CN114312977A - 汽车转向系统及汽车 - Google Patents

Abstract

本发明属于汽车转向系统技术领域，特别是涉及一种汽车转向系统及汽车。该汽车转向系统包括方向盘、转向柱组件和转向器组件；第一传动轮、第二传动轮和芯轴同轴设置；第一传动轮和所述第二传动轮相对设置在主动轮与从动轮之间，且均与主动轮及从动轮啮合；第一轴的一端连接方向盘，第一轴的另一端连接主动轮；第二轴的一端连接从动轮，第二轴的另一端连接转向器组件；芯轴的一端固定连接第一传动轮，芯轴的另一端在同步控制组件的控制下与第二传动轮转动连接或固定连接。本发明中，该汽车转向系统机车实现解耦、耦合和游戏模拟的功能；另外，该汽车转向系统的结构简单、制造成本，且所需的汽车安装空间小、结构稳定性好。

Description

汽车转向系统及汽车

技术领域

本发明属于汽车转向系统技术领域，特别是涉及一种汽车转向系统及汽车。

背景技术

汽车转向系统是汽车行驶系统中的主要组成部分之一，汽车转向系统能够使汽车按照驾驶员的意愿来控制汽车的行驶方向。汽车转向系统可以根据转向能源的不同可以分为机械转向系统和动力转向系统；其中，机械转向系统是以驾驶员的体力为全部动力源，而动力转向系统可以结合驾驶员的体力以及液压力或电机转矩来控制汽车转向。目前，动力转向系统已被广泛的应用在汽车转向系统中。

现有技术中，部分汽车上可以通过额外安装游戏设备(比如游戏方向盘等游戏转向控制装置)的方式实现游戏模拟功能，也即，通过该额外安装的游戏设备玩游戏；而汽车本身的转向系统仅能用于实现汽车的转向，如此，当需要在汽车上玩游戏时，用户需要额外购买并安装游戏设备，增加了成本，并且，额外安装的游戏设备会占用汽车中的空间。

发明内容

本发明解决了现有技术中通过额外定制并安装游戏设备实现汽游戏模拟功能等技术问题，提供了一种汽车转向系统及汽车。

鉴于以上问题，本发明实施例提供的一种汽车转向系统，包括方向盘、转向柱组件以及转向器组件；

所述转向柱组件包括第一轴、第二轴、芯轴、主动轮、从动轮、第一传动轮、第二传动轮和同步控制组件；所述主动轮、所述从动轮、所述第一轴和所述第二轴同轴设置；所述第一传动轮、所述第二传动轮和所述芯轴同轴设置；所述第一传动轮和所述第二传动轮相对设置在所述主动轮与所述从动轮之间，且均与所述主动轮及所述从动轮啮合；

所述第一轴的一端连接所述方向盘，所述第一轴的另一端连接所述主动轮；所述第二轴的一端连接所述从动轮，所述第二轴的另一端连接所述转向器组件；

所述芯轴的一端固定连接所述第一传动轮，所述芯轴的另一端在所述同步控制组件的控制下与所述第二传动轮转动连接或固定连接。

可选地，所述同步控制组件包括套接在所述芯轴上的同步轮和连接所述同步轮的驱动件；

所述同步轮在所述驱动件的带动下沿所述芯轴滑动，以令所述同步轮与所述第二传动轮分离或连接，进而使得所述芯轴与所述第二传动轮转动连接或固定连接。

可选地，所述同步轮远离所述第一传动轮一侧间隔设置多个第一凸起；所述第二传动轮上间隔设置多个第二凸起；

所述驱动件带动所述同步轮沿所述芯轴的轴线滑动，以令所述第一凸起朝向靠近或远离所述第二凸起的方向移动，在所述第一凸起移动至与所述第二凸起抵接时，所述芯轴与所述第二传动轮固定连接。

可选地，所述转向柱组件还包括套接在所述芯轴上并与所述第二传动轮转动连接的连接齿轮；所述同步轮通过所述连接齿轮套接在所述芯轴上，所述连接齿轮上设有滑槽；所述滑槽的延伸方向与所述连接齿轮的轴向平行；所述同步轮上设有与所述滑槽适配的滑块，所述同步轮通过插入所述滑槽的滑块与所述连接齿轮滑动连接。

可选地，所述驱动件包括套接在所述芯轴上的弹性件以及套接在所述弹性件上的电磁线圈；所述转向柱组件还包括具有安装空间的壳体，所述弹性件的一端连接于所述壳体，所述弹性件的另一端抵接所述同步轮；

在所述电磁线圈通电时，所述同步轮在所述电磁线圈的吸力作用下沿所述芯轴朝向所述第一传动轮滑动，并压缩所述弹性件，以令所述同步轮与所述所述第二传动轮分离，进而使得所述芯轴与所述第二传动轮转动连接；

在所述电磁线圈断电时，被压缩的所述弹性件推动所述同步轮沿所述芯轴朝向所述第二传动轮滑动，以令所述同步轮与所述第二传动轮啮合，进而使得所述芯轴与所述第二传动轮固定连接。

