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自動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的制作方法

文檔序號:6271210閱讀:184來源:國知局
專利名稱:自動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明總體涉及用于車輛的自動轉(zhuǎn)向系統(tǒng),尤其是適應(yīng)于多種具有不同轉(zhuǎn)向機構(gòu)的越野車輛的自動系統(tǒng)。
背景技術(shù)
目前用于越野車輛的自動轉(zhuǎn)向系統(tǒng),例如可從市場中購買得到的用于牽引車的John Deere GreenStarTM自動牽引輔助轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(Auto Trac assisted steering system),典型地要求輔助電動液壓轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)與車輛上的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)互相作用。GPS系統(tǒng)信號和來自車載傳感器的信號的組合被處理以便提供車輛的自動導(dǎo)向。電動液壓閥、轉(zhuǎn)向輪角度傳感器、以及用于操作過載的轉(zhuǎn)向盤運動傳感器被要求控制手動系統(tǒng)和自動系統(tǒng)的互相作用。這種自動系統(tǒng)需花費很多小時來安裝,要求了解車輛上的轉(zhuǎn)向、液壓和電子系統(tǒng)。自動系統(tǒng)必須特定地適應(yīng)于車輛上獨特的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。系統(tǒng)的使用在某些車輛上受到限制,例如具有雙路靜液壓轉(zhuǎn)向的車輛。一些類型的自動轉(zhuǎn)向系統(tǒng),例如美國專利文獻5,234,070中所示,要求特殊的離合器,其在一種轉(zhuǎn)向模式中被分離。許多系統(tǒng)要求單獨的轉(zhuǎn)向輪角度傳感器。
在另一種類型的系統(tǒng)中,具有接合轉(zhuǎn)向盤的摩擦傳動裝置的電馬達從轉(zhuǎn)向柱被支撐。這種附加類型部件經(jīng)常與系統(tǒng)不能很好地結(jié)合,開放式的摩擦傳動裝置展示出收縮點,易于在摩擦傳動裝置和轉(zhuǎn)向盤處磨損。傳動中的任何滑動會導(dǎo)致轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的不穩(wěn)定,不利地影響轉(zhuǎn)向精確性。該系統(tǒng)也缺乏慣性測量和實時運動(real timekinematics,RTK)特征,以滿足自動轉(zhuǎn)向應(yīng)用中經(jīng)常要求的精確性。
需要一種更簡單、成本更低和更易于安裝的自動轉(zhuǎn)向系統(tǒng),其最小化或者消除重要的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)修改和特殊離合器。還需要這樣一種系統(tǒng),其比至少大部分之前可獲得的改進型系統(tǒng)更為精確和可靠,從功能和審美學(xué)上能更好地與大部分已有的轉(zhuǎn)向機構(gòu)結(jié)合。

發(fā)明內(nèi)容
一種用于將越野車輛的常規(guī)手動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)轉(zhuǎn)換為使用遠程信號的自動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。步進馬達通過帶或鏈傳動裝置連接安裝在轉(zhuǎn)向軸上端部的傳動鏈輪齒或帶輪。步進馬達連接微處理器,在手動轉(zhuǎn)向模式和自動轉(zhuǎn)向模式中都與轉(zhuǎn)向軸一起移動。編碼器為微處理器提供信號,如果編碼器報告的步進數(shù)目不同于期望數(shù)目,則微處理器將操作改變到手動模式。包括可替換的轉(zhuǎn)向盤、軸帶輪和步進電機的組件很容易連接轉(zhuǎn)向柱,從功能和審美學(xué)上能更好地與許多越野車輛結(jié)合。將傳動結(jié)構(gòu)放置在轉(zhuǎn)向軸最上端部附近有助于方便安裝結(jié)構(gòu)。組件設(shè)置有插入件,用于使特殊的轉(zhuǎn)向軸結(jié)構(gòu)適應(yīng)傳動鏈輪齒或帶輪。在另一個實施例中,傳動馬達也可直接安裝在軸端部,沒有額外的傳動裝置。
