CN103112487A - 车辆线控转向方向盘装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种车辆线控转向方向盘装置，旨在准确检测方向盘的旋转角度，能为驾驶员提供可调、合适的路感，且能在不同的工况下改变工作模式、调整方向盘完成全转向的转动圈数。行程挡块与齿条固定联接，行程挡块与滑块固定联接，滑块滑动联接在直线导轨上，行程挡块的上下侧设置有凹槽，挡板与舵机电机固定联接，双向液压泵与比例节流阀之间连接的进出油管路之间安装有压差传感器，主动齿轮轴与双向液压泵固定联接，小齿轮与齿条啮合配合安装，方向盘的旋转杆与主动齿轮轴固定联接，从动齿轮轴与轴角编码器固定联接，从动齿轮与从动齿轮轴固定联接。本发明适用于车辆作为线控转向方向盘。

Description

车辆线控转向方向盘装置

技术领域

本发明涉及一种车辆转向装置，具体地说是一种车辆线控转向方向盘装置。

背景技术

转向系统的功用是操纵车辆的行驶方向，系统应能根据需要保持车辆稳定地沿直线行驶，并能根据要求灵活地改变行驶方向。对转向系统的基本要求是操纵轻便灵活、工作稳定可靠、使用经济耐久，转向性能是保证车辆安全行驶，减轻驾驶员的劳动强度，提高作业生产率的重要因素。转向系统是决定车辆安全性和作业效率的关键总成。

随着应用场合工况要求的提高和现代技术的发展，车辆转向系统的性能需要进一步提高，解决原有的转向系统中存在的灵敏度不可调节、没有路感、结构复杂、噪音高等问题，为提高转向性能，科技工作者致力于研究线控转向技术。它是通过微电子技术连接并控制转向系统的各个元件来代替传统的机械或液压连接。线控转向技术采用传感器记录驾驶者的转向数据，然后通过数据线将信号传递给车上的微控制单元(MCU)，MCU综合这些和其他信号做出判断后，再控制车辆的转向角度。由于取消了方向盘和转向轮之间的机械连接，完全摆脱了传统转向系统的各种限制，因此使车辆的设计、装配大为简化，而且还可以自由设计车辆转向的力传递特性和角传递特性，是车辆转向系统的重大革新。特别是在工程机械上，尤其是装载机对转向系统要求更高，现有主要的技术方案是在方向盘底部安装一个全液压转向器，通过转动方向盘控制通往转向油缸的流量，这样的转向方式存在许多问题，首先，由于选择的转向器固定，转向时从一个极限位置到另一个极限位置的方向盘所需的转动圈数也就固定了，在进行装载作业时，需要频繁的大角度的转向才能完成工作，这时操作者的劳动强度是很大的。其次，驾驶员在驾驶过程中没有合适的路感，操作不舒服，再次，由于全液压转向器需要安装在方向盘的下端，因此，必须把管路引到驾驶室附近，这就增加了装配过程的复杂程度和驾驶室内的噪音。

因此设计一种车辆线控转向方向盘装置变得非常有必要，有利于推动线控转向系统的开发、研制与应用。

发明内容

本发明提供的车辆线控转向方向盘装置，能够准确检测方向盘的旋转角度，能为驾驶员提供可调、合适的路感，且能在不同的工况下改变工作模式、调整方向盘完成全转向的转动圈数。

