CN109334762A - 一种线性转向的系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种线性转向的系统及方法，该系统包括单片机、方向盘、多个线性电阻器以及两个分别与单片机相连接的信号采集触点；所述方向盘包括同心的内圈和外圈，内圈固定，外圈环绕着内圈设置在内圈外侧，且外圈能够环绕内圈转动；两个信号采集触点均固定在方向盘内圈上。本发明不需要通过信号传感器、分压电路等复杂的电子电气信号处理，两个信号采集触点将采集到的电压信号发送给单片机，单片机将两个信号采集触点采集到电压信息转换成转向角度信息，通过CAN总线把转向角度信息实时发送给转向执行器，转向执行器执行相应的转向操作，减少了信号误差，具有信号采集速度快、准确度高、灵敏度高等优点，安全性高。

Description

一种线性转向的系统及方法

技术领域

本发明属于车辆工程技术领域，具体涉及一种线性转向的系统及方法。

背景技术

随着人们生活水平的提高，汽车已经成为人们日常生活的重要交通工具。汽车的应用越来越普及，汽车的安全问题也越来越受到人们的重视，汽车的安全性能成为衡量汽车整体性能的一个重要标准和参考指标。汽车转向系统的性能及其相应的转向方式直接影响汽车的操纵稳定性，其在车辆的安全行驶、减少交通事故、保护驾驶员的人身安全、改善驾驶员的工作条件等方面起着重要的作用。现有技术的汽车转向方式响应速度慢，灵敏度不高，准确度低，导致汽车安全性差，不能满足实际应用的需要。

发明内容

针对上述现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种可避免出现上述技术缺陷的线性转向的系统及方法。

为了实现上述发明目的，本发明提供的技术方案如下：

一种线性转向的系统，包括单片机、方向盘、多个线性电阻器以及两个分别与单片机相连接的信号采集触点；所述方向盘包括同心的内圈和外圈，内圈固定，外圈环绕着内圈设置在内圈外侧，且外圈能够环绕内圈转动；两个信号采集触点均固定在方向盘内圈上。

进一步地，外圈与内圈之间通过滑轨装置设置在一起。

进一步地，方向盘外圈的内侧的左半侧和右半侧分别安装一个半圆形的线性电阻器；每个线性电阻器的两端接通有电压，且两个线性电阻器的电压方向相反；两个信号采集触点固定在内圈上，分别为内触点和外触点，内触点和外触点分别与左侧线性电阻器和右侧线性电阻器相接触；左侧线性电阻器的半径小于右侧线性电阻器的半径。

一种线性转向的方法，采用所述的线性转向的系统，包括：在初始状态，内触点和外触点分别与左线性电阻器的电压0V点和右线性电阻器的0V点相接触；内触点只与左侧线性电阻器相接触，外触点只与右侧线性电阻器相接触；当外圈转动时，两个线性电阻器随之转动，两个信号采集触点与两个线性电阻器的接触点的相对位置随之改变，两个信号采集触点将采集到的电压信号发送给单片机，单片机将两个信号采集触点采集到电压信息转换成转向角度信息，通过CAN总线把转向角度信息实时发送给转向执行器，转向执行器执行相应的转向操作。

进一步地，转向和回位方向识别：转向时，单片机采集到的电压值增大，转换成转向角度的增加；回位时，单片机采集到的电压值减小，转换成转向角度的减小。

进一步地，所述方向盘外圈的内侧安装了8个相同规格的线性电阻器，分别为沿顺时针方向依次排列的第一电阻器、第二电阻器、第三电阻器、第四电阻器、第五电阻器、第六电阻器、第七电阻器和第八电阻器，第一电阻器、第二电阻器、第三电阻器和第四电阻器安装在外圈左侧，第五电阻器、第六电阻器、第七电阻器和第八电阻器安装在外圈右侧；每个线性电阻器均接通电压；外圈左侧的四个线性电阻器和外圈右侧的四个线性电阻器的电压正负极方向是相反的；第一电阻器、第三电阻器、第五电阻器和第七电阻器所在的圆的直径小于第二电阻器、第四电阻器、第六电阻器和第八电阻器所在的圆的直径。

