一种齿条末端保护装置与汽车的制作方法

1.本技术实施例涉及汽车技术领域，具体而言，涉及一种齿条末端保护装置以及包含该装置的汽车。


背景技术：

2.汽车的机械转向系统包括方向盘与齿条齿轮式转向器，齿条齿轮式转向器包括壳体、滑动设置于壳体内的齿条、以及与齿条啮合的齿轮。
3.当驾驶员顺时针或逆时针打方向盘时，齿条会沿着壳体的长度方向左右移动。然而当驾驶员顺时针或逆时针将方向盘打到极限位置时，齿条末端的球头会撞击壳体端部，可能会导致整个齿条齿轮式转向器损坏。


技术实现要素：

4.本技术实施例在于提供一种齿条末端保护装置，旨在解决方向盘打到极限位置时，所带来的齿条齿轮式转向器损坏的问题。
5.本技术实施例第一方面提供一种齿条末端保护装置，包括壳体、穿过壳体的齿条，所述齿条的两个末端设置有球头，还包括：第一磁性介质与第二磁性介质；
6.所述第一磁性介质设置于所述壳体上；
7.所述第二磁性介质设置于所述齿条上；
8.所述第一磁性介质与第二磁性介质相互靠近的一端磁极相同，在所述齿条带动所述球头靠近所述壳体端部时，形成阻止所述球头撞击所述壳体端部的阻力。
9.可选地，所述第一磁性介质包括第一线圈，所述第二磁性介质包括第二线圈；
10.所述第一线圈与所述第二线圈内通入有方向相反的电流，以使得所述第一线圈与所述第二线圈相互靠近的一端磁极相同，进而形成阻止所述球头撞击所述壳体端部的阻力。
11.可选地，所述第一磁性介质包括第一磁铁，所述第二磁性介质包括第二磁铁；
12.所述第一磁铁与所述第二磁铁相互靠近的一端磁极相同，以形成阻止所述球头撞击所述壳体端部的阻力。
13.可选地，所述第一磁性介质设置于所述壳体端部；
14.所述第二磁性介质设置于所述齿条末端。
15.可选地，所述第一磁性介质设置于所述壳体的内壁上；
16.所述第二磁性介质的数量为两个，且分别设置于所述第一磁性介质的两侧。
17.可选地，所述球头靠近所述壳体端部的一侧设置有橡胶垫。
18.可选地，还包括行程检测模块；
19.所述行程检测模块，用于检测所述齿条末端相对于所述壳体的移动位置，并在检测到所述齿条末端移动至靠近所述壳体的预设位置时，向电磁控制模块发送第一控制信令；
20.所述电磁控制模块，用于根据所述第一控制信令，向所述第一线圈与所述第二线圈通入方向相反的电流。
21.可选地，还包括转角检测模块；
22.所述转角检测模块，用于检测所述方向盘的转动位置，并在检测到所述方向盘转动至预设位置时，向电磁控制模块发送第二控制信令；
23.所述电磁控制模块，用于根据所述第二控制信令，向所述第一线圈与所述第二线圈通入方向相反的电流。
24.本技术实施例第二方面提供一种汽车，包括如本技术实施例第一方面所述的齿条末端保护装置。
25.有益效果：本技术提供通过本技术提供的齿条末端保护装置，在壳体上设置有第一磁性介质，在齿条上设置有第二磁性介质，并且将第一磁性介质与第二磁性介质相互靠近的一端的磁极设置为相同，从而使得在球头靠近壳体端部时，基于第一磁性介质与第二磁性介质端部同极相斥的原理，阻碍齿条的移动，进而阻值球头撞击壳体端部，从而不必使用橡胶，也能阻碍球头撞击壳体端部。
26.并且，在第一磁性介质与第二磁性介质之间的距离越近时，阻碍球头撞击壳体端部的阻力则越大，在球头靠近壳体端部的过程中，驾驶员在转动方向盘时需要逐渐使用更大的力度才能转动方向盘，而并非突然出现一个较大的阻力，来阻止驾驶员转动方向盘，从而避免方向盘突然卡死的现象，提升用户使用感。
附图说明
27.为了更清楚地说明本技术实施例的技术方案，下面将对本技术实施例的描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
28.图1是本技术一实施例提出的方向盘与车轮联动的结构示意图；
