用于车辆的转向和制动控制系统

本发明涉及一种用于车辆的转向和制动控制系统。更具体一些，本 发明涉及一种用方向盘同时完成车辆的转向和制动操作的系统。尤其 是，本发明涉及这样一种系统，其中，由驾驶者以正常方式完成转向， 但驾驶者只需向前推动方向盘，以完成制动操作。

最近，联邦政府和各州政府跨出了很大一步，允许像下肢瘫痪者这 样的残疾人谋求其特殊的职业。下肢瘫痪者可能患有涉及两条腿的运动 的他／她下半身的麻痹，这种病阻止他／她驾驶普通的汽车，从而妨碍他／ 她进入劳动大军。虽然下肢瘫痪者可能缺少他／她下半身的力量，但是更 为可能的是，下肢瘫痪者发掘出其卓越的上身力量，以更多地弥补其能 力的欠缺。因此，希望所提供的汽车具有一种驾驶者控制系统，它可利 用下肢瘫痪者的上身力量，而不需要使用他／她的腿。

采用不需要用驾驶者的腿去控制汽车，例如执行制动操作的控制系 统的汽车已经为人所知，并且其中的某些已经在美国专利 656，962(′962)、2，471，244(′244)、和3，117，649(′649)中有所披露，所有这 些文件均在此结合为参考文献。′962专利公开了一种系统，它具有一用 于控制车辆的转向、加速和制动的单一装置，但是该装置是一个操纵柄， 这就有某些限制，特别是在由习惯于由方向盘提供的操纵的现代驾驶者 所驾驶的汽车的转向方面。′244专利使用一主方向盘完成汽车的转向， 该方向盘与一副方向盘合作，辅助完成汽车的制动操作，但是驾驶者用 两个装置控制一辆汽车会不利地使驾驶者失去对汽车的运行特性的“感 觉”。′649专利公开了一种汽车，它有单一的手柄，以控制转向、加速 和制动等汽车的主要操作。不过，采用单一的手柄控制汽车有某些限制， 特别是如对′962专利提到的对那些习惯于利用方向盘转向汽车的人有所 限制。因此要求有一种为汽车提供的控制系统，它不需要用驾驶者的腿 去适应制动操作，而且不受到现有技术的限制。

除去残疾者的要求以外，没有残疾的人也希望有一种不要求使用他／ 她的腿的控制系统，特别是如果考虑到一种较容易控制汽车的系统时。 这种增强型的控制系统特别适合于赛车或者甚至不太激烈的娱乐性活 动，例如用在高尔夫车中。希望对所有的机动车辆都提供这样一种控制 系统，即它加强了车辆的操纵，但是不需要使用驾驶者的腿。

因此，本发明的一个主要目的为提供一种用于车辆的系统，它不需 要用驾驶者的腿去控制汽车，但仍然具备增强的操纵能力。

本发明的另一目的为提供一种用于汽车的控制系统，它特别适合下 半身麻痹但是仍然有卓越的上半身力量，从而能绰绰有余地弥补其丧失 下半身移动的瘫痪者。

本发明的再一目的为提供一种控制系统，它不需要使用腿，但是包 括一方向盘，同时该控制系统可适用于像赛车、轮椅或高尔夫车这样的 包括机动装置在内的各种车辆。

本发明的这些和其它目的以及其超过现存的先有技术形式的优点在 看了本发明的下列详细说明和附图后将会显而易见。

本发明是针对一种用于驾驶汽车的系统的，它不需要使用驾驶者的 腿，而且提供了一种易于被所有使用者接受并导致加强的驾驶者操纵能 力的系统。

本发明的控制系统包括一方向盘、一摆动机构、一套筒和一传力机 构。摆动机构有第一端和第二端，在其间有一中间部分。每一端都具有 连接装置，第一端与方向盘连接，而中间部分具有用于与转向柱连接的 装置。摆动机构要布置成当有相当大的轴向力作用在方向盘上时，可沿 第一端的相反方向拉动第二端。套筒位于车辆的转向柱上并且有一个其 尺寸允许车辆的转向轴通过的孔。套筒有第一端和第二端，第一端与摆 动装置的第二端的连接装置相连。传力装置具有第一端和第二端，每一 端都有连接装置。传力装置的第一端有将其连至套筒的第二端上的连接 装置，而传力装置的第二端则有将其连至制动踏板上的连接装置。

