CN103917434A - 车轮的转向装置 - Google Patents

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Abstract

车轮(1)利用专用的轮内马达单元(2)进行驱动。车轮(1)的悬架是通过上臂(6)、下臂(7)、侧连杆(8)、减震器(9)并借助单元(2)的壳体(4)来进行的。臂(6、7)的车宽方向内侧基端(6a、7a)以能沿上下方向摇动的方式支承于车体。臂(6)的自由端(6b)以能沿上下方向摇动的方式枢轴支承于连杆(8)的上端，连杆(8)的下端以能够摇动的方式枢轴支承于减震器(9)的活塞杆(9a)。将壳体(4)的上侧固定座(11)以可绕主销轴线(Kp)摇动的方式安装于连杆(8)，将壳体(4)的下侧固定座(12)以可绕主销轴线(Kp)摇动的方式安装于下臂(7)的自由端(7b)。在主销轴线(Kp)上且比车轮(1)靠上方的位置配置有转向机构(21)，并且该转向机构(21)安装并设置于侧连杆(8)，该转向机构(21)用于使车轮(1)和驱动单元(2)绕主销轴线(Kp)转向。

Description

车轮的转向装置
技术领域
本发明涉及一种用于使车轮绕着主销轴线转向的车轮的转向装置，尤其是涉及容易进行车轮的、例如横跨90度的大角度的大幅转向的改良方案。
背景技术
作为像这样容易进行车轮的大幅转向的转向机构，通常公知有以往例如专利文献1所记载的机构。
该专利文献1所提出的车轮的转向装置是一种轮内马达驱动车轮的转向装置，其内置有以电动马达作为动力源的专用的轮内马达驱动单元并与之形成为一体，并轮内马达驱动车轮被该专用的轮内马达驱动单元分别驱动，该车轮的转向节臂连结有转向横拉杆，借助这些转向横拉杆和转向节臂将来自转向盘的操纵力转换成车轮的绕着主销轴线转动的转向力，从而进行轮内马达驱动车轮的转向。
专利文献1：日本特开2006－062388号公报
发明内容
发明要解决的问题
但是，在该轮内马达驱动车轮的转向装置中，在车轮的车宽方向内侧存在有转向横拉杆的同时，还存在有作为下侧的悬挂臂的下臂，当车轮进行较大幅度转向时会与这些转向横拉杆以及下臂发生干扰。
因此，在设定轮内马达驱动车轮的最大转向角之际，不得不以避开该转向横拉杆以及下臂的移动范围的方式进行设定，导致车轮的最大转向角因转向横拉杆和下臂的存在而受到制约。
因此，在将转向装置应用在例如轮内马达驱动式的电动汽车的情况下，产生如下问题：作为该轮内马达驱动式电动汽车的特长的、轮内马达驱动车轮的用于通过例如90度转向来进行横向行驶等的大幅转向变得困难，从而轮内马达驱动式电动汽车的一个特长被破坏。
本发明是一种不限于轮内马达驱动车轮、也能够适用于普通车轮的转向装置，总之，其目的在于：鉴于上述问题，提供一种在车轮的车宽方向内侧不存在构成车轮转向系统的转向横拉杆、下臂这样的其他部件的车轮的转向装置，由此能够使该车轮的用于通过90度转向来进行横向行驶等的大幅转向变得容易，从而解决上述的问题。
用于解决问题的方案
为了达成该目的，本发明的车轮的转向装置的特征在于：将用于使车轮绕着主销轴线转向的装置作为主要结构的基础前提，将转向机构配置在该主销轴线上的比上述车轮靠上方的位置，该转向机构用于将操纵力转换成绕上述主销轴线的转向扭矩，并赋予给上述车轮。
发明的效果
在本发明的车轮的转向装置中，因为转向机构配置在主销轴线上的比轮内马达驱动车轮靠上方的位置，无需使构成车轮转向系统的其他部件存在于车轮的车宽方向内侧，能够使该车轮的用于通过90度转向来进行横向行驶等的大幅转向变得容易，从而能够容易地实现需要进行该车轮大幅转向的车辆。
附图说明
