用于自主车辆的可移除方向盘总成的制作方法

本发明涉及一种方向盘总成，并且更具体地，涉及一种用于自主车辆的可移除方向盘总成。

背景技术：

自主车辆具有在没有人类驾驶员的干涉的情况下驾驶的能力，即，车辆计算机做出关于使车辆加速、制动和转向的决定。车辆可以是完全自主的或半自主的。半自主车辆可以仅在特定情况下(例如，高速公路驾驶或平行停车)或者相对于某些车辆子系统(例如制动子系统，而不是加速度子系统或转向子系统)是自主的。

当车辆自主驾驶时，车辆计算机(有时被称为“虚拟驾驶员”)可以将信号直接发送给发动机、制动器和转向器；信号不需要通过人类驾驶员、踏板和方向盘可访问的控制器。然而，当车辆移动时不移动的方向盘可能使人类驾驶员失去方向感。

完全和半自主车辆可能需要将车辆的控制从虚拟驾驶员切换到人类驾驶员的能力。如果在转向的自主操作期间方向盘不移动，并且如果驾驶员不知道车辆的前轮的定向，则切换可能变得更困难。

技术实现要素：

根据本发明的一方面，提供一种方向盘总成，包含：

致动器；

致动器控制器，致动器控制器包含处理器和存储器，致动器控制器通信地连接到致动器；

方向盘，方向盘可旋转地连接到致动器；

附件，附件连接到致动器；以及

数据连接器，数据连接器安装在附件上并且与致动器控制器通信；其中

致动器控制器被编程为基于通过数据连接器提供的方向盘控制数据来指示致动器旋转方向盘。

根据本发明的一个实施例，其中致动器控制器被编程为基于通过数据连接器提供的扭矩数据来指示致动器提供扭矩给方向盘。

根据本发明的一个实施例，其中方向盘控制数据包括方向盘的转角和方向盘的扭矩中的至少一个。

根据本发明的一个实施例，进一步包含：

安全气囊，安全气囊连接到方向盘；以及

充气机，充气机连接到安全气囊，充气机与数据连接器通信。

根据本发明的另一方面，提供一种方向盘总成，包含：

方向盘；

灯显示器，灯显示器安装在方向盘上；

灯显示控制器，灯显示控制器包含处理器和存储器，灯显示控制器通信地连接到灯显示器；

附件，附件可旋转地连接到方向盘；以及

数据连接器，数据连接器安装在附件上并且与灯显示控制器通信；其中

灯显示控制器被编程为指示灯显示器以基于通过数据连接器提供的方向盘控制数据的模式点亮。

根据本发明的一个实施例，其中：

方向盘具有圆形周边；

灯显示器设置在方向盘的圆形周边上；并且

灯显示控制器被编程为基于通过数据连接器提供的方向盘控制数据来指示灯显示器点亮灯显示器的角部分。

根据本发明的一个实施例，其中灯显示控制器被编程为基于通过数据连接器提供的方向盘控制数据来指示灯显示器以第一颜色点亮灯显示器的第一角部分，并且以第二颜色点亮灯显示器的第二角部分。

