CN114560008A - 转向***和车辆 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及汽车技术领域，公开了一种转向***和车辆，其中，所述转向***包括：转向器主体，所述转向器主体具有转向器输入轴与齿轮轴；解耦机构，所述解耦机构用于解耦或耦合所述转向器输入轴和所述齿轮轴；限位机构，所述限位机构用于在所述转向器输入轴和所述齿轮轴解耦和/或耦合时，对所述转向器输入轴的转角范围进行限制。本发明提供的转向***可解耦或耦合转向***动力传递，当转向器输入轴与齿轮轴处于解耦状态时，用户操作方向盘转动时不会带动车轮转向，从而可以避免由此导致的轮胎磨损，使得汽车兼具驾驶功能和游戏功能的同时，能够更好地保护轮胎。

Description

转向***和车辆
技术领域
本发明涉及汽车技术领域，具体地涉及一种转向***和车辆。
背景技术
随着生活水平的提高，车载娱乐设备日益成为提升车型竞争力的重要手段，目前市面上可供乘员娱乐的应用往往基于车载Pad而开发，而Pad空间位置相对固定，操作交互手段较单一，如果进行游戏等多有不便。
近些年陆续有开发出基于方向盘交互的车载娱乐应用，该类游戏需要与车辆转向***结合，但是现有技术使用的机械式转向器与转向管柱无法解耦，也就是说转向***仍存在完整的机械连接关系。在进行游戏娱乐时，驾驶员转动方向盘，轮胎仍会跟随转动，这样势必会导致轮胎磨损加剧，带来安全隐患。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术存在的上述技术问题，提供一种转向***，该转向***能够使汽车进入游戏模式时，避免车轮跟着方向盘转动，有效防止车轮磨损。
为了实现上述目的，本发明的第一方面提供了一种转向***，包括：
转向器主体，所述转向器主体具有转向器输入轴和齿轮轴；
解耦机构，所述解耦机构用于解耦或耦合所述转向器输入轴和所述齿轮轴；
限位机构，所述限位机构用于在所述转向器输入轴和所述齿轮轴解耦和 /或耦合时，对所述转向器输入轴的转角范围进行限制。
进一步的，所述转向器输入轴与所述齿轮轴同轴设置；
所述解耦机构包括解耦滑套和解耦轴，所述解耦滑套套设在所述转向器输入轴与所述齿轮轴中的一者上，所述解耦轴设置在所述转向器输入轴与所述齿轮轴中的另一者上，所述解耦滑套设置为能够沿着所述转向器输入轴与所述齿轮轴的轴向平移以与所述解耦轴啮合/脱离，以耦合/解耦所述转向器输入轴与所述齿轮轴。
进一步的，所述转向器输入轴具有中空结构，所述齿轮轴上段伸入所述中空结构内；
所述解耦滑套花键连接在所述转向器输入轴下段，所述解耦轴下段花键连接在所述齿轮轴上段，并通过第一锁紧螺母锁紧在所述齿轮轴上段；其中，所述解耦滑套具有第一牙嵌齿，所述解耦轴具有第二牙嵌齿，所述解耦滑套沿着所述转向器输入轴与所述齿轮轴的轴向平移以使所述第一牙嵌齿与所述第二牙嵌齿啮合/脱离，以耦合/解耦所述转向器输入轴和所述齿轮轴。
进一步的，所述齿轮轴上段通过第一滚针轴承设置在所述转向器输入轴下段的所述中空结构内。
进一步的，所述转向器主体还包括壳体，所述转向器输入轴的下段和所述齿轮轴轴向可旋转地安装在所述壳体内。
进一步的，所述解耦机构还包括用于驱动所述解耦滑套沿着所述转向器输入轴和所述齿轮轴的轴向平移以与所述解耦轴啮合/脱离的驱动传动机构。
进一步的，所述驱动传动机构包括：
第一动力元件，用于提供驱动力；
传动换向部件，用于将所述第一动力元件输出的旋转驱动力转化为所述解耦滑套的轴向平移。
进一步的，所述传动换向部件包括与所述第一动力元件的输出轴连接为同步旋转的丝杆以及螺纹连接在所述丝杆上的拨叉，所述解耦滑套嵌于所述拨叉的拨叉端，以使所述解耦滑套能够随所述转向器输入轴同步旋转，并且能够沿着所述转向器输入轴的轴向平移。
进一步的，所述解耦滑套外侧同轴设置有解耦轴承，所述解耦轴承的外圈固定连接有驱动块，所述驱动块固定设置在所述拨叉上，以在所述传动换向部件的驱动下带动所述解耦滑套轴向平移。
进一步的，所述解耦轴承内圈的一侧抵接与所述解耦滑套的轴肩，内圈的另一侧通过第三挡圈进行轴向限位，所述解耦轴承外圈的一侧抵接于所述驱动块的轴肩，外圈的另一侧通过第二挡圈进行轴向限位。
进一步的，所述第一动力元件固定设置在所述壳体上，所述壳体上设置有开口，所述开口设置为能够使所述拨叉连接至所述解耦滑套，并且能够在所述开口处轴向平移。
进一步的，所述转向***还包括手感反馈机构，该手感反馈机构用于在所述转向器输入轴和所述齿轮轴解耦时对所述转向器输入轴施加反馈力矩，以提高与所述转向器输入轴传动连接的方向盘的操作手感。
进一步的，所述手感反馈机构包括：
