一种方程式赛车用集成式方向盘

1.本实用新型涉及方程式赛车方向盘的技术领域，尤其涉及一种方程式赛车用集成式方向盘。


背景技术：

2.方向盘作为转向系统的重要部件，是车手对赛车进行控制的主要操纵装置，驾驶员通过方向盘进行离合、换挡的操作，同时通过驾驶员进行人机信息交互，但是方向盘与驾驶员匹配度低，影响抓握的手感，过重的方向盘影响驾驶员操作的手感。
3.传统拨片式离合操纵装置通常集成在方向盘背部，使用角位移传感器采集拨片运动信息，由于手部操作空间的限制，量程350
°
左右的角位移传感器只有40
°
能被用于操作，11％的传感器行程被映射到100％的离合器行程，因此传感器本身精度的误差被放大，使得操作精度不足；
4.传统拨片的恢复力仅由簧片形变带来的弹力提供，在拨片位移较小的范围内恢复力很小，劣势主要在于：1、恢复力太小，微动开关可能因为车辆振动、驾驶员误触等因素被触发，造成不符合驾驶员操作意愿的换档动作。2、恢复力基本呈线性增加，由于没有明显的力度突变，驾驶员很难通过拨片恢复力来判断本次换挡操作有没有成功触发微动开关，造成驾驶员信心下降。
5.综上所述，现有的方向盘存在与驾驶员匹配度低，质量过重，离合精度低，换挡操作手感差的问题。


技术实现要素：

6.针对上述产生的方向盘与驾驶员匹配度低，质量过重，离合精度低，换挡操作手感差的问题，本实用新型的目的在于提供一种方程式赛车用集成式方向盘。
7.为了实现上述目的，本实用新型采取的技术方案为：
8.一种方程式赛车用集成式方向盘，其中，包括：
9.前握把1、方向盘主板3和后握把4，所述前握把1安装在方向盘主板3的前侧面上，所述后握把4安装在方向盘主板3的后侧面上，所述前握把1和所述后握把4的位置相对应，所述前握把1上设有与人体手部相匹配的沟槽，所述前握把1和所述后握把4的位置相对应，方便驾驶员以正常驾驶姿势抓握方向盘；
10.离合拉环10，所述离合拉环10安装在所述方向盘主板3的后侧面上，驾驶员通过所述离合拉环10对方程式赛车进行离合操作；
11.换挡拨片12，所述方向盘主板3的后侧面上安装有两个所述换挡拨片12，驾驶员通过两个所述换挡拨片12对方程式赛车进行换挡操作。
12.上述的方程式赛车用集成式方向盘，其中，每一个所述换挡拨片12位于驾驶员的一只手的中指和无名指的位置，方便驾驶员在手不离开方向盘的状态下进行换挡操作。
13.上述的方程式赛车用集成式方向盘，其中，所述离合拉环10位于驾驶员的左手拇
指右上方，方便驾驶员在手不离开方向盘的状态下进行离合操作。
14.上述的方程式赛车用集成式方向盘，其中，还包括：快拆器11，所述方向盘主板3和方程式赛车车体通过所述快拆器11可拆卸地连接。
15.上述的方程式赛车用集成式方向盘，其中，还包括：方向盘面板8和电路板，所述方向盘面板8和所述方向盘主板3连接，所述方向盘面板8设于所述方向盘主板3的前侧面上，所述电路板安装在所述方向盘面板8和所述方向盘主板3之间。
16.上述的方程式赛车用集成式方向盘，其中，还包括：lcd展示屏6、交互按键7和交互旋钮9，所述lcd展示屏6、所述交互按键7和所述交互旋钮9均安装在所述方向盘面板8上，所述lcd展示屏6、所述交互按键7和所述交互旋钮9均与所述电路板连接。
17.上述的方程式赛车用集成式方向盘，其中，还包括：转速灯2和usb扩展接口5，所述转速灯2安装在所述方向盘面板8上，所述转速灯2与所述电路板连接，所述前握把1上设有与所述电路板连接的所述usb扩展接口5。
18.上述的方程式赛车用集成式方向盘，其中，所述usb扩展接口5设于右手拇指左上方，便于对所述电路板的程序进行升级调整。
19.上述的方程式赛车用集成式方向盘，其中，所述离合拉环10包括：拉环101、转接头102、传感器顶针103、线位移传感器104、滑轨105和第一安装座106，所述滑轨105通过所述第一安装座106安装在所述方向盘主板3上，所述线位移传感器104安装在所述滑轨105上，传感器顶针103的一端可操作地在所述线位移传感器104内滑动，传感器顶针103的另一端和所述拉环101通过所述转接头102连接，所述拉环101和所述滑轨105滑动连接，通过拉动所述拉环101带动所述传感器顶针103在所述线位移传感器104内滑动，所述线位移传感器104和所述电路板通过线路连接。