根据本发明的一个实施例，进一步包含角度检测传感器和扭矩检测传感器，角度检测传感器与数据连接器通信，扭矩检测传感器与数据连接器通信。

根据本发明的又一方面，提供一种车辆，包含：

车辆控制器，车辆控制器包含处理器和存储器；以及

方向盘总成，方向盘总成可移除地可配合到包括在车辆仪表板中的附件，方向盘总成包含

方向盘，

第一数据连接器，第一数据连接器可配合到车辆仪表板中的第二数据连接器以形成到车辆控制器的数据连接；以及

用于指示方向盘转角的装置；其中

车辆控制器被编程为接收车辆状态数据；并且

车辆控制器被编程为通过数据连接基于车辆状态数据来指示用于指示方向盘转角的装置的致动。

根据本发明的一个实施例，其中：

用于指示方向盘转角的装置是与第一数据连接器通信的致动器；并且

方向盘可旋转地连接到致动器。

根据本发明的一个实施例，其中车辆控制器被编程为基于车辆状态数据来指示致动器旋转方向盘。

根据本发明的一个实施例，进一步包含：

前轮；以及

车轮转角检测器，车轮转角检测器连接到前轮并且与车辆控制器通信；其中

车辆状态数据包括通过车轮转角检测器收集的车轮转角数据；并且

方向盘转角是前轮转角的函数。

根据本发明的一个实施例，进一步包含：

速度计，速度计与车辆控制器通信；其中

车辆状态数据包括通过速度计收集的速度数据；

车辆控制器被编程为从速度计接收车辆速度；并且

车辆控制器被编程为基于车辆状态数据来指示致动器将扭矩施加到方向盘。

根据本发明的一个实施例，其中：

用于指示方向盘转角的装置是安装在方向盘上的灯显示器；

灯显示器与第一数据连接器通信；并且

车辆控制器被编程为指示灯显示器以基于车辆状态数据的模式点亮。

根据本发明的一个实施例，其中：

方向盘具有圆形周边；

灯显示器设置在方向盘的圆形周边上；并且

车辆控制器被编程为基于车辆状态数据来指示灯显示器点亮灯显示器的角部分。

根据本发明的一个实施例，其中车辆控制器被编程为基于车辆状态数据来指示灯显示器以第一颜色点亮灯显示器的第一角部分，并且以第二颜色点亮灯显示器的第二角部分。

根据本发明的一个实施例，其中车辆控制器具有自主模式和手动模式，并且当车辆控制器在自主模式下时，方向盘相对于附件固定。

根据本发明的一个实施例，进一步包含：

前轮；以及

车轮转角检测器，车轮转角检测器连接到前轮并且与车辆控制器通信；其中

车辆状态数据包括通过车轮转角检测器收集的车轮转角数据；并且

方向盘转角是前轮转角的函数。

根据本发明的一个实施例，其中方向盘总成进一步包含：

角度检测传感器，角度检测传感器通过数据连接与车辆控制器通信；以及

扭矩检测传感器，扭矩检测传感器通过数据连接与车辆控制器通信。

根据本发明的一个实施例，其中方向盘总成进一步包括：

安全气囊，安全气囊连接到方向盘；以及

充气机，充气机连接到安全气囊，充气机通过数据连接与车辆控制器通信。

附图说明

图1是包括示例方向盘总成的车辆的透视图；

图2是仪表板和具有致动器的图1的方向盘总成的透视图；

图3是仪表板和具有灯显示器的示例方向盘总成的透视图；

图4是仪表板和图1的方向盘总成以及盖的透视图；

图5是包括图1的示例方向盘总成的示例车辆的框图；

图6是车辆和图3的示例方向盘总成的框图；

图7是通过图1的方向盘总成的控制器执行的示例过程的过程流程图；

图8是通过图3的方向盘总成的控制器执行的示例过程的过程流程图；

图9是通过车辆控制器执行的示例过程的过程流程图；

图10a是图3的方向盘总成的示例性主视图；

图10b是图3的方向盘总成的另一示例性主视图。

具体实施方式

参照附图，其中贯穿若干视图，相同的附图标记表示相同的部件，方向盘总成32包括致动器34、致动器控制器36、方向盘38、附件40和数据连接器42(下文称为第一数据连接器42)。致动器控制器36包括处理器44和存储器46，并且通信地连接到致动器34。方向盘38可旋转地连接到致动器34。附件40连接到致动器34。第一数据连接器42安装在附件40上并且与致动器控制器36通信。致动器控制器36被编程为基于由第一数据连接器42提供的方向盘控制数据来指示致动器34旋转方向盘38。

方向盘总成32可以提供关于车辆30的前轮46的定向的信息。人类驾驶员可能感觉更舒适，因为方向盘38的行为“匹配”车辆30的行为。此外，如果人类驾驶员知道前轮46的定向，则人类驾驶员有利地可以更容易地从车辆30接管驾驶的控制。方向盘总成32的可移除性可以有利地提供乘客舱52中更多的空间，以供乘客按照他们的希望使用舱室。

