CN107963113A - 一种可伸缩式汽车方向盘 - Google Patents
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Abstract
一种可伸缩式汽车方向盘，属于汽车领域。本发明包括方向盘伸缩机构、把手升降结构、方向盘升降机构、控制与测量系统，方向盘伸缩机构包括收纳装置、方向盘把手、滑块、把手升降结构、齿条、齿轮、齿轮槽、齿条槽、滑块槽、双向电机，在车辆熄火时，可将方向盘收纳到仪表板的特定空间内，给驾驶人留出更多的空间；在车辆启动后，能够展开到驾驶位置，便于驾驶。方向盘的伸缩采用齿轮齿条控制，转向轴的伸缩采用柱塞式液压缸控制。此设计可以满足不同体型和年龄段的人群对方向盘位置和大小以及驾驶室空间的不同要求。
Description
技术领域
本发明涉及一种可伸缩式汽车方向盘，尤其是一种适用于在小型（电动）汽车中的伸缩式方向盘，属于汽车领域。
背景技术
随着体型肥胖者和老年人的增多和全球的城市化发展，汽车行业正在推进车身的小型化，A/B级车及小型电动汽车由于车内空间有限，驾驶员上下车时需要前后移动座椅，尤其对于老年驾驶员和行动不便的驾驶员更不方便上下车。
发明内容
本发明解决其技术问题是：提供一种可伸缩式汽车方向盘，其可在车辆熄火时将方向盘收纳到仪表板的特定空间内，给驾驶人留出更多的空间。亦可在车辆启动后，能够手动或自动的展开到驾驶位置，便于驾驶。避免乘客在上下车时移动座椅的麻烦，同时增大驾驶室空间，提高驾驶员上下车的舒适性。
本发明采用以下技术方案：一种可伸缩式汽车方向盘，包括方向盘伸缩机构、把手升降结构、方向盘升降机构、控制与测量系统；
所述的方向盘伸缩机构包括收纳装置3、方向盘把手4、滑块5、把手升降结构6、齿条7、齿轮8、齿轮槽9、齿条槽10、滑块槽11、双向电机；
收纳装置3分为两层，上层为A-A层，下层为B-B层，各层上分别对应加工出一个齿轮槽9、两个齿条槽10和两个滑块槽11，两个齿轮8分别包括安装在A-A层、B-B层且使用同一根轴与一台双向电机连接，双向电机固定于收纳装置3下部锥台内部，A-A层的齿轮8两侧连接两个相对的齿条7，B-B层的齿轮8两侧连接两个相对的齿条7，位于A-A层的两个方向盘把手4分别与上端的两个齿条7连接，位于B-B层的两个方向盘把手4分别与把手升降结构6连接，把手升降结构6与下端两个齿条7连接在一起，在四个方向盘把手上设置了滑块5，两个齿轮8分别处于A-A层、B-B层的齿轮槽9内，齿条7在齿条槽10内滑动，滑块5滑块槽11内滑动；
所述的把手升降结构6包括升降轴12、弹簧13、升降轴套14；升降轴套14与下端两个齿条7固定连接，弹簧13安装在升降轴套14内，升降轴12的下端卡在升降轴套14内且位于弹簧13上部，升降轴12的上端与B-B层两个方向盘把手4连接；
所述方向盘升降机构包括伸缩轴15、柱塞16、柱塞套17、弹簧18、油孔19；柱塞16、伸缩轴15与方向盘收纳装置底部固定连接，柱塞16位于伸缩轴15中心位置，柱塞套17与伸缩轴15下部连接，弹簧18处于柱塞16与柱塞套17之间，柱塞套17与汽车底盘固定连接，油孔19设在柱塞套17底部；
所述控制与测量系统包括位移传感器、双向电机控制器与液压控制系统，两个位移传感器分别安装在滑块槽11内、柱塞套17内，安装在滑块槽11内的位移传感器与双向电机控制器连接，安装在柱塞套17内的位移传感器与液压控制系统连接，双向电机控制器控制双向电机的启停与正反转控制，液压控制系统控制包括液压油通过油孔19的注入与排泄。
