CN105035165B - 车辆转向调整装置及其使用方法 - Google Patents

Abstract

用于车辆转向系统的装置，所述装置包括：至少一个传动装置固定至所述车辆转向系统的至少一个车轮的车轮联动。传动装置包括与第一车轮联动部分啮合的旋转组件，通过齿轮箱驱动旋转组件运动的电机及集成容纳在传动装置内来检测选自力、速度、转向和旋转中的一个或多个车轮参数的一个或多个传感器。旋转组件转动驱动所述第一车轮联动部分的线性运动进入和离开所述传动装置从而调整所述至少一个车轮的一个或多个车轮参数，及其中所述一个或多个传感器，把实时数据提供给集成至所述传动装置以自调整所述旋转组件的旋转参数的传动装置控制单元。

Description

车辆转向调整装置及其使用方法

发明领域

本发明涉及一种用于调整车辆转向的装置和使用所述装置来控制和调整车辆转向的方法。

发明背景

车辆转向传统上包括调整车辆车轮的束角、侧倾角或后倾角或车辆直接行进的所有三项。后倾角、侧倾角和束角通常在车辆维修过程中调整。束角通常也在通过方向盘转向驾驶过程中不断改变，该运动通常通过转向柱平移至改变车轮角位置的齿轮箱或转向齿条。

束角可影响悬挂系统从直线位置压缩或延伸时的转向角。这些束角的变化可加强转向或者可以从取决于车轮的束角是否如行进所期望的方向的车辆性能减损。在直线向前行驶中所有四个车轮在取向上有略微前倾通常是可取的。在驱动上处于压缩时优选前悬挂及在延伸时优选后悬挂；这往往导致所有车轮成后束角。为了纠正这种后束角方向，所有车轮需要作出主动调整。为了在转弯制动时改进牵引力和转向稳定性，优选有一些车轮为前束，同时有其他车轮为后束。

在某些情况下，可以优选调整所有的四个车轮的车轮束角以彼此匹配，提高转向准确度，也减少阻力和改善燃料消耗。在其他情况下，例如为了提高制动速度和有效性，可以优选调整后车轮或前车轮的束角以彼此相对。轮子取向这些方面的调整和控制对在直线方向稳定驾驶和准确转向都是重要的。

US 5,143,400指出了一种主动束角调整装置，其中一种测量设备的复杂系统被用于检测车辆的运动或相对于每个车轮的束角。该数据然后通过计算机转送至包括机械螺杆传动装置和光学编码器的独立系统，以然后进行次级束角校正。

US 7,873,440指出了一种用于控制一对车轮束角的装置以使车轮的束角彼此匹配。该装置包括传动装置和车辆上只有两个车轮的每个车轮上的独立传感器。该系统没有设计用于车辆所有车轮个别束角的独立运动。

因此，在本领域内需要一种方便和准确的车辆束角和例倾角调整系统。

发明内容

用于车辆转向系统的装置，所述装置包括：至少一个传动装置固定至所述车辆转向系统的至少一个车轮的车轮联动。传动装置包括与第一车轮联动部分啮合的旋转组件，通过齿轮箱驱动旋转组件运动的电机及集成容纳在传动装置内来检测选自力、速度、转向和旋转中的一个或多个车轮参数的一个或多个传感器。旋转组件转动驱动所述第一车轮联动部分的线性运动进入和离开所述传动装置从而调整所述至少一个车轮的一个或多个车轮参数，及其中所述一个或多个传感器，把实时数据提供给集成至所述传动装置以自调整所述旋转组件的旋转参数的传动装置控制单元。

还提供了用于调整车辆转向的方法，所述方法包括提供至少一个传动装置给所述车辆的至少一个车轮的车轮联动，所述传动装置包括与第一车轮联动部分啮合的旋转组件，通过齿轮箱连接至旋转组件的电机及集成容纳在传动装置内的一个或多个传感器，转动旋转组件以驱动所述第一车轮联动部分的线性运动进入和离开所述传动装置从而调整所述至少一个车轮的一个或多个车轮参数，及从所述一个或多个传感器转送实时数据给集成至所述传动装置以自调整所述旋转组件的旋转的传动装置控制单元。通过所述一个或多个传感器收集的数据选自力、速度、转向和旋转。

