1.本发明属于飞行器飞控系统操纵器件领域，并且具体地涉及一种驾驶盘机构。


背景技术：

2.驾驶盘是诸如飞机之类的载运工具上使用频率最高的操纵器件，设计性能指标影响显著，设计集成式的驾驶盘机构能有效的降低系统重量，提高收益。
3.机械式的驾驶盘一般通过钢索连接，通过钢索将驾驶盘的操纵指令传递给作动装置来实现飞机的滚转控制，该机构重量大，且钢索需要定期进行调整检查，维修维护不便，且传递路径过长，信号指令到响应端存在较大的偏差。另外，传统的电传式驾驶盘通过钢索连接单独的感觉力模块，通过模块发出控制指令信号为计算机输入，同时提供感觉力，感觉力和传感器集中到模块内，重量较大，同时由于柔性的钢索连接，会影响模块内的传感器信号，从而产生偏差。
4.因此，仍然需要一种克服现有技术中的一个或多个缺点的驾驶盘机构，以便在改善操作精度的同时，提高驾驶员操作的可靠性。


技术实现要素：

5.本发明的目的是提出一种集成式的驾驶盘机构，通过齿轮啮合直接连接驾驶盘和信号传感器，消除了操纵指令传递过程中的误差。应用扭转弹簧上下表面不同方向的运动特性设计力感机构，将力感机构集成装配到驾驶杆内，降低了重量，提高了可靠性。
6.根据本发明的一个方面，提出了一种驾驶盘机构，该驾驶盘机构可以包括：支轴，支轴固定到载运工具的驾驶杆结构；驾驶盘，驾驶盘支承在支轴上并围绕支轴枢转；信号模块，信号模块枢转地附连到支轴以检测驾驶盘的偏转角度并且基于偏转角度生成控制载运工具操作的指令信号，以及力感机构，力感机构包括力感传动机构和力感产生机构，其中，力感传动机构用于将驾驶盘的枢转运动传递到力感产生机构，用于模拟驾驶员操纵驾驶盘时感受到的反作用力。
7.该驾驶盘机构用于滚转控制，能够利用信号模块消除了操纵指令传递过程中的误差，从而改善操作精度，并且借助力感机构提高驾驶员操作的可靠性。
8.根据本发明的上述方面，较佳地，力感传动机构可以包括：第一锥齿轮，第一锥齿轮枢转地附连到支轴以跟随驾驶盘枢转；第二锥齿轮，第二锥齿轮与第一锥齿轮啮合并被第一锥齿轮驱动旋转；以及力感机构转轴，力感机构转轴由驾驶杆结构的杆枢转地支承，并且第二锥齿轮固定到力感机构转轴使得力感机构转轴与第二锥齿轮一起旋转，其中，力感机构转轴的枢转轴线与支轴的枢转轴线成度到度之间的角度。
9.由于驾驶盘前方(在航向方向上的前方)的空间有限，通过这种结构将避免了将相应的力感机构布置在驾驶盘前方，同时结合驾驶盘布置在驾驶杆结构上端的特点，将力感机构布置在驾驶杆结构内，从而能够改善驾驶盘机构的空间布置，提高空间利用率。另外，通过齿轮机构直接传递信号和力学特性，降低误差，提高了精度。
10.根据本发明的上述方面，较佳地，力感产生机构可以包括：力感产生机构支架，力感产生机构支架相对于驾驶杆结构的壳体保持固定；转盘机构，转盘机构在力感产生机构支架的轴向两端处围绕力感机构转轴设置，并且形状配合在力感产生机构支架的内部；扭转弹簧，扭转弹簧围绕力感机构转轴周向设置并且在轴向两端处分别固定到转盘机构的相互面对的端面，以及限位机构，限位机构用于限制转盘机构相对于力感产生机构支架的相对旋转角度。
11.这样，应用扭转弹簧上下表面不同方向的运动特性设计力感机构，将力感机构集成装配到驾驶杆内，降低了重量，提高了可靠性。
12.根据本发明的上述方面，较佳地，为了减少枢转时的摩擦力，力感产生机构还包括轴承，轴承设置在转盘机构和力感机构转轴之间，以使转盘机构枢转地支承力感机构转轴。
13.根据本发明的上述方面，较佳地，转盘机构可以包括成对相对设置的上转盘和下转盘，上转盘和下转盘分别借助轴承枢转地附连到力感机构转轴。
14.这样，通过扭转弹簧上、下表面不同的运动实现驾驶盘的左右操纵特性，结构精简，可靠性高，降低故障率。
