CN207292117U - 一种车辆的转向系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种车辆的转向系统，包括转向控制装置，包括：转台，与步进电机的输出端连接，以绕自身中心转动；方向盘，固定在所述转台上表面，且所述方向盘与所述转台同轴；转向轴，一端与所述方向盘的中心固定连接，所述转向轴的轴线与所述方向盘所在的平面垂直。本实用新型通过对车辆的转向控制装置进行设计，将车辆的方向盘与转台固定在一起，且车辆的转向轴与方向盘固定，由电机驱动转台带动方向盘，方向盘带动转向轴进行同步转动，进而使得车轮发生偏转，完成车辆的自动转向操作。本实用新型的改进成本较低，各机械结构可移植性较强，便于直接在车辆上装卸使用。

Description

一种车辆的转向系统

技术领域

本实用新型涉及自动驾驶技术领域，更具体地，涉及一种车辆的转向系统。

背景技术

在车辆作业过程中，驾驶员长久的作业容易产生疲劳，从而导致作业质量不高，效率偏低，影响驾驶安全性。精准定位和稳定控制是实现车辆自动导航的关键，随着全球定位系统、伽利略卫星系统、伽利略卫星系统和北斗卫星系统的逐步完善，车辆自动导航技术已成为研究重点。

目前，我国生产的农用车辆，大多都缺少自动导航配套设施或接口，并不具备自动导航功能。方向盘转动控制部分作为自动导航车辆的执行机构，起着十分关键的作用，决定着导航系统转向控制的精度与响应速度。因此，有必要对现有的农用车辆进行方向盘转向控制的改装，实现导航过程中的自动转向控制。现有技术中，车辆自动驾驶转向控制方式主要分为液压控制与齿轮控制两种，但是上述两种方法的成本和集成度较高，可移植性较差，安装较为困难。

发明内容

本实用新型提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的车辆的转向系统。

根据本实用新型的一个方面，提供一种车辆的转向系统，包括转向控制装置，包括：

转台，与步进电机的输出端连接，以绕自身中心转动；

方向盘，固定在所述转台上表面，且所述方向盘与所述转台同轴；

转向轴，一端与所述方向盘的中心固定连接，所述转向轴的轴线与所述方向盘所在的平面垂直。

优选地，所述转向控制装置还包括：

第一壳体，呈圆筒状，所述第一壳体套设在所述转向轴的外部，以使所述转向轴与水平面呈固定夹角；

第二壳体，套设在所述第一壳体的上部且所述第二壳体的顶部与所述第一壳体的顶部位于同一平面上，所述第二壳体具有容纳所述步进电机的第一容纳空间以及容纳所述转台的第二容纳空间。

优选地，所述转向控制装置还包括：

卡箍，紧固在所述第二壳体的下端，以支承所述第二壳体；

多个紧定螺钉，均匀穿设在所述第二壳体的第二容纳空间的下方并与所述第一壳体连接，以承托所述第二壳体。

优选地，所述转向控制装置还包括：

下托盘，夹设在所述转台与所述方向盘之间，所述转台的上表面上设有多个第一螺孔，所述下托盘上设有多个与所述第一螺孔数量一致且位置对应的第二螺孔；

上托盘，与所述方向盘的上表面相接触，所述上托盘上设有多个与所述第二螺孔数量一致且位置对应的第三螺孔，所述第一螺孔、第二螺孔和第三螺孔之间通过内六角螺钉连接。

优选地，其特征在于，还包括：

PLC控制器，与所述步进电机电气连接；

转向角检测装置，与PLC控制器电气连接，以反馈车辆转向时的角度。

优选地，车辆前轮的转向节处设置法兰盘，其特征在于，所述转向角检测装置，包括：

右摆臂，一端通过多个螺钉固定在所述法兰盘上，所述多个螺钉构成分别正多边形的各个顶点，且所述正多边形的中心处作为平行四边形的第一端点；

连杆，一端与所述右摆臂的另一端连接，所述连杆与所述右摆臂的接触点作为所述平行四边形的第二端点，所述第一端点与第二端点的连线与车辆前轮的行驶方向平行；

左摆臂，一端与所述连杆的另一端连接，所述左摆臂与所述连杆的接触点作为所述平行四边形的第三端点；

角度传感器，与所述PLC控制器电气连接，所述角度传感器固定在所述车辆前桥上，所述角度传感器设置与车辆底盘垂直的转轴，所述转轴与所述左摆臂的另一端固连且垂直于所述左摆臂，所述左摆臂和所述转轴的接触点为所述平行四边形的第四端点。

