一种两级传动的汽车自带原地转向机构设计
基于单片机的两轮自平衡车控制系统设计
基于单片机的两轮自平衡车控制系统设计摘要两轮自平衡车是一种高度不稳定的两轮机器人，就像传统的倒立摆一样，本质不稳定是两轮小车的特性，必须施加有效的控制手段才能使其稳定。
本文提出了一种两轮自平衡小车的设计方案，采用重力加速度陀螺仪传感器MPU-6050检测小车姿态，使用互补滤波完成陀螺仪数据与加速度计数据的数据融合。
系统选用STC公司的8位单片机STC12C5A60S2为主控制器，根据从传感器中获取的数据，经过PID算法处理后，输出控制信号至电机驱动芯片TB6612FNG，以控制小车的两个电机，来使小车保持平衡状态。
整个系统制作完成后，小车可以在无人干预的条件下实现自主平衡，并且在引入适量干扰的情况下小车能够自主调整并迅速恢复至稳定状态。
通过蓝牙，还可以控制小车前进，后退，左右转。
关键词：两轮自平衡小车加速度计陀螺仪数据融合滤波PID算法Design of Control System of Two-WheelSelf-Balance Vehicle based on MicrocontrollerAbstractTwo-wheel self-balance vehicle is a kind of highly unstable two-wheel robot. The characteristic of two-wheel vehicle is the nature of the instability as traditional inverted pendulum, and effective control must be exerted if we need to make it stable. This paper presents a design scheme of two-wheel self-balance vehicle. We need using gravity accelerometer gyroscope sensor MPU6050 for the inclination angle of vehicle, and using complementary filter for the data fusion of gyroscope and accelerometer. We choose an 8-bit microcontroller named STC12C5A60S2 from STC Company as main controller of the control system. The main controller output control signal, which is based on the data from the sensors, to the motor drive chip named TB6612FNG for controlling two motors of vehicle, and keeping the vehicle in balance. After the completion of the control system, the vehicle can achieve autonomous balance under the conditions of unmanned intervention, the vehicle can adjust automatically and restored to a stable state quickly in the case of giving appropriate interference as well. In addition, we can control the vehicle forward, backward and turn around.Key words: Two-Wheel Self-Balance Vehicle; Accelerometer; Gyroscope; Data fusion; Complementary filter; PID algorithm1 绪论 (1)1.1自平衡小车的研究背景 (1)1.2 自平衡小车研究意义 (1)1.3 论文的主要内容 (2)2 课题任务与关键技术 (2)2.1 主要任务 (2)2.2关键技术 (2)2.2.1 系统设计 (2)2.2.2 数学建模 (2)2.2.3姿态检测 (3)2.2.4 控制算法 (3)3 系统原理分析 (3)3.1 控制系统任务分解 (3)3.2 控制原理 (4)3.3 数学模型 (5)4 系统硬件设计 (6)4.1 STC12C5A60S2单片机介绍 (7)4.2 电源管理模块 (8)4.3 车身姿态感应模块 (9)4.3.1 加速度计 (10)4.3.2 陀螺仪 (12)4.4 电机驱动模块 (14)4.5 速度检测模块 (16)5 系统软件设计 (16)5.1 软件系统总体结构 (17)5.2 单片机的硬件资源配置 (18)5.2.1定时/计数器设置 (18)5.2.2 PWM输出设置 (20)5.2.3 串行通信设置 (23)5.2.4 中断的开放与禁止 (26)5.3 MPU6050资源配置 (27)5.3.1 普通IO口模拟IIC通讯 (28)5.3.2 MPU6050资源配置 (32)5.4 系统控制算法设计 (34)5.4.1 PID算法 (34)5.4.2 互补滤波算法 (35)5.4.3 角度控制与速度控制 (35)5.4.4 输出控制算法 (36)6 总结与展望 (37)6.1 总结 (37)6.2 展望 (37)参考文献 (38)1 绪论1.1自平衡小车的研究背景近几年来，随着电子技术的发展与进步，移动机器人的研究不断深入，成为目前机器人研究领域的一个重要组成部分，并且其应用领域日益广泛，其所需适应的环境和执行的任务也更复杂，这就对移动机器人提出了更高的要求。
两轴式变速器的设计
汽车设计课程设计说明书设计题目：两轴式变速器的设计院系：专业班级：姓名：指导教师：日期：目录一概述 (1)二变速器传动机构布置方案 (2)2.1传动机构布置方案分析 (2)2.1.1固定轴式变速器 (2)2.1.2倒挡布置方案 (2)2.1.3其他问题 (2)2.2零部件结构方案分析 (3)2.2.1齿轮形式 (3)2.2.2换挡机构形式 (3)三变速器主要参数的选择 (3)3.1档数 (3)3.2传动比范围 (3)3.3中心距 (4)3.4外形尺寸 (5)3.5齿轮参数 (5)3.6各档齿轮齿数的分配 (8)3.6.1确定一挡齿轮的齿数 (8)3.6.2对中心距A进行修正 (9)3.6.3确定常啮合传动齿轮副的齿数 (9)3.6.4确定其他各挡的齿数 (9)四变速器的设计与计算 (11)4.1齿轮的损坏形式 (11)4.2齿轮强度计算 (11)4.2.1齿轮弯曲强度的计算 (11)4.2.2轴的强度计算 (12)五同步器的设计 (13)5.1惯性式同步器 (13)5.2主要参数的确定 (13)5.2.1摩擦因数f (13)六变速器结构元件 (14)6.1变速器齿轮 (14)6.2变速器轴 (14)6.3变速器壳体 (15)七、总结 (15)一概述变速器用来改变发动机传到驱动轮上的转速和扭矩，目的是在原地起步、爬坡、转弯、加速等各种行驶工况下，使得汽车获得不同的牵引力和车速，同时使发动机在最有利的工况范围内工作。
变速器需要设置有空档，可在启动发动机、汽车滑行或者停车时中断发动机对驱动轮的动力传输。
同时，变速器也需要设置倒挡，能够使汽车获得倒退行驶的能力。
对变速器的基本要求：(1)保证汽车有良好的动力性和经济性。
(2)设置空档，使汽车有切断动力传输的能力。
(3)设置倒挡，使汽车有倒退行驶的能力。
(4)设置动力传输装置，需要时能进行功率输出。
(5)换挡迅速、省力、方便。
(6)工作可靠。
汽车在行驶过程中不得有跳档、乱档、以及换挡冲击的情形出现。
原地转弯原理
原地转弯原理
《原地转弯原理》
一、定义
原地转弯是指机器人在没有移动的情况下，仅仅通过控制机器人的车轮进行旋转，实现机器人朝指定方向运动，这种运动叫做原地转弯。
二、原理
原地转弯一般采用两驱或者四驱动方式，不同的机器人有不同的原地转弯方法，但是基本原理是一致的，即通过控制各个轮子（驱动轮和两个或两个以上的被动轮）滑动和旋转的位置改变，实现机器人的旋转运动。
两驱式原地转弯：通过控制两个行进驱动轮，使得这两个驱动轮达到相反方向的速度，从而实现机器人的原地旋转。
四驱式原地转弯：通过控制前后两个行进驱动轮以及两个被动轮，使得四个轮子的运动方向发生变化，而被动轮的位置始终不变，从而实现机器人的原地旋转。
三、实用性
1、实现机器人的更加精确的转向；
2、在有限的空间内实现机器人的旋转；
3、便于机器人在复杂环境中实现快速转向；