参照图1，车辆30包括至少一个前轮46、至少一个后轮50和乘客舱52。车辆30可以具有前轮驱动、后轮驱动或全轮驱动。前轮46可以转向以便使车辆30转向。乘客舱52可以容纳车辆30的乘员。

另外参照图5和6，车辆30可以包括车辆控制系统54。车辆控制系统54可以包括车辆控制器56、例如车轮转角检测器58和速度计60的传感器、和通信网络62。车辆控制系统54可以通过通信网络62(比如控制器局域网(can)总线、以太网和/或任何其他有线或无线通信网络)传送信号。

车辆30可以是自主车辆。车辆控制器56(有时被称为“虚拟驾驶员”)能够较大或较小的程度地独立于人类驾驶员的干涉来操作车辆30。车辆控制器56可以被编程为操作发动机、制动系统、转向系统和/或其他车辆系统。

车辆控制器56可以是基于微处理器的控制器。车辆控制器56包含处理器64和存储器66。车辆控制器56的存储器66可以存储由处理器64可执行的指令。

车辆控制器56可以具有自主模式和手动模式。当车辆30在自主模式下时，车辆30的转向器、发动机和制动器可以通过车辆控制器56来控制，并且当车辆30在手动模式下时通过人类驾驶员来控制。当车辆控制器56在自主模式下时，方向盘38可以相对于附件40固定。

车轮转角检测器58可以连接到前轮46并且与车辆控制器56通信。车轮转角检测器58可以是适于测量前轮46的定向且例如可以是已知的任何传感器，例如，测量电压差的模拟车轮转角传感器或数字传感器(比如光学传感器)。车轮转角传感器可以与车辆控制器56通信。

速度计60可以与车辆控制器56通信。速度计60可以是适于测量车辆30的速度的任何传感器，例如已知的，机械或涡流速度计或车辆速度传感器。车辆速度传感器可以使用磁场检测器来对设置在车辆30的驱动轴上的锯齿状金属盘对磁场的干扰进行计数。

参照图2-4，车辆30的仪表板68通常设置在乘客舱52中。如已知的，仪表板68可以呈现面向车辆30的乘员的表面，例如面向车辆30的前部的后方。

仪表板68可以包括附件70。仪表板68的附件70可以与方向盘总成32的附件40可移除地配合。在本发明的上下文中的“可移除地配合”意思是仪表板68的附件70可以接收且保持方向盘总成32的附件40或者通过方向盘总成32的附件40接收且保持，但是仪表板68的附件70也可以允许移除配合的方向盘总成32，例如允许乘员移除方向盘总成32。仪表板68的附件70可以接收夹子104或使用任何其它合适的机构来与方向盘总成32的附件40配合，如下面关于附件40所描述的。

仪表板68的附件70可以包括可与方向盘总成32上的第一数据连接器42配合的第二数据连接器72。(形容词“第一”和“第二”在本文献中被用作标识符，并且不旨在表示重要性或顺序。)第二数据连接器72能够发送且接收数据信号。第二数据连接器72可以例如通过通信网络62与车辆控制器56通信。第二数据连接器72可以由任何导电材料制成，比如铜、铝或其他金属或导电材料。

方向盘总成32可以可移除地可与包括在车辆仪表板68中的附件70配合。方向盘总成32可以包括方向盘38、方向盘总成32的附件40、第一数据连接器42和方向盘转角的指示器。方向盘总成32可以作为一个单元从车辆30移除。

方向盘38可以具有圆形周边76。方向盘38可以由车辆30的乘员抓住。方向盘38可以例如通过轴承(未示出)可旋转地连接到方向盘总成32的附件40。当方向盘总成32附接到仪表板68时，方向盘38可以相对于仪表板68旋转。

附件40可以可旋转地连接到方向盘38。方向盘总成32的附件40可以与仪表板68的附件70可移除地配合；即，方向盘总成32的附件40接收并且保持仪表板68的附件70或通过仪表板68的附件70接收和保持，并且方向盘总成32的附件40允许例如乘员将方向盘总成32移除。