为了解决上述的技术问题，本发明采用下述技术方案：装置主要由直线导轨、行程挡块、主动齿轮、主动齿轮轴、小齿轮、齿条、轴承座、从动齿轮轴、从动齿轮、左联轴器、右联轴器、角位移传感器、双向液压泵、压差传感器、比例节流阀、补油阀、油箱、箱体、电机、挡板、挡板支撑座、滑块和方向盘组成，所述直线导轨与箱体固定联接，所述行程挡块与齿条背侧固定联接，所述行程挡块与滑块固定联接，所述滑块滑动联接在直线导轨上，所述行程挡块的上侧设置有一个上长凹槽，下侧设置有一个和上长凹槽同样长度的下长凹槽，在下长凹槽的长度方向中心对称位置设置一个短凹槽，所述电机安装在箱体上，所述挡板与挡板销轴固定联接，挡板销轴动配合安装在两个挡板支撑座上，挡板销轴与电机的输出轴固定联接，所述挡板支撑座固定安装在箱体上，所述比例节流阀固定安装在箱体上，所述双向液压泵进出油口通过管路与比例节流阀的进出油口对应连接，所述双向液压泵与比例节流阀之间连接的进出油管路之间安装有压差传感器，所述双向液压泵安装在箱体上，所述主动齿轮轴通过左联轴器与双向液压泵的输入轴固定联接，所述主动齿轮与主动齿轮轴固定联接，所述小齿轮与主动齿轮轴固定联接，所述小齿轮与齿条啮合传动配合安装，所述方向盘的旋转杆与主动齿轮轴固定联接，所述角位移传感器安装在箱体上，所述从动齿轮轴通过右联轴器与角位移传感器的输入轴固定联接，所述从动齿轮与从动齿轮轴固定联接，所述主动齿轮与从动齿轮啮合传动配合安装，所述轴承座与箱体固定联接，所述从动齿轮轴通过轴承安装在轴承座上。

所述直线导轨是方型直线导轨，所述角位移传感器的轴心线与从动齿轮轴的轴心线同心安装，所述双向液压泵的轴心线与主动齿轮轴的轴心线同心安装，所述挡板支撑座上设置有两个护板与挡板两侧动配合接触，只允许挡板在两个护板之间围绕挡板销轴转动，所述主动齿轮与从动齿轮安装在同一平面上，所述双向液压泵与比例节流阀之间连接的进出油管路上各设置一个补油阀，补油阀的进油口与油箱连接，封闭的油箱安装在箱体上，所述电机为舵机电机。

采用本发明的有益效果是，能准确的检测方向盘的旋转角度，能给驾驶员提供可调、合适的路感，且能够在不同的工况下改变工作模式、调整方向盘完成全转向的转动圈数，有很好的推广应用价值。

附图说明

图1是本发明所述车辆线控转向方向盘装置的主视图；

图2是图1的A-A剖视图；

图3是图2的B-B剖视图；

图4是本发明所述车辆线控转向方向盘装置的左视图。

图中：直线导轨1行程挡块2主动齿轮3主动齿轮轴4小齿轮5齿条6轴承座7从动齿轮轴8从动齿轮9左联轴器10右联轴器11角位移传感器12双向液压泵13压差传感器14比例节流阀15补油阀16油箱17箱体18电机19挡板20挡板支撑座21滑块22方向盘23

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

在图1、图2、图3和图4中，该装置主要由直线导轨1、行程挡块2、主动齿轮3、主动齿轮轴4、小齿轮5、齿条6、轴承座7、从动齿轮轴8、从动齿轮9、左联轴器10、右联轴器11、角位移传感器12、双向液压泵13、压差传感器14、比例节流阀15、补油阀16、油箱17、箱体18、电机19、挡板20、挡板支撑座21、滑块22和方向盘23组成，所述直线导轨1与箱体18固定联接，所述行程挡块2与齿条6背侧通过螺栓固定联接，所述行程挡块2与滑块22通过螺栓固定联接，所述滑块22滑动联接在方型直线导轨1上，所述行程挡块2的上侧铣削加工出一个上长凹槽，下侧铣削加工出一个和上长凹槽同样长度的下长凹槽，在下长凹槽的长度方向中心对称位置铣削加工出一个短凹槽，所述电机19为舵机电机通过螺栓安装在箱体18上，所述挡板20与挡板销轴固定联接，挡板销轴动配合安装在两个挡板支撑座21上，挡板销轴与电机19的输出轴固定联接，所述挡板支撑座21通过螺栓固定安装在箱体18上，所述比例节流阀15通过螺栓固定安装在箱体18上，所述双向液压泵13进出油口通过管路与比例节流阀15的进出油口对应连接，所述双向液压泵13与比例节流阀15之间连接的进出油管路之间安装有压差传感器14，所述双向液压泵13通过螺栓安装在箱体18上，所述主动齿轮轴4的下端通过左联轴器10与双向液压泵13的输入轴固定联接，所述主动齿轮3通过键与主动齿轮轴4固定联接，所述小齿轮5与主动齿轮轴4整体加工而成，所述小齿轮5与齿条6啮合传动配合安装，所述方向盘23的旋转杆与主动齿轮轴4的上端通过联轴器固定联接，所述角位移传感器12通过螺栓安装在箱体18上，所述从动齿轮轴8的下端通过右联轴器11与角位移传感器12的输入轴固定联接，所述从动齿轮9通过键与从动齿轮轴8固定联接，所述主动齿轮3与从动齿轮9啮合传动配合安装，所述轴承座7与箱体18固定联接，所述从动齿轮轴8的上端通过轴承安装在轴承座7上。

