CN116990970B - 反射镜锁止结构、反射镜传动系统及抬头显示器 - Google Patents
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Abstract
本公开涉及一种反射镜锁止结构、反射镜传动系统及抬头显示器。反射镜锁止结构包括止转齿轮、压盘与锁止盘。其中，止转齿轮设于主反射镜转轴的延伸端，并与转轴同轴；压盘套设于转轴，且固定连接于抬头显示器的壳体；锁止盘套设于转轴，且位于压盘与止转齿轮之间。锁止盘包括衔铁以及用于与止转齿轮相配合的锁止齿轮，衔铁与锁止齿轮沿远离主反射镜的方向依次设置，且锁止齿轮与衔铁固定连接。压盘与衔铁间设有弹簧，弹簧用于在自由状态下推动锁止盘向远离压盘的方向移动，以使锁止齿轮与止转齿轮啮合；压盘内设有电磁感应装置，用于在通电时吸引衔铁，以使锁止盘向靠近压盘的方向移动。本公开的反射镜锁止结构能够改善图像抖动的问题。
Description
技术领域
本公开涉及抬头显示器技术领域，具体而言，涉及一种反射镜锁止结构、反射镜传动系统及抬头显示器。
背景技术
抬头显示器(Head Up Display)，又称平视显示系统，简称HUD。其原理是通过设计的光路将时速、导航等重要的行车信息投射成像于挡风玻璃的适宜位置或其他成像屏上以供驾驶员观看。避免了驾驶员低头观看仪表、导航仪或其他驾驶辅助设备的显示信息而引起的安全隐患，减少了引起交通事故的可能性，增加了行车安全性。
为了适应观察者不同眼盒位置，抬头显示器通常设有可以对主反射镜的角度进行调节的反射镜传动系统。然而，反射镜传动系统的传动间隙难以避免，在行驶过程中，主反射镜容易发生抖动，尤其在车辆颠簸时，主反射镜抖动导致的图像抖动会影响抬头显示器的使用体验，甚至可能引发安全问题。
需要说明的是，在上述背景技术部分公开的信息仅用于加强对本公开的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。
发明内容
本公开的目的在于提供一种反射镜锁止结构、反射镜传动系统及抬头显示器，能够改善抬头显示器主反射镜抖动的问题。
根据本公开的第一个方面，提供一种反射镜锁止结构，用于锁定抬头显示器内主反射镜的旋转，主反射镜通过设于主反射镜侧部的转轴转动安装于抬头显示器壳体内；反射镜锁止结构包括：
止转齿轮，设于转轴的延伸端，并与转轴同轴；
压盘，套设于转轴，且固定连接于抬头显示器的壳体；
锁止盘，套设于转轴，且位于压盘与止转齿轮之间，锁止盘包括衔铁以及用于与止转齿轮相配合的锁止齿轮，衔铁与锁止齿轮沿远离主反射镜的方向依次设置，且锁止齿轮与衔铁固定连接；
其中，压盘与衔铁间设有弹簧，弹簧用于在自由状态下推动锁止盘向远离压盘的方向移动，以使锁止齿轮与止转齿轮啮合；压盘内设有电磁感应装置，用于在通电时吸引衔铁，以使锁止盘向靠近压盘的方向移动。
在本公开的一种示例性实施方式中，
压盘靠近锁止盘的一侧设有定位孔，弹簧安装于定位孔内，弹簧在自由状态下伸出压盘靠近锁止盘的一侧表面；
压盘靠近锁止盘的一侧还设有沉孔，衔铁远离锁止齿轮的一侧设有第一轴颈，第一轴颈穿设于沉孔内；
压盘远离锁止盘的一侧设有第二轴颈，电磁感应装置为电磁线圈，电磁线圈套设于第二轴颈。
在本公开的一种示例性实施方式中，
电磁线圈的输入电流I与匝数W满足
其中，μ0为空气磁导率，μ0＝0.4π×10-8，S为第一轴颈磁化面积，d为第一轴颈的直径；
δ为第一轴颈的外圆柱面与沉孔的内圆柱面的径向间隙；
α为修正系数，3≤α≤5；
m为主反射镜、转轴与反射镜锁止结构的整体重量；
K为安全系数，K≥1.2。
在本公开的一种示例性实施方式中，
第一轴颈的外圆柱面与沉孔的内圆柱面的径向间隙δ不大于0.2mm。
在本公开的一种示例性实施方式中，
衔铁上设有贯通衔铁的第一销孔，压盘靠近锁止盘的一侧设有第二销孔，衔铁与压盘通过穿入第一销孔与第二销孔的定位销连接，定位销与压盘过盈配合，定位销与衔铁间隙配合。
在本公开的一种示例性实施方式中，
止转齿轮为内齿轮，锁止齿轮为外齿轮，止转齿轮与锁止齿轮同轴，且止转齿轮与锁止齿轮的传动比为1。
根据本公开的另一个方面，提供一种反射镜传动系统，包括：
上述任意一项的反射镜锁止结构；
驱动电机，设于止转齿轮远离锁止盘的一侧，驱动电机具有电机轴；
电机支架，设于驱动电机靠近止转齿轮的一侧，驱动电机固定于电机支架，电机轴朝向主反射镜的方向延伸，电机支架固定于抬头显示器的壳体；
