CN101549710B - 车辆转向器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种车辆转向器，包括左转向拉杆、右转向拉杆、转向轴、圆柱凸轮、左推杆和右推杆，所述圆柱凸轮的内壁上设有左凸轮滚槽和右凸轮滚槽；左推杆一端设有左推杆凸起，左推杆凸起与所述左凸轮滚槽配合；右推杆一端设有右推杆凸起，右推杆凸起与右凸轮滚槽配合。由于凸轮机构可以实现任意轨迹的运动曲线，因此可以对左凸轮滚槽和右凸轮滚槽进行设计，使左凸轮滚槽内的推杆机构和右凸轮滚槽内的推杆机构的运动轨迹满足阿克曼曲线，从而避免车辆转弯时车轮发生滑动现象，减少轮胎的磨损，延长轮胎的使用寿命，并且很容易实现转向器的变传动比功能，使得车辆具有良好的操控性能。

Description

车辆转向器

技术领域

本发明涉及一种车辆转向系统，特别涉及一种车辆转向器。

背景技术

转向器是汽车上的重要总成之一，它的主要作用是改变或者保持汽车的行驶方向。通常，汽车向左转弯时，其处于左侧的转向车轮称之为内轮，处于右侧的转向车轮称之为外轮，相应的，汽车在向右转弯时，其处于右侧的转向车轮称之为内轮，处于左侧的转向车轮称之为外轮。如图1所示，理论上，为了使得汽车转向时的所有车轮均做纯滚动，左前轮201、右前轮202、左后轮203和右后轮204的中心延长线必须相交于一点，为此，内轮转角α和外轮转角β应该是不相同的，它们必须实时地满足阿克曼曲线(如图2所示)。

在目前技术中，采用的主要结构形式有循环球式和齿轮齿条式，其中齿轮齿条式转向器由于结构简单、轻巧，操纵灵敏性高，在各类轻型客(货)车、轿车、SUV等类型的汽车中得到了广泛的应用。现有的齿轮齿条式转向器结构如图3、4所示，主要由左转向拉杆104、左防尘套106、转向输入轴107、转向器壳体108、右防尘套109、右转向拉杆111、齿条115、小齿轮116(可与转向输入轴107加工为一体)等零件组成。左转向拉杆104的一端连接一个球头销103，另一端连接一个球头105。左转向拉杆104的左端与左转向节102用球头销103铰接，右端与齿条115用球头105铰接。

左防尘套106左端和左转向拉杆104连接，左防尘套106的右端和转向器壳体108连接。转向输入轴107与小齿轮116固连并装入转向器壳体108中，齿条115穿过转向器壳体108并与小齿轮116啮合。转向器壳体108与副车架或车身固连(图中未画出副车架与车身)。右防尘套109的左端和转向器壳体108固连，右防尘套109的右端和右转向拉杆111固连。右转向拉杆111的一端连接一个球头销112，另一端连接一个球头110。右转向拉杆111的左端与齿条115用球头110铰接，右端与右转向节113用球头销112铰接。

该转向器的工作原理如图5所示，当汽车向左转弯时，转向输入轴107和小齿轮116接受来自经过转向管柱传来的方向盘操纵力，此操纵力驱动小齿轮116逆时针旋转，小齿轮116驱动齿条115向右运动，齿条115带动左转向拉杆104向右运动，从而左转向拉杆104带动左转向节102绕主销101逆时针旋转一个角度，同样地，齿条115带动右转向拉杆111向右运动，从而右转向拉杆111带动右转向节113绕主销114逆时针旋转一个角度。这样，就使得固连于左、右转向节102、113的左、右车轮(图中未画出车轮)绕着主销101、114向左旋转一个角度，完成了汽车左转弯的操作。汽车右转弯时，各个零件的运动情况正好与作转弯时完全相反。

