CN112744282A - 用于自主车辆的可收起式方向盘 - Google Patents

Abstract

本公开提供了“用于自主车辆的可收起式方向盘”。一种用于自主车辆的转向柱包括动力致动器，所述动力致动器控制下柱、内柱和上柱的旋转，所述上柱可相对于所述下柱和的所述内柱移动。所述下柱相对于所述上柱的旋转使所述上柱纵向地移动。电动锁在处于第一位置时将所述内柱和所述下柱可旋转地互连，并且在处于第二位置时将所述内柱锁定到底座。在自主模式下，所述上柱被收起，所述电动锁处于所述第一位置，并且所述马达禁止所述下柱的旋转。在手动模式下，所述上柱伸出，所述电动锁处于所述第二位置，并且传感器检测所述上柱的角位置。

Description

用于自主车辆的可收起式方向盘

技术领域

本发明总体上涉及一种用于机动车辆的可收起式转向柱，并且具体地，涉及一种用于自主车辆的可收起式转向柱。

背景技术

已经开发了各种类型的可收起式方向盘。通常，可收起式方向盘在使用位置与收起位置之间移动。此类转向系统已经被提议用于自主车辆。

发明内容

本公开的一个方面是一种用于自主机动车辆的转向柱。所述转向柱包括静态构件和可旋转的下(第一)柱。马达可操作地接合所述下柱，由此所述马达的致动引起所述下柱旋转。所述马达具有锁定状态，在所述锁定状态中，所述马达禁止或阻止所述下柱的旋转。所述转向柱包括角位置传感器，所述角位置传感器被配置为生成与所述下柱的角位置相对应的转向命令信号。所述转向柱还包括可旋转的内(第二)柱和可旋转的上(第三)柱，所述可旋转的上(第三)柱可移动地(例如，伸缩地)接合所述下柱和所述内柱，由此所述上柱可沿着所述转向柱的轴线相对于所述下柱并相对于所述内柱移动(例如，轴向地)，由此所述上柱在缩回位置与使用位置之间移动。所述上柱通过花键或其他合适的布置相对于所述内柱可旋转地固定，由此所述上柱和所述内柱一起围绕所述转向柱的所述轴线旋转。所述上柱和所述下柱可操作地(例如，以螺纹方式)互连，使得所述马达的致动引起所述下柱相对于所述上柱的旋转，并且引起所述上柱相对于所述下柱在所述缩回位置与所述使用位置之间的线性移动。所述转向柱还包括方向盘，所述方向盘固定到所述上柱。所述转向柱还包括电动锁，所述电动锁被配置为当所述电动锁处于第一位置时将所述内柱锁定到所述下柱。所述电动锁被配置为当所述电动锁处于第二位置时将所述内柱锁定到所述静态构件。所述转向柱限定：1)自主配置，在所述自主配置中，所述上柱和所述方向盘处于所述收起位置，所述电动锁处于所述第一位置，并且所述马达处于锁定状态以阻止所述下柱的旋转；以及2)手动转向配置，在所述手动转向配置中，所述上柱处于所述使用位置，并且所述电动锁处于所述第二位置以阻止所述内柱相对于所述静态构件的旋转。所述传感器被配置为当所述转向柱处于所述手动转向配置时生成与所述下柱、所述上柱和所述方向盘的角位置相对应的转向命令信号。

本公开的第一方面的实施例可以包括以下特征中的任一个或其组合：

·所述内柱可以可旋转地连接到所述静态构件。

·所述内柱可以包括轴，所述轴延伸穿过所述下柱中的开口。

·所述下柱可以包括面向外的齿轮齿。

·所述马达可以包括旋转输出轴，所述旋转输出轴具有安装到所述输出轴的驱动齿轮。

·所述驱动齿轮可以接合所述下柱的所述面向外的齿轮齿，由此当所述马达被致动时所述输出轴旋转，从而使所述下柱旋转。

·所述角位置传感器可以可操作地连接到所述马达的所述输出轴，由此所述角位置传感器生成与所述输出轴的角位置相对应的信号。

·所述内柱可以包括面向外的齿轮齿。

·所述电动锁可以包括锁定构件，当所述电动锁处于所述第一位置时，所述锁定构件同时接合所述下柱的所述面向外的齿轮齿和所述内柱的所述面向外的齿轮齿，以将所述下柱可旋转地锁定到所述内柱。

·当所述电动锁处于所述第二位置时，所述锁定构件可以同时接合所述内柱的所述面向外的齿轮齿和所述静态构件的锁定表面，以阻止所述内柱相对于所述静态构件的旋转。

·所述电动锁可以包括线性螺线管，当所述电动锁被致动时，所述线性螺线管使所述锁定构件在所述第一位置与所述第二位置之间移位。

·所述内柱的所述轴可以包括第一带花键部分，所述第一带花键部分轴向地且可滑动地接合所述上柱的对应的第二带花键部分，由此：1)所述内柱和所述上柱相对于彼此可旋转地固定，并且2)所述内柱和所述第二柱相对于彼此轴向地伸缩。

