CN104787109B - 凸轮式车辆线控转向方向盘装置 - Google Patents

凸轮式车辆线控转向方向盘装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种凸轮式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。中心轴通过轴承安装在上端盖和箱体上，电磁线圈固定安装在电磁线圈盒内，电磁线圈盒与上端盖固定联接，阻尼盘与中心轴固定联接，限位螺母与中心轴的螺纹部分传动配合安装，挡环套装在中心轴上，从动框与前后两块沟槽挡板滑动配合安装，凸轮轴与直流电机输出轴固定联接，凸轮通过预紧机构与凸轮轴配合安装，第一接近开关固定安装在箱体上，第二接近开关固定安装在后侧沟槽挡板上。本发明适用于车辆作为线控转向方向盘。

Description

凸轮式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，具体地说是一种凸轮式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。
专利申请号为201310322163.7的车辆线控转向方向盘装置专利，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。所述车辆线控转向方向盘装置中当方向盘向左转时，方向盘杆带动第二传动轴、力矩传感器、第四齿轮轴同步逆时针方向转动，此时第二单向离合器处于工作状态，第四齿轮轴带动第二单向离合器的内圈逆时针方向转动，第二单向离合器的内圈带动外圈、外圈带动第二齿轮轴逆时针方向转动，第二齿轮轴带动第三齿轮轴顺时针方向转动，第三齿轮轴带动第一齿轮轴逆时针方向转动，所述第四齿轮轴的齿轮带动齿轮顺时针转动，由于第一单向离合器和第二单向离合器的传动方向是相同的，所以第一单向离合器处于空转状态，第一齿轮轴不会带动第一传动轴转动，电控制单元会根据传递来的路面信息调整合适的电压值控制电机输出逆时针转动方向的转矩，通过第三齿轮轴和第二齿轮轴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，力矩传感器不断检测方向盘的转动力矩并输出电信号，控制调整电机的电压值，进而达到合适的路感状态。不仅容易出现电机堵转现象，而且单向离合器复杂，机械结构复杂，增加了安装难度，同时造成了制造成本较高。
因此设计一种新型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
本发明提供的凸轮式车辆线控转向方向盘装置，能够克服现有技术中的不足，简化机械装置结构，降低安装难度和成本，同时能够准确检测方向盘的旋转角度，安全可靠，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：主要由中心轴、上端盖、电磁线圈、电磁线圈盒、阻尼盘、箱体、限位螺母、挡环、角位移传感器、盖板、轴承座、支撑架、预紧机构、凸轮轴、挡板、从动框、凸轮、电机支撑座、直流电机、第一接近开关、沟槽挡板、第二接近开关组成；所述中心轴的上端通过轴承安装在上端盖上，所述中心轴的下端通过轴承安装在箱体上，所述中心轴上加工有传动螺纹，所述上端盖固定安装在箱体上，所述电磁线圈固定在电磁线圈盒内，所述电磁线圈盒与上端盖固定联接，所述中心轴穿过电磁线圈盒的中心孔，所述中心轴与电磁线圈盒的中心孔之间设置有间隙，所述阻尼盘与中心轴固定联接，所述限位螺母的外形为矩形，所述限位螺母与中心轴的螺纹部分传动配合安装，所述限位螺母的前侧面与箱体下部的前侧内壁滑动配