CN111963648A - 一种电控转向及手动转向转换结构及其转换方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种电控转向及手动转向转换结构，包括车架立管和转向立柱，转向立柱的下转向座上设有螺纹安装孔，固定安装扇形齿轮，车架立管下端焊接滑轨支撑，滑轨支撑位于扇形齿轮同侧，滑轨支撑上固装滑轨组件，滑轨组件包括光轴、与光轴滑动配合的滑块轴承和导轨安装座，滑轨组件通过导轨安装座固定安装在滑轨支撑上，光轴与导轨安装座固定连接，滑块轴承上固装有电机连接板，用于固定安装驱动电机，驱动电机安装后轴线与车架立管轴线平行，驱动电机底部固定安装有主动齿轮，主动齿轮与扇形齿轮啮合或脱离，完成电控转向及手动转向的转换，还提供一种电控转向及手动转向转换方法，通过转换结构实现电控转向和手工转向的转换，提高车辆的智能化应用。

Description

一种电控转向及手动转向转换结构及其转换方法

技术领域

本发明属于车辆转向结构技术领域，具体涉及一种电控转向及手动转向转换结构及其转换方法。

背景技术

目前，市场上两轮平衡车、三轮车(以下简称车辆)转向结构大多为手动操作转向结构，转向立柱围绕车架转向立管转动，直接带动前轮转动，或者转向立柱转动，转向拉杆带动转向节转动，来实现车辆转向功能，现有的车辆转向系统安装如图1和图2所示，将轴承座圈分别压入车架立管2上下端，将轴承挡圈压入转向立柱1的立管上，将轴承支架放入转向立柱轴承挡圈上，在车架上下轴承座圈及轴承支架处涂上适量润滑脂，将转向立柱1穿过车架立管2，放入轴承支架、轴承挡圈等，旋入并紧螺母，然后用螺栓将上连接板、转向立柱、车架连接在一起。将减震器穿过转向立柱和上连接板安装孔并紧固，将方向把管固定在上连接板上，转向立柱1通过螺栓紧固，将前减震器、上连接板、方向把管连接固定在一起，转向立柱通过上下轴承支架、轴承座圈、轴承挡圈可以在车架立管内转动，当转动方向把时，方向把带动转向立柱围绕车架立管转动，从而实现转向的功能。

但市场上现有车辆的转向结构无法满足无人驾驶车辆的转向功能，无法实现电控控制车辆转向操作。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种车辆电控转向及手动转向转换结构及其转换方法，能够解决车辆在无人驾驶状态时，通过遥控进行转向操作，在驾驶人员操作时，通过手动进行转向操作，本发明可以实现电控转向与手动转向的直接转换，结构简单，易于操作。

本发明通过如下技术方案实现：

一种电控转向及手动转向转换结构，包括车架立管和可转动的套设在车架立管内的转向立柱，所述转向立柱包括立管和下转向座，所述转向立柱的下转向座上沿周向设有螺纹安装孔，用于固定安装扇形齿轮，所述车架立管的下端固定安装滑轨支撑，所述滑轨支撑位于扇形齿轮同侧，滑轨支撑上固定安装滑轨组件，所述滑轨组件包括光轴、可滑动的与光轴配合的滑块轴承和导轨安装座，所述滑轨组件通过导轨安装座固定安装在滑轨支撑上，所述光轴与导轨安装座固定连接，所述滑块轴承上固定安装有电机连接板，用于固定安装驱动电机，所述驱动电机安装后轴线与车架立管轴线平行，驱动电机底部固定安装有主动齿轮，所述主动齿轮与扇形齿轮啮合或脱离，完成电控转向及手动转向的转换。

进一步的，所述滑轨组件设置有两个，在滑轨支撑的顶部和底部通过导轨安装座各固定一个，所述滑块轴承沿光轴径向设有锁紧手柄，所述锁紧手柄一端伸入滑块轴承内，用于固定滑块轴承在光轴上的位置。