本公开的另一方面是一种自主车辆，所述自主车辆包括控制系统，所述控制系统被配置为当所述自主车辆处于自主操作模式时生成转向命令。所述控制系统被配置为当所述自主车辆处于手动操作模式时利用来自车辆操作员的转向命令。所述自主车辆包括转向柱，所述转向柱具有静态构件和可旋转的第一柱。所述转向柱还包括马达，所述马达可操作地连接到所述控制系统，其中所述马达机械地接合所述第一柱，使得所述马达的致动引起所述第一柱旋转。角位置传感器被配置为当所述自主车辆处于所述手动操作模式时向所述控制系统生成与所述第一柱的角位置相对应的转向命令信号。所述转向柱还包括可旋转的第二柱和可旋转的第三柱。所述第三柱可移动地联接到所述第一柱和所述第二柱，由此所述第三柱可沿着所述转向柱的轴线相对于所述第一柱和所述第二柱在缩回位置与使用位置之间移动。所述第三柱相对于所述第二柱可旋转地固定，由此所述第三柱和所述第二柱一起旋转。所述第三柱和所述第一柱可操作地互连，使得所述马达的致动引起所述第一柱相对于所述第三柱的旋转，并且引起所述第三柱相对于所述第一柱在所述缩回位置与所述使用位置之间的轴向移动。所述第三柱包括手动转向输入构件，诸如方向盘。所述转向柱还包括电动锁，所述电动锁被配置为当所述电动锁处于第一位置时将所述第二柱锁定到所述第一柱。所述电动锁还被配置为当所述电动锁处于第二位置时将所述第二柱锁定到所述静态构件。所述转向柱限定：1)自主配置，在所述自主配置中，所述第三柱处于所述收起位置，所述电动锁处于所述第一位置，并且所述马达阻止所述第一柱的旋转；以及2)手动转向配置，在所述手动转向配置中，所述第三柱处于所述使用位置，并且所述电动锁处于所述第二位置以阻止所述第二柱相对于所述静态构件的旋转。所述传感器被配置为生成与所述第一柱、所述第三柱和所述手动转向输入构件的角位置相对应的转向命令信号。所述控制系统被配置为致动所述马达和所述电动锁以使所述转向柱在所述自主配置与所述手动转向配置之间移位。

本公开的第二方面的实施例可以包括以下特征中的任一个或其组合：

·所述第一柱和所述第三柱可以以螺纹方式互连。

·所述第二柱可以包括轴，所述轴延伸穿过所述第一柱中的开口以将所述第二柱与所述第一柱可旋转地互连。

·所述第一柱和所述第二柱可以包括面向外的齿轮齿。

·所述马达可以包括旋转输出轴，所述旋转输出轴具有安装到所述输出轴的驱动齿轮，所述驱动齿轮接合所述第一柱的所述面向外的齿轮齿，由此所述马达的致动使所述下柱旋转。

·所述电动锁可以包括锁定构件，当所述电动锁处于所述第一位置时，所述锁定构件同时接合所述第一柱的所述面向外的齿轮齿和所述第二柱的所述面向外的齿轮齿，以将所述第一柱可旋转地锁定到所述第二柱。

·所述角位置传感器可以可操作地连接到所述马达的所述输出轴，由此所述角位置传感器向所述控制系统生成与所述输出轴的角位置相对应的信号。

·所述锁定构件可以被配置为当所述电动锁处于所述第二位置时同时接合所述第二柱的所述面向外的齿轮齿和所述静态构件的锁定表面，以阻止所述第二柱相对于所述静态构件的旋转。

·所述电动锁可以包括线性螺线管，当所述电动锁被致动时，所述线性螺线管使所述锁定构件在所述第一位置与所述第二位置之间移位。

·所述第一柱可以包括下柱。

·所述第二柱可以包括内柱。

·所述第三柱可以包括上柱。

·所述手动转向输入构件可以包括方向盘。

·所述内柱可以至少部分地设置在所述下柱和所述上柱的内部。

·所述上柱可以伸缩地接合所述内柱和所述下柱。

·所述上柱可以在所述马达致动时沿着所述转向柱的所述轴线线性地平移。

本公开的另一方面是一种用于自主机动车辆的转向柱，其包括静态构件和可旋转的下(第一)柱。所述转向柱还包括马达，所述马达被配置为使所述下柱旋转。所述转向柱还包括可旋转的内(第二)柱和可旋转的上(第三)柱，所述可旋转的上(第三)柱可操作地互连到所述下柱和所述内柱并且可沿着所述转向柱的轴线相对于所述下柱和所述内柱轴向地移动。所述上柱和所述内柱一起旋转。所述上柱和所述内柱可操作地互连，使得所述下柱相对于所述上柱的经马达驱动的旋转引起所述上柱相对于所述下柱在缩回位置与使用位置之间的向内和向外移动。所述上柱可以包括方向盘。所述转向柱还包括锁，所述锁被配置为当所述锁处于第一位置时将所述内柱锁定到所述下柱。所述锁被配置为当所述锁处于第二位置时将所述内柱锁定到所述静态构件。所述转向柱限定：1)自主配置，在所述自主配置中，所述上柱和所述方向盘处于所述收起位置，所述锁处于所述第一位置，并且所述马达被停用以阻止或禁止所述下柱的旋转；以及2)手动转向配置，在所述手动转向配置中，所述上柱和所述方向盘处于所述使用位置，并且所述锁处于所述第二位置以阻止所述内柱相对于所述静态构件的旋转。