图1是表示从车辆后方一起观察到的、具有本发明的第1实施例的转向装置的轮内马达驱动车轮以及该轮内马达驱动车轮的悬挂装置和转向系统的主视图。
图2是表示从车辆上方观察到的、具有图1的转向装置的轮内马达驱动车轮的俯视图。
图3是表示从车辆上方观察到的图1的转向装置的放大俯视图。
图4是表示图3的A－A剖面的从箭头方向观察到的转向装置的放大纵剖侧视图。
图5是表示从车辆上方观察到的本发明的第2实施例的转向装置的俯视图。
图6是表示由图1～图4所示的第1实施例的转向装置产生的轮内马达驱动车轮的转动轨迹的说明图。
图7是表示由图5所示的第2实施例的转向装置产生的轮内马达驱动车轮的转动轨迹的说明图。
图8是表示从车辆上方观察到的本发明的第3实施例的转向装置的俯视图。
图9是表示从与图1相同的方向观察到的本发明的第4实施例的转向装置的轮内马达驱动单元以及上下固定座的主视图。
图10是表示从与图1相同的方向观察到的本发明的第5实施例的转向装置的轮内马达驱动单元以及上下固定座的主视图。
图11是表示从与图1相同的方向观察到的本发明的第6实施例的转向装置的轮内马达驱动单元以及上下固定座的主视图。
图12是表示从与图1相同的方向观察到的本发明的第7实施例的转向装置的轮内马达驱动单元以及上下固定座的主视图。
附图标记说明
1  轮内马达驱动车轮(车轮)
2  轮内马达驱动单元
2a 电动马达(动力源)
2b 减速器(变速器)
3  单元壳体
3a，3b  壳体部分
4  轮毂
5  制动盘
6  上臂(上侧悬挂臂)
7  下臂(下侧悬挂臂)
8  侧连杆
9  减震器
10 绝缘垫
11 上侧固定座
12 下侧固定座
13 制动钳
Kp 主销轴线
21 转向机构
22 壳体
23 锥齿轮
24 小齿轮
25 转向轴
26 键
27 输入轴
28 螺旋弹簧(弹性部件)
29 左右转向机构连结轴
30 等速万向节
具体实施方式
以下，基于所添加的附图说明该发明的实施例。
实施例1
(结构)
图1、图2将具有本发明的第1实施例的转向装置的车轮1与车轮1的悬挂装置和转向系统一起进行表示，图1是表示从车辆后方观察到的车轮1的主视图，图2是表示从车辆上方观察到的车轮1的俯视图。
此外，本实施例的车轮1具有与各轮内马达驱动单元2一体化的结构，是被该单元2单独进行驱动的轮内马达驱动车轮。
但是，车轮1可以不是驱动车轮，即使是驱动车轮，也不限于轮内马达驱动车轮，也可以是利用共用的动力源驱动多个车轮这样的类型的车辆的驱动车轮。
如图示的例子所示，在车轮1是轮内马达驱动车轮的情况下，负责该车轮的驱动的轮内马达驱动单元2在单元壳体3内内置有图1和图2未图示的电动马达和减速器(变速器)，电动马达与减速器的输入轴结合，轮毂4与减速器的输出轴结合。
轮毂4在结合有车轮1的同时还结合有制动盘5，由此，来自电动马达的动力在减速器的减速下向车轮1传递而使车辆行驶，制动盘5利用被安装于轮内马达驱动单元2的制动钳13(参照图2)从轴线方向两侧夹持按压，而能够对车辆进行制动。
对于将车轮1悬架于车体而言，是借助轮内马达驱动单元2的壳体4并利用以下的悬挂装置将车轮1悬架起来。
悬挂装置如图1所明确表示的那样，大致由上臂6、下臂7、侧连杆8以及减震器9(包含悬挂弹簧)构成，上臂6作为上侧悬挂臂在单元壳体4的上方沿车宽方向延伸，下臂7作为下侧悬挂臂在单元壳体4的下方沿车宽方向延伸。
在图1的左侧(车宽方向内侧)的基端6a、7a处，上臂6和下臂7分别以相对于车体在上下方向可摇动的方式被支承。
上臂6的相反一侧(车宽方向外侧)的自由端6b以沿上下方向可摇动的方式枢轴支承于侧连杆8的上端，侧连杆8的下端以可摇动的方式枢轴支承于减震器9的活塞杆9a。