可选地，所述转向柱组件还包括壳体、第三轴和扭杆，所述第一轴通过所述扭杆连接所述第三轴，所述第三轴连接所述方向盘；

所述转向柱组件还包括扭矩-转角传感器及转角传感器，所述扭矩-转角传感器连接在所述第三轴和所述第一轴之间，所述转角传感器连接在所述第二轴和所述壳体之间。

可选地，所述汽车转向系统还包括手感模拟控制器及与手感模拟控制器连接的手感模拟电机，所述手感模拟电机的输出轴与所述芯轴连接，所述手感模拟控制器连接所述扭矩-转角传感器以及所述转角传感器并用于控制所述手感模拟电机转动。

可选地，所述转向系统还包括电机及连接连接电机的控制器总成，所述电机输出端与所述转向器组件连接，所述控制器总成与所述扭矩-转角传感器以及所述转角传感器连接，并根据所述所述扭矩-转角传感器以及所述转角传感器控制所述电机转动。

可选地，所述第一轴远离所述主动轮的一端设有用于与所述扭杆远离所述第三轴的一端插接的第二内孔，所述第二内孔的内壁上设有转槽；所述扭杆远离所述第三轴的一端设有位于所述转槽中的凸块；

当所述第三轴带动所述扭杆在所述第二内孔中转动预设角度时，所述凸块与所述转槽的内壁抵接以带动所述第一轴转动。

可选地，所述第一传动轮上包括间隔设置的多个第一传动齿以及设置在多个所述第一传动齿之间的至少一个第一缺齿部；

所述第二传动轮包括间隔设置的多个第二传动齿以及设置在所述各第二传动齿之间的至少一个第二缺齿部；

所述主动轮包括间隔设置的多个第三传动齿以及至少一个并齿，所述并齿适于与所述第一缺齿部及所述第二缺齿部适配；

当所述主动轮沿第一方向转动至所述并齿与所述第一传动齿抵接时，所述主动轮被限制向第一方向转动；

当所述主动轮沿第二方向转动至所述并齿与所述第二传动齿抵接时，所述主动轮被限制向第二方向转动。本发明中，当所述同步控制组件控制所述第二传动轮与所述芯轴转动连接时，所述主动轮可带动所述第一传动轮和所述第二传动轮转动，而不能带动所述第二轴转动，也即不能实现汽车车轮转弯的功能，此时该汽车转向系统的处于解耦状态，可利用方向盘进行游戏。当所述同步控制组件控制所述第二传动轮与所述芯轴固定连接时，所述主动轮、所述第一传动轮、所述第二传动轮及从动轮之间形成一个没有相对运动的整体，此时该汽车转向系统的处于耦合状态，转动所述方向盘时能够实现汽车车轮转弯的功能。本发明中，该汽车转向系统在实现汽车正常转弯的功能下，还能实现游戏模拟功能，增加了汽车驾驶员的驾驶乐趣；另外，通过所述同步控制组件即可实现该汽车转向系统的解耦和耦合的功能，从而该汽车转向系统的结构简单、制造成本低，且所需的汽车安装空间小、结构稳定性好。

本发明另一实施例还提供了一种汽车，包括上述的汽车转向系统。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1为本发明一实施例提供的汽车转向系统的结构示意图；

图2为本发明一实施例提供的汽车转向系统的转向器组件的结构示意图；

图3为本发明一实施例提供的汽车转向系统的方向盘的结构示意图；

图4为本发明一实施例提供的汽车转向系统的转向柱组件的结构示意图；

图5为图4中A处的局部放大图；

图6为本发明一实施例提供的汽车转向系统的转向柱组件的局部结构示意图；

图7为本发明一实施例提供的汽车转向系统的转向柱组件的示意图；

图8为本发明一实施例提供的汽车转向系统的第二传动轮和从动轮的结构示意图；

图9为本发明一实施例提供的主动轮处于初始状态时，主动轮与第一传动轮的示意图；

图10为本发明一实施例提供的主动轮向右旋转180度时，主动轮与第一传动轮的示意图；

图11为本发明一实施例提供的主动轮向右旋转540度时，主动轮与第一传动轮的示意图；

图12为本发明一实施例提供的主动轮处于初始状态时，主动轮与第二传动轮的示意图；

图13为本发明一实施例提供的主动轮向左旋转180度时，主动轮与第二传动轮的示意图；

图14为本发明一实施例提供的主动轮向左旋转540度时，主动轮与第二传动轮的示意图。

说明书中的附图标记如下：

1、方向盘；11、骨架；12、发泡轮辐；2、转向柱组件；201、第一轴；202、第二轴；203、芯轴；204、主动轮；2041、并齿；2042、第三传动齿；205、从动轮；206、第一传动轮；2061、第一缺齿部；2062、第一传动齿；207、第二传动轮；2071、第二凸起；2072、第二缺齿部；2073、第二传动齿；208、同步控制组件；2081、同步轮；20811、第一凸起；2082、驱动件；20821、弹性件；20822、电磁线圈；209、壳体；2091、内壳体；2092、外壳体；2093、安装空间；2094、柱筒；20941、第一内孔；210、连接齿轮；2101、滑槽；211、第三轴；212、扭杆；213、万向节；214、扭矩-转角传感器；215、转角传感器；3、转向器组件；31、电机；32、输入轴；33、转向横拉杆；34、转向本体；4、手感模拟控制器；5、信号接插件。

