专利名称：机电接口的制作方法
技术领域：
本发明的实施方案涉及提供电气系统和机械系统之间的接口。本发明的一些实施方案涉及提供与车辆一起使用的诸如转向机构的在机械操作的转向控制件和电气控制机构之间的接口。
背景技术：
将机械运动转换成电气特性的变化是已知的。然而，在沿彼此大致相反的两个方向的机械运动被转换成电气信号并且用作诸如车辆的转向机构中的控制信号的情况下，之前仅使用单个电气特性来将该运动转换成电气信号，这使得不可靠且响应性不足。发明概述本发明的实施方案扩展至用于将旋转运动转换成电气信号的接口，其包括:机械致动器，其能够沿第一方向以及沿第二方向可旋转地运动；第一电气部件和第二电气部件，其与所述致动器连接并且被布置成使得所述致动器沿所述第一方向的旋转引起所述第一电气部件的电气特性的变化，并且所述致动器沿所述第二方向的旋转引起所述第二电气部件的电气特性的变化。其中，所述第一电气部件和所述第二电气部件与一个或多个电路连接以使所述致动器沿所述第一方向和所述第二方向的旋转引起所述一个或多个电路的变化。所述致动器可以为轴，并且所述第一电气部件和所述第二电气部件可以安装到所述轴上。轴的旋转可引起电气部件的电气特性的变化。第一电气部件和第二电气部件可自由地沿与引起相应部件的电气特性的变化的旋转方向相反的方向旋转。该接口可以进一步包括促使所述第一电气部件和所述第二电气部件沿与引起相应的电气部件的电气特性的变化的方向相反的方向运动的装置。该接口可进一步包括将所述致动器与所述第一电气部件和第二电气部件连接的一个或多个单向离合器。第一电气部件和第二电气部件可以为可变电阻器。每个可变电阻器可以包括触头和电阻器，所述电阻器被布置成使得可变电阻器的电阻根据所述触头相对于所述电阻器的位置变化，并且每个可变电阻器可被布置成使得所述触头和所述电阻器中的一个相对于所述轴固定并且当所述轴运动时，所述电阻器和触头中的另一个运动。本发明的另一方案扩展至并入本文所述的接口的转向机构，其中所述致动器与转向盘连接。所述转向机构可以进一步包括能够在第一极限位置、中立位置和第二极限位置之间操作的转向控制系统，所述第一极限位置和第二极限位置中的每个对应于行驶方向的变化，所述中立位置对应于恒定不变的行驶方向，其中
所述致动器的旋转方向的变化引起所述转向控制系统自动地将其位置从在一个极限位置和中立位置之间的位置改变到在中立位置和另一极限位置之间的位置。转向机构可以进一步包括用于检测紧急情况的装置，其中所述转向控制系统适于响应于来自用于检测紧急情况的所述装置的指示而自动引起其位置的所述变化。本发明的另一方案涉及转向机构，所述转向机构包括能够在第一极限位置、中立位置和第二极限位置之间操作的转向控制系统，第一极限位置和第二极限位置中的每个均对应于行驶方向的极限变化，所述中立位置对应于恒定不变的行驶方向，其中所述致动器的旋转方向的变化使得所述转向空气系统自动将其位置从在一个极限位置和中立位置之间的位置改变到在中立位置和另一极限位置之间的位置。本发明的另一方案涉及用于发出控制命令的控制机构，所述控制机构包括控制器，所述控制器能够在第一极限位置、中立位置和第二极限位置之间操作，所述第一极限位置和所述第二极限位置中的每个对应于相应的第一控制命令和第二控制命令，所述第一控制命令为所述第二控制命令的对立命令，所述控制器在所述极限位置之间的位置对应于不同程度的控制命令，其中所述控制机构适于将控制器的运动方向的变化变换成从第一控制命令到第二控制命令或者从第二控制命令到第一控制命令的自动变化。第一控制命令可以为加速并且第二控制命令可以为制动。第一控制命令可与左手转动的执行有关并且第二控制命令可与右手转动的执行有关。中立位置可对应于不发出控制命令。转向机构可进一步包括用于检测紧急情况的装置，其中所述转向控制系统适于响应于来自用于检测紧急情况的所述装置的指示而自动引起其位置的所述变化。本发明的另一方案扩展至并入本文所描述的转向机构的车辆。本发明的另一方案扩展至将旋转运动转换成电气信号的方法，所述方法包括:依照第一运动来改变第一电气部件的电气特性；依照第二运动来改变第二电气部件的电气特性；其中所述第一运动和所述第二运动两者均为旋转运动，并且所述第二运动在与所述第一运动大致相反的方向上发生。所述方法可以进一步包括提供轴，第一电气部件和第二电气部件安装到所述轴上，所述轴旋转以引起所述第一电气部件和第二电气部件的电气特性的变化。第一电气部件和第二电气部件中的每个可以安装到所述轴上，以使所述轴沿第一旋转方向的运动引起第一部件的特性的变化，并且所述轴沿第二方向的运动引起第二部件的特性的变化。第一电气部件和第二电气部件中的每个能够沿与引起相应电气部件的电气特性变化的方向相反的方向绕所述轴自由地旋转第一部件的电气特性可与第二部件的电气特性相同。电气特性可以为电阻。
