CN102795290B - 用于轻便车辆的转向装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于轻便车辆的转向装置，包括把手以及与该把手相连接的转向轴组件，操作者可通过该把手对转向轴组件施加驱动力，以驱使该转向轴组件绕该转向轴组件的中轴线转动，该转向装置还包括一个转向检测组件，该转向检测组件用于检测该转向轴组件中刚性轴的转动角度变化量，并将反映该转动角度变化量的检测信号发送至该轻便车辆的控制系统，从而控制该轻便车辆的转向。本发明的用于轻便车辆的转向装置，操作方便，并可增加空间紧凑性，提高转向稳定度，操控方式新颖，增加了对轻便车辆的驾驶乐趣。

Description

用于轻便车辆的转向装置

技术领域

本发明涉及一种用于轻便车辆的转向装置。

背景技术

在轻便车辆的设计中，例如自行车、电动车、以及新兴的自动平衡两轮车等，对转向装置的选择会考虑到多种因素，这些因素除转向精确度外，还特别地包括节省空间、操作多样、驾驶乐趣等因素，以最大程度地满足轻便车辆的特点。

例如，自平衡两轮车是一种左右各一个轮，并独立驱动的新型车体。它采用精密陀螺仪和加速度传感器来自动感应人体微小的重心变化，来控制运动和平衡，达到原地回转及行进的目的。作为一种新兴的轻便车辆，自平衡两轮车逐渐成为娱乐、广场、景区等场所使用的轻便载人工具。因此，对自平衡两轮车轻便性和娱乐性的要求也越来越高。

授权公告号为CN201597703U的中国实用新型专利公开了一种用于自平衡两轮车的转向机构，包括一个固定在车体中部的底板以通过支撑架和该底板固定连接的水平转轴，水平转轴的一端固定连接有操作杆，水平转轴的另一端设置有电位器，在水平转轴上固定有沿轴线对称的、与操作杆垂直的承力支架、在承力支架两侧下方或上方安装有弹性体。在使用时，操作者通过利用双手左右摆动操作杆，可以控制水平转轴沿轴线方向转动，水平转轴转动角度的大小，可通过电位器变成指令，从而控制电机的转向何速度输出，达到控制两轮车转向的目的。

在授权公告号为CN201610202U的中国实用新型专利中公开了一种两轮自平衡电动车，其转向机构包括方向控制手柄和转向控制器，转向控制器设置于人体支撑件底部，操作者通过方向控制手柄，以转向控制器为转轴左右摆动控制方向。

现有的轻便车辆的转向机构，在空间紧凑性和娱乐性方面均存在不足。

发明内容

本发明的目的，在于解决现有的轻便车辆转向系统中所存在的空间紧凑性不足、使用者体验性缺乏等技术问题，从而提供了一种创新的用于轻便车辆的转向装置。

本发明的用于轻便车辆的转向装置，包括把手以及与该把手相连接的转向轴组件，操作者可通过该把手对转向轴组件施加驱动力，以驱使该转向轴组件绕该转向轴组件的中轴线转动，其中，

该转向轴组件包括刚性轴以及在轴线方向上与该刚性轴相连接的蓄力轴，该把手与该刚性轴的一端相连接，该蓄力轴的第一连接端与该刚性轴的另一端固定连接，该蓄力轴的第二连接端与该轻便车辆的车体固定连接，当该把手对该转向轴组件施加驱动力时，该刚性轴可驱使该蓄力轴产生并储存扭力，而当该把手驱使该转向轴组件转动的驱动力消除后，该蓄力轴通过该储存的扭力，驱使该刚性轴回转至初始位置；

并且，该转向装置还包括一个转向检测组件，该转向检测组件用于检测该转向轴组件中刚性轴的转动角度变化量，并将反映该转动角度变化量的检测信号发送至该轻便车辆的控制系统，从而控制该轻便车辆的转向。

优选地，所述蓄力轴为弹性材料。

优选地，所述蓄力轴为弹性金属圈或弹性橡胶。

优选地，所述刚性轴为不锈钢管材。

优选地，所述转向检测组件包括磁钢以及与该磁钢相匹配的线性霍尔元件，该磁钢固定设置于该刚性轴内，该线性霍尔元件临近该磁钢固定设置于该轻便车辆的车体上，并输出反映该转动角度变化量的检测信号至所述控制系统。

优选地，所述把手枢轴连接到一个连接体，该连接体固定连接到所述转向轴组件，所述把手与该连接体的枢轴轴线与该转向轴组件的转动轴线相垂直，并且，该连接体设置有用于使所述把手固定于收纳位置或工作位置的止位机构。