具体实施方式

为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“中部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为本发明的限制。

如图1至图3所示，本发明一实施例提供的一种汽车转向系统，包括方向盘1、转向柱组件2以及转向器组件3；可以理解地，方向盘1包括发泡轮辐12以及连接发泡轮辐12的骨架11。

如图6所示，转向柱组件2包括第一轴201、第二轴202、芯轴203、主动轮204、从动轮205、第一传动轮206、第二传动轮207和同步控制组件208；主动轮204、从动轮205、第一轴201和第二轴202同轴设置；第一传动轮206、第二传动轮207和芯轴203同轴设置；第一传动轮206和第二传动轮207相对设置在主动轮204与从动轮205之间，且均与主动轮204及从动轮205啮合；具体地，主动轮204所在的轴线与第一传动轮206所在的轴线相交；在第一轴201的轴向上，主动轮204安装在第一传动轮206和第二传动轮207的上方，且在芯轴203的轴向上，主动轮204位于第一传动轮206和第二传动轮207之间；在第一轴201的轴向上，从动轮205安装在第一传动轮206和第二传动轮207的下方，且在芯轴203的轴向上，从动轮205位于第一传动轮206和第二传动轮207之间。

第一轴201的一端连接方向盘1，第一轴201的另一端连接主动轮204；第二轴202的一端连接从动轮205，第二轴202的另一端连接转向器组件3；可以理解地，方向盘1的转动，将通过第一轴201带动主动轮204转动，主动轮204的转动件通过第一传动轮206和第二传动轮207带动从动轮205转动，从动轮205的转动通过第二轴202带动转向器组件3运动，进而带动汽车车轮实现转向的功能。

芯轴203的一端固定连接第一传动轮206，芯轴203的另一端在同步控制组件208的控制下与第二传动轮207转动连接或固定连接。可以理解地，芯轴203远离第一传动轮206的一端可以通过轴承与第二传动轮207转动连接。

具体地，当接收解耦指令时，同步控制组件208控制第二传动轮207与芯轴203分离；从而第二传动轮207可绕芯轴203旋转，进而主动轮204能够带动第一传动轮206和第二传动轮207的转动，却不能带动从动轮205的转动(在解耦状态下，虽然第一传动轮206和第二传动轮207均与从动轮205啮合，但是第一传动轮206和第二传动轮207的转动并不带动从动轮205转动，比如，第一传动轮206和第二传动轮207可以沿从动轮205的周向转动)，此时汽车可进入游戏模式，也即方向盘1可用于模拟游戏中汽车等的转向。

当接收到耦合指令时，同步控制组件208控制第二传动轮207与芯轴203结合；此时，第二传动轮207固定连接在芯轴203上，而第一传动轮206也固定连接在芯轴203上，从而第一传动轮206、第二传动轮207以及芯轴203相对固定，进而使得主动轮204、第一传动轮206、第二传动轮207及从动轮205之间形成一个没有相对运动的整体，这样，转动方向盘1时能够实现汽车车轮转弯的功能。

进一步地，当所同步控制组件208控制第二传动轮207与芯轴203结合时，主动轮204相当于与第一传动轮206、第二传动轮207以及从动轮205固定连接，此时，第一轴201将直接带动第二轴202转动，从而实现汽车车轮的转向，相当于汽车方向盘1直至带动第二轴202转动，进而实现了汽车转弯的功能。

本发明中，当同步控制组件208控制第二传动轮207与芯轴203转动连接时，主动轮204可带动第一传动轮206和第二传动轮207转动，而不能带动第二轴202转动，也即不能实现汽车车轮转弯的功能，此时该汽车转向系统的处于解耦状态，可利用方向盘进行游戏。当同步控制组件208控制第二传动轮207与芯轴203固定连接时，主动轮204、第一传动轮206、第二传动轮207及从动轮205之间形成一个没有相对运动的整体，此时该汽车转向系统的处于耦合状态，转动方向盘1时能够实现汽车车轮转弯的功能。本发明中，该汽车转向系统在实现汽车正常转弯的功能下，还能实现游戏模拟功能，增加了汽车驾驶员的驾驶乐趣；另外，通过同步控制组件208即可实现该汽车转向系统的解耦和耦合的功能，从而该汽车转向系统的结构简单、制造成本低，且所需的汽车安装空间小、结构稳定性好。

在一实施例中，如图6所示，同步控制组件208包括套接在芯轴203上的同步轮2081和连接同步轮2081的驱动件2082；可以理解地，同步轮2081可以控制第二传动轮207与芯轴203固定连接，也可以控制第二传动轮207与芯轴203转动连接。

同步轮2081在驱动件2082的带动下沿芯轴203滑动，以令同步轮2081与第二传动轮207分离或连接，进而使得芯轴203与第二传动轮207转动连接或固定连接。可以理解地，在芯轴203的轴向上，同步轮2081可以沿芯轴203滑动；而在芯轴203的径向上，同步轮2081与芯轴203相对固定。

