CN219007917U - 方向盘组件、线控转向系统及车辆 - Google Patents

Abstract

本申请实施例提供一种方向盘组件、线控转向系统及车辆。其中，方向盘组件包括：方向盘、传动轮、传动杆及路感电机；方向盘设置在转轴的第一端；传动轮设置在所述转轴的第二端；传动杆与所述传动轮传动连接；路感电机与所述传动杆传动连接，用于输出路感动力以通过所述传动杆及所述传动轮传递至所述方向盘。本申请实施例提供的技术方案，将传动杆沿方向盘转轴的轴向方向延伸，优化了方向盘组件的结构，在空间布置上，可节约驾驶舱空间，尤其是主驾驶位腿部空间。

Description

方向盘组件、线控转向系统及车辆

技术领域

本申请涉及车辆转向技术领域，尤其涉及一种方向盘组件、线控转向系统及车辆。

背景技术

随着电子技术的不断发展，越来越多的车辆开始使用一种基于SBW(Steer ByWire，线控转向系统)的HWA(Hand Wheel Actuator，转向执行组件)转向系统。线控转向系统取消了方向盘和车轮之间的机械连接，通过电信号来控制车辆转向。

现有方向盘组件的机械结构在空间布置上还有待改进。

实用新型内容

鉴于上述问题，提出了本申请，以便提供一种解决上述问题的方向盘组件、线控转向系统及车辆。

本申请实施例提供了一种线方向盘组件，包括：

方向盘，设置在转轴的第一端；

传动轮，设置在所述转轴的第二端；

传动杆，与所述传动轮传动连接；

路感电机，与所述传动杆传动连接，用于输出路感动力以通过所述传动杆传递至所述方向盘；

其中，所述传动杆沿所述转轴的轴线方向延伸。

可选地，所述方向盘组件可包括至少两个所述传动杆；至少两个所述传动杆传动连接在所述传动轮的不同位置处。

可选地，所述传动轮为蜗轮，所述传动杆为蜗杆；或者

所述传动轮为主动齿轮，所述传动杆上设有从动齿轮；所述主动齿轮与所述从动齿轮啮合。

可选地，所述传动轮为蜗轮，所述传动杆为蜗杆时，所述方向盘组件还可包括传动转向装置；

所述传动转向装置具有接入端和输出端，所述接入端与所述转轴的第二端连接，所述输出端设有输出轴；所述输出轴的轴线与所述转轴的轴线垂直；

所述传动转向装置将绕所述转轴旋转的第一动力转换为绕所述输出轴旋转的第二动力；

所述蜗轮设置在所述输出轴上，随所述第二动力转动。

可选地，所述方向盘组件还可包括感测装置及控制器。其中，感测装置用于感测所述方向盘的转动信息；所述控制器与所述感测装置及所述路感电机电连接，用于根据所述转动信息控制所述路感电机输出路感动力。

可选地，所述方向盘组件还可包括扭杆及连接轴承；

所述转轴的第二端通过所述连接轴承与所述扭杆的第一端连接；

所述扭杆的第二端与所述传动轮传动连接；

所述转轴、所述连接轴承及所述扭杆套设在管柱套内。

可选地，所述转轴的第一端通过花键与所述方向盘连接，所述转轴的第二端与所述连接轴承连接。

在本申请的另一个实施例中还提供一种线控转向系统，该线控转向系统可包括：如上述的方向盘组件、转向执行组件及控制单元；其中，转向执行组件用于驱动车辆的车轮转向，所述控制单元与所述方向盘组件及所述转向执行组件电连接。

可选地，所述控制单元包括第一控制器和第二控制器；其中，

所述第一控制器，与所述方向盘组件及所述转向执行组件电连接；

所述第二控制器，与所述方向盘组件及所述转向执行组件电连接；

所述第二控制器为所述第一控制器的备份，以在所述第一控制器不工作时，承担所述第一控制器的工作。

在本申请的另一个实施例中还提供一种车辆，包括车体及如上述的线控转向系统。

本申请实施例提供的技术方案，将传动杆沿方向盘转轴的轴向方向延伸，优化了方向盘组件的结构，在空间布置上，可节约驾驶舱空间，尤其是主驾驶位腿部空间。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施例，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。

