CN102530050B - 基于汽车线控系统的集转向、制动、变速于一体的操纵杆装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于汽车线控系统的集转向、制动、变速于一体的操纵杆装置，可以通过一个操纵杆同时控制汽车的转向、变速、制动。可以用这一个操纵杆装置取代传统的汽车上复杂的操纵机构，为驾驶员提供更舒适的驾驶空间，使汽车驾驶操纵更加简单。该装置中：箱体（1）内有两根正交的横轴（6）和纵轴（8），横轴（6）上有两直板，直板小孔内安装小横槽（4），横轴（6）外端装有扭转弹簧（18）和角度传感器（5）。纵轴（8）上有矩形通槽，外端装有角度传感器（3）、联轴器（14）、减速器（15）、路感电机（2）。操纵杆滑套（11）可以沿操纵杆（9）上下滑动，并由锁紧螺母（10）锁紧固定。操纵杆滑套（11）顶端有一按钮，侧面有两个按钮，操纵杆（9）和操纵杆滑套（11）都是空心结构。

Description

基于汽车线控系统的集转向、制动、变速于一体的操纵杆装置

技术领域

本发明型设计涉及一种基于汽车线控系统集转向、制动、变速于一体的操纵杆装置，可以通过一个操纵杆同时控制汽车的转向、变速、制动。

背景技术

随着人们对汽车性能的要求不断提高，汽车线控技术将是未来汽车的发展的趋势，这使得底盘集成控制将成为可能。传统汽车具有转向盘、换挡手柄、油门踏板、刹车踏板等复杂的操作机构，操作者劳动强度大，同时占用车内空间大，而基于操纵杆的线控系统可以很好地解决这些问题。目前对于汽车线控系统的研究主要集中在制动、转向等方面的理论控制算法研究，而操纵杆的研究主要集中在机器人远程控制方面，但是对于应用于汽车研究并不多见。

所以，本发明即是基于线控技术集转向、加速、制动功能于一体的操纵杆装置的设计，这样的话，操作者就可以用这一个操纵杆装置取代传统汽车上的复杂操纵机构，从而为驾驶员提供更舒适的驾驶空间，而且也将会使操纵更加简单化，使驾驶变得更加人性化。同时转向操作具有力反馈装置，可以实现对驾驶员实时反馈路感信息。

发明内容

本发明的内容在于充分发挥汽车线控技术的优越性，为实现汽车集成控制，简化驾驶员操纵复杂度而开发的集转向、制动、变速一体的操纵杆装置。因此要求机构至少能采集到转向、制动、变速三种不同的信号，通过ECU控制相应的执行器，进而控制转向、制动、变速运动。为了实现上述三项功能，本发明利用操纵杆绕两异面垂直轴的两个转动自由度，使绕一根轴的旋转运动的角度对应汽车的转向信号，绕一另根轴的正向旋转运动对应加速信号，负向旋转对应制动信号。这样就可以实现利用操纵杆分别控制转向、制动和变速功能。

本发明的操纵杆装置，其基于汽车线控系统集转向、制动、变速于一体，该操纵装置的箱体内有两根异面垂直的横轴和纵轴。所述横轴有两直板，直板小孔内安装小横槽；所述横轴外端装有扭转弹簧和角度传感器。所述纵轴上有矩形通槽，外端装有角度传感器、联轴器、路感电机，操纵杆滑套可以沿着操纵杆上下滑动，并由锁紧螺母锁紧固定。

其中该操纵杆装置是操纵杆可以前后绕纵轴旋转，左右绕横轴旋转。操纵杆外面有外套，长度可以调节，这样保证不同驾驶员可以根据自己的习惯调整操纵杆高度，并通过螺母锁紧。操纵杆的外套顶端有个大按钮，是汽车喇叭按钮。在操纵杆上，另外还有转向灯按钮，方便驾驶员打转向灯。操纵杆采用中空结构，便于控制线可以从操纵杆内部穿出，不会阻碍驾驶员的操纵行为，同时可减少操纵杆的重量。横轴上有两个分别与横轴连为一体的直板，直板小孔上端有小圆柱孔，在两直板中间有小横槽，所述小横槽上有矩形通槽。操纵杆首先穿过小横槽上的矩形通槽，小横槽两端的第一小圆柱轴通过小轴套，可转动的装在直板上的小圆柱孔内，从而将小横槽可转动的安装于横轴上的直板，产生绕横轴的旋转运动。

