CN102582674A - 基于线控转向系统二自由度的力输出操纵杆 - Google Patents

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Abstract

本发明为一种基于线控转向系统二自由度的力输出操纵杆。通过驾驶员的力输入，向线控系统ECU发送力信号，从而实现驾驶时同时转向、制动或加速的作用。其操纵手柄可以在支撑座上自由转动，在操纵杆底面的前后左右四个位置处采集力的信号，力的大小通过膜片弹簧的变形来体现出来，进而通过应变片的测量，得出此时驾驶员施加的力，通过系统ECU可以计算得到驾驶员所需要的转角和加速或者制动的意图。

Description

基于线控转向系统二自由度的力输出操纵杆
技术领域
本发明涉及一种基于线控转向系统设计的二自由度力输出操纵杆操纵装置，可用与转向、加速、制动。
背景技术
随着人们对汽车性能的要求，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。考虑到传统汽车上有转向盘、换挡手柄、油门踏板、刹车踏板等复杂的操作机构，劳动强度大，占用车内空间大。操纵杆可以解决空间的问题，同时满足驾驶员单手操纵的需求，驾驶员不必将双手放在转向盘上，双脚限制在踏板上，使驾驶变得更人性化。传统的油门踏板制动所需要的时间较长，而采用操纵杆可使制动反应时间缩短。但是，装有转向盘的传统汽车，传动比为15-20左右，操纵杆的摆动角在±30°左右，车轮的摆角在±45°左右，传动比几乎为1∶1，不利于驾驶的安全性和操纵稳定性。使用操纵杆机构，取消转向盘，转向柱等机构也增强了被动安全性。
发明内容
本发明装置的作用正是为了提高操纵稳定性，减少由于高速行驶时转向过于灵敏对驾驶员造成的紧张感，提出的一种通过测量驾驶员施加在操纵杆上的力的大小从而对线控转向系统ECU发送信号。
由于操纵杆与基座球面接触，所以操纵杆并不会随着驾驶员力的方向而随之移动，而是基本绕着基座的球心转动。由于操纵杆可以360°转动，可实现转向和制动、加速同时进行，并不产生机械方面的干涉。转向时，驾驶员向左右推动操纵杆，施加在操纵杆上的力通过ECU的换算，作用在转向轮上，实现转向的目的；向前推动操纵杆时，加速度的大小与驾驶员施加的推力成正比；同理，在制动的时候，只需要驾驶员向后拉操纵杆即可实现，制动强度与施加的拉力成正比。当驾驶员松开操纵杆，操纵杆由于弹性轴的弹性自动回正，与此同时，汽车将保持当前的速度向前直线行驶。换言之，巡航控制可以实现，而且当遇到紧急情况时，直接拉动操纵杆，迅速切换到正常模式。
本发明装置解决其技术问题所采用的技术方案是：操纵杆可以在支撑座上自由转动，在操纵杆底面的前后左右四个位置处采集力的信号，力的大小通过膜片弹簧的变形来体现出来，进而通过应变片的测量，得出此时驾驶员施加的力以及相应的力所施加的位置，通过系统ECU可以计算得到驾驶员所需要的转角和加速或者制动的意图。
附图说明
附图给出了发明基于汽车线控转向系统的力输入的操纵杆结构示意图。
图1本发明基于汽车线控转向系统的力输入的操纵杆装置结构的剖视三维视图。
图2本发明基于汽车线控转向系统的力输入的操纵杆装置结构中应变片在膜片弹簧上的布片方式图。
附图中：操纵手柄1、支撑体2、外壳3、膜片弹簧4、应变片5、导线6、基座7、弹性轴8。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明：
如图1所示，本发明的基于汽车线控转向系统的力输入的操纵杆装置主要由以下几部分组成：操纵手柄1、支撑体2、外壳3、膜片弹簧4、应变片5、导线6、基座7、弹性轴8。操纵手柄1通过弹性轴8与支撑体2连接。弹性轴8可以在一定的范围内弯曲、伸长或缩短。弹性轴8允许操纵手柄1可以在一定的摆角范围内在支撑体2上自由转动，同时弹性轴8可以使操纵手柄1在驾驶员手松开时自动回正。外壳3限制了操纵手柄1的上下移动和摆动角度的范围，同时保障了壳体内的零件不受外界干扰，外壳3与基座7通过螺栓连接。膜片弹簧4中心通过螺钉固定在基座7上，支撑体2通过螺栓连接到基座7上，膜片弹簧4放置在基座7上，膜片弹簧4的中间和四周贴有应变片5，由于弹性轴8为方轴，它使操纵手柄1不会绕着自身轴线旋转，始终使操纵手柄1的下端表面球状突起对着四个应变片的位置，从而提高了操纵手柄1的运动准确性。应变片采用半桥连接。
在图1中，当驾驶员摆动操纵手柄1时，操纵手柄1的下端表面上的球状突起压住膜片弹簧4，使其变形。同时，膜片弹簧4上的应变片5变形，通过电桥将电阻的变化变为电压输出。当驾驶员松开手柄，操纵手柄由于弹性轴的弹性自动恢复原位置。当操纵手柄向前摆动时，突起压住前面的应变片，ECU采集到力的信号，可认为驾驶员此时正在加速，通过力的大小控制节气门的开度。同理当操纵杆向后摆动时，系统即认为驾驶员正在制动；左右摆动分别对应着汽车的转向。由于球面结构，操纵手柄可以在支撑座上向任意方向转动，四个应变片将分别采集力的信号，实现同时加速转向或者制动转向。
以一组应变片为例，在图2中，R1为工作片，R2为补偿片，R3R4固定。R1＝R2＝R3＝R4＝R，
Figure BSA00000670411200021
应变片贴在方向相反，平均应变绝对值相等的应变区。
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，而由下面的权利要求确定。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人员来说是显而易见的。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的范围中。

Claims (5)

1.一种二自由度的操纵杆装置，包括手柄、膜片弹簧、电桥、基座等，其特征在于：操纵手柄(1)通过弹性轴(8)与支撑体(2)连接，所述操纵手柄(1)可以在支撑体(2)上自由转动，外壳(3)限制了操纵手柄(1)的上下移动和摆动角度的范围，外壳(3)连接于基座(7)，所述膜片弹簧(4)中心固定在基座(7)上，所述支撑体(2)连接到基座(7)上，膜片弹簧(5)放置在基座(7)上，膜片弹簧(4)的中间和四周贴有应变片(5)，应变片采用半桥连接。
2.按照权利要求1所述的操纵杆装置，其特征在于：在所述操纵手柄(1)下平面四周加工成球形凸台，用于对膜片弹簧(4)的四瓣施加力。
3.按照权利要求1所述的操纵杆装置，其特征在于：所述操纵手柄(1)下端加工成半球壳，可以在半球形支撑座(2)上转动。
4.按照权利要求1所述的操纵杆装置，其特征在于：所述膜片弹簧(4)加工成四瓣，分别对应着行驶方向的前后左右。
5.按照权利要求1所述的操纵杆装置，其特征在于：所述外壳(3)上方开口大小以操纵手柄(1)向各个方向摆动45°为宜。
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