CN112498473A - 一种商用车电子方向机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种商用车电子方向机，包括电子方向机本体，所述电子方向机本体安装于安装于汽车底盘上，所述汽车底盘上安装方向机管柱，所述方向机管柱贯穿电子方向机本体，所述方向机管柱顶部安装汽车方向盘；所述电子方向机本体包括调整底座、驱动单元、啮合单元、啮合轴套单元、角度测量装置，所述调整底座穿过方向机管柱安装于汽车底盘，所述驱动单元安装于调整底座，所述啮合单元安装于驱动单元，所述啮合轴套单元安装于啮合单元，所述角度测量装置与啮合轴套单元连接；总体上，本发明可对方向盘进行自动控制，并且能够在出现紧急情况时，及时解除对方向盘的控制，保证车辆的行驶安全。

Description

一种商用车电子方向机
技术领域
本发明属于汽车自动驾驶领域，涉及一种方向机，特别是一种商用车电子方向机。
背景技术
在社会发展的今天，交通是人类的一大问题。如今车辆的投入使用量逐渐增多，交通事故每年均在增加。故车辆的驾驶安全性越来越受到重视。现阶段的研究重点是车辆防碰撞预警、车辆主动防撞技术等辅助驾驶***。而车辆的自动驾驶一直是研究的最终目标。目前，小轿车已有部分车辆进入实验阶段，如自动刹车，车道保持，方向自动纠偏等技术已投入使用，小汽车的电子方向机产品也越发成熟。而在大型商用车辆上，这一技术仍存在大片空白。本发明为商用车辆的电子方向机，可配合其他的辅助产品及相应的程序算法来实现大型商用车辆的自动驾驶。
发明内容
本发明的目的在于提供一种商用车电子方向机，该方向机可为商用车辆的自动驾驶研究提供控制方向盘控制方面的相关原始技术，且在控制出现紧急情况时手动或自动解除控制，保证车辆的安全，具有极高的使用价值。
本发明的目的是这样实现的：一种商用车电子方向机，包括电子方向机本体，所述电子方向机本体安装于安装于汽车底盘上，所述汽车底盘上安装方向机管柱，所述方向机管柱贯穿电子方向机本体，所述方向机管柱顶部安装汽车方向盘；所述电子方向机本体包括调整底座、驱动单元、啮合单元、啮合轴套单元、角度测量装置，所述调整底座穿过方向机管柱安装于汽车底盘，所述驱动单元安装于调整底座，所述啮合单元安装于驱动单元，所述啮合轴套单元安装于啮合单元，所述角度测量装置与啮合轴套单元连接；
所述调整底座的底板固定设置于汽车底盘，所述调整底座的侧板通过固定螺丝与驱动单元的驱动外壳连接；
所述驱动单元包括驱动外壳、蜗杆、蜗轮，所述驱动外壳外部设置蜗杆外壳，所述蜗杆通过轴承A安装于蜗杆外壳内部，所述蜗杆外壳上安装伺服电机，所述伺服电机与蜗杆之间通过联轴器连接，所述蜗轮通过轴承B安装于驱动外壳内部，所述蜗轮与蜗杆传动连接，所述蜗轮内部设置有内啮合齿A；
所述啮合单元包括气缸、双向活塞、弹簧、弹簧底座、旋转轴，所述弹簧底座固定连接于驱动外壳，所述弹簧底座上部设置气缸、弹簧，所述气缸内部安装双向活塞，所述双向活塞将气缸分割成上部腔体、下部腔体，所述弹簧设置于下部腔体中，所述双向活塞的下部嵌入蜗轮中，所述双向活塞与弹簧底座的接触部位设置导向垫A，所述双向活塞的上部穿出气缸的上部顶板，所述双向活塞上部与气缸接触部位设置导向垫B，所述双向活塞的中部塞体与气缸内壁之间设置密封圈；所述旋转轴安装于双向活塞内部，所述旋转轴与双向活塞之间设置滚针轴承，所述旋转轴的底部外侧设置外啮合齿A，所述旋转轴的内部设置内啮合齿B，所述旋转轴的底部安装于蜗轮的内部，所述旋转轴的顶部设置卡扣槽，所述卡扣槽中安装卡扣；所述气缸的内腔体顶部设置密封垫，所述气缸顶部的外侧面安装滚珠槽，所述滚珠槽内安装滚珠，所述滚珠槽的上部设置滚珠盖，所述滚珠盖的上部设置扣环；