具体地，当接收到耦合指令时，驱动件2082控制同步轮2081沿芯轴203的轴向滑动，直至同步轮2081与第二传动轮207结合。当接收解耦指令时，驱动件2082控制同步轮2081沿芯轴203的轴向滑动，直至同步轮2081与第二传动轮207分离。本发明中，通过驱动件2082控制同步轮2081沿芯轴203滑动，即可实现第二传动轮207和芯轴203的连接或分离，进而实现了该汽车转向系统的耦合和解耦的功能，无需另外设置气体的传动件和动力件，从而降低了该汽车转向系统的制造成本，以及缩小了其在汽车上的安装空间。

在一实施例中，如图6所示，同步轮2081远离第一传动轮206一侧间隔设置多个第一凸起20811；第二传动轮207上间隔设置多个第二凸起207；可以理解地，第一凸起20811可以为设置在同步轮2081上的啮合齿，第二凸起1071可以为设置在第二传动轮内侧壁上的且与啮合齿啮合的内齿；且第一凸起20811和第二凸起2071也可以设置为内花键和外花键的配合等；进一步地，第一凸起20811和第二凸起的个数可以根据实际需求而设定。

驱动件带动同步轮沿芯轴滑动，以令第一凸起朝向靠近或远离第二凸起的方向移动，在第一凸起移动至与第二凸起抵接时，芯轴与第二传动轮固定连接。

驱动件2082带动同步轮2081沿芯轴203的轴线滑动，以令第一凸起20811朝向靠近或远离第二凸起2071的方向移动，在第一凸起20811移动至与第二凸起2071抵接时，芯轴203与第二传动轮207固定连接。相反地，在第一凸起20811移动至与第二凸起2071分离时，芯轴203与第二传动轮207转动连接。具体地，第一凸起20811插入相邻两个第二凸起2071之间的凹槽时，即可实现第一凸起20811和第二凸起2071的连接。本发明中，通过第一凸起20811和第二凸起2071的设计，即可实现同步轮2081与第二传动轮207的连接或分离，也即可实现该汽车转向系统的解耦和耦合的功能，该汽车转向系统的结构简单，安装方便，控制简单。

在一实施例中，如图6所示，转向柱组件2还包括套接在芯轴203上并与第二传动轮207转动连接的连接齿轮210；具体地，连接齿轮210与第二传动轮207通过轴承连接，连接齿轮210上设有滑槽2101；滑槽2101的延伸方向与连接齿轮210的轴向平行；同步轮2081上设有与滑槽2101适配的滑块(图未示)，同步轮2081通过插入滑槽2101的滑块与连接齿轮210滑动连接。滑槽2101可以根据实际需求沿连接齿轮210的周向设置为多个(例如，10个、12个、15个等)，且滑块的数量与滑槽2101的数量相等；而通过滑槽2101的设计，滑块可以沿芯轴203滑动。

本发明中，芯轴203与第二传动轮207的结合和分离，可以通过驱动件驱动同步轮2081沿滑槽2101滑动即可，无需设置其它的传动件，从而降低了该汽车转向系统的制造成本，缩小了其在汽车上的安装空间。

在一实施例中，如图6所示，驱动件2082包括套接在芯轴203上的弹性件20821，以及套接在弹性件20821上的电磁线圈20822；转向柱组件2还包括具有安装空间2093的壳体209，弹性件20822的一端连接于壳体209，弹性件20822的另一端抵接同步轮2081；可以理解地，弹性件20821远离第二传动件的一端固定安装在壳体209上，或者与壳体209抵接。进一步地，弹性件20821包括但不限于螺旋弹簧等。

在电磁线圈20822通电时，同步轮2081在电磁线圈20822的吸力作用下沿芯轴203朝向第一传动轮206滑动，并压缩弹性件20821，以令同步轮2081与第二传动轮207分离，进而使得芯轴203与第二传动轮207转动连接。当电磁线圈20822通电时，电磁线圈20822通过其磁力作用吸引同步轮2081沿滑槽2101滑动，直至同步轮2081与第二传动轮207分离(即第一凸起20811与第二凸起2071分离)，从而第一传动轮206和第二传动轮207可以实现相对转动，从而实现了该汽车转向系统的解耦功能，此时该汽车转向系统可进入游戏模式，进而通过方向盘1实现游戏模拟功能。

在电磁线圈20822断电时，被压缩的弹性件20821推动同步轮2081沿芯轴203朝向第二传动轮207滑动，以令同步轮81与第二传动轮207结合，进而使得芯轴203与第二传动轮207固定连接；具体地，当电磁线圈20822断电时，由于弹性件20821的弹力作用，同步轮2081被推至与传动轮结合(即第一凸起20811与第二凸起2071啮合)，从而第一传动轮206通过同步轮2081与安装在芯轴203上的连接齿轮210固定连接(沿芯轴203径向固定连接)，进而第一传动轮206、第二传动轮207以及芯轴203相对固定，从而实现了该汽车转向系统的耦合功能，此时转动方向盘1可实现汽车车轮的转弯功能。

本发明中，通过电磁线圈20822与弹性件20821的作用，即可实现该汽车转向系统的解耦和耦合功能；电磁线圈20822与弹性件20821的制造成本低、占用布置空间小、结构稳定信号，且只需要为电磁线圈20822单独一路提供电源；另外，当电磁线圈20822断电后，在弹性件20821的弹力作用下，同步轮2081保持与第二传动轮207结合的状态，主动轮204通过第一传动轮206和第二传动轮207机械式的带动从动轮205转动，从而可以有效地减低电池线圈的失电保护。