29.图2是本技术一实施例提出的齿条位于初始状态时的结构示意图；
30.图3是本技术一实施例提出的齿条左末端的球头位于0％的行程处的结构示意图；
31.图4是本技术一实施例提出的齿条右末端的球头位于100％的行程处的结构示意图；
32.图5是本技术一实施例提出的第一磁性介质位于壳体端部以及第二磁性介质位于齿条末端的结构示意图；
33.图6是本技术一实施例提出的齿条行程与电流之间的关系图；
34.图7是本技术一实施例提出的齿条行程与电磁作用力之间的关系图；
35.图8是本技术一实施例提出的第一磁性介质的数量为1个的结构示意图；
36.图9是本技术一实施例提出的第一磁性介质的数量为2个的结构示意图。
37.附图标记说明：1、齿条；2、球头；3、第一磁性介质；4、第二磁性介质；5、齿轮；6、车轮；7、壳体；8、方向盘。
具体实施方式
38.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
39.相关技术中，参照图1与图2所示，汽车的机械转向系统包括方向盘8与齿条齿轮式转向器，齿条齿轮式转向器包括壳体7、滑动设置于壳体7内的齿条1、以及与齿条1啮合的齿轮5。
40.当驾驶员顺时针或逆时针转动方向盘8时，会带动齿轮5转动，齿轮5会带动齿条1沿着壳体7的长度方向左右移动，齿条1再通过传动机构，使得车轮6转向。然而，参照图5所示，当驾驶员顺时针或逆时针将方向盘8转动到极限位置时，齿条1末端的球头2会撞击壳体7端部，可能会导致整个齿条齿轮式转向器损坏。
41.现有技术中，会在球头2上设置橡胶垫，以减缓球头2与壳体7端部之间的撞击，但是随着橡胶垫的老化，其减缓能力会有所衰减，同样无法起到保护球头2与壳体7端部的作用。
42.现有技术中，也会在汽车中设置转向系统，在齿条1移动至一定位置时，转向系统会突然增大球头2与壳体7端部之间的阻力，阻止齿条1末端的球头2与壳体7端部接触，然而突然给予一个阻止球头2与壳体7端部之间的阻力，会出现方向盘8突然卡死(无法转动)的现象，导致用户体验感较差。
43.有鉴于此，本技术实施例提出一种齿条末端保护装置，在壳体7上设置有第一磁性介质3，在齿条1上设置有第二磁性介质4，并且将第一磁性介质3与第二磁性介质4相互靠近的一端的磁极设置为相同，从而使得在球头2靠近壳体7端部时，基于第一磁性介质3与第二磁性介质4端部同极相斥的原理，阻碍齿条1的移动，进而阻止球头2撞击壳体7端部，从而不必使用橡胶垫，也能阻碍球头2撞击壳体7端部。
44.并且，基于麦克斯韦电磁理论可以得知，两个同极磁铁距离越近，其电磁力越大，距离越远，电磁力越小。对应到本技术中，参照图5，在第一磁性介质3与第二磁性介质4之间的距离越近时，阻碍球头2撞击壳体7端部的阻力则越大，在球头2靠近壳体7端部的过程中，驾驶员需要逐渐使用更大的力度才能转动方向盘8，而并非突然出现一个较大的阻力，来阻止驾驶员转动方向盘8，从而避免方向盘8突然卡死的现象，不仅能够起到阻止球头2撞击壳体7端部的作用，也能提升用户使用感。
45.实施例一
46.参照图2与图5，一种齿条末端保护装置，包括壳体7、穿过壳体7的齿条1，齿条1的两个末端设置有球头2，还包括：第一磁性介质3与第二磁性介质4；
47.第一磁性介质3设置于壳体7上；
48.第二磁性介质4设置于齿条1上；
49.第一磁性介质3与第二磁性介质4相互靠近的一端磁极相同，在齿条1带动球头2靠近壳体7端部时，形成阻止球头2撞击壳体7端部的阻力。
50.本实施方式中，以行程为0％与100％为例，若齿条1总长度占行程的80％。参照图3，在齿条1左末端的球头2从0％移动至10％的行程的过程中，由于齿条1左末端的球头2还
