具体实施方式

在本公开的示例或实施例的以下描述中，将参照附图，在附图中，通过图示的方式示出可以实施的特定示例或实施例，并且在附图中，相同的附图标记和符号可以用于表示相同或相似的部件，即使这些部件在彼此不同的附图中示出。此外，在本公开的实施例或示例的以下描述中，当确定对并入本文的公知功能和部件的详细描述可能使本公开的一些实施例的主题模糊时，将省略这些描述。本文所使用的诸如“包括”、“具有”、“包含”、“构成”、“由……组成”和“由……形成”的术语通常旨在允许添加其他部件，除非这些术语与术语“仅”一起使用。如本文使用的，除非上下文另有清楚地说明，否则单数形式旨在包括复数形式。

诸如“第一”、“第二”、“A”、“B”、“(A)”、“(B)”的术语可在本文中用于描述本公开的元件。这些术语中的每一个都不用于限定元件的本质、顺序、次序或数量等，而是仅用于将相应元件与其他元件区分开。

当提到第一元件“连接或联接到”、“接触或重叠”等时，应当理解，该第一元件不仅可以与第二元件“直接连接或联接”或“直接接触或重叠”，而且第三元件也可以“插入”在第一元件与第二元件之间，或者第一元件和第二元件可以经由第四元件彼此“连接或联接”、“接触或重叠”等。此处，第二元件可以被包括在彼此“连接或联接”、“接触或重叠”等的两个或更多个元件中的至少一个中。

当使用诸如“之后”、“此后”、“下一”、“之前”等时间相关术语来描述元件或配置的过程或操作，或操作、处理、制造方法中的流程或步骤时，这些术语可以用于描述非连续或非顺序性的过程或操作，除非与术语“直接”或“立即”一起使用。

另外，当提到任何尺寸、相对大小等时，即使没有明确相关描述，也应当认为元件或特征的数值或相应的信息(例如，等级、范围等)包括可能由各种因素(例如，过程因素、内部或外部影响、噪声等)引起的公差或误差范围。此外，术语“可以”完全包含术语“能够”的所有含义。

在下文中，参照图1至图7描述根据本公开的各方面的线控转向型转向设备100。

根据本公开的各方面的线控转向型转向设备100包括：蜗轮120，蜗轮120联接到转向轴110并包括齿轮121；蜗杆轴130，蜗杆轴130可轴向滑动，并且包括蜗杆齿轮131，蜗杆齿轮131包括在啮合齿轮121的情况下可旋转的第一蜗杆齿轮部分131a和在啮合齿轮121的情况下不可旋转的第二蜗杆齿轮部分131b。

蜗轮120可以联接到与方向盘(未示出)连接的转向轴110。齿轮121可以形成在蜗轮120的外圆周表面上，并且与蜗杆轴130的蜗杆齿轮131啮合。

与齿轮121啮合的蜗杆齿轮131可以形成在蜗杆轴130的外周表面上。蜗杆轴130的轴部分132和133可以设置在蜗杆齿轮131的两侧。设置在蜗杆轴130一侧的轴部分132可以与将在下面进一步详细描述的支撑构件连接，并且设置在蜗杆轴130另一侧的轴部分133可以经由阻尼联接器(未示出)与电机(未示出)连接。

也就是说，当蜗杆轴130被电机旋转时，所产生的扭矩可以通过蜗杆轴130和蜗轮120传递到转向轴110，从而可以改善驾驶员的转向感觉。

蜗杆轴130可以设置成可轴向滑动。也就是说，当联接到转向轴110的蜗轮120因方向盘的转动而旋转时，蜗杆轴130可以基于齿轮121与蜗杆齿轮131的啮合而朝向蜗杆轴130的一侧或另一侧轴向滑动。也就是说，蜗杆轴130可以通过电机和蜗轮120旋转，并且在轴向方向上滑动。

