CN113453971A - 可伸缩方向盘 - Google Patents

Abstract

一种方向盘组件，具有构造为连接到转向柱的中心毂，附接到中心毂的至少一个可伸缩握把，设置在每个可伸缩握把内部的一条或多条控制缆和连接到控制缆的驱动机构。驱动机构位于中心毂处或中心毂中，或相对于方向盘组件位于远处。驱动机构激活时可以选择性地移动一条或多条控制缆，以将可伸缩把移动到缩回位置或非缩回位置。可选地，握把可以直接连接到中心毂和/或延伸自中心毂的一根或多根辐条。每个可伸缩握把具有至少一条且至多四条控制缆。

Description

可伸缩方向盘

相关申请的交叉引用

本申请要求于2019年2月22日提交的美国临时申请号62/809,187的权益，该申请的公开内容通过引用全部并入本文。

背景技术

本发明总体上涉及方向盘组件，更具体地涉及一种带有可伸缩握把的方向盘组件。

自从汽车和卡车等动力驱动车问世以来，方向盘就是操纵机动车的常规的、几乎普遍认可的方式。

通常，方向盘组件具有连接到转向柱的中心毂，延伸自毂的多根辐条和连接到这些辐条的外缘或握把，而对方向盘组件的调整通常局限在以倾斜动作升起或降低整个转向柱。

方向盘的主体结构已经发展为下置电枢，其通常由金属制得，中心有一空间被压缩形成保存司机的侧边安全气囊和喇叭开关机构的空间。更新的方向盘组件具有多个附加特征，例如自动控速开关、收音机音量控制和手机激活设备等，这些系统均使得司机能够在方向盘上控制这些不同的系统。因此，方向盘组件比最初的设计复杂了许多。

通常，方向盘具有皮制或仿皮制保护层，外缘或握把通常是一个实心环，包裹在柔软的聚氨酯泡沫塑料中并由装饰罩覆盖。在某些豪华车中，外缘完全或部分地由高度抛光木材或仿木材模制塑料制成。

汽车的最新发展在于高级电动车的引入，以及随着高度精密电脑的进步，向无人驾驶车辆的演进。无人驾驶车辆通常被称为自动驾驶车辆。

这些自动驾驶车辆均得到更广泛的接受，而车辆变为自动转向以及自动操纵的，几乎使得不再需要有司机坐在方向盘前。在这种情况下，方向盘成了非必要装置，但出于安全原因，还有那些更希望可以在手动驾驶和自动驾驶间做出选择的人们，方向盘是必需的。

正是出于是否要驾驶的选择，方向盘的方位或位置也是一个选择问题。这意味着，理想中可以收起方向盘组件，且在需要的时候由司机选择移动到驾驶位置。为了实现这个特征，应该为此而理想地进行方向盘的设计。

如本文所述的本发明提供了多种独特的方法以改变方向盘的形状和朝向，从而实现紧凑布置以及在手动驾驶和自动驾驶模式时对于仪表面板的最佳用户视觉。

发明内容

方向盘组件具有构造为连接到转向柱的中心毂，附接到中心毂的多个可伸缩握把，设置在每个可伸缩握把内部的一条或多条控制缆和连接到控制缆的驱动机构。驱动机构位于中心毂处或中心毂中，或相对于方向盘组件位于远处。驱动机构激活时可以选择性地移动一条或多条控制缆，以将可伸缩握把移动到缩回位置或非缩回位置。可选地，可伸缩握把可以直接连接到中心毂和/或延伸自中心毂的一根或多根辐条。每个可伸缩握把具有至少一条且至多四条控制缆。如本文中使用的，可伸缩握把构成了全部或至少部分方向盘外缘。本发明中的术语“可伸缩”的意思是一个或多个握把从非缩回的驾驶朝向移动到缩回的非驾驶朝向。在某些情况下，这意味着可伸缩握把可以伸缩地在其内部滑动，或者可以关于枢轴可枢转地折叠到更为紧凑的收回位置。