此外，减震器9借助绝缘垫10将气缸9b安装于车体。
而且，在轮内马达驱动单元壳体4上突出设置有从其上侧面向上方延伸的上侧固定座11，同时还突出设置有从下侧面向下方延伸的下侧固定座12。
上侧固定座11的上端以可绕着作为车轮1的转向轴线的主销轴线Kp摇动的方式安装在侧连杆8的上端附近，下侧固定座12的下端以可绕着上述主销轴线Kp摇动的方式安装在下臂7的靠车宽方向外侧的自由端7b。
借助上述的悬挂装置悬架在车体上的车轮1与轮内马达驱动单元2一起可沿上下方向跳动、回跳，在跳动、回跳的过程中利用减震器9来对上下振动进行衰减。
而且，车轮1和轮内马达驱动单元2可以绕主销轴线Kp转向，从而能够进行车辆的转向。
(转向装置)
虽然用于使车轮1和轮内马达驱动单元2绕主销轴线(Kp)转向的转向机构21设计为安装在如图1、图2所示的侧连杆8，也可以配置在主销轴线Kp上并且配设在比轮内马达驱动车轮1靠上方的位置。
该转向机构21是如图3、图4明示的结构，图3是从上方观察到的转向机构21的俯视图，图4是表示图3的A－A剖面的从箭头方向观察时的详细剖视图。
基于图3、图4，详细描述转向机构21，附图标记22表示壳体，该壳体22内设为收纳有圆环状的锥齿轮23和与该锥齿轮23啮合的小齿轮24。
锥齿轮23利用键26(或者利用花键)以沿轴线方向可位移的方式卡合固定于转向轴25，并与该转向轴25一起绕着主销轴线Kp自由旋转，该转向轴25以像图4所示那样提供主销轴线Kp的方式从上侧固定座11的上端突出设置。
小齿轮24与输入轴27以可一体旋转的方式固定安装于输入轴27，该固定安装位置就是小齿轮24与锥齿轮23啮合的位置，该输入轴27以横切主销轴线Kp的方式可自由旋转地横向架设于壳体22内。
输入轴27虽未图示，但与驾驶员进行车辆的转向时所操作的转向盘机械连接。
如此，来自转向盘的操纵力从输入轴27经由小齿轮24和圆环状的锥齿轮23到达转向轴25，从而能借助上侧固定座11使轮内马达驱动单元2和车轮1绕着主销轴线Kp转向。
利用键26以沿轴线方向可位移的方式卡合固定于转向轴25的锥齿轮23被卷装于转向轴25的螺旋弹簧28向小齿轮24施力，由此，减小了这些锥齿轮23和小齿轮24之间的啮合部的齿隙。
因此，螺旋弹簧28构成本发明的弹性部件。
(效果)
采用具有上述转向机构21的本实施例的转向装置，因为转向机构21配置在主销轴线Kp上的比轮内马达驱动车轮1靠上方的位置，因此，无需使包含转向机构21的输入轴27与转向盘之间的部件在内的车轮转向系统的其他部件存在于轮内马达驱动车轮1的车宽方向内侧，能够使该车轮的用于通过90度转向来进行横向行驶等的大幅转向变得容易。
于是，能够不损害作为轮内马达驱动式电动汽车的一个特长的车轮大幅转向的优点。
此外，根据现有的通常的想法，在利用转向机构使车轮转向的情况下，通常的做法是：将该转向机构安装在车体上，并且将转向机构的输出组件与车轮的转向节连结起来，因此，难以实现在满足车辆的行驶的同时还能满足转向几何学的要求。
然而，在本实施例中，转向机构21配置在比车轮1靠上方的位置且位于主销轴线Kp上，并安装在作为悬挂组件中的1个悬挂组件的侧连杆8上，从而容易实现在满足车辆的行驶的同时还能满足转向几何学的要求。
还有，因为利用螺旋弹簧28对锥齿轮23向小齿轮24施力而减小了两者之间的齿隙，能够避免转向机构21产生噪音、或者发生啮合不良等问题。
实施例2
(结构)
图5是表示从车辆上方观察到的本发明的第2实施例的转向装置的转向机构21的俯视图，本实施例的转向机构21的锥齿轮23不是图3、图4所示的等速锥齿轮而是由差速锥齿轮构成的锥齿轮。
