技术领域
[0001] 本
发明涉及一种可静默方向盘及其控制方法，属于无人驾驶
汽车领域。
背景技术
[0002] 随着时代的不断进步，人们对
生活质量提出了越来越高的要求。作为一种便利的交通工具，汽车早已走进了千家万户的生活。而伴随着科技的发展，汽车的功能也有了极大的完善，人们挖掘出了汽车越来越多的潜能，无人驾驶汽车更是未来一段时间的热
门之一。早在二十世纪七十年代，美、德等发达国家已经认识到了无人驾驶汽车的发展潜
力并进行了关于无人驾驶汽车的研发，随后国内也加大了对无人驾驶汽车的研究力度，进行了一系列的实验并取得不错的成果。从结果上来看，国防科技大学在1992年研制出中国第一辆真正意义上的无人驾驶汽车，上海交通大学在2005年研制出首辆城市无人驾驶汽车，百度在
2014年启动了无人驾驶汽车的研发计划。无人驾驶汽车在国内的发展具有良好的前景。
[0003] 目前绝大部分的无人驾驶车辆在行驶时方向盘会随着
车轮的转动而转动，影响了乘客在车辆自动驾驶时乘坐的舒适度。
发明内容
[0004] 本发明设计开发了一种可静默方向盘，在汽车自动驾驶时，通过驱动
电机带动第一轴运动，使方向盘与汽车传动机构脱离，实现方向盘静默的目的，提高驾驶舒适度。
[0005] 本发明还提供一种可静默方向盘的控制方法，通过控制第一
齿轮分别于第一限位片和第二限位片之间的距离，保证第一齿轮能够完全与第二齿轮脱离或结合，实现静默的目的。
[0006] 本发明提供的技术方案为：
[0007] 一种可静默方向盘，包括：
[0009] 转向轴套，其设置在所述第一转向轴中部，所述第一转向轴穿过所述转向轴套后可旋转
支撑在所述转向轴套上，并能够沿着所述转向轴套上下运动；
[0010] 其中，所述转向轴套一侧向
外延伸，形成容纳口；
[0011] 第一齿轮，其固定设置在所述第一转向轴上，并位于所述转向轴套内部；
[0012] 第二齿轮，其设置在所述容纳口内，并与所述容纳口转动连接；所述第二齿轮与所述第一齿轮相
啮合；
[0013] 第二转向轴，其设置在所述第一转向轴一侧，所述第二转向轴连接转向传动机构；
[0014] 第三齿轮，其固定设置在所述第二转向轴上，并与所述第二齿轮相啮合；
[0015]
涡轮，其设置在所述第一转向轴下部，并与所述直齿相啮合；
[0016]
驱动电机，其动力输出端连接所述涡轮。
[0017] 优选的是，还包括：
[0018] 第一限位
块，其固定设置在所述第一转向轴上，并位于所述第一齿轮上方，所述第一限位块设置在所述转向轴套内。
[0019] 优选的是，还包括：
[0020] 第二限位块，其固定设置在所述第一转向轴上，并位于所述第一齿轮下方，所述第一限位块设置在所述转向轴套内。
[0021] 优选的是，所述第一齿轮和所述第二齿轮为直齿滑移齿轮，端面齿形倒圆。
[0022] 优选的是，所述方向盘与所述第一转向轴之间通过
花键连接。
[0023] 优选的是，所述转向轴上设置有凸台，所述第一齿轮与所述第一转向轴通过键连接。
[0024] 优选的是，所述第二转向轴一端连接有转
角传感器。
[0025] 优选的是，所述转角传感器与所车载显示屏电连接。
[0026] 一种可静默方向盘的控制方法，使用所述的可静默方向盘，通过控制第一齿轮分别与第一限位块和第二限位块之间的距离，确保第一齿轮与第二齿轮接合或脱离；
[0027] 其中，第一齿轮到第一限位块之间的距离r1的经验公式为：
[0028]
[0029] 式中，λ为校正系数，i为
传动比，v为车速，m为汽车质量，L为从质心到转向轴之间的
水平距离，LZ为转向轴长度，L1为第一齿轮到转向轴套顶部的距离，QV为方向盘转角，Qα为汽车质心
侧偏角；
[0030] 所述第一齿轮到第二限位块之间距离r2的经验公式为：
[0031]
[0032] 式中，L2为第一齿轮到转向轴套底部的距离，QV为方向盘转角，Qα为汽车质心侧偏角。
[0033] 本发明所述的有益效果：本发明提供一种可静默方向盘，通过驱动电机带动第一转向轴运动，使汽车方向盘与转向传动机构脱离或结合，使汽车方向盘达到静默的目的，实现车辆在行驶时方向盘不随车轮的转动而转动，提高乘客在车辆自动驾驶时乘坐的舒适性。同时通过控制第一齿轮分别于第一限位片和第二限位片之间的距离，保证第一齿轮能够完全与第二齿轮脱离或结合，实现静默的目的。