操纵杆通过纵轴上的纵槽，纵槽的中央有小孔，装有第二小圆柱轴，将操纵杆和纵轴铰链连接，使操纵杆可以通过所述小横槽带动横轴旋转，且不与纵轴运动发生干涉。当操纵杆左右旋转的时候，通过将力传递给纵槽的内壁，然后带动纵轴旋转，实现纵轴的旋转运动。纵轴和横轴外伸端都安装有角度传感器，纵轴最外端还有联轴器，用来联接纵轴和减速器输入轴，而减速器输出轴与小型电机相联接，这个电机是为了提供可控的转向阻力。横轴轴孔内装有扭转弹簧，用来提供操纵杆前后旋转时的阻力，也保证了操纵杆的自动回正功能，由于绕横轴的运动是变速和制动，所以不需要电机提供可控旋转阻力，只用扭转弹簧保证手柄具有一定的阻力就可以了。

附图说明

附图给出了发明型基于汽车线控系统集转向、制动、变速于一体的操纵杆装置结构示意图

图1是本发明型基于汽车线控系统集转向、制动、变速于一体的操纵杆装置的整体三维视图；

图2是本发明型基于汽车线控系统集转向、制动、变速于一体的操纵杆装置的内部结构的三维视图；

图3是本发明型基于汽车线控系统集转向、制动、变速于一体的操纵杆装置绕横轴左右旋转运动示意图；

图4是本发明型基于汽车线控系统集转向、制动、变速于一体的操纵杆装置绕纵轴前后旋转运动示意图。

图中的零件标标记如下：

1箱体  2路感电机  3纵轴角度传感器  4第一小圆柱轴  5横轴角度传感器

6横轴  7轴承  8纵轴  9操纵杆  10锁紧螺母  11操纵杆滑套

12汽车转向灯按钮  13汽车喇叭按钮  14联轴器  15行星齿轮减速器

16第二小圆柱轴  17小轴套  18扭转弹簧  19轴承盖  20垫块

具体实施方法

参照附图所示发明，基于汽车线控系统集转向、制动、变速于一体的操纵杆装置主要是由以下部分组成：箱体1、路感电机2、纵轴角度传感器3、第一小圆柱轴4、横轴角度传感器5、横轴6、轴承7、纵轴8、操纵杆9、锁紧螺母10、操纵杆套柄11、汽车转向灯按钮12、汽车喇叭按钮13、联轴14、行星齿轮减速器15、第二小圆柱轴16、小轴套17、扭转弹簧18、轴承盖19等零件组成，其中角度传感器、联轴器、行星齿轮减速器、路感电机可以在市场上采购。

参照附图3所示操纵杆滑套11顶端的按钮式汽车喇叭按钮，侧面的两个按钮式转向信号灯的按钮，滑套11和操纵杆9都是空心结构，控制线可以从里面穿出。操纵杆滑套11可以沿着操纵杆9上下伸缩滑动，用锁紧螺母10锁紧，使驾驶员可以根据自己喜好选择操纵杆的长度。操纵杆9首先穿过小横槽上的矩形通槽，小横槽两端是第一小圆柱轴4，可以绕小轴套17旋转。小轴套17装在横轴6上两块直板的小孔内。小横槽两端小圆柱轴尽可能短些，装配时候先将小横槽斜插入轴孔内，然后压入轴套17。装配横轴6时先将横轴6斜装入轴承孔内，然后再装配轴承。横轴6上还有扭转弹簧，分别连接着横轴6和箱体1，提供横轴6的旋转阻力。操纵杆9穿过纵轴8上的纵槽，纵槽中央有小孔，装第二小圆柱轴16，操纵杆9上也有小孔，和第二小圆柱轴16铰链连接。参照附图4所示，纵轴8和行星齿轮减速器15通过联轴器3联接行星齿轮减速器15和路感电机2螺栓固定联接，固定在垫块20上面。装配纵轴时，先将纵轴斜装入轴承孔内，然后再装轴承。操纵杆滑套11顶端有一按钮，侧面有两按钮，操纵杆9和滑套11都是空心结构。

