CN107813865B - 转向系统和车辆 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种转向系统和车辆，所述转向系统包括：前横拉杆，所述横拉杆与前轮相连；前转向器，所述前转向器与所述前横拉杆相连；前助力模块，所述前助力模块安装在所述前转向器上，且设置成可选择性地提供横向助力和纵向助力；后横拉杆，所述后横拉杆与后轮相连；后转向器，所述后转向器与所述后横拉杆相连；后助力模块，所述后助力模块安装在所述后转向器上，且设置成可选择性地提供横向助力和纵向助力。本发明的转向系统，在前转向器和后转向器上分别集成双自由度的助力模块，可以实现各种转向模式，包括原地转向和四轮转向，且前助力模块与后助力模块离车轮的距离近，能快速、精确地对控制指令作出响应，操纵性更强。

Description

转向系统和车辆

技术领域

本发明属于车辆转向技术领域，具体而言，涉及一种转向系统和具有该转向系统的车辆。

背景技术

在狭窄的路况中，车辆的原地转向功能可以提升车辆的通过性，相关技术中，车辆的四轮转向主要是通过在四个车轮上各设一套液压系统，通过液压系统来驱动各个车轮的偏转，该方式涉及的油路较多，占用整车空间大，转向液比普通液压转向车辆多一倍，易污染环境，且液压驱动的迟滞时间较长，操作体验差，存在改进空间。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种可以实现原地转向的转向系统。

本发明的另一个目的在于提出一种具有上述转向系统的车辆。

根据本发明第一方面实施例的转向系统，包括：前横拉杆，所述横拉杆与前轮相连；前转向器，所述前转向器与所述前横拉杆相连；前助力模块，所述前助力模块安装在所述前转向器上，且设置成可选择性地提供使所述前转向器横向位移的横向助力和使所述前转向器纵向位移的纵向助力；后横拉杆，所述后横拉杆与后轮相连；后转向器，所述后转向器与所述后横拉杆相连；后助力模块，所述后助力模块安装在所述后转向器上，且设置成可选择性地提供使所述后转向器横向位移的横向助力和使所述后转向器纵向位移的纵向助力。

根据本发明第一方面实施例的转向系统，在前转向器和后转向器上分别集成双自由度的助力模块，通过控制前助力模块与后助力模块的工作状态，可以实现各种转向模式，包括原地转向和四轮转向，且前助力模块与后助力模块离车轮的距离近，能快速、精确地对控制指令作出响应，操纵性更强。

另外，根据本发明上述实施例的转向系统还可以具有如下附加的技术特征：

在本发明的一些优选的实施例中，所述转向系统设置成可选择性地控制所述前助力模块和所述后助力模块的工作状态。

优选地，，所述转向系统设置成可选择性地控制所述前助力模块提供横向助力，所述后助力模块不工作以实现第一工作模式，或所述前助力模块和所述后助力模块均提供横向助力以实现第二工作模式，或所述前助力模块和所述后助力模块均提供纵向助力以实现第三工作模式。

具体地，所述转向系统设置成在第二工作模式下所述前助力模块和所述后助力模块提供方向相同或相反的横向助力。

具体地，所述转向系统设置成在第三工作模式下使所述前助力模块提供向前的纵向助力，以使所述前轮呈内“八”字转角，所述后助力模块提供方向向后的纵向助力，以使所述后轮呈外“八”字转角。

在本发明的一些优选的实施例中，所述前助力模块和/或所述后助力模块设置为自身可输出横向助力和纵向助力。

优选地，所述前助力模块和/或所述后助力模块均包括两个分别沿横向和纵向布置的助力子模块。

具体地，所述助力子模块包括：助力电机；传动机构，所述传动机构的输入端与所述助力电机的电机轴相连，输出端与对应的转向器相连。

具体地，所述传动机构为齿轮齿条机构或滚珠丝杠机构。

在本发明的一些优选的实施例中，所述前助力模块和/或所述后助力模块设置为自身可输出横向助力，且所述前转向器和/或所述后转向器可绕沿横向的转动轴线转动以输出纵向助力。

优选地，所述前助力模块和/或所述后助力模块均包括：横向助力子模块，所述横向助力子模块用于驱动对应的转向器横向移动；转轴，所述转轴的轴线为所述转动轴线且安装在对应的副车架上，所述横向助力子模块可转动地与所述转轴相连。