驱动齿轮，套设于电机轴的轴端，驱动齿轮为外齿轮，驱动齿轮在止转齿轮内，并与止转齿轮传动连接。
在本公开的一种示例性实施方式中，电机支架安装有驱动电机的对侧设有销轴，销轴上套设有辅助齿轮，辅助齿轮为外齿轮，且在止转齿轮内，辅助齿轮与止转齿轮传动连接。
在本公开的一种示例性实施方式中，
电机轴与转轴共线，辅助齿轮还与驱动齿轮相啮合。
在本公开的一种示例性实施方式中，
电机轴与转轴平行，且电机轴与转轴不共线地设置；
电机支架安装有驱动电机的对侧设有两个销轴，两个销轴上分别套设有一辅助齿轮，两个辅助齿轮相互分离，且驱动齿轮在两个辅助齿轮的轴心的连线以外。
在本公开的一种示例性实施方式中，
电机支架安装有驱动电机的对侧还设有导向轴，导向轴位于驱动齿轮与两个辅助齿轮之间，止转齿轮靠近电机支架的一侧设有导向孔，导向轴支撑于导向孔内。
在本公开的一种示例性实施方式中，
止转齿轮包括止转齿部与从动齿部，止转齿部设于止转齿轮靠近主反射镜的一侧，从动齿部设于止转齿轮远离主反射镜的一侧；
锁止齿轮远离衔铁的一端设有导向齿形。
根据本公开的一个方面，提供一种反射镜传动系统，包括：
上述任意一项的反射镜锁止结构，
驱动电机，设于止转齿轮远离锁止盘的一侧，驱动电机具有电机轴；
电机支架，设于驱动电机靠近止转齿轮的一侧，驱动电机固定于电机支架，电机轴穿过电机支架上的电机安装孔，并朝向主反射镜的方向延伸，电机支架固定于抬头显示器的壳体；
驱动齿轮，设于电机轴的轴端，并与止转齿轮传动连接。
根据本公开的再一个方面，提供一种抬头显示器，包括：
光机模块；
主反射镜，用于反射光机模块的图像光线；
壳体，光机模块安装于壳体内，主反射镜通过设于主反射镜侧部的转轴转动安装于壳体；
上述任意一项的反射镜传动系统，反射镜传动系统设于任一转轴所在的一侧。
在本公开的一种示例性实施方式中，主反射镜包括本体与背板，本体固定于背板，且本体背离背板的表面为反射面，背板的相对两侧分别设有第一转轴与第二转轴；
抬头显示器还包括第一支座、第二支座与电机保护壳，第一支座与第二支座均固定于壳体内，第一转轴支撑于第一支座，反射镜传动系统设于第二转轴所在的一侧，第二转轴支撑于第二支座，电机支架固定于壳体外侧，电机保护壳扣合于壳体外侧，以使驱动电机在电机保护壳之内。
本公开的反射镜锁止结构、反射镜传动系统以及抬头显示器，在主反射镜转轴的末端设有止转齿轮，当电磁感应装置通电时，可以吸引锁止盘克服弹簧的弹力向靠近压盘的方向移动，锁止齿轮与止转齿轮相分离，从而主反射镜转轴可以转动；当电磁感应装置未通电时，锁止盘在弹簧的弹性力作用下与压盘相分离，锁止齿轮向远离压盘的方向移动以进入与止转齿轮的啮合位置，由于压盘固定连接于抬头显示器的壳体，因此锁止齿轮能够增加止转齿轮转动的阻尼，从而抑制主反射镜的转动，改善主反射镜的抖动。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
为了更好地理解本公开，可参考在下面的附图中示出的实施例。在附图中的部件未必是按比例的，并且相关的元件可能省略，以便强调和清楚地说明本公开的技术特征。另外，相关要素或部件可以有如本领域中已知的不同的设置。此外，在附图中，同样的附图标记在各个附图中表示相同或类似的部件。其中：
图1为抬头显示器出光光路的示意图；
图2为本公开抬头显示器的一种示例性实施方式的示意图；
图3为本公开反射镜锁止结构的一种示例性实施方式的示意图；
图4为本公开反射镜锁止结构的一种示例性实施方式中锁止盘的示意图；
图5为本公开反射镜锁止结构的一种示例性实施方式中锁止盘的示意图；
图6为本公开反射镜锁止结构的一种示例性实施方式的示意图；
图7为本公开反射镜锁止结构的一种示例性实施方式中转轴的示意图；
图8为图7所示的反射镜锁止结构中转轴的A-A截面剖切示意图；
图9为本公开反射镜传动系统的一种示例性实施方式的示意图；
图10为本公开反射镜传动系统的一种示例性实施方式中电机支架的示意图；
图11为本公开反射镜传动系统的一种示例性实施方式中电机支架的示意图；
图12为本公开反射镜传动系统的一种示例性实施方式中驱动电机的示意图；
图13为图12所示的反射镜传动系统中导向轴的B-B截面剖切示意图；
图14为本公开反射镜传动系统的一种示例性实施方式的示意图；
图15为本公开反射镜传动系统的一种示例性实施方式的总装示意图。
附图标记说明如下：