一种线性转向的方法，采用所述的线性转向的系统，方向盘外圈转动时，两个信号采集触点与线性电阻器产生相对移动时，第一信号采集触点只能接触到第一电阻器、第三电阻器、第五电阻器和第七电阻器，第二信号采集触点只能接触到第二电阻器、第四电阻器、第六电阻器和第八电阻器，单片机通过信号采集触点采集电平信号，单片机将电平信号转换成转向角度信息，通过CAN总线发送给转向执行器，转向执行器根据转向角度信息执行转向操作。

进一步地，所述方法包括：

左转向时，逆时针方向转动外圈，第一信号采集触点接触到第一电阻器；

外圈继续逆时针转动，第二信号采集触点接触到第二电阻器；

外圈继续逆时针转动，第一信号采集触点接触到第三电阻器；

外圈继续逆时针转动，第二信号采集触点接触到第四电阻器；

左转向回位时，顺时针转动外圈，第二信号采集触点接触到第四电阻器；

外圈继续顺时针转动，第一信号采集触点接触到第三电阻器；

外圈继续顺时针转动，第二信号采集触点接触到第二电阻器；

外圈继续顺时针转动，第一信号采集触点接触到第一电阻器；

右转向时，顺时针转动外圈，第二信号采集触点接触到第五线性电阻器；

外圈继续逆时针转动，第一信号采集触点接触到第六电阻器；

外圈继续逆时针转动，第二信号采集触点接触到第七电阻器；

外圈继续逆时针转动，第一信号采集触点接触到第八电阻器；

右转向回位时，顺时针转动外圈，第一信号采集触点接触到第八电阻器；

外圈继续顺时针转动，第二信号采集触点接触到第七电阻器；

外圈继续顺时针转动，第一信号采集触点接触到第六电阻器；

外圈继续顺时针转动，第二信号采集触点接触到第五电阻器；

第一信号采集触点和第二信号采集触点采集到的电压信息发送到单片机，单片机将电压信息转换成转向角度信息，通过CAN总线把转向角度信息实时发送给转向执行器，转向执行器执行相应的转向操作；

转向和回位方向识别：转向时，单片机采集到的电压值增大，转换成转向角度的增加；回位时，单片机采集到的电压值减小，转换成转向角度的减小。

本发明提供的线性转向的系统及方法，不需要通过信号传感器、分压电路等复杂的电子电气信号处理，单片机通过信号采集触点直接采集线性电阻器的电压值，减少了信号误差，具有信号采集速度快、准确度高、灵敏度高等优点；方向盘外圈安装了数个相同规格的线性电阻器，每一个线性电阻器接通5V电压，每一个线性电阻上的线性电压对应不同的角度范围，具有信号采集分别率高、精度高等优点，对比传统的转向系统及方法，具有响应速度快、灵敏度高、准确度高、精度高等优点，安全性、经济性大大提高，可以很好地满足实际应用的需要。

附图说明

图1为实施例1的线性转向的系统的8个线性电阻器的排列方式示意图；

图2为实施例2的线性转向的系统的两个线性电阻器的排列方式示意图；

图中，1-第一线性电阻器，2-第二线性电阻器，3-第三线性电阻器，4-第四线性电阻器，5-第五线性电阻器，6-第六线性电阻器，7-第七线性电阻器，8-第八线性电阻器，9-第一信号采集触点，10-第二信号采集触点，11-左侧线性电阻器，12-右侧线性电阻器，13-内触点，14-外触点。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

一种线性转向的系统，包括单片机、方向盘、多个线性电阻器和两个信号采集触点；所述方向盘包括同心的内圈和外圈，方向盘内圈固定不能转动或移动，外圈环绕着内圈设置在内圈外侧，且方向盘外圈能够环绕内圈转动，外圈与内圈之间通过滑轨装置设置在一起。