第二动力元件，用于提供驱动力；
传动机构，用于将所述驱动力传递给所述转向器输入轴以对所述转向器输入轴施加反向的反馈力矩。
进一步的，所述传动机构包括与所述第二动力元件的输出轴连接为同步旋转的主动带轮，所述主动带轮通过皮带连接有从动带轮，所述从动带轮通过从动带轮轴承连接于所述转向器输入轴，且该从动带轮设置为能够与解耦滑套啮合/脱离。
进一步的，所述从动带轮靠近所述解耦滑套的一侧设置有皮带挡圈。
进一步的，所述从动带轮轴承外圈一侧抵接于所述从动带轮轴肩，另一侧通过第四挡圈轴向限位，所述从动带轮轴承内圈一侧抵接于所述转向器输入轴轴肩，另一侧通过第二卡环轴向限位。
进一步的，所述第二动力元件通过支架固定安装在所述壳体上。
进一步的，所述限位机构包括套设在所述转向器输入轴上的限位圆盘和限位导轨；所述限位圆盘设置为能够随所述转向器输入轴转动，该限位圆盘上形成有螺旋槽，且该限位圆盘上设置有限位挡块，所述限位导轨固定于所述壳体上，且该限位导轨内滑动设置有限位滑块，所述限位滑块具有***所述螺旋槽的导向销，并设置有与所述限位挡块相适配的限位凸台。
进一步的，所述限位机构包括设置在所述壳体内的第一限位销以及设置在所述解耦滑套上的第二限位销，所述第二限位销能够在所述转向器输入轴转动至极限位置时与所述第一限位销相抵靠以止挡所述转向器输入轴。
进一步的，所述转向***还包括用于检测所述齿轮轴和所述转向器输入轴的解耦或耦合状态的状态检测机构。
进一步的，所述状态检测机构包括霍尔传感器和磁钢，所述霍尔传感器设置在所述壳体上，所述拨叉上设置有压装钢套，所述磁钢设置在压装钢套与所述拨叉之间的间隙内。
基于本发明第一方面提供的转向***，本发明第二方面提供一种车辆，该车辆包括根据本发明第一方面所述的转向***。
采用上述技术方案后，本发明与现有技术相比主要具有以下有益效果：
本发明转向***的转向器输入轴和齿轮轴通过解耦机构解耦或耦合，当转向器输入轴和齿轮轴耦合时，汽车进入正常驾驶模式，方向盘转动时会带动转向器输入轴转动，并通过解耦机构一同带动齿轮轴转动，用户操作方向盘转动可以带动车轮转向；当转向器输入轴和齿轮轴解耦时，汽车进入游戏模式，方向盘转动时带动转向器输入轴转动，但齿轮轴由于与转向器输入轴解耦，因此不会被转向器输入轴带动旋转，由此，汽车方向盘的转动扭矩不会传递给车轮从而带动车轮转向，由此可以改善车轮的磨损情况。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。
附图说明
附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。
在附图中：
图1是本发明转向***的结构示意图；
图2是本发明转向***的剖视图；
图3是本发明转向器主体的剖视图；
图4是耦合状态下解耦机构的结构示意图；
图5是解耦状态下解耦机构的结构示意图；
图6是本发明手感反馈机构的结构示意图；
图7是本发明限位机构的结构示意图一；
图8是本发明限位机构的结构示意图二；
图9是本发明限位机构的结构示意图三；
图10是本发明限位机构的结构示意图四；
图11是本发明限位机构的结构示意图五；
图12是解耦状态下限位机构的结构示意图一；
图13是解耦状态下限位机构的结构示意图二；
图14是耦合状态下限位机构的结构示意图；
图15是耦合状态下限位机构的俯视图；
图16是本发明状态检测机构的结构示意图一；
图17是本发明状态检测机构的结构示意图二。
附图标记说明：
1、转向器主体；101、下壳体；102、上壳体；103、齿条；104、第二滚针轴承；105、齿轮轴；106、第一轴承；107、第二锁紧螺母；108、第三锁紧螺母；109、第一锁紧螺母；110、第一滚针轴承；111、转向器输入轴； 112、第二轴承；113、第一挡圈；114、第一卡环；115、油封；
2、解耦机构；201、第一动力元件；202、密封端盖；203、第一螺栓； 204、丝杠；205、驱动块；206、拨叉；207、解耦轴承；208、第二挡圈； 209、第三挡圈；210、解耦滑套；211、解耦轴；
3、手感反馈机构；301、第二动力元件；302、支架；303、第一螺钉； 304、皮带；305、主动带轮；306、从动带轮；307、从动带轮轴承；308、皮带挡圈；309、第四挡圈；310、第二卡环；
4、限位机构；401、限位圆盘；402、限位导轨；403、第二螺钉；404、限位滑块；405、第一限位销；406、第二限位销；407、第二螺栓；
