CN207257280U - 一种用于控制全线控电动汽车的操纵杆机构 - Google Patents

Abstract

本实用新型设计了一种用于控制全线控电动汽车的操纵杆机构。该机构由滚球控制装置(1)、手柄(2)、垂向档位装置(3)、操纵杆底座(4)、平台连接杆(5)、控制圆盘(6)、多自由度平台(7)、电磁回复装置(8)组成。通过控制手柄(2)带动多自由度平台(7)实现对车辆的横向及纵向运动控制，通过滚球控制装置(1)控制线控悬架，进而控制车辆的俯仰、侧倾及对角的运动。通过垂向档位装置(3)对电磁回复装置的回复力进行调节，进而实现根据驾驶员的主观感受调节路面信息反馈的强度。本实用新型实现了对车辆俯仰和侧倾的控制，提高了车辆的行驶稳定性。通过电磁装置及相关结构设计，实现了路感反馈的模拟及调节，提升驾驶体验。

Description

一种用于控制全线控电动汽车的操纵杆机构

技术领域

本实用新型设计了一种用于控制全线控电动汽车的操纵杆机构。该机构不仅可用于控制车辆的转向、加速、制动，同时可通过顶端设置的滚球控制装置，通过主动悬架系统实现对车辆的俯仰及侧倾运动控制。通过多自由度平台及移动副处设置的电磁回复装置，实现驾驶过程中的手力反馈。

背景技术

由于线控技术取消了输入装置与执行机构之间的机械连接，可以实现对执行机构的精确控制，以实现对汽车的优化控制。因此，随着汽车技术的发展，线控技术成为汽车行业的发展趋势；同时，在城市工况下，交通拥堵现象日益严重。因此，一种体积较小，行驶灵活的四轮独立驱动/转向/制动线控电动汽车在未来有着较大的优势。这种车辆充分发挥底盘集成控制的优点，通过包括电控主动悬架在内的多种技术以提升车辆的行驶性能。该车辆的四轮转角独立且具有较大的自由度，因此可进行横行、斜行、原地转向等多种运动，在城市拥堵的空间内具有较大的灵活性。

同时，传统车辆以方向盘、加速踏板等作为输入，工作强度大，占用较大的车内空间；方向盘和转向柱等机构也会影响车辆的被动安全性受到影响。因此，采用操纵杆作为控制机构具有较大的优越性。通过设置操纵杆，可以将转向、制动、驱动等系统输入集中到一起，对于单臂特殊驾驶员来说更为方便，同时也更有利于集成控制。专利CN102582674B提出一种可控制车辆加速、转向、制动的二自由度力输出操纵杆。但是该装置未能实现驾驶过程中的力反馈控制,同时仅能实现两个自由度的控制，无法实现对线控悬架系统的控制。

实用新型内容

本实用新型设计了一种用于控制全线控电动汽车的操纵杆机构。该机构不仅可通过操纵杆手柄2控制车辆的纵向及横向的运动，同时可通过滚球控制装置1控制主动悬架系统，进而控制车辆的俯仰及侧倾运动。通过对车辆更多自由度的控制，提高了车辆的行驶稳定性及极端路面下的通过性，并增加了驾驶员的驾驶乐趣。在操纵杆的多自由度平台7移动副处设置有电磁回复装置8，通过对电磁回复力的控制，可以实现驾驶过程中转向、驱动、制动的路感模拟。同时，操纵杆设置有垂向档位控制，可以实现对电磁回复力的调节，使驾驶员可以根据自己的喜好对力反馈的大小进行设置。

该控制四轮独立转向汽车的多自由度操纵杆机构，其组成包括滚球控制装置1、操纵杆手柄2、垂向档位装置3、操纵杆底座4、平台连接杆5、控制圆盘6、多自由度平台7、电磁回复装置8、下电磁铁9、复位弹簧10、上电磁铁11、内筒12、外筒13、位移传感器14、钢球15、弹簧16。其中，操纵杆手柄2位于操纵杆底座4的上方，平台连接杆5固连操纵杆手柄2及多自由度平台7并穿过操纵杆底座4，平台连接杆5与操纵杆底座4之间可上下滑动；操纵杆底座4内部包括滑动结构及垂向档位装置3；操纵杆底座4的下表面为球面，与之配合的控制圆盘6的上表面同为球面；控制圆盘6上开有圆孔，用以穿过平台连接杆5，实现对操纵杆手柄2的约束限制；控制圆盘6可绕着中心转动。