如图1所示，方向盘外圈的内侧安装了多个相同规格的线性电阻器，优选地，总共8个线性电阻器，分别为沿顺时针方向依次排列的第一线性电阻器1、第二线性电阻器2、第三线性电阻器3、第四线性电阻器4、第五线性电阻器5、第六线性电阻器6、第七线性电阻器7和第八线性电阻器8，左右对称安装，左右两边各安装4个，第一线性电阻器1、第二线性电阻器2、第三线性电阻器3和第四线性电阻器4安装在外圈左侧，第五线性电阻器5、第六线性电阻器6、第七线性电阻器7和第八线性电阻器8安装在外圈右侧；每一个线性电阻器接通5V电压，每一个线性电阻器上的线性电压对应不同的角度范围，分辨率高，精度高；外圈左侧的四个线性电阻器和外圈右侧的四个线性电阻器的电压正负极方向是相反的。

第一线性电阻器1、第三线性电阻器3、第五线性电阻器5和第七线性电阻器7所在的圆的直径小于第二线性电阻器2、第四线性电阻器4、第六线性电阻器6和第八线性电阻器8所在的圆的直径，即第一线性电阻器1、第三线性电阻器3、第五线性电阻器5和第七线性电阻器7比第二线性电阻器2、第四线性电阻器4、第六线性电阻器6和第八线性电阻器8更靠近内圈。

信号采集触点有两个，分别为第一信号采集触点9和第二信号采集触点10，两个信号采集触点均与所述单片机相连接；两个信号采集触点固定安装在方向盘内圈上的0刻度位置。

车辆在行驶过程中，方向盘外圈转动时，两个信号采集触点与线性电阻器产生相对移动时，第一信号采集触点9能接触到的只有第一线性电阻器1、第三线性电阻器3、第五线性电阻器5和第七线性电阻器7，第二信号采集触点10能接触到的只有第二线性电阻器2、第四线性电阻器4、第六线性电阻器6和第八线性电阻器8，单片机通过信号采集触点采集电平信号，单片机将电平信号转换成转向角度信息，通过CAN总线发送给转向执行器，转向执行器根据转向角度信息执行转向操作。

一种线性转向的方法，包括：

初始的时候，第一线性电阻器1的0V点和第八线性电阻器8的0V点都在内圈的0刻度位置，单片机通过第一信号采集触点9和第二信号采集触点10采集到的电压都为0V，左转向角度和右转向角度都为0°，转向执行器不执行转向操作；

左转向时，逆时针方向转动方向盘外圈，第一信号采集触点9接触到线性电阻器1，单片机通过第一信号采集触点9采集电压值，单片机将电压信息转换成转向角度信息，通过CAN总线把转向角度信息实时发送给转向执行器，转向执行器执行相应的转向操作；

方向盘外圈继续逆时针转动，第二信号采集触点10接触到第二线性电阻器2，单片机通过第二信号采集触点10采集到电压值，单片机将电压信息转换成转向角度信息，通过CAN总线把转向角度信息实时发送给转向执行器，转向执行器执行相应的转向操作；

方向盘外圈继续逆时针方向转动，第一信号采集触点9接触到第三线性电阻器3，单片机通过第一信号采集触点9采集到电压值，单片机将电压信息转换成转向角度信息，通过CAN总线把转向角度信息实时发送给转向执行器，转向执行器执行相应的转向操作；

方向盘外圈继续逆时针方向转动，第二信号采集触点10接触到第四线性电阻器4，单片机通过第二信号采集触点10采集到电压值，单片机将电压信息转换成转向角度信息，通过CAN总线把转向角度信息实时发送给转向执行器，转向执行器执行相应的转向操作；

左转向回位时，顺时针方向转动方向盘外圈，第二信号采集触点10接触到第四线性电阻器4，单片机通过第二信号采集触点10采集到电压值，单片机将电压信息转换成转向角度信息，通过CAN总线把转向角度信息实时发送给转向执行器，转向执行器执行相应的转向操作；

