专利名称：汽车转向轮转角指示装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及汽车转向指示装置。
背景技术：
车库移位或公路掉头是考驾照的必考项目，其技术训练的熟练程度也事关考照者在今后的驾驶生涯中能否将发生交通事故的可能性和风险降到最低。在进行车库移位或公路掉头等操作时，有经验的专业驾驶员借助长期实践经验的积累，心中对转向轮偏转位置已有清晰的概念，在操纵转向盘时总能迅速转向并适时回正转向轮，从而干净利落的完成这些使新手十分棘手的操作。而新手在进行车库移位或公路掉头等操作时，要么转向不到位，要么忘了回正转向轮，究其原因主要有两点其一，转向轮不可见，使新手因紧张而手忙脚乱甚至忘了刚刚是往左还是往右打的方向；其二转向盘与转向轮两者转角并不是一一对应关系，比如，以乘用车为例，不仅在转向盘自由行程范围内，转向盘的回转并不使转向轮偏转，而且一般转向盘旋转接近两周(720°)，转向轮才偏转大约40°。
中国专利CN2694224Y公开了一种“汽车前轮转角测量装置”，其结构包括传感器机械连接装置和信号输出电路两部分，该方案有3点可进一步改进 1)仅有转向轮偏转数值而无转向轮偏转方向的直观指示，不符合驾驶员在线驾驶时下意识的直觉思维特点。
2)对于长期在各种不平路面行驶的汽车而言，采用“传感器+测试电路”的设计方案可靠性不如全机械装置高。
3)“前轮转角传感器固定在转向主销上”的设计方案，仅适用于转向系有主销实体存在的车型，对于转向系无主销实体的车型，比如目前应用广泛的安装了麦弗逊式或其变型悬架的乘用车，便不能适用。
发明内容
为了解决转向轮位置不可见而造成的汽车车库移位或公路掉头等操作存在操作风险的问题，本发明提供一种汽车转向轮转角指示装置。
具体的技术解决方案如下 (同权利要求书) 本发明通过机械装置，将转向盘向左或向右的偏转角直接动态转换成对应的转向轮偏转角，并以指针将转向轮偏转的角度方向和数值大小动态显示在驾驶员前方的刻度盘上，以避免转向轮位置不可见所带来的一切弊端。
上述方案中，输入齿轮16和定轴齿轮13的转速比范围是2-3；特别地，对乘用车取2-2.5，对商用车取2.3-3。
上述方案中，大减速比周转轮系的输入轴12与Z形转臂轴8的转速比范围是7-12；特别地，对乘用车取7-10，对商用车取10-12。
上述方案中，定轴非圆齿轮2与输出非圆齿轮3之间设置外凸锁止弧18与内凹锁止弧19。并且外凸锁止弧18与定轴非圆齿轮2固定连接，内凹锁止弧19与输出非圆齿轮3固定连接。锁止弧18的中心角为2Ψ/i17，8，其中，Ψ为转向盘自由行程角，i17，8为转向轴17与Z形转臂轴8的转速比。
上述方案中，定轴非圆齿轮2与输出非圆齿轮3节曲线设计方案如下 I、与转向盘非自由行程阶段相对应的(亦即转速比i2，3为有限值时)定轴非圆齿轮2与输出非圆齿轮3的节曲线设计 (1)主动定轴非圆齿轮2节曲线的极坐标方程为
r2(α2)＝a/(1+i2，3)(2) i2，3＝dα2/dα3(3) 式中，
是转向轴转角，亦即转向盘转角；α2是主动定轴非圆齿轮2的转角，α3是从动输出非圆齿轮3的转角；a为Z形转臂轴8与回转轴5的中心距，i2，3为定轴非圆齿轮2与输出非圆齿轮3的转速比，i17，8为转向轴17与Z形转臂轴8的转速比。
式(1)的数值计算离散形式为
其中i＝1，2，3，...，n。
式(2)的数值计算离散形式为 r2(α2(i))(i)＝a/(1+i2，3(i)) (2-1) 式(3)的数值微分计算采用差分法，主要步骤如下 步骤1在转向轮最大转角范围内，测出转向盘转角
与转向轮转角α3’对应数据若干对，记为
(i)，α3’(i)。其中i＝1，2，3，...，n。