所述啮合轴套单元包括啮合轴套、卡槽、外啮合齿B，所述啮合轴套的外侧面设置外啮合齿B，所述啮合轴套顶部设置卡槽，所述啮合轴套固定设置于方向机管柱上，且所述啮合轴套外部的外啮合齿B与旋转轴内部的内啮合齿B相啮合；
所述角度测量装置包括转角传感器、传感器固定架，所述传感器固定架通过固定螺丝固定于气缸的上部，所述转角传感器安装于传感器固定架，所述啮合轴套的顶部安装于转角传感器。
所述气缸外侧面分别设置进气口、排气口，所述进气口与气缸内的上部腔体连通，所述排气口与气缸内的下部腔体连通，所述进气口上安装有电磁阀。
所述外啮合齿A与内啮合齿A相啮合，所述外啮合齿B与内啮合齿B相啮合，所述外啮合齿A、内啮合齿A、外啮合齿B、内啮合齿B均设置为弧面齿。
所述轴承A外部对应设置轴承盖A，所述轴承B外部对应设置轴承盖B。
所述滚珠盖上设置有凹槽，所述卡扣安装于滚珠盖上的凹槽中。
所述密封垫处设置密封垫压环。
所述啮合轴套顶部的卡槽卡于转角传感器上与卡槽相应的凸出位置上。
所述双向活塞的内侧面设置一圈的凸起结构，所述滚针轴承设置两个，一个滚针轴承设置于双向活塞的凸起结构上方，一个滚针轴承设置于双向活塞的凸起结构的下方。
本发明产生的有益效果是：一是，本发明的啮合轴套和汽车方向盘的管柱固定为一体，后期大批量生产时可直接将啮合轴套制造为方向盘的管柱，无需后期加装。二是，电子方向机本体可围绕旋转轴的中心进行旋转，旋转轴的内部含有内啮合齿可与啮合轴套上的外啮合齿啮合在一起，进而，旋转轴旋转时带动啮合轴套和方向盘管柱一起转动，进而达到控制方向盘转动的作用。三是，旋转轴的下端含有的外啮合齿和蜗轮内部的内啮合齿啮合在一起，保证伺服电机收到指令转动时，可通过蜗杆蜗轮将转动量传递给旋转轴。四是，电子方向机本体在安装到汽车底盘上后，气缸上的进气口会接到车载的储气罐上，平常时电磁阀处于关闭状态，待命，一旦发生紧急情况，通过电控或手控控制电磁阀打开，储气罐中的气体进入气缸内部，利用气体压力的作用克服弹簧力，气缸向下运动推动旋转轴向下运动，将啮合轴套和旋转轴脱离开；危机状态解除时，电控或手控控制电磁阀排气，在弹簧回复力的作用下，气缸被顶起，旋转轴向上运动，啮合轴套和旋转轴恢复啮合状态。五是，本发明的外啮合齿A、内啮合齿A、外啮合齿B、内啮合齿B均设置为弧面齿，减小啮合死角，提升装置的安全性。
附图说明
图1为电子方向机本体安装于汽车底盘时的立体结构示意图。
图2为图1的分解结构示意图。
图3为电子方向机本体的装配结构示意图。
图4为电子方向机本体的纵剖面结构示意图。
图5为驱动单元的装配结构示意图。
图6为啮合单元的装配结构示意图。
图7为啮合轴套单元的装配结构示意图。
图8为角度测量装置的装配结构示意图。
图9为旋转轴的立体结构示意图Ⅰ。
图10为旋转轴的立体结构示意图Ⅱ。
图11为旋转轴的剖面结构示意图。
图12为电子方向机本体上进气口、排气口那一面的正视结构示意图。
图13为滚珠盖处的立体结构示意图。