除此之外，因为包括悬挂装置在内的结构与图1～图4所述的结构是相同的结构，并且来自转向盘的操纵力经由左右转向机构连结轴29和等速万向节30传递给转向机构21的输入轴27，所以与第1实施例相同地发挥功能，并起到相同的效果。
(效果)
下面，基于图6、图7说明除了图5所示的本实施例的转向装置的效果以外的效果。
在转向机构21的锥齿轮23由如图3、图4所示的等速锥齿轮构成的情况下，因为在轮内马达驱动车轮1的转向时，像图6所示的那样，转弯方向内外轮一起以相同的舵角α＝β进行转向，转弯方向内外轮的转弯中心Oi、Oo不同。
因此，尤其在大幅转向时，轮内马达驱动车轮1与路面之间发生严重打滑，产生由摩擦引起的轮胎磨损、噪音。
但是，在本实施例中，因为转向机构21的锥齿轮23由图5所示那样的差速锥齿轮构成，由于该差速锥齿轮的合理设计，能够使转弯方向内外轮的舵角α、β不同，以便使在轮内马达驱动车轮1的转向时像如图7所示的转弯方向内外轮的转弯中心同是O。
因此，在本实施例中，在大幅转向时，轮内马达驱动车轮1也不与路面之间发生打滑，能够防止产生由摩擦引起的轮胎磨损、噪音。
此外，用于使在轮内马达驱动车轮1的转向时像如图7所示的转弯方向内外轮的转弯中心同是O的转弯方向内外轮的舵角α、β是满足以下公式的舵角，其中前后轮轴间距离(轴距)是L、左右轮间隔(轮距)是W。
W/L＝cotβ－cotα
因此，在本实施例中，为了获得根据轴距L和轮距W通过上述公式的计算而求出的转弯方向内外轮的舵角α、β，设计左右轮内马达驱动车轮1的转向机构21的差速锥齿轮23是不言而喻的。
实施例3
(结构)
图8是表示从车辆上方观察到的本发明的第3实施例的转向装置的转向机构21的、与图5是相同的俯视图，在本实施例中，转向机构21的锥齿轮23除了由与图5所述的第2实施例相同的差速锥齿轮构成以外，使小齿轮24的中心轴线、也就是转向机构21的输入轴27相对于作为差速锥齿轮23的旋转轴线的主销轴线Kp向远离减震器9的方向偏置。
除此之外，因为包括悬挂装置在内飞结构与图1～图4所述的结构是相同的结构，并且来自转向盘的操纵力经由左右转向机构连接轴29和等速万向节30传递给转向机构21的输入轴27，所以与第1、2实施例相同地发挥功能，并起到与这些实施例相同的效果。
(效果)
在图8所示的本实施例的转向装置中，除了第1、2实施例的效果以外，还能够起到以下效果。
即，因为使转向机构21的输入轴27(小齿轮24的中心轴线)相对于差速锥齿轮23的旋转轴线(主销轴线Kp)偏置，转向机构21的输入轴27自不待言，由于利用等速万向节30驱动结合于输入轴27的左右转向机构连接轴29自减震器9远离，而能够提高关于这些构件的布局的设计的自由度。
实施例4
(结构)
图9是表示从与图1相同的方向观察到的本发明的第4实施例的转向装置的轮内马达驱动单元2的主视图。
本实施例也是在轮内马达驱动单元2中，在单元壳体3内以同轴方式内置有图1和图2未图示的电动马达2a和减速器(变速器)2b，电动马达2a与减速器2b的输入轴结合，轮毂4与减速器2b的输出轴结合。
此外，轮内马达驱动单元2的上部的上侧固定座11和下部的下侧固定座12分别安装于上臂6(参照图1、图2)和下臂7(参照图1、图2)、轮内马达驱动单元2可与车轮1一起绕主销轴线Kp转向也与第1实施例相同。
但是，在本实施例中，在减速器2b的位置沿轴线方向将轮内马达驱动单元2的壳体3分割，在分割而成的壳体部分3a、3b之中的、靠近车轮1的壳体部分3b上分别一体设置有上侧固定座11和下侧固定座12。
(效果)