所述直线导轨1是方型直线导轨，所述角位移传感器12的轴心线与从动齿轮轴8的轴心线同心安装，所述双向液压泵13的轴心线与主动齿轮轴4的轴心线同心安装，所述挡板支撑座21上设置有两个护板与挡板20两侧动配合接触，只允许挡板20在两个护板之间围绕挡板销轴转动，所述主动齿轮3与从动齿轮9安装在同一平面上，所述双向液压泵13与比例节流阀15之间连接的进出油管路上各设置一个补油阀16，补油阀16的进油口与油箱17连接，封闭的油箱17安装在箱体18上。

当车辆在正常的路面驾驶时，按动行走模式按钮，舵机电机19转动带动挡板20动作，使挡板20的上挡板正好运动到行程挡块2上长凹槽里，这样车辆就处于正常行走模式，也就是方向盘23全转向转动的角度为900°。方向盘23转动时带动双向液压泵13转动，双向液压泵13输出的液压油进入比例节流阀15，从比例节流阀15出来的液压油又进入双向液压泵13的进油口，比例节流阀15根据微控制单元传递来的路面信息指令开启不同的节流面积，使双向液压泵13的的进油口和出油口之间产生相应的压力差，由此压力差产生的作用力就会作用到方向盘上产生相应的阻尼力，即可以给驾驶员提供相应的路感反馈，压差传感器14不断检测双向液压泵13进出油口之间的压力差值并输出电信号给MCU控制调整比例节流阀15的节流面积，进而达到合适的路感状态，同时主动齿轮3也会以方向盘23相同的角度旋转，并带动从动齿轮9旋转相应的角度，角位移传感器12就可以检测到从动齿轮9的旋转角度并输出电信号，当方向盘23转到全转向位置时行程挡块2的上长凹槽的一侧面会在挡板20和挡板支撑座21的阻挡作用下停止运动，齿条6和小齿轮5也停止运动，方向盘23限位。当车辆在作业驾驶时，按动作业模式按钮，舵机电机19转动带动挡板20动作，使挡板20的下挡板运动到行程挡块2下长凹槽中的短凹槽里，如果由于方向盘23不在中位而使挡板20没有进入短凹槽中时，随着方向盘的回正转动，挡板20也会滑入下长凹槽的短凹槽中，这样车辆就处于作业模式，也就是方向盘23全转向转动的角度变换为180°。方向盘23转动时带动双向液压泵13转动，双向液压泵13输出的液压油进入比例节流阀15，从比例节流阀15出来的液压油又进入双向液压泵13的进油口，比例节流阀15根据微控制单元传递来的路面信息指令开启不同的节流面积，使双向液压泵13的的进油口和出油口之间产生相应的压力差，由此压力差产生的作用力就会作用到方向盘上产生相应的阻尼力，即可以给驾驶员提供相应的路感反馈，压差传感器14不断检测双向液压泵13进出油口之间的压力差值并输出电信号给MCU控制调整比例节流阀15的节流面积，进而达到合适的路感状态，同时主动齿轮3也会以方向盘23相同的角度旋转，并带动从动齿轮9旋转相应的角度，角位移传感器12就可以检测到从动齿轮9的旋转角度并输出电信号，当方向盘23转到全转向位置时行程挡块2的下长凹槽的短凹槽的一侧面会在在挡板20和挡板支撑座21的阻挡作用下停止运动，齿条6和小齿轮5也停止运动，方向盘23限位。当回路中的液压油减少时，油箱17里的液压油通过补油阀16来给回路补油。从而可以准确的检测方向盘的旋转角度，给驾驶员提供可调、合适的路感，根据不同的工作模式，调整方向盘完成全转向的转动圈数。