蜗杆轴130的蜗杆齿轮131可以包括在啮合齿轮121的情况下可旋转的第一蜗杆齿轮部分131a以及在啮合齿轮121的情况下不可旋转的第二蜗杆齿轮部分131b。

在方向盘达到预定旋转角度(例如，最大旋转角度)之前，齿轮121啮合第一蜗杆齿轮部分131a，并且随着方向盘的旋转角度因驾驶员的转动而增加，蜗杆轴130能够轴向滑动。当方向盘达到最大旋转角度时，齿轮121变为与第二蜗杆齿轮部分131b啮合，在这种情况下，蜗轮120和转向轴110不能再旋转，因此，可以防止方向盘被旋转超过最大旋转角度。

第一蜗杆齿轮部分131a的轮齿和第二蜗杆齿轮部分131b的轮齿可以具有不同的形状(例如，导程(lead)、压力角、节径等)，并且蜗轮120可以在齿轮121啮合第一蜗杆齿轮部分131a的情况下旋转，并且在齿轮121啮合第二蜗杆齿轮部分131b的情况下不能旋转。

可以使用齿轮的自锁条件来设计第一蜗杆齿轮部分131a和第二蜗杆齿轮部分131b的轮齿的形状，这将在下面更详细地进行描述。

如上所述，在常规的转向系统中，通过使由电机旋转蜗杆轴产生的扭矩能够被传递到蜗轮和转向轴上，防止了驾驶员转动方向盘超过最大旋转角度，为此，需要能够产生高扭矩的电机来抵消驾驶员提供的转向扭矩。因此，这可能导致成本、重量、封装等方面的不利。相反，在根据本公开的各方面的线控转向型转向设备中，由于齿轮121在方向盘的最大旋转角时变为与第二蜗杆齿轮部分131b啮合，从而蜗轮120被置于不可旋转状态，所以可以有效地防止方向盘转动超过最大旋转角，甚至不会增加电机的大小和重量等，并且在成本、封装等方面具有优势。

参照图2，第一蜗杆齿轮部分131a可以设置在蜗杆齿轮131的中心部分，并且第二蜗杆齿轮部分131b可以设置在第一蜗杆齿轮部分131a的两侧。

虽然图2至图4示出第一蜗杆齿轮部分131a和第二蜗杆齿轮部分131b具有相同的形状，但这些仅仅是为了便于说明。例如，如图5至图7所示，应当注意，可以在导程、压力角和节径中的至少一个方面不同地形成第一蜗杆齿轮部分131a和第二蜗杆齿轮部分131b。

可以关于蜗杆齿轮131的中心对称地形成第一蜗杆齿轮部分131a和第二蜗杆齿轮部分131b。也就是说，第一蜗杆齿轮部分131a的中心可以与蜗杆齿轮131的中心对齐，并且可以将第二蜗杆齿轮部分131b形成为距第一蜗杆齿轮部分131a的两侧具有相等的长度。

图2示出蜗杆齿轮131的中心与齿轮121啮合的情况(为方便，以下称为“中性状态(neutral status)”)，即方向盘不旋转。图3至图4示出随着蜗杆轴130滑动，第二蜗杆齿轮部分131b与齿轮121啮合的情况。

也就是说，当方向盘由于驾驶员沿顺时针或逆时针方向转动方向盘而达到预定的旋转角度(例如，最大旋转角度)时，齿轮121因蜗杆轴130的滑动而变为与位于图中右侧的第二蜗杆齿轮部分131b或位于图中左侧的第二蜗杆齿轮部分131b啮合。因此，可以有效地防止方向盘转动超过左侧或右侧最大旋转角度。

另外，可以在蜗杆轴130上设置用于支持蜗杆轴130旋转的轴承141和142，并且轴承141和142可以被设置成与蜗杆齿轮131轴向间隔开。

如上所述，蜗杆轴130可以包括设置在蜗杆齿轮131两侧的轴部分132和133，并且轴承141和142可以被设置成与蜗杆齿轮131间隔开，同时被设置在轴部分132和133上。

虽然附图中未示出，但轴承141和142可以沿轴向方向被固定在壳体(未示出)内部，以支持蜗杆轴130的旋转，并且轴部分132和133可以被设置成在轴承141和142的内圈中可轴向滑动。