附图说明
[0034] 图1为本发明所述的可静默方向盘的结构示意图。
具体实施方式
[0035] 下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照
说明书文字能够据以实施。
[0036] 如图1所示，本发明提供一种可静默方向盘，包括第一转向轴100、方向盘110、第一齿轮140、转向轴套130、第二齿轮160、涡轮220、驱动电机210、第二转向轴300、第三齿轮310。
[0037] 方向盘110设置在第一转向轴100的一端，方向盘110通过花键与第一转向轴100固定连接，在第一转向轴100的外部，位于第一转向轴100的中部
位置，设置有转向轴套130，第一转向轴100的另一端
自上而下穿过转向轴套，并与转向轴套130通过
轴承转动连接，转向轴套130与
轴承外圈连接处设置有滑道，轴承内环与第一转向轴100连接，外环坐在滑道上，第一转向轴100可以通过滑道相对转向轴套130进行轴向运动，转向轴套130固定连接在汽车
车身上。
[0038] 在第一转向轴100上，位于转向轴套130中，设置有第一齿轮140，第一转向轴100上设置有凸台，第一齿轮140与第一转向轴100通过键连接，使第一齿轮140固定在第一转向轴100上。
[0039] 在转向轴套130内部，设置有第一限位块120和第二限位块150，第一限位块120设置在第一转向轴100上，并位于第一齿轮140的上方，靠近转向轴套130的顶部，第一限位块120通过
螺栓固定在转向轴100上。
[0040] 第二限位块150设置在第一转向轴100上，与第一限位块120平行设置，第二限位块150位于第一齿轮140的下方，靠近转向轴套130的底部，第二限位块150通过螺栓固定在转向轴100上。
[0041] 在第一转向轴100的下部，沿第一转向轴100的周向，设置有等间距的直齿170，涡轮220与直齿170相啮合，驱动电机210的动力输出端通过减速器230连接涡轮220，通过驱动电机210转动，带动涡轮220与第一转向轴100上的直齿170啮合，进而带动第一转向轴100上下运动。驱动电机210通过键与减速器230连接，驱动电机210的
外壳通过螺钉与减速器230的外壳相连接。驱动电机210与汽车的电源相连，驱动电机210在整车断电熄火后进入抱死状态。
[0042] 在转向轴套130的一侧，转向轴套130一侧向外延伸，形成容纳口，第二齿轮160设置在容纳口内部，第二齿轮160与容纳口转动连接，同时第二齿轮160能够与第一齿轮140相啮合。
[0043] 在本发明中，作为一种优选，第一齿轮140和第二齿轮160选用直齿滑移齿轮，端面齿形为倒圆，能够便于第一齿轮140与第二齿轮160的脱离与接合。
[0044] 在第一转向轴100的一侧，设置有第二转向轴300，第二转向轴300位于转向轴套130容纳口的一侧，并且第二转向轴300与第一转向轴100平行设置，第二转向轴300的一端连接有转角传感器400，另一端连接汽车的转向传动机构，转角传感器400与车内的车载电脑显示屏500相连接。
[0045] 在第二转向轴300上，位于第二转向轴300的中部，设置有第三齿轮310，第三齿轮310能够与第二齿轮160相啮合。第一齿轮140、第二齿轮160以及第三齿轮310在初始状态时彼此相互啮合，第二齿轮160通过轴承固定在转向轴套130的容纳口内，第三齿轮310固定在第二转向轴300上。
[0046] 转动方向盘110，第一齿轮140与第二齿轮160啮合，第二齿轮160与第三齿轮310啮合，涡轮220与第一转向轴下部的直齿170相啮合，此时方向盘处于正常工作状态，驾驶员可以通过转动方向盘110，通过第一齿轮140与第二齿轮160啮合，第二齿轮160与第三齿轮310啮合，使连接方向盘110的第一转向轴与汽车的转向传动接合，此时方向盘110可接受反馈的路感，方向盘110可以操纵车辆转向，方向盘处于正常模式。