所述控制缆可以构造为连接到驱动机构的推/拉缆。推/拉缆优选地可以是柔性带齿缆。驱动机构可以相对于方向盘位于远处，以节省空间并提供更大的设计灵活性。

在一个实施例中，驱动机构包括具有连接到驱动马达的齿条齿轮和小齿轮的带齿的线性驱动机构。线性驱动机构具有驱动马达，其包括保持一个或多个小齿轮的轴。当驱动马达激活时，轴转动小齿轮，移动齿条齿轮和连接到齿条齿轮的控制缆，以将可伸缩握把移动到非缩回位置或缩回位置。

在一个实施例中，驱动机构具有三条附接的控制缆，当驱动马达顺时针旋转时，三条缆开始冲程，或以其他方式将各可伸缩握把移动拉动到缩回位置，而当马达逆时针旋转时，缆开始冲程，将握把推到非缩回位置。驱动机构驱动马达可以具有堆叠在轴一端的两个小齿轮。小齿轮的尺寸决定了缆冲程的速度，直径越大，缆的冲程越快。如本文中使用的，术语“冲程”适用于缆的移动和用于达到缩回或非缩回位置的运动距离。

在第二实施例中，一条或多条控制缆各自环绕在联接到马达和摩擦离合器的可旋转带槽滚筒上。滚筒沿一个方向的旋转拉动控制缆缩回握把；沿相反方向的旋转拉动缆将握把移动到非缩回位置。在第二实施例中，驱动机构可以使用一对马达和滚筒。每个滚筒连接到一条控制缆。滚筒的旋转将握把水平地分开，而滚筒的反向旋转使得握把水平地移动到一起。本第二实施例可构造连接到马达和带槽滚筒的控制缆，带槽滚筒的旋转拉动缆将握把关于枢轴向着竖直或垂直的驾驶位置移动，带槽滚筒的反向旋转拉动缆将握把向着水平或非驾驶收回位置移动。可替代地，驱动机构使用一对马达和滚筒，每个滚筒控制一条控制缆。其中，方向盘具有一对可枢转地连接在中心毂相对两端的可伸缩握把，其中一对滚筒沿相反的方向的旋转使得缆关于枢轴将握把拉到驾驶的非缩回位置，马达的反转使得缆关于枢轴将握把拉到非驾驶的收回位置。

在第三实施例中，一条或多条控制缆构造自由马达驱动的带齿缆。

在第四实施例中，一条或多条控制缆为一个或多个扭缆致动器，驱动机构使得扭缆致动器的旋转移动多个可伸缩把。在第四实施例中，可伸缩握把可枢转地连接在中心毂的相对两端。扭缆致动器的旋转将可伸缩握把枢转到水平驾驶位置，扭缆的反向旋转以将握把移动到水平折叠的非驾驶收回位置。在替代性的第四实施例中，可伸缩握把可枢转地连接在中心毂的相对两端。扭缆致动器沿一个方向的致动使得缆旋转，导致可伸缩握把关于枢轴垂直地竖直移动到驾驶位置，而向下的反向旋转将握把枢转到降低的非驾驶收回位置。

在第五实施例中，扭缆与螺钉和螺母相结合以使握把线性移动，使得推/拉控制缆往复动作。

转向柱类似地可向内移动，以将位于非驾驶位置的方向盘缩回进自动驾驶车辆的仪表盘或仪表面板中或者缩回到仪表盘或仪表面板附近，而转向柱还可向外移动，将方向盘置于手动驾驶位置。