由于轴承141和142被设置在轴部分132和133上，并且被设置成与蜗杆齿轮131轴向间隔开，所以蜗杆轴130可以轴向滑动轴承141和142与蜗杆齿轮131的端部之间的距离。

另外，如上所述，为了使蜗杆轴130与支撑构件160连接，支撑构件160可以具有轴向开口的座孔161，并且轴部分132可以插入到座孔161中。

此外，可以在座孔161中设置弹性构件150。当蜗杆轴130从中性状态朝向蜗杆轴130的一侧或另一侧轴向滑动时，弹性构件150可以提供弹力，并且使得蜗杆轴130能够容易地返回到中性状态。

也就是说，弹性构件150的沿轴向方向的两端可以固定到蜗杆轴130和支撑构件160，以在被压缩或拉伸时向蜗杆轴130提供弹力。例如，弹性构件150的端部可以通过焊接或压配合而固定到蜗杆轴130和支撑构件160。

如图3所示，当蜗杆轴130在图中向左滑动时，弹性构件150被压缩以提供向右的弹力，并且如图4所示，当蜗杆轴130在图中向右滑动时，弹性构件150被拉伸以提供向左的弹力，使得蜗杆轴130可以容易地返回到其中性状态。

因为弹性构件150的两端分别固定到蜗杆轴130和支撑构件160上，所以期望支撑构件160与蜗杆轴130一起旋转，使得即使当蜗杆轴130旋转时，弹性构件150也能够成功地提供弹力。

因此，可以在蜗杆轴130的轴部分132的外周表面上形成第一锯齿134，并且可以在支撑构件160的内周表面上形成联接到第一锯齿134的第二锯齿162，如图1所示。

由于第一锯齿134和第二锯齿162相互啮合，当蜗杆轴130轴向滑动时，轴部分132可以在座孔161中轴向滑动，并且当蜗杆轴130被电机旋转时，支撑构件160可以一起旋转。

虽然图中未示出，但是可以进一步在壳体中设置衬套或轴承，以支持支撑构件160的旋转。

同时，如上所述，蜗杆齿轮131具有包括在啮合齿轮121的情况下可旋转的第一蜗杆齿轮部分131a和在啮合齿轮121的情况下不可旋转的第二蜗杆齿轮部分131b的结构。可以考虑齿轮的自锁条件来设计蜗杆齿轮131的这种结构。

对于齿轮的自锁条件，考虑摩擦系数、导程角和压力角。如果满足自锁条件，则即使在施加外力时，齿轮也不能转动，并且，如果不满足自锁条件，则齿轮可以自由转动。

齿轮的自锁条件由如下方程1表示。

方程1

μ≥tanλcosα

此处，μ表示轮齿之间的摩擦系数，λ表示导程角，并且α表示压力角。

导程角和压力角表示蜗杆齿轮131的导程角和压力角。在蜗杆齿轮的情况下，导程角可以由如下方程2表示。

方程2

此处，L表示导程，并且d表示节径。

从上面的方程1和方程2可知，齿轮的自锁条件可以推导为如下方程3。

方程3

参考方程3，通过改变导程、压力角或节径，可以满足或不满足齿轮的自锁条件。也就是说，蜗杆齿轮131可以具有以下结构：第一蜗杆齿轮部分131a不满足自锁条件，并且第二蜗杆齿轮部分131b满足自锁条件；并且在该结构中，在第一蜗杆齿轮部分131a变为与齿轮121啮合的情况下，蜗轮120和蜗杆轴130可以旋转，并且在第二蜗杆齿轮部分131b变为与齿轮121啮合的情况下，蜗轮120和蜗杆轴130不旋转。

也就是说，与第一蜗杆齿轮部分131a相比，第二蜗杆齿轮部分131b可以具有较小的导程、较小的压力角或较大的节径，或者可以通过符合这三个条件中的两个或更多个来满足自锁条件。