轉(zhuǎn)向結(jié)構(gòu)可安裝在許多車輛上,其具有各種液壓或者機械輔助轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。轉(zhuǎn)向輪角度傳感器和致力于確定是否操作者已經(jīng)手動移動轉(zhuǎn)向盤的傳感器不被要求。來自編碼器的轉(zhuǎn)向盤位置信號提供轉(zhuǎn)向角度反饋,而不需要額外的傳感器,該反饋用于控制算法以便改善車輛的性能、可靠性和穩(wěn)定性。在實施例中,地形補償信號提供給處理器以便進一步提高轉(zhuǎn)向性能。進一步提高包括提供直接在馬達上的帶編碼器的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)電子部件,以便允許系統(tǒng)能很容易地用最小數(shù)量的硬件連接車輛的控制器區(qū)域網(wǎng)絡(luò)(CAN)線束。
參考附圖閱讀下面詳細的說明書后,本發(fā)明的這些和其它目的、特征和優(yōu)勢將變得清晰。


圖1是用于將手動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)轉(zhuǎn)變?yōu)樽詣酉到y(tǒng)的轉(zhuǎn)向結(jié)構(gòu)的示意性展示。
圖2是轉(zhuǎn)向結(jié)構(gòu)和安裝組件的側(cè)視圖。
圖3是圖2中轉(zhuǎn)向結(jié)構(gòu)的分解圖。
圖4是備用實施例的側(cè)面透視圖,其顯示與轉(zhuǎn)向軸直接連接的轉(zhuǎn)向馬達。
具體實施例方式現(xiàn)在參考圖1,其中所示的越野車輛10例如牽引車或者工業(yè)車輛具有操作臺12,其由轉(zhuǎn)向輪14支撐用于在地面上運動。輪14連接常規(guī)轉(zhuǎn)向機構(gòu)16,其包括支撐在轉(zhuǎn)向柱22內(nèi)部可旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)向軸20,所述轉(zhuǎn)向柱在操作臺12處向上突出。具有手握部分31的轉(zhuǎn)向盤30支撐在軸20的上端部,用于操作者的手動轉(zhuǎn)向操作。
如圖所示,轉(zhuǎn)向盤30是總體以32指示的轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的一部分,用于在通常僅裝配手動轉(zhuǎn)向的車輛上提供自動轉(zhuǎn)向功能??勺鳛檫x擇的,車輛的原始轉(zhuǎn)向盤可安裝在轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)32上。帶輪結(jié)構(gòu)34被連接,用于與軸20一起相對于鄰近轉(zhuǎn)向盤30和軸20連接的位置處的軸線旋轉(zhuǎn)。馬達40從柱22被支撐。帶輪結(jié)構(gòu)44傳動連接馬達40和帶輪結(jié)構(gòu)34。如圖所示,帶輪結(jié)構(gòu)34和44是由鏈、常規(guī)傳動帶或者定時帶裝置46連接的帶輪。但是,也可使用其它類型的傳動裝置,例如齒輪傳動。同樣,如圖4所示的實施例中所示,馬達40’安裝在轉(zhuǎn)向軸20的端部,以便在與手握部分31偏置的位置處提供到軸20的直接傳動。
移動處理器50放置在車輛10上,包括通過CAN線束54連接馬達40的輸入56的控制輸出52。馬達40上的位置反饋輸出58連接處理器50的輸入。如圖所示,馬達40是電動步進馬達,反饋裝置是放置在馬達40上的編碼器,其通過反饋線58提供指示馬達40已移動的步進數(shù)目的信號。馬達40在手動轉(zhuǎn)向模式和自動轉(zhuǎn)向模式中都保持傳動連接轉(zhuǎn)向軸20,以致編碼器在兩種模式下能為處理器50提供軸位置信號。