未达到10％的行程，且齿条1右末端还未达到90％的行程，所以驾驶员能够比较轻松的顺时针转动方向盘8；参照图4，在齿条1右末端的球头2从100％移动至90％的行程的过程中，由于齿条1右末端的球头2还未达到90％的行程，且齿条1左末端还未达到10％的行程，所以驾驶员能够比较轻松的逆时针转动方向盘8。
51.参照图2所示，齿条1左末端的球头2在移动至10％的行程处后继续向右移动的过程中，会在第一磁性介质3与第二磁性介质4之间形成逐渐增大的阻力，从而阻止齿条1左末端的球头2撞击壳体7左端部；或者参照图3所示，在齿条1右末端的球头2在移动至90％的行程处后继续向左移动的过程中，也会在第一磁性介质3与第二磁性介质4之间形成逐渐增大的阻力，从而阻止齿条1右末端的球头2撞击壳体7右端部。
52.通过本技术提供的齿条末端保护装置，在壳体7上设置有第一磁性介质3，在齿条1上设置有第二磁性介质4，并且将第一磁性介质3与第二磁性介质4相互靠近的一端的磁极设置为相同极性，从而使得在球头2靠近壳体7端部时，基于第一磁性介质3与第二磁性介质4端部同极相斥的原理，阻碍齿条1的移动，进而阻止球头2撞击壳体7端部，从而不必使用橡胶垫，也能阻碍球头2撞击壳体7端部。
53.并且，在第一磁性介质3与第二磁性介质4之间的距离越近时，阻碍球头2撞击壳体7端部的阻力则越大，在球头2靠近壳体7端部的过程中，驾驶员在转动方向盘8时需要逐渐使用更大的力度，而并非突然出现一个较大的阻力，来阻止驾驶员转动方向盘8，从而避免方向盘8突然卡死的现象，提升用户使用感。
54.基于上述齿条末端保护装置，本技术提供以下一些具体可实施方式的示例，在互不抵触的前提下，各个示例之间可任意组合，以形成一种新的齿条末端保护装置，应当理解的，对于由任意示例所组合形成的新一种齿条末端保护装置，均应落入本技术的保护范围。
55.由于第一磁性介质3与第二磁性介质4可以包括不同的实施方式，所以以下两个实施方式，主要阐述第一磁性介质3与第二磁性介质4的具体结构。
56.第一种实施方式，第一磁性介质3包括第一线圈，第二磁性介质4包括第二线圈；第一线圈与第二线圈内通入有方向相反的电流，以使得第一线圈与第二线圈相互靠近的一端磁极相同，进而形成阻止球头2撞击壳体7端部的阻力。
57.本实施方式中，参照图5所示，可以在壳体7的两个端部设置第一线圈，在齿条1的两个末端分别设置第二线圈。
58.以壳体7右端部的第一线圈与齿条1右末端的第二线圈为例，可以采取向第一线圈内通入从左至右的电流，向第二线圈内通入从右至左的电流的方式，也可以采取向第一线圈内通入从右至左的电流，向第二线圈内通入从左至右的电流的方式。本技术在此不再对第一线圈与第二线圈内的电流方向做限制，只要保证第一线圈与第二线圈内电流的方向相反即可。
59.另外，决定球头2与壳体7端部之间的阻力的因素不仅仅在于二者之间的间距，也与线圈匝数、磁极面积、线圈半径与电流大小等因素有关，具体依据麦克斯韦电磁力计算公式来得到，麦克斯韦电磁力计算公式如下：
60.f＝b2a/2μ0ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
61.其中，f为第一线圈与第二线圈之间的电磁阻力；b为磁感应强度；a为磁极面积；μ0为真空磁导率，是一个常数。
62.在上述公式(1)中，磁感应强度与第一线圈和第二线圈之间间距的关系，可以通过如下公式(2)表示：
63.b＝μ0ni
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
64.其中，b为磁感应强度；μ0为真空磁导率，是一个常数；n为线圈的线圈匝数；i为通入线圈内的电流。
65.将公式(2)代入至公式(1)中，最终可以得到公式(3)
66.f＝μ0n2i2a/2l2ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)