附图简述

图1是本发明第一实施例的横截面图；

图2是本发明第二实施例的横截面图；

图3a是本发明的旋转装置的第一实施例的横截面图；

图3b是本发明的旋转装置的第二实施例的横截面图；

图3c是本发明的旋转装置的第三实施例的横截面图；

图4a是本发明的力传感器的第一实施例的详细的横截面图；

图4b是本发明的力传感器的第二实施例的详细的横截面图；

图5是本发明的传动装置壳体的第一端部的详细的横截面图；

图6a是本发明的传动装置壳体的第二端部第一实施例的详细的横截面图；

图6b是本发明的传动装置壳体的第二端部第二实施例的详细的横截面图；

图6C是本发明的传动装置壳体的第二端部第三实施例的详细的横截面图；

图7a是本发明的第一连杆部分和第二连杆部分之间布置的第一实施例的详细的横截面图；

图7b是本发明的第一连杆部分和第二连杆部分之间布置的第二实施例的详细的横截面图；

图7c是本发明的第一连杆部分和第二连杆部分之间布置的第三实施例的详细的横截面图；

图7d是沿图7b中d-d线的详细的横截面图；

图8是包含本发明系统的车辆悬挂系统的第一实施例的平面示意图；

图9是是包含本发明系统的车辆悬挂系统的第二实施例的平面示意图；

图10是本发明的一个实施例的示意正视图，用于车轮侧倾角或后倾角的调整和控制；

图11是本发明的一个实施例的示意正视图，用于车辆高度的调整和控制；及

图12是本发明的方法的示意图。

具体实施方式的详细描述

本发明提供了一种电动力和自调整的车辆车轮传动装置。本传动装置可固定至每个车轮的任何车轮联动以调整如束角、侧倾角、后倾角和车辆高度的参数。车轮联动可以是如连杆的转向联动，或者如支柱的悬挂联动，控制臂或连接车轮至车辆悬挂系统或车辆转向系统的任何其它部分。

本传动装置包括集成力传感器来检测作用于特定车轮上的力，及检测驾驶模式的变化。来自力传感器的信息，然后反馈到传动装置，以在驱动上自调整来实现所期望的束角、车辆高度、车轮后倾角或侧倾角。

参照附图，示出了本传动装置2的一个实施例。本传动装置2优选电驱动、机械螺杆型或球轴承型传动装置，可固定至任一及每一车辆车轮的改性车轮联动。为了束角调整目的，本传动装置2可围绕固定至具有连接至车轮50的第一连杆部分4及一端包围第一连杆部分4并另一端可连接至车辆悬挂56或车体58的第二连杆部分6的改性连杆。第一连杆部分4的至少一部分优选螺纹8。本领域技术人员可理解的是为了调整和控制其它车轮参数，传动装置2可固定至车辆任何车轮的任何车轮联动，此外，一个或多个传动装置可固定至车轮的一个或多个车轮联动。

传动装置2包括容纳了传动装置2所有部件并接收第一连杆部分4的传动装置壳体10。传动装置壳体10可以以包括螺纹、焊接、摩擦配合多种方式固定至第二连杆部分6。如图5中所示，传动装置壳体10优选螺纹连接38至第二连杆部分6，从而利于传动装置2允许如所希望被去除。为了允许第一连杆部分4在传动装置壳体10内线性运动，可以进行多种布置，其中一些如图6a至6c中所示，包括如图6a中所示的轴衬连接40，或如图6a中所示的轴衬40结合密封件，以阻止碎屑进入传动装置壳体10。图6c说明了轴衬连接40结合盖44，以防止碎屑进入第一连杆部分4。

旋转组件12啮合第一连杆部分4的螺纹部分8并经由通过齿轮箱16连接至旋转组件12的电机14的方式供电。电机14由本领域中公知的传动装置控制单元(ACU)18控制。ACU18接收来自力传感器和车辆主动悬挂模块52的数据。在一个实施例中，如图1中所描述的，电机14、齿轮箱16和ACU 18可容纳在传动装置2上，更优选覆盖有盖22以防止污垢和灰尘进入这些系统。在另一个实施例中，如图2所示，电机14、齿轮箱16和ACU 18可为独立定位至传动装置2及经由电缆24连接于此。