所述的柱塞套17与伸缩轴15通过4个花键进行连接。
当需要展开方向盘把手4时，双向电机带动两个齿轮8顺时针旋转，齿轮8带动齿条7在齿条槽10内运动，滑块5在滑块槽11内运动，方向盘把手4向外展开，当位于滑块槽11内的位移传感器检测到滑块5到达预定位置时，双向电机控制器控制双向电机停止运行，至此方向盘展开完毕；当需要收纳方向盘把手4时，双向电机带动齿轮8逆时针旋转，齿轮8带动齿条7在齿条槽10内运动，滑块5在滑块槽11内运动，方向盘把手4向内收纳，当位于滑块槽11内的位移传感器检测到滑块到达预定位置时，双向电机控制器控制双向电机停止运行，至此方向盘收纳完毕。
当需要展开方向盘把手4时，B-B层方向盘把手4完全展开后，弹簧13推动升降轴12上升，使B-B层把手与A-A层把手在同一水平面上，当需要收纳方向盘把手4时，需要手动克服弹簧13的弹簧力使B-B层把手下降至B-B层，从而顺利进入到收纳装置内；
当需要升起方向盘收纳装置时，液压油由油孔19进入柱塞套17内，克服弹簧18的阻力，推动柱塞16和伸缩轴15向上运动，当安装在柱塞套17内的位移传感器检测到柱塞16到达预定位置时，液压控制系统控制停止注油，实现方向盘收纳装置上升；当需要降下方向盘收纳装置时，液压油由油孔19泄出，伸缩轴15和柱塞16在回位弹簧18的作用下向下运动，当安装在柱塞套17内的位移传感器检测到柱塞到达预定位置时，液压控制系统控制停止泄油，实现方向盘收纳装置的下降。
所述的液压控制系统包含控制器、油箱、液压泵、电磁阀，电磁阀安装在油孔19处，用于打开或关闭油孔19，液压泵、电磁阀及安装在柱塞套17内的位移传感器均与控制器连接。
本发明的有益效果是：
1、方向盘收起，驾驶员在上下车时可以避免移动座椅的麻烦，为驾驶室增大空间，体高驾驶员的舒适性；
2、方向盘的大小与高度可以无级调节，可满足不同体型及年龄段的驾驶员的要求；
3、能一定程度上解决因为体型年龄等原因购买小型车的顾虑；
4、在一定程度上推动小型汽车从低端产品向高端产品的方向发展。
附图说明
图1为方向盘收缩前的总体结构；
图2为方向盘收缩后的总体结构；
图3为方向盘爆炸图；
图4为收纳装置3的结构图；
图5为图4中的A-A剖视图；
图6为把手升降结构6的外观图；
图7为把手升降结构6的二维图；
图8为方向盘升降机构的外观图；
图9为方向盘升降机构的二维图；
图10为伸缩轴15和柱塞16的横截面图
图11为方向盘升降机构与液压控制系统的连接示意图。
图中各标号为： 1-方向盘，2-转向轴，3-收纳装置，4-方向盘把手，5-滑块，6-把手升降结构，7-齿条，8-齿轮，9-齿轮槽，10-齿条槽，11-滑块槽，12-升降轴，13-弹簧，14-升降轴套，15-伸缩轴，16-柱塞，17-柱塞套，18-弹簧，19-油孔。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式，对本发明作进一步的说明。
实施例1：如图1-11所示，一种可伸缩式汽车方向盘，包括方向盘伸缩机构、把手升降结构、方向盘升降机构、控制与测量系统；
所述的方向盘伸缩机构包括收纳装置3、方向盘把手4、滑块5、把手升降结构6、齿条7、齿轮8、齿轮槽9、齿条槽10、滑块槽11、双向电机；