4、有助于机器人实现更高效率、更低成本的移动运动；
5、有助于机器人实现更复杂的任务。
四、应用
原地转弯应用于各种机器人运动控制，如智能车辆的道路规划、服务机器人的任务操作等。
重型卡车双前桥转向系统开发计算说明书
编号北奔威驰8×4宽体矿用车1950轴距转向系统开发计算说明书编制审查审定标准化审查批准包头北奔重型汽车有限公司研发中心2010年7月22日1 计算目的双前桥四轴车在转向过程中，理论上要求所有车轮都处于纯滚动，或只有极小滑动，为达到这一目的，要求所有车轮绕一瞬时转动中心作圆周运动。
每个转向桥的梯形角匹配设计，是为满足车轮的理论内外转角特性曲线与实际内外转角特性曲线尽可能的接近；第一、二转向前桥转向摇臂机构设计是为了让第一、二转向前桥最大内转角与轴距之间的理论关系与实际关系尽可能的相匹配。
本次计算是为新开发的8×4宽体车XC3700KZ 匹配北奔高位宽体前桥的转向系统中转向传动机构和转向动力机构中各元件的选型及尺寸提供理论依据。
2 采用的计算方法、公式来源和公式符号说明符号定义及赋值如下：1α为第一转向前桥外转角，1β为第一转向前桥内转角 2α为第二转向前桥外转角，2β为第二转向前桥内转角1L 为第一转向前桥主销中心线与地面的交点到第三桥轴线的距离 2L 为第二转向前桥主销中心线与地面的交点到第三桥轴线的距离3 计算过程及结果 3.1 转向动力系统参数计算3.1.1 原地转向阻力矩计算① 状态一：第一、二转向桥载荷按标准载荷13T 计算 已知参数如下：第一转向桥、第二转向桥的轴荷为1G =2G =13000×9.8=127400 N 轮胎气压1P =0.77Mpa滑动摩擦系数μ=0.6（干燥土路）滚动摩擦系数f =0.035（干燥压紧土路推荐0.025-0.035） 轮胎自由半径0r =685mm 轮胎静力半径1r =670mm 侧偏距a =204mm内轮最大转角max α=35.74°[借用现有一桥拉杆及垂臂W3400112AE 极限内转角]（新设计垂臂936 463 00 01使转角能达到车轮极限转角38度）轮胎宽度1B =375mm轮胎接地面积8212BK ==175782mm ，K=132.6mm主销内倾角Φ=6°对于单桥的原地转向阻力矩，有如下计算方式： A.按半经验公式计算131P G 3μ＝半M =77.012740036.03 =10364271 N.mm =10364 N.mB.按采用雷索夫公式()2s 201r r 0.5a f G -+⋅⨯μ＝雷M=127400×（0.035×204+0.5 ×0.6×22670685-）=6358499 N.mm =6358 N.mC.采用经验公式max11sin sin a G a G αφμ＝经⋅⋅⋅+⋅⋅M=127400×204×0.6+127400×204×sin6°×sin35.74° =17181 N.mD.算术平均求阻力矩为了使计算更趋合理，避免上述四种公式单独使用时与实际工造成的误差，故用以上三种方式求得的阻力矩的算术平均值作为静态原地转向阻力矩0s M 。
汽车转向系设计说明书
汽车设计课程设计说明书题目:重型载货汽车转向器设计姓名：席昌钱学号：200924265同组者：严炳炎、孔祥生、余鹏、李朋超、郑大伟专业班级:09车辆工程2班指导教师:王丰元、邹旭东设计任务书目录1.转向系分析 (4)2.机械式转向器方案分析 (8)3.转向系主要性能参数 (9)4.转向器设计计算 (14)5.动力转向机构设计 (16)6.转向梯形优化设计 (22)7.结论………………………………………………………。
248.参考文献 (25)1转向系设计1.1基本要求1.汽车转弯行驶时，全部车轮应绕瞬时转向中心旋转。
2.操纵轻便，作用于转向盘上的转向力小于200N。
3。
转向系的角传动比在23～32之间，正效率在60％以上，逆效率在50%以上。
4.转向灵敏。
5.转向器和转向传动机构中应有间隙调整机构.6.转向系应有能使驾驶员免遭或减轻伤害的防伤装置.1.2基本参数1.整车尺寸： 11976mm*2395mm*3750mm。
2.轴数/轴距 4/(1950+4550+1350)mm3。
整备质量 12000kg4。
轮胎气压 0。
74MPa2.转向系分析2.1对转向系的要求［3］(1) 保证汽车有较高的机动性，在有限的场地面积内，具有迅速和小半径转弯的能力，同时操作轻便;(2）汽车转向时，全部车轮应绕一个瞬时转向中心旋转,不应有侧滑；(3）传给转向盘的反冲要尽可能的小;（4) 转向后，转向盘应自动回正，并应使汽车保持在稳定的直线行驶状态；(5）发生车祸时，当转向盘和转向轴由于车架和车身变形一起后移时，转向系统最好有保护机构防止伤及乘员.2。