但使用这种结构的转向器，车轮转角曲线不能与阿克曼曲线重合(如图2所示)，这样就不能使得汽车转向时左右车轮的转角满足阿克曼曲线，那么汽车转向时就会有某个或者某几个车轮处于边滚动边滑动的状态，这样必然加速了轮胎的磨损，使轮胎的寿命大大降低。

还有，为了提高汽车高速时的操控稳定性和安全性，我们一般希望汽车转向器的传动比是可变的，使汽车小角度转向和大角度转向时的转向器本身的传动比不同，具体说来，就是当汽车小角度转向时，传动比要小一些，汽车的转向灵敏度要大一些，当汽车大角度转向时，传动比要大一些，汽车的转向灵敏度要小一些，方向盘操纵力要小一些。但是如果采用齿轮齿条式转向器来实现便传动比功能，因为转向器的齿条的加工难度较大，所以应用不多。因此这种现有的转向器的结构也限制了该项技术的应用。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明要解决的技术问题提供一种新型结构的车辆转向器，该转向器可以使车辆的内、外转向轮的转动的角度实时地满足阿克曼曲线，使汽车转向时的所有车轮均做纯滚动，减少额外的磨损，延长了轮胎的使用寿命，并且很容易实现转向器的变传动比功能，即就是汽车小角度转向时，传动比要小一些，汽车的转向灵敏度要大一些，当汽车大角度转向时，传动比要大一些，汽车的转向灵敏度要小一些，方向盘操纵力要小一些，使得车辆具有良好的操控性能。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种车辆转向器，包括左转向拉杆、右转向拉杆、转向轴，还包括：一圆柱凸轮，所述圆柱凸轮通过一传动机构所述转向轴连接，所述圆柱凸轮两端的内壁上分别设有左凸轮滚槽和右凸轮滚槽；一左推杆，所述左推杆一端设有左推杆凸起，所述左推杆凸起与所述左凸轮滚槽相配合，所述左推杆的另一端与所述左转向拉杆铰接；一右推杆，所述右推杆一端设有右推杆凸起，所述右推杆凸起与所述右凸轮滚槽相配合，所述右推杆的另一端与所述右转向拉杆铰接。

基于上述主要技术特征，所述传动机构包括一输入锥齿轮和一输出锥齿轮，所述输入锥齿轮和所述转向轴固定连接，所述输出锥齿轮与所述圆柱凸轮固定连接，所述输出锥齿轮与所述输入锥齿轮啮合。

基于上述主要技术特征，还包括一转向器壳体，所述转向器壳体内的左右两侧分别设有一左限位块和一右限位块，所述左推杆上设有一左限位槽，所述右推杆上设有一右限位槽，所述左限位块嵌入所述左限位槽内，所述右限位块嵌入所述右限位槽内。

基于上述主要技术特征，所述左推杆凸起为左推杆轴销，所述右推杆凸起为右推杆轴销。

优选的，所述左推杆上设有两个左推杆轴销，所述左凸轮滚槽为两条轨迹相同的左凹槽曲线，两个左凹槽曲线的起点与两个左销轴的布置情况一致，所述右推杆上设有两个右推杆轴销，所述右凸轮滚槽为两条轨迹相同的右凹槽曲线，所述两个右凹槽曲线的起点与两个右销轴的布置情况一致。

作为进一步的优选，所述左推杆上的两个左推杆轴销呈180°对应分布，所述右推杆上的两个右推杆轴销呈180°对应分布。

优选的，所述左推杆与左转向拉杆之间通过球头相铰接；所述右推杆与所述右转向拉杆之间通过球头相铰接。

优选的，还包括一左防尘罩和一右防尘罩，所述左防尘罩的一端与左转向拉杆连接，另一端与所述转向器壳体的左侧连接；所述右防尘罩的一端与右转向拉杆连接，另一端与所述转向器壳体的右侧连接。