控制系统的布置使驾驶者能用方向盘转向车辆，而且驾驶者只需要 在方向盘上作用一个力，以使制动踏板被迫向下，并停止车辆的移动。

图1是示意说明图，其中，本发明的转向和控制系统的方向盘相对 于其静止位置转过90度，主要在同一视图上示出了所有连杆的运动。

图2是沿图1的2-2线的视图，它示出了本发明的摆动机构的细 节。

图3是沿图1的3-3线的视图，它示出了本发明的套筒和车辆的 转向柱及转向轴之间的关系。

图4是图3的另一实施例，其中，图3的两个较小的轴承用比较大 的一个轴承代替。

图5是采用电磁铁的任选的解决方案，它允许人们自动地与所用的 方向盘接合或脱开，以控制车辆的制动。

图6是沿图1的6-6线的视图，它示出了本发明的导向机构与传 力机构之间的相互连接。

图7是沿图1的7-7线的视图，它示出了本发明的传力机构的相 互连接的一部分。

图8与图1相似，它示出了本发明的整个操作。

图9与图2相似，它示出了本发明的摆动机构的另一实施例。

图10是沿图9的10-10的视图，示出了图9所示另一实施例的转 向柱与方向盘之间的相互连接。

参看附图，其中，同样的参考标号在整套附图中代表同样的元件， 在图2中示出了本发明的转向和制动控制系统10的示意说明图。转向与 控制系统10与车辆的转向柱12结合，该柱有一最上面的部分并约束与 车辆的转向机构16相连的转向轴14。如图1所示，转向柱12有一沿纵 向延伸的轴。车辆还具有一制动踏板18，它通常与车辆的内部20结合 并一般借助于制动机构的推杆24与制动系统22相连，该制动机构一般 为一主制动缸。

转向与制动控制系统10的操作功能仅仅通过驾驶者使用方向盘26 而执行，尤其是，不必用驾驶者的脚去提供制动操作。方向盘26在图1 中是以从其静止位置转过90°而示出的，主要示出(在同一图中)转向和 制动控制系统10的连杆的所有运动。在图1中还示出，如同以后将要进 一步说明的那样，方向盘26的转动不会影响其中采用了转向和制动控制 系统10的车辆的制动系统。转向和制动控制系统10包括方向盘26、摆 动机构28、套筒30、传力机构32，最好还包括一导向装置34。

驾驶者使用方向盘26以正常方式实现转向功能，而且当要求制动车 辆时，驾驶者只需在同一方向盘26上作用一个力，使与套筒30和传力 机构32合作的摆动机构28像一个起软木塞的螺旋起子那样地工作，以 便向上拉曳套筒30，该套筒30本身又向上拉动传力机构32，而传力机 构本身又反向地使制动踏板18被下压，从而借助于车辆的制动机构22 停止车辆的运动。

图1的摆动装置28包括第一臂36和第二臂38、锁定在或埋嵌入方 向盘26中的第一和第二固定装置40和42、轭44和一紧固装置46。臂 36有固定在其两相对端上的摆动杆48和50，同样，臂38有固定在其相 对端上的摆动杆52和54。摆动杆48由一固定销56固定在臂36上，并 由一固定销58固定在第一固定装置40的延长部分上。臂36的中间区由 固定销60固定在轭44上，而臂36的一端由固定销62固定在摆动杆50 上。从图1中可以看出，固定销60的位置对应地限定了臂36的处于臂 36的第一和第二端之间的中间区。同样，从图1中可以进一步地看出， 固定销70的位置限定了臂38的处于臂38的第一和第二端之间的中间 区。此外，术语“中间区”、“中间部分”或“居中部分”在此文中可 互换地使用，并且所有这种使用都意指对应于在本发明的结构元件如臂 36或38的第一端和第二端之间的居中位置。固定销64还将臂36固定在 套筒30上，同样将臂38的一端固定在套筒30上。臂38的另一端由固 定销66固定在摆动杆52上，而摆动杆52的另一端由固定销68固定在 第二固定装置42的延伸部分上。臂38的中间区由固定销70固定在轭44 上，并且臂38的一端由固定销72固定在摆动杆54上。