技术方案中所述的电磁回复装置8设置在多自由度平台7的移动副处，包括内筒12、外筒13、复位弹簧10、上电磁铁11及下电磁铁9。复位弹簧10设置于内筒12处，同时上电磁铁11及下电磁铁9设置于复位弹簧10两侧。当多自由度平台7由平衡状态运动至某一位置时，复位弹簧10发生形变，提供一部分的回复力。通过对电磁铁电流的控制，可实现对其极性与磁场强度的控制。控制上电磁铁11和下电磁铁9的极性相同，此时两者相斥，其斥力提供另一部分的回复力。通过对电磁铁的磁性强度进行控制，可实现对在多自由度平台7发生移动时回复力的控制。通过控制力反馈，实现对转向、驱动及制动过程中路感的模拟。同时，在外筒13上侧设置有位移传感器14，可以测量多自由度平台7运动过程中的传动副位移，通过电子控制单元的计算，可以得到多自由度平台7的运动状态。由于操纵杆手柄2与多自由度平台7相固连，进而可得到此时操纵杆手柄2的运动状态，即为驾驶员的操纵输入。

技术方案中所述的垂向档位装置3由钢球15、弹簧16及限位槽组成，弹簧16将钢珠顶于平台连接杆5处。当操纵杆手柄2带动平台连接杆5上下移动时，钢球15卡入限位槽中，实现对操纵杆手柄2垂向移动；通过对多自由度平台7垂向的调节，可进而调节移动副处上电磁铁11及下电磁铁9二者间的距离。易知，电磁铁之间的斥力大小与二者间的距离成反比，即二者距离越远，电磁斥力越小，距离越近，电磁斥力越大。因此驾驶员可通过对垂向位移的调节使其按照个人喜好对路感反馈的强度进行调节。在这里，由于垂向的移动使三个电磁回复装置8的垂向位移相同，因此对于力反馈控制策略而言，在调节力反馈强度的大小后无需重新进行控制策略的设计。

技术方案中所述的操纵杆手柄2，可对车辆的横向及纵向运动进行控制。在车辆转向过程中，通过操纵杆移动的角度及方向控制驱动力及转向角的大小。

技术方案中所述的控制圆盘6中心设计为圆孔，穿过平台连接杆5，以限制操纵杆手柄2在运动过程中的范围；控制圆盘6上下两面均为球面，上面作为球副与操纵杆底座4配合，使操纵杆底座4与操纵杆手柄2可在其上滑动，进而带动平台连接杆5和多自由度平台7共同运动。本实用新型所述操纵杆适用于线控四轮独立转向汽车，该车可横行、斜行等多种运动；当车辆进行斜行时，为了降低操纵难度，使操纵更加简便，设置控制圆盘6可绕中心旋转，并设置相关传感器。在控制圆盘6处设置标记，控制标记所指方向即为车辆斜行的方向。

技术方案中所述的滚球控制装置1可沿多方向滚动。通过对滚球控制装置1横向滚动，实现对车辆侧倾运动的控制，提高操纵稳定性。当车辆上、下坡时，纵向滚动滚球，对车辆的俯仰方向进行控制，上坡时使重心靠前，下坡时使重心靠后，以提高车辆的纵向稳定性。由于车辆侧倾及俯仰的控制增加车辆控制的自由度，因此也增加了驾驶员的操纵难度，故本实用新型通过滚球控制装置1的形式，实现指令信号的发送，即仅给电子控制单元对俯仰或侧倾自由度控制的信号，而对于俯仰及侧倾量的控制量通过电子控制单元的计算得到。

