一种用于玩具车的转向控制系统、控制方法及玩具车与流程

本发明涉及玩具车技术领域，尤其涉及一种用于玩具车的转向控制系统及此种转向控制系统的控制方法，另外，本发明还涉及采用此种转向控制系统的玩具车。

背景技术

现有的玩具车是一类由蓄电池提供驱动能源且儿童可驾驶可坐的电机驱动玩具车，玩具车如今已是2岁～7岁孩童普遍拥有的一类玩具。现有的玩具车一般是模仿现有汽车的结构和控制方式，例如，现有的四轮电动玩具车的车轮驱动结构主要由车轮、车轮轴和驱动齿轮箱组成，齿轮箱固定安装在车体上，车轮轴传动连接于齿轮箱的输出端并用于带动车轮进行周向旋转，动力装置通过齿轮箱和车轮轴驱动车轮正转实现前进或反转实现后退。为了实现四轮电动玩具车的转向，玩具车还加设了由方向盘和转向轴构成的转向结构，转向轴的两端分别连接于两个前轮，方向盘通过连接机构连接于转向轴，方向盘旋转时通过连接机构带动转向轴水平旋转，转向轴水平旋转时带动两个前轮实现转向。由于现有电动玩具车的转向轴同时连接于两个车轮，转向轴水平旋转的角度范围较小，导致车轮的转向角度较小，电动玩具车可实现的运行模式少，不能很好的满足孩童对电动玩具车的趣味性要求。

技术实现要素：

为了解决上述现有技术中存在的缺点和不足，本发明提供了一种用于玩具车且能有效增大玩具车转向角度的转向控制系统。

为了实现上述技术目的，本发明提供的用于玩具车的转向控制系统，包括操作器、处理器、转向轴和转向检测机构，处理器信号连接于操作器，转向轴与车轮一一对应，转向轴连接于车轮且用于调节车轮的旋转平面，转向检测机构信号连接于处理器且用于检测转向轴的旋转角度，处理器接收并令转向轴执行操作器作出的操作指令，转向检测机构根据转向轴的旋转角度作出检测信号并反馈给处理器，处理器根据转向检测机构反馈的检测信号判断车轮是否转向到位。

优选的，所述转向轴包括固定连接的横向轴与竖向轴，车轮的轴心处设有支撑孔，横向轴设于支撑孔中且轴向限位，竖向轴在转向轴执行操作时水平旋转。

优选的，所述转向检测机构包括对应的编码盘和光电检测板，编码盘固定连接于转向轴且随转向轴同步旋转，光电检测板根据编码盘的旋转角度作出检测信号并反馈给处理器；或者，所述转向检测机构包括对应的编码盘和光电检测板，光电检测板固定连接于转向轴且随转向轴同步旋转，光电检测板根据自身相对于编码盘的旋转角度作出检测信号并反馈给处理器。

优选的，所述光电检测板上设有光电管，编码盘在朝向光电检测板的表面上设有数个编码环，编码环上设有交替分布的弧形凸起和弧形凹槽，光电检测板通过光电管与编码环的位置关系作出检测信号。

优选的，所述编码盘、光电检测板均与转向轴一一对应，每个光电检测板上设有四个光电管，每个编码盘上设有内编码环和环绕内编码环设置的外编码环，其中两个光电管对应内编码环设置，另两个光电管对应外编码环设置。

优选的，所述操作器上设有多个按键模块，每个按键模块均设有模式按键、前进按键和后退按键。

优选的，所述按键模块包括直行按键模块、左斜行按键模块、左绕圈按键模块、右斜行按键模块、右绕圈按键模块、横行按键模块和原地转圈按键模块。

采用上述技术方案后，本发明提供的用于玩具车的转向控制系统具有如下优点：

1、本发明提供的用于玩具车的转向控制系统，对现有玩具车的转向控制结构进行了改进，每个车轮单独设置一根转向轴，各车轮之间的转向不会因共用一根转向轴而相互牵制，每根转向轴的旋转角度范围有效扩大，因而每个车轮的转向角度有效增大，使得玩具车可以在此改进下实现更多的运行模式，有效提高玩具车的趣味性，更好的满足玩乐要求。