在一实施例中，如图4和图5所示，壳体209还包括内壳体2091和外壳体2092；安装空间2093设置在内壳体2091和外壳体2092之间(也即安装空间2093为内壳体2091和外壳体2092之间形成的环形安装空间)；芯轴203位于内壳体2091中，且其相对两端分别自内壳体2091伸出并连接第一传动轮206和第二传动轮207。具体地，主动轮204位于安装空间2093的上方，从动轮205位于安装空间2093的下方，第二传动轮207和第一传动轮206分别位于安装空间2093的左右两方。

在一实施例中，如图4和图5所示，转向柱组件还包括第三轴211和扭杆212，第一轴201通过扭杆212连接第三轴211，第三轴211连接方向盘1；具体地，外壳体2092上设有柱筒2094，柱筒2094上设有连通安装空间2093且用于容纳扭杆212、第三轴211和第一轴201的第一内孔20941；可以理解地，第三轴211的一端连接方向盘1，第三轴211的另一端插入第一内孔20941中，并连接扭杆212；当方向盘1转动时，通过第三轴211和扭杆212带动第一轴201转动，第一轴201的转动将带动主动轮204转动。本发明中，该汽车转向系统的结构紧凑、安装方便、转动灵敏。

转向柱组件2还包括扭矩-转角传感器214及转角传感器215，扭矩-转角传感器214连接在第三轴211和第一轴201之间，转角传感器215连接在第二轴202和壳体209之间。具体地，扭矩-转角传感器214安装在第一内孔20941内，且转角传感器215安装在第二轴202和内壳体2091之间。本发明中，通过扭矩-转角传感器214和转角传感器215检测到的转角信息和扭矩信息，再结合汽车上的手感模拟器、手感模拟电机等设备，即可实现方向盘1的手感模拟功能，从而提升了汽车的驾驶乐趣。

在一实施例中，该汽车转向系统还包括手感模拟控制器及与手感模拟控制器连接的手感模拟电机，手感模拟电机的输出轴与芯轴203连接，手感模拟控制器与扭矩-转角传感器214及转角传感器215连接且用于根据扭矩-转角传感器214及转角传感器215的信号控制手感模拟电机转动。

在一实施例中，该汽车转向系统还包括电机31及连接电机31的控制器总成，该电机31的输出端与转向器组件连接，控制器总成与扭矩-转角传感器214及转角传感器215连接且用于根据扭矩-转角传感器214及转角传感器215的信号控制电机转动。如此，可在解耦状态且汽车行驶过程中下实现线控转向及手感模拟功能，具体如下：

在解耦状态下，第二传动轮207可相对于芯轴203发生转动，当用户转动方向盘时，第三轴211与第一轴201之间形成角度差，从而使得扭矩-转角传感器214向控制器总成发送转向信号，控制器总成根据该转向信号控制电机31转动，由于电机31与转向器组件3连接，从而可以带动转向器组件3转动，以实现汽车转向功能。与此同时，转向器组件3的转动也会带动第二轴202的转动，第二轴202的转动会使得转角传感器215发出信号，扭矩-转角传感器214及转角传感器215发出的信号会同时传输到手感模拟控制器及控制器总成，控制器总成根据扭矩-转角传感器214及转角传感器215发出的信号控制汽车的转向，以实现转向功能。手感模拟控制器用于根据该扭矩-转角传感器214及转角传感器215发出的信号控制手感模拟电机转动，手感模拟电机的转动带动芯轴的转动，芯轴的转动会带动第一轴201的转动，第一轴201的转动会传输到方向盘1，以实现手感模拟功能。

当电机31及控制器总成失效时，电磁线圈20822的断电使汽车转向系统处于耦合状态，从而使得方向盘的转动能够通过第一轴201、主动轮204、从动轮205及转向器组件3实现汽车的转向。该汽车转向系统既可以在解耦状态下依靠电机31及控制器总成实现汽车的转向，若扭矩-转角传感器214及转角传感器215-控制器总成-电机31的信号传输路径失效，驾驶员仍然可以通过耦合状态下的机械传动实现汽车的转向，从而提高该转向系统的安全性。

可以理解地，手感模拟电机设置在内壳体2091中，该手感模拟电机可驱动芯轴203带动第一传动轮206和/或第二传动轮207的转动。本发明中，该汽车转向系统的结构简单，制造成本低。

本发明中，通过扭矩-转角传感器214和转角传感器215的设置，可以实现方向盘1的手感模拟功能。另外，将扭矩-转角传感器214和转角传感器215均安装在内壳体2091中，使得该汽车转向系统的结构更加紧凑，缩小了其在汽车上布置所需的布置空间。

在一实施例中，如图4和图5所示，转向柱组件2还包括在第二轴202和转向器组件3之间的万向节213；第三轴211的转动可以通过万向节213带动转向器组件3运动，从而实现了汽车转弯的功能。

在一实施例中，如图6所示，汽车转向系统还包括连接手感模拟控制器4的信号接插件5，信号接插件5连接扭矩-转角传感器214以及转角传感器215。可以理解地，将手感模拟控制器4集成在外壳体2092上，进一步提高了该汽车转向系统的集成度，降低了制造成本，缩小了其在汽车上布置所需的布置空间。

