用于自主車輛的可移除方向盤總成的制作方法

本發明涉及一種方向盤總成，并且更具體地，涉及一種用于自主車輛的可移除方向盤總成。

背景技術：

自主車輛具有在沒有人類駕駛員的干涉的情況下駕駛的能力，即，車輛計算機做出關于使車輛加速、制動和轉向的決定。車輛可以是完全自主的或半自主的。半自主車輛可以僅在特定情況下(例如，高速公路駕駛或平行停車)或者相對于某些車輛子系統(例如制動子系統，而不是加速度子系統或轉向子系統)是自主的。

當車輛自主駕駛時，車輛計算機(有時被稱為“虛擬駕駛員”)可以將信號直接發送給發動機、制動器和轉向器；信號不需要通過人類駕駛員、踏板和方向盤可訪問的控制器。然而，當車輛移動時不移動的方向盤可能使人類駕駛員失去方向感。

完全和半自主車輛可能需要將車輛的控制從虛擬駕駛員切換到人類駕駛員的能力。如果在轉向的自主操作期間方向盤不移動，并且如果駕駛員不知道車輛的前輪的定向，則切換可能變得更困難。

技術實現要素：

根據本發明的一方面，提供一種方向盤總成，包含：

致動器；

致動器控制器，致動器控制器包含處理器和存儲器，致動器控制器通信地連接到致動器；

方向盤，方向盤可旋轉地連接到致動器；

附件，附件連接到致動器；以及

數據連接器，數據連接器安裝在附件上并且與致動器控制器通信；其中

致動器控制器被編程為基于通過數據連接器提供的方向盤控制數據來指示致動器旋轉方向盤。

根據本發明的一個實施例，其中致動器控制器被編程為基于通過數據連接器提供的扭矩數據來指示致動器提供扭矩給方向盤。

根據本發明的一個實施例，其中方向盤控制數據包括方向盤的轉角和方向盤的扭矩中的至少一個。

根據本發明的一個實施例，進一步包含：

安全氣囊，安全氣囊連接到方向盤；以及

充氣機，充氣機連接到安全氣囊，充氣機與數據連接器通信。

根據本發明的另一方面，提供一種方向盤總成，包含：

方向盤；

燈顯示器，燈顯示器安裝在方向盤上；

燈顯示控制器，燈顯示控制器包含處理器和存儲器，燈顯示控制器通信地連接到燈顯示器；

附件，附件可旋轉地連接到方向盤；以及

數據連接器，數據連接器安裝在附件上并且與燈顯示控制器通信；其中

燈顯示控制器被編程為指示燈顯示器以基于通過數據連接器提供的方向盤控制數據的模式點亮。

根據本發明的一個實施例，其中：

方向盤具有圓形周邊；

燈顯示器設置在方向盤的圓形周邊上；并且

燈顯示控制器被編程為基于通過數據連接器提供的方向盤控制數據來指示燈顯示器點亮燈顯示器的角部分。

根據本發明的一個實施例，其中燈顯示控制器被編程為基于通過數據連接器提供的方向盤控制數據來指示燈顯示器以第一顏色點亮燈顯示器的第一角部分，并且以第二顏色點亮燈顯示器的第二角部分。