另外，本发明的转向控制系统还加设了转向检测机构，通过该转向检测机构可以向处理器自反馈每根转向轴的旋转角度，便于处理器判定每个车轮是否转向到位，保证处理器能有效的、精准的控制各个车轮的转向角度，从而使玩具车的转向符合操作器的操作指令，更好的满足操作要求。

2、转向轴由横向轴和竖向轴构成，横向轴设于车轮轴心处的支撑孔中且轴向限位，使车轮不会脱离横向轴，保证车轮安装的稳定性，同时车轮可以相对于横向轴进行自由的周向旋转，不会影响车轮带动玩具车整体移动的基本目的。转向轴执行操作指令时，竖向轴进行水平旋转，竖向轴通过横向轴调节车轮的旋转平面，从而实现调节车轮转向的目的。

3、转向检测机构采用编码盘和光电检测板结合的结构，光电检测板通过检测编码盘的旋转角度或自身相对于编码盘的旋转角度即可获知转向轴的旋转角度，从而清楚获知车轮的转向角度。

4、光电检测板上设置多个光电管，编码盘上设置编码环，编码环上设置弧形凸起和弧形凹槽，编码盘相对于光电检测板旋转时，各光电管相对于编码环的位置发生改变，各光电管通过与各弧形凸起或弧形凹槽对应输出不同的信号，各光电管的信号结合即为转向检测机构在转向轴旋转时获得的检测信号，且便于将该检测信号与操作指令进行对比。本发明采用光电检测技术进行检测，可以有效提高检测精度，又因采用非接触方式进行检测，可以实现免维护的目的，更好的满足使用要求。

5、每个光电检测板上设置四个光电管，每个编码盘上设置内编码环和外编码环，两个光电管对应内编码环设置，另两个光电管对应外编码环设置，四个光电管结合可以输出16种关键位置的非重复信号组合，不仅能确定转向轴的转向角度，还能确定转向轴的旋转方向。

6、操作器上设置多个按键模块，每个按键模块均设置模式按键、前进按键和后退按键，通过模式按键选择玩具车的运行模式，再通过前进按键和后退按键选择当前模式下是前进还是后退，提供操作器的操作多样性。

7、本发明的转向控制系统使玩具车在能实现直行、左绕圈和右绕圈三种常规运行模式的基础上，还能实现左斜行、右斜行、横行和原地打圈四种非常规的运行模式，从而有效提升玩具车的趣味性。

本发明还提供了一种上述记载的转向控制系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

s1、所述操作器作出操作指令并发送给所述处理器；

s2、所述处理器接收所述步骤s1中的操作指令后命令所述转向轴执行操作指令，所述转向轴水平旋转并驱动车轮进行转向；

s3、所述转向检测机构根据所述步骤s2中转向轴的旋转角度作出实时的检测信号并反馈给所述处理器；

s4、所述处理器接收所述步骤s3中的检测信号后与所述步骤s1中的操作指令进行对比；

s5、若所述步骤s4中对比的结果一致，所述处理器作出停止信号并令所述转向轴停止旋转；

s6、若所述步骤s4中对比的结果不同，所述转向轴继续旋转直至实现所述步骤s5。

本发明提供的转向控制系统的控制方法，步骤简单，便于用户进行操作。转向检测机构在转向轴旋转调节车轮的转向过程中进行实时的检测，便于严格控制转向轴的旋转角度，从而保证车轮转向的准确性，避免出现车轮转向不到位或转向过度的情况，更好的满足操作要求。

本发明还提供了一种玩具车，包括车体和若干设于车体底部的车轮，还包括上述记载的用于玩具车的转向控制系统。

优选的，所述玩具车还包括至少一个用于驱动车轮实现周向旋转的驱动电机，驱动电机包括驱动轴，驱动轴传动连接于车轮的轴心处。

本发明提供的玩具车采用上述记载的转向控制系统，每个车轮单独设置一根转向轴，避免转向车轮因共用一根转向轴而相互牵制，每根转向轴的旋转角度范围大，因而每个车轮的转向角度增大，使玩具车可以实现更多的运行模式，有效提高玩具车的趣味性，更好的满足玩乐要求。通过转向检测机构可以向处理器自反馈每根转向轴的旋转角度，便于处理器判断每个车轮是否转向到位，保证处理器能有效的、精准的控制各个车轮的转向角度，从而使玩具车的转向符合操作器的操作指令，更好的满足操作要求。