步骤2代入(1-1)式求出与
(i)对应的α2(i)，其中i＝1，2，3，...，n。
步骤3以上述α2(i)和α3’(i)两组数据用差分法计算dα2/dα3’的数值微分。注意dα2/dα3＝dα2/dα3’。本发明的出发点即是以从动非圆齿轮3的转角α3再现转向轮转角α3’，从而实现转向轮转角大小和方向的可视化！ (2)从动非圆齿轮3的节曲线方程 r3＝a-r2(α2) (4) α3＝α3’ (5) 式(4)的数值计算离散形式为 r3(i)＝a-r2(α2(i))(i)(4-1) 式(5)的数值计算离散形式为 α3(i)＝α3’(i) (5-1) II、与转向盘自由行程阶段相对应的(亦即转速比i2，3不存在时)定轴非圆齿轮2与输出非圆齿轮3的节曲线设计 在转向盘自由行程范围内，转向盘回转时转向轮角位移为0，为使本装置精确再现这一现象，特将与转向盘自由行程对应的主动定轴非圆齿轮2节曲线取圆弧，并将该圆弧中心角取为 2Ψ/i17，8 (6) 其中，Ψ为转向盘自由行程角，i17，8为转向轴17与Z形转臂轴8的转速比。
从动输出非圆齿轮3与上述中心角以式(6)表达的圆弧相对应的节曲线为一点。
实际上，主动定轴非圆齿轮2为不完全齿轮，而从动输出非圆齿轮3为间歇运动，故定轴非圆齿轮2与输出非圆齿轮3之间须设置外凸锁止弧18与内凹锁止弧19，防止输出非圆齿轮3受到外界干扰时自行窜动。
与现有技术相比本发明具有的优点和积极效果 (1)本发明采用全机械装置将与转向盘偏转角对应的转向轮偏转角度大小与方向以指针动态显示在驾驶员前方的刻度盘上，符合驾驶员在线驾驶时下意识的直觉思维特点。
(2)本发明采用齿轮系设计方案结构紧凑、简单，可靠性高，也不存在响应滞后问题。
(3)本发明技术方案适用车型全面不受转向系以及与转向桥配套悬架具体类型的限制。
图1为本发明结构示意图， 图2为定轴非圆齿轮与输出非圆齿轮的节曲线在与Z形转臂轴垂直的平面内的投影图。
图3为在定轴非圆齿轮与输出非圆齿轮之间设计外凸锁止弧和内凹锁止弧结构示意图。
图4为为指针6与刻度盘7示意图。
图5为实施例之定轴非圆齿轮与输出非圆齿轮的节曲线设计结果图。
具体实施例方式 下面结合附图，通过实施例对本发明作进一步地描述。
实施例 参见图1、图2、图3和图4，汽车转向轮转角指示装置包括转向盘1，转向盘1连接着转向轴17，转向轴17的两端分别位于转向柱管15内。
壳体14的一侧连接着转向柱管15；转向轴17上固定装有输入齿轮16，与输入齿轮16啮合的定轴齿轮13位于壳体14内，定轴齿轮13通过转轴12同轴连接着齿轮11，转轴12上通过轴承安装着中心齿轮9，行星齿轮10分别与齿轮11和中心齿轮9啮合； 行星齿轮10通过轴承安装在Z形转臂轴8一端，Z形转臂轴8中部通过轴承的轴承座固定安装在壳体14上，Z形转臂轴8的另一端固定安装着定轴非圆齿轮2，与定轴非圆齿轮2啮合传动的输出非圆齿轮3安装在回转轴5的一端，回转轴5的另一端连接着指针6，与指针6对应的刻度盘7安装在壳体14上。
定轴非圆齿轮2上安装有外凸锁止弧18，输出非圆齿轮3上安装有内凹锁止弧19，外凸锁止弧18和内凹锁止弧19对应配合。
转向盘1的转动通过固定在转向轴17上的输入齿轮16和定轴齿轮13的啮合传入由齿轮11、中心齿轮9、行星齿轮10、转轴12和Z形转臂轴8组成的大减速比周转轮系；再通过一对定轴非圆齿轮2和输出非圆齿轮3再现转向盘与转向轮之间不同步的转角对应关系；最后通过固定在从动非圆齿轮3的回转轴5上的指针6，固定在机壳14上的刻度盘7实现如下功能动态指示出与转向盘1的转向和转动角度相对应的前轮偏转方向和偏转角度的数值。