轭44有分别通过固定销60和70与第一和第二臂36和38相连的 第一和第二肩部74和76。轭44具有一位于转向柱12的最上部分的顶 部上的套环。

紧固装置46有与从轭44伸出的转向轴14相连的叉头78(未完全 示出)。叉头78具有用于接纳固定销的设置，与在汽车中所用的相似， 它可以采取通过螺纹接合在转向轴14上的螺母的形式。紧固装置46进 一步包括第一和第二控制杆80和82，它们都有摆动的杆端并且一个所 述端部具有接受固定销84以便可摆动地紧固至叉头78上的设置。控制 杆80和82的另一端也具有摆动的杆端，它们可分别地借助于固定销86 和88可绕枢轴摆动地与第一和第二固定装置40和42的延伸部分相连。 如以后将要说明的那样，虽然叉头78与转向轴14接合并使之转动，但 位于套筒30附近的支承装置允许套筒30与方向盘28一起回转，而传力 装置32保持其随时可以被向下压至制动踏板18的臂上的轴向取向。可 以参考图2进一步地描述摆动机构28的相互连接，该图是沿图1的线2 -2的剖视图。

如图2所示，臂36和38实际上均分别包括两个分开的平行板36A 和36B及38A和38B。此外，如图2所示，轭44的肩部74和76实际 上合并在一起并且彼此相互分离以提供前述的轭44的套环，并且还在其 间形成一个中心孔，该中心孔允许转向轴14通过并从该中心孔伸出，以 便与在上文中参照图1进行描述的叉头78相连。

如图1所示，套筒30借助于销64与臂36和38的下端相连。套筒 30还环绕转向柱12，可参照图3对轴向柱12进行进一步的描述，该图 是沿图1的线3-3的视图。

图3示出了两个相对较小的轴承90和92，它们中的每一个均具有 突起(未示出)，由此使连杆108A和108B(未示出)钩在具有一凸缘 94(也参见图1)的套筒30上。轴承90和92允许突缘94，因而也就 是套筒30与用作缆绳的连杆108A和108B协同在其下滚动，由此形成 了一运动传递装置，其中，图3的轴承90和92在方向盘26因而也就是 套筒30转动时允许轴向的连杆108A和108B保持其轴向的取向。

在图4中示出了运动传递装置的另一实施例，该装置允许连杆108A 和108B不管方向盘26有任何移动也保持其轴向的取向，在图中，两个 比较小的轴承90和92用比较大的轴承90A代替。连杆108A和108B分 别钩在突起30A和30B上，而且轴承90A的操作方式与对轴承90和92 所描述的相似。

由图3和4所示实施例的任一个提供的运动传递装置允许固定在臂 36和38以及控制臂80和82上的方向盘28被转动，同时连杆108A和 108B仍保持其轴向的取向并准备接受一向下的力，以便使制动踏板18 按以后将参考图8描述的方式被迫下压。这两种运动传递装置中的任一 种可以布置成使连杆108A和108B能响应电信号自动地与套筒脱开，这 种脱开可参考图5描述如下。

图5是使连杆108A和108B与套筒30因而与方向盘28脱开或将其 固定在套筒因而也就是方向盘上的任选的解决方案。该脱开／接合借助于 一电磁线圈96实现。更具体一些，当肢体健康的人不再要求受益于本发 明时，他／她只需要操作一开关(未示出)，以通过信号通道98和100 向电磁线圈96供给电信号，使线圈96与套筒30脱开，从而与方向盘 26脱开。

从图5中可以看出，具有紧固件102和104的导向装置34位于套筒 30的下方，该套筒30具有一带有冠和边94的帽状结构。从图3中可以 更清楚地看出，边94是一个具有一开口的环状凸缘，该开口的尺寸要做 成能形成套筒30的孔。从图6中可以最清楚地看出，导向装置34装配 在管子106A(在图1中也用剖面示出)和106B(未示出)上。导向装 置34实际上位于转向柱12的两相对侧并可参考图6进一步地描述，图6 是沿图1的6-6线的视图。