1000、壳体；1001、第一支座；1002、第二支座；101、主反射镜；102、副反射镜；103、光机模块；104、风挡玻璃；11、转轴；111、第一转轴；112、第二转轴；12、本体；13、背板；2、驱动电机；21、驱动齿轮；22、电机轴；23、辅助齿轮；3、止转齿轮；31、止转齿部；32、从动齿部；33、导向孔；4、压盘；41、第二轴颈；42、电磁线圈；43、第二销孔；5、锁止盘；51、衔铁；511、第一轴颈；512、第一销孔；52、锁止齿轮；53、弹簧；6、电机支架；61、销轴；62、导向轴；7、限位板；8、电机保护壳。
具体实施方式
下面将结合本公开示例实施例中的附图，对本公开示例实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。本文中的描述的示例实施例仅仅是用于说明的目的，而并非用于限制本公开的保护范围，因此应当理解，在不脱离本公开的保护范围的情况下，可以对示例实施例进行各种修改和改变。
除非另有规定或说明，术语“连接”、“固定”等均应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本公开中的具体含义。
进一步地，本公开的描述中，需要理解的是，本公开的示例性实施例中所描述的“上”、“下”、“内部”、“外侧”等方位词仅出于方便，根据抬头显示器实际工作时的位置和状态进行描述，或是根据附图所示的角度来进行描述，不应理解为对本公开的示例实施例的限定。本领域技术人员可以知晓的是，将本公开示例性实施例中的结构进行旋转变换或更换观察的方向与视角后，“上”也可能变为“下”或“左”、“右”，这种变化不会对本领域的技术人员的理解造成障碍。
此外，用语“第一”和“第二”等仅作为标记使用，不是对其对象的数量限制。
目前，抬头显示器广泛应用于各种类型的交通工具上，在本公开的示例性描述中，仅以车载场景为例进行说明，本领域技术人员应当理解的是，本公开示例性实施方式的抬头显示器也可以应用于例如环卫车、消防车、军用车辆上，当然，也可应用于船舶、航空等领域。
为了便于对本公开技术方案的理解，首先对现有技术中的一种抬头显示器进行示例性说明：
在车载抬头显示领域，通常采用风挡式抬头显示器，其可以安装于汽车仪表面板下侧，通过光学镜面反射原理使驾驶员通过风挡玻璃104看到整车信息，提升了驾驶的安全性。
抬头显示器通常可以包括壳体1000、光机模块103、反射镜组以及防尘盖板。壳体1000内形成容纳腔，壳体1000顶部具有与容纳腔连通的出光口，防尘盖板扣合在出光口处，抬头显示器的光学器件以及集成电路均可容纳在容纳腔内。
光机模块103可以安装在壳体1000底部，光机模块103可以包括TFT-LCD(ThinFilm Transistor Liquid Crystal Display,薄膜晶体管液晶显示器)，或者也可以采用硅基液晶(Liquid Crystal on Silicon,LCoS)投影机，或采用基于LED的DLP(Digital LightProcessing,数字光处理)投影显示技术作为抬头显示器的图像源。反射镜组可以包括多个凸面反射镜、凹面反射镜或平面反射镜，反射镜组的各反射镜之间彼此成一定角度布置，光机模块103发射的图像光线入射反射镜组，并经过反射镜组从透光的防尘盖板出射至风挡玻璃104，再反射至人眼，使得驾乘人员可以在风挡玻璃104上观察到虚像。
例如，参考图1所示，给出了一种常见的风挡式抬头显示器安装于汽车上时的工作原理的示意图。抬头显示器安装于壳体1000内，抬头显示器的壳体1000安装于车内。反射镜组包括主反射镜101与副反射镜102，主反射镜101与副反射镜102相对地设置于容纳腔内。光机模块103用于生成包含有图像信息的图像光线，并依次经过副反射镜102以及主反射镜101的反射，投射至汽车的风挡玻璃104上。在风挡玻璃104上的光线再反射至驾驶员的眼睛处，由于人眼观察到的光线是发散的光束，光线的焦距在人眼前方，因此在驾驶员的眼中形成虚像。上述图像信息包括但不限于是时速、导航、油耗、行驶里程等。
由于驾乘人员的身高、姿势不同，可能导致观察的范围不同。为调节成像的清晰度，现有技术中的抬头显示器通常具有可绕沿自身长度方向的转轴11旋转的主反射镜101。根据观察者眼盒位置，使主反射镜101处于不同的工作位置，可以改变成像的光路，在对应的眼盒范围内成像。