501、压装钢套；502、磁钢；503、霍尔传感器。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“内”、“外”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，因此不能理解为对本发明的限制。
汽车转向***用于实现方向盘与车轮之间的传动连接，当用户操作方向盘转动时，可以通过汽车转向***带动车轮偏转，从而实现汽车行驶方向的控制。
如图1-8所示，本发明提供了一种转向***，包括转向器主体1和解耦机构2，所述转向器主体1具有转向器输入轴111和齿轮轴105，所述解耦机构2用于解耦或耦合所述转向器输入轴111和所述齿轮轴105。
转向器输入轴111和齿轮轴105通过解耦机构2解耦或耦合，当转向器输入轴111和齿轮轴105耦合时，汽车进入正常驾驶模式，方向盘转动时会带动转向器输入轴111转动，并通过解耦机构2一同带动齿轮轴105转动，用户操作方向盘转动可以带动车轮转向；当转向器输入轴111和齿轮轴105 解耦时，汽车进入游戏模式，方向盘转动时带动转向器输入轴111转动，但齿轮轴105由于与转向器输入轴111解耦，因此不会被转向器输入轴111带动旋转，由此，汽车方向盘的转动扭矩不会传递给车轮从而带动车轮转向，由此可以改善车轮的磨损情况。
所述解耦机构2的具体结构可以有多种，本发明下面给出解耦机构2的一种具体实施例，当然，所述解耦机构2的结构并不限于此。
具体的，所述转向器输入轴111与所述齿轮轴105同轴设置；所述解耦机构2包括解耦滑套210和解耦轴211，所述解耦滑套210套设在所述转向器输入轴111与所述齿轮轴105中的一者上，所述解耦轴211设置在所述转向器输入轴111与所述齿轮轴105中的另一者上，所述解耦滑套210设置为能够沿着所述转向器输入轴111与所述齿轮轴105的轴向平移以与所述解耦轴211啮合或者脱离，从而耦合或者解耦所述转向器输入轴111与所述齿轮轴105。
在利用解耦机构2耦合转向器输入轴111与所述齿轮轴105时，需要转向器输入轴111与所述齿轮轴105属于彼此对中的状态，否则解耦机构2将无法实现转向器输入轴111与所述齿轮轴105的顺利耦合。
本发明优选所述转向器输入轴111具有中空结构，所述齿轮轴105上段伸入所述中空结构内，以保证所述转向器输入轴111与所述齿轮轴105同轴。更优选的，所述齿轮轴105上段通过第一滚针轴承110设置在所述转向器输入轴111下段的所述中空结构内。
所述解耦滑套210花键连接在所述转向器输入轴111下段，所述解耦轴 211下段花键连接在所述齿轮轴105上段，并且通过第一锁紧螺母109锁紧在所述齿轮轴105上段；其中，所述解耦滑套210具有第一牙嵌齿，所述解耦轴211具有第二牙嵌齿，驱动所述解耦滑套210沿着所述转向器输入轴111 与所述齿轮轴105的轴向平移，使所述第一牙嵌齿与所述第二牙嵌齿啮合，以耦合所述转向器输入轴111和所述齿轮轴105，或者使所述第一牙嵌齿与所述第二牙嵌齿脱离，以解耦所述转向器输入轴111和所述齿轮轴105。
解耦轴211下段通过花键安装于齿轮轴105上，并使用第一锁紧螺母109 将解耦轴211压紧在齿轮轴105上，实现对解耦轴211下段的定位。解耦滑套210通过花键安装于转向器输入轴111下段。所述解耦滑套210靠近解耦轴211的一侧设置有第一牙嵌齿，所述解耦轴211上设置有与所述第一牙嵌齿相适配的第二牙嵌齿。
当解耦滑套210沿着所述转向器输入轴111与所述齿轮轴105的轴向平移至所述第一牙嵌齿与所述第二牙嵌齿啮合的时候，所述转向器输入轴111 和齿轮轴105耦合，汽车进入正常驾驶模式，方向盘转动时会带动转向器输入轴111转动，并通过解耦机构2一同带动齿轮轴105转动，用户操作方向盘转动可以带动车轮转向。
当解耦滑套210沿着所述转向器输入轴111与所述齿轮轴105的轴向平移至所述第一牙嵌齿与所述第二牙嵌齿脱离的时候，转向器输入轴111和齿轮轴105解耦，汽车进入游戏模式，方向盘转动时带动转向器输入轴111转动，但齿轮轴105由于与转向器输入轴111解耦，因此不会被转向器输入轴 111带动旋转，由此，汽车方向盘的转动扭矩不会传递给车轮从而带动车轮转向，由此可以改善车轮轮胎的磨损情况。
本发明实施例中的解耦机构2采用了牙嵌离合器式的结构，但是也可以采用其它刚性离合器替代，或使用电磁离合器的形式，直接驱动电磁铁实现解耦，优点在于可取消第一动力元件201，但是可能会增加成本，在此不再赘述，用户可根据实际需求自行选择。
进一步的，所述解耦机构2还包括用于驱动所述解耦滑套210沿着所述转向器输入轴111和所述齿轮轴105的轴向平移以与所述解耦轴211下段啮合/脱离的驱动传动机构。