合安装，所述限位螺母的后侧面与箱体下部的后侧面内壁滑动配合安装，所述限位螺母的下端设置有感应块，所述挡环固定安装在中心轴上，所述挡环上设置有挡块，所述角位移传感器的壳体固定安装在箱体的下端，所述角位移传感器的输入空心轴与中心轴的下端固定联接，所述盖板固定安装在箱体的下部，所述轴承座与支撑架固定联接，所述支撑架固定安装在盖板上，所述挡板与支撑架固定联接，所述凸轮轴与直流电机的输出轴固定联接，所述凸轮与凸轮轴的轴颈部分动配合安装，所述凸轮的下端面通过预紧机构与凸轮轴传动配合安装，所述从动框与前后两块沟槽挡板滑动配合安装，所述电机支承座固定安装在盖板上，所述直流电机固定安装在电机支承座上，所述第一接近开关固定安装在箱体的下部，所述沟槽挡板固定安装在盖板上，所述第二接近开关固定安装在后侧沟槽挡板上。
在方向盘处于车辆直线行驶的位置时，所述限位螺母的长度方向中心与中心轴上传动螺纹长度方向中心重合，所述限位螺母上的感应块的中心与第一接近开关的感应头的中心重合。所述直流电机输出轴的轴心线与凸轮轴的轴心线同心安装。所述预紧机构由螺栓、弹簧及钢球组成，螺栓上端与弹簧下端接触，弹簧上端与钢球下端接触，钢球上端与凸轮下端面接触，钢球上端与凸轮下端面接触，凸轮下端面与钢球对应的圆周上设置有圆锥形定位盲孔。所述凸轮为盘形凸轮，所述凸轮的突出端设置有限位块。所述从动框左端设置有挡块，所述从动框的左右内侧面各设置有一块限位块，所述从动框的上端外侧面设置有一段凹槽，所述从动框上端外侧面凹槽的位置与第二接近开关的感应头的中心相对应。
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，稳定性好，有很好的推广应用价值。
附图说明
图1是本发明所述凸轮式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；
图中：中心轴1 上端盖2 电磁线圈3 电磁线圈盒4 阻尼盘5 箱体6 限位螺母7 挡环8 角位移传感器9 盖板10 轴承座11 支撑架1 2预紧机构13凸轮轴14 挡板15 从动框16凸轮17 电机支撑座18 直流电机19 第一接近开关20 沟槽挡板21 第二接近开关22
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中，该装置主要由中心轴1、上端盖2、电磁线圈3、电磁线圈盒4、阻尼盘5、箱体6、限位螺母7、挡环8、角位移传感器9、盖板10、轴承座11、支撑架12、预紧机构13、凸轮轴14、挡板15、从动框16、凸轮17、电机支撑座18、直流电机19、第一接近开关20、沟槽挡板21、第二接近开关22组成；所述中心轴1的上端通过轴承安装在上端盖2上，所述中心轴1的下端通过轴承安装在箱体6上，所述中心轴1上加工有传动螺纹，所述上端盖2通过螺栓固定安装在箱体6上，所述电磁线圈3固定在电磁线圈盒4内，所述电磁线圈盒4通过螺栓与上端盖2固定联接，所述中心轴1穿过电磁线圈盒4的中心孔，所述中心轴1与电磁线圈盒4的中心孔之间设置有间隙，所述阻尼盘5通过键和螺母与中心轴1固定联接，所述限位螺母7的外形为矩形，所述限位螺母7与中心轴1的螺纹部分传动配合安装，所述限位螺母7的前侧面与箱体6下部的前侧内壁滑动配合安装，所述限位螺母7的后侧面与箱体6下部的后侧面内壁滑动配合安装，所述限位螺母7的下端设置有感应块，所述挡环8固定安装在中心轴1上，所述挡环8上设置有挡块，所述角位移传感器9的壳体固定安装在箱体6的下端，所述角位移传感器9的输入空心轴与中心轴1的下端固定联接，所述盖板10固定安装在箱体6的下部，所述轴承座11与支撑架12通过螺栓固定联