[0047] 当汽车切换到方向盘静默模式时，驱动电机210通过减速器230带动涡轮220转动，涡轮220与设置在第一转向轴100下部的直齿170处于啮合状态，涡轮220的转动带动第一转向轴100向下运动，直至第一齿轮140与第二齿轮脱离啮合状态；当第二限位块150
接触到转向轴套130的底部时，驱动电机停止转动，此时方向盘进入静默模式，齿轮的转动不会影响到方向盘110的转动，采用转角传感器400测量车轮的转动，并由车载电脑显示屏500显示。
[0048] 具体控制操作流程为：车载ECU接收到切换静默行驶的命令后向驱动电机210输出
信号控制驱动电机210转动方向及转动圈数，由于驱动电机210通过减速器230与涡轮220连接，涡轮220与第一转向轴100通过直齿连接，转向轴套130与车身固连，第一转向轴100与转向轴套130可以轴向移动，此时驱动电机210的转动带动第一转向轴100向下运动至第二限位块150接触到转向轴套130的底部，即第一转向轴100以4cm/s的速度向下运动约20cm后驱动电机210停止转动，驱动电机210进入力矩模式保持位置不变。此时第一齿轮140与第二齿轮160脱离啮合，力矩的传递路径断开，第二转向轴300不再向第一转向轴100传递路感，即方向盘停止接收路感，进入静默模式。
[0049] 当汽车由自方向盘静默模式切换回正常模式时，驱动电机210通过减速器230带动涡轮220反向转动，涡轮220与设置在第一转向轴100下部的直齿处于啮合状态，涡轮220反方向转动将会带动第一转向轴向上运动，直至第一齿轮140与第二齿轮160重新进入啮合状态；当第二限位块120接触到转向轴套130的顶部时，驱动电机210停止转动，此时方向盘110退出静默模式，回复到正常驾驶模式，驾驶员可以通过转动方向盘110从而转动车轮，同时路感可以反馈到方向盘110上。
[0050] 具体控制操作流程为：车载ECU接收到由静默模式切换回正常模式的命令后向驱动电机210
输出信号控制驱动电机210转动方向及转动圈数，由于驱动电机210通过减速器230与涡轮220连接，涡轮220与第一转向轴100通过直齿连接，转向轴套130与车身固连，第一转向轴100与转向轴套130可以轴向移动，此时驱动电机210的转动带动第一转向轴100向上运动至第一限位块150接触到转向轴套130的顶部，即第一转向轴100以4cm/s的速度向上运动约20cm后驱动电机210停止转动，驱动电机210进入力矩模式保持位置不变。此时第一齿轮140与第二齿轮160啮合，转矩的传递路径闭合，可以通过转动方向盘110从而转动车轮，路感可以反馈到转向盘110，此时方向盘由静默模式切换回正常模式。
[0051] V＝wr/i
[0052] 式中：
[0053] V为第一轴运动速度；
[0055] r为涡轮与直齿啮合处的分度圆半径；
[0056] i为减速器传动比；
[0057] 通过驱动电机210带动第一转向轴100运动，使汽车方向盘110与汽车的转向传动机构脱离或结合，使汽车方向盘达到静默的目的，实现智能汽车在行驶时方向盘110不随车轮的转动而转动的目的，提高乘客在车辆自动驾驶时乘坐的舒适性。
[0058] 本发明还提供一种可静默方向盘的控制方法，通过，通过控制第一齿轮分别于第一限位片和第二限位片之间的距离，保证第一齿轮能够完全与第二齿轮脱离或结合，实现静默的目的。
[0059] 其中，第一齿轮到第一限位块之间的距离r1的经验公式为：
[0060]
[0061] 式中，λ为校正系数，i为传动比，v为车速，m为汽车质量，L为从质心到转向轴之间的水平距离，LZ为转向轴长度，L1为第一齿轮到转向轴套顶部的距离，QV为方向盘转角，Qα为汽车质心侧偏角；
[0062] 所述第一齿轮到第二限位块之间距离r2的经验公式为：
[0063]
[0064] 式中，L2为第一齿轮到转向轴套底部的距离，QV为方向盘转角，Qα为汽车质心侧偏角。
[0065] 尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的
修改，因此在不背离
权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。