本公开的第三方面的实施例可以包括以下特征中的任一个或其组合：

·所述转向柱可以任选地包括角位置传感器，所述角位置传感器被配置为生成与所述下柱的角位置相对应的转向命令信号。

·所述传感器可以被配置为生成与所述下柱、所述上柱和所述方向盘的角位置相对应的转向命令信号。

·所述锁可以包括动力致动器和可移动的锁定构件，当所述电动锁处于所述第一位置时，所述可移动的锁定构件同时接合所述下柱和所述内柱，以将所述下柱可旋转地锁定到所述内柱。

本领域技术人员在研究以下说明书、权利要求和附图之后将理解并了解本公开的这些和其他方面、目的和特征。

附图说明

在附图中：

图1是处于收起/缩回/自主配置或模式的转向柱的局部不完全示意图；

图2是处于伸出的手动使用配置或模式的转向柱的局部不完全示意图；

图3是处于伸出的手动使用配置的图1和图2的转向柱的局部示意性横截面图；

图3A是图3的沿着图3的线IIIA-IIIA截取的转向柱的局部示意性横截面图；

图4是图3的沿着图3的线IV-IV截取的转向柱的一部分的局部示意图；

图5是图3的转向柱的一部分的局部示意图；

图6是图3的转向柱的一部分的局部示意图；

图7是图1和图2的转向柱的局部示意性横截面图，示出了处于自主(缩回)配置或模式的转向柱；

图8是图1和图2的转向柱的局部示意性横截面图，示出了转向柱的伸出和缩回；

图9是图1和图2的转向柱的局部示意性横截面图，示出了处于手动(伸出)转向配置或模式的转向柱；以及

图10是包括图1至图9的转向柱的自主车辆的框图。

具体实施方式

出于本文描述的目的，术语“上部”、“下部”、“右”、“左”、“后”、“前”、“竖直”、“水平”及其派生词应如图1中所取向的与本公开相关。然而，应理解，除了明确规定相反的情况之外，本公开可以采取各种替代取向和步骤序列。还应理解，在附图中示出且在以下说明书中描述的具体装置和过程仅是所附权利要求中限定的创造性概念的示例性实施例。因此，除非权利要求另外明确地说明，否则涉及本文公开的实施例的具体尺寸和其他物理特性不应被视为限制性的。

参考图1和图2，根据本公开的一个方面的自主车辆1包括安装到车辆结构2的转向柱10。转向柱10可以在图1的自主或收起配置与图2的手动或伸出转向配置之间移位。转向柱10可以在自主车辆1处于其中用户不手动转动方向盘12以提供转向输入的自主模式时移位到图1的收起配置。然而，当自主车辆1处于图2的伸出手动(使用)转向配置时，用户可以抓握方向盘12以转动方向盘12并向自主车辆1提供转向输入。

进一步参考图3，转向柱10包括可以固定到车辆结构2的静态构件3和可旋转的下(第一)柱4。动力致动器(诸如马达5)被配置为可操作地接合下柱4，使得马达5的致动引起下柱4围绕转向柱10的轴线“A”旋转。如下面更详细地讨论的，马达5具有锁定状态，在所述锁定状态中，马达5阻止或禁止下柱4的旋转。转向柱10还包括角位置传感器6，所述角位置传感器6可以任选地包括马达5的旋转编码器。角位置传感器6被配置为向自主车辆1的控制器15生成与下柱4的角位置相对应的转向命令信号。用户输入装置14(或14A)可以可操作地连接到控制器15以向控制器15提供用户命令。转向柱10还包括可旋转的内(第二)柱7和可旋转的上(第三)柱8。方向盘12可以固定到上柱8。上柱8伸缩地(可移动地)接合下柱4和内柱7，由此上柱8可沿着转向柱10的轴线A相对于下柱4并相对于内柱7在缩回(自主)位置(图1)与伸出的手动使用位置(图2)之间移动。上柱8通过花键型连接9(还参见图3A)相对于内柱7可旋转地固定，由此上柱8和内柱7一起围绕转向柱10的轴线A旋转。上柱8和下柱4通过螺纹16和17以螺纹方式互连，使得马达5的致动引起下柱4相对于上柱8的旋转，并且引起上柱8相对于下柱4在缩回位置(图1)与使用位置(图2)之间的线性移动(例如，箭头B；图1和图2)。

转向柱10还包括电动锁11，所述电动锁11被配置为当所述电动锁11处于第一位置(图3)时将内柱7可操作地锁定到下柱4。电动锁11还被配置为当电动锁11处于第二位置(图8)时将内柱7锁定到静态构件3。转向柱10限定自主配置(图1和图7)，在所述自主配置中，上柱8和方向盘12处于收起位置，电动锁11处于第一位置，并且马达5处于锁定或停用状态以阻止或禁止下柱4的旋转。转向柱10还限定手动转向配置(图2和图9)，在所述手动转向配置中，上柱8处于使用位置，电动锁11处于第二位置以阻止内柱7相对于静态构件3的旋转，并且其中传感器6向控制器15生成与下柱4、上柱8和方向盘12的角位置相对应的转向命令信号。