图中：1、电子方向机本体 2、汽车底盘 3、方向机管柱 4、汽车方向盘 5、调整底座6、驱动单元 7、啮合单元 8、啮合轴套单元 9、角度测量装置 10、固定螺丝 11、驱动外壳12、蜗杆 13、蜗轮 14、蜗杆外壳 15、轴承A 16、伺服电机 17、联轴器 18、轴承B 19、内啮合齿A 20、气缸 21、双向活塞 22、弹簧 23、弹簧底座 24、旋转轴 25、导向垫A 26、导向垫B27、密封圈 28、滚针轴承 29、外啮合齿A 30、内啮合齿B 31、卡扣槽 32、卡扣 33、密封垫34、滚珠槽 35、滚珠 36、滚珠盖 37、扣环 38、啮合轴套 39、卡槽 40、外啮合齿B 41、转角传感器 42、传感器固定架 43、进气口 44、排气口 45、轴承盖A 46、轴承盖B 47、凹槽 48、密封垫压环。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例进一步的说明。
实施例1
如附图1-13所示，一种商用车电子方向机，包括电子方向机本体1，所述电子方向机本体1安装于安装于汽车底盘2上，所述汽车底盘2上安装方向机管柱3，所述方向机管柱3贯穿电子方向机本体1，所述方向机管柱3顶部安装汽车方向盘4；所述电子方向机本体1包括调整底座5、驱动单元6、啮合单元7、啮合轴套单元8、角度测量装置9，所述调整底座5穿过方向机管柱3安装于汽车底盘2，所述驱动单元6安装于调整底座5，所述啮合单元7安装于驱动单元6，所述啮合轴套单元8安装于啮合单元7，所述角度测量装置9与啮合轴套单元8连接；
所述调整底座5的底板固定设置于汽车底盘2，所述调整底座5的侧板通过固定螺丝10与驱动单元6的驱动外壳11连接；
所述驱动单元6包括驱动外壳11、蜗杆12、蜗轮13，所述驱动外壳11外部设置蜗杆外壳14，所述蜗杆12通过轴承A15安装于蜗杆外壳14内部，所述蜗杆外壳14上安装伺服电机16，所述伺服电机16与蜗杆12之间通过联轴器17连接，所述蜗轮13通过轴承B18安装于驱动外壳11内部，所述蜗轮13与蜗杆12传动连接，所述蜗轮13内部设置有内啮合齿A19；
所述啮合单元7包括气缸20、双向活塞21、弹簧22、弹簧底座23、旋转轴24，所述弹簧底座23固定连接于驱动外壳11，所述弹簧底座23上部设置气缸20、弹簧22，所述气缸20内部安装双向活塞21，所述双向活塞21将气缸分割成上部腔体、下部腔体，所述弹簧22设置于下部腔体中，所述双向活塞21的下部嵌入蜗轮13中，所述双向活塞21与弹簧底座23的接触部位设置导向垫A25，所述双向活塞21的上部穿出气缸20的上部顶板，所述双向活塞21上部与气缸20接触部位设置导向垫B26，所述双向活塞21的中部塞体与气缸20内壁之间设置密封圈27；所述旋转轴24安装于双向活塞21内部，所述旋转轴24与双向活塞21之间设置滚针轴承28，所述旋转轴24的底部外侧设置外啮合齿A29，所述旋转轴24的内部设置内啮合齿B30，所述旋转轴24的底部安装于蜗轮13的内部，所述旋转轴24的顶部设置卡扣槽31，所述卡扣槽31中安装卡扣32；所述气缸20的内腔体顶部设置密封垫33，所述气缸20顶部的外侧面安装滚珠槽34，所述滚珠槽34内安装滚珠35，所述滚珠槽34的上部设置滚珠盖36，所述滚珠盖36的上部设置扣环37；