方向盘外圈继续顺时针方向转动，第一信号采集触点9接触到第三线性电阻器3，当单片机通过第二信号采集触点10采集到电压值为0V时，单片机将第一信号采集触点9采集到电压信息转换成转向角度信息，通过CAN总线把转向角度信息实时发送给转向执行器，转向执行器执行相应的转向操作；

方向盘外圈继续顺时针方向转动，第二信号采集触点10接触到第二线性电阻器2，当单片机通过第一信号采集触点9采集到电压值为0V时，单片机将第二信号采集触点10采集到电压信息转换成转向角度信息，通过CAN总线把转向角度信息实时发送给转向执行器，转向执行器执行相应的转向操作；

方向盘外圈继续顺时针方向转动，第一信号采集触点9接触到第一线性电阻器1，当单片机通过第二信号采集触点10采集到电压值为0V时，单片机将第一信号采集触点9采集到电压信息转换成转向角度信息，通过CAN总线把转向角度信息实时发送给转向执行器，转向执行器执行相应的转向操作；

方向盘外圈回位到初始位置的时候，第一线性电阻器1的0V点和第八线性电阻器8的0V点都在内圈的0刻度位置，单片机通过第一信号采集触点9和第二信号采集触点10采集到的电压都为0V，左转向角度和右转向角度都为0°，转向执行器不执行转向操作；

右转向时，顺时针方向转动方向盘外圈，第二信号采集触点10接触到第五线性电阻器5，单片机通过第二信号采集触点10采集到的电压值，单片机将电压信息转换成转向角度信息，通过CAN总线把转向角度信息实时发送给转向执行器，转向执行器执行相应的转向操作；

方向盘外圈继续沿逆时针方向转动，第一信号采集触点9接触到第六线性电阻器6，单片机通过第一信号采集触点9采集到电压值，单片机将电压信息转换成转向角度信息，通过CAN总线把转向角度信息实时发送给转向执行器，转向执行器执行相应的转向操作；

方向盘外圈继续沿逆时针方向转动，第二信号采集触点10接触到第七线性电阻器7，单片机通过第二信号采集触点10采集到电压值，单片机将电压信息转换成转向角度信息，通过CAN总线把转向角度信息实时发送给转向执行器，转向执行器执行相应的转向操作；

方向盘外圈继续沿逆时针方向转动，第一信号采集触点9接触到第八线性电阻器8，单片机通过第一信号采集触点9采集到电压值，单片机将电压信息转换成转向角度信息，通过CAN总线把转向角度信息实时发送给转向执行器，转向执行器执行相应的转向操作；

右转向回位时，沿顺时针方向转动方向盘外圈，第一信号采集触点9接触到第八线性电阻器8，单片机通过第一信号采集触点9采集到电压值，单片机将电压信息转换成转向角度信息，通过CAN总线把转向角度信息实时发送给转向执行器，转向执行器执行相应的转向操作；

方向盘外圈继续沿顺时针方向转动，第二信号采集触点10接触到第七线性电阻器7，当单片机通过第一信号采集触点9采集到电压值0V时，单片机将第二信号采集触点10采集到电压信息转换成转向角度信息，通过CAN总线把转向角度信息实时发送给转向执行器，转向执行器执行相应的转向操作；

方向盘外圈继续沿顺时针方向转动，第一信号采集触点9接触到第六线性电阻器6，当单片机通过第二信号采集触点10采集到电压值0V时，单片机将第一信号采集触点9采集到电压信息转换成转向角度信息，通过CAN总线把转向角度信息实时发送给转向执行器，转向执行器执行相应的转向操作；

方向盘外圈继续沿顺时针方向转动，第二信号采集触点10接触到第五线性电阻器5，当单片机通过第一信号采集触点9采集到电压值0V时，单片机将第二信号采集触点10采集到电压信息转换成转向角度信息，通过CAN总线把转向角度信息实时发送给转向执行器，转向执行器执行相应的转向操作；