方向盘总成32的附件40可以使用柔性塑料夹子104来与仪表板68的附件70配合。当例如乘员将方向盘总成32的附件40插入到仪表板68的附件70中时，夹子104可以夹住附件70中的捕捉表面(未示出)。当乘员希望移除方向盘总成32时，乘员可以推动夹子按钮106以从捕捉表面释放夹子104。供选择地，如本领域中已知的，附件40可以使用任何其他合适的机构来可移除地与仪表板68的附件70配合。

参照图4，如果方向盘总成32不配合到仪表板68，则盖108可以可移除地配合到仪表板68的附件70。盖108可以保护附件70和/或第二数据连接器72免受污垢、碎片或损坏。盖108可以具有夹子110，该夹子110以与方向盘总成32的夹子104相同的方式与附件70配合。如果方向盘总成32包括与夹子104不同的配合机构，则盖108可以包括类似的配合机构。供选择地，盖108可以使用压配合来配合。

参照图2和图3，方向盘总成32的附件40可以包括可配合到仪表板68上的第二数据连接器72的第一数据连接器42。第一数据连接器42能够发送且接收数据信号。第一数据连接器42可以安装在附件40上并且与致动器控制器36或灯显示控制器78通信。第一数据连接器42可以由任何导电材料制成，比如铜、铝或其他金属或导电材料。

第一数据连接器42可以与车辆仪表板68中的第二数据连接器72配合，以形成到车辆控制器56的数据连接80。数据连接80允许信号通过第一数据连接器42发送到车辆控制器56，反之亦然。

方向盘总成32可以包括与第一数据连接器42通信并且因此通过数据连接80与车辆控制器56通信的角度检测传感器82。角度检测传感器82可以测量方向盘38相对于方向盘总成32的附件40旋转的角度。角度检测传感器82可以是能够测量方向盘38的定向的任何传感器，例如检磁线圈、霍尔效应传感器、磁阻元件(mre)传感器或光学传感器。

方向盘总成32可以包括与第一数据连接器42通信并且因此通过数据连接80与车辆控制器56通信的扭矩检测传感器84。扭矩检测传感器84可以测量施加到方向盘38的扭矩。扭矩检测传感器84可以是能够测量扭矩的任何传感器，例如已知的。

方向盘总成32可以包括连接到方向盘38的安全气囊86，并且盖108可以包括连接到盖108的安全气囊86。例如，安全气囊86可以设置在方向盘38和/或盖108的中间。安全气囊86可由任何合适的安全气囊材料制成，例如织物聚合物。例如，安全气囊86可以由织物尼龙丝(例如尼龙6-6)制成。其它合适的示例包括聚醚醚酮(peek)、，聚醚酮酮(pekk)、聚酯或任何其它合适的聚合物。织物聚合物可以包括涂层，例如硅树脂、氯丁橡胶、聚氨酯等。例如，涂层可以是聚有机硅氧烷。

充气机88可以连接到安全气囊86。充气机88可以与第一数据连接器42通信。一经接收到来自例如车辆控制器56的信号，充气机88就可以用可充气介质(例如气体)使安全气囊86充气。充气机88可以是例如烟火充气机，该烟火充气机使用化学反应将充气介质驱动到安全气囊86。充气机88可以是任何合适的类型，例如，冷气体充气机。

方向盘总成32可以包括在致动器控制器36或灯显示控制器78中的程序设计，以指示方向盘转角，即，方向盘38相对于竖直轴线y的角定向。例如，方向盘转角可以由如图2所示移动方向盘38的致动器34——其中它可以可旋转地连接到方向盘38——和/或如图3所示安装在方向盘38上的灯显示器90来指示。方向盘转角可以是在致动器34的情况下方向盘的实际角度或在灯显示器90的情况下方向盘的虚拟角度。方向盘转角可以是正的或负的，它们分别被定义为向右旋转或向左旋转。

参照图2和5，方向盘转角的指示可以通过与第一数据连接器42通信的致动器34来执行。附件40可以连接到致动器34。方向盘38可以可旋转地连接到致动器34。致动器34可以根据控制器36的一个或多个指令旋转方向盘38。致动器34可以是例如电动马达，包括用于使旋转运动致动的任何合适类型，比如有刷直流(dc)马达、无刷直流(dc)马达、开关磁阻马达、步进马达等。