20.上述的方程式赛车用集成式方向盘，其中，所述换挡拨片12包括：拨片121、摇臂122、磁铁123、支撑124、挡板125、第二安装座126、簧片127和微动开关128，所述支撑124通过所述第二安装座126安装在所述方向盘主板3上，所述微动开关128安装在支撑124的底部，支撑124的底部的端部和摇臂122的一端转动连接，所述挡板125安装在摇臂122的中部，所述微动开关128上安装有所述簧片127，簧片127的端部抵于所述挡板125，转动所述摇臂122通过所述挡板125按压所述簧片127以触发所述微动开关128，支撑124的顶端安装有一个所述磁铁123，所述挡板125上安装有至少一个所述磁铁123，位于所述挡板125上的所述磁铁123和位于所述支撑124上的所述磁铁123相互吸附，所述摇臂122的另一端安装有便于驾驶员抓握的所述拨片121，所述微动开关128和所述电路板通过线路连接。
21.本实用新型由于采用了上述技术，使之与现有技术相比具有的积极效果是：
22.(1)本实用新型中的离合拉环通过线位移传感器进行操作，除去始末段被机械限位的行程，传感器20mm的行程中有18mm都能被用于操作，90％的传感器行程映射到100％的离合器行程，使得操作精度大大提高；
23.(2)本实用新型中使用磁铁作为恢复力的来源，利用磁力随位移增大而减弱的特性，使得拨片按压过程中，前段力反馈强，后段力反馈弱，使得按压过程中有明显段落感，使换挡手感更清晰；
24.(3)本实用新型中，受力较大的方向盘主板部分选用斜交布铺制而成的碳纤维板材，并进一步加工，铣出减重孔，钻出安装孔，方向盘握把采用3d打印pla材料，轻量化的同
时便于制作符合手部轮廓的高难度曲面，增加与驾驶员手部的匹配度，增强驾驶员对方向盘的操作感。
附图说明
25.图1是本实用新型的一种方程式赛车用集成式方向盘的前侧面示意图。
26.图2是本实用新型的一种方程式赛车用集成式方向盘的后侧面示意图。
27.图3是本实用新型的一种方程式赛车用集成式方向盘的换挡拨片的结构示意图。
28.图4是本实用新型的一种方程式赛车用集成式方向盘的换挡拨片的簧片及微动开关的位置示意图。
29.图5是本实用新型的一种方程式赛车用集成式方向盘的离合拉环的结构示意图。
30.图6是本实用新型的一种方程式赛车用集成式方向盘的换挡拨片的恢复力对比示意图。
31.图7是本实用新型的一种方程式赛车用集成式方向盘的离合拉环的离合开度映射对比示意图。
32.图8是本实用新型的一种方程式赛车用集成式方向盘的换挡拨片的挡板的结构示意图。
33.图9是本实用新型的一种方程式赛车用集成式方向盘的正视图。
34.图10是本实用新型的一种方程式赛车用集成式方向盘的侧视图。
35.图11是本实用新型的一种方程式赛车用集成式方向盘的俯视图。
36.图12是本实用新型的一种方程式赛车用集成式方向盘的离合拉环的正视图。
37.图13是本实用新型的一种方程式赛车用集成式方向盘的离合拉环的侧视图。
38.图14是本实用新型的一种方程式赛车用集成式方向盘的离合拉环的俯视图。
39.图15是本实用新型的一种方程式赛车用集成式方向盘的换挡拨片的正视图。
40.图16是本实用新型的一种方程式赛车用集成式方向盘的换挡拨片的侧视图。
41.图17是本实用新型的一种方程式赛车用集成式方向盘的换挡拨片的俯视图。
42.附图中：1、前握把；2、转速灯；3、方向盘主板；4、后握把；5、usb扩展接口；6、lcd展示屏；7、交互按键；8、方向盘面板；9、交互旋钮；10、离合拉环；11、快拆器；12、换挡拨片；101、拉环；102、转接头；103、传感器顶针；104、线位移传感器；105、滑轨；106、第一安装座；121、拨片；122、摇臂；123、磁铁；124、支撑；125、挡板；126、第二安装座；127、簧片；128、微动开关。
具体实施方式
43.下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步说明，但不作为本实用新型的限定。
44.请参照图1至图17所示，示出了一种方程式赛车用集成式方向盘，其中，包括：