67.其中，f为第一线圈与第二线圈之间的电磁阻力；μ0为真空磁导率，是一个常数；n为线圈的线圈匝数；i为通入线圈内的电流；a为磁极面积；l为第一线圈与第二线圈之间的间距。
68.从公式(3)中可以看出，决定球头2与壳体7端部之间的阻力的因素不仅仅在于二者之间的间距，也与线圈匝数、磁极面积、线圈半径与电流大小等因素有关。
69.由于在变化线圈匝数、磁极面积与线圈半径时存在一定的改变难度，所以可以改变电流的大小，来改变第一线圈与第二线圈之间的阻力，进而改变球头2与壳体7端部之间的阻力，以满足用户对方向盘8转动的舒适性与驾驶感的需求，并且使得球头2与壳体7端部之间的阻力改变更加灵活，成本更低。
70.另外，为了进一步满足球头2与壳体7端部之间间距越小，阻力越大的条件。参照图6所示，图6中示出了行程与电流之间的关系图，横坐标为行程，纵坐标为电流，附图中电流的正负表示电流的方向。
71.可以在齿条1左末端的球头2从10％的行程移动至0％的行程的过程中，逐渐增大电流，即在齿条1右末端的球头2从90％的行程移动至100％的行程的过程中，逐渐增大电流。最终，参照图7，在齿条1左末端的球头2位于1％的行程处达到最大电磁阻力，又或者在齿条1右末端的球头2位于99％的行程处达到最大电磁阻力。
72.第二种实施方式，第一磁性介质3包括第一磁铁，第二磁性介质4包括第二磁铁；第一磁铁与第二磁铁相互靠近的一端磁极相同，以形成阻止球头2撞击壳体7端部的阻力。
73.本实施方式中，第一磁性介质3可以为第一磁铁，第二磁性介质4可以为第二磁铁，在形成阻止球头2撞击壳体7端部的阻力时，可以将第一磁铁与第二磁铁相互靠近的一端的磁极设置成相同，例如，可以同时为n极，也可以同时为s极。
74.上述两种实施方式中，主要阐述第一磁性介质3与第二磁性介质4可以包括的具体结构，以下两种实施方式，主要针对第一磁性介质3与第二磁性介质4的位置以及数量进行详细阐述。
75.第一种实施方式，参照图5，第一磁性介质3设置于壳体7端部；第二磁性介质4设置于齿条1末端。
76.本实施方式中，参照图5所示，第一磁性介质3的数量可以为两个，第二磁性介质4的数量也可以为两个。两个第一磁性介质3分别设置在壳体7的两个端部，两个第二磁性介质4分别设置在一个齿条1的两个末端。
77.第二种实施方式，第一磁性介质3设置于壳体7的内壁上；第二磁性介质4的数量为两个，且分别设置于第一磁性介质3的两侧。
78.本实施方式中，参照图8所示，第一磁性介质3的数量可以为一个，第二磁性介质4
的数量可以为两个，在这种情况下，两个第二磁性介质4分别位于第一磁性介质3的两侧，在两个第二磁性介质4中的任一个第二磁性介质4向第一磁性介质3靠近时，均会产生电磁阻力。
79.或者，参照图9所示，第一磁性介质3的数量可以为两个，第二磁性介质4的数量也可以为两个，在这种情况下，两个第二磁性介质4分别位于两个第一磁性介质3的外侧。
80.在齿条1向左移动时，两个第二磁性介质4中的其中一个第二磁性介质4朝远离图9中位于最左边的第一磁性介质3的方向移动，两个第二磁性介质4中的另外一个第二磁性介质4朝靠近图9中位于最右边的第一磁性介质3的方向移动；在齿条1向右移动时的情况与向左移动时的情况相反。
81.在一种可行的实施方式中，球头2靠近壳体7端部的一侧设置有橡胶垫(图中未示出)。
82.本实施方式中，参照图3与图4所示，橡胶垫的厚度可以小于1％行程的长度，从而在齿条1左末端的球头2位于1％的行程时，位于齿条1右末端的球头2不会与壳体7右端部抵触；或齿条1右末端的球头2位于99％的行程时，位于齿条1左末端的球头2不会与壳体7左端部抵触。