图9所示的本实施例的转向装置除了第1、2、3实施例的效果以外，也能起到以下效果。即，因为在轮内马达驱动单元壳体3的经过上述分割而成的壳体部分3a、3b之中的、车轮侧的壳体部分3b上分别一体设置有上侧固定座11和下侧固定座12，使减速器6b、上侧固定座11以及下侧固定座12这样的较重的部件位于轮毂4的附近，能够使轮毂轴承的耐压性提高。
实施例5
(结构)
图10是表示从与图1相同的方向观察到的本发明的第5实施例的转向装置的轮内马达驱动单元2的主视图。
在本实施例中，虽然在轮内马达驱动单元2的壳体3内内置有电动马达2a和减速器(变速器)2b，但是使与轮毂4结合的减速器(变速器)2b的输出轴自电动马达2a偏置。
此外，轮内马达驱动单元2的上部的上侧固定座11和下部的下侧固定座12分别安装于上臂6(参照图1、图2)和下臂7(参照图1、图2)、轮内马达驱动单元2可与车轮1一起绕主销轴线Kp转向与第1实施例相同。
但是，在本实施例中，在减速器2b的位置沿轴线方向将轮内马达驱动单元2的壳体3分割，在该分割而成的壳体部分3a、3b之中的、远离车轮1的壳体部分3a上一体设置有上侧固定座11，在靠近车轮1的壳体部分3b上一体设置有下侧固定座12。
(效果)
图10所示的本实施例的转向装置除了第1、2、3实施例的效果以外，也能起到以下效果。即，因为在轮内马达驱动单元壳体3的经过上述分割而成的壳体部分3a、3b之中的、车体侧的壳体部分3a上一体设置有上侧固定座11，此外，在车轮侧的壳体部分3b上一体的设置有下侧固定座12，在使减速器(变速器)2b的输出轴自电动马达2a偏置的情况下，能够增大两者间的偏置量，即使车轮1的上下移动量变大，也能够防止下臂7(参照图1、图2)的干扰。
实施例6
(结构)
图11是表示从与图1相同的方向观察到的本发明的第6实施例的转向装置的轮内马达驱动单元2的主视图。
本实施例与第1实施例一样，在轮内马达驱动单元2的壳体3内以同轴的方式内置有电动马达2a和减速器(变速器)2b，轮内马达驱动单元2的上部的上侧固定座11和下部的下侧固定座12分别安装于上臂6(参照图1、图2)和下臂7(参照图1、图2)、轮内马达驱动单元2可与车轮1一起绕主销轴线Kp转向。
但是，在本实施例中，上侧固定座11和下侧固定座12一体地构成，并将轮内马达驱动单元2的壳体3安装于这些一体化的上侧固定座11和下侧固定座12。
(效果)
图11所示的本实施例的转向装置除了第1、2、3实施例的效果以外，也能起到以下效果。
即，上侧固定座11和下侧固定座12一体地构成，因为将轮内马达驱动单元壳体3安装于两者的一体化单元，由上侧固定座11和下侧固定座12构成的车轮转向用的转向节组件以及轮内马达驱动单元2构成为单独的部件，这些部件也易于在其他的车辆上通用，从而在节约成本方面有利。
实施例7
(结构)
图12是表示从与图1相同的方向观察到的本发明的第7实施例的转向装置的轮内马达驱动单元2的主视图。
在本实施例中，虽然在轮内马达驱动单元2的壳体3内内置有电动马达2a和减速器(变速器)2b，但是使与轮毂4结合的减速器(变速器)2b的输出轴自电动马达2a偏置。
此外，轮内马达驱动单元2的上部的上侧固定座11和下部的下侧固定座12分别安装于上臂6(参照图1、图2)和下臂7(参照图1、图2)、轮内马达驱动单元2可与车轮1一起绕主销轴线Kp转向与第1实施例相同。
但是，在本实施例中，上侧固定座11和下侧固定座12一体地构成，并将轮内马达驱动单元2的壳体3安装于这些一体化的上侧固定座11和下侧固定座12。
(效果)
图12所示的本实施例的转向装置除了第1、2、3实施例的效果以外，也能起到以下效果。