为了驱动主反射镜101绕转轴11旋转，抬头显示器内通常设有反射镜传动系统。例如，主反射镜101可以包括本体12与背板13，本体12固定于背板13，且本体12背离背板13的表面为反射面。转轴11可以设于背板13的一侧或相对两侧，例如，背板13的相对两侧分别设有第一转轴111与第二转轴112。反射镜传动系统可以包括驱动电机2，用于驱动主反射镜101绕转轴11旋转。在一种示例性实施方式中，反射镜传动系统还包括蜗杆，驱动电机2用于驱动蜗杆转动，主反射镜101的非光学表面上可以设有传动座，例如传动座可以设于背板13的背离本体12的背部，通过销钉、螺栓等方式固定于背板13。传动座远离主反射镜101的一侧设有蜗轮面，传动座通过蜗轮面与蜗杆啮合，蜗杆为主动件，传动座为从动件，可以获得较大的减速比。当驱动电机2启动时，蜗杆带动传动座摆动，从而使主反射镜101实现翻转。
然而，反射镜传动系统的传动间隙难以避免，在行驶过程中，主反射镜101容易发生抖动，影响成像质量。为了限制反射镜传动系统的传动间隙，在相关技术中，可以在驱动电机2以及蜗杆底部或侧面设置金属弹片、弹簧53等弹性压紧机构，使传动座与蜗杆保持压紧，可以对主反射镜101的抖动起到一定的抑制作用。然而，由于金属弹片、弹簧53等弹性压紧机构始终向传动座或蜗杆施加载荷，会导致反射镜传动系统的阻力增大，传动负载增大，从而导致驱动电机2的扭矩需求增大，驱动电机2体积变大，成本提高，并可能导致噪声增大、反射镜传动系统磨损速度快等问题。而且，这种方式对主反射镜101的抖动的抑制效果有限，在车辆通过剧烈颠簸路面时，依然会发生抖动现象。
针对上述问题，本公开提供一种反射镜锁止结构、一种反射镜传动系统以及一种抬头显示器，可以锁定抬头显示器内主反射镜101的旋转，从而可以抑制主反射镜101的抖动。反射镜锁止结构、反射镜传动系统以及抬头显示器的结构请参考图2至图15。
首先，结合附图2至图6对本公开提供的反射镜锁止结构进行详细说明。反射镜锁止结构包括止转齿轮3、压盘4与锁止盘5。其中，止转齿轮3设于主反射镜101转轴11的延伸端，并与转轴11同轴；压盘4套设于转轴11，且固定连接于抬头显示器的壳体1000；锁止盘5套设于转轴11，且位于压盘4与止转齿轮3之间。锁止盘5包括衔铁51以及用于与止转齿轮3相配合的锁止齿轮52，衔铁51与锁止齿轮52沿远离主反射镜101的方向依次设置，且锁止齿轮52与衔铁51固定连接，如图5所示。其中，压盘4与衔铁51间设有弹簧53，弹簧53用于在自由状态下推动锁止盘5向远离压盘4的方向移动，以使锁止齿轮52与止转齿轮3啮合；压盘4内设有电磁感应装置，用于在通电时吸引衔铁51，以使锁止盘5向靠近压盘4的方向移动。
本公开的反射镜锁止结构，在主反射镜101转轴11的末端设有止转齿轮3，当电磁感应装置通电时，可以吸引锁止盘5克服弹簧53的弹力向靠近压盘4的方向移动，锁止齿轮52与止转齿轮3相分离，从而主反射镜101转轴11可以转动；当电磁感应装置未通电时，锁止盘5在弹簧53的弹性力作用下与压盘4相分离，锁止齿轮52向远离压盘4的方向移动以进入与止转齿轮3的啮合位置，由于压盘4固定连接于抬头显示器的壳体1000，因此锁止齿轮52能够增加止转齿轮3转动的阻尼，从而抑制主反射镜101的转动，改善主反射镜101的抖动。
本公开的反射镜锁止结构与在反射镜传动系统内设置弹性压紧机构相比，当锁止齿轮52与止转齿轮3相分离时，不对主反射镜101的转轴11施加阻尼，使转轴11可以自由转动，因而可以不采用高扭矩的驱动电机2，有利于实现反射镜传动系统的小型化，并节约成本，降低噪声，延长反射镜传动系统的寿命。而当锁止齿轮52与止转齿轮3进入啮合状态后，锁止齿轮52可以卡死止转齿轮3，从而使主反射镜101在受到冲击与颠簸时依然保持与壳体1000的相对静止。
主反射镜101转轴11的末端设有止转齿轮3，参考图2及图3所示，转轴11与止转齿轮3可以是一体化结构，或者，转轴11与止转齿轮3固定连接。止转齿轮3与锁止齿轮52可以相互配合，即，止转齿轮3与锁止齿轮52满足啮合条件。具体的，止转齿轮3与锁止齿轮52可以为外啮合，或者也可以为内啮合。例如，止转齿轮3与锁止齿轮52均可以为外齿轮，止转齿轮3为内齿轮，锁止齿轮52为外齿轮；或者，止转齿轮3为外齿轮，锁止齿轮52为内齿轮。在本公开的一种示例性实施方式中，参考图3及图6所示，止转齿轮3为内齿轮，锁止齿轮52为外齿轮，且止转齿轮3与锁止齿轮52同轴，齿数相等，传动比为1。当锁止齿轮52与止转齿轮3进入啮合后，所有齿均处于啮合状态，有利于限制止转齿轮3的转动，且有利于锁止齿轮52与止转齿轮3的均匀受载，防止偏载。