其中，所述驱动传动机构包括第一动力元件201和传动换向部件，所述第一动力元件201用于提供驱动力，这里的第一动力元件201可以为第一电机，所述传动换向部件用于将所述第一动力元件201输出的旋转驱动力转化为所述解耦滑套210的轴向平移。
具体的，所述传动换向部件包括与所述第一动力元件201的输出轴连接为同步旋转的丝杆204以及与所述丝杆204连接的拨叉206，所述拨叉206 为螺母拨叉，与丝杠204配合为丝杠螺母副，将第一动力元件201的旋转运动转换为拨叉206的轴向平移运动，所述解耦滑套210嵌于所述拨叉206的拨叉端，使所述解耦滑套210既能够随所述转向器输入轴111同步转动，并且能够沿着所述转向器输入轴111的轴向平移。
所述丝杠204的轴向与转向器输入轴111和齿轮轴105的轴向平行，第一电机可以连接控制器，所述控制器可以为单片机或可编程逻辑控制器等，控制器能够接收解耦或耦合信号，并根据解耦或耦合信号控制第一电机通电旋转，当第一电机通电旋转时，丝杠204随之同步旋转，驱动拨叉206沿着丝杠204的轴向平移，拨叉206轴向平移时，带动解耦滑套210随之轴向平移，以与所述解耦轴211啮合或者脱离，从而耦合或解耦所述转向器输入轴111和齿轮轴105。
本发明实施例中的传动换向部件为丝杠螺母副，当然也可采用蜗轮蜗杆副或者齿轮齿条副，只要能够实现本发明中将电机的旋转运动转化为解耦滑套210需求的直线运动即可，在此不作具体限制。
为了实现所述解耦滑套210既能够随所述转向器输入轴111同步转动，还能够沿着所述转向器输入轴111的轴向平移，所述解耦滑套210外侧同轴设置有解耦轴承207，所述解耦轴承207的外圈固定连接有驱动块205，所述驱动块205固定设置在所述拨叉206上，以在所述传动换向部件的驱动下带动所述解耦滑套210轴向平移。
由于驱动传动机构需要电连接控制设备，不可以随着解耦滑套210的转动而转动，因此，当解耦滑套210随着转向器输入轴111同步转动时，仅解耦轴承207的内圈随着解耦滑套210转动，但解耦轴承207的外圈不会受到影响，由于驱动传动机构与解耦轴承207的外圈相连，因此不会受到解耦滑套210转动的影响。即，由于解耦轴承207的设置，解耦滑套210的轴向旋转不会传动给驱动传动机构，从而避免解耦滑套210带动驱动部件旋转。
如此，所述驱动传动机构可以通过驱动所述解耦轴承207沿着所述转向器输入轴111的轴向平移从而带动所述解耦滑套210沿着所述转向器输入轴 111轴向平移，以使所述解耦滑套210与所述解耦轴211啮合或者脱离，从而实现转向器输入轴111与齿轮轴105之间的耦合或解耦。
为了实现解耦轴承207与解耦滑套210的相对定位，所述解耦轴承207 内圈的一侧抵接与所述解耦滑套210的轴肩，内圈的另一侧通过第三挡圈 209进行轴向限位，所述解耦轴承207外圈的一侧抵接于所述驱动块205的轴肩，外圈的另一侧通过第二挡圈208进行轴向限位，以使所述解耦滑套210 既能够随所述转向器输入轴111同步转动，还能够沿着所述转向器输入轴111的轴向平移。
具体的，所述转向器主体1还包括壳体，所述转向器输入轴111的下段和所述齿轮轴105轴向可旋转地安装在所述壳体内。其中，所述壳体包括与副车架固定连接的下壳体101以及设置在所述下壳体101上的上壳体102。
齿条103通过左右两侧的滑动轴承在下壳体101内可相对平动，齿轮轴 105与齿条103配合传递转向驱动力，所述齿轮轴105下段通过第二滚针轴承104与下壳体101配合，齿轮轴105中段通过第一轴承106与下壳体101 配合，第一轴承106安装于下壳体101内，第一轴承106的外圈通过第二锁紧螺母107轴向定位，第一轴承106的内圈一边抵接于齿轮轴105轴肩，另一侧通过第三锁紧螺母108轴向定位，从而实现对齿轮轴105的定位。
所述转向器输入轴111上段通过第二轴承112与上壳体102配合定位，第二轴承112安装于上壳体102内，第二轴承112外圈通过第一挡圈113进行轴向定位，内圈一边抵接于转向器输入轴111上段轴肩，另一侧通过第一卡环114轴向定位，从而实现对转向器输入轴111的定位，油封115压装于上壳体102，油封115内圈与转向器输入轴111配合，实现上端的密封功能。
为了便于安装所述驱动传动机构，所述第一动力元件201通过第一螺栓 203安装于上壳体102，密封端盖202分别固联与上壳体102与下壳体101，采用这种设计结构主要是为了装配方便。为了能够实现拨叉206与解耦滑套 210之间的连接，所述上壳体102上设置有开口，所述开口设置为能够使所述拨叉206连接至所述解耦滑套210，并且能够使所述拨叉206在所述开口处轴向平移。