再次参考图3，静态构件3可以包括可以通过带螺纹的紧固件(未示出)或其他合适的连接布置刚性地互连的部件或零件3A至3F。静态构件3可以刚性地固定到车辆结构2。静态构件3包括锁定表面18，所述锁定表面18可以包括由锁定构件20的齿轮齿19接合的齿轮齿。电动锁11可以包括可操作地连接到控制器15的螺线管21。螺线管21可以被配置为使轴22线性地移动，从而使锁定构件20沿着电动锁11的轴线“A1”在相反方向上在第一位置(图3、图7和图9)与第二位置(图8)之间轴向地移位。下柱4包括具有面向外的齿轮24的盘形部分23，并且内柱7包括具有面向外的齿轮26的盘形部分25。低摩擦轴承29A设置在盘形部分25与固定部分3A之间，并且低摩擦轴承29B设置在盘形部分23与盘形部分25之间。低摩擦轴承29C设置在盘形部分23与固定部分3F之间。

当电动锁11的锁定构件20处于第一位置时，锁定构件20的齿轮19同时接合下柱4的齿轮24和内柱7的齿轮26，从而将下柱4旋转地锁定到内柱7。电动锁11可操作地连接到控制器15，以将电动锁11从第一位置移位到第二位置以及从第二位置移位到第一位置。轴22可以是大致圆柱形的，具有直径较小的第一部分22A、直径较大的第二部分22C以及在第一部分22A与第二部分22C之间延伸的横向台阶或肩部22B。锁定构件20可以包括环形凹槽22D，所述环形凹槽22D接收C形夹13以将锁定构件在肩部22B与C形夹13之间保持在第一部分22A上。锁定构件20可以是齿轮的形式，所述齿轮可旋转地设置在轴22的第一部分22A上。然而，锁定构件20可以具有几乎任何合适的配置，并且可以与轴22一体地成形。

马达5可以包括具有旋转构件(诸如轴27)和安装在轴27上的齿轮28的电动的计算机控制的步进器或伺服马达。马达5可以被致动以提供轴27的动力旋转，或者可以被停用以允许轴27旋转。马达5也可以被锁定以阻止或禁止轴27的旋转。齿轮28接合下柱4的齿轮24，使得轴27的旋转引起下柱4的旋转，并且下柱4的旋转引起轴27的旋转。马达5可操作地连接到控制器15，并且控制器15可以致动马达5，从而使轴27和下柱4在第一和第二相反方向上旋转。如下面更详细地讨论的，当锁定构件20处于第二位置(图8)时，下柱4的旋转引起上柱8和方向盘12的轴向移位，从而使转向柱10在自主配置与手动配置(图1和图2)之间移位(伸出和缩回)。当转向柱10处于自主模式时，马达5可以被停用或转换到锁定配置，以阻止或禁止输出轴27和下柱4的旋转。当转向柱10处于手动转向配置(模式)时，方向盘12的旋转引起下柱4和马达5的轴25的旋转，并且角位置传感器6向控制器15提供与车辆操作员的转向输入命令(即，方向盘12的转动)相对应的信号。当处于手动转向配置/模式时，控制器15可以选择性地致动马达5以向转动方向盘12的用户提供力反馈。

再次参考图3，下柱4可以包括穿过盘形部分23的开口30，所述盘形部分23可滑动地接合内柱7的圆柱形表面31，从而将下柱4和内柱7可旋转地互连。开口30和圆柱形表面31可以包括低摩擦轴承(例如，低摩擦材料、滚柱轴承或其他合适的轴承布置)。静态构件3可以包括具有圆柱形表面31的开口32，所述圆柱形表面31接合内柱7的圆柱形外表面33，从而相对于静态构件3可旋转地支撑内柱7。开口32的表面和表面33可以包括根据特定应用所需的低摩擦轴承材料或滚柱轴承(未示出)。

内柱7还包括具有内空腔或通道35的轴部分34。轴34的外表面37可以具有一个或多个平坦表面部分37A至37D(图3A)，其可滑动地接合上柱8的内表面37的对应平坦表面部分36A至36D以形成花键型连接器9。在内柱7与上柱8之间的花键连接器9允许上柱8相对于内柱7的线性移动，但是将上柱8旋转地固定到内柱7，使得上柱8和内柱7一起旋转。应理解，图3A本质上是示意性的，并且分别在表面部分36A至36D与37A至37D之间的间隙被放大以更清楚地示出Y表面。分别在表面部分36A至36D与37A至37D之间的间隙可以非常小或不存在，使得表面部分36A至36D分别同时接合表面部分37A至37D。此外，花键表面36和37可以包括几乎任何形状/配置(例如，齿)，其提供上柱8相对于内柱7的线性运动，同时基本上阻止(或控制)上柱8相对于内柱7的旋转。套筒轴承38可以包括内螺纹41(图3)，所述内螺纹41接合上柱8的内部部分40的端部39上的外螺纹42，从而将套筒轴承38固定到上柱8。套筒轴承38可滑动地接合下柱4的管状侧壁46的圆柱形内表面46A。

如上面所讨论的，在内柱7与上柱8之间的花键型互连9允许上柱8相对于内柱7沿着轴线A平移。然而，由于花键构件38和内柱7的外表面36的配置，内柱7和上柱8可旋转地互连并且以相同的角速率旋转。