优选的，所述左防尘罩和右防尘罩的材料为橡胶、塑料、热塑性弹性体等弹性材料。

在本发明中，圆柱凸轮的两侧的内壁上分别设有左凸轮滚槽和右凸轮滚槽，因为凸轮机构可以实现任意轨迹的运动曲线，因此可以通过对左凸轮滚槽和右凸轮滚槽的曲线槽进行设计，使该左凸轮滚槽内的推杆和右凸轮滚槽内的推杆的运动轨迹满足阿克曼曲线，从而避免车辆转弯时车轮发生滑动现象，减少轮胎的磨损，延长轮胎的使用寿命。

并且通过对圆柱凸轮曲线槽的设计，也能够实现当汽车小角度转向时，传动比要小一些，汽车的转向灵敏度要大一些，当汽车大角度转向时，传动比要大一些，汽车的转向灵敏度要小一些，操纵力小一些这一转向器的变传动比要求，从而提高汽车行驶时的操控稳定性与安全性。

附图说明

图1是车辆转向时车轮的原理结构示意图。

图2是现有车辆内外轮转角曲线与阿克曼曲线对比示意图。

图3是现有齿轮齿条式转向器主视图。

图4是现有齿轮齿条式转向器俯视图。

图5是现有齿轮齿条式转向器工作时的示意图。

图6是本发明实施例的俯视图。

图7是本发明实施例的主视图。

图8是本发明实施例圆柱凸轮、锥齿轮及左右推杆连接结构放大示意图。

图9是本发明实施例推杆、限位槽及轴销连接的主视图。

图10是本发明实施例推杆、限位槽及轴销连接的俯视图。

图11是本发明实施例限位块和转向器壳体的连接示意图。

图12是本发明实施例工作状态的结构示意图。

图13本发明实施例圆柱凸轮的立体结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的优选实施例进行详细的介绍。

如图6、7所示，该车辆转向器主要由左转向拉杆4，左防尘套6，左推杆7，左限位块9，输入锥齿轮10、左壳体11，左推杆销轴12，输出锥齿轮13，右壳体14，圆柱凸轮15，右推杆销轴16，右推杆17，右限位块18，右防尘套20，右转向拉杆22，左凸轮滚槽26，右凸轮滚槽27等组成。

参见图7，输入锥齿轮10与车辆的转向轴31固定连接，输出锥齿轮13与输入锥齿轮10啮合，圆柱凸轮15和输出锥齿轮13同轴固定连接。其中圆柱凸轮15为一圆形管状柱体，其内壁上设有曲线槽(如图13所示)，其工作原理与一般的圆柱凸轮基本一样。该圆柱凸轮15的曲线槽分为左凸轮滚槽26和右凸轮滚槽27，左凸轮滚槽26和右凸轮滚槽27分别位于圆柱凸轮中心面A-A面的两侧。

如图8所示，左推杆7穿过圆柱凸轮15的中心，左推杆7的一端设有两个左推杆轴销12，两个左推杆销轴12在左推杆7上呈180度对应分布，左凸轮滚槽26为两条轨迹相同的左凹槽曲线，两个左凹槽曲线的起点沿圆柱凸轮径向方向相差180°(与两个左推杆销轴12的布置情况一致)，两个左推杆轴销12分别嵌入相应的凹槽曲线内，这样就保证了两个左推杆销轴12的运动轨迹的同步性和一致性，不会使两个左推杆销轴12被卡死到左凸轮凹槽26中，而且会使左推杆销轴12的受力更加的均匀。左推杆7上还设有一左限位槽8(如图9、10所示)，左限位槽8沿左推杆的轴向方向延伸。参见图6，左推杆7的另一端与左转向拉杆4的一端通过一球头5铰接，左转向拉杆4的另一端通过一个球头销3与左转向节2铰接，左转向节2与左车轮固定连接。