优选地，该连接体设置有与该止位机构相配合的档位按钮，当该档位按钮处于按压状态时，所述把手可绕该连接体转动，当该档位按钮处于非受迫状态时，所述把手可固定地处于收纳位置或工作位置。

优选地，所述连接体包括一个连接面板和可相对于该连接面板轴向转动的转轴端盖，该转轴端盖与所述把手相连接，并且，

所述止位机构包括定位销、第一定位孔以及第二定位孔，该第一定位孔和第二定位孔分别设置于该转轴端盖上。

优选地，该档位按钮包括按压面板以及与该按压面板相连接的推杆，该推杆穿过该连接面板与该定位销相连接，其中，该档位按钮还包括一个对该定位销施加弹性力的压簧，当该档位按钮处于非受压迫状态时，所述定位销穿过该连接面板进入该第一定位孔或第二定位孔，从而使得所述把手位于所述收纳位置或工作位置。

优选地，还包括一个当所述把手绕所述连接体枢轴转动时对该把手产生旋转阻尼的阻尼机构，其中，

该阻尼机构包括一个穿过所述推杆设置的阻尼压板、转轴止位块以及设置在该转轴止位块和阻尼压板之间的多个阻尼弹簧，该转轴止位块设置有多个第一梯形啮合齿，并套设在所述连接面板突出设置的花键轴上，并且，所述转轴端盖上设置可与该多个第一梯形啮合齿分别相啮合的多个第二梯形啮合齿。

优选地，所述轻便车辆为自平衡电动两轮车。

本发明的用于轻便车辆的转向装置，操作方便，并可增加空间紧凑性，提高转向稳定度，操控方式新颖，增加了对轻便车辆的驾驶乐趣。

附图说明

图1为本发明的用于轻便车辆的转向装置用于自平衡两轮车的一个状态示意图；

图2为本发明的用于轻便车辆的转向装置用于自平衡两轮车的另一个状态示意图；

图3为本发明的用于轻便车辆的转向装置的部分立体结构示意图；

图4为本发明的用于轻便车辆的转向装置的剖面示意图；

图5为本发明的用于轻便车辆的转向装置中，连接体的打开状态示意图；

图6为本发明的用于轻便车辆的转向装置中，转轴端盖和止位机构的立体示意图；

图7为本发明的用于轻便车辆的转向装置中，显示出止位机构的一种工作状态的剖面示意图；

图8为本发明的用于轻便车辆的转向装置中，显示出止位机构的另一种工作状态的剖面示意图；

图9为本发明的用于轻便车辆的转向装置中，阻尼机构的转轴止位块的立体示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施方式，对本发明的用于轻便车辆的转向装置的结构和工作原理进行详细说明。为突出本发明的实质性特点，对于本领域内常规使用的手段仅进行简要说明，而对体现本发明主旨的部件、手段以及原理进行详细描述。

总体而言，本发明的转向装置，可用于已投入商业应用中的任何合适的轻便车辆，包括自行车、三轮或四轮电力助动车、摩托车等。在本发明中，以市场上新兴的自平衡电动两轮车为例，来对该转向装置的结构特征以及优点进行描述。

如图1、2所示，为该转向装置100用于自平衡电动两轮车1的状态示意图。以下还将进一步描述，在本发明的一个优选的方案中，转向装置100的把手110可分别处于收纳状态和工作状态。其中，图1为显示了转向装置100的把手110处于收纳状态时的示意图，图2为显示了转向装置100的把手110处于工作状态时的示意图。以下将进一步对该转向装置100的结构特点进行详细说明。

结合图3、4，本发明的用于轻便车辆的转向装置100，包括把手110以及与该把手相连接的转向轴组件120，操作者可通过把手110对转向轴组件120施加驱动力，以驱使转向轴组件120绕该转向轴组件的中轴线OO’转动。

进一步地，转向轴组件120包括刚性轴121以及在轴线方向OO’上与该刚性轴121相连接的蓄力轴122，把手110与刚性轴121的一端相连接（如图4所示），蓄力轴122的第一连接端（即图3、4所示的上部连接端）与该刚性轴121的另一端固定连接，蓄力轴122的第二连接端（即图3、4所示的下部连接端）与该轻便车辆的车体10固定连接，由此，当操作者用双手旋转或者腿部触碰等方式来旋转把手110时，把手110对转向轴组件120施加驱动力，则刚性轴121可驱使蓄力轴122产生并储存扭力，而当把手110驱使转向轴组件120转动的驱动力消除后，蓄力轴122通过该储存的扭力，使自身回复到原来的初始位置，并同时驱使刚性轴121回转至初始位置。优选地，在本实施方式中，操作者可利用腿部触碰把手110来产生驱动力，以增强驾驶体验。