致动器控制器36可以是基于微处理器的控制器，比如已知的。致动器控制器36包含处理器44和存储器46。致动器控制器36的存储器46可以存储由处理器44可执行的指令。

参照图3和6，方向盘转角的指示可以通过选择性地激活安装在方向盘38上的灯显示器90来执行。例如，灯显示器90可以设置在方向盘38的圆形周边76上。灯显示器90可以与第一数据连接器42通信，这允许灯显示器90与车辆控制器56通信。灯显示器90可以是能够选择性地点亮灯显示器90的部分的任何装置。例如，参照图10a和10b，灯显示器90可以是呈圆形设置的的一组灯92，其中每个灯可以独立地点亮。尽管在附图中未示出，但是应当理解的是，圆形设置的灯92可以具有一排或多排灯92。

单独的灯92可以以一种、两种或多种颜色的一个或多个组点亮。例如，每个灯的状态可以被点亮为黄色、点亮为红色或不点亮(即，熄灭)。灯92可以是任何合适的类型，例如，发光二极管(led)。

灯显示控制器78可以是基于微处理器的控制器。灯显示控制器78包含处理器94和存储器96。灯显示控制器78的存储器96可以存储由处理器94可执行的指令。

图9是可以由车辆控制器56执行的过程900的过程流程图。首先，在框905，车辆控制器接收车辆状态数据。车辆状态数据包括通过车轮转角检测器58收集的车轮转角数据，并且车辆状态数据包括通过速度计60收集的速度数据。因此，车辆控制器56被编程为接收来自速度计60的车辆速度和来自车轮转角检测器58的前轮转角。

接下来，在框910，车辆控制器56基于车辆状态数据来确定方向盘控制数据。方向盘控制数据可以包括方向盘38的转角和方向盘38的扭矩中的至少一个。例如，方向盘转角可以是前轮转角的函数，例如前轮转角的线性函数，比如y＝f(x)＝kx，其中y是方向盘转角、x是前轮转角、以及k是恒定转向传动比。因此，例如，如果转向传动比为20，则5°的前轮转角产生100°的方向盘转角，并且30°的前轮转角产生600°的方向盘转角。供选择地，方向盘转角可以是前轮转角的非线性函数。例如，主动前转向系统可以根据车辆30的速度来改变转向传动比，以使在较低速度下的较小方向盘转角产生与在较高速度下较大方向盘转角相同的前轮转角。作为主动前轮转向的替代方案或除了主动前轮转向之外，轮胎、悬挂系统和/或转向系统中的顺应性可以作为因素引入到方向盘转角和前轮转角之间的关系中。

最后，在框915，车辆控制器56将方向盘控制数据(包括方向盘转角和扭矩数据)发送到致动器控制器36或灯显示控制器78。过程900在框915之后结束。

图7是可以通过致动器控制器执行的过程700的过程流程图。致动器控制器36可以被编程为基于通过第一数据连接器42提供的方向盘控制数据来指示致动器34旋转方向盘38。首先，在框705，致动器控制器36接收通过数据连接80从车辆控制器56传送的方向盘控制数据。方向盘控制数据可以包括方向盘转角和扭矩。

接下来，在框710，致动器控制器36基于方向盘控制数据来指示致动器34旋转方向盘38，例如，如果方向盘控制数据包括100°的方向盘转角，则将方向盘38旋转100°，或者如果方向盘控制数据包括600°的方向盘转角，则旋转600°。

最后，在框715，致动器控制器36基于通过第一数据连接器42提供的扭矩数据来指示致动器34提供扭矩给方向盘38。过程700在框715之后结束。

图8是可以通过灯显示控制器78执行的过程800的过程流程图。灯显示控制器78可以被编程为指示灯显示器90以基于通过第一数据连接器42提供的方向盘控制数据的模式点亮。首先，在框805，灯显示控制器78接收通过数据连接80从车辆控制器56传送的方向盘控制数据。方向盘控制数据可以包括方向盘转角。

