同步转动，转向端轴与车轮传动连接；如此，当方向盘端轴和转向端轴耦合时，方向盘和车轮耦合，汽车可进行正常的行驶功能；当方向盘端轴和转向端轴解耦时，方向盘和车轮解耦，汽车进入游戏模式，可供用户体验汽车游戏功能；方向盘端轴上安装有一级限位机构，该一级限位机构可以在方向盘端轴和转向端轴解耦时对方向盘端轴的转向角度进行限位，由此限制方向盘的转向范围，提升用户体验。

附图说明

图1是本发明实施例提供的转向系统未安装离合机构时的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的电机输出扭矩T与

的关系示意图；

图3是本发明实施例提供的电机限位控制方法流程图；

图4是本发明实施例提供的汽车的结构框图。

附图标记说明

1-方向盘端轴；2-转向端轴；3-电机；4-第一齿轮；5-第二齿轮；6-第一限位柱；7-第二限位柱；8-第一减振橡胶；9-第二减振橡胶；10-转角/转矩传感器。

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。

参见下图1-图2，本发明实施例第一方面提供一种转向系统，该转向系统包括能够与方向盘连接为同步转动的方向盘端轴1、能够与车轮传动连接的转向端轴2以及用于解耦或耦合所述方向盘端轴1和所述转向端轴2的离合机构，所述方向盘端轴1上安装有用于在解耦状态下对所述方向盘端轴1 的转向角度进行限位的一级限位机构。

具体地，方向盘端轴1和方向盘可以同轴固定在一起，由此，当用户操作旋转方向盘时，可以带动方向盘端轴1同步转动。转向端轴2与汽车的车轮传动连接，且与方向盘端轴1同轴布置，二者之间通过离合机构解耦或耦合。当转向端轴2和方向盘端轴1耦合时，转向端轴2可以将方向盘转动的扭矩传递给车轮，从而带动车轮转向。

一级限位机构安装在方向盘端轴1上。由此，当方向盘端轴1和转向端轴2解耦时，汽车进入游戏模式。通过一级限位机构在方向盘端轴1处于解耦状态时限制方向盘端轴1的转角范围，从而限制方向盘的转向角度，由此提升用户体验，并且有助于保护时钟弹簧。

需要说明的是，时钟弹簧是一种用于车辆方向盘线束与主线束之间的连接器，以便在方向盘旋转过程中，可以使得方向盘上的多功能按键、驾驶员气囊等部件与主线束之间实现可靠的电连接。在方向盘转动的过程中，时钟弹簧上的线束可以随着方向盘一起转动，并且线束设置为当汽车在正常行驶时，方向盘转动到极限位置的情况下线束不会被拉断。

在解耦状态下，如果没有设置限位机构来限制方向盘的转向角度，则方向盘转动超过汽车正常行驶状态下的转向极限时，将可能导致时钟弹簧线束拉断。由此，本发明实施例提供的一级限位机构由于能够限制方向盘在解耦状态下的转向角度，因此能够保护时钟弹簧。

需要进一步说明的是，上述一级限位机构仅在汽车方向盘处于解耦状态下起限位作用。当方向盘未解耦，汽车处于正常行驶状态时，一级限位机构不对方向盘限位，汽车方向盘的转动极限位置由现有的本领域已知的限位系统限位，此处不做详细描述。

上述一级限位机构的具体结构可以多种，可以是机械限位，也可以是电控限位等。以电控限位为例，下面给出一级限位机构的一种具体实施例，当然，所述一级限位机构的结构并不限于此。

参阅图1，所述一级限位机构包括动力部件，用于提供驱动力；传动部件，用于将所述动力部件提供的驱动力传递给所述方向盘端轴1以施加所述反馈力矩；角度检测元件，用于检测所述方向盘端轴1的转向角度；控制部件(图中未示出)，用于在判断所述转向角度靠近所述极限位置时，控制所述动力部件输出驱动力以施加所述反馈力矩。