下文中参照附图描述本发明的示例性实施方案，附图不是按标度绘制并且其中:
图1为根据本发明的第一实施方案的接口的立体图；图2为图1的接口的部分的立体图，示出了在操作过程中接口的接触杆的位移。图3为在图2示出的图1的接口的部分的立体图，示出了在操作过程中杆的进一步的位移；图4为根据本发明的另一实施方案的接口的立体图；图5为用于本发明的实施方案的可选的盘钩布置的示意性图示；以及图6为用于本发明的实施方案的可选的盘钩布置的示意性图示。发明详述图1示出了根据本发明的实施方案的接口 10的立体图。接口 10包括套管12，在图2中的剖视图中示出了套管12。中空的轴14安装到套管12中并且能够沿箭头52指示的第一方向以及沿箭头54指示的第二方向旋转，因此提供用于接口 10的致动器。如图所示，旋转方向52与旋转方向54相反。两个盘16和18安装到轴14上。每个盘都安装到轴14上，以使轴沿一个方向的旋转将引起一个盘的运动，而沿另一方向的旋转将引起另一盘的运动。在该实施方案中，这是通过单向离合器实现的。因此，当轴沿箭头方向52运动时，盘18连同轴一起旋转，但是能够沿箭头方向54相对于轴自由地旋转。类似地，当轴沿箭头方向54运动时,盘16连同轴一起旋转，但是能够沿箭头方向52相对于轴自由地旋转。盘16进一步包括导体22，导体22沿着盘的周边定位。触头48附接至壳体，壳体依次包括引线50。触头48提供引线50和导体22之间的电连接。如虚线所示，盘16进一步包括弹簧40。在盘16已经通过轴14的作用而旋转之后,弹簧40促使盘16返回到图1所示的位置。类似地，盘18包括与触头46电接触的导体20，触头46与引线44和偏置盘18的运动的弹簧42附接。在盘18已经通过轴14的作用而旋转之后，弹簧42 (虚线所示)促使盘18返回到图1所示的位置。接触杆24通过悬接支柱26安装到套管12并且安装为使得其可以相对于套管12枢转并旋转。接触杆24通过弹簧28和30与套管12连接。此外，接触杆24包括两个电接触区32和34，电接触区32和34布置在杆24的各端附近与盘16和18对应的位置处，如下文更加详细说明的。引线36与接触区32以及与布置在悬接支柱26中的引线58连接。类似地，引线38与接触区34以及与也布置在悬接支柱26中引线56连接。两个引线36和38嵌置到接触杆24中并且因此在图中由虚线描绘出。盘18进一步包括钩60，钩60在轴14或弹簧42的作用下与盘18 —起旋转。钩60被布置成:当盘18沿逆时针方向旋转经过图1所示的位置时，钩60与传导杆24的接触区32啮合。以相似的方式，盘16包括钩62，钩62被布置成连同盘16—起旋转并且当盘16沿顺时针方向旋转经过图1所示的位置时钩62与接触杆24的接触区34啮合。现在将参照图1、图2和图3对接口 10的操作进行说明。当轴14沿箭头方向52旋转时，轴通过布置在它们之间的单向离合器(图中未示出)与盘18啮合，使得盘18沿相同的方向旋转。这依次使得钩60连同盘18—起旋转。随着钩60运动，钩60与连接杆24啮合，促使杆24的部分向下朝向盘18，如图2所示。盘18将继续旋转，从而与接触杆24的接触区32与盘18上的连接器20形成接触，如图3所示。