在本发明的一些优选的实施例中，所述前助力模块通过齿轮齿条机构或滚珠丝杠机构与所述前横拉杆相连；所述后助力模块通过齿轮齿条机构或滚珠丝杠机构与所述后横拉杆相连。

在本发明的一些优选的实施例中，所述前转向器和所述后转向器为机械式。

在本发明的一些优选的实施例中，所述前助力模块和所述后助力模块为电动式或气动式。

根据本发明第二方面实施例的车辆，设置有如第一方面任一种所述的转向系统。

所述车辆与上述的转向系统相对于现有技术所具有的优势相同，在此不再赘述。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是根据本发明实施例的转向系统的结构示意图；

图2是根据本发明实施例的转向系统四轮转向的结构示意图；

图3是根据本发明实施例的转向系统原地转向的结构示意图；

图4是根据本发明实施例的前助力模块或后助力模块的结构示意图。

附图标记：

转向系统100，

转向盘111，转向管柱112，

前轮121，前转向器122，前助力模块123，前横拉杆124，

后轮131，后转向器132，后助力模块133，后横拉杆134，

转动轴线140。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

首先参照附图详细描述根据本发明实施例的转向系统100。

如图1-图4所示，转向系统100包括转向盘111、转向管柱112、前横拉杆124、前转向器122、前助力模块123、后横拉杆134、后转向器132和后助力模块133。

其中，转向盘111与转向管柱112可以通过花键连接或其它连接形式，转向管柱112与转向器可以通过花键连接或其它连接形式，转向盘111与转向管柱112端的车轮可以为前轮121，对应地，转向管柱112可以与前转向器122相连。

当然，在另一些可选的实施例中，转向盘111与转向管柱112端的车轮可以为后轮131，为了方便描述，下面仅以转向盘111与转向管柱112端的车轮为前轮121为例对本发明作进一步地说明。

参考图1，前横拉杆124可以与前轮121相连，前轮121可以为两个，前横拉杆124可以为两个，两个前横拉杆124与两个一一对应，且前轮121与对应的前横拉杆124可以通过开槽薄螺母和开口销连接，前横拉杆124可以通过转向节(图中未示出)与对应的前轮121相连。

前转向器122与前横拉杆124相连，前转向器122可以为机械式，前助力模块123安装在前转向器122上，可选地，前助力模块123可以通过齿轮齿条机构与前横拉杆124相连，或者前助力模块123可以通过滚珠丝杠机构与前横拉杆124相连，以向前横拉杆124提供转向助力。

前助力模块123设置成可选择性地提供横向助力和纵向助力，其中横向为车辆的左右方向，纵向为车辆的前后方向，前助力模块123提供的横向助力可以使前转向器122发生横向位移，前助力模块123提供的纵向助力可以使前转向器122发生纵向位移，进而带动前横拉杆124作相应地运动，以使前轮121 发生相应地偏转，在前助力模块123工作时，前助力模块123可以通过前转向器122与前横拉杆124向前轮121施加转向助力。前助力模块123提供横向助力和纵向助力的方式有多种，下面列举出两种类型的前助力模块123。

在一些可选的实施例中，参考图1-图3，前助力模块123可以设置为自身可输出横向助力和纵向助力，也就是说，前助力模块123可以具备两个方向的自由度，这两个方向的自由度与转向助力的两个方向一一对应。

具体地，前助力模块123可以包括两个助力子模块，两个助力子模块分别沿横向和纵向布置以分别用于输出横向助力和纵向助力。助力子模块可以包括助力电机和传动机构，助力电机用于输出转向助力，传动机构的输入端与助力电机的电机轴相连，传动机构的输出端与对应的转向器相连，助力子模块可以安装在前副车架上，前副车架用于提供助力支撑。传动机构可以为齿轮齿条机构或滚珠丝杠机构等。

在另一些可选的实施例中，参考图4，前助力模块123可以设置为自身可输出横向助力，前转向器122可以为升降式，前转向器122可绕转动轴线140 转动以输出纵向助力，转动轴线140沿横向延伸，在前助力模块123转动时，该转动运动在水平面上的投影可以实现x、y方向的运动，特别是可以使前转向器122在水平面上的投影实现x方向的运动，即在前助力模块123转动时，可以向前转向器122提供纵向助力，其中x向为纵向，y向为横向，在初始装配时，前转向器122的轴线与转动轴线140不在同一水平面上，前转向器122 沿不同的方向转动时可以输出向前或向后的转向助力。