83.通过橡胶垫的设置，可以在齿条1左末端的球头2位于0％的行程处时，对齿条1右末端的球头2与壳体7端部进行缓冲；也可以在齿条1右末端的球头2位于100％的行程处时，对齿条1左末端的球头2与壳体7端部进行缓冲，进而对壳体7与球头2起到保护作用，避免在紧急情况下，用户转动方向盘8的力度大于电磁阻力时，球头2碰撞壳体7端部造成壳体7与球头2损坏的情况出现。
84.在一种可行的实施方式中，还包括行程检测模块；行程检测模块，用于检测齿条1末端相对于壳体7的移动位置，并在检测到齿条1末端移动至靠近壳体7的预设位置时，向电磁控制模块发送第一控制信令；电磁控制模块，用于根据第一控制信令，向第一线圈与第二线圈通入方向相反的电流。
85.本实施方式中，行程检测模块可以为行程传感器(图中未示出)，行程传感器实时检测齿条1末端的移动位置，一旦检测到齿条1末端移动至预设位置时，例如，参照图3或图4所示，检测到齿条1左末端的球头2移动至10％的行程的位置，或者检测到齿条1右末端的球头2移动至90％的行程的位置时，向电磁控制模块发送第一控制信令，以向第一线圈与第二线圈输入方向相反的电流。
86.通过行程检测模块的设置，可以实现通入电流的智能化，能够根据齿条1末端的移动位置，来决定是否向第一线圈与第二线圈内通入电流。
87.在一种可行的实施方式中，还包括转角检测模块；转角检测模块，用于检测方向盘8的转动位置，并在检测到方向盘8转动至预设位置时，向电磁控制模块发送第二控制信令；电磁控制模块，用于根据第二控制信令，向第一线圈与第二线圈通入方向相反的电流。
88.本实施方式中，转角检测模块可以为角度传感器(图中未示出)，角度传感器实时检测方向盘8的转动角度，一旦检测到方向盘8转动至预设位置时，例如检测到方向盘8转动至20m
°
/s的位置，或者检测到方向盘8转动至360m
°
/s的位置时，向电磁控制模块发送第二控制信令，以向第一线圈与第二线圈输入方向相反的电流。
89.通过转角检测模块的设置，可以实现通入电流的智能化，能够根据方向盘8转角的
转动角度，来决定是否向第一线圈与第二线圈内通入电流。
90.实施例二
91.基于同一发明构思，本技术实施例二在于提供一种汽车，包括如本技术实施例一提供的一种齿条末端保护装置。
92.需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。
93.还需要说明的是，在本文中，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，诸如“第一”和“第二”之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序，也不能理解为指示或暗示相对重要性。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者终端设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者终端设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、物品或者终端设备中还存在另外的相同要素。
94.以上对本技术所提供的技术方案进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本技术的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本技术，本说明书内容不应理解为对本技术的限制。同时，对于本领域的一般技术人员，依据本技术，在具体实施方式及应用范围上均会有不同形式的改变之处，这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举，而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本技术的保护范围之中。