通过上述解耦机构2解耦齿轮轴105和转向器输入轴111后，汽车进入游戏模式。但是在游戏模式下，用户操作方向盘将不会受到任何阻力，影响方向盘的操作手感，降低用户娱乐体验。
为了解决此技术问题，本发明提供的转向***还包括手感反馈机构3，该手感反馈机构3用于在齿轮轴105和转向器输入轴111解耦时对所述转向器输入轴111施加反馈力矩，以提高与所述转向器输入轴111传动连接的方向盘的操作手感，提升用户在操作汽车方向盘进行游戏娱乐时的体验效果，以提高汽车游戏模拟的真实性。
所述手感反馈机构3的结构可以有多种。在本发明的一优选实施例中，所述手感反馈机构3包括第二动力元件301和传动机构，所述第二动力元件 301用于提供驱动力，这里所述的第二动力元件301可以为第二电机，所述传动机构用于将所述驱动力传递给所述转向器输入轴111以对所述转向器输入轴111施加反向的反馈力矩。
具体的，所述第二动力元件301通过支架302以及第一螺钉303固定安装在所述上壳体102上，所述传动机构包括与所述第二动力元件301的输出轴连接为同步旋转的主动带轮305，所述主动带轮305通过皮带304连接有从动带轮306，以传递动力，所述从动带轮306通过从动带轮轴承307连接于所述转向器输入轴111且位于所述解耦滑套210上方，该从动带轮306与解耦滑套210啮合。
所述从动带轮306靠近所述解耦滑套210的一侧设置有皮带挡圈308。所述从动带轮轴承307外圈一侧抵接于所述从动带轮306轴肩，另一侧通过第四挡圈309轴向限位，所述从动带轮轴承307内圈一侧抵接于所述转向器输入轴111轴肩，另一侧通过第二卡环310轴向限位，从而实现从动带轮306 与转向器输入轴111的相对定位。
当执行转向解耦功能后，所述解耦滑套210向远离所述解耦轴211方向轴向平移直至与所述解耦轴211下段脱离，此时所述转向器输入轴111与所述齿轮轴105解耦。解耦滑套210与从动带轮306均具有相互适配的三角形牙嵌齿，此时三角形牙嵌齿啮合。第二电机的力矩反馈通过主动带轮305啮合皮带304传递至从动带轮306，从动带轮306通过三角形牙嵌齿啮合将力矩传递至解耦滑套210，解耦滑套210通过花键连接于转向器输入轴111，从而对方向盘端施加道路反馈模拟。
进一步的，所述手感反馈机构3还可以包括力矩传感器，所述力矩传感器用于检测所述转向器输入轴111在解耦状态下的扭转力矩，控制器可以根据检测到的扭转力矩的大小来控制第二电机的输入电流从而改变第二电机输出的驱动力。
本发明实施例中的手感反馈机构3选用了带轮进行扭矩传递，也可采用单级或多级齿轮传动进行扭矩传递，或采用蜗轮蜗杆等进行大减速比传动降低对电机的性能要求。
在本发明的一种实施例中，所述转向***还可以包括限位机构4，所述限位机构4不仅可以在转向器输入轴111与齿轮轴105耦合时，对所述转向器输入轴111的转角范围进行限制，还可以在转向器输入轴111与齿轮轴105 解耦时，对所述转向器输入轴111的转角范围进行限制。
具体的，如图7-8所示，所述限位机构4位于所述解耦滑套210上方，该限位机构4包括套设在所述转向器输入轴111上的限位圆盘401和限位导轨402；所述限位圆盘401设置为能够随所述转向器输入轴111转动，该限位圆盘401上形成有螺旋槽，且该限位圆盘401上设置有限位挡块，所述限位导轨402通过第二螺钉403固定安装于所述上壳体102上，且该限位导轨 402内滑动设置有限位滑块404，所述限位滑块404具有***所述螺旋槽的导向销，可沿导轨方向自由滑动，轴向通过弹性涂层进行预紧及防磨，限位滑块404还设置有与所述限位挡块相适配的限位凸台。
齿轮轴105和转向器输入轴111解耦后，即汽车进入游戏模式，当方向盘转动时，转向器输入轴111随之转动，带动限位圆盘401转动，限位圆盘 401内部具有螺旋沟槽，旋转时对限位滑块404的导向销产生沿导轨方向的推力，当转动圈数达到设计限值时，限位滑块404沿导轨方向移动到恰好使限位圆盘401上的限位挡块与限位滑块404上的限位凸台抵接的位置，此时在结构强度允许的力矩下方向盘无法继续转动，从而实现转向限位功能，由此提升用户体验，并且有助于保护时钟弹簧。
本发明实施例中上述的限位机构4不限于使用实施例所述结构，本实施例为受布置空间限制的一种选择，还可使用少齿差减速结构、螺母丝杠限位等结构，在布置空间满足的前提下强度校核通过即可。
在本发明的另一种实施例中，所述转向***还可以包括限位机构4，本实施例中所述限位机构4仅可以在转向器输入轴111与齿轮轴105处于解耦状态下对所述转向器输入轴111的转角范围进行限制。