收纳装置3分为两层，上层为A-A层，下层为B-B层，各层上分别对应加工出一个齿轮槽9、两个齿条槽10和两个滑块槽11，两个齿轮8分别包括安装在A-A层、B-B层且使用同一根轴与一台双向电机连接，双向电机固定于收纳装置3下部锥台内部，A-A层的齿轮8两侧连接两个相对的齿条7，B-B层的齿轮8两侧连接两个相对的齿条7，位于A-A层的两个方向盘把手4分别与上端的两个齿条7连接，位于B-B层的两个方向盘把手4分别与把手升降结构6连接，把手升降结构6与下端两个齿条7连接在一起，在四个方向盘把手上设置了滑块5，两个齿轮8分别处于A-A层、B-B层的齿轮槽9内，齿条7在齿条槽10内滑动，滑块5滑块槽11内滑动；
A-A层的结构如图5所示，A-A层与B-B层结构相同，区别仅是方向不同，因为未给出B-B层的结构图。A-A层与B-B层上均有齿轮槽9、齿条槽10与滑块槽11。不同层上的齿轮槽9除竖直方向的高度不同以外，其位置与结构都相同。同一层的齿条槽10与滑块槽11的方向相互平行，不同层上的齿条槽10的方向相互垂直，不同层上的滑块槽11的方向相互垂直。若A-A层上齿条槽10和滑块槽11为竖直方向，那么B-B层上齿条槽10和滑块槽11为水平方向。同一层上的齿条槽中的两齿条7与齿轮槽9相啮合，且两齿条7的运动方向总是相反。
把手升降结构6的示意图如图6和图7所示，所述的把手升降结构6包括升降轴12、弹簧13、升降轴套14；升降轴套14与下端两个齿条7固定连接，弹簧13安装在升降轴套14内，升降轴12的下端卡在升降轴套14内且位于弹簧13上部，升降轴12的上端与B-B层两个方向盘把手4下端连接；
所述方向盘升降机构包括伸缩轴15、柱塞16、柱塞套17、弹簧18、油孔19；柱塞16、伸缩轴15与方向盘收纳装置底部固定连接，柱塞16位于伸缩轴15中心位置，柱塞套17与伸缩轴15下部连接，弹簧18处于柱塞16与柱塞套17之间，柱塞套17与汽车底盘固定连接，油孔19设在柱塞套17底部；
所述控制与测量系统包括位移传感器、双向电机控制器与液压控制系统，两个位移传感器分别安装在滑块槽11内、柱塞套17内，安装在滑块槽11内的位移传感器与双向电机控制器连接，安装在柱塞套17内的位移传感器与液压控制系统连接，双向电机控制器控制双向电机的启停与正反转控制，液压控制系统控制包括液压油通过油孔19的注入与排泄。
进一步地，所述的柱塞套17与伸缩轴15通过4个花键进行连接，可有效避免方向盘升降机构周向运动。
进一步地，当需要展开方向盘把手4时，双向电机带动两个齿轮8顺时针旋转，齿轮8带动齿条7在齿条槽10内运动，滑块5在滑块槽11内运动，方向盘把手4向外展开，当位于滑块槽11内的位移传感器检测到滑块5到达预定位置时，双向电机控制器控制双向电机停止运行，至此方向盘展开完毕；当需要收纳方向盘把手4时，双向电机带动齿轮8逆时针旋转，齿轮8带动齿条7在齿条槽10内运动，滑块5在滑块槽11内运动，方向盘把手4向内收纳，当位于滑块槽11内的位移传感器检测到滑块到达预定位置时，双向电机控制器控制双向电机停止运行，至此方向盘收纳完毕。
进一步地，当需要展开方向盘把手4时，B-B层方向盘把手4完全展开后，弹簧13推动升降轴12上升，使B-B层把手与A-A层把手在同一水平面上，当需要收纳方向盘把手4时，需要手动克服弹簧13的弹簧力使B-B层把手下降至B-B层，从而顺利进入到收纳装置内；
进一步地，当需要升起方向盘收纳装置时，液压油由油孔19进入柱塞套17内，克服弹簧18的阻力，推动柱塞16和伸缩轴15向上运动，当安装在柱塞套17内的位移传感器检测到柱塞16到达预定位置时，液压控制系统控制停止注油，实现方向盘收纳装置上升；当需要降下方向盘收纳装置时，液压油由油孔19泄出，伸缩轴15和柱塞16在回位弹簧18的作用下向下运动，当安装在柱塞套17内的位移传感器检测到柱塞到达预定位置时，液压控制系统控制停止泄油，实现方向盘收纳装置的下降。