所述啮合轴套单元8包括啮合轴套38、卡槽39、外啮合齿B40，所述啮合轴套38的外侧面设置外啮合齿B40，所述啮合轴套38顶部设置卡槽39，所述啮合轴套38固定设置于方向机管柱3上，且所述啮合轴套外部的外啮合齿B40与旋转轴24内部的内啮合齿B30相啮合；
所述角度测量装置9包括转角传感器41、传感器固定架42，所述传感器固定架42通过固定螺丝10固定于气缸20的上部，所述转角传感器41安装于传感器固定架42，所述啮合轴套38的顶部安装于转角传感器41。
所述气缸20外侧面分别设置进气口43、排气口44，所述进气口43与气缸20内的上部腔体连通，所述排气口44与气缸20内的下部腔体连通，所述进气口43上安装有电磁阀。
所述外啮合齿A29与内啮合齿A19相啮合，所述外啮合齿B40与内啮合齿B30相啮合，所述外啮合齿A29、内啮合齿A19、外啮合齿B40、内啮合齿B30均设置为弧面齿。
所述轴承A15外部对应设置轴承盖A45，所述轴承B18外部对应设置轴承盖B46。
所述滚珠盖36上设置有凹槽47，所述卡扣32安装于滚珠盖36上的凹槽47中。
所述密封垫33处设置密封垫压环48。
所述啮合轴套38顶部的卡槽39卡于转角传感器41上与卡槽39相应的凸出位置上。
所述双向活塞21的内侧面设置一圈的凸起结构，所述滚针轴承28设置两个，一个滚针轴承设置于双向活塞的凸起结构上方，一个滚针轴承设置于双向活塞的凸起结构的下方。
本发明在使用时：电子方向机本体穿过方向机管柱固定于汽车底盘上，方向机本体安装之后，再在方向机管柱上安装方向盘。电子方向机本体包括调整底座、驱动单元、啮合单元、啮合轴套单元、角度测量装置五大部分。调整底座固定于汽车底盘上，对电子方向机本体的整体结构进行固定、支撑，可适应方向机管柱的方向进行微调；调整底座上通过固定螺丝固定驱动单元，驱动单元接受相应的指令，进行汽车方向角度的微调；啮合单元与驱动单元连接，啮合单元控制与汽车方向盘的脱离、啮合。啮合轴套固定在方向盘管柱上，与管柱成为一体，与啮合单元里面的转动轴啮合，进而使方向盘转动。角度测量装置啮合轴套相连，测定方向盘的转动角度，进行角度信息的反馈，以便控制单元发出下一个指令。
电子方向机本体工作时，伺服电机带动螺杆、蜗轮转动，进而使旋转轴转动，带动方向盘管柱上的啮合轴套转动，从而带动方向盘转动，达到控制方向盘的目的。电子方向机本体在安装到汽车底盘上后，气缸上的排气口是始终连通大气的，气缸上的进气口会接到车载的储气罐上，平常时电磁阀处于关闭状态，待命，一旦发生紧急情况，通过电控控制电磁阀打开，储气罐中的气体进入气缸内部，利用气体压力的作用克服弹簧力，气缸向下运动首先推动滚针轴承，滚针轴承再推动旋转轴向下运动，将啮合轴套和旋转轴脱离开；危机状态解除时，电控控制电磁阀排气，此时排气口进空气，在弹簧回复力的作用下，气缸被顶起，旋转轴向上运动，啮合轴套和旋转轴恢复啮合状态。
总体上，本发明可对方向盘进行自动控制，并且能够在出现紧急情况时，及时解除对方向盘的控制，保证车辆的行驶安全。

Claims (9)

1.一种商用车电子方向机，包括电子方向机本体，所述电子方向机本体安装于安装于汽车底盘上，所述汽车底盘上安装方向机管柱，所述方向机管柱贯穿电子方向机本体，所述方向机管柱顶部安装汽车方向盘；其特征在于：所述电子方向机本体包括调整底座、驱动单元、啮合单元、啮合轴套单元、角度测量装置，所述调整底座穿过方向机管柱安装于汽车底盘，所述驱动单元安装于调整底座，所述啮合单元安装于驱动单元，所述啮合轴套单元安装于啮合单元，所述角度测量装置与啮合轴套单元连接；