附图说明

附图给出了一种用于控制全线控电动汽车的操纵杆机构示意图

图1是本实用新型一种用于控制全线控电动汽车的操纵杆机构的三维轴测图

图2是本实用新型一种用于控制全线控电动汽车的操纵杆机构的垂向档位装置剖视图

图3是本实用新型一种用于控制全线控电动汽车的操纵杆机构的附图2在D处的局部放大视图

图4是本实用新型一种用于控制全线控电动汽车的操纵杆机构的电磁回复装置剖视图

图5是本实用新型一种用于控制全线控电动汽车的操纵杆机构的控制电路图

具体实施方式

参照附图1所示实用新型，用于控制线控汽车的多自由度操纵杆机构。该装置由以下部分组成：滚球控制装置1、操纵杆手柄2、垂向档位装置3、操纵杆底座4、平台连接杆5、控制圆盘6、多自由度平台7、电磁回复装置8。

参照附图1所示，为控制车辆的更多自由度，本实用新型通过操纵杆机构设计实现所需功能。其中，操纵杆手柄2在操纵杆底座4的上部，连接平台连接杆5带动多自由度平台7运动。操纵杆底座4内部的滑动机构及垂向档位装置3使平台连接杆5可以上下滑动并多档调节。平台限位机构与操纵杆底部球面配合，以实现操纵杆手柄2的运动，并进行限位，以控制车辆的加速、转向、制动。本专利适用的全线控电动汽车具有主动悬架系统。因此可通过滚球控制装置1控制车辆的俯仰、侧倾运动并协调控制主动悬架系统的刚度。

参照附图2及附图3所示，垂向档位装置3为实现功能，安装有钢球15及弹簧16。弹簧16在装配后受压，将钢球15顶在平台连接杆5上。在平台连接杆5上设有限位槽，当平台连接杆5上下移动时，操纵杆手柄2与操纵杆平台4之间产生相对位移，在适当位置钢球15卡入限位槽中，实现不同档位的锁止。通过限位槽的设计，使操纵杆机构在垂向具有多挡状态，由于电磁力与电磁铁间距离相关，因此可通过这一设计时驾驶员按照个人喜好对路感反馈的强度进行调节。在转向和驱动、制动时，随着操纵杆手柄2的运动，带动操纵杆底座4在控制圆盘6上运动。控制圆盘6中心设计有圆孔，用于限制操纵杆手柄2的移动范围。滚球控制装置1则设置在操纵杆手柄2的上端，用以控制汽车的横摆及侧倾运动。

参照附图4所示，电磁回复装置安装于多自由度平台的移动副处，包括内筒12、外筒13、复位弹簧10、上电磁铁11、下电磁铁9及位移传感器14。当驾驶员对多自由度平台7施加力即输入信号后，平台发生运动，位移传感器14输入三个移动副的位移量。通过电子控制单元的计算，即可得到操纵杆的输入信号，进而对车辆进行控制。与此同时相应的复位弹簧10受压或受拉，提供部分回复力。通过对电流的控制实现上电磁铁11和下电磁铁9的极性及强度控制，进而实现对电磁力的控制，实现操纵杆的力反馈功能。

参照附图5所示，为多自由度操纵杆机构的控制电路图。作为多自由度操纵杆机构的组成部分，其中的操纵杆总成控制独立转向、驱动及制动系统，操纵杆的运动控制车辆的加速、减速及转向；滚球控制装置1控制电控主动悬架系统，滚球的横向及纵向滚动控制车辆的俯仰及侧倾运动，并由控制系统自动匹配悬架刚度。控制圆盘可在车辆停止时控制车辆的原地转向、横行、斜行等相关动作，降低驾驶员的操纵难度，操控过程更加直观。

Claims (6)

1.一种用于控制全线控电动汽车的操纵杆机构，其特征在于：其组成包括滚球控制装置(1)、手柄(2)、垂向档位装置(3)、操纵杆底座(4)、平台连接杆(5)、控制圆盘(6)、多自由度平台(7)、电磁回复装置(8)；其特征在于，手柄(2)位于操纵杆底座(4)的上方，平台连接杆(5)固连手柄(2)及多自由度平台(7)并穿过操纵杆底座(4)，平台连接杆(5)与操纵杆底座(4)之间可上下滑动；操纵杆底座(4)内部包括滑动结构及垂向档位装置(3)；操纵杆底座(4)的下表面为球面，与之配合的控制圆盘(6)的上表面同为球面；控制圆盘(6)上开有圆孔，用以穿过平台连接杆(5)，实现对手柄(2)的约束限制；控制圆盘(6)可绕着中心转动。