进一步的，所述滑轨组件还包括挡圈和缓冲垫，通过螺栓固定在光轴前端，用于防止滑块轴承从光轴上脱落。

进一步的，所述扇形齿轮中心、螺纹安装孔布置中心均与转向立柱的转动中心一致。保证齿轮啮合转动时，同步带动转向立柱转动。

进一步的，所述电机连接板包括电机上连接板和电机下连接板，所述电机上连接板与固定在滑轨支撑顶部的滑块轴承固定连接，电机下连接板与固定在滑轨支撑底部的滑块轴承固定连接，所述驱动电机通过螺钉固定安装在电机上连接板和电机下连接板上。设置上连接板和下连接板，能更好的承载驱动电机重量，保证转换平稳顺畅。

进一步的，所述转向立柱的立管顶部螺纹连接有螺柱，通过螺柱将转向立柱和上连接板紧固，所述螺柱外部套设有电位控制器，所述电位控制器包括电位控制器内圈和电位控制器外圈，所述电位控制器内圈与螺柱配合并通过螺钉周向限位，防止电位控制器内圈相对于螺柱旋转，所述螺柱顶部设有螺栓和垫圈，用于对电位控制器内圈轴向限位，防止电位控制器脱落，所述电位控制器内圈随转向立柱的转动而转动，电位控制器外圈相对于整车固定不动，通过电位控制器内圈台阶面和车架支耳轴向限位，所述电位控制器用于感应转向立柱的转向角度并向整车电控系统实时反馈内外圈的相对转动角度，控制驱动电机的转动或停止。

进一步的，所述电位控制器外圈和车架支耳之间还设有固定支撑，固定支撑一端通过螺钉固定在电位控制器外圈，另一端通过螺栓与车架支耳固定连接，对电位控制器外圈轴向限位。

本发明还包括一种电控转向及手动转向转换方法，采用如前所述的转换结构进行转换，包括如下步骤：

步骤1：设定转向立柱转向初始角度，将车辆的方向把朝向车辆行驶的正前方位置，此时电位控制器内外圈相对转角为0°，由整车电控系统初始设置；

步骤2：需要电控转向功能时，向车架立管方向推动驱动电机，驱动电机带动主动齿轮、滑块轴承沿光轴滑动，使主动齿轮与扇形齿轮齿形完全啮合后，将锁紧手柄锁紧；需要手动转向功能时，将滑块轴承上的锁紧手柄松开，向车架立管反方向推动驱动电机，使主动齿轮与扇形齿轮脱离后，将锁紧手柄锁紧，车辆转向由电控转向状态转换为手工操作状态；

步骤3：当整车电控系统发出转向指令后，驱动电机接收指令并逆时针或顺时针转动，带动主动齿轮逆时针或顺时针转动，使扇形齿轮转动带动转向立柱向右或向左转动，完成电控转向；手动转向时由驾驶人员手动转向；

步骤4：当转向立柱转动后，位于转向立柱顶端的电位控制器内圈随转向立柱同步转动，电位控制器外圈相对车辆静止，此时电位控制器内外圈相对于转向前形成角度差，电位控制器将角度差值实时反馈给电控系统，判断转向是否转到预定角度，当电位控制器内外圈相对转动角度达到需要的转向角度后，电机停止转动，完成预定角度转向目的。

由于采用了上述技术方案，本发明具有如下有益效果：

1、本发明通过在转向立柱上安装扇形齿轮，在车架立管上焊接滑轨支撑，滑轨支撑上固定安装滑轨组件，滑轨组件的滑块轴承能够沿光轴前后滑动，将电机上下连接板固定安装在滑块轴承上，驱动电机安装在上下连接板上，同时将主动齿轮安装在驱动电机底部，通过滑块轴承在光轴上的滑动，使主动齿轮与扇形齿轮啮合或脱离，实现电控转向和手动转向功能转换。

2、在转向立柱顶部安装电位控制器，电位控制器由电位控制器内外圈组成，外圈相对于整车固定不动，内圈随转向立柱转动而转动，转向立柱转动后，电位控制器内外圈相对于转向前形成角度差，通过电位控制器将角度差值实时反馈给电控系统，从而判断转向是否转到预定角度。