该装置通过壳体14与转向柱管15的固定连接安装在转向盘1与汽车转向系的转向器总成之间。
某型乘用车实测所得转向盘转角(
(i))与左前转向轮转角(α3’(i))对应数据如下表1(取顺时针转角为“-”，逆时针转角为“+”) 表1实测
(i)与α3’(i)的对应数据(单位°)
现将设计方案实施过程简述如下 (1)确定各级转速比取圆柱齿轮16与圆柱齿轮13的转速比i16，13＝2，大减速比周转轮系的输入轴12与Z形转臂轴8的转速比i12，8＝7.2，所以，转向轴17与Z形转臂轴8的转速比为i17，8＝14.4。
(2)非圆齿轮2与非圆齿轮3的节曲线设计 表2与实测
(i)及α3’(i)对应的α2(i)、i2，3数值计算结果
I、与转向盘非自由行程阶段相对应的(亦即转速比i2，3为有限值时)定轴非圆齿轮2与输出非圆齿轮3的节曲线设计 由表1依据式(1-1)可计算出α2(i)，又由差分法计算i2，3如表2。再依据式(2-1)不难算出对应的r2(α2(i))(i)。由式(4-1)、(5-1)可计算出r3(i)及α3(i)。
II、与转向盘自由行程阶段相对应的(亦即转速比i2，3不存在时)非圆齿轮2与非圆齿轮3的节曲线设计 当
(i)＝0°-7°时，α2(i)＝0°-0.48°，α3(i)＝α3’(i)＝0°。相应地，此段主动定轴非圆齿轮2节曲线为圆弧，其半径由节曲线的连续性原则确定。而从动输出非圆齿轮3节曲线则为一点。
(3)锁止弧设计 由表1知转向盘自由行程角Ψ＝7°，故锁止弧中心角为 2Ψ/i17，8＝0.96°。
定轴非圆齿轮2与输出非圆齿轮3的节曲线设计结果如图5。
权利要求
1、汽车转向轮转角指示装置，包括转向盘(1)，所述转向盘(1)的转向轴(17)的两端分别位于转向柱管(15)内；其特征在于
还包括壳体(14)，壳体(14)的一侧连接着转向柱管(15)；转向轴(17)上设有输入齿轮(16)，与输入齿轮(16)啮合的定轴齿轮(13)位于壳体(14)内，定轴齿轮(13)通过转轴(12)同轴连接着齿轮(11)，转轴(12)上设有中心齿轮(9)，行星齿轮(10)分别与齿轮(11)和中心齿轮(9)啮合；
行星齿轮(10)套设在Z形转臂轴(8)上，Z形转臂轴(8)的另一端设有定轴非圆齿轮(2)，与定轴非圆齿轮(2)啮合传动的输出非圆齿轮(3)设于回转轴(5)的一端，回转轴(5)的另一端连接着指针(6)，与指针(6)对应的刻度盘(7)设于壳体(14)上。
2、根据权利要求1所述的汽车转向轮转角指示装置，其特征在于所述Z形转臂轴(8)中部设有支撑轴承(4)。
3、根据权利要求1所述的汽车转向轮转角指示装置，其特征在于所述定轴非圆齿轮(2)与输出非圆齿轮(3)的对应处分别设有外凸锁止弧(18)和内凹锁止弧(19)。
全文摘要
本发明涉及汽车转向轮转角指示装置。解决了转向轮位置不可见而造成的汽车车库移位或公路掉头等操作存在操作风险的问题。该装置转向盘的转向轴上设有输入齿轮，与其啮合的定轴齿轮通过转轴连接着齿轮，转轴上通过轴承安装着中心齿轮，行星齿轮分别与齿轮和中心齿轮啮合；行星齿轮设于Z形转臂轴一端，Z形转臂轴的另一端设有定轴非圆齿轮，输出非圆齿轮设于回转轴一端，回转轴另一端连接着指针，与指针对应的刻度盘安装在壳体上。本发明采用全机械装置将与转向盘偏转角对应的转向轮偏转角度大小与方向以指针动态显示在驾驶员前方的刻度盘上。该装置结构紧凑，工作可靠性高，适用车型全面不受转向系以及与转向桥配套悬架具体类型的限制。
文档编号B62D15/02GK101284547SQ20081009659
公开日2008年10月15日 申请日期2008年5月16日 优先权日2008年5月16日
发明者洪 高, 平 肖, 彭翠云, 李俊杰 申请人:安徽工程科技学院