从图6可以看出，导向装置34有彼此设置在转向柱12的两相对侧 上的开口，它们分别保持管子106A和106B，而这些管子又分别允许从 其中通过第一和第二连杆108A和108B，所述连杆都是以后将要再次参 考图1予以进一步描述的传力机构32的一部分。图1示出了具有用参考 字母A标识的元件的传力机构32的一侧，但是传力机构32在未示出的 一侧还具有在此处用参考字母B标识的相应的类似元件。

传力机构32进一步包括第一和第二轴向连接构件110A和110B、 支架112、第一和第二偏置的连接构件114A和114B，以及一连杆116。 元件108B和110B在图1中未示出，但是按与其配对件108A和110A 相同的方式被连接。第一连杆108A借助于固定销118与第一轴向连接构 件110A相连。第一轴向连接构件110A由固定销120与第一偏置的连接 构件114A相连。第一偏置的连接构件114A由固定销122与支架112相 连，并用固定销124与连杆116相连，每个销122和124将参考图7进 一步地进行描述。固定销122和124以及传力机构32的其它固定销都用 作允许传力机构32的互相连接的构件之间有摆动的装置。第一偏置的连 接构件114A以一种非轴向的方式，即以一种如图1所示的基本上垂直的 方式与第一连接构件110A相连。更具体一些，第一轴向连接构件110A 与偏置的连接构件114A之间的连接是如此组合在一起的，以致形成一个 膝形区126A，有时称之为钟形曲柄，在下文中将参考图8对此进一步地 描述。偏置的连接构件114A以及第二偏置的连接构件114B的进一步联 接可参考图7进一步地描述，图7是沿图1的7-7线的视图。

从图7可以看出，第一偏置的连接构件114A以及第二偏置的连接 构件114B都具有臂，它们向外伸出，以致使其间的距离大于转向柱12 的直径。第一和第二偏置的连接构件114A和114B由固定销122连至支 架112的延伸部分上，并由固定销124连至连杆116上。偏置的连接构 件114B由固定销128连至第二轴向连接构件110B上。连杆116的进一 步连接可重新参考图1进一步地予以描述。

连杆116借助于固定销130与制动踏板18相连。制动踏板18本身 又由固定销132与车辆的内部20相连，并借助于固定销134与推杆24 相连。推杆24控制增压制动缸22，该制动缸本身又利用本发明的转向 和制动系统10控制车辆的制动操作。本发明的操作可参考图8进一步地 予以说明，图8示出了向下推至制动踏板18的臂上的转向和制动控制系 统10的有关杆件的运动。

在操作时，按正常方式由驾驶者用方向盘26完成车辆的转向。不 过，按照本发明的实践，如果驾驶者希望停车，他／她只需沿相对于驾驶 者朝前的方向在方向盘26上作用一向下的力。采用与转向和制动系统10 的摆动元件结合的方向盘26，就驾驶者方面而言，可用最小的力对制动 踏板18提供最大的力。由驾驶者施加的向下的力使方向盘26从其用假 想线表示并用参考标号26′标识的原有位置移动到其用实线表示并用参 考标号26标识的向下的位置。方向盘26的向下移动用方向箭头136示 出。作用在方向盘26上的向下的力使臂36和38的摆动杆48和52分别 向外弯曲，并得到一比较直的取向。作用在方向盘26上的进一步向下的 力现在传到臂36和38上，并产生分别由方向箭头138和140指示的向 上的力，由于摆动机构28的结构，这两个力合成一由箭头142指出的向 上的力。由箭头142指示的向上的力又使摆动机构28的中间部分沿一由 箭头144指出的向上的方向将套筒30升高。套筒30的向上运动使传力 机构32力图将第一和第二连接构件110A和110B拉直，而构件110A和 110B又使轴向连接构件110A和110B与偏置的连接构件114A和114B 之间的接头120如方向箭头146所示的带着轴向偏置的连接构件114A和 114B向内移动。当接头120被迫向内移动时，它使绕销钉122摆动的轴 向偏置的连接构件114A和114B以可摆动的方式沿由箭头148表示的逆 时针方向离开轴向连接构件110A和110B向下移动。从图8中可以进一 步地看出，轴向连接构件110A和110B响应作用在方向盘26上的轴向 力沿转向柱12的侧面横向地移动。偏置地连接构件114A和114B的逆 时针运动又使连杆116产生一向下的运动，而连杆本身又在制动踏板18 的臂上作用一个力，从而使制动踏板18的表面如方向箭头150所示地向 下移动，该踏板的表面的运动又使推杆24如方向箭头151所示的向内移 动，而推杆的运动又使制动机构22停止装有制动和控制系统10的车辆 的运动。

