CN220483400U - 一种方向盘转角限位装置及线控转向系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种方向盘转角限位装置及线控转向系统，属于汽车线控转向技术领域。方向盘转角限位装置包括转向柱轴，用于固定连接方向盘且转动设置于安装座；柱轴齿轮，其固定设置在转向柱轴上；限位齿轮，其外缘设置有齿轮齿牙和止步齿，限位齿轮转动安装于安装座；齿轮齿牙与柱轴齿轮啮合，止步齿用于对柱轴齿轮旋转限位。方向盘转角限位装置通过机械结构对方向盘的旋转角度进行限制，且使整个装置占用空间较小，结构较为紧凑。

Description

一种方向盘转角限位装置及线控转向系统

技术领域

本实用新型涉及汽车线控转向技术领域，尤其涉及一种方向盘转角限位装置及线控转向系统。

背景技术

随着汽车电子电控技术的不断发展，智能自动驾驶技术正在越来越受到行业和市场的关注。其中，线控转向技术是实现车辆智能自动驾驶的重要技术之一。

在汽车的线控转向系统中，汽车的转向管柱与转向器之间由机械连接转变为电子连接，即通过控制器控制方向盘的转动并将方向盘的各个转动参数发送至转向器，以便于使转向器对车辆实现精准转向的控制。

由于在线控转向系统中，转向管柱和转向器之间不存在机械连接，当转向器达到行程末端而控制器对方向盘的转动控制出现失效时，方向盘仍可以带动转向管柱继续旋转，从而损坏方向盘内部的时钟弹簧等其它具有转角极限的零部件，并会对线控转向系统的正常工作产生严重的影响，也对汽车的安全造成一定的威胁；因此需要对线控转向系统中的方向盘的旋转角度进行机械限制。

目前，通过方向盘转角限位装置对方向盘的旋转角度进行机械限制。其中，方向盘转角限位装置包括柱轴齿轮、联动齿轮及限位齿轮，柱轴齿轮设置在与方向盘固定连接的转向柱轴上，联动齿轮的一端与柱轴齿轮啮合，联动齿轮的另一端与限位齿轮啮合，且在限位齿轮上具有齿轮齿牙和止步齿；当联动齿轮旋转至止步齿时，限位齿轮卡住联动齿轮，以实现对转向柱轴的转动止步，进而从机械结构实现对方向盘的旋转角度进行限制的目的。

然而由于，上述结构采用的是先在转向柱轴上设置柱轴齿轮，再设置与柱轴齿轮啮合的联动齿轮，并设置与联动齿轮啮合的限位齿轮，即设置了两级啮合齿轮，进而导致其占用空间较大，使整个装置的结构紧凑性较差。

综上所述，亟需设计一种方向盘转角限位装置及线控转向系统，来解决上述问题。

实用新型内容

本实用新型的一个目的在于提出一种方向盘转角限位装置，其能够通过机械结构对方向盘的旋转角度进行限制，且使整个装置占用空间较小，结构较为紧凑。

为达此目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种方向盘转角限位装置，其用于对方向盘的旋转角度进行限制，包括：