参阅附图3和附图4，基于汽车线控系统集转向、制动、变速于一体的操纵杆装置的工作原理：

当驾驶员转向操作时，左右转动操纵杆9，这时，操纵杆上端在小横槽内滑动，不影响横轴6的运动，操纵杆的极限位置由小横槽的长度确定，在本设计中为40°。由于操纵杆9下端插在纵轴8纵槽内，通过纵槽的阻碍，带动纵轴8的旋转。这时，纵轴角度传感器3采集到纵轴8的转角信号，知道驾驶员的转向意图，将转角信号送到相应的转向ECU中，控制转向电机实现汽车转向。同时，根据汽车的行驶状况，转向ECU控制路感电机，提供合适的模拟路感，使驾驶能感知路面情况。当驾驶员完成转向，松开手柄时，操纵杆9在路感电机的作用下自动回正。

当驾驶员加速操纵时，向前推动操纵杆9，这时，操纵杆9下端绕着第二小圆柱轴16在纵轴8的纵槽内滑动，不影响纵轴8运动。操纵杆9上端插在小横槽内，由于横槽内壁的阻碍，操纵杆9带动小横槽的运动，既有绕轴套17的旋转，又有绕横轴6的旋转，保证操纵杆9在运动过程中始终和小横槽4内壁是面接触，进而带动横轴6的旋转，扭转弹簧18提供旋转阻力。这时连接在横轴6上的横轴角度传感器5就可测到转角信号，知道驾驶员的加速意图，将转角信号送给驱动ECU中，控制汽车实现加速。当松开手柄时，在扭转弹簧的作用下自动回复到中央位置。当需要制动时，只需要向后拉动操纵杆9，其原理和加速是一样的。

当既要转向又要变速的时候，只需要推动操纵杆9就可以，使横轴6和纵轴8同时旋转，不存在运动干涉，可以满足驾驶要求。

以上的论述仅仅是本发明的优选实施例，是为了解释和说明，并不是对本发明本身的限制。本发明并不局限于这里公开的特定实施例，而由所附的权利要求确定。另外，在前面的描述中的与特定的实施例有关的记载并不能解释为对本发明的范围或者权利要求中的使用的术语的定义的限制。所公开实施例的各种其它不同的实施例和各种不同的变形对于本领域技术员来说显而易见的。但所有不背离本发明基本构思的这些实施例、改变和变形均在所附权利要求范围中。

Claims (3)

1.一种操纵杆装置，其基于汽车线控系统集转向、制动、变速于一体，其特征在于：该操纵杆装置的箱体(1)内有两根异面垂直的横轴(6)和纵轴(8)，操纵杆绕纵轴的旋转运动对应汽车转向信号，绕横轴的正向旋转运动对应加速信号，负向旋转运动对应制动信号，所述横轴上有两个分别与横轴连为一体的直板，直板小孔上端有小圆柱孔，在两直板中间有小横槽，所述小横槽内有矩形通槽，所述小横槽的两端有第一小圆柱轴(4)，所述第一小圆柱轴通过小轴套，可转动地装在直板上的小圆柱孔内，从而将小横槽可转动地安装于横轴上的直板；所述纵轴上有纵槽，纵槽的中央有小孔，装有第二小圆柱轴(16)，操纵杆(9)下端首先穿过小横槽上的矩形通槽，接着插入纵轴上的纵槽，操纵杆下端有小孔，所述第二小圆柱轴与操纵杆上的小孔铰接，从而使得操纵杆能够通过所述小横槽带动横轴旋转以及通过所述纵槽带动纵轴旋转，所述横轴(6)外端装有扭转弹簧(18)和角度传感器(5)，所述纵轴(8)上有纵槽，外端装有角度传感器(3)、联轴器(14)、减速器(15)、路感电机(2)，操纵杆滑套(11)可以沿操纵杆上下滑动，并由锁紧螺母(10)锁紧固定。

2.按照权利要求1所述的操纵杆装置，其特征在于：所述操纵杆(9)在所述操纵杆滑套(11)内部滑动部分截面是圆形，所述操作杆(9)和所述操纵杆滑套(11)都是中空的，控制按钮连接导线从里面穿过。

3.按照权利要求1所述的操纵杆装置，其特征在于：所述操纵杆滑套(11)顶端与侧面均有按钮。

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