参考图3a，3b和3c，本发明的旋转组件12可以是成功地把旋转力从齿轮箱16平移到第一连杆部分4的螺纹部8的任何形式，以导致第一连杆部分4的线性运动进入和离开所述传动装置壳体10。这样第一连杆部分4的线性运动导致调整车轮50的角度。在大多数情况下，第一齿轮26连接至齿轮箱16并通过多种机制将来自齿轮箱的旋转力平移。例如，图3a示出了通过皮带28从第一齿轮26到第一连杆部分4周围的第二齿轮30的旋转平移。第二齿轮的内表面啮合第一连杆部分4的螺纹部8，从而线性移动第一连杆部分4进入或离开传动装置壳体10。图3b示出一个例子，其中从第一齿轮26到第一连杆部分4周围的第二齿轮30的旋转平移是通过一个或多个相应的第三齿轮32。图3C示出一个例子，其中旋转力直接从第一齿轮26平移至第一连杆部分4周围的第二齿轮30。

第一连杆部分4的线性运动可以通过多种方式被第二连杆部分6接纳，其中一些仅仅通过图7a至7c中的实施例示出。图7a示出一种简单的关系，其中在第一连杆部分4的外径和第二连杆部分6之间提供了足够的环形空间以容纳这种运动。图7b和7d中，非圆形的螺栓和螺栓孔布置46仍然允许第一连杆部分4在第二连杆部分6中的线性运动，同时防止前者在后者中的任何旋转，例如，在传动装置任何形式破损可能导致第一连杆部分4旋转的情况下。图7c中，螺栓和螺栓孔结合轴衬48，以防止第一连杆部分4或第二连杆部分6可能的磨损。

一个或多个力传感器20优选直接容纳本发明的传动装置2内并且定位邻近于传动装置壳体10内的旋转组件。本发明的力传感器20可以是本领域公知的任何类型来检测压缩和/或拉伸力或压力。这些力传感器20优选成对布置。力传感器20检测传动装置主体2和旋转组件12之间及第二连杆部分6和旋转组件12之间的压缩或拉伸力。每个力传感器20检测到的压缩或拉伸提供了特定车轮是否阻止在期望转向方向上移动的信息。力数据还可以提供车轮问题如松动或爆胎的指示，这将导致超出正常的转向操作外的力或力读数的快速波动。在这方面，本传动装置还可以提供悬挂诊断信息。

从力传感器20收集的力的数据被返回到ACU 18并最好也由传动装置2发送给车辆的控制器局域网(CAN)总线及车辆的主动悬挂模块52。

本发明的力传感器20可以是本领域公知的用于检测压缩和拉伸力的任何类型。如图1和2中所示，优选本发明力传感器20被提供为在转动组件12任一侧的一对力传感器20。优选力传感器20放置在旋转组件12的任一侧。参考图4a和4b，两个优选实施例示出用于保护力传感器20免受由旋转组件12旋转运动产生的磨损、摩擦、不希望的运动或破裂。图4a示出了设置在旋转组件12和力传感器20之间的推力球轴承34。图4b示出了设置在旋转组件12和力传感器20之间的滚针轴承36。

优选地，在本发明的传动装置2中，更优选地，相邻齿轮箱16并且在传动装置盖22内，也提供一个或多个霍尔传感器54。或者，如图2所示，霍尔传感器54可以与电机14、齿轮箱16和ACU 18独立于传动装置2设置并经由电缆24连接与此。这样的霍尔传感器54可以用来检测和确定与齿轮箱16有关的包括速度、旋转和转向的参数。这样的数据然后可以被反馈到ACU 18以确定该传动装置2是否对车轮做出适当调整。尽管霍尔传感器54在此被具体涉及，本领域的技术人员可以理解的是，任意多个检测旋转速度并作为接通计数器的其它传感器也可以在不脱离本发明范围下使用，包括光学传感器、速率陀螺仪和陀螺仪。霍尔传感器是特别优选的，因为它们不受振动或环境污染物的不良影响。