15.根据本发明的上述方面，较佳地，上转盘和下转盘各自包括设置在上转盘和下转盘的相互面对的端面上的在周向方向上引导的第一限位槽和第二限位槽，并且力感机构转轴包括设置在外表面上的两个限位销，使得两个限位销分别配合到第一限位槽和第二限位槽中。
16.这样，通过力感机构转轴和限位销配合带动单侧转盘(例如上转盘或下转盘)运动，通过扭转弹簧上、下表面不同的运动实现驾驶盘的左右操纵特性，结构精简，可靠性高，降低故障率。
17.根据本发明的上述方面，较佳地，力感产生机构支架可以具有圆筒形的轮廓，并且可以包括设置在力感产生机构支架的周向内表面上的第一止挡部，其中，上转盘包括第二止挡部，第一止挡部与第二止挡部协配，以限定上转盘的位置，并且下转盘包括第三止挡部，第一止挡部与第三止挡部协配，以限定下转盘的位置。
18.这样，通过转盘机构(例如上转盘或下转盘)和力感产生机构支架中的止挡板的限位配合，保证驾驶盘单侧操纵时扭转弹簧一面有效的锁定，即，能够实现单向运动、反向锁定，保证稳定性。
19.根据本发明的上述方面，较佳地，上转盘可以包括在轴向方向上贯穿端面的第一系列孔口，用于将扭转弹簧的一个轴向端部固定到上转盘；并且下转盘可以包括在轴向方向上贯穿端面的第二系列孔口，用于将扭转弹簧的另一个轴向端部固定到下转盘。通过第一系列孔口和第二系列孔口，可根据安装位置调整力矩特性，从而根据不同飞行员习惯适量进行驾驶盘操纵力调整。
20.根据本发明的上述方面，较佳地，信号模块可以包括：信号连接齿轮，信号连接齿轮与驾驶盘同轴连接到支轴以跟随驾驶盘枢转；信号传感器齿轮，信号传感器齿轮与信号连接齿轮啮合，以被信号连接齿轮驱动旋转；以及信号传感器，信号传感器可以固定到驾驶盘上附连到信号传感器齿轮并且基于信号传感器齿轮的旋转角度来感测驾驶盘的偏转角度。通过同轴布置的齿轮机构直接传递信号和力特性，降低误差，提高了精度。
21.根据本发明的上述方面，较佳地，信号传感器齿轮可以包括至少3个围绕信号连接
齿轮布置的信号传感器齿轮，并且信号传感器基于至少2个信号传感器齿轮的旋转角度来确定偏转角度。通过这种布置，驾驶盘机构可以至少使用其中的任意2个信号传感器的信号来计算驾驶盘的偏转角度，并且另外1个作为备用，从而能够在一个信号传感器齿轮或信号传感器发生故障时，仍能够可靠地获得偏转角度。
22.综上所述，本发明的驾驶盘机构可以至少包括以下优点或益处：
23.1.通过齿轮机构直接传递信号和力特性，降低了误差，提高了精度；
24.2.将力感机构集成到驾驶杆内部，降低重量；
25.3.通过转轴和销配合以及限位槽的设计带动单侧转盘机构在规定行程内运动，同时通过转盘机构和机构固定支架限位配合保证另一侧转盘机构有效的锁定，能够反映出驾驶盘顺时针/逆时针运动对称操纵特性，结构设计巧妙，降低结构集成复杂度；
26.4.通过一个扭转弹簧单侧端面的运动另一侧端面固定的形式产生的弹簧力，实现驾驶盘顺时针/逆时针方向的力感特性，提高可靠性，保证稳定性；
27.5.扭转弹簧具有多个固定孔位，可根据安装位置调整力矩特性，可根据不同飞行员习惯适量进行驾驶盘操纵力调整。
28.综上所述，根据本发明的驾驶盘机构能够通过齿轮连接信号传感器，提高控制信号的准确性，提高了操作的稳定性，同时通过包括扭转弹簧的力感机构为驾驶盘提供了左右操纵时的力感，具有较高的集成度。
附图说明
29.为了进一步说明根据本发明的驾驶盘机构，下面将结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明，在附图中：
30.图1是根据本发明的非限制性实施例的驾驶盘机构的外观示意性立体图；
31.图2是根据本发明的非限制性实施例的驾驶盘机构的一部分的示意性立体图；
32.图3是示出了图2中示出的驾驶盘机构的一部分的细节的立体图；