附图说明

在此将通过示例的方式并且参考附图来描述以下实施例，在附图中：

图1A中是第一实施例的方向盘组件，示出了位于非缩回的12点钟方位的可伸缩握把的一端，并以箭头展示缩回时的移动方向；

图1B中是图1A所示的方向盘移动到握把缩回位置；

图1C是展示了带有马达和用于推或拉控制缆的齿条和小齿轮的线性驱动机构的示意图；

图1D中是用于缩回可伸缩握把的推/拉缆的示例性线圈；

图1E是第一实施例的驱动机构的示意图；

图2A是根据第一实施例所述的三个缆组件拉动握把的另一个示例性示意图；

图2B是示出了马达反向推动握把的视图；

图2C是具有位于同一轴上的两个小齿轮的马达的端视图；

图2D是图2C的侧视图；

图3A-6B示出了替代性的第二实施例；

图3A和图3B示出了12点钟方位的握把垂直地缩回；

图3C和图3D示出了12点钟和6点钟方位的握把缩回；

图3E示出了环状缠绕在驱动马达上的控制缆，以及带有摩擦离合器的收卷滚筒，并示出了滚筒的顺时针旋转；

图3F示出了与图3E反向的马达旋转；

图4A示出了侧边握把水平缩回，同时在下方示出了各带有马达旋转的两个驱动机构；

图4B是来自于图4A的马达相反旋转的视图，示出了侧边握把从缩回位置水平移动分开；

图5A示出了根据第二实施例所述的方向盘握把的12点钟方位部分旋转远离司机；

图5B示出了与图5A相反移动的第二实施例，其中方向盘握把的12点钟方位部分向司机移动；

图6A示出了第二实施例的水平可折叠握把；

图6B是相对于图6A相反移动的水平可折叠握把的视图；

图7A-7D示出了第三实施例的带齿控制缆；

图7A示出了12点钟方位握把的垂直移动；

图7B和图7C示出了12点钟和6点钟方位的移动；

图7D示出了水平移动的一对侧边握把；

图7E是带齿缆的放大视图；

图7F示出了当未连接到方向盘握把时与马达接合的电动离合器；

图8A-8D示出了将柔性扭缆用作控制缆的第四实施例；

图8A和图8B示出了水平可折叠握把；

图8C和图8D描绘了垂直可折叠握把；

图8E、图8F和图8G示出了为了线性移动结合有螺钉和螺母的扭缆；

图9是方向盘组件握把的一件式外缘的截面或横截面视图，其中电枢由泡沫塑料覆盖，且本发明的缆外壳锁定在泡沫塑料中；

图10是外缘的截面或横截面视图，其中方向盘外缘为两件式设计，外壳内部的缆置于空腔中，塑料插件卡扣在形成两件式方向盘外缘的泡沫塑料轮中。

具体实施方式

参考图1A-10，展示了本发明的各实施例。如图所示，本发明将可伸缩握把用于方向盘组件。每个实施例均使用控制缆，其允许握把从第一构造或位置移动到第二位置。在所有实施例中，马达连接到控制缆，从而使得或者缆被推拉，或由连接到马达的齿条和线性齿轮系统驱动，或扭转地旋转，或者可替代地，取决于马达的旋转，马达驱动控制缆可卷绕和退绕的滚筒将握把从缩回位置移动到非缩回位置，反之亦然。

由于基本组件的相似性，所有实施例共有的特征将使用共同附图标记。例如，所有实施例均使用方向盘组件10，而中心毂20也是所有实施例的共有特征。握把30也公开为共有特征。然而，可能使用了多个握把，如将在讨论每个附图时更详细解释的，这些握把可以沿各个方向移动。在某些实施例中，构成方向盘外缘的部分但非全部握把可以缩回。在其他实施例中，握把的部分缩回。

参考图1A-1E，展示了第一实施例。方向盘组件10具有连接到握把30的中心毂20，并在6点钟方位位置具有同样将中心毂20直接附接到握把30的辐条12。如图1A所示，辐条12和握把30内部有一对缆50，其清楚地由图1C展示。这些缆50在辐条内部延伸，并穿过每个握把30的内部空腔36。如图1A所示，方向盘10具有位于关闭位置未缩回的握把30或外缘。当马达60激活，如图1C所示，马达60的旋转拉动齿条62和小齿轮64系统，从而取决于马达60的旋转方向，拉动或推动控制缆50。如图1B所示，当向着毂20拉回控制缆50，握把30的可伸缩部分30R撤回到握把30中，并在方向盘组件10的上部或12点钟方位位置形成开口。图1D展示了用于缩回握把30的可伸缩部分30R的推/拉控制缆50。图1E更好地展示了控制缆50如何向内或向外移动，控制缆50具有外壳52，以及控制缆50附接到齿条齿轮62和小齿轮64组件，其中小齿轮64附连至电机60的轴66，以使得当马达60激活并旋转轴66时，小齿轮64转动，从而取决于轴66的转动将齿条齿轮62沿一个方向或另一个方向移动。这使得推动或拉动控制缆50的动作允许握把30的可伸缩部分30R移动到如图1A和1B所示的缩回或非缩回位置。