本发明的霍尔传感器54与本领域通常使用的常规的位置传感器不同，常规的位置传感器仅仅提供相对于所输入的初始位置的位置数据。在这种情况下，传感器必须始终进行校准以确保在初始位置读数是精确的。本力传感器20或霍尔传感器54不需要这样的初始调整进行校准。此外，本力传感器20和霍尔传感器54集成到本传动装置2内提供了比可以通过单独的或独立的传感器系统收集的更准确的车轮50和齿轮箱16的数据。

现在参考图8，示出了车辆上本传动装置的常规设置，其中方向盘与车辆的悬挂56进行通信以指示车辆的转向。图8示出了前轮驱动车辆，其中后轮通过任何标准联动连接至车体58。本传动装置2都足够小以致于它们可被固定至车辆的每个车轮50。由于本传动装置具有集成的传感器20且优选集成的霍尔传感器54，本传动装置2可接收车轮位置、速度、耐转动以及齿轮箱16参数实时数据。该数据然后被反馈到ACU 18并用于自调整第一连杆部分4的驱动以提供车辆高度、束角、侧倾角或后倾角调整的持续评估。

来自力传感器20和霍尔传感器54的数据也可以选择性地由传动装置2发送到车辆主动悬挂控制52以与来自所有其它车轮50的数据进行比较，以确保四个车轮50均被调整为彼此之间所希望的状态。数据也可以从主动悬挂控制52发送回传动装置2。提供给主动悬挂控制52的车轮数据也被发送到其它车辆系统，包括但不限于自防抱死制动系统(ABS)、发动机、安全气囊和其它安全系统、停车辅助系统、车辆变速器和导航系统以通信并调整这样的系统。

参考图9，说明了另一个转向概念，通常被称为“线控转向”。在线控转向中，电子系统代替液压或机械系统被用于控制车辆转向。这样，通过转向柱连接到前轮的传统方向盘将被替换为发送电子信号到转向电机60并驱动车轮50的转向和转动。在这种情况下，转向命令可以通过包括但不限于方向盘、操纵杆、计算机屏幕界面、导航系统、按钮等任意多个设备68经由转向模块62提供给转向电机60和车辆悬挂56。在线控转向中，转向模块62有可能不仅对前车轮的转向电机60命令，也对后车轮的转向电机命令，从而提供车辆所有车轮转向控制。

本传动装置2可有利于在通过导线布置来转向中使用。一种或多种本传动装置2可应用到每个车轮50的一个或多个车轮联动，以不仅提供前车轮上的数据，也提供后车轮上的数据。本传动装置2的集成传感器20和霍尔传感器54提供车轮50和齿轮箱16的实时数据给传动装置2，以提供车轮束角的持续的评估和调整。本传动装置2还可通过主动悬挂控制52与转向模块62进行通信力传感器20和霍尔传感器54的数据，以提供车轮50和齿轮箱16的实时数据以通信转向模块62命令转向电机，并且还将转向命令发送回传动装置2以确保一个完整的反馈回路。这提供了所需的转向和驱动操作之间充分准确性及实现并增强所需驱动操作的所有车轮50所需要的车轮束角。

来自本传动装置2的集成力传感器20和霍尔传感器54的数据在包括但不限于防抱死制动系统(ABS)、发动机、安全气囊和其他的安全系统、停车辅助系统、车辆变速器和导航系统的任意多个次级车辆系统之间的双向通信也是可能的。这种双向通信不仅通信如转向和束角上的系统，而且还为本传动装置2提供任意多个车辆其他系统的信息，警报的传动装置其他系统的正常运转或故障。例如，制动或发动机故障数据或安全气囊的配置可以发送至传动装置2，这在转动中会调整车轮束角以协助车辆停止。作为选择，导航和路由编程数据可以被发送到的转向模块62和传动装置2，以使车辆自转向至期望的目的地。

在线控转向操作中，如果转向线控系统发生故障，本传动装置系统可以优选作为备份系统使用。在这种情况下，本传动装置2与它们内部的力传感器20和霍尔传感器54可以控制转向操作并以有限的速度和以安全或紧急的车辆操作模式调整。