本发明中，蓄力轴122可以采用任何具有弹性形变以及弹性回复力的弹性材料制成，例如，它可以采用橡胶材料制成或者可采用弹性金属圈制成，也可采用具有弹性回复力的高分子材料等。另一方面，刚性轴121可采用钢性材料制成，例如不锈钢管材材料。如图3所示，蓄力轴122的第一连接端，即图示的上部连接端，可通过销钉123或其它固定元件与刚性轴121固定连接，蓄力轴122的第二连接端，即图示的下部连接端，可通过销钉124或其他固定元件与车辆的车体10固定连接。这样，当操作者用双手或腿部左右触碰把手时，刚性轴121发生转动，它进一步带动蓄力轴122转动，这时由于蓄力轴122采用弹性材料，因此它在转动时可以扭力形式储存该驱动力，当操作者不再触碰把手，即施加的驱动力消除时，由于该扭力作用，可使得蓄力轴122回复至原来的初始位置，同时它也驱使刚性轴121回复到初始位置。

继续结合图3、4，本发明中，转向装置100还包括一个转向检测组件130，该转向检测组件130用于检测该转向轴组件120中刚性轴121的转动角度变化量，并将反映该转动角度变化量的检测信号发送至轻便车辆的控制系统，从而控制该轻便车辆的转向。该转向检测组件130可以是一个角度检测传感器组件，它可以对转向轴组件120中的刚性轴121的转动角度变化量进行检测，然后将该角度变化量信号传输给车辆的控制系统，以控制整个车辆的转向。本实施例中，转向检测组件130包括磁钢131以及与该磁钢相匹配的线性霍尔元件132，其中，磁钢131设置于刚性轴121内部，线性霍尔元件132临近磁钢131设置，并固定于车体10上。线性霍尔元件132的设定位置，应能够满足它检测到磁钢131的磁力变化的需要。由此，当刚性轴121转动时，磁钢131也随之转动，由于它与线性霍尔元件132的距离变化，线性霍尔元件132能够检测到磁钢131的磁力变化，并输出反映出刚性轴121转动角度变化量的检测信号至车辆控制系统。

在应用中，刚性轴121的转动角度和整个车辆的转向角度成线性关系，其具体比例可依照常规手段设定。如图3所示，在本发明的一个实施方式中，刚性轴121可绕轴线OO’左右各旋转20°，即可满足车辆的所有角度的转向。同时，转轴组件120还设置有角度限位装置（图未示），以使得刚性轴121的角度转动限制在该预定范围内。如上所述，该实施方式中，当刚性轴121转动时，磁钢131因同时转动，与线性霍尔元件132的距离发生变化，从而使得线性霍尔元件132输出反映刚性轴121角度变化的电压信号，该电压信号的范围值可配合车辆控制系统进行设定，例如，当车辆控制系统接收的电压信号在0.5到4.5伏之间时，可满足车辆的转向需求，此时，可将线性霍尔元件132的电压输出也设定在0.5-4.5伏之间。当把手110位于初始位置时，线性霍尔元件132的电压输出值为2.5伏。

容易理解，除采用本实施方式中的霍尔传感器外，还可以采用市场上常用的专用角度传感器，来对刚性轴121的转动角度进行测量，并输出反映该转动角度的电压或电流信号，当控制系统受到该转动角度信号时，可依据预先设定的线性比例关系，来对车辆的转向进行控制。

如图1、图2所示，在一个优选的实施方式中，把手110可以在车体上收放，即分别位于收纳位置和工作位置，把手110在工作位置固定后，可实现上述的对转向轴组件120的施加驱动力的操作。把手110的收放，是通过它在一个连接体上的枢轴转动实现的。具体地，再次参照图4，把手110枢轴连接到一个连接体140，连接体140固定连接到转向轴组件120，把手110与该连接体的枢轴轴线PP’与该转向轴组件的转动轴线OO’相垂直。由此，把手110可实现绕连接体140的转动轴线PP’的上下转动。