现有技术中转向***一般均设置有最大转动圈数，一方面是基于转向操作的手感，一方面则是避免车轮转角过大与周边件产生摩擦碰撞。市面常见的转向器限位方式通常为限制齿条的移动空间，达到对方向盘转动的限位。常见机械式转向器转向齿条与球销套螺纹连接，球销套配合球头拉杆将转向驱动力传递至车轮。当齿条运动至极限时，球销套端面与壳体接触，阻止齿条继续移动从而实现对转向角度的限位。
但是当解耦机构2实现对所述转向器输入轴111与齿轮轴105的解耦后，动力传递路径从齿条以上断开时，齿条限位结构将无法再对方向盘进行角度限位。此时方向盘内部的时钟弹簧组件可能会由于转动圈数超过限制而损坏，导致转向盘上的很多电子按键功能失效。
为了解决上述技术问题，本发明所述的转向***还包括用于在齿轮轴 105和转向器输入轴111解耦时对所述转向器输入轴111的转角范围进行限制的限位机构4，避免转向解耦工况下驾驶员过大的转向角度导致时钟弹簧等组件被破坏。
如图9-15所示，本实施例在解耦机构2上安装限位机构4，该限位机构 4可以保证在转向***解耦后实现对方向盘转角的限制，规避了转向解耦后时钟弹簧等组件损坏的风险，同时该限位机构基于转向解耦时起作用而设计，空间利用率较高且不影响正常行车工程中的转向限位。
所述限位机构4包括设置在所述壳体内的第一限位销405以及设置在所述解耦滑套210上的第二限位销406，所述第二限位销406能够在所述转向器输入轴111转动至极限位置时与所述第一限位销405相抵靠以止挡所述转向器输入轴111。
所述第一限位销405安装于所述壳体内，并且通过第二螺栓407锁紧，所述第二限位销406设置在所述解耦滑套210上，跟随解耦滑套210转动，并且在解耦后与第一限位销405配合实现角度限位功能。
本发明中解耦机构2的解耦功能主要是通过丝杠螺母副实现的，具体的，当与第一电机的输出轴同轴的丝杠204旋转时，由于限定了拨叉206及丝杠 204的自由度，使拨叉206将在所述丝杠204上做直线运动，此时拨叉206 带动驱动块205配合解耦轴承207促使解耦滑套210轴向平移，解耦滑套210 上行时与解耦轴211脱离，与手感反馈机构3耦合。由于所述第二限位销406 设置在所述解耦滑套210上，第二限位销406与第一限位销405也构成解耦关系，当转向***处于解耦状态时，第二限位销406才与第一限位销405处于同一水平面，起到限制转向角度的功能。
如图12-13所示，当齿轮轴105和转向器输入轴111耦合时，即解耦滑套210位于下止点时，限位机构4处于解耦状态，即第二限位销406与第一限位销405未处于同一水平面，此时解耦滑套210可跟随转向器输入轴111 自由转动，角度限制可以由转向器齿条实现。
如图14至图15所示，当齿轮轴105和转向器输入轴111解耦时，即解耦滑套210处于上止点，此时限位机构4处于耦合状态，即第二限位销406 与第一限位销405处于同一水平面，此时转向器输入轴111转动时，解耦滑套210随之转动，同时带动第二限位销406转动，当方向盘端转角达到设计目标(360-α)/2度时，所述第二限位销406与所述第一限位销405相抵靠以止挡所述转向器输入轴111，解耦滑套210无法继续转动，实现转向角度限制功能。
本实施例上述这种限位机构4的优势在于结构简单、可靠性高，并且通过解耦功能而不影响正常行车工程中的转向限位，提高了***容错率，同时轴向不增加任何轴向空间，装配简单。
本实施例对第一限位销405和第二限位销406的形状不作具体限制，不仅限于图中矩形截面的销，也可加工为受力条件更优的异形销。另外，本发明中限位角度α不作具体限制，以实际转向解耦时游戏方向盘转角需求设定，可通过图12或者图15中示意的将第一限位销405的两侧壁加工为斜面，当然也可将第二限位销406加工为斜面，只要接触面积足够，强度符合需求皆可。
需要说明的是，上述限位机构4仅在转向器输入轴111与齿轮轴105处于解耦状态下起限位作用。当方向盘未解耦，汽车处于正常行驶状态时，限位机构4不对方向盘限位，汽车方向盘的转动极限位置由现有的本领域已知的限位***限位，此处不做详细描述。
如图16-17所示，所述转向***还包括用于检测所述齿轮轴105和所述转向器输入轴111的解耦或耦合状态的状态检测机构。所述状态检测机构检测通过解耦滑套210的位置来判断转向***是否进行可靠耦合，为游戏车***执行解耦功能提供状态输入，确保发生异常解耦时整车可及时响应进行停车等故障处理手段，提高汽车的安全性。
所述状态检测机构包括霍尔传感器503和磁钢502，所述霍尔传感器503 通过螺栓紧固在所述上壳体102上，并通过O型圈进行密封。所述磁钢502 设置在压装钢套501与所述拨叉206之间的间隙内，确保与拨叉206运动保持一致。