图2A和2B示出的第一实施例的备选方案，也是第一实施例，其使用了三条缆50，当开始冲程时拉动可伸缩部分30R。在这种情况下，握把30的可伸缩部分相似地位于方向盘组件10的顶部或12点钟方位位置，取决于马达60的旋转可伸缩部分30R将在缩回位置拉开而在非缩回位置推在一起。当马达60顺时针旋转时，三条缆开始冲程并拉动可伸缩部分30R。在这种情况下，示出了方向盘组件10的6点钟方位位置，其中可伸缩部分30R相对于毂20向内拉动。当马达60逆时针旋转时，三条缆50开始冲程并将可伸缩部分30R推回到非缩回位置。本文使用的术语“冲程”指的是缆50向前/向外或向后/向内的移动，其允许推动动作或拉动动作。如图2C进一步所示，小齿轮64可以成对地堆叠在同一轴上。如展示的，示出了两个尺寸不同的小齿轮64。通过小齿轮64尺寸的变化，推动/拉动的缆50的旋转、速度和移动可以变化。图2D的侧视图中进一步展示了这一点。

参考图3A-3F，展示了第二实施例。在该实施例中，如图3A和3B所示，方向盘组件10具有构造为可在可伸缩部分30R处垂直移动的握把30。在这种情况下，当控制缆50激活时，马达60的旋转使得握把30垂直缩回，压向中心毂20，如图3B所示。如图3A所示，当完全非缩回，12点钟方位的握把30可以垂直伸展。另外地，如图3C和3D所示，当可伸缩部分30R位于非缩回位置时可以相对于中心毂20向内滑动。在该实施例中，如图3E所示，驱动马达60和控制缆50附接到带有摩擦离合器70的收卷滚筒68。当沿一个方向收卷滚筒68时，马达将方向盘组件10拉动或推动到缩回或非缩回位置。在该实施例中，如图3E和3F所示，马达60的旋转决定了拉动缆50的方向。

参考图4A，如展示的，侧边握把30可以替代性地构造为该握把30可以水平扩张，向着中心毂20向内缩回或相对于中心毂20向外延伸。如图4A和4B所示，实现这一动作时，使用了一对控制缆50。马达60和滚筒68的旋转控制可伸缩部分30R将在缩回或非缩回位置的移动方向。

在图SA和SB展示的另一个替代性实施例中，方向盘组件10可以使用垂直可折叠握把。在这一情况下，滚筒68将收卷控制缆50，以使得方向盘组件10具有在垂直位置旋转的握把，该垂直位置被视为驾驶位置。在可替代性的缩回位置，马达60和滚筒68将驱动握把，以使得握把如展示的关于枢轴销18枢转，几乎放平到允许将方向盘组件10紧凑地收起的位置。这种情况发生于整个转向柱缩回，远离司机时，该司机不再位于可将双手放在方向盘组件10的位置。无需司机主动使用方向盘，因而这对自动驾驶车辆来说尤其有用。

图6A和6B示出了另一个替代性构造，其中方向盘组件10具有安装在枢轴18上可向着中心毂20枢转的握把，握把可以水平折叠。图6A示出了方向盘所处位置使得握把30分隔开且位于每侧的马达60的旋转允许握把30位于可驱动的位置。可替代地，如图6B所示，当马达60沿相反方向旋转，每个握把30可以折叠从而关于枢转点彼此靠近，极大地减小了方向盘组件10的尺寸。

参考图7A-7D，第三实施例使用了带齿控制缆50。在该实施例中，缆50具有环绕缆50外表面的外部螺旋绕组55，其连接到旋转时将推或拉缆50的齿轮。如图7A所示，展示了握把30和可伸缩部分30R的垂直缩回。在图7B中，示出了12点钟方位和6点钟方位的握把位于非缩回位置。在图7C中，移动使得握把30沿相反的方向移动。图7D展示了握把30可伸缩部分30R的水平移动。在这种情况下，使用了一对带齿缆50和55，每个马达60具有驱动带齿缆50和55从而使握把30缩回或伸展的齿轮69。图7E展示了控制缆50上的螺旋缠绕外线55，用于驱动带齿缆50和55。如该实施例所示，马达60和齿轮69附接在一起，使用电磁摩擦离合器70，其接合时阻止握把移动，除非马达60旋转缆50；而脱离时，如果需要，操作者可以移动握把。图7E展示的第三实施例中展示了离合器70，必须认识到本文所公开的任一实施例均可以使用离合器70。