所述的液压控制系统包含控制器、油箱、液压泵、电磁阀及相关管路，电磁阀安装在油孔19处，用于打开或关闭油孔19，液压泵、电磁阀及安装在柱塞套17内的位移传感器均与控制器连接，当需要注入液压油使升降轴15上升时，控制器打开油孔19处的电磁阀，液压泵开始工作，当安装在柱塞套17内的位移传感器检测到柱塞16到达预定位置时，控制器关闭电磁阀，液压泵停止工作。当需要排泄液压油使升降轴15下降时，控制器打开油孔19处的电磁阀，使液压油排回油箱中，当安装在柱塞套17内的位移传感器检测到柱塞16到达预定位置时，控制器关闭电磁阀。液压控制系统控制液压油进出。
图1和图2分别为本发明方向盘收缩前后的对比图。在图3中，两个齿轮8由双向电机带动，当齿轮顺时针旋转（俯视）时，可使齿条7分别在槽10内左右移动，从而展开方向盘把手4；当齿轮逆时针旋转时，可使齿条反向移动，从而收纳方向盘把手到收纳装置3内，由于B-B层把手与A-A层把手不在同一平面上，当方向盘把手展开后，在升降轴12的作用下B-B层升至与A-A同一水平面；当方向盘把手收纳时，手动将B-B层把手向下移动，使其在齿轮8作用下进入到收纳装置3内。在收纳装置上装有位移传感器来控制方向盘把手4展开、收纳位置，启动、停止电机。为了避免转向时方向盘把手4周向运动，同时保证方向盘把手4运动方向的准确性，滑块5安装在方向盘把手4下端，设置滑块5在槽11内滑动，双向电机可安装在收纳装置3里面。
通过本发明的结构：
1.车辆熄火时，可将方向盘收纳到仪表板的特定空间内，给驾驶人留出更多的空间；车辆启动后，能够手动或自动的展开到驾驶位置，便于驾驶。
2.方向盘的伸缩：采用齿轮齿条控制。将现有车型中的固定方向盘改为可伸缩式方向盘，把整体方向盘分割为几部分可以活动的部件。将方向盘设计为收纳式，可以把分割后的方向盘收起，从来节省驾驶室的空间。方向盘体里面安装齿轮齿条，齿轮通过电机驱动，分割后的方向盘与齿条固定在一起，通过齿轮的旋转来驱动方向盘的伸或缩。
3.方向盘的升降：通过方向盘升降机构的伸缩来完成，方向盘升降机构采用柱塞式液压缸控制。将整体式旋转轴分割为伸缩轴15、柱塞16和柱塞套17，通过柱塞16在柱塞套17中移动完成伸缩轴15的伸缩的动作。为避免方向盘升降机构在伸缩过程中自身的周周向运动，把伸缩轴15与柱塞套17使用花键链接。
以上结合附图对本发明的具体实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。
Claims (6)
1.一种可伸缩式汽车方向盘，其特征在于：包括方向盘伸缩机构、把手升降结构、方向盘升降机构、控制与测量系统；
所述的方向盘伸缩机构包括收纳装置（3）、方向盘把手（4）、滑块（5）、把手升降结构（6）、齿条（7）、齿轮（8）、齿轮槽（9）、齿条槽（10）、滑块槽（11）、双向电机；
收纳装置（3）分为两层，上层为A-A层，下层为B-B层，各层上分别对应加工出一个齿轮槽（9）、两个齿条槽（10）和两个滑块槽（11），两个齿轮（8）分别包括安装在A-A层、B-B层且使用同一根轴与一台双向电机连接，双向电机固定于收纳装置（3）下部锥台内部，A-A层的齿轮（8）两侧连接两个相对的齿条（7），B-B层的齿轮（8）两侧连接两个相对的齿条（7），位于A-A层的两个方向盘把手（4）分别与上端的两个齿条（7）连接，位于B-B层的两个方向盘把手（4）分别与把手升降结构（6）连接，把手升降结构（6）与下端两个齿条（7）连接在一起，在四个方向盘把手上设置了滑块（5），两个齿轮（8）分别处于A-A层、B-B层的齿轮槽（9）内，齿条（7）在齿条槽（10）内滑动，滑块（5）滑块槽（11）内滑动；