45.前握把1、方向盘主板3和后握把4，前握把1安装在方向盘主板3的前侧面上，后握把4安装在方向盘主板3的后侧面上，前握把1和后握把4的位置相对应，前握把1上设有与人体手部相匹配的沟槽，前握把1和后握把4的位置相对应，方便驾驶员以正常驾驶姿势抓握方向盘；
46.离合拉环10，离合拉环10安装在方向盘主板3的后侧面上，驾驶员通过离合拉环10对方程式赛车进行离合操作；
47.换挡拨片12，方向盘主板3的后侧面上安装有两个换挡拨片12，驾驶员通过两个换挡拨片12对方程式赛车进行换挡操作。
48.进一步，在一种较佳实施例中，每一个换挡拨片12位于驾驶员的一只手的中指和无名指的位置，方便驾驶员在手不离开方向盘的状态下进行换挡操作。
49.进一步，在一种较佳实施例中，离合拉环10位于驾驶员的左手拇指右上方，方便驾驶员在手不离开方向盘的状态下进行离合操作。
50.进一步，在一种较佳实施例中，还包括：快拆器11，方向盘主板3和方程式赛车车体通过快拆器11可拆卸地连接。
51.进一步，在一种较佳实施例中，还包括：方向盘面板8和电路板，方向盘面板8和方向盘主板3连接，方向盘面板8设于方向盘主板3的前侧面上，电路板安装在方向盘面板8和方向盘主板3之间。
52.进一步，在一种较佳实施例中，还包括：lcd展示屏6、交互按键7和交互旋钮9，lcd展示屏6、交互按键7和交互旋钮9均安装在方向盘面板8上，lcd展示屏6、交互按键7和交互旋钮9均与电路板连接。
53.进一步，在一种较佳实施例中，还包括：转速灯2和usb扩展接口5，转速灯2安装在方向盘面板8上，转速灯2与电路板连接，前握把1上设有与电路板连接的usb扩展接口5。
54.进一步，在一种较佳实施例中，usb扩展接口5设于右手拇指左上方，便于对电路板的程序进行升级调整。
55.进一步，在一种较佳实施例中，离合拉环10包括：拉环101、转接头102、传感器顶针103、线位移传感器104、滑轨105和第一安装座106，滑轨105通过第一安装座106安装在方向盘主板3上，线位移传感器104安装在滑轨105上，传感器顶针103的一端可操作地在线位移传感器104内滑动，传感器顶针103的另一端和拉环101通过转接头102连接，拉环101和滑轨105滑动连接，通过拉动拉环101带动传感器顶针103在线位移传感器104内滑动，线位移传感器104和电路板通过线路连接。
56.进一步，在一种较佳实施例中，换挡拨片12包括：拨片121、摇臂122、磁铁123、支撑124、挡板125、第二安装座126、簧片127和微动开关128，支撑124通过第二安装座126安装在方向盘主板3上，微动开关128安装在支撑124的底部，支撑124的底部的端部和摇臂122的一端转动连接，挡板125安装在摇臂122的中部，微动开关128上安装有簧片127，簧片127的端部抵于挡板125，转动摇臂122通过挡板125按压簧片127以触发微动开关128，支撑124的顶端安装有一个磁铁123，挡板125上安装有至少一个磁铁123，位于挡板125上的磁铁123和位于支撑124上的磁铁123相互吸附，摇臂122的另一端安装有便于驾驶员抓握的拨片121，微动开关128和电路板通过线路连接。
57.以上仅为本实用新型较佳的实施例，并非因此限制本实用新型的实施方式及保护范围。
58.本实用新型在上述基础上还具有如下实施方式：
59.本实用新型的进一步实施例中，前握把1上设有用于容置拇指及其与手腕连接的部位的沟槽，后握把4上设有与手部抓握时相匹配的弧面及变径，方便驾驶员抓握，避免方
程式赛车在快速转弯及速度骤变的情况下，驾驶员的手部从方向盘上脱离，同时方便驾驶员在进行离合或换挡后，其手部快速回到方向盘抓握位置。
60.本实用新型的进一步实施例中，前握把1和后握把4通过结构胶粘接固连在方向盘主板3上；方向盘面板8通过螺栓连接固定在方向盘主板3上；电控元件包括：转速灯2、交互按键7和交互旋钮9，转速灯2、交互按键7和交互旋钮9均固连在方向盘内部电路板上，通过方向盘面板8上预留的开口引出；usb扩展接口5固连在方向盘内部电路板上，通过前握把1上预留的开口引出；离合拉环10、快拆器11、换挡拨片12通过螺栓连接固连在方向盘主板3上。