根據本發明的一個實施例，進一步包含角度檢測傳感器和扭矩檢測傳感器，角度檢測傳感器與數據連接器通信，扭矩檢測傳感器與數據連接器通信。

根據本發明的又一方面，提供一種車輛，包含：

車輛控制器，車輛控制器包含處理器和存儲器；以及

方向盤總成，方向盤總成可移除地可配合到包括在車輛儀表板中的附件，方向盤總成包含

方向盤，

第一數據連接器，第一數據連接器可配合到車輛儀表板中的第二數據連接器以形成到車輛控制器的數據連接；以及

用于指示方向盤轉角的裝置；其中

車輛控制器被編程為接收車輛狀態數據；并且

車輛控制器被編程為通過數據連接基于車輛狀態數據來指示用于指示方向盤轉角的裝置的致動。

根據本發明的一個實施例，其中：

用于指示方向盤轉角的裝置是與第一數據連接器通信的致動器；并且

方向盤可旋轉地連接到致動器。

根據本發明的一個實施例，其中車輛控制器被編程為基于車輛狀態數據來指示致動器旋轉方向盤。

根據本發明的一個實施例，進一步包含：

前輪；以及

車輪轉角檢測器，車輪轉角檢測器連接到前輪并且與車輛控制器通信；其中

車輛狀態數據包括通過車輪轉角檢測器收集的車輪轉角數據；并且

方向盤轉角是前輪轉角的函數。

根據本發明的一個實施例，進一步包含：

速度計，速度計與車輛控制器通信；其中

車輛狀態數據包括通過速度計收集的速度數據；

車輛控制器被編程為從速度計接收車輛速度；并且

車輛控制器被編程為基于車輛狀態數據來指示致動器將扭矩施加到方向盤。

根據本發明的一個實施例，其中：

用于指示方向盤轉角的裝置是安裝在方向盤上的燈顯示器；

燈顯示器與第一數據連接器通信；并且

車輛控制器被編程為指示燈顯示器以基于車輛狀態數據的模式點亮。

根據本發明的一個實施例，其中：

方向盤具有圓形周邊；

燈顯示器設置在方向盤的圓形周邊上；并且

車輛控制器被編程為基于車輛狀態數據來指示燈顯示器點亮燈顯示器的角部分。

根據本發明的一個實施例，其中車輛控制器被編程為基于車輛狀態數據來指示燈顯示器以第一顏色點亮燈顯示器的第一角部分，并且以第二顏色點亮燈顯示器的第二角部分。

根據本發明的一個實施例，其中車輛控制器具有自主模式和手動模式，并且當車輛控制器在自主模式下時，方向盤相對于附件固定。

根據本發明的一個實施例，進一步包含：

前輪；以及

車輪轉角檢測器，車輪轉角檢測器連接到前輪并且與車輛控制器通信；其中

車輛狀態數據包括通過車輪轉角檢測器收集的車輪轉角數據；并且

方向盤轉角是前輪轉角的函數。

根據本發明的一個實施例，其中方向盤總成進一步包含：

角度檢測傳感器，角度檢測傳感器通過數據連接與車輛控制器通信；以及

扭矩檢測傳感器，扭矩檢測傳感器通過數據連接與車輛控制器通信。

根據本發明的一個實施例，其中方向盤總成進一步包括：

安全氣囊，安全氣囊連接到方向盤；以及

充氣機，充氣機連接到安全氣囊，充氣機通過數據連接與車輛控制器通信。

附圖說明

圖1是包括示例方向盤總成的車輛的透視圖；

圖2是儀表板和具有致動器的圖1的方向盤總成的透視圖；

圖3是儀表板和具有燈顯示器的示例方向盤總成的透視圖；

圖4是儀表板和圖1的方向盤總成以及蓋的透視圖；

圖5是包括圖1的示例方向盤總成的示例車輛的框圖；

圖6是車輛和圖3的示例方向盤總成的框圖；

圖7是通過圖1的方向盤總成的控制器執行的示例過程的過程流程圖；

圖8是通過圖3的方向盤總成的控制器執行的示例過程的過程流程圖；

圖9是通過車輛控制器執行的示例過程的過程流程圖；

圖10a是圖3的方向盤總成的示例性主視圖；

圖10b是圖3的方向盤總成的另一示例性主視圖。

具體實施方式

參照附圖，其中貫穿若干視圖，相同的附圖標記表示相同的部件，方向盤總成32包括致動器34、致動器控制器36、方向盤38、附件40和數據連接器42(下文稱為第一數據連接器42)。致動器控制器36包括處理器44和存儲器46，并且通信地連接到致動器34。方向盤38可旋轉地連接到致動器34。附件40連接到致動器34。第一數據連接器42安裝在附件40上并且與致動器控制器36通信。致動器控制器36被編程為基于由第一數據連接器42提供的方向盤控制數據來指示致動器34旋轉方向盤38。

方向盤總成32可以提供關于車輛30的前輪46的定向的信息。人類駕駛員可能感覺更舒適，因為方向盤38的行為“匹配”車輛30的行為。此外，如果人類駕駛員知道前輪46的定向，則人類駕駛員有利地可以更容易地從車輛30接管駕駛的控制。方向盤總成32的可移除性可以有利地提供乘客艙52中更多的空間，以供乘客按照他們的希望使用艙室。