具体地，所述角度检测元件例如可以是转角/转矩传感器10，该转角/转矩传感器10安装在方向盘端轴1上，其可以检测方向盘端轴1的转向角度，由此确定方向盘的转向角度；需要说明的是，所述转向角度反应的是方向和转角。

控制部件与角度检测元件信号相连，用于接收角度检测元件检测的转角信号；离合机构也可以由控制部件控制，当控制部件控制离合机构解耦方向盘端轴1和转向端轴2后，其根据角度检测元件检测的方向盘的转向角度来判断方向盘转向角度是否达到极限位置；在判断方向盘的转向角度靠近极限位置时，控制部件控制动力部件输出对应的驱动力，该驱动力由传动部件反馈给方向盘端轴1，对方向盘端轴1施加一反向扭矩，从而阻碍方向盘继续朝着极限位置转动。其中，所述极限位置可以在控制部件中预先设置。例如，在控制部件中预先设置方向盘向左或向右的转动极限角度为180度。当角度检测元件检测到方向盘向左或向右转动到170度时，对方向盘端轴1施加反向扭矩以阻碍方向盘继续朝向极限位置转动。

参阅图2，为了改善用户的游戏体验效果，控制部件可以在判断方向盘的转向角度靠近极限位置的情况下控制动力部件平滑输出反馈扭矩以对方向盘的转向角度进行限位。

具体地，可以按照图2所示的力矩-方向盘转角关系来控制动力部件的输出驱动力。在图2所示出的关系示意图中，横坐标表述的是方向盘的转向角度θ'与极限位置处的限位角度θ之间的差值，反映的是方向盘的转向角度θ'与极限位置之间远近；纵坐标为一级限位机构对方向盘端轴1施加的反馈力矩。由图2可以看出，方向盘的转向角度越靠近极限位置，施加的反馈力矩越大。在判断方向盘的转向角度靠近极限位置时，由小至大，逐渐增加反馈力矩的大小，有利于提高用户的游戏体验效果。

作为一种更具体的实施例，所述动力部件可以为电机3，所述传动部件可以包括第一齿轮4，该第一齿轮4与所述电机3的输出轴连接为同步转动例如同轴固定；第二齿轮5，该第二齿轮5与所述方向盘端轴1连接为同步转动例如同轴固定，且与所述第一齿轮4啮合；其中，所述第一齿轮4的径向尺寸小于所述第二齿轮5的径向尺寸。

具体地，控制部件与电机3相连，其通过控制电机3的输入电流来控制电机3的输出轴转动，输出轴转动时带动第一齿轮4同步转动，由第一齿轮 4带动第二齿轮5旋转，第二齿轮5旋转时带动方向盘端轴1同步旋转。由于第一齿轮4的径向尺寸小于第二齿轮5的径向齿轮，通过该结构的传动部件传动，可以起到降速增扭的作用，即传动部件降低转速输出并增加扭矩输出，由此可以选择尺寸较小的电机3来反馈较大的力矩以制动方向盘，从而有利于减小一级限位机构的占用空间和体积。

参阅图3，在一优选实施例中，为了提升用户在操作汽车方向盘进行游戏娱乐时的体验效果，以提高汽车游戏模拟的真实性。所述转向系统还包括用于检测所述方向盘端轴1的扭矩的扭矩检测元件，所述控制部件还能够在判断所述方向盘端轴1在解耦状态下的转向角度未靠近所述极限位置时，根据所述扭矩检测元件检测的扭矩控制所述动力部件输出驱动力，以增强与所述方向盘的操作手感。

具体地，扭矩检测元件例如可以为转角/转矩传感器10，该转角/转矩传感器10安装在方向盘端轴1上，其除了具有前文所述的检测方向盘的转向角度的功能外，还可以检测方向盘的转动扭矩。