在一些实施例中，参照图5，第二蜗杆齿轮部分131b的导程可以小于第一蜗杆齿轮部分131a的导程。

此外，第二蜗杆齿轮部分131b的导程可以被形成为朝向轴向边缘逐渐变小。

也就是说，第二蜗杆齿轮部分131b的在与第一蜗杆齿轮部分131a间隔开的位置处的导程L2可以小于其在靠近第一蜗杆齿轮部分131a的位置处的导程L1，并且第二蜗杆齿轮部分131b的导程L1和L2可以小于第一蜗杆齿轮131的导程L0。

由于第二蜗杆齿轮部分131b被形成为朝向轴向边缘逐渐变小，当齿轮121开始啮合第二蜗杆齿轮部分131b时，驾驶员的转向感觉逐渐变沉重，并且在这种情况下，当驾驶员进一步转动方向盘时，齿轮121变为与第二蜗杆齿轮部分131b啮合，从而阻碍驾驶员操作方向盘。

在一些实施例中，参照图6，第二蜗杆齿轮部分131b的压力角可以小于第一蜗杆齿轮部分131a的压力角。

此外，第二蜗杆齿轮部分131b的压力角可以被形成为朝向轴向边缘逐渐变小。

也就是说，第二蜗杆齿轮部分131b的在与第一蜗杆齿轮部分131a间隔开的位置处的压力角α2可以小于第二蜗杆齿轮部分131b的在靠近第一蜗杆齿轮部分131a的位置处的压力角α1，并且第二蜗杆齿轮部分131b的压力角α1和α2可以小于第一蜗杆齿轮131的压力角α0。

同样，由于第二蜗杆齿轮部分131b的压力角被形成为朝向轴向边缘逐渐变小，当齿轮121开始啮合第二蜗杆齿轮部分131b时，驾驶员的转向感觉逐渐变沉重，并且在这种情况下，当驾驶员进一步转动方向盘时，齿轮121变为与第二蜗杆齿轮部分131b啮合，从而阻碍驾驶员操作方向盘。

在一些实施例中，参照图7，第二蜗杆齿轮部分131b的节径可以大于第一蜗杆齿轮部分131a的节径。

此外，第二蜗杆齿轮部分131b的节径可以被形成为朝向轴向边缘逐渐变大。

也就是说，第二蜗杆齿轮部分131b的在与第一蜗杆齿轮部分131a间隔开的位置处的节径d2可以大于第二蜗杆齿轮部分131b的在靠近第一蜗杆齿轮部分131a的位置处的节径d1，并且第二蜗杆齿轮部分131b的节径d1和d2可以大于第一蜗杆齿轮131的节径d0。

同样，由于第二蜗杆齿轮部分131b的节径被形成为朝向轴向边缘逐渐变大，当齿轮121开始啮合第二蜗杆齿轮部分131b时，驾驶员的转向感觉逐渐变沉重，并且在这种情况下，当驾驶员进一步转动方向盘时，齿轮121变为与第二蜗杆齿轮部分131b啮合，从而阻碍驾驶员操作方向盘。

下面的表1示出第一蜗杆齿轮部分131a和第二蜗杆齿轮部分131b的导程、压力角和节径的比较。

表1

如表1所示，在第二蜗杆齿轮部分131b被形成为具有比第一蜗杆齿轮部分131a小的导程和/或压力角和/或比第一蜗杆齿轮部分131a大的节径的情况下，由于第一蜗杆齿轮部分131a不满足自锁条件，所以第一蜗杆齿轮部分131a能够啮合齿轮121并自由旋转，并且由于第二蜗杆齿轮部分131b满足自锁条件，所以第二蜗杆齿轮部分131b不能啮合齿轮121以及旋转。在下文中，将参照图8至图13描述根据本公开的各方面的线控转向型转向设备800。图8至图13的转向设备可以具有与参照图1至图7描述的转向设备的一些部件相同或基本相同的部件。这种部件可以利用相同的附图标记来标记，这种部件的细节可以由上面进行的论述来代替。

根据本公开的各方面的线控转向型转向设备800包括：蜗杆轴830，蜗杆轴830包括蜗杆齿轮831；以及蜗轮820，蜗轮820联接到转向轴810并且包括齿轮821，齿轮821包括在啮合蜗杆齿轮831的情况下可旋转的第一齿轮部分821a和在啮合蜗杆齿轮831的情况下不可旋转的第二齿轮部分821b。

