具体实施方式

现在参考附图，此处示出和描述了多个实施例，但不限于此。图1-7示出了方向盘致动器(HWA)(未标记)，其允许方向盘旋转超过360°和用于方向盘的“硬停止”。本发明的HWA具有成本效益、易于封装、使NVH最小化、使旋转部件之间的摩擦减少到没有、并且易于组装。

参考图1，示出了HWA的一部分，以显示HWA的壳体10、驱动齿轮12和止动齿轮14。壳体10限定与轴线A同轴的圆柱形开口16。方向盘轴11部分地设置在开口16中，并且与轴线A同轴地定位。方向盘轴11包括端部，并且驱动齿轮12旋转地联接到方向盘轴11的一端并且部分地设置在开口16中，方向盘(未示出)联接到方向盘轴的另一端。驱动齿轮12可通过花键接合与方向盘轴11和方向盘一起旋转。更具体地，方向盘的旋转引起方向盘轴11和驱动齿轮12的直接和等效的旋转。尽管驱动齿轮12在本文中被描述为联接到方向盘轴11的端部，但应当理解，驱动齿轮12可与方向盘轴11一体形成或形成为方向盘轴11的一部分。壳体10还具有侧面18，侧面18限定第一凹部20和止动齿轮凹部22。第一凹部20部分地围绕开口16延伸并且延伸到止动齿轮凹部22中。止动齿轮14可枢转地联接到壳体10，并且设置在止动齿轮凹部22中。

驱动齿轮12还具有外周部24，并且驱动齿26从外周部24径向地延伸以部分地设置在凹部20内。外周部24可以限定一对设置在驱动齿26的每一侧附近的驱动齿凹部28(也可参见图5)。当方向盘使驱动齿轮12旋转时，驱动齿26被构造成啮合，并且驱动齿凹部28被构造成与止动齿轮14配合，以提供“硬停止”或限制方向盘旋转超过预定旋转阈值。本文所述的一个或多个部件可以被调节以定制预定旋转阈值，该预定旋转阈值可以是方向盘的任何期望的旋转极限。

止动齿轮14是基本上锥形的或平坦的、半三角形的部件。止动齿轮14具有弧形侧面30、第一侧面46和第二侧面48以及附接端32。止动齿轮14还具有上表面34(参见图1)以及下表面36(参见图4)，球形突起38设置在中心位置并且邻近下表面36上的弧形侧面30。附接端32限定用于接纳螺栓42的柱形空洞40，其中螺栓42将止动齿轮14可枢转地联接到壳体10。在示出的实施例中，三个止动齿56由两个止动齿隙54限定在弧形侧面30中。根据HWA的设计规范，可在弧形侧面30中限定止动齿56或止动齿隙54的替代数量。第一侧面46和第二侧面48可限定等于或小于120°(例如90°或更小、或60°或更小)的本体角。两个齿隙54的中心可限定从柱形空洞40(或枢轴点)的中心延伸一等于或小于90°(例如，60°或更小，或30°或更小)的齿角。在一种布置中，本体角为60°，并且齿角为30°。这样，齿轮止动凹部22可包括分别抵接第一侧面46和第二侧面48的抵接表面41、43。抵接表面41、43可以将止动凹部角限定为到柱形空洞40(或枢轴点)的中心的值大于、等于或小于本体角加上齿角。在一种布置中，止动凹部角基本上等于(例如，10°以内)本体角加上齿角。第一侧面46限定与止动齿56的其中之一相邻的第一锥形部47，并且第二侧面48限定与止动齿56的其中之一相邻的第二锥形部49(参见图1)。锥形部47、49限定与本体角不同的锥角，并且可以小于本体角，使得当处于完全转向位置时(参见图2)第一锥形部47和第二锥形部49与驱动齿26(参见图7)以相对平行的关系抵接。

当方向盘旋转超过预定旋转阈值时，驱动齿26和驱动齿凹部28与止动齿56和止动齿隙54啮合并配合，以便停止或限制方向盘的旋转。具体地，驱动齿26旋转到止动齿隙54的其中之一中并且与止动齿56的其中之一啮合，以便与止动齿轮14啮合并引起止动齿轮14枢转。为了避免止动齿56与驱动齿轮12之间的不期望的接触，驱动齿凹部28接纳止动齿56的其中之一。驱动齿凹部28在驱动齿26和止动齿56的其中之一之间提供连续的或平滑的啮合。

齿轮12、14及其元件构造成承受大约100Nm至250Nm的转矩。齿轮12、14还可以被构造为承受等于或小于100Nm、或等于或大于250Nm的扭矩。用于确定齿轮12、14的扭矩极限的非限制性因素可以由齿轮12、14的材料、尺寸、厚度和形状确定。例如，齿轮12、14或其元件越厚，则在不会断裂或疲劳的情况下其可吸收的扭矩或力越大。此外，材料的机械或物理特性变化很大，并且可以通过选择具有期望的机械或物理特性的材料来实现齿轮12、14的期望的机械或物理特性。