下柱4(图3)的内螺纹16可以由螺纹配件43形成，所述螺纹配件43包括诸如销44的突起，所述突起接合下柱4的管状壁46中的开口45，从而将螺纹配件43固定到下柱4。内螺纹16可以螺纹方式接合上柱8的内部部分40的外螺纹17。内部部分40包括空腔47，所述空腔47经由上述花键连接9可滑动地接收内柱7的轴34的端部48。配件49包括内螺纹50，所述内螺纹50接合下柱4的管状侧壁的端部52的外螺纹51，从而将配件49固定到下柱4。配件49包括第一表面53，所述第一表面53可以在上柱8处于收起(缩回)或自主配置时任选地接触上柱8的内表面54。然而，在优选实施例中，当转向柱10在第一表面53接触内表面54之前缩回时，控制器15停止马达5。上柱8可以包括管状外盖部分55，所述管状外盖部分55具有形成第二表面54的端壁56。方向盘12可以利用一个或多个连接器12C固定到上柱8。连接器12C可以包括特定应用所需的几乎任何合适的紧固件(例如，螺钉、销等)。方向盘12可以包括辐条12A和圆形轮缘12B或其他合适的配置。然而，如本文所使用的，“方向盘”不限于特定配置，而是包括被配置为由用户手动地抓握以允许手动用户转向输入(命令)的任何结构。方向盘12固定到上柱8并且与上柱8一起旋转和平移。按钮或其他用户输入装置14A可以定位在方向盘12上。任选的电线14B可以从用户输入装置14A延伸穿过上柱8的空腔47并穿过内柱7的通道35到达控制器15。用户输入装置14A可以包括用于使转向柱10伸出或缩回的输入。然而，用户输入装置14A还可以包括各种输入以控制车辆速度、车辆音频和/或视频系统、移动电话等。

参考图4至图6，马达5和电动锁11可以相对于转向柱10的轴线A定位在各个位置处。因此，转向柱10不限于图4的配置，而是可以采用几乎任何合适的配置。

参考图7，当转向柱10处于自主或收起配置时，上柱8和方向盘12处于缩回或收起配置，并且锁定构件20的齿轮19同时分别在19A和19B处接合下柱4和内柱7的齿轮24和26，使得下柱4和内柱7相对于彼此可旋转地锁定。内柱7的端部表面48A可以任选地接触上柱8的表面47A，以在收起时提供“硬”机械止挡件。替代地，其他表面可以形成机械止挡件。更进一步，控制器15可以经由传感器6确定轴27的位置，并且控制器15可以致使马达5使旋转轴27在到达机械止挡件之前停止，使得当转向柱10处于收起配置时，在表面47A与48A之间形成间隙(即，控制器15可以存储与缩回位置和/或伸出位置有关的位置数据并且利用该数据来在缩回位置和/或伸出位置处停止马达5)。此外，控制器15使马达5“锁定”以阻止或禁止输出轴27和齿轮28的旋转，从而阻止下柱4、内柱7、上柱8和方向盘12的旋转。当转向柱10处于图7的自主配置时，控制器15向车辆转向系统生成自主转向命令，并且当自主车辆1处于自主模式时，不需要用户输入(例如，方向盘12的转动)。通常，控制器15可以被配置为当转向柱10到达图7的收起位置时停止马达，使得不需要“硬”机械止挡件。然而，根据需要，转向柱10可以被配置为包括机械止挡件。

进一步参考图8，上柱8可以从图7的自主或收起配置向外移位到图8的伸出或手动使用配置。具体地，用户可以致动用户输入装置14或14A(图1和图2)以向控制器15提供命令信号，并且控制器15致动电动锁11以将锁定构件20移位到图8的第二位置，使得锁定构件20的齿轮齿19同时接合内柱7的齿轮26和静态构件3的锁定表面或齿轮18，从而相对于静态构件3可旋转地固定内柱7。然后，马达5可以被致动(例如，通过控制器15)以使输出轴27和齿轮28旋转，从而使下柱4旋转。如上所述，内柱7和上柱8通过花键连接9互连，使得当通过锁定构件20将内柱7锁定到静态构件3时上柱8不能旋转。因此，在马达5致动时，螺纹16和17的相对旋转引起上柱8和方向盘12沿着转向柱10的轴线A线性地移位，如箭头“A2”所示。马达5可以被致动(例如，通过控制器15)以使轴27在第一和第二方向上旋转，以基于来自用户输入装置14的输入和/或其他命令根据需要伸出和缩回上柱8和方向盘12。例如，在手动模式下，可以调整(设定)方向盘12、上柱8的位置以提供用户舒适度。因为方向盘12的伸出和缩回在内柱7被锁定到静态构件3(即，内柱7不能旋转以经由传感器6提供传感器输入)时发生，所以方向盘12的位置必须在自主模式下改变。例如，如果转向柱10处于手动模式并且用户希望伸出或缩回方向盘12，则用户可以使用输入装置14(或14A)输入请求，并且，控制器15可以在方向盘12移动时暂时地转换到自主车辆控制模式，然后切换回手动控制模式。此外，控制器15可以存储一个或多个手动模式配置(方向盘12的位置)，并且用户可以选择所存储的配置中的一个，使得当从自主模式切换到手动模式时，方向盘12停止在用户选定的位置处。因此，应理解，当转向柱10处于手动配置时，方向盘12可以被定位在各个位置处。