在蜗轮820的齿轮821包括第一齿轮部分821a和第二齿轮部分821b的结构中，在方向盘达到预定的旋转角度(例如，最大旋转角度)之前，蜗杆齿轮831啮合第一齿轮部分821a。由于驾驶员的转动使方向盘的旋转角度增加而导致蜗轮820进一步旋转，当方向盘达到最大旋转角度时，蜗杆齿轮831变为与第二齿轮部分821b啮合，并且蜗轮820和转向轴810不能再旋转。因此，可以阻碍方向盘转动超过最大旋转角度。

也就是说，在不满足自锁条件的结构中，第一齿轮部分821a可以啮合蜗杆齿轮831，并且在满足自锁条件的结构中，第二齿轮部分821b可以啮合蜗杆齿轮831。

此外，形成第一齿轮部分821a的区域可以具有比形成第二齿轮部分821b的区域更宽的中心角。

图8示出第一齿轮部分821a的中心与蜗杆齿轮831啮合的中性状态，并且图9和图10示出通过蜗轮820的旋转而使第二齿轮部分821b与蜗杆齿轮831啮合的状态。

在中性状态下，因为蜗杆齿轮831啮合第一齿轮部分821a的中心，所以第二齿轮部分821b位于与蜗杆轴830相对的位置。

附图示出以下实施例：第一齿轮部分821a具有约270度的中心角，并且第二齿轮部分821b具有约90度的中心角。

通常，方向盘在顺时针或逆时针方向上具有约540度的最大旋转角度，并且蜗轮820通过转向轴810连接到方向盘，并且可以旋转与方向盘相同的角度。为了在方向盘的最大旋转角度内使蜗杆齿轮831啮合第一齿轮部分821a，需要减小蜗轮820的旋转角度。

也就是说，在方向盘的最大旋转角度为180度或更大的情况下，在方向盘达到最大旋转角度之前，第二齿轮部分821b变为与蜗杆齿轮831啮合，并且蜗轮820不能旋转。因此，需要限制蜗轮820的最大旋转角度。

在一个实施例中，在第一齿轮部分821a具有约270度的中心角的情况下，方向盘可以在顺时针或逆时针方向上具有约135度的最大旋转角。在这种情况下，即使方向盘的最大旋转角度受到限制，也可以通过采用单独的齿轮结构来获得车轮的转向角度，并且省略了对这种结构的详细描述。

同时，在另一实施例中，通过在蜗轮820与方向盘之间提供齿轮结构，在保持方向盘的最大旋转角度的同时，可以将蜗轮820设计成具有比方向盘的旋转角度小的旋转角度，从而，可以使第二齿轮部分821b在方向盘的最大旋转角度处啮合蜗杆齿轮831，而不会降低驾驶员的转向感觉。

接下来，与第一齿轮部分821a相比，第二齿轮部分821b可以具有更小的导程角、导程和/或压力角，或者可以通过符合这三个条件中的两个或更多个来满足自锁条件。

在一些实施例中，参照图11，第二齿轮部分821b的导程角可以小于第一齿轮部分821a的导程角。

此外，第二齿轮部分821b的导程角可以被形成为朝向第二齿轮部分821b的中心逐渐变小。

也就是说，第二齿轮部分821b的在第二齿轮部分821b的中心处的导程角(λ2)可以小于第二齿轮部分821b的在靠近第一齿轮部分821a的位置处的导程角(λ1)，并且第二齿轮部分821b的导程角(λ1，λ2)可以小于第一齿轮部分821a的导程角(λ0)。

由于第二齿轮部分821b被形成为朝向第二齿轮部分821b的中心逐渐变小，当蜗杆齿轮831开始啮合第二齿轮部分821b时，驾驶员的转向感觉逐渐变沉重，并且在这种情况下，当驾驶员进一步转动方向盘时，蜗杆齿轮831变为与第二齿轮部分821b啮合，从而阻碍驾驶员操作方向盘。