接，所述支撑架12焊接在盖板10上，所述挡板15与支撑架12通过螺栓固定联接，所述凸轮轴14与直流电机19的输出轴固定联接，所述凸轮17与凸轮轴14的轴颈部分动配合安装，所述凸轮17的下端面通过预紧机构13与凸轮轴14传动配合安装，所述从动框16与前后两块沟槽挡板21滑动配合安装，所述电机支承座18固定安装在盖板10上，所述直流电机19固定安装在电机支承座18上，所述第一接近开关20固定安装在箱体6的下部，所述沟槽挡板21固定安装在盖板10上，所述第二接近开关22固定安装在后侧沟槽挡板21上。
在方向盘处于车辆直线行驶的位置时，所述限位螺母7的长度方向中心与中心轴1上传动螺纹长度方向中心重合，所述限位螺母7上的感应块的中心与第一接近开关20的感应头的中心重合。所述直流电机19输出轴的轴心线与凸轮轴的轴心线同心安装。所述预紧机构13由螺栓、弹簧及钢球组成，螺栓上端与弹簧下端接触，弹簧上端与钢球下端接触，钢球上端与凸轮下端面接触，凸轮下端面与钢球对应的圆周上设置有圆锥形定位盲孔。所述凸轮17为盘形凸轮，所述凸轮17的突出端焊接有限位块。所述从动框16左端焊接有挡块，所述从动框16的左右内侧面各焊接有一块限位块，所述从动框16上端外侧面加工出一段凹槽。所述从动框16上端外侧面凹槽的位置与第二接近开关22的感应头的中心相对应。
当车辆准备以行走模式驾驶时，按下模式切换按钮使开关触点闭合，当第一接近开关20检测到限位螺母7上的感应块、即方向盘处于车辆直线行驶位置时，并且车辆行驶速度较低时，微控制单元控制直流电机19带动凸轮14逆时针旋转，当凸轮14驱动从动框16滑动到达右极限位置时，凸轮受限位块作用停转，第二接近开关22检测到从动框16上端外侧面凹槽的左边缘后输出电信号，直流电机19停止转动，若直流电机没及时停转，预紧机构13起过载保护作用，以防止电机堵转，直到电机停止转，此时，从动框16的挡块不在挡环8的挡板的周向旋转范围内，车辆转向状态为行走模式，也就是车辆全转向方向盘转动的角度为900°。方向盘旋转带动中心轴1转动，电磁线圈3与阻尼盘5用于实现路感反馈，微控制单元通过流经电磁线圈3电流的大小，产生不同的制动力矩，从而可以给驾驶员提供相应的路感反馈，角位移传感器9实时检测中心轴1的旋转角度并输出电信号给微控制单元，微控制单元发出指令给转向执行机构驱动车辆进行转向动作，当方向盘到达全转向位置时，限位螺母8会在上下限位端面的阻挡作用下停止运动，方向盘限位；当车辆准备以作业模式驾驶时，按动模式切换按钮使开关触点打开，当第一接近开关20检测到限位螺母7上的感应块、即方向盘处于车辆直线行驶位置时，并且车辆的行驶速度较低时，微控制单元控制直流电机19带动凸轮顺时针转动，当凸轮14驱动从动框16滑动到达左极限位置时，凸轮受限位块作用停转，第二接近开关22检测到从动框16上端外侧面凹槽的右边缘后输出电信号，直流电机19停止转动，若直流电机没及时停转，预紧机构13起过载保护作用，以防止电机堵转，直到电机停止转动，此时，从动框16的挡块正好处于挡环8的挡块的周向旋转范围内，车辆转向状态为作业模式，也就是车辆全转向方向盘转动的角度为180°。方向盘旋转带动中心轴1转动，电磁线圈3与阻尼盘5用于实现路感反馈，微控制单元通过控制流经电磁线圈3电流的大小，产生不同的制动力矩，从而可以给驾驶员提供相应的路感反馈，角位移传感器9实时检测中心轴1的旋转角度并输出电信号给微控制单元，微控制单元发出指令给转向执行机构驱动车辆进行转向动作，当方向盘到达全转向位置时，挡环7的挡板会在从动框16上的挡块的阻挡作用下停止运动，方向盘限位。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 (6)