磁钢502内嵌于压装钢套501，并设置在所述拨叉206上，以确保磁钢 502与解耦滑套210的运动关系一致，采用这种装配方式主要是考虑在不同车型应用时，受布置空间限制，拨叉206与霍尔传感器503的相对位置关系有所不同，为了确保拨叉206的通用性，将磁钢502进行后压装的方式装配，即拨叉206可通过后加工压装槽来保证模具通用性。
霍尔传感器503可对磁钢502的位置进行检测，如图16所示，当解耦滑套210处于下止点时，解耦滑套210与解耦轴211下段啮合，并被拨叉206 压紧，此时霍尔传感器503发送耦合状态至***控制器及整车相关模块。
如图17所示，当拨叉206被第二电机驱动，使解耦滑套210上行与解耦轴211脱开，转向***处于解耦状态，此时磁钢502处于上止点位置，霍尔传感器503发送解耦状态至***控制器及整车相关模块。
本发明所述的状态检测机构不限于使用霍尔原理，还可以是接触式测量的原理，只要能实现对解耦滑套210位置的检测即可。
需要注意的是，在使用本实施例所述的状态检测机构，可取消手感反馈机构3，由于该转向***适配于使用C-EPS的车辆，行车手感通过C-EPS电机反馈，故从成本角度考虑，取消转向***内部的手感反馈机构3，通过调整C-EPS程序来进行游戏手感开发，可节省较可观的硬件成本并降低解耦式转向器控制器的开发成本。
除此之外，基于本发明实施例第一方面提供的转向***，本发明实施例第二方面提供一种车辆，该车辆包括根据本发明实施例第一方面所述的转向***。
以上所述仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专利的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述提示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明方案的范围内。

Claims (22)

1.一种转向***，其特征在于，包括：
转向器主体(1)，所述转向器主体(1)具有转向器输入轴(111)和齿轮轴(105)；
解耦机构(2)，所述解耦机构(2)用于解耦或耦合所述转向器输入轴(111)和所述齿轮轴(105)；
限位机构(4)，所述限位机构(4)用于在所述转向器输入轴(111)和所述齿轮轴(105)解耦和/或耦合时，对所述转向器输入轴(111)的转角范围进行限制。
2.根据权利要求1所述的转向***，其特征在于，所述转向器输入轴(111)与所述齿轮轴(105)同轴设置；
所述解耦机构(2)包括解耦滑套(210)和解耦轴(211)，所述解耦滑套(210)套设在所述转向器输入轴(111)与所述齿轮轴(105)中的一者上，所述解耦轴(211)设置在所述转向器输入轴(111)与所述齿轮轴(105)中的另一者上，所述解耦滑套(210)设置为能够沿着所述转向器输入轴(111)与所述齿轮轴(105)的轴向平移以与所述解耦轴(211)啮合/脱离，以耦合/解耦所述转向器输入轴(111)与所述齿轮轴(105)。
3.根据权利要求2所述的转向***，其特征在于，所述转向器输入轴(111)具有中空结构，所述齿轮轴(105)上段伸入所述中空结构内；
所述解耦滑套(210)花键连接在所述转向器输入轴(111)下段，所述解耦轴(211)下段花键连接在所述齿轮轴(105)上段，并通过第一锁紧螺母(109)锁紧在所述齿轮轴(105)上段；其中，所述解耦滑套(210)具有第一牙嵌齿，所述解耦轴(211)具有第二牙嵌齿，所述解耦滑套(210)沿着所述转向器输入轴(111)与所述齿轮轴(105)的轴向平移以使所述第一牙嵌齿与所述第二牙嵌齿啮合/脱离，以耦合/解耦所述转向器输入轴(111)和所述齿轮轴(105)。
4.根据权利要求3所述的转向***，其特征在于，所述齿轮轴(105)上段通过第一滚针轴承(110)设置在所述转向器输入轴(111)下段的所述中空结构内。
5.根据权利要求4所述的转向***，其特征在于，所述转向器主体(1)还包括壳体，所述转向器输入轴(111)的下段和所述齿轮轴(105)轴向可旋转地安装在所述壳体内。
6.根据权利要求5所述的转向***，其特征在于，所述解耦机构(2)还包括用于驱动所述解耦滑套(210)沿着所述转向器输入轴(111)和所述齿轮轴(105)的轴向平移以与所述解耦轴(211)啮合/脱离的驱动传动机构。
7.根据权利要求6所述的转向***，其特征在于，所述驱动传动机构包括：
第一动力元件(201)，用于提供驱动力；
传动换向部件，用于将所述第一动力元件(201)输出的旋转驱动力转化为所述解耦滑套(210)的轴向平移。
