CN208698854U - 一种汽车方向盘总成及汽车 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种汽车方向盘总成及汽车，所述汽车方向盘总成包括方向盘、控制部件、测量所述方向盘转动情况的转动测量部件和根据所述方向盘的转动情况对所述方向盘的转动施加阻力矩的路感模拟器；所述方向盘的下方设置有转向柱，所述转向柱的上端连接所述方向盘，所述转向柱的下端连接所述路感模拟器，所述路感模拟器固定于汽车的车体。所述转动测量部件和所述路感模拟器均与所述控制部件连接，所述控制部件根据所述转动测量部件的测量数据，控制所述路感模拟器对所述方向盘的转动施加阻力矩。本实用新型的汽车方向盘总成，结构更简单，占用空间更小。

Description

一种汽车方向盘总成及汽车

技术领域

本实用新型涉及一种车辆转向系统技术，具体涉及一种汽车方向盘总成及汽车。

背景技术

随着技术的进步和用户的消费升级，汽车的智能化，已成为一种不可阻挡的趋势。汽车的智能化，对汽车的转向系统提出了新的要求。所述汽车的转向系统，用于在汽车行驶的过程中，改变汽车的行驶方向。

在汽车诞生以来的百年历史中，所述汽车转向系统的种类大致包括：机械式转向系统、液压助力转向系统(HPS，Hydraulic Power Steering)、电控液压助力式转向系统(EHPS，Electronic Hydrostatic Power Steering)、电动助力式转向系统(EPS，ElectricPower Steering)和线控转向系统(SBW，Steer By Wire)这五种方式。其中，线控转向系统取消了方向盘与汽车转向轮之间的机械连接，取而代之的是直接采用数字信号传输使转向控制部件与转向执行部件建立联系，能对驾驶意图快速做出判断，以实现车辆的快速、灵活的转向；同时具有占据的空间小、降低车辆发生碰撞时对驾驶员造成的伤害程度等优点，非常适合汽车智能化要求。因此，线控转向系统已经成为了当今汽车转向系统的研究热点和未来的发展趋势。

然而，现有的汽车转向系统中，方向盘总成存在结构复杂、占用空间大等问题，不能满足汽车智能化的要求。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种结构简单、占用空间小的汽车方向盘总成及汽车。

为达到上述目的，本实用新型的技术方案是这样实现的：

本实用新型提供了一种汽车方向盘总成，所述汽车方向盘总成包括方向盘、控制部件、测量所述方向盘转动情况的转动测量部件和根据所述方向盘的转动情况对所述方向盘的转动施加阻力矩的路感模拟器；所述方向盘的下方设置有转向柱，所述转向柱的上端连接所述方向盘，所述转向柱的下端连接所述路感模拟器，所述路感模拟器固定于汽车的车体；

所述转动测量部件和所述路感模拟器均与所述控制部件连接，所述控制部件根据所述转动测量部件的测量数据，控制所述路感模拟器对所述方向盘的转动施加阻力矩。

上述方案中，所述路感模拟器包括电机，所述转向柱的下端连接所述电机的输出轴，所述转向柱与所述输出轴同轴转动；所述电机的壳体固定于所述汽车的车体，所述电机的输出转矩为所述路感模拟器对所述方向盘的转动施加的阻力矩。

上述方案中，所述转动测量部件为编码器，所述编码器包括固定部和测量部，所述固定部固定在所述电机的壳体上端，所述测量部套设在所述输出轴上。

上述方案中，所述路感模拟器还包括电机控制器，所述电机控制器固定在所述电机的壳体上，所述电机控制器接收所述控制部件的控制信号并根据所述控制信号控制所述电机输出转矩。

上述方案中，所述汽车方向盘总成还包括方向盘转动限位装置，所述方向盘转动限位装置包括第一限位件和第二限位件；所述第一限位件可滑动的安装在所述转向柱上，所述第一限位件能随所述方向盘的转动而沿所述转向柱的轴向移动；所述第二限位件设置在所述转向柱上，所述第二限位件的上端和下端各设有一个止位部，所述止位部分别在所述第一限位件的上方和下方，所述方向盘转动预设角度后，所述第一限位件抵靠所述第二限位件上端或下端的止位部，所述方向盘的转动被限制。