33.图4是示出了图2中示出的驾驶盘机构的另一部分的细节的分解立体图；
34.图5是根据本发明的非限制性实施例的力感产生机构支架的示意性立体图；
35.图6是根据本发明的非限制性实施例的转盘机构中的一个的示意性立体图；
36.图7是根据本发明的非限制性实施例的驾驶盘机构处于中立位(中间位置)的示意性前视图；
37.图8是根据本发明的非限制性实施例的驾驶盘机构处于中立位(中间位置)的示意性后视图；
38.图9是根据本发明的非限制性实施例的驾驶盘机构处于逆时针操纵极限位置处的示意图；以及
39.图10是根据本发明的非限制性实施例的驾驶盘机构处于顺时针操纵极限位置处的示意图。
具体实施方式
40.应当理解，除非明确地指出相反，否则本发明可以采用各种替代的取向和步骤顺序。还应当理解，附图中所示及说明书中的具体装置仅是本文公开和限定的发明构思的示
例性实施例。因而，除非另有明确的声明，否则所公开的各种实施例涉及的具体运动路径、方向或其它物理特征不应被视为限制。
41.下面结合附图具体说明本发明的非限制性实施例的驾驶盘机构100。
42.图1和图2是根据本发明的非限制性实施例的驾驶盘机构100的示意图。如图所示，驾驶盘机构100可以包括：支轴10、驾驶盘20、信号模块30和力感机构40。驾驶盘机构100的各功能部件容纳在壳体中。在该实施例中，驾驶杆机构可以包括杆50和壳体60。
43.支轴10可以固定到诸如客用飞机之类的载运工具的驾驶杆结构。例如，支轴10可以固定到驾驶杆结构的壳体60或杆50，即固定在驾驶杆结构上，并且支轴10可以由本领域已知的任何材料构成。
44.驾驶盘20可以支承在支轴10上并围绕支轴10枢转，载运工具的驾驶员可以用手握住驾驶盘20的诸如手柄之类的抓持部，以便控制载运工具，例如控制飞机的滚转运动。驾驶盘20的结构可以采用本领域已知的任何形式。
45.图3是示出了图2中示出的驾驶盘机构100的一部分的细节的立体图，其示出了信号模块30的示例结构。
46.根据图3所示的实施例并且作为较佳示例，信号模块30可以枢转地附连到支轴10并且固定到驾驶盘20，以跟随驾驶盘20围绕支轴10旋转，从而检测驾驶盘20的偏转角度并且基于偏转角度生成控制载运工具操作的指令信号。
47.具体地，如图3所示，信号模块30可以包括：信号连接齿轮31、信号传感器齿轮32和信号传感器33。信号连接齿轮31与驾驶盘20同轴连接到支轴10以跟随驾驶盘20枢转。如图所示，信号连接齿轮31可以是具有小的厚度的齿盘的形式，以减少占用在驾驶盘20的前方的空间。
48.在该示例中，信号传感器齿轮32可以与信号连接齿轮31啮合，以被信号连接齿轮31驱动旋转。信号传感器齿轮32可以包括至少3个围绕信号连接齿轮31布置的信号传感器齿轮，它们可以围绕信号传感器齿轮32均匀间隔开，例如以120度的角度彼此等距间隔开。
49.继续参考图3，信号传感器33可以附连到信号传感器齿轮32并且可以基于信号传感器齿轮32的旋转角度来感测驾驶盘20的偏转角度。在包括3个信号传感器齿轮32的实施例中，信号传感器33同样包括3个，并且基于至少2个信号传感器齿轮32的旋转角度来确定偏转角度，而剩余的1个信号传感器齿轮32可以用作备用，以便在其中1个信号传感器齿轮32或者其中1个信号传感器33发生故障时，驾驶盘机构100能够基于另外两个的信号判断驾驶盘20的偏转角度。
50.在另一较佳实施例中，驾驶盘机构100可以包括4个信号传感器齿轮32和4个信号传感器33，并且基于其中任意2个信号传感器33所感测的数据来确定驾驶盘20的偏转角度，而其余2个用作备份。在这种情况下，4个信号传感器齿轮32可以围绕信号连接齿轮31等距间隔开，例如彼此成90度等距间隔开。然而，在替代实施例中，信号连接齿轮31之间的间距也可以部分或者全部不相等。