反射镜锁止结构可以设于主反射镜101任一转轴11所在的一侧。例如，参考图2所示，主反射镜101的相对两侧分别设有第一转轴111与第二转轴112，反射镜锁止结构设于第二转轴112所在的一侧。压盘4固定连接于抬头显示器的壳体1000，可以是直接固定连接于抬头显示器的壳体1000，也可以是抬头显示器的壳体1000内固定地设有第一支座1001与第二支座1002，第一转轴111支撑于第一支座1001，第二转轴112支撑于第二支座1002，压盘4固定连接于第二支座1002远离本体12的一侧。
压盘4与衔铁51间设有弹簧53，具体的，参考图3所示，在一种示例性实施方式中，压盘4靠近锁止盘5的一侧设有定位孔，弹簧53安装于定位孔内。弹簧53在自由状态下伸出压盘4靠近锁止盘5的一侧表面，以推动锁止盘5向远离压盘4的方向移动。定位孔的数量与弹簧53的数量相对应，例如，弹簧53的数量可以为两个，且两弹簧53对应的定位孔分别设于压盘4直径方向的相对两端。又例如，弹簧53的数量可以为三个，且三弹簧53对应的定位孔可以均布于压盘4靠近锁止盘5一侧的表面。根据三点确定一平面的原理，三个弹簧53可以平稳推动锁止盘5沿转轴11轴向移动。在其他示例性实施方式中，弹簧53与定位孔的数量也可以为其他，本公开对此不作特殊限定。
压盘4内设有电磁感应装置，具体的，在一种示例性实施方式中，参考图3所示，压盘4靠近锁止盘5的一侧还设有沉孔，衔铁51远离锁止齿轮52的一侧设有第一轴颈511，第一轴颈511穿设于沉孔内。压盘4远离锁止盘5的一侧设有第二轴颈41，第二轴颈41上套设有电磁线圈42，当电磁线圈42未通电时，衔铁51被弹簧53弹性力支持，与压盘4分离；当电磁线圈42通电时，电磁力克服弹簧53弹力，压盘4吸住衔铁51，带动锁止齿轮52脱出止转齿轮3，主反射镜101可以实现自由转动。
特别的，对驱动电机2供电与对电磁线圈42供电可以是同步的。即，对电磁线圈42供电时，解放转轴11的转动；同时，对驱动电机2供电，反射镜传动系统工作，驱动主反射镜101转动。驱动电机2断电时，反射镜传动系统不工作，需要限制主反射镜101自主摆动，同时，电磁线圈42处于断电状态，实现对转轴11转动的限位。
对驱动电机2供电与对电磁线圈42供电均可以采用车载电压供电，例如，采用常规的车载12V电压供电，但是，对驱动电机2和电磁线圈42供电的电流可以不同。在一种示例性实施方式中，电磁线圈42的输入电流I与匝数W满足式中，GZ为工作磁通的磁导，/>μ0为空气磁导率，μ0＝4π×10-7亨利/米，S为第一轴颈511磁化面积，/>d为第一轴颈511的直径。δ为第一轴颈511的外圆柱面与沉孔的内圆柱面的径向间隙；α为修正系数，3≤α≤5；m为主反射镜101、转轴11与反射镜锁止结构的整体重量；K为安全系数，K≥1.2。
具体的，为保证反射镜锁止结构受到沿转轴11轴向的冲击时，衔铁51依然吸附于压盘4上，使转轴11可以转动，需使衔铁51与压盘4间的电磁力不小于一定数值。根据电磁力的公式其中，Φ为通过线圈铁芯的磁通量，以麦克斯韦为单位，Φ＝IW×GZ×108，因此衔铁51与压盘4间的电磁力/>抬头显示器受到沿转轴11轴向的加速度为a的冲击时，轴向最大拉力为ma，以车辆实验标准内机械冲击的加速度a＝10g计算，则抬头显示器受到沿转轴11轴向的加速度为10g的冲击时，轴向最大拉力为98m。因此，衔铁51与压盘4间的电磁力F与抬头显示器受到沿转轴11轴向的加速度为10g的冲击时轴向最大拉力98m的比值K代表衔铁51在轴向冲击时依然吸附于压盘4上的安全系数。
例如，主反射镜101、转轴11与反射镜锁止结构的整体重量m为0.4kg，则抬头显示器受到沿转轴11轴向的加速度为10g的冲击时，轴向最大拉力为0.4×10×9.8＝39.2N。以压盘4与衔铁51间设有三个弹簧53为例，单个弹簧53的压缩力满足Fy≥39.2/3，即单个弹簧53的压缩力满足Fy≥13.06。
在一种示例性实施方式中，第一轴颈511的外圆柱面与沉孔的内圆柱面的径向间隙δ＝0.2mm。取安全系数K＝1.2，则衔铁51与压盘4间的电磁力F＝39.2*1.2＝47.04N。第一轴颈511的直径d＝8mm，修正系数α＝4，由此，可以选择电磁线圈42的输入电流I与匝数W。
