專利名稱：汽車轉向輪轉角指示裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及汽車轉向指示裝置。

背景技術：
車庫移位或公路掉頭是考駕照的必考項目，其技術訓練的熟練程度也事關考照者在今后的駕駛生涯中能否將發生交通事故的可能性和風險降到最低。在進行車庫移位或公路掉頭等操作時，有經驗的專業駕駛員借助長期實踐經驗的積累，心中對轉向輪偏轉位置已有清晰的概念，在操縱轉向盤時總能迅速轉向并適時回正轉向輪，從而干凈利落的完成這些使新手十分棘手的操作。而新手在進行車庫移位或公路掉頭等操作時，要么轉向不到位，要么忘了回正轉向輪，究其原因主要有兩點其一，轉向輪不可見，使新手因緊張而手忙腳亂甚至忘了剛剛是往左還是往右打的方向；其二轉向盤與轉向輪兩者轉角并不是一一對應關系，比如，以乘用車為例，不僅在轉向盤自由行程范圍內，轉向盤的回轉并不使轉向輪偏轉，而且一般轉向盤旋轉接近兩周(720°)，轉向輪才偏轉大約40°。
中國專利CN2694224Y公開了一種“汽車前輪轉角測量裝置”，其結構包括傳感器機械連接裝置和信號輸出電路兩部分，該方案有3點可進一步改進 1)僅有轉向輪偏轉數值而無轉向輪偏轉方向的直觀指示，不符合駕駛員在線駕駛時下意識的直覺思維特點。
2)對于長期在各種不平路面行駛的汽車而言，采用“傳感器+測試電路”的設計方案可靠性不如全機械裝置高。
3)“前輪轉角傳感器固定在轉向主銷上”的設計方案，僅適用于轉向系有主銷實體存在的車型，對于轉向系無主銷實體的車型，比如目前應用廣泛的安裝了麥弗遜式或其變型懸架的乘用車，便不能適用。


發明內容
為了解決轉向輪位置不可見而造成的汽車車庫移位或公路掉頭等操作存在操作風險的問題，本發明提供一種汽車轉向輪轉角指示裝置。
具體的技術解決方案如下 (同權利要求書) 本發明通過機械裝置，將轉向盤向左或向右的偏轉角直接動態轉換成對應的轉向輪偏轉角，并以指針將轉向輪偏轉的角度方向和數值大小動態顯示在駕駛員前方的刻度盤上，以避免轉向輪位置不可見所帶來的一切弊端。
上述方案中，輸入齒輪16和定軸齒輪13的轉速比范圍是2-3；特別地，對乘用車取2-2.5，對商用車取2.3-3。
上述方案中，大減速比周轉輪系的輸入軸12與Z形轉臂軸8的轉速比范圍是7-12；特別地，對乘用車取7-10，對商用車取10-12。
上述方案中，定軸非圓齒輪2與輸出非圓齒輪3之間設置外凸鎖止弧18與內凹鎖止弧19。并且外凸鎖止弧18與定軸非圓齒輪2固定連接，內凹鎖止弧19與輸出非圓齒輪3固定連接。鎖止弧18的中心角為2Ψ/i17，8，其中，Ψ為轉向盤自由行程角，i17，8為轉向軸17與Z形轉臂軸8的轉速比。
上述方案中，定軸非圓齒輪2與輸出非圓齒輪3節曲線設計方案如下 I、與轉向盤非自由行程階段相對應的(亦即轉速比i2，3為有限值時)定軸非圓齒輪2與輸出非圓齒輪3的節曲線設計 (1)主動定軸非圓齒輪2節曲線的極坐標方程為
r2(α2)＝a/(1+i2，3)(2) i2，3＝dα2/dα3(3) 式中，

是轉向軸轉角，亦即轉向盤轉角；α2是主動定軸非圓齒輪2的轉角，α3是從動輸出非圓齒輪3的轉角；a為Z形轉臂軸8與回轉軸5的中心距，i2，3為定軸非圓齒輪2與輸出非圓齒輪3的轉速比，i17，8為轉向軸17與Z形轉臂軸8的轉速比。
式(1)的數值計算離散形式為
其中i＝1，2，3，...，n。
式(2)的數值計算離散形式為 r2(α2(i))(i)＝a/(1+i2，3(i)) (2-1) 式(3)的數值微分計算采用差分法，主要步驟如下 步驟1在轉向輪最大轉角范圍內，測出轉向盤轉角