当接触区32因此被置于与连接器20接触时，闭合电路形成在引线58、引线38、接触区32、连接器20、触头46和引线44之间。此外，连接器20的电阻被预先确定以使该连接器充当可变电阻器，电阻将取决于沿其长度形成电接触的位置。随着盘18继续旋转，连接器20在连接器杆24和触头46之间的长度减�。佣沟昧悠�20形成其部分的分电路的电阻减小。以此方式，轴14沿箭头方向52的旋转引起电气部件(包括连接器20的分电路)的电阻的变化。以相似的方式，轴14沿箭头方向54的旋转引起盘16上的连接器22的电阻的变化。当例如盘18旋转时，钩60、杆24、钩62、弹簧28和30以及支柱26的布置使得盘16将通过杆24的作用沿相同方向旋转。因此，当轴14沿相反的方向旋转时，杆34将快速地与触头22形成接触。当轴14沿箭头方向54旋转时，弹簧42影响盘18的运动，因为当盘沿该方向旋转时轴15和盘18之间的啮合不起作用。因此，将盘18与轴14接合的绕线弹簧42的作用将促使盘返回到其中立位置(即，图1中所示的位置)。当轴14沿箭头方向52旋转时，盘16相对于轴自由地运动，并且在此情形下，盘16的运动受绕线弹簧40的影响，当轴14与盘16分离时，绕线弹簧40促使盘16返回到中立位置(即，图1中所示的位置)。连接杆24通过位于杆24的各端附近的弹簧28和30与套管I附接。这些弹簧28和30促使杆返回到中立位置(图1中所示的位置)。在接口 10操作过程中，弹簧28和30有助于稳固接口 10并且限制盘16和18的运动。电引线44和50以及56和58可与其它的电气部件连接并且形成较大电路的部分。本发明的实施方案的优势是参照车辆中的转向控制系统进行阐述的，但是将实现的是，本发明的另外的实施方案能够应用于期望使沿任一方向的旋转积极地影响电气特性的任何情形。当接口 10作为转向机构的部分安装时，轴14设置有诸如转向盘(未示出)的转向控制件。引线44、50、56和58随后与控制车辆的行驶方向的电路连接。在例如转向机构安装到汽车中的情况下，转向机构可以控制汽车的前轮相对于车辆行进的表面的角度，以及控制车辆枢转以达到该角度的速度。有利的是，本发明的实施方案的接口能够将电气特性(图1的实施方案中的电阻)的正变化转换成转向盘沿任一方向的启动。因此，特别是在电气控制的转向的情况下，对于已知的系统改进了转向机构的控制量和响应性。此外，当应用于转向以及其它情况时，本发明的实施方案具有如下优势:致动器沿相反方向的运动能够立即变换成方向的基本变化。例如，当致动器沿相反的方向运动时，右手转动能够立即转换成左手转动。因此，在将转向盘返回到中立位置时不需要使用者花费任何力气或时间，转向盘的旋转方向的变化能够立即变换成显著地改变车辆方向的信号。应当实现的是，在转向盘(或者用于控制行驶方向的其它机构)需要在行驶方向会经历基本变化(即，从左手转动到右手转动，例如)之前必须首先返回到中立位置的情况下，本发明的前述实施方案相对于已知的系统具有优势。因此，本发明的另外的实施方案涉及行驶方向是通过电子控制的诸如线转向系统的已知的转向机构。在此情况下，转向机构通常包括诸如转向盘的控制件，在方向变化能够基本地改变之前，控制件必须返回到中立位置。在这些实施方案中，已知的转向机构与紧急情况检测器结合，紧急情况检测器可以例如测量车辆的减速以及转向盘借以转动的力。根据该实施方案的转向机构将在如下两种模式下操作:正常模式，其中使转向盘沿相反的方向转动将首先将转向机构返回到中立位置；以及紧急模式，其中使转向盘沿相反的方向转动将自动地使转向机构弓I起车辆沿相反方向的转弯。将要实现的，在紧急情况下，使用者在转动转向盘时施加大的力，该力转移到图1的实施方案的轴14。该力将足以克服由弹簧40或42施加的与该旋转方向相反的力。此夕卜，当盘16或18旋转时杆24的放置使得沿相反方向的旋转将使得杆对应于沿轴的旋转方向偏移而与触头(20或22)快速地啮合。在这种情形下，无需使用者主动地将转向盘返回到中立位置。相反，轴14通过弹簧40和42的作用而返回到中立位置。仅需要在紧急情况下施加沿相反方向的力。此外，在可选的实施方案中，图1的轴14可被布置成仅当借助于较大的力启动与轴14连接的转向盘时才激活盘18(例如)。在该实例中，对应于盘18的分电路可用于控制制动系统。还将实现的是，本发明的另外的实施方案能够应用于期望响应于沿两个相反方向中的每个的运动而使得电气特性正变化的任何控制系统。