进一步的，在本公开的一些示例性实施方式中，参考图4所示，衔铁51上设有贯通衔铁51的第一销孔512，压盘4靠近锁止盘5的一侧设有第二销孔43，衔铁51与压盘4通过穿入第一销孔512与第二销孔43的定位销连接。压盘4固定连接于抬头显示器的壳体1000，因而压盘4不具有绕转轴11转动的自由度，定位销可以限制衔铁51绕轴转动的自由度，从而使锁止盘5相对于压盘4不能发生转动。定位销与压盘4过盈配合，定位销与衔铁51间隙配合，从而锁止盘5相对于压盘4仅具有沿轴向滑动的自由度。锁止齿轮52与止转齿轮3啮合时，可以防止锁止盘5在止转齿轮3的反作用力带动下相对压盘4扭转，影响对主反射镜101的锁止效果，磨损弹簧53。
根据本公开的第二方面，还提供一种反射镜传动系统。反射镜传动系统可以包括前述任一种示例性实施方式及其可能的组合的反射镜锁止结构。反射镜传动系统还包括用于驱动主反射镜101绕转轴11旋转的动力装置，如驱动电机2、液压驱动机构、气压驱动机构或其他动力机械，以及齿轮组、蜗杆、丝杠、皮带、齿条等传动机械，在此不对反射镜传动系统所有可能的情况进行列举，可以参考相关技术中反射镜传动系统的结构。
特别的，在本公开提供的反射镜传动系统的一些示例性实施方式中，反射镜传动系统包括前述的反射镜锁止结构，还包括驱动电机2、电机支架6与驱动齿轮21。其中，驱动电机2设于止转齿轮3远离锁止盘5的一侧，驱动电机2具有电机轴22。电机支架6设于驱动电机2靠近止转齿轮3的一侧，驱动电机2固定于电机支架6，电机轴22朝向主反射镜101的方向延伸，电机轴22可与转轴11平行。电机支架6固定于抬头显示器的壳体1000，例如可以安装于第二支座1002。驱动齿轮21套设于电机轴22的轴端，驱动齿轮21与止转齿轮3传动连接，当电机轴22转动时，驱动齿轮21带动止转齿轮3转动，从而转动主反射镜101。驱动电机2与反射镜锁止结构均沿转轴11的轴向布置，与驱动电机2与反射镜锁止结构分开布置，例如驱动电机2布置于主反射镜101底部相比，可以使反射镜传动系统整体更加集中，有利于集成化与模块化设计。
进一步的，在一些示例性实施方式中，参考图2、图7、图8及图9所示，止转齿轮3为内齿轮，驱动齿轮21为外齿轮，驱动齿轮21在止转齿轮3之内，并与止转齿轮3传动连接。即，一方面，止转齿轮3用于与锁止盘5配合，锁止转轴11的转动；另一方面，止转齿轮3还用于驱动主反射镜101的转动，从而可以压缩反射镜传动系统沿转轴11轴向上的尺寸。
例如，在一种示例性实施方式中，止转齿轮3包括止转齿部31与从动齿部32，止转齿部31位于止转齿轮3靠近主反射镜101的一侧，从动齿部32位于止转齿轮3远离主反射镜101的一侧。参考图8所示，止转齿轮3整体为一内齿圈，止转齿部31用于与锁止齿轮52相配合，从动齿部32用于与驱动齿轮21相配合，因此，止转齿部31与从动齿部32的齿形可以不相同。止转齿部31与从动齿部32间可以具有不设有轮齿的间隔段，以防止止转齿部31与从动齿部32相互影响。锁止齿轮52远离衔铁51的一端可以设有导向齿形，参考图6所示，锁止齿轮52远离衔铁51的一侧的齿端带有倒角，以便于锁止齿轮52插入止转齿部31内。在另一些示例性实施方式中，止转齿部31与从动齿部32也可以采用相同的齿形。
电机轴22与转轴11平行，驱动齿轮21套设于电机轴22的轴端，例如，电机轴22穿过电机支架6上的电机安装孔，并朝向主反射镜101的方向延伸，驱动齿轮21可以通过键连接与电机轴22同步转动。又例如，参考图9及图13所示，驱动齿轮21的空心轴穿过电机支架6上的电机安装孔，并套设于电机轴22的轴端，与电机轴22同步转动。在一种示例性实施方式中，电机轴22与转轴11共线。驱动齿轮21在止转齿轮3内，可以是驱动齿轮21直接与止转齿轮3内啮合，也可以是通过辅助齿轮23与止转齿轮3传动连接。具体的，电机支架6安装有驱动电机2的对侧设有销轴61，销轴61上套设有辅助齿轮23。辅助齿轮23为外齿轮，且在止转齿轮3内，驱动齿轮21、辅助齿轮23与止转齿轮3可以构成行星齿轮传动系统，其中，驱动齿轮21作为太阳轮。
在另一种示例性实施方式中，电机轴22与转轴11的轴线错开设置。参考图10及图11所示，电机支架6安装有驱动电机2的对侧设有两个销轴61，两个销轴61上分别套设有一辅助齿轮23，辅助齿轮23与销轴61间隙配合，中间涂润滑脂，使辅助齿轮23可以在销轴61上自由转动。两个辅助齿轮23均为外齿轮，且在止转齿轮3内与止转齿轮3内啮合。两个辅助齿轮23相互分离，且驱动齿轮21在两个辅助齿轮23的轴心的连线以外。即，驱动齿轮21与两个辅助齿轮23的轴心构成三角形，且驱动齿轮21与辅助齿轮23均在止转齿轮3内与止转齿轮3内啮合。辅助齿轮23可以对驱动齿轮21与止转齿轮3的传动起导向和支撑作用，驱动齿轮21与两个辅助齿轮23的轴心构成三角形，有利于提高齿轮的强度及传动的稳定性。在其他示例性实施方式中，销轴61与辅助齿轮23的数量也可以为一个、三个或其他，或，也可以不设有销轴61及辅助齿轮23，仅通过驱动齿轮21与止转齿轮3啮合传动。