方向盘外圈回位到初始位置时，单片机通过第一信号采集触点9和第二信号采集触点10采集到的电压都为0V，左转向角度和右转向角度都为0°，转向执行器不执行转向操作。

转向和回位方向识别：转向时，单片机采集到的电压值增大，转换成转向角度的增加；回位时，单片机采集到的电压值减小，转换成转向角度的减小。

实施例2

一种线性转向的系统，包括单片机、方向盘、两个信号采集触点和两个线性电阻器；所述方向盘包括同心的内圈和外圈，方向盘内圈固定不能转动或移动，外圈环绕着内圈设置在内圈外侧，且方向盘外圈能够环绕内圈转动，外圈与内圈之间通过滑轨装置设置在一起。两个线性电阻器为半圆形，分别安装在方向盘外圈的内侧的左半侧和右半侧，分别称之为左侧线性电阻器11和右侧线性电阻器12，每个线性电阻器的两端均接通有5V电压，且两个线性电阻器的电压方向相反。两个信号采集触点分别与单片机相连接，两个信号采集触点固定在内圈上，分别称之为内触点13和外触点14。左侧线性电阻器11的半径小于右侧线性电阻器12的半径，即左侧线性电阻器11比右侧线性电阻器12更靠近内圈。

在初始状态，内触点13和外触点14分别与左线性电阻器的电压0V点和右线性电阻器的0V点相接触。内触点13只能与左侧线性电阻器11相接触，外触点14只能与右侧线性电阻器12相接触。当外圈转动时，两个线性电阻器随之转动，两个信号采集触点与两个线性电阻器的接触点的相对位置随之改变，两个信号采集触点将采集到的电压信号发送给单片机，单片机将两个信号采集触点采集到电压信息转换成转向角度信息，通过CAN总线把转向角度信息实时发送给转向执行器，转向执行器执行相应的转向操作。转向和回位方向识别：转向时，单片机采集到的电压值增大，转换成转向角度的增加；回位时，单片机采集到的电压值减小，转换成转向角度的减小。

本发明的技术方案不需要通过信号传感器、分压电路等复杂的电子电气信号处理，单片机通过信号采集触点直接采集线性电阻器的电压值，减少了信号误差，具有信号采集速度快、准确度高、灵敏度高等优点；方向盘外圈安装了数个相同规格的线性电阻器，每一个线性电阻器接通5V电压，每一个线性电阻上的线性电压对应不同的角度范围，具有信号采集分别率高、精度高等优点，对比传统的转向系统及方法，具有响应速度快、灵敏度高、准确度高、精度高等优点，安全性、经济性大大提高。

以上所述实施例仅表达了本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种线性转向的系统，其特征在于，包括单片机、方向盘、多个线性电阻器以及两个分别与单片机相连接的信号采集触点；所述方向盘包括同心的内圈和外圈，内圈固定，外圈环绕着内圈设置在内圈外侧，且外圈能够环绕内圈转动；两个信号采集触点均固定在方向盘内圈上。

2.根据权利要求1所述的线性转向的系统，其特征在于，外圈与内圈之间通过滑轨装置设置在一起。

3.根据权利要求1-2所述的线性转向的系统，其特征在于，方向盘外圈的内侧的左半侧和右半侧分别安装一个半圆形的线性电阻器；每个线性电阻器的两端接通有电压，且两个线性电阻器的电压方向相反；两个信号采集触点固定在内圈上，分别为内触点和外触点，内触点和外触点分别与左侧线性电阻器和右侧线性电阻器相接触；左侧线性电阻器的半径小于右侧线性电阻器的半径。