本实用新型提供的一种车辆的转向系统，通过对车辆的转向控制装置进行改造，将车辆的方向盘与转台固定在一起，并将转向轴与方向盘固连，由电机驱动转台带动方向盘，方向盘再带动转向轴进行同步转动。方向盘通过转向轴将力输出到转向传动机构，使得车轮发生偏转，完成车辆的自动转向操作。本实用新型的改造成本较低，各机械结构可移植性较强，便于装卸。

附图说明

图1为本实用新型实施例中转向控制装置的结构示意图；

图2为本实用新型实施例中转向角检测装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

本发明实施例提供一种车辆的转向系统，包括转向控制装置，包括：转台，与步进电机的输出端连接，以绕自身中心转动；方向盘，固定在所述转台上表面，且所述方向盘与所述转台同轴；转向轴，一端与所述方向盘的中心固定连接，所述转向轴的轴线与所述方向盘所在的平面垂直。

具体地，本实用新型通过将车辆的方向盘与转台的上表面进行同轴固连，且将车辆的转向轴的一端与方向盘的中心进行固定连接，使得转向轴的轴线穿过转台与方向盘的中心，且使转向轴的轴线垂直于方向盘所在的平面。需要说明的是，方向盘与转向轴的连接方式是固有设计。当转台被电机驱动绕其中心旋转时，方向盘同转台一起绕转台中心旋转，使得方向盘带动转向轴一并绕转向轴的轴线旋转，且三者在相同时间内转过的角度一致。转向轴将来自于方向盘的转向力矩和转向角进行适当的减速增矩变换，输出给转向传动机构，转向传动机构再将转向轴输出的力和运动传到车辆前桥两侧的转向节，使得前桥两侧的转向轮随转向轴的转动一同进行偏转，实现车辆的自动转向操作。需要说明的是，相同时间内转向轮的偏转角度要远小于转向轴转过的角度。

此外，当步进电机断电时，可直接通过转动方向盘，带动转向轴绕轴线旋转，实现手动转向操作。

本实用新型通过对车辆的转向控制装置进行设计，将车辆的转向轴与转台通过方向盘套接固定在一起，由电机驱动转台带动方向盘，再通过方向盘带动转向轴进行同步转动，方向盘通过转向轴将力输出到转向传动机构，使得车轮发生偏转，完成车辆的自动转向操作。本实用新型降低了改造成本，各机械结构可移植性较强，便于装卸。

基于上述实施例，所述转向控制装置还包括：第一壳体，呈圆筒状，所述第一壳体套设在所述转向轴的外部，以使所述转向轴与水平面呈固定夹角；第二壳体，套设在所述第一壳体的上部且所述第二壳体的顶部与所述第一壳体的顶部位于同一平面上，所述第二壳体具有容纳所述步进电机的第一容纳空间以及容纳所述转台的第二容纳空间。

具体地，图1为本实用新型实施例中转向控制装置的结构示意图，如图1所示，在转向轴的外部套设有圆筒状的第一壳体8，使得转向轴与水平面呈一固定夹角，使得转向轴的轴线始终垂直于转台4所在的平面。在第一壳体8的上部，还套设有一个第二壳体5，该第二壳体5的顶部与第一壳体8的顶部位于同一平面上，且在第二壳体5的顶部设置有一个容纳空间，用于放置转台4，转向轴能穿过第二壳体5与该转台4上方的方向盘的中心固定连接。在第二壳体5的侧下方，还设置有一个容纳空间，用于放置步进电机，且步进电机的输出端与转台4连接，将步进电机与转台4都容纳进第二壳体5中，节约了结构空间，使设计更精简，方便装卸使用。

基于上述实施例，所述转向控制装置还包括：卡箍7，紧固在所述第二壳体5的下端，以支承所述第二壳体5；多个紧定螺钉6，均匀穿设在所述第二壳体5的第二容纳空间的下方并与所述第一壳体8连接，以承托所述第二壳体5。