当把手110实现上下转动后，需要在上述两个位置，即收纳位置和工作位置进行固定。因此，在本发明的一个实施方式中，该连接体设置有用于使所述把手固定于收纳位置或工作位置的止位机构141。止位机构可采用常规的位置固定装置来实现对把手在收纳位置和工作位置的固定。例如，卡合固定、螺丝固定等常用的固定手段。优选地，具体结合图5、6、7、8，在本发明的一个优选实施方式中，连接体140包括一个连接面板143和可相对于该连接面板143轴向转动的转轴端盖144，该转轴端盖144与把手110相连接，从而实现把手110通过转轴端盖144绕连接体140的中轴线PP’转动。并且，在该实施方式中，止位机构141包括定位销1411、第一定位孔1412（图7、8）以及第二定位孔1413（图6），该第一定位孔和第二定位孔分别设置于该转轴端盖上。通过止位机构141的设置，可使得当定位销1411卡合入第一定位孔1412时，把手110处于收纳位置，当定位销1412卡合入第二定位孔1413时，把手110处于工作位置。在一个优选的实施方式中，把手110当处于工作位置（如图2所示）时，它与其处于收纳位置（如图1所示）的夹角为67°。止位机构141可以仅设置于把手110与连接体140的一个连接端，也可设置于把手110与连接体140的左右两个连接端。

作为止位机构141的驱动机构，该连接体140还设置有与该止位机构141相配合的档位按钮142，当该档位按钮142处于按压状态时，把手110可绕该连接体140转动，当档位按钮142处于非受迫状态时，把手110可固定地处于收纳位置或工作位置。更具体地，参照图5、7、8，档位按钮142包括按压面板1421以及与该按压面板1421相连接的推杆1422，该推杆1422穿过该连接面板143与该定位销1411相连接，其中，档位按钮142还包括一个对该定位销1411施加弹性力的压簧1423，当该档位按钮142处于非受压迫状态时，定位销1411穿过该连接面板143进入该第一定位孔1412或第二定位孔1413，从而使得把手110位于收纳位置或工作位置。

如图7所示，为把手110位于收纳位置（即折叠位置）并且未对档位按钮142施加压迫时的状态示意图。此时，由于压簧1423的作用，档位按钮142的推杆1422受到拉力，使得定位销1411穿过连接面板143上的孔，进入到第一定位孔1412内，从而实现把手收纳位置的固定。如图8所示，当对档位按钮142的按压面板1421施加压力F时，推杆1422驱使定位销1411脱离第一定位孔1412，从而可实现把手110的向上转动，当转动至工作位置时，定位销1411会卡合入第二定位孔1413，从而实现把手110在工作位置的定位。

优选地，在把手110从收纳位置到工作位置的转动过程中，为防止在中途位置把手自由落下，该转向装置还设置有一个当把手110绕连接体枢轴转动时，对把手110产生旋转阻尼的阻尼机构，具体地，参照图5，阻尼机构145包括一个穿过推杆1422设置的阻尼压板1451、转轴止位块1452以及设置在该转轴止位块1452和阻尼压板1451之间的多个阻尼弹簧1453，结合图9，转轴止位块1452设置有多个第一梯形啮合齿1454，并套设在连接面板143突出设置的花键轴1455上，并且，转轴端盖144上设置可与该多个第一梯形啮合齿1454分别相啮合的多个第二梯形啮合齿1456。由此，当操作者提起把手110从收纳位置转向工作位置时，在中途位置中，因为转轴止位块1452受到阻尼弹簧1453的压力而产生把手旋转阻尼，该阻尼来自于转轴止位块1452上第一梯形啮合齿1454与转轴端盖144上第二梯形啮合齿1456之间的相互啮合作用。当把手向上抬起时，它必须要克服阻尼压簧1453的压力，使相互啮合的第一梯形啮合齿1454和第二梯形啮合齿1456产生错位，即由齿底爬升到齿顶。在该实施方式中，转轴止位块1452卡合套设在花键轴1455上，因此转轴止位块1452与连接面板143不能相对转动，而只能在阻尼弹簧1453的作用下轴向移动。阻尼机构145可仅设置于连接体的一端，也可同时设置于连接体的两端。