控制部件与扭矩检测元件信号相连，其能够接收扭矩检测元件检测的扭矩信号。当汽车进入游戏模式后，用户操作方向盘，使方向盘产生转动扭矩。安装在方向盘端轴1上的扭矩检测元件检测该转动扭矩，当方向盘转向角度未靠近极限位置时，控制部件控制电机3输出相应的驱动力，通过该驱动力对方向盘端轴1施加一反向扭矩，使得用户在操作转动方向盘时能够感受到一定的阻力，但该阻力较小，仅用于提高用户的操作手感，进行路感模拟，并不能够阻碍方向盘转动。只有当方向盘的转向角度靠近极限位置时，才对方向盘端轴1施加大的负反馈力矩，阻碍方向盘转动。

为了更好地进行虚拟现实的模拟，方向盘的转动扭矩不同，电机3反馈的力矩也不同。控制部件可以根据方向盘的不同的转动扭矩来调整电机3输出的驱动力的大小。具体地，控制部件可以通过改变输入电机3的电流的大小来改变电机3输出的驱动力的大小，从而施加不同大小的反馈力矩给方向盘端轴1。更具体地，控制部件内预先存储有电机3输入电流与方向盘转动扭矩之间的对应关系；通过查找与接收到的方向盘转动扭矩相对应的电机3 输入电流来控制输出给电机3的电流，从而调整电机3的驱动力。

需要说明的是，电机3输入电流与方向盘转动扭矩之间的对应关系通过预先的操作实验建立，该对应关系能够给予用户最佳的游戏体验。

通过上述一级限位机构对方向盘端轴1施加反向扭矩的方式一般已经可以实现方向盘极限位置的限位作用。但如果外界施加给方向盘的转动扭矩大于电机3的最大输出动力时，即便对方向盘端轴1施加最大的反馈力矩，也不能够实现对方向盘的限位作用。

为了更加可靠地限制方向盘的极限转向角度。所述转向系统还包括二级限位机构，二级限位机构用于在所述方向盘端轴1在解耦状态下的转向角度到达极限位置时机械止挡所述方向盘端轴1。

需要说明的是，所述机械止挡指的是，当方向盘端轴1转动至极限位置时，由止挡限位块对方向盘端轴1进行止挡，阻止方向盘继续转动，使得方向盘的转向角度不超过极限位置。

通过机械限位与电控限位相结合，在方向盘端轴1靠近极限位置时先对方向盘端轴1进行如前文所述的电控限位，再在方向盘达到极限位置时对方向盘端轴1进行机械止挡限位。两级限位元件共同作用，在方向盘端轴1转到极限位置时，电控限位和机械限位同时起作用，一方面降低了转向系统对电机3最大输出驱动力的使用要求，另一方面还能够降低止挡限位块的受力强度，适当地保护止挡限位块，第三方面还保证了转向系统对方向盘进行限位的可靠性。

所述二级限位机构的具体结构可以有多种，此处示例性地给出二级限位机构的其中一种实施例。可以理解的是，二级限位机构的结构并不限于此。

所述二级限位机构包括形成在所述方向盘端轴1上的第一限位块以及形成在所述转向端轴2上的第二限位块，所述第一限位块能够在所述方向盘端轴1转动至极限位置时与所述第二限位块相抵靠以止挡所述方向盘端轴1。

具体地，第一限位块和第二限位块彼此接触并相互抵靠的位置即为方向盘端轴1的极限位置，也就是方向盘的极限位置。通过分别在方向盘端轴1 和转向端轴2上设置能够彼此抵靠的第一限位块和第二限位块，可以将方向盘的转向角度范围限制在360度以下。

第一限位块或第二限位块的位置可以有多种，例如设置在方向盘端轴1 或转向端轴2的外周面上，或者设置在方向盘端轴1或转向端轴2的端面上。

本发明优选实施例中，所述第一限位块形成在所述方向盘端轴1的朝向所述转向端轴2的端面上，所述第二限位块形成在所述转向端轴2的朝向所述方向盘端轴1的端面上。此时要求方向盘端轴1和转向端轴2轴向间隔开。这种位置设置方式有利于提高方向盘端轴1和转向端轴2的结构紧凑性，减小二级限位机构的占用空间和体积，并且有利于离合机构的设计和安装。