2.按照权利要求1所述的用于控制全线控电动汽车的操纵杆机构，其特征在于：所述电磁回复装置(8)设置在多自由度平台(7)的移动副处，由内筒(12)及外筒(13)组成，并在内筒(12)处设置有复位弹簧(10)；在复位弹簧(10)设置有上电磁铁(11)及下电磁铁(9)；当多自由度平台(7)由平衡状态运动至某一位置时，复位弹簧(10)发生形变，提供回复力；控制上电磁铁(11)和下电磁铁(9)的极性相同，此时两者相斥，通过对电磁铁的磁性强度进行控制，可实现对在多自由度平台(7)发生移动时的回复力进行控制；通过控制力反馈，实现对转向、驱动及制动过程中路感的综合模拟。

3.按照权利要求2所述的用于控制全线控电动汽车的操纵杆机构，其特征在于：所述电磁回复装置(8)上设置有传感器(14)；当操纵杆带动多自由度平台(7)运动时，移动副上的传感器(14)测量得到三个电磁回复装置(8)的位移量和力并输出到电子控制单元中，通过电子控制单元的综合计算，可以得到多自由度平台(7)的运动状态，进而得到手柄(2)的运动状态；据此对车辆的转向及驱动、制动进行控制。

4.按照权利要求1所述的用于控制全线控电动汽车的操纵杆机构，其特征在于：所述垂向档位装置(3)包括弹簧(16)、钢球(15)及限位槽，弹簧(16)将钢球(15)抵于平台连接杆(5)处；当手柄(2)带动平台连接杆(5)上下移动时，钢球(15)卡入平台连接杆(5)上相应的限位槽中，即可用以限制操纵杆底座(4)垂向移动；通过对多自由度平台(7)垂向的调节，可进而调节移动副处上电磁铁(11)及下电磁铁(9)二者间的距离；由于电磁铁之间的斥力大小与二者间的距离有关，因此驾驶员可通过对垂向的调节使其按照个人喜好对路感反馈的强度进行调节。

5.按照权利要求1所述的用于控制全线控电动汽车的操纵杆机构，其特征在于：所述滚球控制装置(1)的应用情况如下，在车辆转向过程中，通过对滚球控制装置(1)的横向滚动，实现对车辆侧倾运动的控制，提高驾驶舒适性；当车辆处于上、下坡工况时，通过对滚球控制装置(1)的纵向滚动，对车辆的俯仰方向进行控制，上坡时使重心靠前，下坡时使重心靠后，以提高车辆的纵向稳定性；由于车辆侧倾及俯仰的控制增加了驾驶员的操纵难度，本实用新型通过滚球控制装置(1)的形式，实现指令信号的发送，即仅给电子控制单元对俯仰或侧倾自由度控制的信号，而对于俯仰及侧倾量的控制量通过电子控制单元的计算得到。

6.按照权利要求1所述的用于控制全线控电动汽车的操纵杆机构，其特征在于：所述控制圆盘(6)中心设计为圆孔，穿过平台连接杆(5)，以限制手柄(2)在运动过程中的范围；控制圆盘(6)上下两面均为球面，上面作为球副与操纵杆底座(4)配合，使操纵杆底座(4)与手柄(2)可在其上滑动，进而带动平台连接杆(5)和多自由度平台(7)共同运动；本实用新型所述操纵杆适用于全线控电动汽车，当操纵杆向纵向移动时，可控制汽车的驱动及制动；当操纵杆横向移动时，可控制汽车的转向；同时，该车具有横行、斜行等多种运动模式；当车辆进行斜行时，为了降低操纵难度，使操纵更加简便，设置控制圆盘(6)可绕中心旋转，并设置相关传感器；在控制圆盘(6)处设置标记，控制标记所指方向即为车辆斜行的方向。