上述方案中，所述第一限位件为能沿所述转向柱的轴向移动的限位块，所述第二限位件为设置在所述转向柱外圆面、以所述转向柱的轴线为轴线的预设圈数的螺旋槽，所述限位块的一端能在所述螺旋槽内滑动，所述螺旋槽的起始处和终止处为所述第二限位件的两个所述止位部；所述方向盘转动限位装置还包括限位套，所述限位套固定在所述汽车的车体，并套设于所述转向柱，所述限位套内壁开设有容置所述限位块的另一端轴向移动的滑动槽。

本实用新型还提供了一种汽车，所述汽车包括车体和上面所述的任意一种汽车方向盘总成；所述转向柱可转动的安装于所述车体，所述路感模拟器固定于所述车体；所述控制部件为电子控制单元。

上述方案中，所述路感模拟器包括电机，所述转向柱的下端连接所述电机的输出轴，所述转向柱与所述输出轴同轴转动；所述电机的壳体固定于所述车体，所述电机的输出转矩为所述路感模拟器对所述方向盘的转动施加的阻力矩。

上述方案中，所述转动测量部件为编码器，所述编码器包括固定部和测量部，所述固定部固定在所述电机的壳体上端，所述测量部套设在所述输出轴上。

上述方案中，所述汽车方向盘总成还包括方向盘转动限位装置，所述方向盘转动限位装置包括第一限位件和第二限位件；所述第一限位件可滑动的安装在所述转向柱上，所述第一限位件能随所述方向盘的转动而沿所述转向柱的轴向移动；所述第二限位件设置在所述转向柱上，所述第二限位件的上端和下端各设有一个止位部，所述止位部分别在所述第一限位件的上方和下方，所述方向盘转动预设角度后，所述第一限位件抵靠所述第二限位件上端或下端的止位部，所述方向盘的转动被限制。

本实用新型的汽车方向盘总成及汽车，包括方向盘、控制部件、测量所述方向盘转动情况的转动测量部件和根据所述方向盘的转动情况对所述方向盘的转动施加阻力矩的路感模拟器；所述方向盘的下方设置有转向柱，所述转向柱的上端连接所述方向盘，所述转向柱的下端连接所述路感模拟器，所述路感模拟器固定于汽车的车体；可见，本实用新型的一种汽车方向盘总成及汽车，取消了与车轮的转向机构之间的机械连接结构，通过转向控制部件采集方向盘的转动情况，直接控制车轮的转向机构，使得方向盘总成的结构更简单，占用空间更小。

本实用新型的其他有益效果将在具体实施方式中结合具体技术方案进一步说明。

附图说明

图1为本实用新型实施例一汽车方向盘总成的示意图；

图2为本实用新型实施例一汽车方向盘总成中的方向盘转动限位装置的剖视示意图；

图3为本实用新型实施例二汽车的示意图。

附图标记说明：

1方向盘 2转动测量部件

3路感模拟器 31电机

32电机控制器 4控制部件

5转向柱 6车体

7方向盘转动限位装置 71第一限位件

72第二限位件 721、722止位部

73限位套 731滑动槽。

具体实施方式

本实用新型实施例提供了一种汽车方向盘总成，所述汽车方向盘总成包括方向盘、控制部件、测量所述方向盘转动情况的转动测量部件和根据所述方向盘的转动情况对所述方向盘的转动施加阻力矩的路感模拟器；所述方向盘的下方设置有转向柱，所述转向柱的上端连接所述方向盘，所述转向柱的下端连接所述路感模拟器，所述路感模拟器固定于汽车的车体；所述转动测量部件和所述路感模拟器均与所述控制部件连接，所述控制部件根据所述转动测量部件的测量数据，控制所述路感模拟器对所述方向盘的转动施加阻力矩。

本实用新型实施例的一种汽车方向盘总成，取消了与车轮的转向机构之间的机械连接结构，通过转向控制部件采集方向盘的转动情况，直接控制车轮的转向机构，使得方向盘总成的结构更简单，占用空间更小。

有关本实用新型的详细技术方案，下面将结合附图和具体实施例进行说明，应该理解，所附附图及实施例仅用于解释本实用新型，并非用于限定本实用新型。

为清楚的描述本实用新型实施例的详细技术方案，以下描述的上、下等方向均为本实用新型实施例的汽车方向盘总成安装在汽车上后的方向。

实施例一

如图1和图3所示，本实用新型实施例提供了一种汽车方向盘总成，所述汽车方向盘总成包括方向盘1、控制部件4、测量方向盘1转动情况的转动测量部件2和根据方向盘1的转动情况对方向盘1的转动施加阻力矩的路感模拟器3。方向盘1的下方设置有转向柱5，转向柱5的上端连接方向盘1，转向柱5的下端连接路感模拟器3，路感模拟器3固定于汽车的车体6。