本传动装置2可进一步优选与车辆的导航系统一起使用，在这种情况下，全球定位系统(GPS)和测绘系统可用于无需手动转向将车辆从起点带至编程目的地。

本传动装置2还可以用在许多车辆中可用的停车辅助系统。在本申请中，本传动装置系统能够把车轮以某些期望的束角转动以在较小的停车点实现停车。

本传动装置2也可用于调整车轮侧倾角或后倾角，如图10中所示。在这种情况下，一个或多个传动装置2可被固定至一端连接在车轮50上部或下部并在另一端连接在车身58或副车架的控制臂66。虽然图10说明了传动装置在相对于车轮50的上部，本领域技术人员可以理解的是，车轮50上的其他连接位置也是可以的并与本传动装置2使用时将实现外倾角调整和控制的结果。在此布置中，传动装置2的驱动用于推进或抽出控制臂66，移进或移出车轮的上部或下部，从而调整侧倾角或后倾角。如先前所描述的，集成力传感器20和霍尔传感器54提供实时和持续的反馈到旋转组件12及主动悬挂控制52以调整旋转，从而调整和控制控制臂66的长度。

参考图10，图中的上面的车轮示出了直线驱动以实现最小的摩擦因此也是最小燃料消耗的优选的侧倾角位置。图10中的下面的车轮示出了用于转动或制动优选的侧倾角和后倾角位置，那里可以有提供控制所需要的更多的摩擦。

参考11，本传动装置2也可用于调整车辆高度。在这种情况下，一个或多个传动装置2可直接固定至支柱64，其经由控制臂66连接于车轮50的上部或下部，并连接到车辆悬挂56或车身58。虽然图11示出传动装置在相对于车轮50的上部，将通过本领域技术人员在对车轮50的其他连接位置也是可能的，本领域技术人员可以理解的是，车轮50上的其他连接位置也是可以的并与本传动装置2使用时将实现车辆高度调整和控制的结果。在此布置中，传动装置2的驱动用于延伸或压缩支柱64，其依次提高或降低控制臂66，从而调整车辆高度。如先前所描述的，集成力传感器20和霍尔传感器54提供实时和持续的反馈到旋转组件12及主动悬挂控制52以调整旋转，从而调整和控制控制臂66的位置。

如果有任何车辆的车轮50空转或不接触地面时，本传动装置2可被驱动以延伸那些特定车轮50以与地面接触或缩回其他车轮以平衡各车辆车轮的车轮接触。本传动装置2能够发送车轮高度数据到主动悬挂控制52并调整车负载、转向、ABS，及还能发送至发动机变速器。

本传动装置系统还可优选用于在车辆的动态稳定性控制(DSC)和/或ABS被激活的情况下平衡车辆的重量分布和制动力分布。在这种情况下，在选定的车轮上调整车辆高度用于改变在该车轮上的负载。此车轮负载数据可以然后被发送到DSC系统，并且可以用于调整防抱死制动、牵引力控制和如果需要可以在一些车辆开关驱动模式从两轮驱动到所有车轮驱动。

因为多于一个的传动装置2可固定至特定车轮50，简单地通过在所选择的车轮联动上安装本传动装置2，车辆高度、例倾角、后倾角和束角都可以为特定车轮50调整。以及车辆高度、侧倾角、后倾角和束角可作为如图8所示的传统反馈系统的一部分或通过如图9所示的转向线控系统调整和控制。

在前述的说明书中，在此本发明已经描述了具体的实施方案；然而，很明显的是，在此不脱离本发明仅由权利要求限定的保护范围可以对其做出各种修改和改变。

Claims (22)

1.用于车辆转向系统的装置，所述装置包括：

a.至少一个传动装置固定至所述车辆转向系统的至少一个车轮的车轮联动，所述传动装置包括：

i.与第一车轮联动部分啮合的旋转组件；

ii.通过齿轮箱驱动旋转组件运动的电机；及

iii.集成容纳在传动装置内来检测选自力、速度、转向和旋转中的一个或多个车轮参数的一个或多个传感器，

其中，旋转组件转动驱动所述第一车轮联动部分的线性运动进入和离开所述传动装置从而调整所述至少一个车轮的一个或多个车轮参数，及其中一个或多个传感器，把实时数据提供给集成至所述传动装置以自调整所述旋转组件的旋转参数的传动装置控制单元。