Claims (8)

1.一种车辆线控转向方向盘装置，其特征是，主要由直线导轨(1)、行程挡块(2)、主动齿轮(3)、主动齿轮轴(4)、小齿轮(5)、齿条(6)、轴承座(7)、从动齿轮轴(8)、从动齿轮(9)、左联轴器(10)、右联轴器(11)、角位移传感器(12)、双向液压泵(13)、压差传感器(14)、比例节流阀(15)、补油阀(16)、油箱(17)、箱体(18)、电机(19)、挡板(20)、挡板支撑座(21)、滑块(22)和方向盘(23)组成；所述直线导轨(1)与箱体(18)固定联接，所述行程挡块(2)与齿条(6)背侧固定联接，所述行程挡块(2)与滑块(22)固定联接，所述滑块(22)滑动联接在直线导轨(1)上，所述行程挡块(2)的上侧设置有一个上长凹槽，下侧设置有一个和上长凹槽同样长度的下长凹槽，在下长凹槽的长度方向中心对称位置设置一个短凹槽，所述电机(19)安装在箱体(18)上，所述挡板(20)与挡板销轴固定联接，挡板销轴动配合安装在两个挡板支撑座(21)上，挡板销轴与电机(19)的输出轴固定联接，所述挡板支撑座(21)固定安装在箱体(18)上，所述比例节流阀(15)固定安装在箱体(18)上，所述双向液压泵(13)进出油口通过管路与比例节流阀(15)的进出油口对应连接，所述双向液压泵(13)与比例节流阀(15)之间连接的进出油管路之间安装有压差传感器(14)，所述双向液压泵(13)安装在箱体(18)上，所述主动齿轮轴(4)通过左联轴器(10)与双向液压泵(13)的输入轴固定联接，所述主动齿轮(3)与主动齿轮轴(4)固定联接，所述小齿轮(5)与主动齿轮轴(4)固定联接，所述小齿轮(5)与齿条(6)啮合传动配合安装，所述方向盘(23)的旋转杆与主动齿轮轴(4)固定联接，所述角位移传感器(12)安装在箱体(18)上，所述从动齿轮轴(8)通过右联轴器(11)与角位移传感器(12)的输入轴固定联接，所述从动齿轮(9)与从动齿轮轴(8)固定联接，所述主动齿轮(3)与从动齿轮(9)啮合传动配合安装，所述轴承座(7)与箱体(18)固定联接，所述从动齿轮轴(8)通过轴承安装在轴承座(7)上。

2.根据权利要求1所述的车辆线控转向方向盘装置，其特征是：直线导轨(1)是方型直线导轨。

3.根据权利要求1所述的车辆线控转向方向盘装置，其特征是：所述角位移传感器(12)的轴心线与从动齿轮轴(8)的轴心线同心安装。

4.根据权利要求1所述的车辆线控转向方向盘装置，其特征是：所述双向液压泵(13)的轴心线与主动齿轮轴(4)的轴心线同心安装。

5.根据权利要求1所述的车辆线控转向方向盘装置，其特征是：所述挡板支撑座(21)上设置有两个护板与挡板(20)两侧动配合接触，只允许挡板(20)在两个护板之间围绕挡板销轴转动。

6.根据权利要求1所述的车辆线控转向方向盘装置，其特征是：所述主动齿轮(3)与从动齿轮(9)安装在同一平面上。

7.根据权利要求1所述的车辆线控转向方向盘装置，其特征是：所述双向液压泵(13)与比例节流阀(15)之间连接的进出油管路上各设置一个补油阀(16)，补油阀(16)的进油口与油箱(17)连接，封闭的油箱(17)安装在箱体(18)上。

8.根据权利要求1所述的车辆线控转向方向盘装置，其特征是：所述电机(19)为舵机电机。

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