2转向操纵机构转向操纵机构包括转向盘，转向轴，转向管柱。
有时为了布置方便，减小由于装置位置误差及部件相对运动所引起的附加载荷，提高汽车正面碰撞的安全性以及便于拆装，在转向轴与转向器的输入端之间安装转向万向节,如图2-1。
采用柔性万向节可减少传至转向轴上的振动，但柔性万向节如果过软,则会影响转向系的刚度。
汽车设计_转向系统
第一节概述转向系是用来保持或者改变汽车行驶方向的机构，在汽车转向行驶时，保证各转向轮之间有协调的转角关系。
机械转向系依靠驾驶员的手力转动转向盘，经转向器和转向传动机构使转向轮偏转。
有些汽车还装有防伤机构和转向减振器。
采用动力转向的汽车还装有动力系统，并借助此系统来减轻驾驶员的手力。
对转向系提出的要求有：1）汽车转弯行驶时，全部车轮应绕瞬时转向中心旋转，任何车轮不应有侧滑。
不满足这项要求会加速轮胎磨损，并降低汽车的行驶稳定性。
2）汽车转向行驶后，在驾驶员松开转向盘的条件下，转向轮能自动返回到直线行驶位置，并稳定行驶。
3）汽车在任何行驶状态下,转向轮不得产生自振，转向盘没有摆动.4)转向传动机构和悬架导向装置共同工作时，由于运动不协调使车轮产生的摆动应最小。
5)保证汽车有较高的机动性,具有迅速和小转弯行驶能力。
6）操纵轻便。
7）转向轮碰撞到障碍物以后,传给转向盘的反冲力要尽可能小.8）转向器和转向传动机构的球头处，有消除因磨损而产生间隙的调整机构.9）在车祸中，当转向轴和转向盘由于车架或车身变形而共同后移时,转向系应有能使驾驶员免遭或减轻伤害的防伤装置。
10）进行运动校核，保证转向盘与转向轮转动方向一致。
正确设计转向梯形机构，可以使第一项要求得到保证。
转向系中设置有转向减振器时，能够防止转向轮产生自振,同时又能使传到转向盘上的反冲力明显降低.为了使汽车具有良好的机动性能,必须使转向轮有尽可能大的转角,并要达到按前外轮车轮轨迹计算，其最小转弯半径能达到汽车轴距的2～2．5倍.通常用转向时驾驶员作用·在转向盘上的切向力大小和转向盘转动圈数多少两项指标来评价操纵轻便性。
没有装置动力转向的轿车，在行驶中转向,此力应为50—100N；有动力转向时，此力在20—50N.当货车从直线行驶状态,以10km／h速度在柏油或水泥的水平路段上转入沿半径为12m的圆周行驶，且路面干燥，若转向系内没有装动力转向器,上述切向力不得超过250N;有动力转向器时，不得超过120N。
叉车转向系统.
叉车转向系统Steering System of Forklift Truck2010.10．目录第一节叉车转向系统概述 (1)1.1 叉车转向系统的定义、作用及叉车转向的特点 (1)1.2 与整车机动性有关的主要考核指标 (1)1.3 叉车转向系统的要求 (4)1.4 叉车转向系统的组成 (4)1.5 叉车转向系统的类型 (5)第二节全液压转向系统 (7)2.1 全液压转向系统的工作原理 (7)2.2 全液压转向系统的组成 (8)2.3 转向器的工作原理 (11)第三节叉车转向原理 (11)3.1 叉车转向原理 (11)3.2 车辆转向方式 (13)3.3 叉车在行驶中转向的基本条件 (15)第四节转向桥 (16)4.1叉车转向桥概述 (16)4.1.1 叉车转向桥的类型 (16)4.1.2 横置油缸转向桥的构造 (19)4.1.3 叉车转向桥的作用 (21)4.2 1-1.8t焊接转向桥结构 (22)4.3 转向桥安装及车轮定位型式 (25)4.3.1 转向桥的安装方式 (25)4.3.2 转向轮的定位 (25)4.3.3 叉车转向轮的定位方式 (27)第五节叉车转向系统的设计 (29)5.1 转向系统的设计方法 (29)5.2 横置油缸式转向梯形的优化设计 (30)5.2.1 转向梯形的类型 (30)5.2.2 曲柄滑块式转向梯形的优化设计 (32)5.3 转向传动机构的设计计算 (35)5.3.1 转向阻力矩的计算 (35)5.3.2 转向传动机构的受力计算 (38)5.4 转向桥的设计计算 (39)5.4.1 转向桥的受力分析 (39)5.4.2 转向桥强度计算 (40)5.5 衡量叉车转向操纵轻便性的主要指标 (41)5.5.1 方向盘最大作用力确定 (42)5.5.2 方向盘回转圈数 (43)5.6 