进一步参考图9，当转向柱10处于手动(伸出)模式或配置时，内柱7和上柱8通过锁定构件20可旋转地锁定到下柱4，使得方向盘12的旋转使下柱4、内柱7和上柱8旋转，这继而使马达5的轴27旋转。马达5的角位置传感器6检测马达5的轴27的角位置并向控制器15提供与用户的手动转向输入(即，方向盘12的角位置)相对应的角位置信号。通过反向进行上面结合图8所述的过程(例如，用户可以经由输入装置14或14A输入命令/请求)，转向柱10可以从图9的手动配置移位到图7的自主(收起)配置。如上面所讨论的，在手动模式下，上柱8和方向盘12的实际位置可以根据不同用户的需要而变化，并且当转向柱10处于手动模式/配置时，方向盘12可以从图9的位置向内定位。

进一步参考图10，转向柱10包括输入装置14，所述输入装置14使得驾驶员(用户60)能够向自主车辆1的计算机15提供命令(输入)。在图10中，方向盘齿轮箱58通常表示包括下柱4、内柱7和上柱8的机械总成。用户输入可以包括将转向柱10从图1的配置移位到图2的配置的请求，反之亦然。输入装置14还可以用于在处于手动模式(图2)时调整方向盘12的位置以用于用户舒适度(参见“方向盘位置(人体工学)”和“柱长度调整”)。当系统处于手动配置时，可以致动马达5以通过方向盘齿轮箱58向驾驶员60提供旋转/振动反馈。当系统处于自主模式时，计算机15控制伺服马达5，从而将输入提供到方向盘齿轮箱58中，所述方向盘齿轮箱58继而经由传感器(编码器)6向计算机15提供角位置数据以提供闭环控制。应理解，自主车辆1和转向柱10可以根据特定应用的需要来配置，并且图10仅仅是一种可能配置的示例。

应理解，可以在不脱离本公开的概念的情况下，对前述结构作出改变和修改，并且此外，应理解，除非随附权利要求通过其语言另外明确陈述，否则这类概念意图被这些权利要求涵盖。

根据本发明，提供了一种用于自主机动车辆的转向柱，其具有：静态构件；可旋转的下柱；马达，所述马达可操作地接合所述下柱，由此所述马达的致动引起所述下柱旋转，并且其中所述马达具有锁定状态，在所述锁定状态中，所述马达禁止所述下柱的旋转；角位置传感器，所述角位置传感器被配置为生成与所述下柱的角位置相对应的转向命令信号；可旋转的内柱；可旋转的上柱，所述可旋转的上柱伸缩地接合所述下柱和所述内柱，由此所述上柱可沿着所述转向柱的轴线相对于所述下柱并相对于所述内柱在缩回位置与使用位置之间轴向地移动，所述上柱相对于所述内柱可旋转地固定，由此所述上柱和所述内柱一起围绕所述转向柱的所述轴线旋转，并且其中所述上柱和所述下柱以螺纹方式互连，使得所述马达的致动引起所述下柱相对于所述上柱的旋转并且引起所述上柱相对于所述下柱在所述缩回位置与所述使用位置之间的线性移动；方向盘，所述方向盘固定到所述上柱；电动锁，所述电动锁被配置为当所述电动锁处于第一位置时将所述内柱锁定到所述下柱，并且其中所述电动锁被配置为当所述电动锁处于第二位置时将所述内柱锁定到所述静态构件；其中所述转向柱限定：1)自主配置，在所述自主配置中，所述上柱和所述方向盘处于所述收起位置，所述电动锁处于所述第一位置，并且所述马达处于锁定状态以阻止所述下柱的旋转；以及2)手动转向配置，在所述手动转向配置中，所述上柱处于所述使用位置，所述电动锁处于所述第二位置以阻止所述内柱相对于所述静态构件的旋转，并且其中所述传感器生成与所述下柱、所述上柱和所述方向盘的角位置相对应的转向命令信号。

根据一个实施例，所述内柱可旋转地连接到所述静态构件。

根据一个实施例，所述内柱包括轴，所述轴延伸穿过所述下柱中的开口。

根据一个实施例，所述下柱包括面向外的齿轮齿；所述马达包括旋转输出轴，所述旋转输出轴具有安装到所述输出轴的驱动齿轮，所述驱动齿轮接合所述下柱的所述面向外的齿轮齿，由此当所述马达被致动时所述输出轴旋转以使所述下柱旋转。

根据一个实施例，所述角位置传感器可操作地连接到所述马达的所述输出轴，由此所述角位置传感器生成与所述输出轴的角位置相对应的信号。

根据一个实施例，所述内柱包括面向外的齿轮齿；所述电动锁包括锁定构件，当所述电动锁处于所述第一位置时，所述锁定构件同时接合所述下柱的所述面向外的齿轮齿和所述内柱的所述面向外的齿轮齿，以将所述下柱可旋转地锁定到所述内柱。

根据一个实施例，当所述电动锁处于所述第二位置时，所述锁定构件同时接合所述内柱的所述面向外的齿轮齿和所述静态构件的锁定表面，以阻止所述内柱相对于所述静态构件的旋转。

根据一个实施例，所述电动锁包括线性螺线管，当所述电动锁被致动时，所述线性螺线管使所述锁定构件在所述第一位置与所述第二位置之间移位。

根据一个实施例，所述内柱的所述轴包括第一带花键部分，所述第一带花键部分轴向地且可滑动地接合所述上柱的对应的第二带花键部分，由此所述内柱和所述上柱相对于彼此可旋转地固定，并且所述内柱和所述第二柱相对于彼此轴向地伸缩。