與轉向輪轉角α3’對應數據若干對，記為

(i)，α3’(i)。其中i＝1，2，3，...，n。
步驟2代入(1-1)式求出與

(i)對應的α2(i)，其中i＝1，2，3，...，n。
步驟3以上述α2(i)和α3’(i)兩組數據用差分法計算dα2/dα3’的數值微分。注意dα2/dα3＝dα2/dα3’。本發明的出發點即是以從動非圓齒輪3的轉角α3再現轉向輪轉角α3’，從而實現轉向輪轉角大小和方向的可視化！ (2)從動非圓齒輪3的節曲線方程 r3＝a-r2(α2) (4) α3＝α3’ (5) 式(4)的數值計算離散形式為 r3(i)＝a-r2(α2(i))(i)(4-1) 式(5)的數值計算離散形式為 α3(i)＝α3’(i) (5-1) II、與轉向盤自由行程階段相對應的(亦即轉速比i2，3不存在時)定軸非圓齒輪2與輸出非圓齒輪3的節曲線設計 在轉向盤自由行程范圍內，轉向盤回轉時轉向輪角位移為0，為使本裝置精確再現這一現象，特將與轉向盤自由行程對應的主動定軸非圓齒輪2節曲線取圓弧，并將該圓弧中心角取為 2Ψ/i17，8 (6) 其中，Ψ為轉向盤自由行程角，i17，8為轉向軸17與Z形轉臂軸8的轉速比。
從動輸出非圓齒輪3與上述中心角以式(6)表達的圓弧相對應的節曲線為一點。
實際上，主動定軸非圓齒輪2為不完全齒輪，而從動輸出非圓齒輪3為間歇運動，故定軸非圓齒輪2與輸出非圓齒輪3之間須設置外凸鎖止弧18與內凹鎖止弧19，防止輸出非圓齒輪3受到外界干擾時自行竄動。
與現有技術相比本發明具有的優點和積極效果 (1)本發明采用全機械裝置將與轉向盤偏轉角對應的轉向輪偏轉角度大小與方向以指針動態顯示在駕駛員前方的刻度盤上，符合駕駛員在線駕駛時下意識的直覺思維特點。
(2)本發明采用齒輪系設計方案結構緊湊、簡單，可靠性高，也不存在響應滯后問題。
(3)本發明技術方案適用車型全面不受轉向系以及與轉向橋配套懸架具體類型的限制。



圖1為本發明結構示意圖， 圖2為定軸非圓齒輪與輸出非圓齒輪的節曲線在與Z形轉臂軸垂直的平面內的投影圖。
圖3為在定軸非圓齒輪與輸出非圓齒輪之間設計外凸鎖止弧和內凹鎖止弧結構示意圖。
圖4為為指針6與刻度盤7示意圖。
圖5為實施例之定軸非圓齒輪與輸出非圓齒輪的節曲線設計結果圖。

具體實施例方式 下面結合附圖，通過實施例對本發明作進一步地描述。
實施例 參見圖1、圖2、圖3和圖4，汽車轉向輪轉角指示裝置包括轉向盤1，轉向盤1連接著轉向軸17，轉向軸17的兩端分別位于轉向柱管15內。
殼體14的一側連接著轉向柱管15；轉向軸17上固定裝有輸入齒輪16，與輸入齒輪16嚙合的定軸齒輪13位于殼體14內，定軸齒輪13通過轉軸12同軸連接著齒輪11，轉軸12上通過軸承安裝著中心齒輪9，行星齒輪10分別與齒輪11和中心齒輪9嚙合； 行星齒輪10通過軸承安裝在Z形轉臂軸8一端，Z形轉臂軸8中部通過軸承的軸承座固定安裝在殼體14上，Z形轉臂軸8的另一端固定安裝著定軸非圓齒輪2，與定軸非圓齒輪2嚙合傳動的輸出非圓齒輪3安裝在回轉軸5的一端，回轉軸5的另一端連接著指針6，與指針6對應的刻度盤7安裝在殼體14上。
定軸非圓齒輪2上安裝有外凸鎖止弧18，輸出非圓齒輪3上安裝有內凹鎖止弧19，外凸鎖止弧18和內凹鎖止弧19對應配合。
轉向盤1的轉動通過固定在轉向軸17上的輸入齒輪16和定軸齒輪13的嚙合傳入由齒輪11、中心齒輪9、行星齒輪10、轉軸12和Z形轉臂軸8組成的大減速比周轉輪系；再通過一對定軸非圓齒輪2和輸出非圓齒輪3再現轉向盤與轉向輪之間不同步的轉角對應關系；最后通過固定在從動非圓齒輪3的回轉軸5上的指針6，固定在機殼14上的刻度盤7實現如下功能動態指示出與轉向盤1的轉向和轉動角度相對應的前輪偏轉方向和偏轉角度的數值。
該裝置通過殼體14與轉向柱管15的固定連接安裝在轉向盤1與汽車轉向系的轉向器總成之間。
某型乘用車實測所得轉向盤轉角(