再如图1所示，第一限位块和/或第二限位块例如可以为圆柱形结构。在一优选实施例中，为了改善在极限位置时，由于第一限位块和第二限位块因机械接触产生的撞击噪声。所述第一限位块和/或所述第二限位块为减震限位块。

更具体地，所述第一限位块例如可以包括第一限位柱6以及套设在所述第一限位柱6外部的减振材料例如第一减振橡胶8；和/或，所述第二限位块例如可以包括第二限位柱7以及套设在所述第二限位柱7外部的减振材料例如第二减振橡胶9。当第一限位块和第二限位块机械接触时，可以通过减振橡胶进行缓冲减振，由此，减小二者机械接触时产生的撞击噪音。

如图4所示，基于本发明实施例第一方面提供的转向系统，本发明实施例第二方面提供一种汽车，该汽车包括根据本发明实施例第一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，例如。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 (10)

1.一种转向系统，其特征在于，包括能够与方向盘连接为同步转动的方向盘端轴(1)、能够与车轮传动连接的转向端轴(2)以及用于解耦或耦合所述方向盘端轴(1)和所述转向端轴(2)的离合机构，所述方向盘端轴(1)上安装有用于在解耦状态下对所述方向盘端轴(1)的转向角度进行限位的一级限位机构。

2.根据权利要求1所述的转向系统，其特征在于，所述一级限位机构用于在所述方向盘端轴在解耦状态下的转向角度靠近极限位置时，对所述方向盘端轴施加反馈力矩，以阻碍所述方向盘端轴朝向所述极限位置转动。

3.根据权利要求2所述的转向系统，其特征在于，所述一级限位机构包括：

动力部件，用于提供驱动力；

传动部件，用于将所述动力部件提供的驱动力传递给所述方向盘端轴以施加所述反馈力矩；

角度检测元件，用于检测所述方向盘端轴的转向角度；

控制部件，用于在判断所述转向角度靠近所述极限位置时，控制所述动力部件输出驱动力以施加所述反馈力矩。

4.根据权利要求3所述的转向系统，其特征在于，所述动力部件为电机(3)，所述传动部件包括：

第一齿轮(4)，该第一齿轮(4)与所述电机(3)的输出轴连接为同步转动；

第二齿轮(5)，该第二齿轮(5)与所述方向盘端轴(1)连接为同步转动，且与所述第一齿轮(4)啮合；

其中，所述第一齿轮(4)的径向尺寸小于所述第二齿轮(5)的径向尺寸。

5.根据权利要求3所述的转向系统，其特征在于，所述转向系统还包括用于检测所述方向盘端轴(1)的扭矩的扭矩检测元件，所述控制部件还能够在判断所述方向盘端轴(1)在解耦状态下的转向角度未靠近所述极限位置时，根据所述扭矩检测元件检测的扭矩控制所述动力部件输出驱动力，以增强所述方向盘的操作手感。

6.根据权利要求2所述的转向系统，其特征在于，所述转向系统还包括用于在所述方向盘端轴(1)在解耦状态下的转向角度到达极限位置时机械止挡所述方向盘端轴的二级限位机构。

7.根据权利要求6所述的转向系统，其特征在于，所述二级限位机构包括形成在所述方向盘端轴上的第一限位块以及形成在所述转向端轴上的第二限位块，所述第一限位块能够在所述方向盘端轴转动至极限位置时与所述第二限位块相抵靠以止挡所述方向盘端轴。

8.根据权利要求7所述的转向系统，其特征在于，所述第一限位块和/或所述第二限位块为减震限位块。

9.根据权利要求7所述的转向系统，其特征在于，所述方向盘端轴(1)和所述转向端轴(2)同轴布置且轴向间隔开，所述第一限位块形成在所述方向盘端轴(1)的朝向所述转向端轴(2)的端面上，所述第二限位块形成在所述转向端轴(2)的朝向所述方向盘端轴(1)的端面上。

10.一种汽车，其特征在于，所述汽车包括根据权利要求1-9中任意一项所述的转向系统。

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