全液压转向器的选择 (43)第六节叉车转向系统的试验 (45)6.1转向性能试验 (45)6.1转向桥的疲劳试验 (48)6.1.1 转向桥体疲劳试验台简介 (48)6.1.2 转向桥体的疲劳试验 (49)6.3 整车强化试验 (51)第七节转向系统的安装调试及维护保养 (51)7.1转向桥安装注意事项 (51)7.2转向桥的调整 (52)7.3转向系统的维护保养 (53)第八节转向系统的主要故障及排除 (53)8.1转向系统重装后检查 (53)8.2转向系统故障排除 (54)8.3 叉车的蛇行现象 (54)第一节 叉车转向系统概述叉车主要用于货场仓库的装卸或短途运输，工作场地较小，转向频繁，常需要原地转向。
底盘上复习题(附答案)
1、如何检查柳微汽车变速器、主减速器的油量和油质？①车辆熄火，举升②拧下变速器监检孔，检查变速器内油液面距检视孔下缘的距离，应少于10mm。
如大与此值应添加。
③蘸取少量油液观察，如变黑，有微粒感，进水，有焦味应更换。
2、分析驱动桥过热的现象、原因及排除方法。
答：现象：汽车行驶一段里程后，用手触摸，有非常烫手的感觉。
原因：①齿轮油变质、缺油或牌号不符合要求；②过紧或损坏；③轮齿侧间隙过小或过度磨损排除方法：3、什么是离合器踏板自由行程，定期保养时为何要检查调整此自由行程？答：消除离合器的自由间隙和分离机构、操纵机构零件的弹性变形所需要的踏板行程称为离合器踏板的自由行程。
如果离合器自由行程过小，从动盘摩擦片磨损变薄后压盘将不能向前移动压紧从动盘，这将导致离合器打滑，若离合器的自由行程过大，会导致离合器分离不彻底。
4、如何检查汽车手动变速器、主减速器的油量？简述更换汽车手动变速器、主减速器的齿轮油的操作方法。
参考第一题5、下图为桑塔纳2000轿车传动机构的示意图，看图后回答以下问题：（1）桑塔纳2000轿车的发动机是横置还是纵置，变速器是属于二轴式还是三轴式？说出图中标示І，IV，V，R及1，2，3，5这几个部件的名称。
（如图标示，5为倒挡惰轮）（2）写出图中一挡和倒挡的传递路线。
一档：一、二挡同步器与一挡从动齿轮啮合，动力经输入轴、一档主动齿轮、一挡从动齿轮一二挡同步器啮合套传递给输出轴。
倒挡：倒挡轴上的惰轮移动与第一轴上的倒挡齿轮啮合，惰轮与第二轴上接合套外的齿圈啮合，从而实现反向旋转。
动力经输入轴、倒挡主动齿轮、惰轮、倒挡从动齿轮传递给输出轴。
解放CA1092型货车装了6只轮胎，其中后面四只轮胎为驱动轮胎，所以其驱动形式为6×4。
（×）实训中拆装的柳微车手动变速器是二轴式的（×）离合器踏板自由行程过大会导致离合器打滑。
（分离不彻底）（×）中间支承的常见耗损形式有橡胶老化、振动和异响等。
动力差速式转向机构设计毕业设计
本科学生毕业设计动力差速式转向机构设计The Graduation Design for Bachelor's Degree Design of Dynamic Differential SteeringMechanismCandidate：Shi ChuanyangSpecialty：Mechanical Design and Manufacture &AutomationClass：07-7Supervisor：Associate Professor Chen ShuhaiHeilongjiang Institute of Technology2011-06·Harbin摘要履带车辆的转向机构是重要的总成之一，其性能的优劣直接影响着车辆的转向机动性和生产效率。
因此对性能优良的转向机构的研究一直是车辆工程领域的重要研究课题。
履带式工程机械的转向机构普遍采用单功率流的转向离合器和制动器，两者相配合，使两侧履带以不同速度行驶，实现转向。
这种结构非常简单，同时也易于实现转向，但是要实现小半径转向时需借助摩擦元件的打滑来实现，造成严重的功率浪费，降低摩擦元件的使用寿命。
同时驾驶操作费力，还不好准确把握车辆的转向半径。
本设计为推土机设计采用的一套动力差速式转向装置。
该转向机构主要包括一个转向差速机构、一个液压泵、一个液压转向马达和转向控制器，它将转向和差速合为一体，简化了机械的结构，提高了机械的使用性能。
该机构具有差速的同时，还具有差速锁的效果，并具有降速增扭的功能，大大提高了履带车辆行驶通过性和转向性能。