转向柱轴，用于固定连接所述方向盘且转动设置于安装座；

柱轴齿轮，其固定设置在所述转向柱轴上；

限位齿轮，其外缘设置有齿轮齿牙和止步齿，所述限位齿轮转动安装于所述安装座；

所述齿轮齿牙与所述柱轴齿轮啮合，所述止步齿用于对所述柱轴齿轮旋转限位。

进一步地，所述止步齿的齿厚大于所述齿轮齿牙的齿厚；和/或，

所述止步齿的齿高大于所述齿轮齿牙的齿高。

进一步地，所述限位齿轮采用非金属材质制成。

进一步地，所述转向柱轴包括：

转向上轴，其用于固定连接所述方向盘，所述转向上轴上设置有第一限位结构；

转向下轴，所述转向下轴转动安装于所述安装座且所述柱轴齿轮设置在所述转向下轴上，所述转向下轴上设置有第二限位结构；

所述第一限位结构和所述第二限位结构配合以允许所述转向上轴和所述转向下轴沿所述转向柱轴的轴向相对滑动，且阻止所述转向上轴和所述转向下轴沿所述转向柱轴周向相对转动。

进一步地，所述柱轴齿轮与所述转向下轴为一体成型结构。

进一步地，所述第一限位结构与所述第二限位结构两者中的其中一个为键槽，另一个为键。

进一步地，所述方向盘转角限位装置还包括：

第一轴承，所述第一轴承的外圈固定于所述安装座，内圈固定于所述转向下轴；和/或，

第二轴承，所述第二轴承的内圈固定于所述安装座，外圈固定于所述限位齿轮。

进一步地，所述方向盘转角限位装置还包括：

管柱，沿所述转向柱轴的轴向，所述管柱与所述安装座滑动连接，且所述转向上轴和所述管柱固定连接；沿所述转向柱轴的圆周方向，所述转向上轴和所述管柱转动连接；

驱动组件，所述驱动组件与所述管柱传动连接，且能够驱动所述管柱相对于所述安装座滑动。

进一步地，车辆沿直线行驶时，所述限位齿轮上的所述止步齿的中心面，与所述第一轴承的中心和所述第二轴承的中心之间的连线重合。

进一步地，所述齿轮齿牙的齿数与所述柱轴齿轮的齿数之间的比值等于所述方向盘单向旋转的圈数。

本实用新型的另一个目的在于提出一种线控转向系统，其能够通过机械结构对方向盘的旋转角度进行限制，且使整个装置占用空间较小，结构较为紧凑。

为达此目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种线控转向系统，包括如上所述的方向盘转角限位装置。

本实用新型的有益效果为：

通过使转向柱轴与方向盘固定连接且转动设置在安装座上，并将柱轴齿轮固定设置在转向柱轴上，将限位齿轮转动安装在安装座上，并使限位齿轮外缘设置的齿轮齿牙与柱轴齿轮啮合，并且在限位齿轮外缘还设置对柱轴齿轮旋转限位的止步齿；方向盘转动带动柱轴齿轮旋转，当柱轴齿轮旋转至止步齿时，限位齿轮卡住柱轴齿轮，以实现对方向盘的旋转止步；通过机械结构的限位方式，即使在转向器达到行程末端而控制器对方向盘的转动控制出现失效时，也能够较为可靠地限制方向盘带动转向柱轴继续旋转，从而能够保护方向盘内部的时钟弹簧等其它具有转角极限的零部件，并且避免影响线控转向系统的正常工作，保证汽车行驶的安全性；由于将柱轴齿轮设置在转向柱轴上并直接与限位齿轮啮合，即设置了一级啮合齿轮实现了对方向盘的旋转限位，使其占用空间较小，使整个装置的结构较为紧凑。

附图说明

图1是本实用新型提供的方向盘转角限位装置的结构示意图；

图2是本实用新型提供的柱轴齿轮的结构示意图；

图3是本实用新型提供的限位齿轮的结构示意图；

图4是本实用新型提供的安装板与转向柱轴的结构示意图；

图5是本实用新型提供的转向下轴的结构示意图；

图6是本实用新型提供的安装板、第一轴承和第二轴承的结构示意图；

图7是本实用新型提供的安装板、第一轴承和第二轴承之间的装配示意图。

附图标记：

1-方向盘；2-转向柱轴；21-转向上轴；22-转向下轴；3-柱轴齿轮；4-限位齿轮；41-齿轮本体；42-齿轮齿牙；43-止步齿；5-第二限位结构5；6-壳体；7-安装板；8-第一轴承；9-第二轴承；10-第三轴承；11-管柱；12-驱动组件；121-伺服电机；122-圆柱凸轮；13-安装销；14-传感器；15-空心轴电机；16-线束集成器。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而己。在整个说明书中，同样的附图标记指示同样的元件。