图1为现有技术方向盘组件的结构示意图；

图2为本申请实施例提供的第一种方向盘组件实现结构的示意图；

图3为本申请实施例提供的第二种方向盘组件实现结构的示意图；

图4为本申请实施例提供的第三种方向盘组件实现结构的示意图；

图5为本申请实施例提供的第四种方向盘组件实现结构的示意图；

图6为本申请实施例提供的第五种方向盘组件实现结构的示意图；

图7为本申请实施例提供的一种线控转向系统的结构示意简图；

图8示出了具有本申请实施例提供的线控转向系统的车辆的示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包括”为一开放式用语，故应解释成“包括但不限定于”。“大致”是指在可接收的误差范围内，本领域技术人员能够在一定误差范围内解决所述技术问题，基本达到所述技术效果。另外，在本申请实施例中，多个是指两个或两个以上。在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

图1示出了现有技术中方向盘组件的结构示意图。如图1所示，方向盘组件包括：方向盘1、转轴11、蜗轮102、蜗杆101及路感电机4。其中，方向盘1设置在转轴11的第一端，蜗轮102设置在转轴11的第二端，蜗杆101与蜗轮102传动连接。路感电机4与蜗杆101连接。方向盘1转动时，路感电机4向蜗杆101输出路感动力，以通过蜗轮102和转轴11传递至方向盘1，为驾驶员提供转向手感反馈。其中，路感电机4与控制器200连接，控制器200根据车辆当前状态信息(如行驶速度)及方向盘1的转动角度，控制路感电机4输出相应的路感动力。从图1中可以看出，蜗杆101的杆轴与转轴11垂直。这样就使得方向盘组件在横向方向(即垂直转轴方向)上占有较大空间，致使驾驶舱内主驾驶腿部空间较小。

为了进一步改善方向盘组件的结构以尽量扩大驾驶舱内空间，尤其是主驾驶位腿部空间，本申请提供了如下实施例。

图2为本申请实施例提供的一种方向盘组件的结构示意简图。参见图2，本申请的一个实施例提供的方向盘组件包括：方向盘1、转轴11、传动轮2、传动杆3及路感电机4。方向盘1设置在转轴11的第一端。传动轮2设置在转轴11的第二端。传动杆3与传动轮2传动连接。路感电机4与传动杆3传动连接，所述路感电机4用于输出路感动力以通过所述传动杆3、所述传动轮2及所述转轴11传递至所述方向盘1。所述传动杆3沿所述转轴11的轴线方向延伸。

从图2所示实施例提供方向盘组件的结构可以看出，将传动杆3沿方向盘1转轴11的轴向方向延伸，优化了方向盘组件的结构，方向盘组件的总体轮廓大体为瘦长形态。将本申请实施例提供的方向盘组件安装于车辆上时，因其沿方向盘的转轴方向瘦长，可位于驾驶员双腿之间，驾驶员双腿所在空间可更大。

在一个可实现的技术方案中，转轴11的第一端连接在方向盘1的转动中心处，方向盘1的转动轴线与转轴11的轴线重合，当方向盘1在转动时，转轴11能随方向盘1一同转动。例如，转轴11的第一端设有花键，所述方向盘1的转动中心处设有与花键适配的花键槽。设有花键的转轴11的第一端插入花键槽内，所述方向盘1通过配合的花键和花键槽，将转向动力传递给转轴11。为避免方向盘1与转轴11发生轴向方向上的脱离，所述方向盘1或转轴11上还可设有锁定结构，该锁定结构将方向盘1与转轴11在轴向方向上的位置关系锁定。本实施例中对锁定结构的具体实现不作限定。