附图说明

图1为本发明实施例一转向控制系统整体的示意图；

图2为本发明实施例一转向控制系统中车轮转向范围的示意图；

图3为本发明实施例一转向控制系统中转向检测机构的示意图；

图4为本发明实施例一转向控制系统中操作器的示意图；

图5为本发明实施例一玩具车中驱动电机、转向轴和车轮的连接示意图。

图中，100-车轮，101-支撑孔，102-限位套，200-车架，30-驱动电机，301-驱动轴，302-通孔，303-传动套，1-操作器，11-横行按键模块，12-左绕圈按键模块，13-左斜行按键模块，14-直行按键模块，15-右斜行按键模块，16-右绕圈按键模块，17-原地转圈按键模块，18-开关按键，2-处理器，3-转向轴，31-横向轴，32-竖向轴，4-转向检测机构，41-编码盘，411-内编码环，412-外编码环，413-连接孔，42-光电检测集成板，421-第一光电管，422-第二光电管，423-第三光电管，424-第四光电管，5-转向齿轮箱。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。需要理解的是，下述的“上”、“下”、“左”、“右”、“纵向”、“横向”、“内”、“外”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”等指示方位或位置关系的词语仅基于附图所示的方位或位置关系，仅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/元件必须具有特定的方位或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。

实施例一

如图1所示，本发明实施例一提供的用于玩具车的转向控制系统，包括操作器1、处理器2、转向轴3和转向检测机构4，处理器信号连接于操作器，转向轴与车轮100一一对应，转向轴连接于车轮且用于调节车轮的旋转平面，转向检测机构信号连接于处理器且用于检测转向轴的旋转角度。处理器2接收并令转向轴3执行操作器1作出的操作指令，转向检测机构4根据转向轴的旋转角度作出检测信号并反馈给处理器，处理器根据转向检测机构反馈的检测信号判断车轮100是否转向到位。

每个车轮单独设置一根转向轴，各车轮之间的转向不会因共用一根转向轴而相互牵制，每根转向轴的旋转角度范围有效扩大，因而每个车轮的转向角度有效增大，使得玩具车可以在此改进下实现更多的运行模式。通过转向检测机构可以向处理器自反馈每根转向轴的旋转角度，便于处理器判定每个车轮是否转向到位，保证处理器能有效的、精准的控制各个车轮的转向角度，从而使玩具车的转向符合操作器的操作指令。

为了实现转向轴的旋转，转向控制装置还包括转向齿轮箱5，转向齿轮箱设有输入端和输出端，输入端受控于处理器2，转向轴3传动连接于输出端。本实施例中，玩具车包括位于车体底部的车架200，转向齿轮箱5固定于车架上。转向轴3包括横向轴31与竖向轴32，横向轴与竖向轴由一根长轴经折弯成型且呈l形。

以四轮玩具车为例，前两个车轮100共用一个转向齿轮箱5，后两个车轮共用一个转向齿轮箱，转向齿轮箱内设有双向传动的齿轮组，转向齿轮箱设有两个输出端，即齿轮组设有两个输出轮，左侧的输出轮固定套装于左侧转向轴的竖向轴上，右侧的输出轮固定套装于右侧转向轴的竖向轴上。处理器2通过控制转向齿轮箱5输入端的旋转，实现对转向轴旋转的控制。进一步的，转向齿轮箱5位于输入端的输入轮由转向电机驱动，处理器2通过控制转向电机的转动方向和转动角度实现对转向齿轮箱的控制。