例如，为了控制车辆的加速和制动，本发明的实施方案可被布置成通过与适当的加速和制动系统(即将在商标名“Relative Acceleration and Braking System(RABS)Technology，，下进入市场)连接而将线性的向后和向前运动转换成加速和制动。图4是根据本发明的另一实施方案的接口 200的立体图。接口 200包括轴206，两个旋转可变的电阻器202和204与轴206连接。旋转可变的电阻器和轴206之间的连接使得:轴沿一个方向的旋转使得电阻器202的电阻增加，而轴沿另一方向的旋转使得电阻器204的电阻增加。此夕卜，电阻器202设置有引线212和214，由此电阻器202与电路连接。电阻器202进一步通过支柱210与套管(未示出)连接。支柱210用于锚定可变电阻器以防止电阻器相对于轴206移动。类似地，电阻器204设置有引线216和218，电阻器205通过引线216和218与电路和支柱208连接，支柱208锚定电阻器相对于轴206的运动。图4示出了可利用两种已知的可变电阻器实现的本发明的实施方案，假设两个电阻器被配置为使其电阻随着轴206的相应的反向旋转而增加。诸如图4所示的实施方案提供了相对廉价且简单的实现本发明方案的方式，但是未提供图1所示的实施方案的响应性和灵活性。图5是用于本发明的实施方案的盘304和钩的可选布置300的示意性图示。类似地，图6为用于本发明的实施方案的盘314和钩312的可选布置310的示意性图示。图5和图6中所示的两种布置均有助于确保杆24(参照图1至图3的布置)与相应的钩302和312啮合并且如此布置以使得当轴沿相反方向旋转时在另一盘上的触头与杆形成接触，从而确保行驶方向能够快速且基本地改变。已经图示和描述了本发明的实施方案，其中电阻为随旋转(或其它)运动而改变的电气特性。然而，将要实现的是，在这方面本发明不受限制。诸如电感或电容的其它电气特性可以替代使用并且可设置适当的电路以实现这些实施方案。
此外，在图示的实施方案中，轴相对于套管旋转以提供必要的运动。然而，在可选的实施方案中，套管相对于固定的轴(或其它构件)旋转，并且然后转向盘或其它控制机构与套管连接。在另外的实施方案中，接口可将沿多于两个方向的运动转换成电气信号。在这些实施方案中，可存在与每个运动方向对应的电气部件。
权利要求
1.用于将旋转运动转换成电气信号的接口，包括: 机械致动器，其能够沿第一方向以及沿第二方向可旋转地运动； 第一电气部件和第二电气部件，其与所述致动器连接并且被布置成使得所述致动器沿所述第一方向的旋转引起所述第一电气部件的电气特性的变化，并且所述致动器沿所述第二方向的旋转引起所述第二电气部件的电气特性的变化； 其中，所述第一电气部件和所述第二电气部件与一个或多个电路连接，以使所述致动器沿所述第一方向和所述第二方向的旋转引起所述一个或多个电路的变化。
2.根据权利要求1所述的接口，其中，所述致动器为轴，并且其中，所述第一电气部件和所述第二电气部件安装到所述轴上。
3.根据权利要求1或2所述的接口，其中，所述轴的旋转引起所述电气部件的电气特性的变化。
4.根据权利要求3所述的接口，其中，所述第一电气部件和所述第二电气部件沿与引起相应部件的电气特性的变化的旋转方向相反的方向自由地旋转。
5.根据任一前述权利要求所述的接口，进一步包括促使所述第一电气部件和所述第二电气部件沿与引起相应的电气部件的电气特性的变化的方向相反的方向运动。
6.根据任一前述权利要求所述的接口，进一步包括将所述致动器与所述第一电气部件和所述第二电气部件连接的一个或多个单向离合器。
7.根据任一前述权利要求所述的接口，其中所述第一电气部件和所述第二电气部件为可变电阻器。
8.根据权利要求7所述的接口，其中，每个可变电阻器包括触头和电阻器，所述电阻器被布置成使得所述可变 电阻器的电阻根据所述触头相对于所述电阻器的位置而变化，并且其中，每个可变电阻器被布置成使得所述触头和所述电阻器中的一个相对于所述轴固定并且当所述轴运动时所述电阻器和所示触头中的另一个运动。
9.并入根据任一前述权利要求所述的接口的转向机构，其中所述致动器与转向盘连接。