进一步的，为增加机械冗余，提高方向盘组件的可靠性，参见图3，在本申请所提供的实施例中设置至少两个传动杆3。方向盘组件还包括至少两个路感电机4。至少两个传动杆3传动连接在传动轮2的不同位置处。例如，两个传动杆3对称分布于传动轮2的两侧。一个路感电机4与一个传动杆3传动连接。可以认为一个传动轮2、一个传动杆3和一个路感电机4组成的传动系统为一个传动链，通过设置多个传动链能有效提高方向盘组件的可靠性。当其中一个传动链失效时，其他的传动链还能继续实现传动效果，从而确保车辆在驾驶中的安全。另外，通过增加冗余设计，多个传动链能够共同分担传动力，进而减小传动轮2和传动杆3的损坏概率。其中，同一个时间，多个路感电机4可同步输出相同的路感动力；或者，同一个时间，多个路感电机4中的一个路感电机工作，当前处于工作的路感电机4异常时，切换至另一个路感电机4工作。

除了传动杆、路感电机冗余设计外，传动轮2也可增加冗余设计。即方向盘组件还可包括至少两个传动轮2，不同的传动轮2和不同传动杆3相互传动连接。例如，图4所示的实施例，方向盘组件包括两个传动轮2、两个传动杆3及两个路感电机4。转轴11的第二端可连接两个传动轮，分别为第一传动轮21和第二传动轮22。其中，两个传动杆3分别为第一传动杆31与第二传动杆32。两个路感电机4分别为：第一路感电机41和第二路感电机42。第一传动轮21与第一传动杆31传动连接，第二传动轮22与第二传动杆32传动连接。第一传动杆31与第一路感电机41传动连接，第二传动杆32与第二路感电机42传动连接。第一传动轮21、第一传动杆31和第一路感电机41构成第一传动链；第二传动轮22、第二传动杆32和第二路感电机42构成第二个传动链。第一传动链和第二传动链互为备份，在一个传动链失效时，另一个传动链依旧能完成传动任务，从而确保车辆的安全。

在实际应用中，在出现如下几种可能时传动链可能存在失效：

情况1、路感电机与控制器间连接断开，路感电机无法接收到控制器发送的控制指令。

情况2、传动链中的传动轮或传动杆磨损，出现传动异常。

在一种可实现的方案中，本实施例中的传动轮2可以为蜗轮，相应的传动杆3可为蜗杆，如图2和3所示的实施例。或者在另一种可实现的方案中，所述传动轮2可为主动齿轮，所述传动杆3上设有从动齿轮；所述主动齿轮与从动齿轮啮合，如图5所示。

如图6所示，所述传动轮2为蜗轮，所述传动杆3为蜗杆时，所述方向盘组件还需包括传动转向装置20。所述传动转向装置20具有接入端和输出端，所述接入端与所述转轴11的第二端连接，所述输出端设有输出轴203；所述输出轴203的轴线与所述转轴11的轴线垂直。所述传动转向装置20将绕所述转轴11旋转的第一动力转换为绕所述输出轴203旋转的第二动力。所述蜗轮设置在所述输出轴203上，随所述第二动力转动。

具体实施时，所述传动转向装置20可如图6所示，包括两个锥齿轮及输出轴203。如图6所示，两个锥齿轮分别为第一锥齿轮201和第二锥齿轮202。第一锥齿轮201即上文中提及的接入端，第一锥齿轮201和第二锥齿轮202啮合，第二锥齿轮设置在所述输出轴203上。所述第一锥齿轮201的转动轴线与转轴11同轴。第二锥齿轮连接的输出轴203与转轴11垂直。通过第一锥齿轮201和第二锥齿轮202将绕转轴旋转的第一动力转换为绕输出轴203旋转的第二动力。

进一步的，如图2和图3所示，所述方向盘组件还可包括：感测装置(图中未示出)和控制器200。感测装置可设置在转轴11上，用于感测所述方向盘1的转动信息。控制器200与所述感测装置及所述路感电机4电连接，用于根据所述转动信息控制所述路感电机输出路感动力。在实际应用中，控制器200可基于车辆的状态信息(如车速信息)及方向盘的转动信息，控制路感电机输出相应的路感动力。