接下来，在决策框810，灯显示控制器78确定方向盘转角是大于还是小于360°。如果方向盘转角为负，则灯显示控制器78可以使用方向盘转角的绝对值。供选择地，灯显示控制器78可以确定方向盘转角是否在-360°和360°之间。

如果方向盘转角小于或等于360°，则在框815，灯显示控制器78基于通过第一数据连接器42提供的方向盘控制数据来指示灯显示器90点亮灯显示器90的角部分98。例如，如果方向盘控制数据包括100°的方向盘转角，则车辆控制器56基于其程序设计来指示灯显示器90点亮对应于方向盘38的圆形周边76的100°的灯92，如图10a所示。

如果方向盘转角大于360°，则在框820，灯显示控制器78基于通过第一数据连接器42提供的方向盘控制数据来指示灯显示器90以第一颜色点亮灯显示器90的第一角部分100，并且以第二颜色点亮灯显示器90的第二角部分102。例如，如果方向盘控制数据包括600°的方向盘转角，则车辆控制器56基于其程序设计来指示灯显示器90以黄色点亮对应于方向盘38的圆形周边76的240°的灯92并且以红色点亮对应于方向盘38的圆形周边76的剩余120°的灯92，因此表示600°(360°+240°)的方向盘转角，如图10b所示。对于另一示例，如果方向盘控制数据包括600°的方向盘转角，则车辆控制器56基于其程序设计来指示灯显示器90点亮一排灯92的360°和第二排灯92的240°(未示出)。第一排灯92的第一颜色可以与第二排灯92的第二颜色相同或不同。在框820之后，过程800结束。

有效地，车辆控制器56被编程为基于车辆状态数据通过数据连接80指示致动器34和/或灯92的致动。

车辆控制器56可以被编程为基于车辆状态数据来指示致动器34旋转方向盘38，如上面参照图9和7所描述的。例如，如果车辆状态数据包括5°的前轮转角，则车辆控制器56可以基于其程序设计来指示致动器34将方向盘38旋转100°。车辆控制器56可以被编程为基于从如上所述的车辆状态数据确定的方向盘参数来指示致动器34将扭矩施加到方向盘38。

供选择地，车辆控制器56可以被编程为指示灯显示器90以基于车辆状态数据的模式点亮，如上面关于图9和8所描述的。具体地，车辆控制器56可以被编程为基于车辆状态数据来指示灯显示器90点亮灯显示器90的角部分98。例如，如果车辆状态数据包括5°的前轮转角，则车辆控制器56可以基于其程序设计来指示灯显示器90点亮对应于方向盘38的圆形周边76的100°的灯92，如图10a所示。此外，车辆控制器56可以被编程为基于车辆状态数据来指示灯显示器90以第一颜色点亮灯显示器90的第一角部分100，并且以第二颜色点亮灯显示器90的第二角部分102。例如，如果车辆状态数据包括30°的前轮转角，则车辆控制器56可以基于其程序设计来指示灯显示器90以黄色点亮对应于方向盘38的圆形周边76的240°的灯92并且以红色点亮对应于方向盘38的圆形周边76的剩余120°的灯92，从而表示600°(360°+240°)的方向盘转角，如图10b所示。

在操作中，指示方向盘转角使从自主模式到手动模式的转换对于车辆30的人类驾驶员更容易。在自主模式下，方向盘总成32将前轮转角指示给人类驾驶员。致动器34可以基于前轮转角来旋转方向盘38，在这种情况下，人类驾驶员理解前轮转角。灯显示器90可以通过点亮方向盘38的角部分98或角部分100、102来指示相同的信息。如果人类驾驶员决定开始从自主模式到手动模式的切换，则人类驾驶员具有足够的信息来接管方向盘38，而不管前轮转角。

本发明已经以说明性的方式进行了描述，并且应当理解的是，已经使用的术语旨在是描述性而不是限制性的词语的性质。鉴于上述教导，本发明的许多修改和变化是可能的，并且本发明可以以不同于具体描述的方式来实践。