所述的把手升降结构（6）包括升降轴（12）、弹簧（13）、升降轴套（14）；升降轴套（14）与下端两个齿条（7）固定连接，弹簧（13）安装在升降轴套（14）内，升降轴（12）的下端卡在升降轴套（14）内且位于弹簧（13）上部，升降轴（12）的上端与B-B层两个方向盘把手（4）连接；
所述方向盘升降机构包括伸缩轴（15）、柱塞（16）、柱塞套（17）、弹簧（18）、油孔（19）；柱塞（16）、伸缩轴（15）与方向盘收纳装置底部固定连接，柱塞（16）位于伸缩轴（15）中心位置，柱塞套（17）与伸缩轴（15）下部连接，弹簧（18）处于柱塞（16）与柱塞套（17）之间，柱塞套（17）与汽车底盘固定连接，油孔（19）设在柱塞套（17）底部；
所述控制与测量系统包括位移传感器、双向电机控制器与液压控制系统，两个位移传感器分别安装在滑块槽（11）内、柱塞套（17）内，安装在滑块槽（11）内的位移传感器与双向电机控制器连接，安装在柱塞套（17）内的位移传感器与液压控制系统连接，双向电机控制器控制双向电机的启停与正反转控制，液压控制系统控制包括液压油通过油孔（19）的注入与排泄。
2.根据权利要求1所述的一种可伸缩式汽车方向盘，其特征在于：所述的柱塞套（17）与伸缩轴（15）通过4个花键进行连接。
3.根据权利要求1所述的一种可伸缩式汽车方向盘，其特征在于：当需要展开方向盘把手（4）时，双向电机带动两个齿轮（8）顺时针旋转，齿轮（8）带动齿条（7）在齿条槽（10）内运动，滑块（5）在滑块槽（11）内运动，方向盘把手（4）向外展开，当位于滑块槽（11）内的位移传感器检测到滑块（5）到达预定位置时，双向电机控制器控制双向电机停止运行，至此方向盘展开完毕；当需要收纳方向盘把手（4）时，双向电机带动齿轮（8）逆时针旋转，齿轮（8）带动齿条（7）在齿条槽（10）内运动，滑块（5）在滑块槽（11）内运动，方向盘把手（4）向内收纳，当位于滑块槽（11）内的位移传感器检测到滑块到达预定位置时，双向电机控制器控制双向电机停止运行，至此方向盘收纳完毕。
4.根据权利要求1所述的一种可伸缩式汽车方向盘，其特征在于：当需要展开方向盘把手（4）时，B-B层方向盘把手（4）完全展开后，弹簧（13）推动升降轴（12）上升，使B-B层把手与A-A层把手在同一水平面上，当需要收纳方向盘把手（4）时，需要手动克服弹簧（13）的弹簧力使B-B层把手下降至B-B层，从而顺利进入到收纳装置内。
5.根据权利要求1所述的一种可伸缩式汽车方向盘，其特征在于：当需要升起方向盘收纳装置时，液压油由油孔（19）进入柱塞套（17）内，克服弹簧（18）的阻力，推动柱塞（16）和伸缩轴（15）向上运动，当安装在柱塞套（17）内的位移传感器检测到柱塞（16）到达预定位置时，液压控制系统控制停止注油，实现方向盘收纳装置上升；当需要降下方向盘收纳装置时，液压油由油孔（19）泄出，伸缩轴（15）和柱塞（16）在回位弹簧（18）的作用下向下运动，当安装在柱塞套（17）内的位移传感器检测到柱塞到达预定位置时，液压控制系统控制停止泄油，实现方向盘收纳装置的下降。
6.根据权利要求1所述的一种可伸缩式汽车方向盘，其特征在于：所述的液压控制系统包含控制器、油箱、液压泵、电磁阀，电磁阀安装在油孔（19）处，用于打开或关闭油孔（19），液压泵、电磁阀及安装在柱塞套（17）内的位移传感器均与控制器连接。
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