61.本实用新型的进一步实施例中，以正常驾驶姿势抓握方向盘时，交互按键7均位于左右手拇指可触及的位置，驾驶员可方便地对车辆设定进行更改；
62.本实用新型的进一步实施例中，方向盘背部的换挡拨片12位于驾驶员中指和无名指的位置，离合拉环10位于驾驶员左手拇指右上方，驾驶员可以手不离开方向盘，以最小的动作进行换挡和离合的操作。
63.本实用新型的进一步实施例中，可拆卸壳式设计，使用螺栓固定方向盘面板8，使得方向盘可以将整个正面完全打开，相较于以往使用的一体壳式方向盘，便于内部电路检测与维修。
64.本实用新型的进一步实施例中，右手拇指左上方预留有usb扩展接口5，便于对方向盘内部电路板的程序进行升级调整。
65.本实用新型的进一步实施例中，转接头102通过结构胶粘接固连在拉环101上，传感器顶针103一端插在转接头102中心开孔中，另一头安装在线位移传感器104内部，并可以相对线位移传感器104进行轴向运动；第一安装座106通过插入滑轨105底部的穿插开口与滑轨105固连，线位移传感器104通过螺栓连接固连在滑轨105上；离合拉环整体通过第一安装座106底部螺栓孔使用螺栓连接固连在方向盘主板3背部。
66.本实用新型的进一步实施例中，以正常驾驶姿势抓握方向盘驾驶车辆时，离合拉环10位于驾驶员左手拇指右上方，驾驶员将左手拇指伸入拉环101中，通过手指的屈伸控制拉环101的位移；拉环101沿滑轨105上的开槽移动，同时带动固连在拉环上的传感器顶针103轴向移动，线位移传感器104进一步将传感器顶针103的位移信息转换为电信号，发送给控制器控制离合器的开度。
67.本实用新型的进一步实施例中，本实用新型中的离合拉环10相较于传统拨片式离合操纵装置，优势主要在于操作更加精准，如图7所示。传统拨片式离合操纵装置通常集成在方向盘背部，使用角位移传感器采集拨片运动信息，由于手部操作空间的限制，量程350
°
左右的角位移传感器只有40
°
能被用于操作，11％的传感器行程被映射到100％的离合器行程，因此传感器本身精度的误差被放大，使得操作精度不足；本实用新型中的离合拉环10所使用的新式机构，使用线位移传感器104进行操作，除去始末段被机械限位的行程，传感器20mm的行程中有18mm都能被用于操作，90％的传感器行程映射到100％的离合器行程，使得操作精度大大提高。
68.本实用新型的进一步实施例中，拨片121与摇臂122通过螺栓连接相固连，挡板125通过插入摇臂122上的穿插开口与摇臂122相固连；第二安装座126通过插入支撑124上的穿插开口与支撑124相固连，磁铁123和微动开关128通过螺栓连接与支撑124相固连；另有两
枚磁铁123通过磁力吸附夹在挡板125两侧，并与支撑124上所固连的磁铁123相吸附。
69.本实用新型的进一步实施例中，换挡拨片在操作时，驾驶员按压拨片121，带动拨片121、摇臂122、挡板125整体，克服挡板125上的磁铁与支撑124上的磁铁之间的磁力，相对于支撑124、第二安装座126、微动开关128整体，绕左视图右下角的转轴旋转。在磁铁分离后，磁力显著下降，此时挡板125接触簧片127，并将簧片127向下弯折，到一定位置后簧片127触发微动开关128，微动开关128发送电信号至控制器，控制器进一步控制换挡器执行换档动作。
70.本实用新型的进一步实施例中，本实用新型的换挡拨片相较于传统换挡拨片，优势主要在于换挡操作手感清晰，不易误触，如图6所示，传统拨片的恢复力仅由簧片形变带来的弹力提供，在拨片位移较小的范围内恢复力很小，劣势主要在于：恢复力太小，微动开关可能因为车辆振动、驾驶员误触等因素被触发，造成不符合驾驶员操作意愿的换档动作。恢复力基本呈线性增加，由于没有明显的力度突变，驾驶员很难通过拨片恢复力来判断本次换挡操作有没有成功触发微动开关，造成驾驶员信心下降。
71.本实用新型的进一步实施例中，本实用新型的拨片121的恢复力分为三段，在较小位移范围内由磁铁123的磁力提供，恢复力很大；中等位移范围内由磁铁123的磁力和簧片127的弹力共同提供，由于磁铁123分离，磁力剧烈下降，簧片127弯折较小，弹力也非常小，总恢复力很小；大位移范围内主要由簧片127的弹力提供，恢复力适中且线性增加。