参考图8A-8D，展示了将柔性扭缆用作控制缆50的第四实施例。在该实施例中，如图8A和8B所示，可以设置水平可折叠握把30的特征，其中使用了一对扭缆50。马达60旋转扭缆，可伸缩部分30R可以如前文所讨论的关于枢轴18折叠到手动驾驶的非缩回位置或自动驾驶的缩回位置。参考图8C，相似地，可以设置扭缆50以垂直移动方向盘组件10，以使得握把30如图8C所示位于垂直位置，或者可以如图8D所示向下枢转到折叠位置以便收回。当第五实施例使用了扭缆50，可以将螺钉58和螺母59系统应用于扭缆50。当设置了螺定58和螺母59系统，可以实现线性移动。当这种情况发生时，如图8E和8F所示，握把30可以垂直移动并被缩回。如图8G所示，可以实现水平移动。

图9和10示出了制造所公开的任意实施例的方向盘组件10的可能方法，且两个视图均为截面。

图9示出了握把30的简单一件式成型设计，其中缆50的外壳52可能在成型过程中成型为轮10，其中电枢10由泡沫塑料80覆盖。之后，外壳52可以锁定在泡沫塑料轮10中，并且缆50可能穿过该壳52。这样，缆50具有光滑壳52，可靠着该光滑壳52移动，而不会冒着与泡沫塑料80直接摩擦造成损伤的风险。

图10示出了两件式方向盘组件10的设计，其中轮10部分地形成，形成了凹形空腔36。壳52内部的缆50可置于空腔36中，塑料插件85可卡扣在形成两件式轮的泡沫塑料轮中。如所示，方向盘组件10的电枢10A包裹在泡沫塑料80中，泡沫塑料80和塑料插件85的外表面套接皮制、木制、仿皮制或仿木制外保护层88。

在所有实施例中，有效证明了使用控制缆50移动握把30的能力，控制缆50能够以多种形式构造。如所示，握把30可以设置有仿皮制保护层，或简单地制造为具有仿纹路外形。然而，如果使用了握把30和辐条12的内部空腔36，必须在握把30内部拉动缆50。握把30可以如常规的填充聚氨酯，或者可以以其他方式加内衬，以使得在马达60的致动过程中，缆50移动不会发出任何噪音或不期望的振动。据信，使用机动的控制缆50改变握把30的构造的能力将极大增强使方向盘组件10改变的能力，该控制缆50可选地带有或不带有离合器70，而方向盘组件从位于转向柱一端相对较大且笨重的形状改变为可折叠、可伸缩且可改变的形状，以使得在车辆自行控制操纵的自动驾驶车辆的情况下，如果需要，该方向盘组件可以从坐在司机座椅的司机或某人处移回，平齐地拉到仪表盘并置于收回位置。这些特征极大地增强了乘员舱内部设计有更优显示系统的能力，尤其在处于自动驾驶模式时。另外，当示出了安装在转向柱上的方向盘组件10，必须认识到如果需要的话整个转向柱是可伸缩的，以便于将整个组件拉离乘客。

Claims (20)

1.一种方向盘组件，包括

中心毂；

联接到所述中心毂的至少一个可伸缩握把；

设置在所述至少一个可伸缩握把内部的一条或多条控制缆；

连接到所述一条或多条控制缆的驱动机构，

其中，所述驱动机构激活时可以选择性地移动所述一条或多条控制缆，以将所述至少一个可伸缩把移动到缩回位置或非缩回位置。

2.根据权利要求1所述的方向盘组件，其中，所述一条或多条控制缆包括至多四条控制缆。

3.根据权利要求2所述的方向盘组件，其中，所述控制缆构造为连接到所述驱动机构的推/拉缆。

4.根据权利要求3所述的方向盘组件，其中，所述推/拉缆是柔性带齿缆。

5.根据权利要求1所述的方向盘组件，其中，所述驱动机构相对于所述方向盘位于远处。

6.根据权利要求1所述的方向盘组件，其中，所述驱动机构包括具有连接到驱动马达的齿条齿轮和小齿轮的带齿的线性驱动机构。

7.根据权利要求6所述的方向盘组件，其中，所述线性驱动机构包括保持一个或多个所述小齿轮的轴。

8.根据权利要求7所述的方向盘组件，其中，当所述驱动马达激活时，所述轴转动所述小齿轮，移动所述齿条齿轮和连接到所述齿条齿轮的控制缆，以将所述至少一个可伸缩握把移动到非缩回位置或缩回位置。