关键词：差速式转向机构；转向离合器；转向半径；履带车辆；转向控制器ABSTRACTThe steering mechanism of tracked vehicle is one important part of the unit, and its performance will directly affect the mobility and productivity of the vehicle. Therefore, the research on steering mechanism is an important subject in the field of vehicle engineering.The marching project machinery rotation gear generally uses the steering clutch and the brake which the single power flows, two coordinates which cause two sides caterpillar bands with the different speed to change the direction. This kind of structure is extremely simple, and will be also easy to realize changes, however, if you want to realize the changes of the small radius, you have to do it with the aid of rub parts slipping and it will cause the serious power waste, reduces the service life of rub parts. Simultaneously it will be in great trouble to take the operation and hold the radial turning of vehicles.The design is a set of diverting device with difference speed which uses for the bulldozer design. The steering mechanism mainly includes the differential steering mechanism, a hydraulic pump, a motor of hydraulic pressure and a steering clutch. It can make the changing direction and the difference speed into one body, simplify the machinery structure, enhanced the machinery operational performance. This structure not only has different speed, but also has the effect of differential lock, and has the function which reduces speed and increases turns and enhances passing nature of the tracked vehicle and the performance of changing direction.Key words: Differential Steering Mechanism；Steering Clutch；Radial Turning；Tracked Vehicle；Steering Controller目录摘要 (Ⅰ)Abstract (Ⅱ)第1章绪论 (1)1.1 履带车辆转向机构的选题背景目的及意义 (1)1.2 履带车辆转向机构研究现状 (2)1.2.1 单功率流转向机构 (2)1.2.2 双功率流转向机构 (3)1.3 履带车辆转向机构发展趋势 (4)1.3.1 纯液压无级转向机构 (4)1.3.2 复合转向机构 (5)1.3.3 机械液压连接无级转向机构 (5)1.4 差速式转向机构的主要构成 (6)1.5 本文主要工作 (7)第2章动力差速式转向机构运动学分析 (8)2.1 差速式转向机构的组成与工作原理 (8)2.2 差速式转向机构的运动学分析 (9)2.2.1 转速分析 (9)2.2.2 转矩分析 (11)2.2.3 功率分析 (14)2.3 本章小结 (15)第3章履带理论转向阻力矩分析 (16)3.1 履带与路面摩擦引起的力 (16)3.2 履带侧面推土产生的力 (17)3.3 本章小结 (19)第4章动力差速式转向机构的设计 (20)4.1 各传动比的选择 (20)4.2 各零件运动参数的计算 (20)4.2.1 车辆直线行驶 (20)4.2.2 车辆绕一侧履带中心转向 (21)4.3 零件设计 (22)4.3.1 行走驱动锥齿轮的设计 (22)4.3.2 转向马达锥齿轮的设计 (26)4.3.3 行星排Ⅰ与行星排Ⅲ的设计 (30)4.3.4 行星排Ⅱ的设计 (34)4.3.5 轴的设计 (39)4.3.6 键的设计 (45)4.4 传动机构组装简图 (48)4.5 本章小结 (49)结论 (50)致谢 (51)参考文献 (52)第1章绪论1.1履带车辆转向机构的选题背景目的及意义1、选题背景目前国内履带车辆转向装置大部分还是采用转向离合式转向机构，属单功率转向机构，其结构简单容易实现，但仅有几个固定的转向半径，按非规定的转向半径转向时，要靠摩擦元件的滑摩来实现，难以得到稳定准确的转向半径；其次是在转向过程中摩擦元件的剧烈滑磨会带来发热和磨损，使传动效率降低，特别是在较大功率的转向工作状态下，会存在较大的功率损失，以致常需降速转向；另外，剧烈的摩擦也使机构容易损坏，导致工作可靠性差，寿命降低，所以有很多的转向不便之处。
一种转向系统及两轮汽车[实用新型专利]
![一种转向系统及两轮汽车[实用新型专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/e4a7ef6cbceb19e8b9f6ba59.png)
专利名称：一种转向系统及两轮汽车专利类型：实用新型专利
发明人：刘恩托,朱元景,张方明
申请号：CN201920283162.9
申请日：20190306
公开号：CN209581615U
公开日：
20191105
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本实用新型公开了一种转向系统及两轮汽车，属于车辆技术领域。
该转向系统包括：方向盘，产生转动力矩；第一传动机构，与所述方向盘连接，用于传递所述方向盘的转动力矩；前转向组件，与所述第一传动机构连接，用于驱动前轮转向；后转向组件，与所述第一传动机构连接，用于驱动后轮转向；所述前轮和所述后轮的转向方向相反；所述转向系统还包括设于前悬挂系统上的转向机；所述转向机的输入端与所述方向盘连接，输出端与所述第一传动机构连接，所述方向盘的转动力矩由所述转向机传递至所述第一传动机构。
本实用新型的转向系统使得两轮汽车的前轮和后轮同步转向，前轮和后轮同步转向减小了车辆的转弯半径，使车辆转向更加灵活，提高了车辆的机动性。
申请人：刘恩托
地址：100083 北京市海淀区中国农业大学东校区清华东路17号
国籍：CN
代理机构：北京品源专利代理有限公司
代理人：胡彬
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一种两级传动的汽车自带原地转向机构设计
摘要：随着汽车保有量的增加，道路交通状态越来越复杂，为了更便捷的实现汽车原地转向、掉头、侧位停车等功能，改善交通拥堵现象，本文创新性地设计了一种两级传动的汽车自带原地转向机构，并从其基本构成、工作原理和特性分析等方面进行了详细的分析，该机构可以有效实现汽车的原地转向，结构简单、操作便捷、可靠耐用，具有广阔的应用前景。
该原地转向机构已申报国家专利。
关键词：汽车原地转向系统机构设计方案分析
当前中国汽车工业的发展正面临着来自环保、城市建设、交通安全等各方面的巨大压力，保证自主开发产品的安全、环保、节能必须建立在全面掌握产品开发技术的基础之上[1]。
自主开发汽车原地转向系统这一汽车辅助系统将在一定程度上缓解汽车工业发展面临的这些压力。
随着国内汽车市场的发展，汽车原地转向系统市场也将快速增长，良好的市场环境为国内汽车企业的发展奠定了良好的基础，同时也带来了极高的竞争性，若企业能在汽车辅助设备上取得领先优势必能给企业带来巨大的经济收益，这也就给汽车原地转向系统提供广袤的发展空间。
1 汽车原地转向系统基本构成