處理器50連接圖1中總體以60指示的位置傳感器結(jié)構(gòu),例如帶有接收器61的常規(guī)全球定位系統(tǒng)(GPS),其接收來自一個或多個遠程位置的信號62。另外的修正輸入可由RTK無線電設(shè)備63提供,例如基于微分修正輸入的地面RTK,地形補償輸入可由地形補償模塊(TCM)65提供。當車輛10在不平整的地形上運動時,TCM65修正用于滾動角度和橫擺的GPS數(shù)據(jù)。
系統(tǒng)60通過CAN54連接處理器50的輸入。轉(zhuǎn)向系統(tǒng)部件(SSU)70通過CAN線束71和系統(tǒng)連接器72連接CAN線束54。SSU70接收來自移動處理器50的控制信息,通過線58接收來自馬達50上的編碼器的位置反饋信息。通斷和恢復(fù)開關(guān)78連接SSU70。
處理器50確定車輛位置,將該位置與車輛的理想位置和計劃路徑作比較。錯誤信號產(chǎn)生,依賴于該錯誤信號馬達40被致動以便移動預(yù)先選擇數(shù)目的步進。檢測裝置,例如地面速度檢測器和側(cè)向速度檢測器,提供處理器50要使用的信號,以便增加自動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的精確性。
如果由馬達編碼器報告給處理器50的步進數(shù)目超過了處理器期望的范圍,則系統(tǒng)假定操作者想控制,系統(tǒng)切斷步進馬達40的電源。同樣,如果編碼器確定當處理器請求位置沒有變化時存在轉(zhuǎn)向盤運動,則中斷馬達40的電源。
適配器支架80(圖4中的80’)將馬達40連接到轉(zhuǎn)向柱22或者其它鄰近轉(zhuǎn)向軸20上端部的常規(guī)位置。支架80包括U形夾82,所述U形夾與柱22固定,具有與一對臂86的端部可樞轉(zhuǎn)連接的臂支撐84。第二對臂88可樞轉(zhuǎn)連接臂86的另一端部,支撐馬達安裝件90。步進馬達40通過螺栓連接安裝件90,包括傳動軸94,其接收帶輪44。帶輪結(jié)構(gòu)34通過插入由螺栓104和卡環(huán)106固定的軸承結(jié)構(gòu)100而被支撐,用于在安裝件90上旋轉(zhuǎn)。可代替的插入件110被約束在軸承結(jié)構(gòu)100內(nèi)部,用于與軸20的上端部和帶輪34一起旋轉(zhuǎn)。插入件110具有內(nèi)部結(jié)構(gòu)112,其適應(yīng)于被轉(zhuǎn)向軸20的花鍵或者鍵端部接收,用于被轉(zhuǎn)換為自動轉(zhuǎn)向的特殊車輛。罩118與安裝件90固定,大體封閉帶輪結(jié)構(gòu)34和44。結(jié)構(gòu)32通過選擇性定位夾82和樞轉(zhuǎn)臂86和88而很容易放置。當結(jié)構(gòu)32與轉(zhuǎn)向軸20上的插入件110正確放置時,連接機構(gòu)80可錨固在固定表面上,以防止馬達組件的旋轉(zhuǎn)。
在圖4所示的實施例中,轉(zhuǎn)向軸20突出穿過馬達40’。馬達傳動裝置可包括通常如圖3中以110所示類型的可替代的插入件,以容納不同的軸結(jié)構(gòu)??墒褂冒ū馄?、軸向緊湊馬達的不同類型和結(jié)構(gòu)的馬達40’。如圖4所示,SSU70’可直接并入到馬達中,所述馬達具有編碼器和在72’處與CAN線束54連接的CAN線束71’,因而最小化轉(zhuǎn)換所需的硬件數(shù)量。
已經(jīng)描述了優(yōu)選實施例,顯而易見,在不脫離所附權(quán)利要求書限定的本發(fā)明范圍的情況下可做出各種修改。
權(quán)利要求
1.一種轉(zhuǎn)向系統(tǒng),其具有用于選擇性轉(zhuǎn)向越野車輛轉(zhuǎn)向輪的手動和自動轉(zhuǎn)向模式,所述越野車輛使用來自遠離車輛的位置處的導(dǎo)向信號,所述轉(zhuǎn)向系統(tǒng)包括手動轉(zhuǎn)向輸入端,其用于手動模式中轉(zhuǎn)向輪的操作者運動,包括手握部分的手動轉(zhuǎn)向輸入端連接可旋轉(zhuǎn)的軸,用于在手動和自動轉(zhuǎn)向模式中都與所述軸一起運動;馬達;帶輪結(jié)構(gòu),其在與手握部分偏置的位置處連接所述軸;傳動裝置,其連接馬達和帶輪結(jié)構(gòu);以及處理器,其連接馬達,響應(yīng)于用于致動馬達的信號以便在自動轉(zhuǎn)向模式中轉(zhuǎn)向車輛。