3、车辆处于无人驾驶状态时，通过遥控进行转向操作，整车电控系统发出转向信号传递给电机，电机通过主动齿轮和扇形齿轮的啮合转动，带动转向立柱转动，从而实现电控转向的目的，当车辆转向需要人工手动转向时，将电机主动齿轮和扇形齿轮脱开，车辆转向将由电控状态转换为人工操作状态，操作方便快捷。

附图说明

图1是现有技术中车辆转向系统的主视图；

图2是图1的A向视图；

图3是本发明处于电控转向状态的结构示意图；

图4是本发明处于手动转向状态的结构示意图；

图5是本发明中转向立柱的主视图；

图6是图5的B向视图；

图7是本发明中滑轨组件的主视图；

图8是本发明中滑轨组件的左视图；

图9是本发明中电位控制器安装在转向立柱顶部的结构示意图。

附图标记

附图中，1为转向立柱，101为立管，102为下转向座，103为螺纹安装孔，2为车架立管，3为扇形齿轮，4为滑轨支撑，5为滑轨组件，501为光轴，502为滑块轴承，503为锁紧手柄，504为导轨安装座，505为挡圈，506为缓冲垫，6为电机上连接板，7为电机下连接板，8为驱动电机，9为主动齿轮，10为螺柱，11为电位控制器，1101为电位控制器内圈，1102为电位控制器外圈，12为螺栓，13为电圈，14为车架支耳，15为固定支撑。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例作进一步详细说明。

参见图3-图8，本发明的一种电控转向及手动转向转换结构的一种实施例，包括车架立管2和可转动的套设在车架立管2内的转向立柱1，所述转向立柱1包括立管101和下转向座102，所述转向立柱的下转向座102上沿周向设有螺纹安装孔103，通过螺纹安装孔103将扇形齿轮3用内六角螺钉固定在转向立柱1上，为保证扇形齿轮3转动时，同步带动转向立柱1转动，所述扇形齿轮中心、用于安装扇形齿轮3的螺纹安装孔103布置中心必须与转向立柱1的转动中心一致。

本实施例中，如图3、图4、图7、图8所示，所述车架立管2的下端焊接有滑轨支撑4，滑轨支撑4位于扇形齿轮3同侧，滑轨支撑4上通过螺栓固定安装滑轨组件5，所述滑轨组件5包括光轴501、可滑动的与光轴501配合的滑块轴承502和导轨安装座504，滑轨组件5通过导轨安装座504固定安装在滑轨支撑4上，所述光轴501通过内六角螺钉固定在导轨安装座504上，所述滑块轴承502上固定安装有电机连接板，用于固定安装驱动电机8，所述驱动电机8安装后轴线与车架立管2轴线平行，驱动电机8底部通过螺栓固定安装有主动齿轮9，主动齿轮9与扇形齿轮3啮合或脱离，完成电控转向及手动转向的转换，滑轨组件采用SBR铝托光轴重型滑轨。

本实施例中的滑轨组件5设置有两个，通过导轨安装座504用螺栓分别固定安装在滑轨支撑的顶部和底部，滑块轴承502沿光轴径向设有锁紧手柄503，所述锁紧手柄503一端伸入滑块轴承502内，滑块轴承502在光轴501上自由滑动时，可以通过锁紧手柄503固定滑块轴承502在光轴501上的位置，为避免滑块轴承502在滑动过程中，从光轴501上脱落，所述的滑轨组件上还设置有挡圈505和缓冲垫506，通过螺栓固定在光轴501前端。锁紧手柄503设置有两个，分别设置在滑块轴承的左右两边，实现可靠锁紧。

为使用大功率驱动电机，更好的承载驱动电机重量，本实施例中，电机连接板设置有电机上连接板6和电机下连接板7，电机上连接板6通过螺栓固定安装在滑轨支撑顶部的滑块轴承502上，电机下连接板7通过螺栓固定安装在滑轨支撑底部的滑块轴承502上，驱动电机8通过螺钉固定安装在电机上连接板6和电机下连接板7上，保证转向转换时，电机安装固定可靠，平稳顺畅。