该两级传动系统主要由蜗轮蜗杆、齿轮、千斤顶、千斤顶活塞、齿轮轴、电动机、上下支架、上下支架滑道总成、套圈夹等14个部
件组成。
各零部件协同配合，共同实现汽车原地转向的功能。
2 汽车原地转系统工作原理
当汽车在原地不需要进行转向的动作时，汽车的原地转向系统就会呈现收起的状态。
而汽车原地系统处在收起状态，并且不工作的时候，该系统就会置于汽车的底盘与底盘下铰接，而在汽车底盘重心位置上则有上支架滑道总成在此固定，并且与底盘进行铰接固定。
当汽车进行原地转向动作时，该系统的整个工作过程分为三个步骤，分别为：放落过程、顶起过程、旋转过程。
经过三个步骤的动作后，汽车完成了原地任意角度的自动旋转，实现相应功能后该系统收起，恢复到收起状态，此时原地转向系统处于不工作的待命状态。
（1）原地转向系统放落过程
当汽车遇到堵车或驻车等需要转向操作时，驾驶员只需按下汽车原地转向系统的控制开关，即可实现自动化的原地调头和停车等动作。
驾驶员启动汽车原地调头转向机构的控制开关后，以千斤顶活塞与上支架滑道总成的铰接处为轴线，由控制电动机带动千斤顶绕该轴线旋转，图3所示为旋转45°时该系统所处的状态。
当汽车原地调头转向机构旋转90°后机构即达到最大的旋转角度，汽车原地转向系统
即从汽车底盘安全伸出，机构停止旋转运动，完成整个放落过程。
（2）原地转向系统顶起过程
当机构达到最大旋转角度后即停止转动，随后千斤顶的油液控制开关开启，在千斤顶控制系统的控制下，使油液不断的进入千斤顶内，由于重力与油液的作用使千斤顶与下支架滑道总成一起沿着垂直地面的方向运动，当下支架滑道总成到达地面后千斤顶便沿着下支架滑道总成的滑道下降。
电动机总成通过套圈与千斤顶固定，于是当千斤顶下降时电动机总成和套圈一起随着千斤顶下降，最终到达滑道最底端。
千斤顶活塞与从动齿轮通过键连接，当千斤顶下降到滑道的最底端后由于下支架已与地面接触，使千斤顶不能再移动，此时油液仍不断的向千斤顶内流进，于是在油液的作用下使得千斤顶活塞开始在上支架滑道内沿垂直于地面的方向向上运动，最终到达上支架滑道的最顶端，如图4所示。
图4 原地转向系统顶起过程
千斤顶活塞已到达上支架滑道的最顶端，但此时的油液仍不断的进入千斤顶内从而使得千斤顶活塞被迫继续向上移动，由于上支架滑道总成与汽车底盘铰接千斤顶活塞在滑道内无法再继续移动，于是千斤顶活塞将顶起与汽车底盘铰接的上支架滑道总成，从而顶起汽车，完成整个顶起过程，如图4所示。
（3）原地转向系统旋转过程
当汽车被千斤顶顶起，汽车四轮悬空离地达到一定高度后，千斤顶控制开关关闭，千斤顶控制系统停止工作，于是油液不再流入千斤顶内，千斤顶活塞停止上升。
此时电动机开关接通电动机开始工作，电动机转子与蜗杆连接，电动机转子在电动机外壳内旋转，从而带动蜗杆旋转，蜗杆与齿轮副中的主动啮合，蜗轮旋转从而带动主动齿轮旋转，主动齿轮与从动齿轮啮合，从动齿轮与千斤顶活塞相连接，千斤顶活塞与上支架滑道总成相连接，上支架滑道总成又与汽车底盘相连接，于是电动机转子的旋转即可带动汽车的旋转，即在水平面内可使汽车在原地向任意角度方向旋转，当转过180°后即实现了原地调头转向。
3 汽车原地转向系统特性分析
设计的汽车自带原地转向系统可以完成初始设计目标，实现汽车原地转向的几个基本过程。
通过具体分析，该设计方案具有以下三个优点：
（1）实现了汽车原地转向系统结构的紧凑性以及材料加工的最小化。
减轻了汽车原地转向机构的质量，在保持原有汽车参数的同时引入汽车原地转向机构后不影响汽车的通过性和质量分配等；
（2）实现了汽车原地转向机构的结构设计，达到了原地转向的目的。
机械设计部分包括两方面，一是汽车升降装置的结构设计，二
是汽车旋转装置的结构设计，这些结构设计较为简单、实用；
（3）实现了对汽车原地转向机构各部件协调工作的控制。
控制部分包括动力的选择、升降的控制以及旋转的控制。
通过对控制部分的合理设计实现了各部件工作的有序进行。
4 结语
文中对新型汽车原地转向机构的基本构成、工作原理进行了详细的介绍，并对其特性进行了分析。
该原地转向机构采用自动化控制，可减少不必要的操作步骤，驾驶员不必再为复杂的调头、转向操作而烦恼。
一方面，该机构结构紧凑，操作方便快捷，不影响汽车的通过性；另一方面，该机构不消耗汽车动力且可将复杂操作简化，从而减少燃油消耗，提高燃油经济性和环保功能。
因此，该新型原地转向机构具有广泛的应用前景。
参考文献
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