參照圖1，車輛30包括至少一個前輪46、至少一個后輪50和乘客艙52。車輛30可以具有前輪驅動、后輪驅動或全輪驅動。前輪46可以轉向以便使車輛30轉向。乘客艙52可以容納車輛30的乘員。

另外參照圖5和6，車輛30可以包括車輛控制系統54。車輛控制系統54可以包括車輛控制器56、例如車輪轉角檢測器58和速度計60的傳感器、和通信網絡62。車輛控制系統54可以通過通信網絡62(比如控制器局域網(can)總線、以太網和/或任何其他有線或無線通信網絡)傳送信號。

車輛30可以是自主車輛。車輛控制器56(有時被稱為“虛擬駕駛員”)能夠較大或較小的程度地獨立于人類駕駛員的干涉來操作車輛30。車輛控制器56可以被編程為操作發動機、制動系統、轉向系統和/或其他車輛系統。

車輛控制器56可以是基于微處理器的控制器。車輛控制器56包含處理器64和存儲器66。車輛控制器56的存儲器66可以存儲由處理器64可執行的指令。

車輛控制器56可以具有自主模式和手動模式。當車輛30在自主模式下時，車輛30的轉向器、發動機和制動器可以通過車輛控制器56來控制，并且當車輛30在手動模式下時通過人類駕駛員來控制。當車輛控制器56在自主模式下時，方向盤38可以相對于附件40固定。

車輪轉角檢測器58可以連接到前輪46并且與車輛控制器56通信。車輪轉角檢測器58可以是適于測量前輪46的定向且例如可以是已知的任何傳感器，例如，測量電壓差的模擬車輪轉角傳感器或數字傳感器(比如光學傳感器)。車輪轉角傳感器可以與車輛控制器56通信。

速度計60可以與車輛控制器56通信。速度計60可以是適于測量車輛30的速度的任何傳感器，例如已知的，機械或渦流速度計或車輛速度傳感器。車輛速度傳感器可以使用磁場檢測器來對設置在車輛30的驅動軸上的鋸齒狀金屬盤對磁場的干擾進行計數。

參照圖2-4，車輛30的儀表板68通常設置在乘客艙52中。如已知的，儀表板68可以呈現面向車輛30的乘員的表面，例如面向車輛30的前部的后方。

儀表板68可以包括附件70。儀表板68的附件70可以與方向盤總成32的附件40可移除地配合。在本發明的上下文中的“可移除地配合”意思是儀表板68的附件70可以接收且保持方向盤總成32的附件40或者通過方向盤總成32的附件40接收且保持，但是儀表板68的附件70也可以允許移除配合的方向盤總成32，例如允許乘員移除方向盤總成32。儀表板68的附件70可以接收夾子104或使用任何其它合適的機構來與方向盤總成32的附件40配合，如下面關于附件40所描述的。

儀表板68的附件70可以包括可與方向盤總成32上的第一數據連接器42配合的第二數據連接器72。(形容詞“第一”和“第二”在本文獻中被用作標識符，并且不旨在表示重要性或順序。)第二數據連接器72能夠發送且接收數據信號。第二數據連接器72可以例如通過通信網絡62與車輛控制器56通信。第二數據連接器72可以由任何導電材料制成，比如銅、鋁或其他金屬或導電材料。

方向盤總成32可以可移除地可與包括在車輛儀表板68中的附件70配合。方向盤總成32可以包括方向盤38、方向盤總成32的附件40、第一數據連接器42和方向盤轉角的指示器。方向盤總成32可以作為一個單元從車輛30移除。

方向盤38可以具有圓形周邊76。方向盤38可以由車輛30的乘員抓住。方向盤38可以例如通過軸承(未示出)可旋轉地連接到方向盤總成32的附件40。當方向盤總成32附接到儀表板68時，方向盤38可以相對于儀表板68旋轉。

附件40可以可旋轉地連接到方向盤38。方向盤總成32的附件40可以與儀表板68的附件70可移除地配合；即，方向盤總成32的附件40接收并且保持儀表板68的附件70或通過儀表板68的附件70接收和保持，并且方向盤總成32的附件40允許例如乘員將方向盤總成32移除。