本发明的转向装置具有多个优点。第一，该转向装置的转向轴组件中，采用了刚性轴和蓄力轴的创新设计，从而使得依靠转向轴本身即可达到回复目的，这也进一步节省了轻便车辆的占用空间，并且，相比于弹簧或者其他附加的弹性部件，该转向轴组件中的蓄力轴依靠扭转而产生扭力，由于旋转扭矩较大，因此由扭转提供的回复力也较大，从而能够较好地保证回位效果。另外，由于把手在转动时的杠杆作用，转向所需要的驱动力较小，操作者用腿触碰操作时可以不费力地实现；第二，该转向装置采用由磁钢和线性霍尔元件组成转向检测机构，可增加转向时的稳定度；第三，该转向装置的把手可以折叠，减小了轻便车辆的体积，使得它加轻便小巧，突出了轻便车辆的特点，同时，阻尼机构的设置，也保证了把手在收放过程中的稳定性；第四，转向机构不但可通过操作者双手、还可通过操作者的腿部来触碰把手，来进行车辆的转向操作，因此可提供一种暂新的操控方式，展现出新的驾驶乐趣和驾驶体验，增加了轻便车辆的驾驶娱乐性。

Claims (9)

1.一种用于轻便车辆的转向装置，其特征在于，包括把手以及与该把手相连接的转向轴组件，操作者可通过该把手对该转向轴组件施加驱动力，以驱使该转向轴组件绕该转向轴组件的中轴线转动，其中，

该转向轴组件包括刚性轴以及在轴线方向上与该刚性轴相连接的蓄力轴，该把手与该刚性轴的一端相连接，该蓄力轴的第一连接端与该刚性轴的另一端固定连接，该蓄力轴的第二连接端与该轻便车辆的车体固定连接，当该把手对该转向轴组件施加驱动力时，该刚性轴可驱使该蓄力轴产生并储存扭力，而当该把手驱使该转向轴组件转动的驱动力消除后，该蓄力轴通过该储存的扭力，驱使该刚性轴回转至初始位置；并且，

该转向装置还包括一个转向检测组件，该转向检测组件用于检测该转向轴组件中刚性轴的转动角度变化量，并将反映该转动角度变化量的检测信号发送至该轻便车辆的控制系统，从而控制该轻便车辆的转向，

所述把手枢轴连接到一个连接体，该连接体固定连接到所述转向轴组件，所述把手与该连接体的枢轴轴线与该转向轴组件的转动轴线相垂直，并且，该连接体设置有用于使所述把手固定于收纳位置或工作位置的止位机构。

2.根据权利要求1所述的用于轻便车辆的转向装置，其特征在于，所述蓄力轴为弹性材料。

3.根据权利要求2所述的用于轻便车辆的转向装置，其特征在于，所述蓄力轴为弹性橡胶或弹性金属圈。

4.根据权利要求1所述的用于轻便车辆的转向装置，其特征在于，所述刚性轴为不锈钢管材。

5.根据权利要求1所述的用于轻便车辆的转向装置，其特征在于，所述转向检测组件包括磁钢以及与该磁钢相匹配的线性霍尔元件，该磁钢固定设置于该刚性轴内，该线性霍尔元件临近该磁钢固定设置于该轻便车辆的车体上，并输出反映该转动角度变化量的检测信号至所述控制系统。

6.根据权利要求1所述的用于轻便车辆的转向装置，其特征在于，该连接体设置有与该止位机构相配合的档位按钮，当该档位按钮处于按压状态时，所述把手可绕该连接体转动，当该档位按钮处于非受迫状态时，所述把手可固定地处于收纳位置或工作位置。

7.根据权利要求6所述的用于轻便车辆的转向装置，其特征在于，所述连接体包括一个连接面板和可相对于该连接面板轴向转动的转轴端盖，该转轴端盖与所述把手相连接，并且，

所述止位机构包括定位销、第一定位孔以及第二定位孔，该第一定位孔和第二定位孔分别设置于该转轴端盖上。

8.根据权利要求7所述的用于轻便车辆的转向装置，其特征在于，该档位按钮包括按压面板以及与该按压面板相连接的推杆，该推杆穿过该连接面板与该定位销相连接，其中，该档位按钮还包括一个对该定位销施加弹性力的压簧，当该档位按钮处于非受压迫状态时，所述定位销穿过该连接面板进入该第一定位孔或第二定位孔，从而使得所述把手位于所述收纳位置或工作位置。

9.根据权利要求8所述的用于轻便车辆的转向装置，其特征在于，还包括一个当所述把手绕所述连接体枢轴转动时对该把手产生旋转阻尼的阻尼机构，其中，

该阻尼机构包括一个穿过所述推杆设置的阻尼压板、转轴止位块以及设置在该转轴止位块和阻尼压板之间的多个阻尼弹簧，该转轴止位块设置有多个第一梯形啮合齿，并套设在所述连接面板突出设置的花键轴上，并且，所述转轴端盖上设置可与该多个第一梯形啮合齿分别相啮合的多个第二梯形啮合齿。