51.图4是示出了图2中示出的驾驶盘机构100的另一部分的细节的分解立体图，其中示出了力感机构40。
52.在图4示出的非限制性示例中，力感机构40可以包括力感传动机构41和力感产生机构42。力感传动机构41可以用于将驾驶盘20的枢转运动传递到力感产生机构42，用于模
拟驾驶员操纵驾驶盘20时感受到的反作用力，从而模拟当直接操作载运工具的作动器/方向机构时的反作用力。
53.如图所示并且作为较佳实施例，力感传动机构41可以包括第一锥齿轮411、第二锥齿轮412和力感机构转轴413。
54.在附图示出的示例中，第一锥齿轮411可以附连到支轴10以跟随驾驶盘20枢转，例如与信号连接齿轮31同轴布置。第二锥齿轮412可以与第一锥齿轮411啮合并被第一锥齿轮411驱动旋转。力感机构转轴413可以由驾驶杆结构的杆50枢转地支承。杆50例如可以是推杆，用于控制飞机俯仰运动。替代地，力感机构转轴413也可以由壳体支承。在替代实施例中，可以使用蜗轮蜗杆配合来替代第一锥齿轮411和第二锥齿轮412，并且本领域技术人员可以设想其余传动机构。
55.在该示例中，第二锥齿轮412可以固定到力感机构转轴413，使得力感机构转轴413与第二锥齿轮412一起旋转，其中，力感机构转轴413的枢转轴线与支轴10的枢转轴线成预定角度，例如可以成75度到115度之间的角度。
56.继续参考图4，力感产生机构42可以包括：力感产生机构支架421、转盘机构422、扭转弹簧423、限位机构424以及可选的轴承425。
57.图5和6分别是根据本发明的非限制性实施例的力感产生机构支架421和转盘机构422中的一个的示意性立体图。
58.在参照图4-6示出的非限制性示例中，力感产生机构支架421可以相对于驾驶杆结构的壳体60保持固定。例如，力感产生机构支架421可以具有圆筒形轮廓，并且包括设置在力感产生机构支架421的周向内表面上的第一止挡部421a，用于限制转盘机构422相对于力感产生机构支架421旋转的角度，这将在下文中更详细地描述。
59.转盘机构422在力感产生机构支架421的轴向两端处围绕力感机构转轴413设置，并且形状配合在力感产生机构支架421的内部。在所示的示例中，转盘机构422可以包括成对相对设置的上转盘422a和下转盘422b，上转盘422a和下转盘422b分别枢转地附连到力感机构转轴413，例如可以借助轴承425。
60.作为较佳实施例，上转盘422a和下转盘422b可各自包括设置在上转盘422a和下转盘422b的相互面对的端面上的在周向方向上引导的第一限位槽424a和第二限位槽424b。这些限位槽例如可以设置在上转盘422a和下转盘422b的向内相互面对的表面上的弧形突片上，弧形突片例如可以靠近转盘的中心位置设置，延伸大约60度到180度范围内的角度。
61.在该示例中，力感机构转轴413还可以包括设置在外表面上的两个限位销424c、424d，使得两个限位销424c、424d分别配合到第一限位槽424a和第二限位槽424b中。两个限位销424c、424d例如可以在力感机构转轴413的轴向方向上上下间隔开，并且在周向方向上在相反的方向上远离力感机构转轴413延伸。
62.扭转弹簧423可以围绕力感机构转轴413周向设置并且在轴向两端处分别固定到转盘机构422的相互面对的端面。作为较佳实施例，扭转弹簧423在轴向两端处分别包括一系列的孔口。在这种情况下，上转盘422a可以包括在轴向方向上贯穿端面的第一系列孔口427a，用于将扭转弹簧423的一个轴向端部固定到上转盘422a；并且下转盘422b可以包括在轴向方向上贯穿端面的第二系列孔口427b，用于将扭转弹簧423的另一个轴向端部固定到下转盘422b。应当理解，虽然结合附图示出的扭转弹簧423是片形卷绕的弹簧，但是本领域