1.一种凸轮式车辆线控转向方向盘装置，其特征是，主要由中心轴(1)、上端盖(2)、电磁线圈(3)、电磁线圈盒(4)、阻尼盘(5)、箱体(6)、限位螺母(7)、挡环(8)、角位移传感器(9)、盖板(10)、轴承座(11)、支撑架(12)、预紧机构(13)、凸轮轴(14)、挡板(15)、从动框(16)、凸轮(17)、电机支撑座(18)、直流电机(19)、第一接近开关(20)、沟槽挡板(21)、第二接近开关(22)组成；所述中心轴(1)的上端通过轴承安装在上端盖(2)上，所述中心轴(1)的下端通过轴承安装在箱体(6)上，所述中心轴(1)上加工有传动螺纹，所述上端盖(2)固定安装在箱体(6)上，所述电磁线圈(3)固定安装在电磁线圈盒(4)内，所述电磁线圈盒(4)与上端盖(2)固定联接，所述中心轴(1)穿过电磁线圈盒(4)的中心孔，所述中心轴(1)与电磁线圈盒(4)的中心孔之间设置有间隙，所述阻尼盘(5)与中心轴(1)固定联接，所述限位螺母(7)的外形为矩形，所述限位螺母(7)与中心轴(1)的螺纹部分传动配合安装，所述限位螺母(7)的前侧面与箱体(6)下部的前侧内壁滑动配合安装，所述限位螺母(7)的后侧面与箱体(6)下部的后侧面内壁滑动配合安装，所述限位螺母(7)的下端设置有感应块，所述挡环(8)固定安装在中心轴(1)上，所述挡环(8)上设置有挡块，所述角位移传感器(9)的壳体固定安装在箱体(6)的下端，所述角位移传感器(9)的输入空心轴与中心轴(1)的下端固定联接，所述盖板(10)固定安装在箱体(6)的下部，所述轴承座(11)与支撑架(12)固定联接，所述支撑架(12)固定安装在盖板(10)上，所述挡板(15)与支撑架(12)固定联接，所述凸轮轴(14)与直流电机(19)的输出轴固定联接，所述凸轮(17)与凸轮轴(14)的轴颈部分动配合安装，所述凸轮(17)的下端面通过预紧机构(13)与凸轮轴(14)传动配合安装，所述从动框(16)与前后两块沟槽挡板(21)滑动配合安装，所述电机支承座(18)固定安装在盖板(10)上，所述直流电机(19)固定安装在电机支承座(18)上，所述第一接近开关(20)固定安装在箱体(6)的下部，所述沟槽挡板(21)固定安装在盖板(10)上，所述第二接近开关(22)固定安装在后侧沟槽挡板(21)上。
2.根据权利要求1所述凸轮式车辆线控转向方向盘装置，其特征是：在方向盘处于车辆直线行驶的位置时，所述限位螺母(7)的长度方向中心与中心轴(1)上传动螺纹长度方向中心重合，所述限位螺母(7)上的感应块的中心与第一接近开关(20)的感应头的中心重合。
3.根据权利要求1所述凸轮式车辆线控转向方向盘装置，其特征是：所述直流电机(19)输出轴的轴心线与凸轮轴的轴心线同心安装。
4.根据权利要求1所述凸轮式车辆线控转向方向盘装置，其特征是：所述预紧机构(13)由螺栓、弹簧及钢球组成，螺栓上端与弹簧下端接触，弹簧上端与钢球下端接触，钢球上端与凸轮下端面接触，凸轮下端面与钢球对应的圆周上设置有圆锥形定位盲孔。
5.根据权利要求1所述凸轮式车辆线控转向方向盘装置，其特征是：所述凸轮(17)为盘形凸轮，所述凸轮(17)的突出端设置有限位块。
6.根据权利要求1所述凸轮式车辆线控转向方向盘装置，其特征是：所述从动框(16)左端设置有挡块，所述从动框(16)的左右内侧面各设置有一块限位块，所述从动框(16)上端外侧面设置有一段凹槽，所述从动框(16)上端外侧面凹槽的位置与第二接近开关(22)的感应头中心相对应。
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