具体地，第二壳体5的下端呈圆筒状，将卡箍7紧固在第二壳体5的下端，用来支承第二壳体5，以防第二壳体5从第一壳体8的上端滑落；第二壳体5的顶端设置有一个容纳转台4的容纳空间，在该容纳空间的下方，均匀穿设有多个紧定螺钉6，且多个紧定螺钉6穿过第二壳体5与第一壳体8相连接，可缩短力矩，用来承托第二壳体5及第二壳体5中转台4与电机的重量。

基于上述实施例，所述转向控制装置还包括：下托盘3，夹设在所述转台4与所述方向盘2之间，所述转台4的上表面上设有多个第一螺孔，所述下托盘3上设有多个与所述第一螺孔数量一致且位置对应的第二螺孔；上托盘1，与所述方向盘2的上表面相接触，所述上托盘1上设有多个与所述第二螺孔数量一致且位置对应的第三螺孔，所述第一螺孔、第二螺孔和第三螺孔之间通过内六角螺钉9连接。

具体地，在转台4与方向盘2间设有一个圆环状的下托盘3，在与方向盘2的上表面相接触的地方对应设有一个圆环状的上托盘1，且上托盘1与下托盘3的规格相同，对应转台4的上表面设有多个螺孔，内六角螺钉9从上托盘1上的螺孔相继进入相对应的下托盘3与转台4的上表面中的螺孔并旋紧，将方向盘2紧固在转台4上，使得方向盘可跟随转台进行同步转动。通过上下托盘3的设定将方向盘2紧压在转台4上，结构简单，便于直接在车辆上进行改造，装卸便捷。

基于上述实施例，其特征在于，还包括：PLC控制器，与所述步进电机电气连接；转向角检测装置，与PLC控制器电气连接，以反馈车辆转向时的角度。

具体地，本实用新型实施例中的自动驾驶转向系统还包括PLC控制器与转向角检测装置。其中，PLC控制器与步进电机电气连接，PLC控制器发送脉冲信号，驱动步进电机带动转台4进行旋转，进而实现车辆转向。此外，设置有一个转向角检测装置，与PLC控制器电连接，当车辆进行转向时，转向角检测装置可实时检测到车辆的前轮偏转的角度信息，并将测得的结果反馈给PLC控制器，用以检测车辆的转向轮是否对应PLC控制器输入的脉冲信号转动了相应的角度，以此验证本实用新型实施例中的自动驾驶转向系统的灵敏性与准确度。

基于上述实施例，车辆前轮的转向节处设置法兰盘，其特征在于，所述转向角检测装置，包括：右摆臂，一端通过多个螺钉固定在所述法兰盘上，所述多个螺钉分别构成正多边形的各个顶点，且所述正多边形的中心处作为平行四边形的第一端点；连杆，一端与所述右摆臂的另一端连接，所述连杆与所述右摆臂的接触点作为所述平行四边形的第二端点，所述第一端点与第二端点的连线与车辆前轮的行驶方向平行；左摆臂，一端与所述连杆的另一端连接，所述左摆臂与所述连杆的接触点作为所述平行四边形的第三端点；角度传感器，与所述PLC控制器电气连接，所述角度传感器固定在所述车辆前桥上，所述角度传感器设置与车辆底盘垂直的转轴，所述转轴与所述左摆臂的另一端固连且垂直于所述左摆臂，所述左摆臂和所述转轴的接触点为所述平行四边形的第四端点。

具体地，作为车辆的固有设计，在车辆的前轮的转向节处都设有一个法兰盘，且法兰盘由多颗螺钉固定，多颗螺钉分别构成正多边形的各个顶点，如法兰盘由三颗螺钉固定，则三颗螺钉构成正三角形的三个顶点，当法兰盘由四颗螺钉固定，则四颗螺钉构成正方形的四个顶点。需要说明的是，正多边形的中心处为轮胎转向中心。

图2为本实用新型实施例的转向角检测装置结构示意图，如图2所示，转向角检测装置包括左摆臂10，右摆臂11，角度传感器13与一个连杆15。通过多颗螺钉将右摆臂11的一端固定在车辆前轮转向节处的法兰盘上，使得右摆臂11与转向节紧贴在一起，可跟随前轮的偏转发生相应的偏转，且右摆臂11与前轮间的运动相对静止。将轮胎转向中心14作为第一端点，又基于车辆的固有设计，法兰盘上至少有两颗螺钉的连线与车辆前轮的行驶方向平行，因此容易在右摆臂11的另一端上找到第二端点，使得第一端点与第二端点的连线始终平行于车辆前轮的行驶方向，且第二端点为右摆臂11与连杆15的一端连接的接触点。在车辆的前桥上，设置一个传感器支架12，在支架上装设有角度传感器13，在该角度传感器13中设置一个与车辆底盘垂直的转轴，该转轴与左摆臂10固连且垂直于左摆臂10，左摆臂10的另一端与连杆15的另一端连接，作为第三端点，将左摆臂10与角度传感器13的转轴的接触点为第四端点。其中，第一端点到第二端点间的距离与第三端点到第四端点的距离相等，第一端点到第四端点的距离与第二端点到第三端点的距离相等，可知第一端点、第二端点、第三端点与第四端点分别构成一个平行四边形的四个端点。