技术人员可以使用各种扭转弹簧，而不脱离本发明的范围。
63.限位机构424可以用于限制转盘机构422相对于力感产生机构支架421的相对旋转角度。轴承425设置在转盘机构422和力感机构转轴413之间，以使转盘机构422枢转地支承力感机构转轴413。
64.作为非限制性示例，上转盘422a可以包括第二止挡部426a，第一止挡部421a与第二止挡部426a协配，以限定上转盘422a的位置，例如限定其初始位置，并且下转盘422b可以包括第三止挡部426b，第一止挡部421a与第三止挡部426b协配，以限定下转盘422b的位置，例如同样限定其初始位置。
65.图7和8分别是根据本发明的非限制性实施例的驾驶盘机构100处于中立位(中间位置)的示意图。
66.如图7和8中示出的，当驾驶盘机构100处于中立位(中间位置)时，第一止挡部421a分别与第二止挡部426a和第三止挡部426b接触并卡住锁定，以便与扭转弹簧423的预紧力配合，从而分别限定上转盘422a和下转盘422b的位置，例如限定其初始位置，此时扭转弹簧423被预加载，从而在驾驶员转动驾驶盘20时能够感受到扭转弹簧423的反作用力。
67.图9和图10分别是根据本发明的非限制性实施例的驾驶盘机构100处于逆时针和顺时针操纵极限位置处的示意图。
68.如图所示，由于第一限位槽424a和第二限位槽424b对两个限位销424c、424d的止挡作用，驾驶盘20的偏转角度能够可靠地控制。
69.具体地，当例如飞行员的载运工具的驾驶员逆时针操纵驾驶盘20时，限位销424c、424d跟随力感机构转轴413从逆时针转动(从上方观察)，限位销424d带动下转盘422b逆时针运动，限位销424c则在上转盘422a的第二限位槽424a内运动(例如运动到第二限位槽424a的另一侧)，而不会带动上转盘422a运动，同时由于力感产生机构支架421内部的第一止挡部421a通过第二止挡部426a阻止上转盘422a的运动，因此促使扭转弹簧423下表面跟随下转盘422b运动，上表面由于固定到上转盘422a而被止挡，因此扭转弹簧423扭转产生弹簧力，提供了操纵力感。
70.如本文所用，用于表示顺序的用语“第一”或“第二”等仅仅是为了使本领域普通技术人员更好地理解以较佳实施例形式示出的本发明的构思，而非用于限制本发明。除非另有说明，否则所有顺序、方位或取向仅用于区分一个元件/部件/结构与另一个元件/部件/结构的目的，并且除非另有说明，否则不表示任何特定顺序、安装顺序、方向或取向。例如，在替代实施例中，“第一止挡部”可以用来表示“第二止挡部”。
71.虽然，本发明结合飞机的驾驶盘描述了驾驶盘机构100，但是驾驶盘机构100也可以应用于其它飞行器、诸如高速列车或地铁之类的火车、游轮之类的轮船或长途客车等载运工具，而不脱离本发明的范围。
72.综上所述，根据本发明的实施例的驾驶盘机构100通过齿轮啮合连接驾驶盘和信号传感器，同时通过集成在驾驶杆内的力感机构为驾驶盘操纵提供力感，应用扭转弹簧上下表面不同方向产生的扭矩实现驾驶盘左右操纵的力感。由于采用电传方式传递信号，降低了系统重量，同时力感机构的设计可靠性高，提高了稳定性。本发明的驾驶盘机构通过齿轮联动形式代替了传统的钢索联动，提高了维修性和操纵特性的稳定性。能够有效保证控制指令信号的准确性。因此本发明克服了现有技术中的缺点，实现了预期的发明目的。
73.虽然以上结合了较佳实施例对本发明的驾驶盘机构进行了说明，但是本技术领域的普通技术人员应当认识到，上述示例仅是用来说明的，而不能作为对本发明的限制。因此，可以在权利要求书的实质精神范围内对本发明进行各种修改和变型，这些修改和变型都将落在本发明的权利要求书所要求的范围之内。