为使本实用新型解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本实用新型的技术方案。

目前，通过方向盘转角限位装置对方向盘的旋转角度进行机械限制。其中，方向盘转角限位装置包括柱轴齿轮、联动齿轮及限位齿轮，柱轴齿轮设置在与方向盘固定连接的转向柱轴上，联动齿轮的一端与柱轴齿轮啮合，联动齿轮的另一端与限位齿轮啮合，且在限位齿轮上具有齿轮齿牙和止步齿；当联动齿轮旋转至止步齿时，限位齿轮卡住联动齿轮，以实现对转向柱轴的转动止步，进而从机械结构实现对方向盘的旋转角度进行限制的目的；然而由于，上述结构采用的是先在转向柱轴上设置柱轴齿轮，再设置与柱轴齿轮啮合的联动齿轮，并设置与联动齿轮啮合的限位齿轮，即设置了两级啮合齿轮，进而导致其占用空间较大，使整个装置的结构紧凑性较差。

对此，如图1-3所示，本实施例中提出了一种方向盘转角限位装置，该方向盘转角限位装置用于对方向盘1的旋转角度进行限制；方向盘转角限位装置包括安装座、转向柱轴2、柱轴齿轮3及限位齿轮4；其中，转向柱轴2与方向盘1固定连接且转动设置在安装座上；柱轴齿轮3固定设置在转向柱轴2上，柱轴齿轮3为完全齿轮；限位齿轮4转动安装在安装座上，限位齿轮4为不完全齿轮，限位齿轮4的外缘设置有与柱轴齿轮3啮合的齿轮齿牙42以及用于对柱轴齿轮3旋转限位的止步齿43。

本实施例中的方向盘转角限位装置相对于现有技术而言改变了齿轮啮合的结构，通过使方向盘1转动带动柱轴齿轮3旋转，当柱轴齿轮3旋转至止步齿43时，限位齿轮4卡住柱轴齿轮3，以实现对方向盘1的旋转止步；通过机械结构的限位方式，即使在转向器达到行程末端而控制器对方向盘1的转动控制出现失效时，也能够较为可靠地限制方向盘1带动转向柱轴2继续旋转，从而能够保护方向盘1内部的时钟弹簧等其它具有转角极限的零部件，并且避免影响线控转向系统的正常工作，保证汽车行驶的安全性；由于将柱轴齿轮3设置在转向柱轴2上并直接与限位齿轮4啮合，即设置了一级啮合齿轮实现了对方向盘1的旋转限位，使其占用空间较小，使整个装置的结构较为紧凑。

具体而言，如图2所示，柱轴齿轮3为完全齿轮，完全齿轮具体指的是在柱轴齿轮3上设置的齿牙沿柱轴齿轮3的外缘完整设置。如图3所示，限位齿轮4为不完全齿轮，不完全齿轮具体指的是在限位齿轮4上设置的齿轮齿牙42没有沿限位齿轮4的外缘完整设置；即限位齿轮4的具体结构包括齿轮主体、以及在齿轮主体的外缘上设置的齿轮齿牙42和止步齿43，止步齿43的齿厚大于齿轮齿牙42的齿厚且止步齿43的齿高大于齿轮齿牙42的齿高，以便于在柱轴齿轮3旋转至限位齿轮4的止步齿43时，柱轴齿轮3上的齿牙不能够再顺利地插入到限位齿轮4内，以此来实现对柱轴齿轮3的旋转止步。其中，采用齿轮啮合的方式能够保证方向盘1转动时的平顺性。其它实施例中，还可以使止步齿43的齿厚大于齿轮齿牙42的齿厚或者止步齿43的齿高大于齿轮齿牙42的齿高，即可在柱轴齿轮3旋转至限位齿轮4的止步齿43时，柱轴齿轮3上的齿牙不能够再顺利地插入到限位齿轮4内。