如图9所示，本实施例中，所述转向立柱的立管顶部螺纹连接有螺柱10，通过螺柱10将转向立柱1和上连接板紧固，螺柱10外部套设有电位控制器11，电位控制器11由电位控制器内圈1101和电位控制器外圈1102组成，电位控制器内圈1101与螺柱10配合并通过螺钉周向限位，防止电位控制器内圈1101相对于螺柱10旋转，螺柱10顶部设有螺栓12和垫圈13，对电位控制器内圈1101轴向限位，防止电位控制器11脱落，电位控制器内圈1101随转向立柱1的转动而转动，电位控制器外圈1102相对于整车固定不动，通过电位控制器内圈台阶面和车架支耳14轴向限位，电位控制器11能够感应转向立柱的转向角度并向整车电控系统实时反馈内外圈的相对转动角度，控制驱动电机的转动或停止。

为满足不同结构尺寸的车辆转向系统，在所述电位控制器外圈1102和车架支耳14之间还可以设有固定支撑15，固定支撑15一端通过螺钉固定在电位控制器外圈1102，另一端通过螺栓与车架支耳14固定连接，对电位控制器外圈1102轴向限位。

本发明电控转向及手动转向两种状态转换方法，采用前述的转换结构进行转换，包括如下步骤：

步骤1：设定转向立柱转向初始角度，将车辆的方向把朝向车辆行驶的正前方位置，此时电位控制器内外圈相对转角为0°，由整车电控系统初始设置；

步骤2：需要电控转向功能时，使方向把处于正向前进方向，向车架立管方向推动驱动电机，驱动电机带动主动齿轮、滑块轴承沿光轴滑动，使主动齿轮与扇形齿轮齿形完全啮合后，将两边的锁紧手柄锁紧；需要手动转向功能时，将滑块轴承两边的锁紧手柄松开，向车架立管反方向推动驱动电机，使主动齿轮与扇形齿轮脱离后，将锁紧手柄锁紧，车辆转向由电控转向状态转换为手工操作状态；

步骤3：当整车电控系统发出转向指令后，驱动电机接收指令并逆时针或顺时针转动，带动主动齿轮逆时针或顺时针转动，使扇形齿轮转动带动转向立柱向右或向左转动，完成电控转向；手动转向时由驾驶人员手动转向；

步骤4：当转向立柱转动后，位于转向立柱顶端的电位控制器内圈随转向立柱同步转动，电位控制器外圈相对车辆静止，此时电位控制器内外圈相对于转向前形成一定角度差，电位控制器将角度差值实时反馈给电控系统，判断转向是否转到预定角度，当电位控制器内外圈相对转动角度达到需要的转向角度后，电机停止转动，完成预定角度转向目的。

本发明主要应用于无人驾驶车辆中，方向把转向角度由整车控制系统来控制，可通过遥控进行转向操作，整车电控系统发出转向信号传递给电机，电机通过齿轮转动，带动转向立柱转动，从而实现转向目的，当车辆转向需要手动转向时，将主动齿轮和扇形齿轮脱开，车辆转向由电控状态转换为人工操作状态，实现了人工智能在两轮车和三轮车上的应用。

最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。

Claims (8)

1.一种电控转向及手动转向转换结构，包括车架立管和可转动的套设在车架立管内的转向立柱，所述转向立柱包括立管和下转向座，其特征在于：所述转向立柱的下转向座上沿周向设有螺纹安装孔，用于固定安装扇形齿轮，所述车架立管的下端固定安装滑轨支撑，所述滑轨支撑位于扇形齿轮同侧，滑轨支撑上固定安装滑轨组件，所述滑轨组件包括光轴、可滑动的与光轴配合的滑块轴承和导轨安装座，所述滑轨组件通过导轨安装座固定安装在滑轨支撑上，所述光轴与导轨安装座固定连接，所述滑块轴承上固定安装有电机连接板，用于固定安装驱动电机，所述驱动电机安装后轴线与车架立管轴线平行，驱动电机底部固定安装有主动齿轮，所述主动齿轮与扇形齿轮啮合或脱离，完成电控转向及手动转向的转换。