4.根据权利要求1-3所述的线性转向的系统，其特征在于，所述方向盘外圈的内侧安装了8个相同规格的线性电阻器，分别为沿顺时针方向依次排列的第一电阻器、第二电阻器、第三电阻器、第四电阻器、第五电阻器、第六电阻器、第七电阻器和第八电阻器，第一电阻器、第二电阻器、第三电阻器和第四电阻器安装在外圈左侧，第五电阻器、第六电阻器、第七电阻器和第八电阻器安装在外圈右侧；每个线性电阻器均接通电压；外圈左侧的四个线性电阻器和外圈右侧的四个线性电阻器的电压正负极方向是相反的；第一电阻器、第三电阻器、第五电阻器和第七电阻器所在的圆的直径小于第二电阻器、第四电阻器、第六电阻器和第八电阻器所在的圆的直径。

5.一种线性转向的方法，其特征在于，采用权利要求3所述的线性转向的系统。

6.根据权利要求1-5所述的线性转向的方法，其特征在于，包括：在初始状态，内触点和外触点分别与左线性电阻器的电压0V点和右线性电阻器的0V点相接触；内触点只与左侧线性电阻器相接触，外触点只与右侧线性电阻器相接触；当外圈转动时，两个线性电阻器随之转动，两个信号采集触点与两个线性电阻器的接触点的相对位置随之改变，两个信号采集触点将采集到的电压信号发送给单片机，单片机将两个信号采集触点采集到电压信息转换成转向角度信息，通过CAN总线把转向角度信息实时发送给转向执行器，转向执行器执行相应的转向操作。

7.根据权利要求1-5所述的线性转向的方法，其特征在于，转向和回位方向识别：转向时，单片机采集到的电压值增大，转换成转向角度的增加；回位时，单片机采集到的电压值减小，转换成转向角度的减小。

8.一种线性转向的方法，其特征在于，采用权利要求4所述的线性转向的系统。

9.根据权利要求1-8所述的线性转向的方法，其特征在于，方向盘外圈转动时，两个信号采集触点与线性电阻器产生相对移动时，第一信号采集触点只能接触到第一电阻器、第三电阻器、第五电阻器和第七电阻器，第二信号采集触点只能接触到第二电阻器、第四电阻器、第六电阻器和第八电阻器，单片机通过信号采集触点采集电平信号，单片机将电平信号转换成转向角度信息，通过CAN总线发送给转向执行器，转向执行器根据转向角度信息执行转向操作。

10.根据权利要求1-9所述的线性转向的方法，其特征在于，所述方法包括：

左转向时，逆时针方向转动外圈，第一信号采集触点接触到第一电阻器；

外圈继续逆时针转动，第二信号采集触点接触到第二电阻器；

外圈继续逆时针转动，第一信号采集触点接触到第三电阻器；

外圈继续逆时针转动，第二信号采集触点接触到第四电阻器；

左转向回位时，顺时针转动外圈，第二信号采集触点接触到第四电阻器；

外圈继续顺时针转动，第一信号采集触点接触到第三电阻器；

外圈继续顺时针转动，第二信号采集触点接触到第二电阻器；

外圈继续顺时针转动，第一信号采集触点接触到第一电阻器；

右转向时，顺时针转动外圈，第二信号采集触点接触到第五线性电阻器；

外圈继续逆时针转动，第一信号采集触点接触到第六电阻器；

外圈继续逆时针转动，第二信号采集触点接触到第七电阻器；

外圈继续逆时针转动，第一信号采集触点接触到第八电阻器；

右转向回位时，顺时针转动外圈，第一信号采集触点接触到第八电阻器；

外圈继续顺时针转动，第二信号采集触点接触到第七电阻器；

外圈继续顺时针转动，第一信号采集触点接触到第六电阻器；

外圈继续顺时针转动，第二信号采集触点接触到第五电阻器；

第一信号采集触点和第二信号采集触点采集到的电压信息发送到单片机，单片机将电压信息转换成转向角度信息，通过CAN总线把转向角度信息实时发送给转向执行器，转向执行器执行相应的转向操作；

转向和回位方向识别：转向时，单片机采集到的电压值增大，转换成转向角度的增加；回位时，单片机采集到的电压值减小，转换成转向角度的减小。