其中，路感电机4可通过减速机构与传动杆3连接。其中，减速机构对路感电机输出动力进行降速的同时，还可增大路感电机4输出的扭矩。感测装置感测方向盘1的转动信息包括但不限于：转动角度，转动方向、转动速度、转动加速度及转动扭矩等。

再进一步的，如图2和图3所示，所述方向盘组件还可包括：扭杆5和连接轴承6。其中，转轴11的第二端通过所述连接轴承6与所述扭杆5的第一端连接。所述扭杆5的第二端与所述传动轮2传动连接。所述转轴11、所述连接轴承6及所述扭杆5套设在管柱套7内。所述转轴11的第一端可通过花键与所述方向盘1连接，所述转轴11的第二端与所述连接轴承6连接。通过连接轴承6将方向盘1的转轴11与扭杆5的一端连接，不但方便对方向盘1进行维修更换，还可以稳定方向盘1的转轴11及扭杆5的轴线方向。具体地，连接轴承6的内圈用于连接转轴11与扭杆5，连接轴承6的外圈与管柱套7的内壁连接，管柱套7还与车辆主体固定连接，所以管柱套7能对连接轴承6起到一个固定的作用。

在本申请的另一个实施例中还提供了一种线控转向系统，该线控转向系统包括：方向盘组件、转向执行组件300及控制单元。转向执行组件300用于驱动车辆的车轮转向。其中，控制单元分别与方向盘组件及转向执行组件300电连接。控制单元用于获取方向盘1的转动信息，并根据转动信息控制转向执行组件300动作，以驱动车轮完成转向动作。所述控制单元还用于根据所述转动信息控制方向盘组件中的路感电机4输出路感动力以传递至方向盘1。其中，方向盘组件可采用上述实施例提供的方案实现，此处不作赘述，详见上文。在一具体实施例中，控制单元可以为ECU(Electronic Control Unit电子控制单元，又称“行车电脑”、“车载电脑”等)。

其中，控制单元可以是上述图2和图3所示实施例中的控制器200。或者，参见图7所示，控制单元包括可第一控制器200和第二控制器400，其中，第一控制器200与方向盘组件及转向执行组件300电连接。第二控制器400与方向盘组件及转向执行组件300电连接。第二控制器400为第一控制器200的备份，以在第一控制器200不工作时，承担第一控制器200的工作。具体的，第一控制器200与方向盘组件中的感测装置及路感电机4电连接，还与转向执行组件300中的驱动电机电连接。同样的，第二控制器400与方向盘组件中的感测装置及路感电机4电连接，还与转向执行组件300中的驱动电机电连接。其中，转向执行组件可包括但不限于：驱动电机、减速机构及转向机构。驱动电机用于根据第一控制器200或第二控制器400输出的转向指令，输出转向动力。驱动电机与减速机构连接，将输出的转向动力通过减速机构输出。转向机构可以是但不限于齿轮齿条转向器。减速机构输出的动力传递至转向机构，以便转向机构执行相应的转向动作，带动车轮转向。第一控制器200或第二控制器400可根据感测装置感测到的方向盘的转动信息，向路感电机4发送相应的扭矩反馈指令。路感电机4根据接收到的扭矩反馈指令，输出相应的路感动力(或称为反馈扭矩)以通过传动杆3、传动轮2及转轴11传递至方向盘1。第一控制器200与第二控制器400相互电连接。假设当前处理工作状态的是第一控制器200；在第一控制器200异常时，第二控制器400接替第一控制器200工作，以确保车辆的安全性。

在本申请在另一个实施例中还提供了一种车辆，如图8所示，该车辆包括车体500及上述线控转向系统。具体地，车轮8连接于车体的连接架上，并与线控转向系统中的转向执行组件300连接。线控转向系统设置于车体500上，方向盘1设置在车体500的驾乘舱内。感测装置感测方向盘1的转动信息，控制单元根据转动信息控制向转向执行组件300发送转向指令。转向执行组件300根据转向指令驱动车轮转向。控制单元还根据转动信息控制方向盘组件中的路感电机输出路感动力以传输至方向盘1。