2.如權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)向系統(tǒng),其特征在于,所述處理器在自動轉(zhuǎn)向模式中向馬達提供轉(zhuǎn)向信號,以便使軸旋轉(zhuǎn)預(yù)定量,處理器響應(yīng)于預(yù)定量和實際軸旋轉(zhuǎn)之間的偏差將轉(zhuǎn)向模式從自動模式改變到手動模式。
3.如權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)向系統(tǒng),包括反饋傳感器,該傳感器連接馬達,響應(yīng)于操作者引起的軸旋轉(zhuǎn),以便在自動轉(zhuǎn)向模式中向處理器提供手動過載指示。
4.如權(quán)利要求3所述的轉(zhuǎn)向系統(tǒng),其特征在于,馬達包括步進馬達,反饋傳感器包括馬達上的軸編碼器。
5.如權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)向系統(tǒng),其特征在于,手控制器包括與軸固定的轉(zhuǎn)向盤。
6.如權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)向系統(tǒng),其特征在于,馬達、帶輪結(jié)構(gòu)和傳動裝置支撐在選擇性連接和拆卸的轉(zhuǎn)向柱支架上。
7.如權(quán)利要求6所述的轉(zhuǎn)向系統(tǒng),其特征在于,手握部分可旋轉(zhuǎn)地安裝在可拆卸的轉(zhuǎn)向柱支架上。
8.如權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)向系統(tǒng),其特征在于,帶輪結(jié)構(gòu)包括插入元件,插入元件可替換,用于在不同的可旋轉(zhuǎn)軸結(jié)構(gòu)上安裝帶輪結(jié)構(gòu)。
9.如權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)向系統(tǒng),其特征在于,帶輪結(jié)構(gòu)包括下列之一帶傳動裝置和鏈傳動裝置。
10.一種轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu),其用于將越野車輛從手動轉(zhuǎn)向模式轉(zhuǎn)換到自動轉(zhuǎn)向模式,所述車輛具有帶轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)向柱,所述轉(zhuǎn)向盤支撐在可旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)向軸上,所述轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)包括傳動帶輪,其在與轉(zhuǎn)向盤偏置的位置處連接轉(zhuǎn)向軸,用于與軸一起旋轉(zhuǎn);馬達;支架結(jié)構(gòu),其用于傳動連接傳動帶輪結(jié)構(gòu)和馬達,以便在自動轉(zhuǎn)向模式和手動轉(zhuǎn)向模式中馬達都能與轉(zhuǎn)向軸一起運動;以及處理器,其連接馬達,響應(yīng)于來自遠離車輛的位置處的導(dǎo)向信號以便在自動模式中轉(zhuǎn)向車輛。
11.如權(quán)利要求10所述的結(jié)構(gòu),其特征在于,支架結(jié)構(gòu)支撐輔助轉(zhuǎn)向盤,當傳動帶輪被連接時,輔助轉(zhuǎn)向盤代替上述的轉(zhuǎn)向盤。
12.如權(quán)利要求11所述的結(jié)構(gòu),其特征在于,傳動帶輪被支架結(jié)構(gòu)支撐,以便與輔助轉(zhuǎn)向盤一起旋轉(zhuǎn)。
13.如權(quán)利要求10所述的結(jié)構(gòu),其特征在于,轉(zhuǎn)向軸具有連接轉(zhuǎn)向盤的最上端部,其中傳動帶輪連接最上端部,以便于安裝轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)。