每个车轮100的轴心处均设有与横向轴31匹配的支撑孔101，横向轴设于支撑孔中且轴向受到限位，竖向轴32位于车轮的内侧且竖直向上延伸，竖向轴在转向轴3执行操作时水平旋转，竖向轴通过横向轴带动车轮转向。具体的，可以在支撑孔101的两端设置限位套102，且限位套固定套装在横向轴31上，通过限位套实现横向轴31与车轮100在轴向上的相对双向限位，横向轴不会脱离车轮，车轮也不会脱离横向轴，保证转向轴3与车轮之间的连接稳定性。进一步的，可以在限位套与车轮之间设置轴承，轴承的内圈套设于限位套的周向外部，轴承的外圈固定于支撑孔内，通过轴承的转动支撑作用，使车轮100可以相对于横向轴31进行自由的周向旋转，不会影响车轮带动玩具车整体移动的基本目的。

结合图2，由于每个车轮100通过对应的转向轴3进行独立的转向调节，本实施例中，若以车轮直行时的旋转平面记为初始状态，此时，车轮的转向角度记为0°。转向齿轮箱5通过转向轴3带动车轮100沿顺时针方向进行转向的最大角度为90°，当车轮沿顺时针方向转向至最大角度时，车轮的转向角度记为-90°。转向齿轮箱5通过转向轴3带动车轮100沿逆时针方向进行转向的最大角度也为90°，当车轮沿逆时针方向转向至最大角度时，车轮的转向角度记为+90°。因此，本实施例中每个车轮100的转向角度范围均为-90°～+90°。

转向检测机构4包括对应的编码盘41和光电检测板，编码盘固定连接于转向轴3且随转向轴同步旋转，光电检测板根据编码盘的旋转角度作出检测信号并反馈给处理器2。

结合图3，编码盘41与转向轴3一一对应设置，编码盘呈圆盘状，编码盘的轴心处设有与竖向轴32匹配的连接孔413，编码盘固定于转向齿轮箱5的顶面且轴向竖直，编码盘的顶面设有内编码环411和外编码环412，内编码环呈圆环形且环绕连接孔设置，外编码环设于内编码环的外周，且外编码环与内编码环之间有足够的间距。进一步的，内、外编码环的轴心线、连接孔的轴心线及编码盘的轴心线重合，竖向轴32顶端沿垂直于轴向的截面形状呈腰形，因此，连接孔设置为腰形孔。

光电检测板与转向轴3一一对应设置，以四轮玩具车为例，为了简化结构，转向控制系统共设置两块光电检测集成板42，其中，与两个前轮对应的光电检测板集成设为一块光电检测集成板，与两个后轮对应的光电检测板集成设为一块光电检测集成板。每块光电检测集成板都通过数据线连接于处理器2，每块光电检测集成板两端的底面均设置与对应侧编码盘41相应的一组光电管。本实施例中，每组光电管均设置四个在同一直线上且排列一致的光电管，分别为自左向右依次设置的第一光电管421、第二光电管422、第三光电管423和第四光电管424。四个光电管在感应到光线时输出标号为“1”的信号，在无法感应到光线时输出标号为“0”的信号。

为了通过内、外编码环使四个光电管输出与转向角度唯一对应的检测信号，内、外编码环上均设有交替分布的弧形凸起和弧形凹槽，弧形凸起用于遮挡光线使光电管因无法感应光线输出标号为“0”的信号，弧形凹槽用于透光使光电管因感应到光线后输出标号为“1”的信号。

光电检测集成板42收集各组光电管的检测信号后发送给处理器2，处理器将检测信号与操作指令进行对比，当两者一致时，判定转向轴3转向到位，从而判定车轮100转向到位，处理器作出停止指令，转向齿轮箱5停止运行。

本实施例中，第一光电管421和第四光电管424对应外编码环412设置，，第二光电管422和第三光电管423对应内编码环411设置。内编码环411沿周向间隔设有四个弧形凸起，相邻弧形凸起之间的空隙形成四个弧形凹槽。外编码环412沿周向间隔设有五个弧形凸起，相邻弧形凸起之间的间隙形成五个弧形凹槽。转向轴3水平旋转时，编码盘41随转向轴同步旋转，各光电管与各弧形凸起、弧形凹槽的相对位置发生变化，每组的四根光电管根据能否感应光线输出检测信号。