上述车辆包括但不限于：纯电动汽车、传统燃油汽车、混合动力汽车、货车、客车及卡车等。

本申请实施例提供的方案，将传动杆沿方向盘转轴的轴向方向延伸，优化了方向盘组件的结构，方向盘组件的总体轮廓大体为瘦长形态。将本申请实施例提供的方向盘组件安装于车辆上时，因其沿方向盘的转轴方向瘦长，可位于驾驶员双腿之间，驾驶员双腿所在空间更大。另外，本申请实施例提供的方案中，增加了冗余设计，如至少两个传动杆、至少两个路感电机、至少两个传动轮，其中，一个传动链(一个传动轮、一个传动杆及一个路感电机构成的)工作异常时，剩余的传动链还可正常工作，提高了方向盘组件的可靠性。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种方向盘组件，其特征在于，包括：

方向盘，设置在转轴的第一端；

传动轮，设置在所述转轴的第二端；

传动杆，与所述传动轮传动连接；

路感电机，与所述传动杆传动连接，用于输出路感动力以通过所述传动杆及所述传动轮传递至所述方向盘；

其中，所述传动杆沿所述转轴的轴线方向延伸。

2.根据权利要求1所述的方向盘组件，其特征在于，包括至少两个所述传动杆及至少两个路感电机；

至少两个所述传动杆传动连接在所述传动轮的不同位置处；

一个路感电机与一个传动杆传动连接。

3.根据权利要求1所述的方向盘组件，其特征在于，所述传动轮为蜗轮，所述传动杆为蜗杆；或者

所述传动轮为主动齿轮，所述传动杆上设有从动齿轮；所述主动齿轮与所述从动齿轮啮合。

4.根据权利要求3所述的方向盘组件，其特征在于，所述传动轮为蜗轮，所述传动杆为蜗杆时，

所述方向盘组件还包括传动转向装置；

所述传动转向装置具有接入端和输出端，所述接入端与所述转轴的第二端连接，所述输出端设有输出轴；所述输出轴的轴线与所述转轴的轴线垂直；

所述传动转向装置将绕所述转轴旋转的第一动力转换为绕所述输出轴旋转的第二动力；

所述蜗轮设置在所述输出轴上，随所述第二动力转动。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的方向盘组件，其特征在于，还包括：

感测装置，用于感测所述方向盘的转动信息；以及

控制器，与所述感测装置及所述路感电机电连接，用于根据所述转动信息控制所述路感电机输出路感动力。

6.根据权利要求1至4中任一项所述的方向盘组件，其特征在于，还包括扭杆及连接轴承；

所述转轴的第二端通过所述连接轴承与所述扭杆的第一端连接；

所述扭杆的第二端与所述传动轮传动连接；

所述转轴、所述连接轴承及所述扭杆套设在管柱套内。

7.根据权利要求6所述的方向盘组件，其特征在于，所述转轴的第一端通过花键与所述方向盘连接，所述转轴的第二端与所述连接轴承连接。

8.一种线控转向系统，其特征在于，包括：

如权利要求1至7任一项所述的方向盘组件；

转向执行组件，用于驱动车辆的车轮转向；以及

控制单元，与所述方向盘组件及所述转向执行组件电连接。

9.根据权利要求8所述的线控转向系统，其特征在于，所述控制单元包括第一控制器和第二控制器；其中，

所述第一控制器，与所述方向盘组件及所述转向执行组件电连接；

所述第二控制器，与所述方向盘组件及所述转向执行组件电连接；

所述第二控制器为所述第一控制器的备份，以在所述第一控制器不工作时，承担所述第一控制器的工作。

10.一种车辆，其特征在于，包括车体及如权利要求8或9所述的线控转向系统。

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