进一步的，在本公开的一种示例性实施方式中，参考图9、图10、图11及图13所示，电机支架6安装有驱动电机2的对侧还设有导向轴62，导向轴62位于驱动齿轮21与两个辅助齿轮23之间，即，导向轴62位于驱动齿轮21与两个辅助齿轮23的轴心构成的三角形之内。止转齿轮3靠近电机支架6的一侧设有导向孔33，导向轴62支撑于导向孔33内。参考图8所示，导向孔33为盲孔，导向轴62支撑于导向孔33内。导向轴62可以提高驱动齿轮21与止转齿轮3形成的齿轮传动系统的支撑强度及传动的稳定性，防止偏载。导向轴62可以采用金属材料制成，与导向孔33径向间隙较小，例如为0.2mm，以进一步提高支撑强度。另一方面，导向轴62的轴端可以对转轴11整体向导向轴62方向的移动进行限位，防止止转齿轮3与锁止齿轮52进入啮合时，被锁止齿轮52推动向导向轴62方向移动，影响止转齿轮3与锁止齿轮52的啮合效果。例如，导向孔33底壁与导向孔33轴端轴向的间隙为0.2mm。
在本公开的一种示例性实施方式中，参考图3及图6所示，第二转轴112支撑于第二支座1002，压盘4固定连接于第二支座1002远离本体12的一侧，第二支座1002上还设有限位板7，限位板7自第二支座1002固定于抬头显示器的壳体1000的底部朝向转轴11轴线的方向延伸。当止转齿轮3向第二支架的方向移动时，止转齿轮3靠近主反射镜101的一侧可以抵接于限位板7。
由于止转齿轮3与转轴11相对固定，限位板7可以对转轴11整体向主反射镜101方向的移动进行限位，防止止转齿轮3与锁止齿轮52脱离啮合时，止转齿轮3被锁止齿轮52带动向主反射镜101方向移动，影响止转齿轮3与锁止齿轮52的啮合效果。
根据本公开的第三方面，还提供一种抬头显示器。参考图14及图15所示，抬头显示器包括壳体1000、光机模块103、主反射镜101以及前述任一种示例性实施方式及其可能的组合的反射镜传动系统。其中，光机模块103与主反射镜101均安装于壳体1000内。光机模块103与主反射镜101的结构以及安装于壳体1000内的方式，请参考前述示例性实施方式的说明，在此不再赘述。在一种示例性实施方式中，参考图9、图12及图15所示，电机支架6固定于壳体1000外侧，抬头显示器还包括电机保护壳8，电机保护壳8扣合于壳体1000外侧，以将驱动电机2容纳于电机保护壳8之内。通过将电机支架6固定于壳体1000外侧，可以将驱动电机2与电机保护壳8外置于抬头显示器的壳体1000，从而能够压缩反射镜传动系统沿转轴11轴向上的尺寸，提高壳体1000内的利用面积，有利于增大主反射镜101的口径。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本公开的其它实施方案。本公开旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由所附的权利要求指出。
应当理解的是，本公开并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本公开的保护范围仅由所附的权利要求来限制。
Claims (12)
1.一种反射镜传动系统，其特征在于，包括反射镜锁止结构，用于锁定抬头显示器内主反射镜的旋转，所述主反射镜通过设于所述主反射镜侧部的转轴转动安装于抬头显示器壳体内；所述反射镜锁止结构包括：
止转齿轮，设于所述转轴的延伸端，并与所述转轴同轴；
压盘，套设于所述转轴，且固定连接于所述抬头显示器的壳体；
锁止盘，套设于所述转轴，且位于所述压盘与所述止转齿轮之间，所述锁止盘包括衔铁以及用于与所述止转齿轮相配合的锁止齿轮，所述衔铁与所述锁止齿轮沿远离所述主反射镜的方向依次设置，且所述锁止齿轮与所述衔铁固定连接；
其中，所述压盘与所述衔铁间设有弹簧，所述弹簧用于在自由状态下推动所述锁止盘向远离所述压盘的方向移动，以使所述锁止齿轮与所述止转齿轮啮合；所述压盘内设有电磁感应装置，用于在通电时吸引所述衔铁，以使所述锁止盘向靠近所述压盘的方向移动；所述止转齿轮为内齿轮，所述锁止齿轮为外齿轮，所述止转齿轮与所述锁止齿轮同轴，且所述止转齿轮与所述锁止齿轮的传动比为1；