本实施例中，操作器1采用无线遥控式操作器，操作器的操作屏上设有多个按键模块，每个按键模块均设有模式按键、前进按键和后退按键。结合图4，操作器1上的按键模块包括横行按键模块11、左绕圈按键模块12、左斜行按键模块13、直行按键模块14、右斜行按键模块15、右绕圈按键模块16、原地转圈按键模块17和开关按键18。每种按键模块中的前进按键均表示驱动电机驱动车轮正转，每种按键模块中的后退按键均表示驱动电机驱动车轮反转。

本发明实施例一还提供了一种上述记载的转向控制系统的控制方法，包括以下步骤：

s1、操作器1作出操作指令并发送给处理器2；

s2、处理器接收步骤s1中的操作指令后命令转向轴3执行操作指令，转向轴水平旋转并驱动车轮100进行转向；

s3、转向检测机构4根据步骤s2中转向轴的旋转角度作出实时的检测信号并反馈给处理器2；

s4、处理器2接收步骤s3中的检测信号后与步骤s1中的操作指令进行对比；

s5、若步骤s4中对比的结果一致，处理器2作出停止信号并令转向轴3停止旋转；

s6、若步骤s4中对比的结果不同，转向轴3继续旋转直至实现步骤s5。

本发明实施例一还提供了一种玩具车，包括车体和若干设于车体底部的车轮100，还包括上述记载的转向控制系统。

玩具车还包括至少一个用于驱动车轮实现周向旋转的驱动电机300，驱动电机包括驱动轴301，驱动轴传动连接于车轮100的轴心处。结合图5，以四轮玩具车为例进行说明，转向控制系统共设有四根转向轴3，每根转向轴连接于对应的车轮100。前两个车轮中的一个车轮为驱动轮，后两个车轮中的一个车轮也为驱动轮，且前车轮中的驱动轮和后车轮中的驱动轮分别设于左、右两侧。驱动轴301的轴心处设有与横向轴31间隙配合的通孔302，驱动电机设于车轮100的内侧，驱动电机的壳体部分固定于车架200上，横向轴穿设于通孔302内，且驱动轴可以相对于横向轴进行转动，驱动轴的前端通过传动套303传动连接于车轮。驱动电机工作时，驱动轴301转动，并通过传动套303带动驱动轮同步转动，驱动轮带动其他从动轮转动，从而实现玩具车的移动或转动。

下面具体说明本实施例玩具车各种运行模式的工作情况。

每组光电管的检测信号以“abcd”标记，“a”位表示第一光电管421的输出信号，“b”位表示第二光电管422的输出信号，“c”位表示第三光电管423的输出信号，“d”位表示第四光电管4的光电信号。

当用户通过操作器1选择横行按键模块11的模式按键时，处理器接收操作指令后通过转向齿轮箱5命令转向轴3执行操作指令，当每组光电管的检测信号为“0110”时，表示转向轴3转向到位，处理器2作出停止信号，转向齿轮箱5停止传动，转向轴停止旋转并停留在该位置，从而使车轮100保持在该转向状态。按下该模式下的前进按键后，玩具车向左横行。按下该模式下的后退按键后，玩具车向右横行。

当用户通过操作器1选择左绕圈按键模块12的模式按键时，处理器接收操作指令后通过转向齿轮箱5命令转向轴3执行操作指令，当每组光电管的检测信号为“0000”或“0111”时，表示转向轴3转向到位，处理器2作出停止信号，转向齿轮箱5停止传动，转向轴停止旋转并停留在该位置，从而使车轮100保持在该转向状态。按下该模式下的前进按键后，玩具车沿逆时针方向绕圈或转弯。按下该模式下的后退按键后，玩具车按顺时针方向绕圈或转弯。

当用户通过操作器1选择左斜行按键模块13的模式按键时，处理器接收操作指令后通过转向齿轮箱5命令转向轴3执行操作指令，当每组光电管的检测信号为“0101”时，表示转向轴3转向到位，处理器2作出停止信号，转向齿轮箱5停止传动，转向轴停止旋转并停留在该位置，从而使车轮100保持在该转向状态。按下该模式下的前进按键后，玩具车向左前方向移动。按下该模式下的后退按键后，玩具车向右后方向移动。