9.根据权利要求7所述的方向盘组件，其中，所述驱动机构具有三条附接的控制缆，当所述驱动马达顺时针旋转时，所述三条缆开始冲程，将三个可伸缩握把拉到缩回位置。

10.根据权利要求7所述的方向盘组件，其中，所述驱动机构具有三条附接的控制缆，当所述马达逆时针旋转时，所述缆开始冲程，将三个可伸缩握把推到非缩回位置。

11.根据权利要求7所述的方向盘组件，其中，所述驱动机构驱动马达具有堆叠在所述轴上的两个小齿轮。

12.根据权利要求7所述的方向盘组件，其中，所述小齿轮的尺寸决定了所述缆冲程的速度，直径越大，所述缆冲程越快。

13.根据权利要求1所述的方向盘组件，其中，所述一条或多条控制缆各自环绕在联接到马达和摩擦离合器的可旋转带槽滚筒上，其中，所述滚筒沿一个方向的旋转拉动所述控制缆缩回所述至少一个可伸缩握把；沿相反的方向的旋转拉动所述缆将所述至少一个可伸缩握把移动到非缩回位置。

14.根据权利要求13所述的方向盘组件，其中，所述驱动机构使用一对马达和滚筒以及一对可伸缩握把，每个滚筒连接一条控制缆，其中滚筒的旋转将所述可伸缩握把水平地分开，而滚筒的反向旋转使得所述可伸缩握把水平地移动到一起。

15.根据权利要求13所述的方向盘组件，其中，控制缆连接到马达和带槽滚筒，所述带槽滚筒的旋转拉动所述缆将所述至少一个可伸缩握把关于枢轴向着竖直或垂直的手动驾驶位置移动，所述带槽滚筒的反向旋转拉动所述缆将所述至少一个可伸缩握把向着水平或自动驾驶收回位置移动。

16.根据权利要求13所述的方向盘组件，其中，所述驱动机构使用一对马达和滚筒，每个滚筒连接一条控制缆，并且其中，所述方向盘具有一对可枢转地连接在所述中心毂相对两端的可伸缩握把，其中所述一对滚筒沿相反的方向的旋转使得所述缆关于所述枢轴将所述握把拉到手动驾驶的非缩回位置，所述马达的反转使得所述缆关于所述枢轴将所述握把拉到自动驾驶的收回位置。

17.根据权利要求1所述的方向盘组件，其中，所述一条或多条控制缆是一个或多个扭缆致动器，所述驱动机构使得所述扭缆致动的旋转移动所述至少一个可伸缩握把。

18.根据权利要求17所述的方向盘组件，其中，所述至少一个可伸缩握把可枢转地连接在所述中心毂的相对两端，所述扭缆致动器的旋转将所述至少一个可伸缩握把枢转到水平手动驾驶位置，所述扭缆的反向旋转将所述握把移动到水平折叠的自动驾驶收回位置。

19.根据权利要求17所述的方向盘组件，其中，所述至少一个可伸缩握把可枢转地连接在所述中心毂的相对两端，所述扭缆致动器沿一个方向的致动使得所述缆旋转，所述至少一个可伸缩握把关于所述枢轴垂直地竖直移动到手动驾驶位置，向下的反向旋转将所述至少一个可伸缩握把枢转到降低的自动驾驶收回位置。

20.根据权利要求1所述的方向盘组件，其中，所述毂连接到转向柱，其中所述转向柱可向内移动，以将位于自动驾驶位置的所述方向盘缩回进自动驾驶车辆的仪表盘或仪表面板中或者缩回到所述仪表盘或仪表面板附近，所述转向柱还可向外移动，以将所述方向盘置于手动驾驶位置。

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