进一步地，限位齿轮4采用非金属材质制成。本实施例中，限位齿轮4采用尼龙材质制成。其它实施例中，限位齿轮4还可以采用聚苯硫醚或者其它非金属材质制成。

通过使限位齿轮4采用具有重量轻、低噪声及低振动的性能的非金属材质制成，一方面能使限位齿轮4的重量较轻；另一方面能够使限位齿轮4具有较好的NVH(噪声、振动与声振粗糙度，Noise、Vibration、Harshness)性能，进而能够在保证限位齿轮4的强度的同时，降低柱轴齿轮3与齿轮齿牙42在相互啮合过程中以及当柱轴齿轮3旋转至止步齿43时产生的噪音及振动。

具体地，如图1和图4所示，转向柱轴2包括转向上轴21和转向下轴22；其中，转向上轴21的一端与方向盘1固定连接，转向下轴22的一端设置在转向上轴21另一端的内侧，转向下轴22的另一端转动安装在安装座上，柱轴齿轮3固定设置在转向下轴22的另一端上；并且在转向上轴21上设置有第一限位结构，在转向下轴22上设置有第二限位结构5，第一限位结构和第二限位结构5配合以允许转向上轴21和转向下轴22沿转向柱轴2的轴向相对滑动，且阻止转向上轴21和转向下轴22沿转向柱轴2周向相对转动；即转向上轴21能够相对于转向下轴22沿转向柱轴2的轴向来回滑动，且转向上轴21转动能够带动转向下轴22转动。其中，转向柱轴2的轴向如图1中箭头A所示。

通过使转向上轴21相对于转向下轴22沿转向柱轴2的轴向来回滑动，以使转向上轴21能够带动方向盘1相对于转向下轴22移动，进而能够调节方向盘1相对于转向下轴22的位置，以使方向盘1的位置能够与汽车内驾驶人员的乘坐位置相匹配，从而使汽车的乘坐体验感较好。

具体而言，如图5所示，柱轴齿轮3与转向下轴22为一体成型结构，即直接在转向下轴22上加工成型柱轴齿轮3；一方面能够使柱轴齿轮3与转向下轴22之间的结构较为紧凑，进一步使整个装置的结构较为紧凑；另一方面能够省去将柱轴齿轮3设置在转向下轴22上的安装工艺，以使整个方向盘转角限位装置的装配较为简单。

如图4和图5所示，在第一限位结构与第二限位结构5两者中的其中一个为键槽，另一个为键，键能够在键槽内滑动且能够止滑于任一位置。本实施例中，第一限位结构为键槽，第二限位结构5为键。其它实施例中，还可以使第一限位结构为键，第二限位结构5为键槽。

通过设置键和键槽，并使键能够在键槽内滑动且能够止滑于任一位置，一方面能够使转向上轴21与转向下轴22之间形成可拆卸连接，以便于对转向上轴21与转向下轴22之间进行拆装；另一方面还能够使转向上轴21与转向下轴22之间在转向柱轴2的轴向形成滑动连接。

进一步地，如图1所示，安装座包括壳体6以及位于壳体6底端的安装版7；方向盘转角限位装置还包括管柱11以及驱动组件12，沿转向柱轴2的轴向，管柱11与安装座的壳体6滑动连接，且转向上轴21和管柱11固定连接；沿转向柱轴2的圆周方向，转向上轴21和管柱11转动连接；驱动组件12设置在壳体6内，驱动组件12与管柱11传动连接，驱动组件12用于驱动管柱11相对于壳体6在转向柱轴2的轴向来回滑动，以使管柱11带动转向上轴21及方向盘1相对于转向下轴22滑动。

如图1所示，驱动组件12包括伺服电机121及圆柱凸轮122，伺服电机121与圆柱凸轮122驱动连接，且圆柱凸轮122与管柱11固定连接；当伺服电机121转动时，以带动圆柱凸轮122转动，进而带动管柱11相对于壳体6在转向柱轴2的轴向来回滑动，以使管柱11带动转向上轴21及方向盘1相对于转向下轴22滑动。