在车辆进行转向时，车辆的轮胎方向同时发生偏转，转向节上的右摆臂11跟随车辆前轮同时发生偏转，且右摆臂11的偏转角度与前轮偏转角度一致，右摆臂11角度偏转时推动连杆15使左摆臂带动角度传感器13的转轴转动，使得角度传感器13的转轴转过的角度与左摆臂转过的角度一致。由平行四边形的同位角定理，可知此时左摆臂10旋转的角度与右摆臂11旋转的角度一致，则角度传感器13测得的角度为车辆左前轮偏转的角度。需要说明的是，转向角检测装置设置在车辆的左前轮和/或右前轮处均可。

本实用新型实施例通过对车辆的转向控制装置进行改造，将车辆的方向盘与转台固定在一起，通过电机驱动转台带动转向盘进行同步转动，方向盘通过转向轴将力输出到转向传动机构，使得车轮发生偏转，完成车辆的自动转向操作。并可通过设置在车辆前轮处的转向角检测装置来验证本自动驾驶转向系统的灵敏性与准确度。本实用新型只需对车辆的转向轴上端进行加工改造，设置在车辆前轮处的转向角检测装置的结构设计也简单易懂，易于加工，成本较低，各机械结构的可移植性较强，集成度较低，便于装卸。

基于上述实施例，作为本实用新型提供的一种优选的实施例，本实用新型实施例提供一种车辆的转向系统，如图1所示，转向控制装置中，转向轴的外部套设有圆筒状的第一壳体8，在第一壳体8的上部还套设有第二壳体5，第二壳体5的顶部设有一个容纳空间，用于放置转台4，第二壳体5的侧下方也设有一个容纳空间，用于放置步进电机，且步进电机的输出轴与转台4相连。在转台4上方设有一个方向盘2，上压盘1与下压盘3通过旋紧多个穿过上压盘1与下压盘3的内六角螺钉9将方向盘2紧固在转台4上，车辆的转向轴的轴线分别垂直于转台4与方向盘2所在的平面，且该转向轴的轴线穿过转台4的中心，与方向盘2同轴固连。第二壳体5的下端呈圆筒状，通过将卡箍7紧固在第二壳体5的下端来支承第二壳体5，并在第二壳体5装设转台4的容纳空间的下方均匀穿设有三个紧定螺钉6，三个紧定螺钉6分别穿过第二壳体5与第一壳体8相连接，用来承托第二壳体5。

如图2所示，在车辆左前轮的转向节处设置一个转向角检测装置，通过三颗螺钉将右摆臂11的一端固定在车辆左前轮转向节处的法兰盘上，使得右摆臂11与左前轮可保证同时旋转相同角度，并将右摆臂11的另一端与一个连杆15相连。将车辆左前轮转向节处的法兰盘上的黄油嘴14作为平行四边形的第一端点，将右摆臂11与连杆15连接的接触点作为上述平行四边形的第二端点，且使第二端点与黄油嘴14的连线与车辆左前轮的行驶方向平行。在车辆的前桥靠近左前轮的地方设置有一个传感器支架12，在传感器支架12上设有一个角度传感器13，在该角度传感器13中设置一个与车辆底盘垂直的转轴，该转轴与左摆臂10固连且垂直于左摆臂10，左摆臂10的另一端与固定连杆的另一端连接，作为上述平行四边形的第三端点，将左摆臂10与角度传感器13的转轴的接触点作为上述平行四边形的第四端点，并使得第一端点到第二端点间的距离与第三端点到第四端点的距离相等，第一端点到第四端点的距离与第二端点到第三端点的距离相等。