当用户通过操作器1选择直行按键模块14的模式按键时，处理器接收操作指令后通过转向齿轮箱5命令转向轴3执行操作指令，直行模式为玩具车的常规运行模式，当车轮100的转向角度为0°时，每组光电管的检测信号为“1010”。按下该模式下的前进按键后，玩具车向直向前进。按下该模式下的后退按键后，玩具车直向后退。

当车轮的转向角度为-90°或+90°时，即车轮转向达到最大角度时，每组光电管的检测信号为“1111”或“0010”时，表示转向轴3转向到位。

当用户通过操作器1选择右斜行按键模块15的模式按键时，处理器接收操作指令后通过转向齿轮箱5命令转向轴3执行操作指令，当每组光电管的检测信号为“1001”时，表示转向轴3转向到位，处理器2作出停止信号，转向齿轮箱5停止传动，转向轴停止旋转并停留在该位置，从而使车轮100保持在该转向状态。按下该模式下的前进按键后，玩具车向右前方向移动。按下该模式下的后退按键后，玩具车向左后方向移动。

当用户通过操作器1选择右绕圈按键模块16的模式按键时，处理器接收操作指令后通过转向齿轮箱5命令转向轴3执行操作指令，当每组光电管的检测信号为“0111”或“0000”时，表示转向轴3转向到位，处理器2作出停止信号，转向齿轮箱5停止传动，转向轴停止旋转并停留在该位置，从而使车轮100保持在该转向状态。按下该模式下的前进按键后，玩具车沿顺时针方向绕圈或转弯。按下该模式下的后退按键后，玩具车沿逆时针方向绕圈或转弯。

当用户通过操作器1选择原地转圈按键模块17的模式按键时，处理器接收操作指令后通过转向齿轮箱5命令转向轴3执行操作指令，当每组光电管的检测信号为“0101”或“1001”时，表示转向轴3转向到位，处理器2作出停止信号，转向齿轮箱5停止传动，转向轴停止旋转并停留在该位置，从而使车轮100保持在该转向状态。按下该模式下的前进按键后，玩具车沿顺时针方向原地打圈。按下该模式下的后退按键后，玩具车沿逆时针方向原地打圈。

由于每组光电管的四个光电管结合可以输出十六种信号组合，其他上述未提及的信号组合为处理器2控制转向轴3的旋转提供过渡的参考信号，以便处理器更好的控制转向轴的旋转方向和旋转角度。

可以理解的是，本实施例中可以取消限位套102的设置，通过轴承和轴承盖配合的结构实现车轮100连接于横向轴31同时又能相对于横向轴进行自由的周向旋转的目的。

可以理解的是，本实施例中转向检测机构4的编码盘41和光电检测板42的设置位置可以互换，即光电检测板42固定连接于转向轴3，且随转向轴同步旋转，编码盘41固定于车架200上且位于光电检测板的上方，此时，光电检测板与转向轴3一一对应设置，与两个前轮对应的编码盘可以设为一体，与两个后轮对应的编码盘可以设为一体。此种情况下，光电检测板根据自身相对于编码盘41的旋转角度作出检测信号并反馈给处理器2。

可以理解的是，本实施例中驱动轴与驱动轮之间的连接结构不限于上述记载和附图所示，也可以采用其他合理的设置结构。

可以理解的时，本实施例中操作器和处理器之间的信号连接可以采用现有的无线信号连接方式，操作器可以参考现有技术中的遥控式操作器，处理器可以采用plc处理器。

上述记载的“车轮的旋转平面”指垂直于车轮轴向所在的平面，上述记载的车轮的“内侧”指车轮朝向另一侧车轮的一侧。上述记载的“前”、“后”、“左”、“右”指相对于乘坐在玩具车上的人的朝向。

除上述优选实施例外，本发明还有其他的实施方式，本领域技术人员可以根据本发明作出各种改变和变形，只要不脱离本发明的精神，均应属于本发明权利要求书中所定义的范围。