现在应当认识到，本发明的实践提供了一种转向和制动控制系统 10，它不仅用作一转向控制装置，而且通过简单地在方向盘上作用一个 力而使车辆的驾驶者能控制车辆的制动动作。

下面可以参考图9进一步地描述与方向盘26合作的本发明的另一 实施例。图9示出了以与前述的摆动机构28相似的方式操作的摆动机构 28′，但是它有一三臂结构而不是图2中所示的摆动机构28的两臂结构。 摆动机构28′包括第一、第二和第三臂152、154和156，每个臂分别包 括一对板152A和152B、154A和154B、156A和156B，每一对板中 有一个板(152B、154B和156B)的轮廓被做成使几对板在一端汇合 在一起，如图9所示。第一、第二和第三臂152、154和156的中间部 分分别由固定销160、162和164与轭158，更具体一些，与第一、第 二和第三肩部158A、158B和158C相应地连接。第一、第二和第三臂 的中间部分以与臂36和38的前述方式相似的方式位于相应的第一和第 二端之间。此外，第一、第二和第三臂152、154和156借助于固定销 172、174和176通过固定装置166、168和170与方向盘26相连。固 定装置166、168和170与锁定在方向盘26上或埋嵌入方向盘26中的 固定装置40和42基本相同。方向盘26与臂152、154和156，特别是 与臂156的板156A的连接可参考图10进一步地描述，图10是沿图9的 10-10线的视图。

如图10所示，板156A借助于摆动杆178与方向盘26相连，该摆 动杆178借助于固定销176与固定装置170的突起180相连。摆动杆178 由固定销184连至板156A上。此外，如图10所示，板156A借助于固 定销186与套筒30相连，并由固定销190与板156A的第一连杆188相 连。

与三个臂152、154和156相连的方向盘26以与参考图8的 上述方式相同的方式操作，只是作用在方向盘26上的向下的力由 三个臂152，154和156传送，以便向上拉曳套筒30，该动作本 身又将传力机构32拉直，而传力机构又使连杆116向制动踏板18 作用一向下的力，该踏板本身又使采用图9和10所示实施例的车 辆的运动停止。

本发明有采用绳缆和／或液压活塞的传力机构的其它替换的实 施例，绳缆和活塞各自都与图1-10的摆动机构协同工作，而且 各自均可再次参考图8得到进一步的描述。

图8示出了两个分开的传力机构的实施例192和194，每个都 借助于摆动机构28(图1-8)或28′(图9和10)，更具体一 些，借助于摆动机构的套筒30与方向盘26操作地相联接。

传力机构192包括一绳缆196和一固定在导向装置34上的外 套或外套筒198。绳缆196有一由连接器202与套筒30相连的第 一端200和一与固定销130相连的第二端204(未示出)，而固定 销本身又与制动踏板18相连。可以将传动机构192作用在制动机 构22上，后者相应地产生一被作用在车辆上的制动作用。对于方 向盘26的这种向下运动，需要将液压活塞206布置成使其控制杆 216随着它所依附的套筒30的向上运动作用一在操作上与制动机 构22结合的液压力。如果需要的话，传力机构194可以被布置成 与方向盘26互相连接，从而方向盘26的向下移动使控制杆216相 应地向下移动，该控制杆本身又得到响应，通过液压管路216由液 压活塞206作用一液压力，该液压力作用在制动机构22上，该制 动机构又相应地产生一作用在车辆上的制动作用。

现在应当认识到，本发明的实践提供了转向和控制系统10的 各种实施例，每一种实施例都使包括赛车和高尔夫车在内的车辆的 驾驶者不仅能控制车辆的转向，而且还可以使驾驶者仅仅压迫方向 盘就可以控制车辆的制动操作。