根据本发明，提供了一种自主车辆，其具有：控制系统，所述控制系统被配置为当所述自主车辆处于自主操作模式时生成转向命令，并且其中所述控制系统被配置为当所述自主车辆处于手动操作模式时利用来自车辆操作员的转向命令；转向柱，所述转向柱包括：静态构件；可旋转的第一柱；马达，所述马达可操作地连接到所述控制系统，所述马达机械地接合所述第一柱，由此所述马达的致动引起所述第一柱旋转；角位置传感器，所述角位置传感器被配置为当所述自主车辆处于所述手动操作模式时向所述控制系统生成与所述第一柱的角位置相对应的转向命令信号；可旋转的第二柱；可旋转的第三柱，所述可旋转的第三柱可移动地联接所述第一柱和所述第二柱，由此所述第三柱可沿着所述转向柱的轴线相对于所述第一柱和所述第二柱在缩回位置与使用位置之间移动，所述第三柱相对于所述第二柱可旋转地固定，由此所述第三柱和所述第二柱一起旋转，并且其中所述第三柱和所述第一柱可操作地互连，使得所述马达的致动引起所述第一柱相对于所述第三柱的旋转并且引起所述第三柱相对于所述第一柱在所述缩回位置与所述使用位置之间的轴向移动，所述第三柱包括手动转向输入构件；电动锁，所述电动锁被配置为当所述电动锁处于第一位置时将所述第二柱锁定到所述第一柱，并且当所述电动锁处于第二位置时将所述第二柱锁定到所述静态构件；其中所述转向柱限定：1)自主配置，在所述自主配置中，所述第三柱处于所述收起位置，所述电动锁处于所述第一位置，并且所述马达阻止所述第一柱的旋转；以及2)手动转向配置，在所述手动转向配置中，所述第三柱处于所述使用位置，并且所述电动锁处于所述第二位置以阻止所述第二柱相对于所述静态构件的旋转，并且其中所述传感器生成与所述第一柱、所述第三柱和所述手动转向输入构件的角位置相对应的转向命令信号；并且其中所述控制系统被配置为致动所述马达和所述电动锁以使所述转向柱在所述自主配置与所述手动转向配置之间移位。

根据一个实施例，所述第一柱和所述第三柱以螺纹方式互连。

根据一个实施例，所述第二柱包括轴，所述轴延伸穿过所述第一柱中的开口以将所述第二柱与所述第一柱可旋转地互连。

根据一个实施例，所述第一柱包括面向外的齿轮齿；所述第二柱包括面向外的齿轮齿；所述马达包括旋转输出轴，所述旋转输出轴具有安装到所述输出轴的驱动齿轮，所述驱动齿轮接合所述第一柱的所述面向外的齿轮齿，由此当所述马达被致动时所述输出轴旋转以使所述下柱旋转；所述电动锁包括锁定构件，当所述电动锁处于所述第一位置时，所述锁定构件同时接合所述第一柱的所述面向外的齿轮齿和所述第二柱的所述面向外的齿轮齿，以将所述第一柱可旋转地锁定到所述第二柱。

根据一个实施例，所述角位置传感器可操作地连接到所述马达的所述输出轴，由此所述角位置传感器向所述控制系统生成与所述输出轴的角位置相对应的信号。

根据一个实施例，当所述电动锁处于所述第二位置时，所述锁定构件同时接合所述第二柱的所述面向外的齿轮齿和所述静态构件的锁定表面，以阻止所述第二柱相对于所述静态构件的旋转。

根据一个实施例，所述电动锁包括线性螺线管，当所述电动锁被致动时，所述线性螺线管使所述锁定构件在所述第一位置与所述第二位置之间移位。

根据一个实施例，所述第一柱包括下柱；所述第二柱包括内柱；所述第三柱包括上柱；所述手动转向输入构件包括方向盘；并且其中所述内柱至少部分地设置在所述下柱和所述上柱的内部，并且所述上柱伸缩地接合所述内柱和所述下柱，由此在所述马达致动时所述上柱沿着所述转向柱的所述轴线线性地平移。

根据本发明，提供了一种用于自主机动车辆的转向柱，其具有：静态构件；可旋转的下柱；马达，所述马达被配置为使所述下柱旋转；可旋转的内柱；可旋转的上柱，所述可旋转的上柱可操作地互连到所述下柱和所述内柱并且可沿着所述转向柱的轴线相对于所述下柱和所述内柱轴向地移动，所述上柱和所述内柱一起旋转，并且其中所述上柱和所述内柱可操作地互连，使得所述下柱相对于所述上柱的经马达驱动的旋转引起所述上柱相对于所述下柱在所述缩回位置与所述使用位置之间的向内和向外移动，所述上柱包括方向盘；锁，所述锁被配置为当所述锁处于第一位置时将所述内柱锁定到所述下柱，并且其中所述锁被配置为当所述锁处于第二位置时将所述内柱锁定到所述静态构件；其中所述转向柱限定：1)自主配置，在所述自主配置中，所述上柱和所述方向盘处于所述收起位置，所述锁处于所述第一位置，并且所述马达处于锁定状态以阻止所述下柱的旋转；以及2)手动转向配置，在所述手动转向配置中，所述上柱处于所述使用位置，所述电动锁处于所述第二位置以阻止所述内柱相对于所述静态构件的旋转。