其它实施例中，还可以使驱动组件12包括直线气缸及滑块，滑块固定设置在管柱11的外侧，直线气缸与滑块驱动连接，直线气缸用于驱动滑块沿转向柱轴2的轴向移动，以使滑块带动管柱11沿转向柱轴2的轴向相对于壳体6来回滑动。此处对驱动组件12的具体结构不作限制，只要能够实现管柱11在转向柱轴2的轴向相对于壳体6滑动即可。

进一步地，如图1、图6和图7所示，方向盘转角限位装置还包括第一轴承8；其中，第一轴承8的外圈固定设置在安装板7内，转向下轴22固定设置在第一轴承8的内圈，即通过设置第一轴承8能够保证转向下轴22相对于安装板7并在安装板7内转动，且柱轴齿轮3位于第一轴承8的上方。

进一步地，如图1、图6和图7所示，方向盘转角限位装置还包括第二轴承9；其中，在安装板7上设置有安装销13，第二轴承9的内圈固定设置在安装板7上的安装销13上，限位齿轮4固定设置在第二轴承9的外圈，即通过设置第二轴承9能够保证限位齿轮4相对于安装板7的转动较为平滑，以使限位齿轮4的转动较为顺畅。在其它实施例中，还可以不设置第二轴承9，直接将限位齿轮4滑动套设在安装销13上，以使限位齿轮4能够相对于安装销13转动即可。

通过将限位齿轮4、第一轴承8和第二轴承9均设置在安装板7上，再将安装板7整体设置在壳体6的底端，再使转向下轴22固定插至第一轴承8的内圈，以能够使安装较为简单方便，且使空间占用较小，以能够进一步使整个装置的结构更为紧凑。

进一步地，如图7所示，在车辆沿直线行驶时，此时方向盘1处于中间位置，限位齿轮4上的止步齿43的中心面，与第一轴承8的中心和第二轴承9的中心之间的连线重合，以使方向盘1位于中间位置时，限位齿轮4与柱轴齿轮3之间的啮合点刚好位于止步齿43的中心面上，进而能够保证方向盘1在进行正向转动或者反向转动时，均能够在转动相同的圈数之后被限位。

其中，齿轮齿牙42的齿数与柱轴齿轮3的齿数之间的比值等于方向盘1单向旋转的圈数；即可以通过改变齿轮齿牙42的齿数与柱轴齿轮3的齿数之间的比值，来改变对方向盘1旋转的限位圈数，进而能够对方向盘1的转动实现精确控制。

本实施例中还提出了一种线控转向系统，如图1所示，该线控转向系统包括方向盘1、转向器以及如上述的方向盘转角限位装置，该方向盘转角限位装置与方向盘1连接，用于对方向盘1的旋转进行机械限位，避免方向盘1出现过度旋转的问题；转向器能够根据方向盘1的转动参数进行转向，进而实现汽车的线控转向功能。

具体地，如图1所示，线控转向系统还包括传感器14，传感器14设置在壳体6内且位于转向下轴22上，传感器14用于检测方向盘1转动的角度及力矩，以使转向器能够根据传感器14检测的参数对汽车的车轮进行转向控制。本实施例中的转向器为现有技术中常见的汽车转向器，因此，此处不再对转向器的工作原理进行详细赘述。

进一步地，如图1所示，线控转向系统还包括空心轴电机15，空心轴电机15设置在壳体6内，空心轴电机15的中心设置有贯穿孔，转向下轴22插设在贯穿孔内，空心轴电机15用于驱动转向下轴22转动，以使转向下轴22带动转向上轴21转动，从而使方向盘1转动；此时方向盘1的转动方向与在转向时方向盘1主动转动的方向相反，进而能够为方向盘1提供一个相反方向的转动力矩，以便于给驾驶员提供一个方向盘1转动的反馈信息，以能够实时掌控方向盘1转动的角度以及力矩大小。