72.本实用新型的进一步实施例中，优势主要在于：初始状态恢复力很大，微动开关128不会因为震动等因素被误触。手感清晰，当驾驶员提供足以克服初段较大恢复力的按压力度后，拨片121发生位移，磁铁123分离并使恢复力剧烈下降，此时拨片121很容易通过中段恢复力极小的区间并成功触发微动开关128，最终到达大位移下的线性恢复力区间。驾驶员能清晰感受到每一段的恢复力变化，并实现“拨动即触发”的效果，提高驾驶员信心。
73.本实用新型的进一步实施例中，受力较大的方向盘主板3部分选用斜交布铺制而成的碳纤维板材，并进一步加工，铣出减重孔，钻出安装孔。方向盘握把采用3d打印pla材料，轻量化的同时便于制作符合手部轮廓的高难度曲面。
74.本实用新型的进一步实施例中，快拆器11内部插头设计满足了电气系统的接线需求，母头使用6063铝合金，公头使用304不锈钢，保证强度的同时大幅降低重量，满足了轻量化的需求。
75.本实用新型的进一步实施例中，lcd显示屏6选用了4.3寸800*480的rgb电阻式触摸显示屏，亮度高达800nit，能够满足在强烈日光的显示需求。显示屏的驱动芯片使用了stm32h747，并外置64mbit的sram作为显存。驱动程序集成了freertos，并借助emwin开发显示屏显示的内容与操作。
76.本实用新型的进一步实施例中，将64mbit的sram根据地址定位分为4个区，借助c语言的预编译，最多可同时定制四位车手习惯的lcd显示屏6显示界面。可根据车手需求，显示约9-12个传感器的参数，能够实现30hz的稳定动态刷新率。
77.本实用新型的进一步实施例中，转速灯依旧采用了8颗全彩rgb灯，对应着发动机的不同转速，rgb灯由三个级联的74hc595驱动，亮度可调，颜色显示习惯可自定义，并具有故障指示灯功能。
78.本实用新型的进一步实施例中，方向盘中共有4个人机交互按键7和2个四段人机
交互旋钮9，共可控制赛车4个功能的开关和2套控制策略的选择。按键功能可根据车手的习惯自定义。
79.本实用新型的进一步实施例中，pcb电路板配有一块256mbit的flash芯片，可以在赛车行进过程中，对can通讯网络中出现的所有数据进行采集和储存，可通过usb连接电脑，根据开发的上位机读取txt数据，进行数据处理和分析。
80.本实用新型的进一步实施例中，pcb电路板配有一块20kbit的eeprom芯片，可以储存需要调节的各种参数，每当上电时，都会通过can通讯网络，将所有需要传递的参数通过网络传递给各个控制模块。
81.本实用新型的进一步实施例中，现有的换挡拨片12依靠碳纤维片本身的弹力和微动开关的弹力提供恢复力，由于这两部分弹力较小，且弹性形变所提供的恢复力随位移增大而增大，因此开关段落感不强，力反馈较弱。本实用新型中使用磁铁123作为恢复力的来源，利用磁力随位移增大而减弱的特性，使得拨片121按压过程中，前段力反馈强，后段力反馈弱，使得按压过程中有明显段落感，使换挡手感更清晰。所有换挡拨片12零件使用碳纤维板材切割拼装而成。
82.本实用新型的进一步实施例中，本实用新型采用电动离合，选择miran ks8-20线位移传感器104作为离合控制装置的输入，将该控制装置即离合拉环10放置于方向盘主板3背部，拉环101置于前握把1为拇指预留的槽位中，因此车手可以方便地拉动线位移传感器104，进而控制离合器，离合拉环10的零件使用碳纤维板材切割拼装而成。
83.本实用新型的进一步实施例中，由于后握把4采用3d打印技术，本实用新型根据车手手部轮廓建模，设计曲面，制作出高度贴合手部的握把，使得方向盘抓握更为牢固，车手手感更佳。
84.本实用新型的进一步实施例中，对方向盘主要结构件进行拓扑优化，选取合适结果，使得新赛季方向盘做到功能增加、重量减少，有利于整车轻量化。
85.本实用新型的进一步实施例中，本实用新型中的换挡拨片12使用磁力作为反馈力的来源，使得换档动作段落感更清晰。
86.以上仅为本实用新型较佳的实施例，并非因此限制本实用新型的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本实用新型说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本实用新型的保护范围内。