右推杆17穿过圆柱凸轮15的中心，右推杆17的一端设有两个右推杆轴销16，两个右推杆销轴16在右推杆17上呈180°对应分布，右凸轮滚槽27为两条轨迹相同的右凹槽曲线，两个右凹槽曲线的起点沿圆柱凸轮15径向方向相差180°(与两个右推杆销轴16的布置情况一致)，两个右推杆轴销16分别嵌入相应的右凹槽曲线内，这样就保证了两个右推杆销轴16的运动轨迹的同步性和一致性，不会使两个右推杆销轴16被卡死到右凸轮凹槽27中，而且会使右推杆销轴16的受力更加的均匀。右推杆17上还设有一右限位槽19，右限位槽19沿右推杆17的轴向方向延伸。参见图6，右推杆17的另一端与右转向拉杆22的一端通过一球头21铰接，右转向拉杆22的另一端通过一个球头销23与右转向节24铰接，右转向节24与右车轮固定连接。

如图11所示，左壳体11和右壳体14可做成一体式的转向器壳体，输入锥齿轮10、输出锥齿轮13，圆柱凸轮15及左右推杆7、17的一部分位于转向器壳体内。左壳体11上设有左限位块9，左限位块9嵌入左限位槽8内，目的是防止左推杆7在轴向移动时发生转动。右壳体14上设有右限位块18，右限位块18嵌入右限位槽19内，目的是防止右推杆17在轴向移动时发生转动。

参见如图7，左防尘套6的左端和左转向拉杆4连接，左防尘套6的右端和左壳体11连接。右防尘套20的右端和右转向拉杆22连接，右防尘套20的左端和右壳体14连接，，转向器壳体固定在副车架或车身上。

图中为了明了清晰，略去了部分轴承、螺栓螺母、左(右)推杆7(17)的导向套和密封圈等零件。所述的左右防尘套6、20的材料可以为橡胶、塑料、热塑性弹性体等弹性材料，其它零件的材料不做限制，可以用钢铁、铝等金属材料制作，也可以是陶瓷等非金属材料，只要能够满足功能要求即可。文中所述的“固定连接”方式不做限制，可以为螺纹连接、焊接、铆接、粘合等方式

该车辆转向器的工作原理如图12所示：当汽车向左转弯时，输入锥齿轮10接受通过转向轴31传来的方向盘上的操纵力矩，通过输出锥齿轮13改变力矩的大小和方向，输出锥齿轮13将此力矩和旋转运动传递给圆柱凸轮15，使圆柱凸轮15转动。通过圆柱凸轮15转动，使其内壁上的右凸轮滚槽27带动右推杆销轴16沿着右凸轮滚槽27的轨迹向右滑动，推动右推杆17向右运动，近而推到右转向拉杆22带动右转向节24绕主销25逆时针旋转一个角度。右限位块18与右壳体14固连，并嵌入位于右推杆17的外表面上的右限位槽19中，由于右限位槽19是沿右推杆17的轴向方向延伸的，所以右推杆17不会发生转动，只能轴向移动。

同样的，圆柱凸轮15转动时，其内壁上的左凸轮滚槽26带动左推杆销轴12沿着左凸轮滚槽26的轨迹向右滑动，从而推动左推杆7向右运动，近而推动左转向拉杆4带动左转向节2绕主销1逆时针旋转一个角度。左限位块9与左壳体11固连，并嵌入位于左推杆7的外表面上的左限位槽8中，由于左限位槽8是沿左推杆7的轴向方向延伸的，所以左推杆7不会发生转动，只能轴向移动。

这样，就使得固连于左、右转向节2、24的左、右转向车轮(图中未画出车轮)绕着主销1、25各向左旋转一个角度，完成了汽车左转弯的操作。汽车右转弯时，各个零件的运动情况正好与作转弯时完全相反。