在一实施例中，如图4和图5所示，第一轴201远离主动轮204的一端设有用于与扭杆212远离第三轴211的一端插接的第二内孔(图未示)，第二内孔的内壁上设有转槽(图未示)；扭杆212远离第三轴211的一端设有位于转槽中凸块(图未示)；可以理解地，扭杆212的一端插入第二内孔中，且凸块位于转槽中，从而凸块将跟随扭杆212的转动在转槽中转动，当凸块与转槽的内壁抵接时，扭杆212的继续转动将带动第一轴201转动。

当第三轴211带动扭杆212在第二内孔中转动预设角度时，凸块与转槽的内壁抵接以带动第一轴201转动。可以理解地，预设角度包括但不限于±3°等。可以理解地，在第三轴211和扭杆212之间设置有转动间隙，从而方向盘1只有转动一定的角度之后，才能带动汽车车轮转弯，从而提高了汽车的安全性，避免了方向盘1被外界物质干扰而发生误转。

在一实施例中，如图2所示，转向器组件3包括输入轴32、转向本体34和连接汽车车轮的转向横拉杆33；电机31安装在转向本体34上；电机31用于驱动转向本体转动，输入轴32的一端连接第二轴202，输入轴32的另一端连接转向本体34；转向横拉杆33远离汽车车轮的一端连接转向本体34。可以理解地，输入轴32通过万向节213远与第二轴202连接；具体地，第二轴202的转动，将通过输入轴32传递至转向本体上，转向本体34再带动左右两个转向横拉杆33移动，转向横拉杆33的移动将带动汽车车轮发生转弯，进而实现了汽车转弯的功能；进一步地，电机31以及控制器总成可以辅助转向本体带动转向横拉杆33移动，从而实现了辅助方向盘1转动的功能，增加了汽车驾驶的乐趣。

进一步地，电机31上设有连接整车控制线束的通道电源接插件311和双通道CAN(Controller Area Network，控制器局域网络)接插件312；从而整车控制器可以通过控制器总成控制电机31带动转向横拉杆33的运动，进而实现了电动辅助汽车转动的效果。

综上，本发明的汽车转向系统可以实现解耦/耦合功能、手感模拟功能、转向助力功能3大基本功能，在此基础上还可以扩展车道保持、拥堵跟车辅助、变传动比、自动驾驶等高级功能。

作为优选，如图1所示，主动轮204、从动轮205、第一传动轮206以及第二传动轮207均为锥形齿轮，且主动轮204和从动轮205的朝向相反，第一传动轮206和第二传动轮207的朝向相反；本发明中，采用锥形齿轮相互啮合的设计，可以降低该汽车转向系统的安装空间，且保证了该汽车转向系统的传动稳定，结构稳定性好。

在一实施例中，汽车转向系统还包括安装在内壳体2091中且连接芯轴203的电机本体；电机本体可带动芯轴203转动，也即手感控制模拟器4可控制电机本体带动芯轴203转动，从而驱动主动轮204和方向盘1转动，实现了汽车的手感模拟功能。可以理解地，内壳体2091中也可以不安装电机本体，从而大大减小了该汽车转向系统的安装空间；此时，在汽车上需要增加EPS(Electric Power Steering，即电动助力转向系统)来实现手感模拟功能。

在一实施例中，该转向系统还包括用于限制方向盘过度转动的限位装置。具体请参见下文：

在一实施例中，如图8至图14所示，主动轮204上设有至少一个并齿2041，第一传动轮206上设有至少一个第一缺齿部2061(图未示)，第二传动轮207上设有至少一个第二缺齿部2072；可以理解地，在该汽车转向系统处于解耦状态下时，若主动轮204与第一传动轮206以及第二传动轮207相对静止，并齿2041与第一缺齿部2061或第二缺齿部2072啮合，在主动轮204旋转一定角度后，并齿2041旋转至与第一传动齿2062或第二传动齿2073相对抵接，以实现从动轮旋转限位功能。

在一具体实施例中，第一传动轮206上包括间隔设置的多个第一传动齿2062以及设置在多个第一传动齿2062之间的至少一个第一缺齿部2061；可以理解地，第一传动轮206上的多个第一传动齿2062之间的间隔距离原本均等，第一缺齿部2061可以为均匀间隔设置的多个第一传动齿2062中缺失其中一个或一个以上的第一传动齿2062后形成；而第一缺齿部2061的数量也可以根据实际需求设置为一个或多个(一个、两个、或两个以上)，且多个第一缺齿部2061在第一传动轮206上的位置也可以根据实际需求而设定。

第二传动轮207包括间隔设置的多个第二传动齿2073以及设置在各第二传动齿2073之间的至少一个第二缺齿部2072；可以理解地，第二传动轮207上的多个第二传动齿2073之间的间隔距离原本均等，第二缺齿部2072可以为均匀间隔设置的多个第二传动齿2073中缺失其中一个或一个以上的第二传动齿2073后形成；而第一缺齿部2061的数量也可以根据实际需求设置为一个或多个(一个、两个、或两个以上)，且多个第二缺齿部2072在第二传动齿2073上的位置也可以根据实际需求而设定。可理解地，未设置缺齿部时，第一传动轮上的第一传动齿2062的齿数和第二传动轮的第二传动齿2073的齿数相等。