(i))與左前轉向輪轉角(α3’(i))對應數據如下表1(取順時針轉角為“-”，逆時針轉角為“+”) 表1實測

(i)與α3’(i)的對應數據(單位°)

現將設計方案實施過程簡述如下 (1)確定各級轉速比取圓柱齒輪16與圓柱齒輪13的轉速比i16，13＝2，大減速比周轉輪系的輸入軸12與Z形轉臂軸8的轉速比i12，8＝7.2，所以，轉向軸17與Z形轉臂軸8的轉速比為i17，8＝14.4。
(2)非圓齒輪2與非圓齒輪3的節曲線設計 表2與實測

(i)及α3’(i)對應的α2(i)、i2，3數值計算結果
I、與轉向盤非自由行程階段相對應的(亦即轉速比i2，3為有限值時)定軸非圓齒輪2與輸出非圓齒輪3的節曲線設計 由表1依據式(1-1)可計算出α2(i)，又由差分法計算i2，3如表2。再依據式(2-1)不難算出對應的r2(α2(i))(i)。由式(4-1)、(5-1)可計算出r3(i)及α3(i)。
II、與轉向盤自由行程階段相對應的(亦即轉速比i2，3不存在時)非圓齒輪2與非圓齒輪3的節曲線設計 當

(i)＝0°-7°時，α2(i)＝0°-0.48°，α3(i)＝α3’(i)＝0°。相應地，此段主動定軸非圓齒輪2節曲線為圓弧，其半徑由節曲線的連續性原則確定。而從動輸出非圓齒輪3節曲線則為一點。
(3)鎖止弧設計 由表1知轉向盤自由行程角Ψ＝7°，故鎖止弧中心角為 2Ψ/i17，8＝0.96°。
定軸非圓齒輪2與輸出非圓齒輪3的節曲線設計結果如圖5。
權利要求
1、汽車轉向輪轉角指示裝置，包括轉向盤(1)，所述轉向盤(1)的轉向軸(17)的兩端分別位于轉向柱管(15)內；其特征在于
還包括殼體(14)，殼體(14)的一側連接著轉向柱管(15)；轉向軸(17)上設有輸入齒輪(16)，與輸入齒輪(16)嚙合的定軸齒輪(13)位于殼體(14)內，定軸齒輪(13)通過轉軸(12)同軸連接著齒輪(11)，轉軸(12)上設有中心齒輪(9)，行星齒輪(10)分別與齒輪(11)和中心齒輪(9)嚙合；
行星齒輪(10)套設在Z形轉臂軸(8)上，Z形轉臂軸(8)的另一端設有定軸非圓齒輪(2)，與定軸非圓齒輪(2)嚙合傳動的輸出非圓齒輪(3)設于回轉軸(5)的一端，回轉軸(5)的另一端連接著指針(6)，與指針(6)對應的刻度盤(7)設于殼體(14)上。
2、根據權利要求1所述的汽車轉向輪轉角指示裝置，其特征在于所述Z形轉臂軸(8)中部設有支撐軸承(4)。
3、根據權利要求1所述的汽車轉向輪轉角指示裝置，其特征在于所述定軸非圓齒輪(2)與輸出非圓齒輪(3)的對應處分別設有外凸鎖止弧(18)和內凹鎖止弧(19)。
全文摘要
本發明涉及汽車轉向輪轉角指示裝置。解決了轉向輪位置不可見而造成的汽車車庫移位或公路掉頭等操作存在操作風險的問題。該裝置轉向盤的轉向軸上設有輸入齒輪，與其嚙合的定軸齒輪通過轉軸連接著齒輪，轉軸上通過軸承安裝著中心齒輪，行星齒輪分別與齒輪和中心齒輪嚙合；行星齒輪設于Z形轉臂軸一端，Z形轉臂軸的另一端設有定軸非圓齒輪，輸出非圓齒輪設于回轉軸一端，回轉軸另一端連接著指針，與指針對應的刻度盤安裝在殼體上。本發明采用全機械裝置將與轉向盤偏轉角對應的轉向輪偏轉角度大小與方向以指針動態顯示在駕駛員前方的刻度盤上。該裝置結構緊湊，工作可靠性高，適用車型全面不受轉向系以及與轉向橋配套懸架具體類型的限制。
文檔編號B62D15/02GK101284547SQ20081009659
公開日2008年10月15日 申請日期2008年5月16日 優先權日2008年5月16日
發明者洪 高, 平 肖, 彭翠云, 李俊杰 申請人:安徽工程科技學院