即，上侧固定座11和下侧固定座12一体地构成，因为将轮内马达驱动单元壳体3安装于两者的一体化单元，由上侧固定座11和下侧固定座12构成的车轮转向用的转向节组件以及轮内马达驱动单元2构成为单独的部件，这些部件也易于在其他的车辆上通用，从而在节约成本方面有利。
其他的实施例
虽然上述各实施例中的任何一个实施例都对车轮1为轮内马达驱动车轮的情况进行了说明，但本发明的上述构思同样也能适用于车轮1是除轮内马达驱动车轮以外的普通车轮、即利用通用的动力源驱动多个车轮这样的类型的车辆中的驱动车轮、非驱动车轮(从动车轮)，在该情况下也能够起到与上述同样的作用效果是无需赘述的。

Claims (10)

1.一种车轮的转向装置，其是用于使车轮绕主销轴线转向的装置，其特征在于，
在该主销轴线上且比上述车轮靠上方的位置配置有转向机构，该转向机构用于将操纵力转换成绕上述主销轴线的转向扭矩而赋予给上述车轮。
2.根据权利要求1所述的车轮的转向装置，其特征在于，
上述转向机构由用于输入上述操纵力的小齿轮和与该小齿轮啮合而将操纵力转换成绕上述主销轴线的转向扭矩的差速锥齿轮构成。
3.根据权利要求2所述的车轮的转向装置，其特征在于，
上述转向机构具有用于对上述差速锥齿轮朝向上述小齿轮施力来减小齿隙的弹性部件。
4.根据权利要求2或3所述的车轮的转向装置，其特征在于，
上述转向机构使上述小齿轮的中心轴线相对于上述差速锥齿轮的旋转轴线偏置。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的车轮的转向装置，其特征在于，
上述转向机构配置于悬挂臂上，该悬挂臂用于使上述车轮以能够沿上下方向位移的方式悬挂于车体。
6.根据权利要求1～5中任一项所述的车轮的转向装置，其特征在于，
上述车轮是与以电动马达作为动力源的专用的轮内马达驱动单元形成为一体并被该专用的轮内马达驱动单元分别驱动的轮内马达驱动车轮。
7.根据权利要求6所述的车轮的转向装置，其特征在于，
用于驱动上述车轮的轮内马达驱动单元也内置有用于对来自上述电动马达的旋转进行变速以用于上述车轮的驱动的变速器，该轮内马达驱动单元的上部的上侧固定座和下部的下侧固定座分别安装于上下的悬挂臂，而能够使上述车轮绕主销轴线转向，其中，在上述变速器的位置沿轴线方向将上述轮内马达驱动单元的壳体分割，在该分割而成的壳体部分之中的？靠近上述车轮的壳体部分分别一体地设置有上述上侧固定座和下侧固定座。
8.根据权利要求6所述的车轮的转向装置，其特征在于，
用于驱动上述车轮的轮内马达驱动单元也内置有用于对来自上述电动马达的旋转进行变速以用于上述车轮的驱动的变速器，上述电动马达的中心轴线和变速器的中心轴线彼此偏置，该轮内马达驱动单元的上部的上侧固定座和下部的下侧固定座分别安装于上下的悬挂臂，而能够使上述车轮绕主销轴线转向，其中，
在上述变速器的位置沿轴线方向将上述轮内马达驱动单元的壳体分割，在该分割而成的壳体部分之中的、靠近上述车轮的壳体部分一体地设置有上述下侧固定座，并且，在离上述车轮较远的壳体部分一体地设置有上述上侧固定座。
9.根据权利要求6所述的车轮的转向装置，其特征在于，
在用于驱动上述车轮的轮内马达驱动单元中，该轮内马达驱动单元的上部的上侧固定座和下部的下侧固定座分别安装于上下的悬挂臂，而能够使上述车轮绕主销轴线转向，其中，上述上侧固定座和下侧固定座一体地构成，并且上述轮内马达驱动单元的壳体安装于上述一体化的上侧固定座和下侧固定座。
10.根据权利要求1～9中任一项所述的车轮的转向装置，其特征在于，
使上述主销轴线相对于铅垂线倾斜。
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