转动测量部件2和路感模拟器3均与控制部件4连接，控制部件4根据转动测量部件2的测量数据，控制路感模拟器3对方向盘1的转动施加阻力矩。

这里，所述测量数据包括：转向、转角及转速等数据。

具体地，方向盘1转动，带动下方连接的转向柱5转动，转动测量部件2通过测量转向柱5的转向、转角及转速等数据获得方向盘1的转动情况，并将所述转动情况发送给控制部件4，控制部件4根据接收到的所述方向盘1的转动情况发送转向指令给车轮的转向机构进行转向，车辆转向系统将转向时的实际路感，例如车轮转动阻力等，反馈给控制部件4，控制部件4根据反馈回来的路感信息发送控制信号给路感模拟器3，路感模拟器3根据接收到的控制信号对方向盘1的转动施加阻力矩，使得本实用新型实施例的汽车方向盘总成在没有机械连接的情况下依然具有良好且真实的路感。

进一步地，控制部件4除了根据车轮转动阻力，调整所述路感模拟器3对方向盘1的转动施加的阻力矩外，还可以根据汽车行驶的速度，即车速，调整所述路感模拟器3对方向盘1的转动施加的阻力矩，因为车速慢时，一般转向阻力较大，反之，转向阻力较小，这样更加符合用户的之前的驾驶经验。另外，由于，在车速较高时，转向角度过大，是一种不安全的驾驶行为，据此控制部件4可以根据情况对转向角度进行修正，即转速较高情况时，如果转向角度过大，控制部件4可以将转向角度减少到安全范围内。能够理解，影响所述路感模拟器3对方向盘1的转动施加阻力矩的因素，除了车轮转动阻力，还有很多，例如车速、转向加速度等，采集更多的汽车的信息，用于调整所述路感模拟器3对方向盘1的转动施加阻力矩会更精确，但是只采集车轮转动阻力，也是可以的。

更进一步地，所述控制部件4可以直接根据接收到的所述方向盘1的转动情况，控制路感模拟器3对方向盘1的转动施加阻力矩，因为大多数情况下的路面情况类似，车轮的转动阻力也大致相似，这样，可以简化结构，提高路感模拟器3的反应速度。

在本实施例中，路感模拟器3包括电机31和电机控制器32，转向柱5的下端连接电机31的输出轴，转向柱5与所述输出轴同轴转动。电机31的壳体固定于汽车的车体6，电机31的输出转矩为路感模拟器3对方向盘1的转动施加的阻力矩。电机控制器32固定在电机31的壳体上，电机控制器32接收控制部件4的控制信号并根据所述控制信号控制电机31输出转矩。通过电机31输出阻力矩，结构简单，控制方便；能够理解，所述路感模拟器3也可以由其它设备构成，例如可以包括液压旋转阻尼器。所述电机可为配备有逆变器的交流异步电机，更具体的可为三相交流异步电机，其具有结构简单、运行可靠、价格便宜、过载能力强及使用、安装、维护方便等优点；也可为直流无刷电机，但本实用新型并不限定于此。

另外，为了防止所述电机31的输出轴自由转动，可通过使所述电机31保持通电，通过电机31的保持转矩限制所述电机31的输出轴的自由转动，也可通过在所述电机31内部增加锁止装置来限制所述电机31的输出轴的自由转动，但本实用新型并不限定于此。

较佳地，为了转向柱5与所述输出轴能够同轴转动，转向柱5的下端设置有法兰盘，所述输出轴的上端也设置有法兰盘，转向柱5下端的法兰盘与所述输出轴上的法兰盘通过螺钉固定连接。能够理解，所述转向柱5与所述输出轴还可以通过其他方式实现同轴转动，例如还可以将转向柱5与所述输出轴一体成型；将转向柱5与所述输出轴通过万向节连接。

在本实施例中，转动测量部件2为编码器，所述编码器包括固定部和测量部，所述固定部固定在电机31的壳体上端，所述测量部套设在所述输出轴上。编码器是测量角位移的常见检测部件，具有检测精度高、实施简单等优点；能够理解，转动测量部件2也可以是其它检测部件，例如可以是旋转式电位计等。

较佳地，本实施例还可以将转动测量部件2与电机31集成为一体，以进一步简化结构、缩小占用空间。

在本实施例中，所述编码器可以是光电编码器。所述编码器和电机控制器32可分别通过有线或无线的方式连接控制部件4。能够理解，所述编码器也可以是磁电式编码器等其它类型的编码器。