参考图2，止动齿轮14可在完全右转位置、居中位置和完全左转位置之间枢转。在居中位置，止动齿轮14居中地位于止动齿轮凹部22中，并且不与驱动齿轮12啮合或配合以允许方向盘的自由旋转。在居中位置，随着方向盘旋转，驱动齿26在凹部20内自由旋转。当方向盘朝向预定旋转阈值旋转时，驱动齿26进入止动齿轮凹部22，并且啮合止动齿56以使止动齿轮14枢转。根据方向盘的旋转方向，驱动齿轮12在充分旋转时将止动齿轮14枢转到完全右转位置或完全左转位置。在相应的完全右转位置或完全左转位置中，止动齿轮14的相应的第一侧面46或第二侧面48抵接并啮合壳体10的相应的抵接表面41、43，以限制或停止方向盘在一个方向上的旋转超过预定的旋转阈值。如果方向盘沿相反的方向旋转，则驱动齿轮12脱离止动齿轮14并且在不啮合止动齿轮14的情况下自由旋转。

参考图4，壳体10的壁(该壁部分地限定止动齿轮凹部22)还限定布置在壳体的壁中的多个三孔(a plurality of three holes)44或凹部。(多个)三孔44彼此等距地间隔开，并且位于弧形图案内，以便与止动齿轮14的弧形端部32呈镜像。此外，多个三孔44构造成当止动齿轮处于完全右转、居中和完全左转位置中的每个位置时接纳并接合止动齿轮14的突起38。虽然示出和描述了三孔44，但是应当理解，在其它实施例中可以提供少于或多于三孔44。在一种布置中，孔44的间隔和柱形空洞40的中心限定了等于齿角的设定角度。孔44的数量可基于HWA的设计变化而变化。

壳体10还限定螺栓凹部50(见图4)，用于接纳穿过柱形空洞40的螺栓42。螺栓凹部50和螺栓42均可包括用于使两者彼此固定连接的配合螺纹。螺栓42可包括用于将止动齿轮14固定到其上的螺栓头51。弹簧52(参见图3)，例如波形弹簧可位于螺栓头51与止动齿轮14之间，以便将止动齿轮14向壳体10偏压。波形弹簧52与螺栓42之间的接合可以防止止动齿轮14的不期望的枢转。具体地，波形弹簧52与螺栓42接合并配合，以便将止动齿轮14拉向和/或推向壳体10。波形弹簧52被构造为在止动齿轮14上提供力，以使突起38保持在完全右转、居中和完全左转位置中的一个位置中的相应孔44中。然而，当驱动齿轮12与止动齿轮14啮合时，力被克服，并且突起38脱离相应的孔44。此外，止动齿轮14离开壳体10，从而允许突起38和相应的孔44之间的脱离，并使止动齿轮14朝着完全右转、居中和完全左转位置中的另一个位置枢转。

图5示出了HWA，其中止动齿轮14和驱动齿轮12提供了略微改变的形状，其包括圆形的齿隙54、圆形的止动齿56和圆形的驱动齿26。圆形的齿隙54、圆形的止动齿56和圆形的驱动齿26防止止动齿轮14的意外转位(分度，indexing)。更具体地，由于靠近驱动齿轮12，圆形的止动齿56不能移动。只有当圆形的驱动齿26旋转至接触时，止动齿轮14才会转位。应当理解，在不脱离本主题公开的范围的情况下，齿的尺寸、形状和数量可以变化。

参考图6，弹性凹部58可由止动齿轮14的弧形侧面30限定。弹性凹部58可进一步被限定为至少部分地由一个或多个止动齿56限定。弹性插入件60设置在弹性凹部58中，以便在驱动齿轮12与止动齿轮14啮合时缓冲NVH。

HWA的操作如图7所示，其中从左到右的一系列附图图示了方向盘先向左转动了最大圈数，然后向右转。更具体地，驱动齿26进入齿隙54的其中之一并使止动齿轮14枢转，直到第一侧面46和第二侧面48的其中之一抵接相应的抵接表面41、43的其中之一，并且突起38进入与完全左转或完全右转相关联的孔44的其中之一。突起38然后被保持在相关的孔44中，从而允许方向盘继续朝相同的方向旋转额外的360°，直至止动齿轮14的第一锥形部47或第二锥形部49以基本上平行的关系抵接，此时方向盘只能向相反的方向旋转。当向相反的方向旋转时，第一完全旋转将突起38复位到居中位置，并且沿相反方向的第二完全旋转将突起38置于相对的完全左转或完全右转位置。

本发明提供一种具有成本效益、易于封装、最小化NVH、使旋转部件之间的摩擦小到无摩擦、易于组装、并且为方向盘的超过360°旋转提供“硬停止”。此外，本发明的HWA被设计成应对高扭矩(在从约100Nm到250Nm的范围内)。

本文所描述的实施例的说明书和说明旨在提供对各种实施例的结构的一般理解。说明书和说明不旨在用作使用本文所述的结构或方法的装置和系统的所有元件和特征的详尽和全面的描述。在审阅本发明之后，许多其他实施例对于本领域技术人员而言是显而易见的。此外，可以使用并从本发明中衍生出其他实施例，使得可在不脱离本发明的范围的情况下做出结构替换、逻辑替换或另一种变型。因此，本发明应被认为是说明性的而非限制性的。

为了清楚起见，本文在单独实施例的上下文中描述的某些特征也可以在单个实施例中组合提供。相反地，为了简洁起见，在单个实施例的上下文中描述的各种特征也可以单独地或以任何子组合来提供。此外，对数值的引用将被视为非限制性示例。