方向盤總成32的附件40可以使用柔性塑料夾子104來與儀表板68的附件70配合。當例如乘員將方向盤總成32的附件40插入到儀表板68的附件70中時，夾子104可以夾住附件70中的捕捉表面(未示出)。當乘員希望移除方向盤總成32時，乘員可以推動夾子按鈕106以從捕捉表面釋放夾子104。供選擇地，如本領域中已知的，附件40可以使用任何其他合適的機構來可移除地與儀表板68的附件70配合。

參照圖4，如果方向盤總成32不配合到儀表板68，則蓋108可以可移除地配合到儀表板68的附件70。蓋108可以保護附件70和/或第二數據連接器72免受污垢、碎片或損壞。蓋108可以具有夾子110，該夾子110以與方向盤總成32的夾子104相同的方式與附件70配合。如果方向盤總成32包括與夾子104不同的配合機構，則蓋108可以包括類似的配合機構。供選擇地，蓋108可以使用壓配合來配合。

參照圖2和圖3，方向盤總成32的附件40可以包括可配合到儀表板68上的第二數據連接器72的第一數據連接器42。第一數據連接器42能夠發送且接收數據信號。第一數據連接器42可以安裝在附件40上并且與致動器控制器36或燈顯示控制器78通信。第一數據連接器42可以由任何導電材料制成，比如銅、鋁或其他金屬或導電材料。

第一數據連接器42可以與車輛儀表板68中的第二數據連接器72配合，以形成到車輛控制器56的數據連接80。數據連接80允許信號通過第一數據連接器42發送到車輛控制器56，反之亦然。

方向盤總成32可以包括與第一數據連接器42通信并且因此通過數據連接80與車輛控制器56通信的角度檢測傳感器82。角度檢測傳感器82可以測量方向盤38相對于方向盤總成32的附件40旋轉的角度。角度檢測傳感器82可以是能夠測量方向盤38的定向的任何傳感器，例如檢磁線圈、霍爾效應傳感器、磁阻元件(mre)傳感器或光學傳感器。

方向盤總成32可以包括與第一數據連接器42通信并且因此通過數據連接80與車輛控制器56通信的扭矩檢測傳感器84。扭矩檢測傳感器84可以測量施加到方向盤38的扭矩。扭矩檢測傳感器84可以是能夠測量扭矩的任何傳感器，例如已知的。

方向盤總成32可以包括連接到方向盤38的安全氣囊86，并且蓋108可以包括連接到蓋108的安全氣囊86。例如，安全氣囊86可以設置在方向盤38和/或蓋108的中間。安全氣囊86可由任何合適的安全氣囊材料制成，例如織物聚合物。例如，安全氣囊86可以由織物尼龍絲(例如尼龍6-6)制成。其它合適的示例包括聚醚醚酮(peek)、，聚醚酮酮(pekk)、聚酯或任何其它合適的聚合物。織物聚合物可以包括涂層，例如硅樹脂、氯丁橡膠、聚氨酯等。例如，涂層可以是聚有機硅氧烷。

充氣機88可以連接到安全氣囊86。充氣機88可以與第一數據連接器42通信。一經接收到來自例如車輛控制器56的信號，充氣機88就可以用可充氣介質(例如氣體)使安全氣囊86充氣。充氣機88可以是例如煙火充氣機，該煙火充氣機使用化學反應將充氣介質驅動到安全氣囊86。充氣機88可以是任何合適的類型，例如，冷氣體充氣機。

方向盤總成32可以包括在致動器控制器36或燈顯示控制器78中的程序設計，以指示方向盤轉角，即，方向盤38相對于豎直軸線y的角定向。例如，方向盤轉角可以由如圖2所示移動方向盤38的致動器34——其中它可以可旋轉地連接到方向盤38——和/或如圖3所示安裝在方向盤38上的燈顯示器90來指示。方向盤轉角可以是在致動器34的情況下方向盤的實際角度或在燈顯示器90的情況下方向盤的虛擬角度。方向盤轉角可以是正的或負的，它們分別被定義為向右旋轉或向左旋轉。

參照圖2和5，方向盤轉角的指示可以通過與第一數據連接器42通信的致動器34來執行。附件40可以連接到致動器34。方向盤38可以可旋轉地連接到致動器34。致動器34可以根據控制器36的一個或多個指令旋轉方向盤38。致動器34可以是例如電動馬達，包括用于使旋轉運動致動的任何合適類型，比如有刷直流(dc)馬達、無刷直流(dc)馬達、開關磁阻馬達、步進馬達等。