本实施例中，所述汽车方向盘总成还可以包括方向盘转动限位装置7，如图1和图2所示，方向盘转动限位装置7包括第一限位件71和第二限位件72。第一限位件71可滑动的安装在转向柱5上，第一限位件71能随方向盘1的转动而沿转向柱5的轴向移动。第二限位件72设置在转向柱5上，第二限位件72的上端和下端各设有一个止位部721、722，止位部721、722分别在第一限位件71的上方和下方，方向盘1转动预设角度后，第一限位件71抵靠第二限位件72上端的止位部721或下端的止位部722，方向盘1的转动被限制。

在本实施例中，第一限位件71为能沿转向柱5的轴向移动的限位块，第二限位件72为设置在转向柱5外圆面、以转向柱5的轴线为轴线的预设圈数的螺旋槽，所述限位块的一端能在所述螺旋槽内滑动，所述螺旋槽的起始处和终止处为第二限位件72的两个止位部721、722。方向盘转动限位装置7还包括限位套73，限位套73固定在汽车的车体6，并套设于转向柱5，限位套73内壁开设有容置所述限位块的另一端轴向移动的滑动槽731。这里，所述螺旋槽可以是直接在所述转向柱表面加工，也可以是另外装设一个带外螺纹的套筒。

具体地，当车辆正向行驶时，所述限位块的两端分别位于所述螺旋槽及所述滑动槽731的中间位置。当车辆向一侧转向时，所述方向盘1带动所述转向柱5向同侧旋转，所述转向柱5上的所述螺旋槽带动所述限位块的一端沿所述转向柱5的轴向向上或向下移动，同时所述限位块的另一端在所述滑动槽731内同向移动。当所述限位块移动到抵靠所述螺旋槽上端的止位部721或下端的止位部722时，阻止转向柱5继续转动，起到限位的作用。所述限位块的移动方向依据所述螺旋槽的旋向确定，例如本实施例中，所述方向盘1左转(即逆时针转动)时带动所述转向柱5左转，所述螺旋槽带动所述限位块向上移动。

在本实施例中，所述限位块为横置的“凸”字形，在所述螺旋槽内滑动的一端为梯形，在所述滑动槽731内滑动的另一端为矩形，且在所述转向柱5的轴向方向移动，所述梯形的高度小于所述矩形的高度，在两者的连接处形成台阶，这样，可以限制所述限位块的左右位置，避免卡死；能够理解，也可以是其它形状，如楔形或圆台形，也可以是矩形或圆柱形，在中间设置定位销等。

本实用新型实施例对方向盘转动限位装置7的各限位结构的形状及位置并不做限定，例如本实施例中，两个止位部721、722分别设置在所述螺旋槽的上下两端，但在其他实施例中，可将两个止位部721、722分别设置在所述滑动槽731的上下两端。本实施例中，所述螺旋槽设置在所述转向柱5上，所述滑动槽731设置在所述限位套73内，但在其他实施例中，可将所述螺旋槽设置在所述限位套73内，所述滑动槽731设置在所述转向柱5上。

本实用新型实施例中设置转动限位装置的目的在于：避免了因取消了机械结构而造成方向盘在转动角度上没有限制的问题，如果方向盘的转动角度过大，使得车轮的转动角度也过大，例如车轮的转动角度超过90度后，会造成汽车向相反方向转动，引发操控混乱的问题。

另外，所述方向盘转动限位装置7为沿所述转向柱5周向设置，其相较于现有设计中的齿轮齿条式限位方式，本实用新型实施例的方向盘转动限位装置占用空间更小，进一步减小了方向盘总成的占用空间。

实施例二

如图3所示，本实用新型实施例还提供了一种汽车。所述汽车包括车体6和实施例一所述的汽车方向盘总成。转向柱5可转动的安装于车体6，路感模拟器3固定于车体6。控制部件4为电子控制单元(ECU，Electronic Control Unit)。ECU又称“行车电脑”、“车载电脑”等。从用途上讲则是汽车专用微机控制器。和普通的电脑一样，所述ECU由微处理器(CPU)、存储器(ROM和RAM)、输入/输出接口(I/O)、模数转换器(A/D)以及整形、驱动等大规模集成电路组成。这样，无需在汽车方向盘总成上单独设置控制部件，简化结构和节约成本；能够理解，所述控制部件4也可以是单独设置在所述汽车方向盘总成上的独立控制部件，而不必是ECU。