2.如权利要求1所述的装置，其中传动装置包括连接至第二车轮联动部分的传动装置壳体。

3.如权利要求2所述的装置，其中传动装置壳体可拆卸连接至第二车轮联动部分。

4.如权利要求2所述的装置，其中所述一个或多个传感器包括一个或多个力传感器来检测旋转组件上的力并把力数据转送至电机来调整旋转组件的旋转。

5.如权利要求4所述的装置，其中所述一个或多个力传感器包括位于旋转组件的其中一侧以检测传动装置壳体和旋转组件之间以及第二车轮联动部分和旋转组件之间的压缩力和拉力的一对力传感器。

6.如权利要求5所述的装置，还包括位于所述一对力传感器中的每一个力传感器和所述传动装置壳体之间一个或多个轴承。

7.如权利要求4所述的装置，其中一个或多个传感器还包括固定至齿轮箱以检测齿轮箱的旋转参数及发送旋转参数至电机以控制齿轮箱旋转的一个或多个旋转参数传感器。

8.如权利要求7所述的装置，其中，所述一个或多个旋转参数传感器选自霍尔传感器、光学传感器、速率陀螺仪和陀螺仪组成。

9.如权利要求8所述的装置，其中，所述一个或多个旋转参数的传感器是霍尔传感器。

10.如权利要求1所述的装置，其中，旋转组件是选自齿轮和皮带组件和多个齿轮组件中的一种形式。

11.如权利要求1所述的装置，其中，所述一个或多个车轮参数选自束角、侧倾角、后倾角和车辆高度。

12.如权利要求1所述的装置，其中，车轮联动是一个连杆及所述传动装置被驱动以调整车轮的束角。

13.如权利要求1所述的装置，其中，所述车轮联动是一个控制臂及所述传动装置被驱动以调整车轮的侧倾角。

14.如权利要求1所述的装置，其中，所述车轮联动是一个支柱及所述传动装置被驱动以调整车辆高度。

15.如权利要求1所述的装置，其中，车辆转向系统是一种常规的转向系统，其中数据从一个或多个传感器被进一步发送至车辆主动悬挂控制系统以比较一个或多个车辆车轮的车轮参数。

16.如权利要求15所述的装置，其中，提供给主动悬挂控制的数据还发送至选自防抱死制动系统(ABS)、发动机、安全气囊、安全系统、停车辅助系统、车辆变速器、导航系统及其组合的其他车辆系统，以通信和调整这些系统。

17.如权利要求15所述的装置，其中，传动装置从其他车辆系统接收信息，比较车轮参数和其他车辆系统信息并调整一个或多个车轮参数与从其他车辆系统接收的信息相对应。

18.如权利要求15所述的装置，其中，数据是通过主动悬挂控制与转向模块进行通信，以提供车轮和齿轮箱的实时数据以通信转向模块命令转向电机，并将转向命令发送回传动装置来保证一个完整的反馈回路。

19.如权利要求14所述的装置，其中，在选定的车轮上调整车辆高度能够改变车轮上的负载、车辆的重量分布和制动力分布。

20.如权利要求19所述的装置，其中，车轮负载数据然后可以被发送至动态稳定控制系统以调整选自驱动防抱死、牵引力控制和驱动模式的安全系统。

21.用于调整车辆转向的方法，所述方法包括：

a.提供至少一个传动装置给所述车辆的至少一个车轮的车轮联动，所述传动装置包括：与第一车轮联动部分啮合的旋转组件；通过齿轮箱连接至旋转组件的电机；及集成容纳在传动装置内的一个或多个传感器；

b.转动旋转组件以驱动所述第一车轮联动部分的线性运动进入和离开所述传动装置从而调整所述至少一个车轮的一个或多个车轮参数，及

c.从所述一个或多个传感器转送实时数据给集成至所述传动装置以自调整所述旋转组件的旋转的传动装置控制单元，

其中，通过所述一个或多个传感器收集的数据选自力、速度、转向和旋转。

22.如权利要求21所述的方法，还包括转送由所述一个或多个传感器收集来的数据给车辆主动悬挂控制系统以在常规的转向系统中比较一个或多个车辆车轮的车轮参数。