2.根据权利要求1所述的一种电控转向及手动转向转换结构，其特征在于：所述滑轨组件设置有两个，在滑轨支撑的顶部和底部通过导轨安装座各固定一个，所述滑块轴承沿光轴径向设有锁紧手柄，所述锁紧手柄一端伸入滑块轴承内，用于固定滑块轴承在光轴上的位置。

3.根据权利要求1或2所述的一种电控转向及手动转向转换结构，其特征在于：所述滑轨组件还包括挡圈和缓冲垫，通过螺栓固定在光轴前端，用于防止滑块轴承从光轴上脱落。

4.根据权利要求1所述的一种电控转向及手动转向转换结构，其特征在于：所述扇形齿轮中心、螺纹安装孔布置中心均与转向立柱的转动中心一致。

5.根据权利要求2所述的一种电控转向及手动转向转换结构，其特征在于：所述电机连接板包括电机上连接板和电机下连接板，所述电机上连接板与固定在滑轨支撑顶部的滑块轴承固定连接，电机下连接板与固定在滑轨支撑底部的滑块轴承固定连接，所述驱动电机通过螺钉固定安装在电机上连接板和电机下连接板上。

6.根据权利要求1所述的一种电控转向及手动转向转换结构，其特征在于：所述转向立柱的立管顶部螺纹连接有螺柱，通过螺柱将转向立柱和上连接板紧固，所述螺柱外部套设有电位控制器，所述电位控制器包括电位控制器内圈和电位控制器外圈，所述电位控制器内圈与螺柱配合并通过螺钉周向限位，防止电位控制器内圈相对于螺柱旋转，所述螺柱顶部设有螺栓和垫圈，用于对电位控制器内圈轴向限位，防止电位控制器脱落，所述电位控制器内圈随转向立柱的转动而转动，电位控制器外圈相对于整车固定不动，通过电位控制器内圈台阶面和车架支耳轴向限位，所述电位控制器用于感应转向立柱的转向角度并向整车电控系统实时反馈内外圈的相对转动角度，控制驱动电机的转动或停止。

7.根据权利要求6所述的一种电控转向及手动转向转换结构，其特征在于：所述电位控制器外圈和车架支耳之间还设有固定支撑，固定支撑一端通过螺钉固定在电位控制器外圈，另一端通过螺栓与车架支耳固定连接，对电位控制器外圈轴向限位。

8.一种电控转向及手动转向转换方法，采用如权利要求1-7任一所述的转换结构进行转换，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：设定转向立柱转向初始角度，将车辆的方向把朝向车辆行驶的正前方位置，此时电位控制器内外圈相对转角为0°，由整车电控系统初始设置；

步骤2：需要电控转向功能时，向车架立管方向推动驱动电机，驱动电机带动主动齿轮、滑块轴承沿光轴滑动，使主动齿轮与扇形齿轮齿形完全啮合后，将锁紧手柄锁紧；需要手动转向功能时，将滑块轴承上的锁紧手柄松开，向车架立管反方向推动驱动电机，使主动齿轮与扇形齿轮脱离后，将锁紧手柄锁紧，车辆转向由电控转向状态转换为手工操作状态；

步骤3：当整车电控系统发出转向指令后，驱动电机接收指令并逆时针或顺时针转动，带动主动齿轮逆时针或顺时针转动，使扇形齿轮转动带动转向立柱向右或向左转动，完成电控转向；手动转向时由驾驶人员手动转向；

步骤4：当转向立柱转动后，位于转向立柱顶端的电位控制器内圈随转向立柱同步转动，电位控制器外圈相对车辆静止，此时电位控制器内外圈相对于转向前形成角度差，电位控制器将角度差值实时反馈给电控系统，判断转向是否转到预定角度，当电位控制器内外圈相对转动角度达到需要的转向角度后，电机停止转动，完成预定角度转向目的。

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