10.根据权利要求9所述的转向机构，进一步包括转向控制系统，所述转向控制系统能够在第一极限位置、中立位置和第二极限位置之间操作，所述第一极限位置和所述第二极限位置中的每个对应于沿行驶方向的极限变化，所述中立位置对应于恒定不变的行驶方向，其中 沿所述致动器的旋转方向的变化使得所述转向控制系统自动将其位置从在一个极限位置和所述中立位置之间的位置改变到在中立位置和另一极限位置之间的位置。
11.根据权利要求10所述的转向机构，进一步包括用于检测紧急情况的装置，其中所述转向控制系统适于响应于来自用于检测紧急情况的所述装置的指示而自动地引起其位置的所述变化。
12.转向机构，包括转向控制系统，所述转向控制系统能够在第一极限位置、中立位置和第二极限位置之间操作，所述第一极限位置和所述第二极限位置中的每个对应于沿行驶方向的极限变化，所述中立位置对应于恒定不变的行驶方向，其中 沿所述致动器的旋转方向的变化使得所述转向控制系统自动将其位置从在一个极限位置和所述中立位置之间的位置改变到在中立位置和另一极限位置之间的位置。
13.用于发出控制命令的控制机构，包括控制器，所述控制器能够在第一极限位置、中立位置和第二极限位置之间操作，所述第一极限位置和所述第二极限位置中的每个对应于相应的第一控制命令和第二控制命令，所述第一控制命令为所述第二控制命令的对立命令，所述控制器在所述极限位置之间的位置对应于不同程度的控制命令，其中所述控制机构适于将沿所述控制器的运动方向的变化变换成从所述第一控制命令到所述第二控制命令或者从所述第二控制命令到所述第一控制命令的自动改变。
14.根据权利要求13所述的控制机构，其中，所述第一控制命令为加速并且所述第二控制命令为制动。
15.根据权利要求13所述的控制机构，其中，所述第一控制命令与左手转动的执行有关并且所述第二控制命令与右手转动的执行有关。
16.根据权利要求13至15中的任一项所述的控制机构，其中，所述中立位置对应于不发出控制命令。
17.根据权利要求12至16中的任一项所述的控制机构，进一步包括用于检测紧急情况的装置，其中所述转向控制系统适于响应于来自用于检测紧急情况的所述装置的指示而自动地引起其位置的所述变化。
18.并入根据权利要求9至17中的任一项所述的转向机构的车辆。
19.将旋转运动转换成电气信号的方法，所述方法包括: 依照第一运动来改变第一电气部件的电气特性； 依照第二运动来改变第二电气部件的电气特性；其中 所述第一运动和所述第二 运动两者均为旋转运动，并且所述第二运动在与所述第一运动大致相反的方向上发生。
20.根据权利要求19所述的方法，进一步包括提供轴，所述第一电气部件和所述第二电气部件安装到所述轴上，所述轴旋转以引起所述第一电气部件和所述第二电气部件的电气特性的改变。
21.根据权利要求20所述的方法，其中，所述第一电气部件和所述第二电气部件中的每个均安装到所述轴上，以使所述轴沿第一旋转方向的运动引起第一部件的特性的变化，并且所述轴沿第二方向的运动引起第二部件的特性的变化。
22.根据权利要求21所述的方法，其中，所述第一部件和所述第二部件中的每个均能够沿与引起相应的电气部件的电气特性变化的所述方向相反的方向绕所述轴自由地旋转。
23.根据权利要求19至22中任一项所述的方法，其中，所述第一部件的电气特性与所述第二部件的电气特性相同。
24.根据权利要求19所述的方法，其中，所述电气特性为电阻。
全文摘要
本发明的实施方案涉及用于将旋转运动转换成电气信号的接口，所述接口包括机械致动器，其能够沿第一方向以及沿第二方向可旋转地运动；以第一电气部件和第二电气部件，其与致动器连接并且被布置成使得所述致动器沿第一方向的旋转引起第一电气部件的电气特性的变化并且致动器沿第二方向的旋转引起第二电气部件的电气特性的变化。第一电气部件和第二电气部件与一个或多个电路连接，以使致动器沿第一方向和第二方向的旋转引起一个或多个电路的变化。
文档编号G01D11/16GK103154673SQ201180044145
公开日2013年6月12日 申请日期2011年8月22日 优先权日2010年9月14日
发明者K·阿布阿尔鲁布 申请人:K·阿布阿尔鲁布
专业数控铣床产品供应商
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