本实用新型实施例通过将PLC控制器作为自动驾驶系统的控制器，将PLC控制器分别与步进电机及角度检测器电气连接。当控制器向电机驱动器输入相应的脉冲宽度调制信号时，电机驱动器按一定角度值对应的脉冲数向对电机输入脉冲信号时，驱动步进电机带动转台4进行旋转，使车辆左前轮发生相应偏转，与左前轮转向节上的右摆臂11也同时发生相同角度的偏转，并带动连杆15使左摆臂10拉动角度传感器13的转轴进行转动，由平行四边形的同位角定理，可知角度传感器13的转轴转过的角度就是车辆左前轮偏转的角度，角度传感器13检测到相应的角度变化后，向PLC控制器中输入了相应的电压信号，可以对应检测车辆的左前轮是否对应PLC控制器输入的脉冲信号转动了相应的角度。

本实用新型实施例通过对车辆的转向控制装置进行设计，将车辆的方向盘与转台固定在一起，通过电机驱动转台带动转向盘进行同步转动，方向盘通过转向轴将力输出到转向传动机构，完成车辆的自动转向操作。并在车辆的左前轮处设置一个转向角检测装置，用来实时反馈车辆前轮的偏转状态。本实用新型实施例中，经过改进的各机械结构设计简单易懂，易于加工，集成度较低，各机械结构的可移植性较强，成本较低，便于直接在车辆上装卸使用。

最后，本实用新型的方法仅为较佳的实施方案，并非用于限定本实用新型的保护范围。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种车辆的转向系统，包括转向控制装置，其特征在于，包括：

转台，与步进电机的输出端连接，以绕自身中心转动；

方向盘，固定在所述转台上表面，且所述方向盘与所述转台同轴；

转向轴，一端与所述方向盘的中心固定连接，所述转向轴的轴线与所述方向盘所在的平面垂直。

2.根据权利要求1所述的车辆的转向系统，其特征在于，所述转向控制装置还包括：

第一壳体，呈圆筒状，所述第一壳体套设在所述转向轴的外部，以使所述转向轴与水平面呈固定夹角；

第二壳体，套设在所述第一壳体的上部且所述第二壳体的顶部与所述第一壳体的顶部位于同一平面上，所述第二壳体具有容纳所述步进电机的第一容纳空间以及容纳所述转台的第二容纳空间。

3.根据权利要求2所述的车辆的转向系统，其特征在于，所述转向控制装置还包括：

卡箍，紧固在所述第二壳体的下端，以支承所述第二壳体；

多个紧定螺钉，均匀穿设在所述第二壳体的第二容纳空间的下方并与所述第一壳体连接，以承托所述第二壳体。

4.根据权利要求1所述的车辆的转向系统，其特征在于，所述转向控制装置还包括：

下托盘，夹设在所述转台与所述方向盘之间，所述转台的上表面上设有多个第一螺孔，所述下托盘上设有多个与所述第一螺孔数量一致且位置对应的第二螺孔；

上托盘，与所述方向盘的上表面相接触，所述上托盘上设有多个与所述第二螺孔数量一致且位置对应的第三螺孔，所述第一螺孔、第二螺孔和第三螺孔之间通过内六角螺钉连接。

5.根据权利要求1所述的车辆的转向系统，其特征在于，还包括：

PLC控制器，与所述步进电机电气连接；

转向角检测装置，与PLC控制器电气连接，以反馈车辆转向时的角度。

6.根据权利要求5所述的车辆的转向系统，车辆前轮的转向节处设置法兰盘，其特征在于，所述转向角检测装置，包括：

右摆臂，一端通过多个螺钉固定在所述法兰盘上，所述多个螺钉分别构成正多边形的各个顶点，且所述正多边形的中心处作为平行四边形的第一端点；

连杆，一端与所述右摆臂的另一端连接，所述连杆与所述右摆臂的接触点作为所述平行四边形的第二端点，所述第一端点与第二端点的连线与车辆前轮的行驶方向平行；

左摆臂，一端与所述连杆的另一端连接，所述左摆臂与所述连杆的接触点作为所述平行四边形的第三端点；

角度传感器，与所述PLC控制器电气连接，所述角度传感器固定在所述车辆前桥上，所述角度传感器设置与车辆底盘垂直的转轴，所述转轴与所述左摆臂的另一端固连且垂直于所述左摆臂，所述左摆臂和所述转轴的接触点为所述平行四边形的第四端点。