所述反射镜传动系统还包括：
驱动电机，设于所述止转齿轮远离所述锁止盘的一侧，所述驱动电机具有电机轴；
电机支架，设于所述驱动电机靠近所述止转齿轮的一侧，所述驱动电机固定于所述电机支架，所述电机轴朝向所述主反射镜的方向延伸，所述电机支架固定于所述抬头显示器的壳体；
驱动齿轮，套设于所述电机轴的轴端，所述驱动齿轮为外齿轮，所述驱动齿轮在所述止转齿轮内，并与所述止转齿轮传动连接。
2.根据权利要求1所述的反射镜传动系统，其特征在于，
所述压盘靠近所述锁止盘的一侧设有定位孔，所述弹簧安装于所述定位孔内，所述弹簧在自由状态下伸出所述压盘靠近所述锁止盘的一侧表面；
所述压盘靠近所述锁止盘的一侧还设有沉孔，所述衔铁远离所述锁止齿轮的一侧设有第一轴颈，所述第一轴颈穿设于所述沉孔内；
所述压盘远离所述锁止盘的一侧设有第二轴颈，所述电磁感应装置为电磁线圈，所述电磁线圈套设于所述第二轴颈。
3.根据权利要求2所述的反射镜传动系统，其特征在于，
所述电磁线圈的输入电流I与匝数W满足
其中，GZ为工作磁通的磁导，μ0为空气磁导率，μ0＝4π×10-7亨利/米，S为所述第一轴颈磁化面积，/>d为所述第一轴颈的直径；
δ为所述第一轴颈的外圆柱面与所述沉孔的内圆柱面的径向间隙；
α为修正系数，3≤α≤5；
m为所述主反射镜、所述转轴与所述反射镜锁止结构的整体重量；
K为安全系数，K≥1.2。
4.根据权利要求2所述的反射镜传动系统，其特征在于，
所述第一轴颈的外圆柱面与所述沉孔的内圆柱面的径向间隙δ不大于0.2mm。
5.根据权利要求1所述的反射镜传动系统，其特征在于，
所述衔铁上设有贯通所述衔铁的第一销孔，所述压盘靠近所述锁止盘的一侧设有第二销孔，所述衔铁与所述压盘通过穿入所述第一销孔与所述第二销孔的定位销连接，所述定位销与所述压盘过盈配合，所述定位销与所述衔铁间隙配合。
6.根据权利要求1所述的反射镜传动系统，其特征在于，所述电机支架安装有所述驱动电机的对侧设有销轴，所述销轴上套设有辅助齿轮，所述辅助齿轮为外齿轮，且在所述止转齿轮内，所述辅助齿轮与所述止转齿轮传动连接。
7.根据权利要求6所述的反射镜传动系统，其特征在于，
所述电机轴与所述转轴共线，所述辅助齿轮还与所述驱动齿轮相啮合。
8.根据权利要求6所述的反射镜传动系统，其特征在于，
所述电机轴与所述转轴平行，且所述电机轴与所述转轴不共线地设置；
所述电机支架安装有所述驱动电机的对侧设有两个所述销轴，两个所述销轴上分别套设有一所述辅助齿轮，两个所述辅助齿轮相互分离，且所述驱动齿轮在两个所述辅助齿轮的轴心的连线以外。
9.根据权利要求8所述的反射镜传动系统，其特征在于，
所述电机支架安装有所述驱动电机的对侧还设有导向轴，所述导向轴位于所述驱动齿轮与两个所述辅助齿轮之间，所述止转齿轮靠近所述电机支架的一侧设有导向孔，所述导向轴支撑于所述导向孔内。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的反射镜传动系统，其特征在于，
所述止转齿轮包括止转齿部与从动齿部，所述止转齿部设于所述止转齿轮靠近所述主反射镜的一侧，所述从动齿部设于所述止转齿轮远离所述主反射镜的一侧；
所述锁止齿轮远离所述衔铁的一端设有导向齿形。
11.一种抬头显示器，其特征在于，包括：
光机模块；
主反射镜，用于反射所述光机模块的图像光线；
壳体，所述光机模块安装于所述壳体内，所述主反射镜通过设于所述主反射镜侧部的转轴转动安装于所述壳体；
权利要求1至10中任一项所述的反射镜传动系统，所述反射镜传动系统设于任一所述转轴所在的一侧。
12.根据权利要求11所述的抬头显示器，其特征在于，所述主反射镜包括本体与背板，所述本体固定于所述背板，且所述本体背离所述背板的表面为反射面，所述背板的相对两侧分别设有第一转轴与第二转轴；
所述抬头显示器还包括第一支座、第二支座与电机保护壳，所述第一支座与所述第二支座均固定于所述壳体内，所述第一转轴支撑于所述第一支座，所述反射镜传动系统设于所述第二转轴所在的一侧，所述第二转轴支撑于所述第二支座，所述电机支架固定于所述壳体外侧，所述电机保护壳扣合于所述壳体外侧，以使所述驱动电机在所述电机保护壳之内。
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