如图1所示，线控转向系统还包括线束集成器16，线束集成器16设置在壳体6内，线束集成器16用于对线控转向系统中涉及的线路进行收集管理，以便于线束的统一管理。

以上内容仅为本实用新型的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。

Claims (11)

1.一种方向盘转角限位装置，其用于对方向盘(1)的旋转角度进行限制，包括：

转向柱轴(2)，用于固定连接所述方向盘(1)且转动设置于安装座；

柱轴齿轮(3)，其固定设置在所述转向柱轴(2)上；

限位齿轮(4)，其外缘设置有齿轮齿牙(42)和止步齿(43)，所述限位齿轮(4)转动安装于所述安装座；

其特征在于，

所述齿轮齿牙(42)与所述柱轴齿轮(3)啮合，所述止步齿(43)用于对所述柱轴齿轮(3)旋转限位。

2.如权利要求1所述的方向盘转角限位装置，其特征在于，所述止步齿(43)的齿厚大于所述齿轮齿牙(42)的齿厚；和/或，

所述止步齿(43)的齿高大于所述齿轮齿牙(42)的齿高。

3.如权利要求1所述的方向盘转角限位装置，其特征在于，所述限位齿轮(4)采用非金属材质制成。

4.如权利要求1所述的方向盘转角限位装置，其特征在于，所述转向柱轴(2)包括：

转向上轴(21)，其用于固定连接所述方向盘(1)，所述转向上轴(21)上设置有第一限位结构；

转向下轴(22)，所述转向下轴(22)转动安装于所述安装座且所述柱轴齿轮(3)设置在所述转向下轴(22)上，所述转向下轴(22)上设置有第二限位结构(5)；

所述第一限位结构和所述第二限位结构(5)配合以允许所述转向上轴(21)和所述转向下轴(22)沿所述转向柱轴(2)的轴向相对滑动，且阻止所述转向上轴(21)和所述转向下轴(22)沿所述转向柱轴(2)周向相对转动。

5.如权利要求4所述的方向盘转角限位装置，其特征在于，所述柱轴齿轮(3)与所述转向下轴(22)为一体成型结构。

6.如权利要求4所述的方向盘转角限位装置，其特征在于，所述第一限位结构与所述第二限位结构(5)两者中的其中一个为键槽，另一个为键。

7.如权利要求4所述的方向盘转角限位装置，其特征在于，所述方向盘转角限位装置还包括：

第一轴承(8)，所述第一轴承(8)的外圈固定于所述安装座，内圈固定于所述转向下轴(22)；和/或，

第二轴承(9)，所述第二轴承(9)的内圈固定于所述安装座，外圈固定于所述限位齿轮(4)。

8.如权利要求4所述的方向盘转角限位装置，其特征在于，所述方向盘转角限位装置还包括：

管柱(11)，沿所述转向柱轴(2)的轴向，所述管柱(11)与所述安装座滑动连接，且所述转向上轴(21)和所述管柱(11)固定连接；沿所述转向柱轴(2)的圆周方向，所述转向上轴(21)和所述管柱(11)转动连接；

驱动组件(12)，所述驱动组件(12)与所述管柱(11)传动连接，且能够驱动所述管柱(11)相对于所述安装座滑动。

9.如权利要求7所述的方向盘转角限位装置，其特征在于，车辆沿直线行驶时，所述限位齿轮(4)上的所述止步齿(43)的中心面，与所述第一轴承(8)的中心和所述第二轴承(9)的中心之间的连线重合。

10.如权利要求9所述的方向盘转角限位装置，其特征在于，所述齿轮齿牙(42)的齿数与所述柱轴齿轮(3)的齿数之间的比值等于所述方向盘(1)单向旋转的圈数。

11.一种线控转向系统，其特征在于，包括如权利要求1-10中任一项所述的方向盘转角限位装置。