根据一个实施例，本发明的特征还在于角位置传感器，所述角位置传感器被配置为生成与所述下柱的角位置相对应的转向命令信号；并且其中所述传感器生成与所述下柱、所述上柱和所述方向盘的角位置相对应的转向命令信号。

根据一个实施例，所述锁包括动力致动器和可移动的锁定构件，当所述电动锁处于所述第一位置时，所述可移动的锁定构件同时接合所述下柱和所述内柱，以将所述下柱可旋转地锁定到所述内柱。

Claims (14)

1.一种用于自主车辆的转向柱，其包括：

静态构件；

可旋转的第一柱；

马达，所述马达可操作地连接到控制系统，所述马达机械地接合所述第一柱，由此所述马达的致动引起所述第一柱旋转；

可旋转的第二柱；

可旋转的第三柱，所述可旋转的第三柱可移动地联接所述第一柱和所述第二柱，由此所述第三柱可沿着所述转向柱的轴线相对于所述第一柱和所述第二柱在缩回位置与使用位置之间移动，所述第三柱相对于所述第二柱可旋转地固定，由此所述第三柱和所述第二柱一起旋转，并且其中所述第三柱和所述第一柱可操作地互连，使得所述马达的致动引起所述第一柱相对于所述第三柱的旋转并且引起所述第三柱相对于所述第一柱在所述缩回位置与所述使用位置之间的轴向移动，所述第三柱包括手动转向输入构件；

电动锁，所述电动锁被配置为当所述电动锁处于第一位置时将所述第二柱锁定到所述第一柱，并且当所述电动锁处于第二位置时将所述第二柱锁定到所述静态构件。

2.如权利要求1所述的转向柱，其包括：

角位置传感器，所述角位置传感器被配置为当所述自主车辆处于所述手动操作模式时向所述控制系统生成与所述第一柱的角位置相对应的转向命令信号。

3.如权利要求2所述的转向柱，其中：

所述转向柱限定：1)自主配置，在所述自主配置中，所述第三柱处于所述收起位置，所述电动锁处于所述第一位置，并且所述马达阻止所述第一柱的旋转；以及2)手动转向配置，在所述手动转向配置中，所述第三柱处于所述使用位置，所述电动锁处于所述第二位置以阻止所述第二柱相对于所述静态构件的旋转，并且其中所述传感器生成与所述第一柱、所述第三柱和所述手动转向输入构件的角位置相对应的转向命令信号。

4.如权利要求1至3中任一项所述的转向柱，其包括：

控制系统，所述控制系统被配置为致动所述马达和所述电动锁以使所述转向柱在所述自主配置与所述手动转向配置之间移位。

5.如权利要求1至4中任一项所述的转向柱，其中：

所述第一柱和所述第三柱以螺纹方式互连。

6.如权利要求1至5中任一项所述的转向柱，其中：

所述第二柱包括轴，所述轴延伸穿过所述第一柱中的开口以将所述第二柱与所述第一柱可旋转地互连。

7.如权利要求1至6中任一项所述的转向柱，其中：

所述第一柱包括面向外的齿轮齿；

所述第二柱包括面向外的齿轮齿；

所述马达包括旋转输出轴，所述旋转输出轴具有安装到所述输出轴的驱动齿轮，所述驱动齿轮接合所述第一柱的所述面向外的齿轮齿，由此当所述马达被致动时所述输出轴旋转以使所述下柱旋转；

所述电动锁包括锁定构件，当所述电动锁处于所述第一位置时，所述锁定构件同时接合所述第一柱的所述面向外的齿轮齿和所述第二柱的所述面向外的齿轮齿，以将所述第一柱可旋转地锁定到所述第二柱。

8.如权利要求1至7中任一项所述的转向柱，其中：

当所述电动锁处于所述第二位置时，所述锁定构件同时接合所述第二柱的所述面向外的齿轮齿和所述静态构件的锁定表面，以阻止所述第二柱相对于所述静态构件的旋转。

9.如权利要求2至8中任一项所述的转向柱，其中：

所述角位置传感器可操作地连接到所述马达的所述输出轴，由此所述角位置传感器向所述控制系统生成与所述输出轴的角位置相对应的信号。

10.如权利要求1至9中任一项所述的转向柱，其中：

所述电动锁包括线性螺线管，当所述电动锁被致动时，所述线性螺线管使所述锁定构件在所述第一位置与所述第二位置之间移位。

11.如权利要求1至10中任一项所述的转向柱，其中：

所述第一柱可以包括下柱；

所述第二柱可以包括内柱；并且

所述第三柱包括上柱。

12.如权利要求1至11中任一项所述的转向柱，其中：

所述内柱至少部分地设置在所述下柱和所述上柱的内部，并且所述上柱伸缩地接合所述内柱和所述下柱，由此在所述马达致动时所述上柱沿着所述转向柱的所述轴线线性地平移。

13.如权利要求1至12中任一项所述的转向柱，其包括：

用户输入装置，所述用户输入装置适于生成信号以伸出或缩回所述转向柱。

14.一种自主车辆，其包括如权利要求1至13中任一项所述的转向柱。

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