致動器控制器36可以是基于微處理器的控制器，比如已知的。致動器控制器36包含處理器44和存儲器46。致動器控制器36的存儲器46可以存儲由處理器44可執行的指令。

參照圖3和6，方向盤轉角的指示可以通過選擇性地激活安裝在方向盤38上的燈顯示器90來執行。例如，燈顯示器90可以設置在方向盤38的圓形周邊76上。燈顯示器90可以與第一數據連接器42通信，這允許燈顯示器90與車輛控制器56通信。燈顯示器90可以是能夠選擇性地點亮燈顯示器90的部分的任何裝置。例如，參照圖10a和10b，燈顯示器90可以是呈圓形設置的的一組燈92，其中每個燈可以獨立地點亮。盡管在附圖中未示出，但是應當理解的是，圓形設置的燈92可以具有一排或多排燈92。

單獨的燈92可以以一種、兩種或多種顏色的一個或多個組點亮。例如，每個燈的狀態可以被點亮為黃色、點亮為紅色或不點亮(即，熄滅)。燈92可以是任何合適的類型，例如，發光二極管(led)。

燈顯示控制器78可以是基于微處理器的控制器。燈顯示控制器78包含處理器94和存儲器96。燈顯示控制器78的存儲器96可以存儲由處理器94可執行的指令。

圖9是可以由車輛控制器56執行的過程900的過程流程圖。首先，在框905，車輛控制器接收車輛狀態數據。車輛狀態數據包括通過車輪轉角檢測器58收集的車輪轉角數據，并且車輛狀態數據包括通過速度計60收集的速度數據。因此，車輛控制器56被編程為接收來自速度計60的車輛速度和來自車輪轉角檢測器58的前輪轉角。

接下來，在框910，車輛控制器56基于車輛狀態數據來確定方向盤控制數據。方向盤控制數據可以包括方向盤38的轉角和方向盤38的扭矩中的至少一個。例如，方向盤轉角可以是前輪轉角的函數，例如前輪轉角的線性函數，比如y＝f(x)＝kx，其中y是方向盤轉角、x是前輪轉角、以及k是恒定轉向傳動比。因此，例如，如果轉向傳動比為20，則5°的前輪轉角產生100°的方向盤轉角，并且30°的前輪轉角產生600°的方向盤轉角。供選擇地，方向盤轉角可以是前輪轉角的非線性函數。例如，主動前轉向系統可以根據車輛30的速度來改變轉向傳動比，以使在較低速度下的較小方向盤轉角產生與在較高速度下較大方向盤轉角相同的前輪轉角。作為主動前輪轉向的替代方案或除了主動前輪轉向之外，輪胎、懸掛系統和/或轉向系統中的順應性可以作為因素引入到方向盤轉角和前輪轉角之間的關系中。

最后，在框915，車輛控制器56將方向盤控制數據(包括方向盤轉角和扭矩數據)發送到致動器控制器36或燈顯示控制器78。過程900在框915之后結束。

圖7是可以通過致動器控制器執行的過程700的過程流程圖。致動器控制器36可以被編程為基于通過第一數據連接器42提供的方向盤控制數據來指示致動器34旋轉方向盤38。首先，在框705，致動器控制器36接收通過數據連接80從車輛控制器56傳送的方向盤控制數據。方向盤控制數據可以包括方向盤轉角和扭矩。

接下來，在框710，致動器控制器36基于方向盤控制數據來指示致動器34旋轉方向盤38，例如，如果方向盤控制數據包括100°的方向盤轉角，則將方向盤38旋轉100°，或者如果方向盤控制數據包括600°的方向盤轉角，則旋轉600°。

最后，在框715，致動器控制器36基于通過第一數據連接器42提供的扭矩數據來指示致動器34提供扭矩給方向盤38。過程700在框715之后結束。

圖8是可以通過燈顯示控制器78執行的過程800的過程流程圖。燈顯示控制器78可以被編程為指示燈顯示器90以基于通過第一數據連接器42提供的方向盤控制數據的模式點亮。首先，在框805，燈顯示控制器78接收通過數據連接80從車輛控制器56傳送的方向盤控制數據。方向盤控制數據可以包括方向盤轉角。