在一些实施例中，参照图12，第二齿轮部分821b的导程可以小于第一齿轮部分821a的导程。

此外，第二齿轮部分821b的导程可以被形成为朝向第二齿轮部分821b的中心逐渐变小。

也就是说，第二齿轮部分821b的在第二齿轮部分821b的中心处的导程L2′可以小于第二齿轮部分821b的在靠近第一齿轮部分821a的位置处的导程L1′，并且第二齿轮部分821b的导程L1′和L2′可以小于第一齿轮部分821a的导程L0′。

同样，由于第二齿轮部分821b被形成为朝向第二齿轮部分821b的中心逐渐变小，当蜗杆齿轮831开始啮合第二齿轮部分821b时，驾驶员的转向感觉逐渐变沉重，并且在这种情况下，当驾驶员进一步转动方向盘时，蜗杆齿轮831变为与第二齿轮部分821b啮合，从而阻碍驾驶员操作方向盘。

在一些实施例中，参照图13，第二齿轮部分821b的压力角可以小于第一齿轮部分821a的压力角。

此外，第二齿轮部分821b的压力角可以被形成为朝向第二齿轮部分821b的中心逐渐变小。

也就是说，第二齿轮部分821b的在第二齿轮部分821b的中心处的压力角(α2′)可以小于第二齿轮部分821b的在靠近第一齿轮部分821a的位置处的压力角(α1′)，并且第二齿轮部分821b的压力角(α1^′，α2′)可以小于第一齿轮部分821a的压力角(α0′)。

同样，由于第二齿轮部分821b被形成为朝向第二齿轮部分821b的中心逐渐变小，当蜗杆齿轮831开始啮合第二齿轮部分821b时，驾驶员的转向感觉逐渐变沉重，并且在这种情况下，当驾驶员进一步转动方向盘时，蜗杆齿轮831变为与第二齿轮部分821b啮合，从而阻碍驾驶员操作方向盘。

此外，在第二齿轮部分821b被形成为具有比第一齿轮部分821a小的导程角、导程和/或压力角的情况下，由于第一齿轮部分821a不满足自锁条件，所以第一齿轮部分821a能够啮合蜗杆齿轮831并自由旋转，并且由于第二齿轮部分821b满足自锁条件，所以第二齿轮部分821b不能啮合蜗杆齿轮831以及旋转。

此外，如图中未示出的，本公开的实施例不仅可以具有蜗轮820的齿轮821包括第一齿轮部分821a和第二齿轮部分821b的结构，而且还可以具有蜗杆轴831的蜗杆齿轮831包括在啮合齿轮821的情况下可旋转的第一蜗杆齿轮部分和在啮合齿轮821的情况下不可旋转的第二蜗杆齿轮部分的结构，如图1至图7所示。

在这种情况下，蜗杆轴830可以进一步包括轴承、弹性构件、支撑构件等，这些构件联接到蜗杆齿轮831并与蜗杆齿轮831间隔开，使得蜗杆轴830可以轴向滑动。

在具有上述结构的线控转向型转向设备中，可以在方向盘转动超过预定的旋转角度的情况下，通过阻碍转向轴被齿轮结构机械地转动，而有效地将方向盘的转动限制在预定的旋转角度内，即使没有增加产生被传递到转向轴的扭矩的电机的大小和重量等，并且提供在成本、包装等方面的优势。

呈现上面的描述是为了使本领域的任何技术人员能够制造和使用本公开的技术思想，并且是在特定应用及其要求的背景下提供的。对所描述的实施例的各种修改、添加和替换对于本领域技术人员而言将是显而易见的，并且在不脱离本公开的精神和范围的情况下，本文所定义的一般原理可以应用于其他实施例和应用。上面的描述和附图仅出于说明的目的提供了本公开的技术思想的示例。也就是说，所公开的实施例旨在说明本公开的技术思想的范围。因此，本公开的范围不限于所示的实施例，而是符合与权利要求一致的最大范围。本公开的保护范围应当基于所附权利要求书来解释，并且其等同范围内的所有技术思想应当被解释为包括在本公开的范围内。