由于凸轮机构可以实现任意轨迹的运动曲线，因此我们可以将左凸轮滚槽26和右凸轮滚槽27的曲线槽进行不同的设计，使得该圆柱凸轮15左凸轮滚槽26内的左推杆7和右凸轮滚槽27内的右推杆17的运动轨迹实时的满足阿克曼曲线，从而避免车辆转弯时车轮发生滑动现象，减少轮胎的磨损，延长轮胎的使用寿命。

并且通过对凸轮滚槽的曲线槽的设计，也能够实现当汽车小角度转向时，传动比要小一些，汽车的转向灵敏度要大一些，当汽车大角度转向时，传动比要大一些，汽车的转向灵敏度要小一些，操纵力小一些这一转向器的变传动比要求，从而提高汽车行驶时的操控稳定性与安全性。

以上对本发明实施例所提供的一种车辆转向器进行了详细介绍，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型实施例的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制，凡依本发明设计思想所做的任何改变都在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种车辆转向器，包括左转向拉杆、右转向拉杆、转向轴，其特征在于还包括：

一圆柱凸轮，所述圆柱凸轮通过一传动机构与所述转向轴连接，所述圆柱凸轮两端的内壁上分别设有左凸轮滚槽和右凸轮滚槽；

一左推杆，所述左推杆一端设有左推杆凸起，所述左推杆凸起与所述左凸轮滚槽相配合，所述左推杆的另一端与所述左转向拉杆铰接；

一右推杆，所述右推杆一端设有右推杆凸起，所述右推杆凸起与所述右凸轮滚槽相配合，所述右推杆的另一端与所述右转向拉杆铰接；

所述左凸轮滚槽和右凸轮滚槽的曲线不同，所述左推杆在左凸轮滚槽的运动轨迹与所述右推杆在右凸轮滚槽的运动轨迹可使左、右车轮的转角关系满足阿克曼曲线。

2.根据权利要求1所述的车辆转向器，其特征在于：所述传动机构包括一输入锥齿轮和一输出锥齿轮，所述输入锥齿轮和所述转向轴固定连接，所述输出锥齿轮与所述圆柱凸轮固定连接，所述输出锥齿轮与所述输入锥齿轮啮合。

3.据权利要求1所述的车辆转向器，其特征在于：还包括一转向器壳体，所述转向器壳体内的左右两侧分别设有一左限位块和一右限位块，所述左推杆上设有一左限位槽，所述右推杆上设有一右限位槽，所述左限位块嵌入所述左限位槽内，所述右限位块嵌入所述右限位槽内。

4.据权利要求1所述的车辆转向器，其特征在于：所述左推杆凸起为左推杆轴销，所述右推杆凸起为右推杆轴销。

5.据权利要求4所述的车辆转向器，其特征在于：所述左推杆上设有两个左推杆轴销，所述左凸轮滚槽为两条轨迹相同的左凹槽曲线，两个左凹槽曲线的起点与两个左销轴的布置情况一致，所述右推杆上设有两个右推杆轴销，所述右凸轮滚槽为两条轨迹相同的右凹槽曲线，所述两个右凹槽曲线的起点与两个右销轴的布置情况一致。

6.根据权利要求5所述的车辆转向器，其特征在于：所述左推杆上的两个左推杆轴销呈180°对应分布，所述右推杆上的两个右推杆轴销呈180°对应分布。

7.根据权利要求1至6任意一项权利要求所述的车辆转向器，其特征在于：所述左推杆与左转向拉杆之间通过球头相铰接；所述右推杆与所述右转向拉杆之间通过球头相铰接。

8.根据权利要求7所述的车辆转向器，其特征在于：还包括一左防尘罩和一右防尘罩，所述左防尘罩的一端与左转向拉杆连接，另一端与所述转向器壳体的左侧连接；所述右防尘罩的一端与右转向拉杆连接，另一端与所述转向器壳体的右侧连接。

9.根据权利要求8所述的车辆转向器，其特征在于：所述左防尘罩和右防尘罩的材料为橡胶、塑料等弹性材料。

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