接下來，在決策框810，燈顯示控制器78確定方向盤轉角是大于還是小于360°。如果方向盤轉角為負，則燈顯示控制器78可以使用方向盤轉角的絕對值。供選擇地，燈顯示控制器78可以確定方向盤轉角是否在-360°和360°之間。

如果方向盤轉角小于或等于360°，則在框815，燈顯示控制器78基于通過第一數據連接器42提供的方向盤控制數據來指示燈顯示器90點亮燈顯示器90的角部分98。例如，如果方向盤控制數據包括100°的方向盤轉角，則車輛控制器56基于其程序設計來指示燈顯示器90點亮對應于方向盤38的圓形周邊76的100°的燈92，如圖10a所示。

如果方向盤轉角大于360°，則在框820，燈顯示控制器78基于通過第一數據連接器42提供的方向盤控制數據來指示燈顯示器90以第一顏色點亮燈顯示器90的第一角部分100，并且以第二顏色點亮燈顯示器90的第二角部分102。例如，如果方向盤控制數據包括600°的方向盤轉角，則車輛控制器56基于其程序設計來指示燈顯示器90以黃色點亮對應于方向盤38的圓形周邊76的240°的燈92并且以紅色點亮對應于方向盤38的圓形周邊76的剩余120°的燈92，因此表示600°(360°+240°)的方向盤轉角，如圖10b所示。對于另一示例，如果方向盤控制數據包括600°的方向盤轉角，則車輛控制器56基于其程序設計來指示燈顯示器90點亮一排燈92的360°和第二排燈92的240°(未示出)。第一排燈92的第一顏色可以與第二排燈92的第二顏色相同或不同。在框820之后，過程800結束。

有效地，車輛控制器56被編程為基于車輛狀態數據通過數據連接80指示致動器34和/或燈92的致動。

車輛控制器56可以被編程為基于車輛狀態數據來指示致動器34旋轉方向盤38，如上面參照圖9和7所描述的。例如，如果車輛狀態數據包括5°的前輪轉角，則車輛控制器56可以基于其程序設計來指示致動器34將方向盤38旋轉100°。車輛控制器56可以被編程為基于從如上所述的車輛狀態數據確定的方向盤參數來指示致動器34將扭矩施加到方向盤38。

供選擇地，車輛控制器56可以被編程為指示燈顯示器90以基于車輛狀態數據的模式點亮，如上面關于圖9和8所描述的。具體地，車輛控制器56可以被編程為基于車輛狀態數據來指示燈顯示器90點亮燈顯示器90的角部分98。例如，如果車輛狀態數據包括5°的前輪轉角，則車輛控制器56可以基于其程序設計來指示燈顯示器90點亮對應于方向盤38的圓形周邊76的100°的燈92，如圖10a所示。此外，車輛控制器56可以被編程為基于車輛狀態數據來指示燈顯示器90以第一顏色點亮燈顯示器90的第一角部分100，并且以第二顏色點亮燈顯示器90的第二角部分102。例如，如果車輛狀態數據包括30°的前輪轉角，則車輛控制器56可以基于其程序設計來指示燈顯示器90以黃色點亮對應于方向盤38的圓形周邊76的240°的燈92并且以紅色點亮對應于方向盤38的圓形周邊76的剩余120°的燈92，從而表示600°(360°+240°)的方向盤轉角，如圖10b所示。

在操作中，指示方向盤轉角使從自主模式到手動模式的轉換對于車輛30的人類駕駛員更容易。在自主模式下，方向盤總成32將前輪轉角指示給人類駕駛員。致動器34可以基于前輪轉角來旋轉方向盤38，在這種情況下，人類駕駛員理解前輪轉角。燈顯示器90可以通過點亮方向盤38的角部分98或角部分100、102來指示相同的信息。如果人類駕駛員決定開始從自主模式到手動模式的切換，則人類駕駛員具有足夠的信息來接管方向盤38，而不管前輪轉角。

本發明已經以說明性的方式進行了描述，并且應當理解的是，已經使用的術語旨在是描述性而不是限制性的詞語的性質。鑒于上述教導，本發明的許多修改和變化是可能的，并且本發明可以以不同于具體描述的方式來實踐。