主动轮204包括间隔设置的多个第三传动齿2042以及与第一缺齿部2061以及第二缺齿部2072均适配的至少一个并齿2041；可以理解地，主动轮204上的多个第三传动齿2042之间的间隔距离原本均等，并齿2041可以是均匀间隔设置的多个第三传动齿2042中的其中相邻的两个或两个以上的第三传动齿2042合并为一体之后形成；进一步地，可以根据实际需求在主动轮204上设置一个或多个并齿2041，且多个并齿2041在主动轮204中的位置可以根据实际需求而设定。进一步地，从动轮205上均匀间隔设置有多个第四传动齿。可理解地，未设置缺齿部和并齿时，第一传动轮206上的第一传动齿2062的齿数和主动轮204上的第三传动齿2042的齿数并不相等。

如图11所示，当主动轮204沿第一方向转动至并齿2041与第一传动齿2062抵接时，主动轮204被限制向第一方向转动；可以理解地，第一方向可以为汽车方向盘左转的方向或右转的方向。

如图14所示，当主动轮204沿第二方向转动至并齿2041与第二传动齿2073抵接时，主动轮204被限制向第二方向转动。可以理解地，第二方向可以为汽车方向盘左转的方向或右转的方向。

具体地，当该汽车转向系统处于解耦状态下时，主动轮204向左或向右旋转一定角度后，并齿2041旋转至与第一传动齿2062或第二传动齿2073相对抵接(此时，第一传动齿2062或第二传动齿2073无法卡入并齿2041并与其啮合，而是与其抵接；由于在未设置缺齿部和并齿2041时，第一传动轮206上的第一传动齿2062的齿数和主动轮204的第三传动齿2042的齿数并不相等，因此，只要主动轮204与第一传动轮206以及第二传动轮207持续相对旋转，一定会最终旋转至并齿2041与第一传动齿2062或第二传动齿2073相对抵接的状态)，此时，主动轮204不能再带动第一传动轮206或第二传动轮207转动，即实现了该汽车转向系统左右转向时的限位功能。

可理解地，当该汽车转向系统处于解耦状态下时，汽车可进入游戏模式，且方向盘1可用于模拟游戏中汽车等的转向，并且通过第一缺齿部2061、第二缺齿部2072、以及并齿2041的设计，即可实现汽车方向盘向左转和向右转的限位功能，防止方向盘过度转动对方向盘或者转向系统中的其他部件造成的损坏。而若需要通过方向盘实现汽车正常的行驶的转弯功能，首先需要令该汽车转向系统处于耦合状态下，即第一轴201需要直接带动第二轴202转动来实现汽车车轮的转向，相当于汽车方向盘1直接带动第二轴202转动，进而实现汽车转弯的功能(此时电机及控制器总成处于失效状态下)。

在一具体实施例中，如图9和图12所示，当主动轮处于初始位置时，并齿2041处于第一缺齿部2061或第二缺齿部2072的对面。

当向左开始转动方向盘1时(主动齿轮204向左转动)，初始状态如图9所示，第二传动齿2073与第三传动齿2042啮合；如图10所示，当主动齿轮204向左旋转180度时，并齿2041与第二缺齿部2072啮合，由于此时为并齿2041与缺齿部(也即第一缺齿部2061)的啮合，故主动轮204依然可以带动第二传动轮207向左旋转；如图11所示，当主动轮204向左旋转至540度时，并齿2041与第二传动轮207上的第二传动齿2073抵接(也即并齿2041与第二缺齿部2072相邻的第二传动齿2073抵接)，由于此时抵接的两个齿均为实齿，从而可以限制主动轮204继续向左转动，也即可限制方向盘1向左转动。

当向右开始转动方向盘1时(主动齿轮204向右转动)，初始状态如图12所示，第一传动齿2062与第三传动齿2042啮合；如图13所示，当主动齿轮204向右旋转180度时，并齿2041与第一缺齿部2061啮合，由于此时为并齿与缺齿部(也即第一缺齿部2061)的啮合，故主动轮204依然可以带动第一传动轮206向右旋转；如图14所示，当主动轮204向右旋转至540度时，并齿2041与第一传动轮206上的第一传动齿2062抵接(也即并齿2041与第一缺齿部2061相邻的第一传动齿2062啮合)，由于此时抵接的两个齿均为实齿，从而可以限制主动轮204继续向右转动，也即可限制方向盘1向右转动。在本实施例中，该汽车转向系统汽车方向盘的左右转的限位行程为±1.5圈，可理解地，根据缺齿部和并齿2051设定的数量和位置的不同，限位行程的圈数也可以随之改变。

本发明另一实施例还提供了一种汽车，包括上述的汽车转向系统。

以上仅为本发明较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种汽车转向系统，其特征在于，包括方向盘、转向柱组件以及转向器组件；

所述转向柱组件包括第一轴、第二轴、芯轴、主动轮、从动轮、第一传动轮、第二传动轮和同步控制组件；所述主动轮、所述从动轮、所述第一轴和所述第二轴同轴设置；所述第一传动轮、所述第二传动轮和所述芯轴同轴设置；所述第一传动轮和所述第二传动轮相对设置在所述主动轮与所述从动轮之间，且均与所述主动轮及所述从动轮啮合；