8.根据权利要求7所述的转向***，其特征在于，所述传动换向部件包括与所述第一动力元件(201)的输出轴连接为同步旋转的丝杆(204)以及螺纹连接在所述丝杆(204)上的拨叉(206)，所述解耦滑套(210)嵌于所述拨叉(206)的拨叉端，以使所述解耦滑套(210)能够随所述转向器输入轴(111)同步旋转，并且能够沿着所述转向器输入轴(111)的轴向平移。
9.根据权利要求8所述的转向***，其特征在于，所述解耦滑套(210)外侧同轴设置有解耦轴承(207)，所述解耦轴承(207)的外圈固定连接有驱动块(205)，所述驱动块(205)固定设置在所述拨叉(206)上，以在所述传动换向部件的驱动下带动所述解耦滑套(210)轴向平移。
10.根据权利要求9所述的转向***，其特征在于，所述解耦轴承(207)内圈的一侧抵接与所述解耦滑套(210)的轴肩，内圈的另一侧通过第三挡圈(209)进行轴向限位，所述解耦轴承(207)外圈的一侧抵接于所述驱动块(205)的轴肩，外圈的另一侧通过第二挡圈(208)进行轴向限位。
11.根据权利要求8所述的转向***，其特征在于，所述第一动力元件(201)固定设置在所述壳体上，所述壳体上设置有开口，所述开口设置为能够使所述拨叉(206)连接至所述解耦滑套(210)，并且能够在所述开口处轴向平移。
12.根据权利要求11所述的转向***，其特征在于，所述转向***还包括手感反馈机构，该手感反馈机构用于在所述转向器输入轴(111)和所述齿轮轴(105)解耦时对所述转向器输入轴(111)施加反馈力矩，以提高与所述转向器输入轴(111)传动连接的方向盘的操作手感。
13.根据权利要求12所述的转向***，其特征在于，所述手感反馈机构包括：
第二动力元件(301)，用于提供驱动力；
传动机构，用于将所述驱动力传递给所述转向器输入轴(111)以对所述转向器输入轴(111)施加反向的反馈力矩。
14.根据权利要求13所述的转向***，其特征在于，所述传动机构包括与所述第二动力元件(301)的输出轴连接为同步旋转的主动带轮(305)，所述主动带轮(305)通过皮带(304)连接有从动带轮(306)，所述从动带轮(306)通过从动带轮轴承(307)连接于所述转向器输入轴(111)，且该从动带轮(306)设置为能够与解耦滑套(210)啮合/脱离。
15.根据权利要求14所述的转向***，其特征在于，所述从动带轮(306)靠近所述解耦滑套(210)的一侧设置有皮带挡圈(308)。
16.根据权利要求14所述的转向***，其特征在于，所述从动带轮轴承(307)外圈一侧抵接于所述从动带轮(306)轴肩，另一侧通过第四挡圈(309)轴向限位，所述从动带轮轴承(307)内圈一侧抵接于所述转向器输入轴(111)轴肩，另一侧通过第二卡环(310)轴向限位。
17.根据权利要求13所述的转向***，其特征在于，所述第二动力元件(301)通过支架(302)固定安装在所述壳体上。
18.根据权利要求11所述的转向***，其特征在于，所述限位机构(4)包括套设在所述转向器输入轴(111)上的限位圆盘(401)和限位导轨(402)；所述限位圆盘(401)设置为能够随所述转向器输入轴(111)转动，该限位圆盘(401)上形成有螺旋槽，且该限位圆盘(401)上设置有限位挡块，所述限位导轨(402)固定于所述壳体上，且该限位导轨(402)内滑动设置有限位滑块(404)，所述限位滑块(404)具有***所述螺旋槽的导向销，并设置有与所述限位挡块相适配的限位凸台。
19.根据权利要求11所述的转向***，其特征在于，所述限位机构(4)包括设置在所述壳体内的第一限位销(405)以及设置在所述解耦滑套(210)上的第二限位销(406)，所述第二限位销(406)能够在所述转向器输入轴(111)转动至极限位置时与所述第一限位销(405)相抵靠以止挡所述转向器输入轴(111)。
20.根据权利要求11所述的转向***，其特征在于，所述转向***还包括用于检测所述齿轮轴(105)和所述转向器输入轴(111)的解耦或耦合状态的状态检测机构。
21.根据权利要求20所述的转向***，其特征在于，所述状态检测机构包括霍尔传感器(503)和磁钢(502)，所述霍尔传感器(503)设置在所述壳体上，所述拨叉(206)上设置有压装钢套(501)，所述磁钢(502)设置在压装钢套(501)与所述拨叉(206)之间的间隙内。
22.一种车辆，其特征在于，包括如权利要求1-21任一所述的转向***。
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