14.一種轉(zhuǎn)向系統(tǒng),具有用于選擇性轉(zhuǎn)向越野車輛轉(zhuǎn)向輪的手動轉(zhuǎn)向模式或者具有使用來自遠離車輛的位置處的導(dǎo)向信號的自動轉(zhuǎn)向模式,其中,越野車輛包括手動轉(zhuǎn)向輸入端,該輸入端連接到一連接機構(gòu),用于在手動模式中操作者移動轉(zhuǎn)向輪,包括手握部分的手動轉(zhuǎn)向輸入端連接該連接機構(gòu),用于在手動轉(zhuǎn)向模式中與連接機構(gòu)一起運動,用于在自動轉(zhuǎn)向模式中幫助自動轉(zhuǎn)向車輛的組件,所述組件包括轉(zhuǎn)向傳動馬達結(jié)構(gòu);傳動裝置,其連接馬達結(jié)構(gòu)以及與手握部分偏置的位置處的連接機構(gòu);處理器,其連接馬達,用于致動馬達以便在自動轉(zhuǎn)向模式中移動手握部分和轉(zhuǎn)向車輛;其中,轉(zhuǎn)向傳動馬達結(jié)構(gòu)包括轉(zhuǎn)向輸入位置傳感器,其為處理器提供轉(zhuǎn)向角度反饋信號;以及其中,處理器響應(yīng)于轉(zhuǎn)向角度反饋信號和導(dǎo)向信號以轉(zhuǎn)向車輛。
15.如權(quán)利要求14所述的轉(zhuǎn)向系統(tǒng),還包括實時運動(RTK)結(jié)構(gòu),其連接處理器,RTK結(jié)構(gòu)提供RTK信號,處理器響應(yīng)于RTK信號,以便在自動轉(zhuǎn)向模式中轉(zhuǎn)向車輛。
16.如權(quán)利要求14所述的轉(zhuǎn)向系統(tǒng),還包括地形補償傳感器,其連接處理器,提供指示車輛行駛地形的地形信號,處理器響應(yīng)于地形信號,以便在自動轉(zhuǎn)向模式中轉(zhuǎn)向車輛。
17.如權(quán)利要求14所述的轉(zhuǎn)向系統(tǒng),其特征在于,該組件在與連接機構(gòu)的傳動關(guān)系中放置在連接機構(gòu)的一部分上。
18.如權(quán)利要求17所述的轉(zhuǎn)向系統(tǒng),其特征在于,該組件包括可替換的轉(zhuǎn)向盤,其連接帶輪元件,馬達結(jié)構(gòu)包括步進馬達,該馬達在手動和自動轉(zhuǎn)向模式中在與帶輪元件的傳動關(guān)系中鄰近帶輪元件被支撐。
19.如權(quán)利要求17所述的轉(zhuǎn)向系統(tǒng),其特征在于,連接機構(gòu)包括可旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)向軸,其具有連接手握部分的最上端部,其中傳動裝置連接最上端部,以便于連接該組件和連接機構(gòu)。
20.如權(quán)利要求19所述的轉(zhuǎn)向系統(tǒng),其特征在于,馬達直接安裝在轉(zhuǎn)向軸上。
21.如權(quán)利要求14所述的轉(zhuǎn)向系統(tǒng),其特征在于,處理器連接GPS系統(tǒng)。
22.如權(quán)利要求14所述的轉(zhuǎn)向系統(tǒng),其特征在于,提供轉(zhuǎn)向角度反饋的轉(zhuǎn)向輸入位置傳感器放置在馬達中,還包括放置在馬達中的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)部件,其選擇性地連接車輛上的控制器區(qū)域網(wǎng)絡(luò)(CAN)線束。
全文摘要
一種用于將越野車輛的常規(guī)手動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)轉(zhuǎn)換為使用遠程信號的自動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。步進馬達通過帶或鏈傳動裝置連接安裝在轉(zhuǎn)向軸上端部的傳動裝置。步進馬達連接微處理器,在手動轉(zhuǎn)向模式和自動轉(zhuǎn)向模式中都與轉(zhuǎn)向軸一起移動。編碼器為微處理器提供信號,如果編碼器報告的步進數(shù)目不同于期望數(shù)目,則微處理器將操作改變到手動模式。包括可替換的轉(zhuǎn)向盤、軸帶輪、適配器插入件和步進電機的組件很容易連接轉(zhuǎn)向柱。傳動馬達也可直接連接轉(zhuǎn)向軸。
文檔編號G05D1/02GK1792695SQ20051013382
公開日2006年6月28日 申請日期2005年12月21日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月21日
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