本实用新型实施例的汽车主要为四轮汽车，典型的如轿车。

本实用新型实施例的汽车取消了机械连接的转向系统，改为使用线控转向系统及实施例一所述的汽车方向盘总成，使汽车更轻，其结构更简单，进而使汽车能更快速、灵活的转向，满足汽车智能化的要求。

以上所述，仅为本实用新型的较佳实施例的具体说明，并非用以限定本实用新型的保护范围，其它任何等效变换均应属于本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种汽车方向盘总成，其特征在于，所述汽车方向盘总成包括方向盘、控制部件、测量所述方向盘转动情况的转动测量部件和根据所述方向盘的转动情况对所述方向盘的转动施加阻力矩的路感模拟器；所述方向盘的下方设置有转向柱，所述转向柱的上端连接所述方向盘，所述转向柱的下端连接所述路感模拟器，所述路感模拟器固定于汽车的车体；

所述转动测量部件和所述路感模拟器均与所述控制部件连接，所述控制部件根据所述转动测量部件的测量数据，控制所述路感模拟器对所述方向盘的转动施加阻力矩。

2.根据权利要求1所述的汽车方向盘总成，其特征在于，所述路感模拟器包括电机，所述转向柱的下端连接所述电机的输出轴，所述转向柱与所述输出轴同轴转动；所述电机的壳体固定于所述汽车的车体，所述电机的输出转矩为所述路感模拟器对所述方向盘的转动施加的阻力矩。

3.根据权利要求2所述的汽车方向盘总成，其特征在于，所述转动测量部件为编码器，所述编码器包括固定部和测量部，所述固定部固定在所述电机的壳体上端，所述测量部套设在所述输出轴上。

4.根据权利要求2所述的汽车方向盘总成，其特征在于，所述路感模拟器还包括电机控制器，所述电机控制器固定在所述电机的壳体上，所述电机控制器接收所述控制部件的控制信号并根据所述控制信号控制所述电机输出转矩。

5.根据权利要求1所述的汽车方向盘总成，其特征在于，所述汽车方向盘总成还包括方向盘转动限位装置，所述方向盘转动限位装置包括第一限位件和第二限位件；所述第一限位件可滑动的安装在所述转向柱上，所述第一限位件能随所述方向盘的转动而沿所述转向柱的轴向移动；所述第二限位件设置在所述转向柱上，所述第二限位件的上端和下端各设有一个止位部，所述止位部分别在所述第一限位件的上方和下方，所述方向盘转动预设角度后，所述第一限位件抵靠所述第二限位件上端或下端的止位部，所述方向盘的转动被限制。

6.根据权利要求5所述的汽车方向盘总成，其特征在于，所述第一限位件为能沿所述转向柱的轴向移动的限位块，所述第二限位件为设置在所述转向柱外圆面、以所述转向柱的轴线为轴线的预设圈数的螺旋槽，所述限位块的一端能在所述螺旋槽内滑动，所述螺旋槽的起始处和终止处为所述第二限位件的两个所述止位部；所述方向盘转动限位装置还包括限位套，所述限位套固定在所述汽车的车体，并套设于所述转向柱，所述限位套内壁开设有容置所述限位块的另一端轴向移动的滑动槽。

7.一种汽车，其特征在于，所述汽车包括车体和权利要求1所述的汽车方向盘总成；所述转向柱可转动的安装于所述车体，所述路感模拟器固定于所述车体；所述控制部件为电子控制单元。

8.根据权利要求7所述的汽车，其特征在于，所述路感模拟器包括电机，所述转向柱的下端连接所述电机的输出轴，所述转向柱与所述输出轴同轴转动；所述电机的壳体固定于所述车体，所述电机的输出转矩为所述路感模拟器对所述方向盘的转动施加的阻力矩。

9.根据权利要求8所述的汽车，其特征在于，所述转动测量部件为编码器，所述编码器包括固定部和测量部，所述固定部固定在所述电机的壳体上端，所述测量部套设在所述输出轴上。

10.根据权利要求7所述的汽车，其特征在于，所述汽车方向盘总成还包括方向盘转动限位装置，所述方向盘转动限位装置包括第一限位件和第二限位件；所述第一限位件可滑动的安装在所述转向柱上，所述第一限位件能随所述方向盘的转动而沿所述转向柱的轴向移动；所述第二限位件设置在所述转向柱上，所述第二限位件的上端和下端各设有一个止位部，所述止位部分别在所述第一限位件的上方和下方，所述方向盘转动预设角度后，所述第一限位件抵靠所述第二限位件上端或下端的止位部，所述方向盘的转动被限制。