所述第一轴的一端连接所述方向盘，所述第一轴的另一端连接所述主动轮；所述第二轴的一端连接所述从动轮，所述第二轴的另一端连接所述转向器组件；

所述芯轴的一端固定连接所述第一传动轮，所述芯轴的另一端在所述同步控制组件的控制下与所述第二传动轮转动连接或固定连接。

2.根据权利要求1所述的汽车转向系统，其特征在于，所述同步控制组件包括套接在所述芯轴上的同步轮和连接所述同步轮的驱动件；

所述同步轮在所述驱动件的带动下沿所述芯轴滑动，以令所述同步轮与所述第二传动轮分离或连接，进而使得所述芯轴与所述第二传动轮转动连接或固定连接。

3.根据权利要求2所述的汽车转向系统，其特征在于，

所述同步轮远离所述第一传动轮一侧间隔设置多个第一凸起；所述第二传动轮上间隔设置多个第二凸起；

所述驱动件带动所述同步轮沿所述芯轴的轴线滑动，以令所述第一凸起朝向靠近或远离所述第二凸起的方向移动，在所述第一凸起移动至与所述第二凸起抵接时，所述芯轴与所述第二传动轮固定连接。

4.根据权利要求2所述的汽车转向系统，其特征在于，所述转向柱组件还包括套接在所述芯轴上并与所述第二传动轮转动连接的连接齿轮；所述同步轮通过所述连接齿轮套接在所述芯轴上，所述连接齿轮上设有滑槽；所述滑槽的延伸方向与所述连接齿轮的轴向平行；所述同步轮上设有与所述滑槽适配的滑块，所述同步轮通过插入所述滑槽的滑块与所述连接齿轮滑动连接。

5.根据权利要求2所述的汽车转向系统，其特征在于，所述驱动件包括套接在所述芯轴上的弹性件以及套接在所述弹性件上的电磁线圈；所述转向柱组件还包括具有安装空间的壳体，所述弹性件的一端连接于所述壳体，所述弹性件的另一端抵接所述同步轮；

在所述电磁线圈通电时，所述同步轮在所述电磁线圈的吸力作用下沿所述芯轴朝向所述第一传动轮滑动，并压缩所述弹性件，以令所述同步轮与所述所述第二传动轮分离，进而使得所述芯轴与所述第二传动轮转动连接；

在所述电磁线圈断电时，被压缩的所述弹性件推动所述同步轮沿所述芯轴朝向所述第二传动轮滑动，以令所述同步轮与所述第二传动轮啮合，进而使得所述芯轴与所述第二传动轮固定连接。

6.根据权利要求1所述的汽车转向系统，其特征在于，所述转向柱组件还包括壳体、第三轴和扭杆，所述第一轴通过所述扭杆连接所述第三轴，所述第三轴连接所述方向盘；

所述转向柱组件还包括扭矩-转角传感器及转角传感器，所述扭矩-转角传感器连接在所述第三轴和所述第一轴之间，所述转角传感器连接在所述第二轴和所述壳体之间。

7.根据权利要求6所述的汽车转向系统，其特征在于，所述汽车转向系统还包括手感模拟控制器及与手感模拟控制器连接的手感模拟电机，所述手感模拟电机的输出轴与所述芯轴连接，所述手感模拟控制器连接所述扭矩-转角传感器以及所述转角传感器并用于控制所述手感模拟电机转动。

8.根据权利要求6所述的汽车转向系统，其特征在于，所述转向系统还包括电机及连接连接电机的控制器总成，所述电机输出端与所述转向器组件连接，所述控制器总成与所述扭矩-转角传感器以及所述转角传感器连接，并根据所述所述扭矩-转角传感器以及所述转角传感器控制所述电机转动。

9.根据权利要求6所述的汽车转向系统，其特征在于，所述第一轴远离所述主动轮的一端设有用于与所述扭杆远离所述第三轴的一端插接的第二内孔，所述第二内孔的内壁上设有转槽；所述扭杆远离所述第三轴的一端设有位于所述转槽中的凸块；

当所述第三轴带动所述扭杆在所述第二内孔中转动预设角度时，所述凸块与所述转槽的内壁抵接以带动所述第一轴转动。

10.根据权利要求1所述的汽车转向系统，其特征在于，所述第一传动轮上包括间隔设置的多个第一传动齿以及设置在多个所述第一传动齿之间的至少一个第一缺齿部；

所述第二传动轮包括间隔设置的多个第二传动齿以及设置在所述各第二传动齿之间的至少一个第二缺齿部；

所述主动轮包括间隔设置的多个第三传动齿以及至少一个并齿，所述并齿适于与所述第一缺齿部及所述第二缺齿部适配；

当所述主动轮沿第一方向转动至所述并齿与所述第一传动齿抵接时，所述主动轮被限制向第一方向转动；

当所述主动轮沿第二方向转动至所述并齿与所述第二传动齿抵接时，所述主动轮被限制向第二方向转动。

11.一种汽车，其特征在于，包括权利要求1至10任意一项所述的汽车转向系统。

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