所述调整底座的底板固定设置于汽车底盘，所述调整底座的侧板通过固定螺丝与驱动单元的驱动外壳连接；
所述驱动单元包括驱动外壳、蜗杆、蜗轮，所述驱动外壳外部设置蜗杆外壳，所述蜗杆通过轴承A安装于蜗杆外壳内部，所述蜗杆外壳上安装伺服电机，所述伺服电机与蜗杆之间通过联轴器连接，所述蜗轮通过轴承B安装于驱动外壳内部，所述蜗轮与蜗杆传动连接，所述蜗轮内部设置有内啮合齿A；
所述啮合单元包括气缸、双向活塞、弹簧、弹簧底座、旋转轴，所述弹簧底座固定连接于驱动外壳，所述弹簧底座上部设置气缸、弹簧，所述气缸内部安装双向活塞，所述双向活塞将气缸分割成上部腔体、下部腔体，所述弹簧设置于下部腔体中，所述双向活塞的下部嵌入蜗轮中，所述双向活塞与弹簧底座的接触部位设置导向垫A，所述双向活塞的上部穿出气缸的上部顶板，所述双向活塞上部与气缸接触部位设置导向垫B，所述双向活塞的中部塞体与气缸内壁之间设置密封圈；所述旋转轴安装于双向活塞内部，所述旋转轴与双向活塞之间设置滚针轴承，所述旋转轴的底部外侧设置外啮合齿A，所述旋转轴的内部设置内啮合齿B，所述旋转轴的底部安装于蜗轮的内部，所述旋转轴的顶部设置卡扣槽，所述卡扣槽中安装卡扣；所述气缸的内腔体顶部设置密封垫，所述气缸顶部的外侧面安装滚珠槽，所述滚珠槽内安装滚珠，所述滚珠槽的上部设置滚珠盖，所述滚珠盖的上部设置扣环；
所述啮合轴套单元包括啮合轴套、卡槽、外啮合齿B，所述啮合轴套的外侧面设置外啮合齿B，所述啮合轴套顶部设置卡槽，所述啮合轴套固定设置于方向机管柱上，且所述啮合轴套外部的外啮合齿B与旋转轴内部的内啮合齿B相啮合；
所述角度测量装置包括转角传感器、传感器固定架，所述传感器固定架通过固定螺丝固定于气缸的上部，所述转角传感器安装于传感器固定架，所述啮合轴套的顶部安装于转角传感器。
2.根据权利要求1所述的一种商用车电子方向机，其特征在于：所述气缸外侧面分别设置进气口、排气口，所述进气口与气缸内的上部腔体连通，所述排气口与气缸内的下部腔体连通，所述进气口上安装有电磁阀。
3.根据权利要求1所述的一种商用车电子方向机，其特征在于：所述外啮合齿A与内啮合齿A相啮合。
4.根据权利要求1所述的一种商用车电子方向机，其特征在于：所述外啮合齿A、内啮合齿A、外啮合齿B、内啮合齿B均设置为弧面齿。
5.根据权利要求1所述的一种商用车电子方向机，其特征在于：所述轴承A外部对应设置轴承盖A，所述轴承B外部对应设置轴承盖B。
6.根据权利要求1所述的一种商用车电子方向机，其特征在于：所述滚珠盖上设置有凹槽，所述卡扣安装于滚珠盖上的凹槽中。
7.根据权利要求1所述的一种商用车电子方向机，其特征在于：所述密封垫处设置密封垫压环。
8.根据权利要求1所述的一种商用车电子方向机，其特征在于：所述啮合轴套顶部的卡槽卡于转角传感器上与卡槽相应的凸出位置上。
9.根据权利要求1所述的一种商用车电子方向机，其特征在于：所述双向活塞的内侧面设置一圈的凸起结构，所述滚针轴承设置两个，一个滚针轴承设置于双向活塞的凸起结构上方，一个滚针轴承设置于双向活塞的凸起结构的下方。
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