具体地，前助力模块123可以包括横向助力子模块和转轴，横向助力子模块用于驱动前转向器横向移动，横向助力子模块可以包括助力电机和传动机构，助力电机用于输出转向助力，传动机构的输入端与助力电机的电机轴相连，传动机构的输出端与对应的转向器相连，助力子模块可以安装在前副车架上，前副车架用于提供助力支撑。传动机构可以为齿轮齿条机构或滚珠丝杠机构等。转轴的轴线为转动轴线，且转轴可以通过轴承安装在前副车架上，横向助力子模块可转动地与转轴相连，在横向助力子模块绕转轴转动时，可以使前转向器122发生纵向位移。

参考图1，后横拉杆134可以与后轮131相连，后轮131可以为两个，后横拉杆134可以为两个，两个后横拉杆134与两个一一对应，且后轮131与对应的后横拉杆134可以通过开槽薄螺母和开口销连接，后横拉杆134可以通过转向节(图中未示出)与对应的后轮131相连。

后转向器132与后横拉杆134相连，后转向器132可以为机械式，后助力模块133安装在后转向器132上，可选地，后助力模块133可以通过齿轮齿条机构与后横拉杆134相连，或者后助力模块133可以通过滚珠丝杠机构与后横拉杆134相连，以向后横拉杆134提供转向助力。

后助力模块133设置成可选择性地提供横向助力和纵向助力，后助力模块 133提供的横向助力可以使后转向器132发生横向位移，后助力模块133提供的纵向助力可以使后转向器132发生纵向位移，进而带动后横拉杆134作相应地运动，以使后轮131发生相应地偏转，在后助力模块133工作时，后助力模块133可以通过后转向器132与后横拉杆134向后轮131施加转向助力。后助力模块133提供横向助力和纵向助力的方式有多种，下面列举出两种类型的后助力模块133。

在一些可选的实施例中，参考图1-图3，后助力模块133可以设置为自身可输出横向助力和纵向助力，也就是说，后助力模块133可以具备两个方向的自由度，这两个方向的自由度与转向助力的两个方向一一对应。

具体地，后助力模块133可以包括两个助力子模块，两个助力子模块分别沿横向和纵向布置以分别用于输出横向助力和纵向助力。助力子模块可以包括助力电机和传动机构，助力电机用于输出转向助力，传动机构的输入端与助力电机的电机轴相连，传动机构的输出端与对应的转向器相连，助力子模块可以安装在后副车架上，后副车架用于提供助力支撑。传动机构可以为齿轮齿条机构或滚珠丝杠机构等。

在另一些可选的实施例中，参考图4，后助力模块133可以设置为自身可输出横向助力，后转向器132可以为升降式，后转向器132可绕转动轴线140 转动以输出纵向助力，转动轴线140沿横向延伸，在后助力模块133转动时，该转动运动在水平面上的投影可以实现x、y方向的运动，特别是可以使后转向器132在水平面上的投影实现x方向的运动，即在后助力模块133转动时，可以向后转向器132提供纵向助力，其中x向为纵向，y向为横向，在初始装配时，后转向器132的轴线与转动轴线140不在同一水平面上，后转向器132 沿不同的方向转动时可以输出向后或向后的转向助力。

具体地，后助力模块133可以包括横向助力子模块和转轴，横向助力子模块用于驱动后转向器横向移动，横向助力子模块可以包括助力电机和传动机构，助力电机用于输出转向助力，传动机构的输入端与助力电机的电机轴相连，传动机构的输出端与对应的转向器相连，助力子模块可以安装在后副车架上，后副车架用于提供助力支撑。传动机构可以为齿轮齿条机构或滚珠丝杠机构等。转轴的轴线为转动轴线，且转轴可以通过轴承安装在后副车架上，横向助力子模块可转动地与转轴相连，在横向助力子模块绕转轴转动时，可以使后转向器132发生纵向位移。

前助力模块123和后助力模块133的驱动方式可以为电动式或气动式，这样转向系统100的结构较为简单，占用的安装空间小，且不易污染环境。

优选地，转向系统100可以设置成可选择性地控制前助力模块123和后助力模块133的工作状态，可选地，转向系统100可以包括控制单元(图中未示出)，控制单元可以与前助力模块123和后助力模块133相连，以控制前助力模块123和后助力模块133的工作状态，控制单元可以集成在整车的ECU当中，也可以为独立的ECU。

转向系统100可以设置成在第一工作模式下使前助力模块123提供横向助力，后助力模块133不工作。可以理解的是，在第一工作模式下，车辆正常行驶，前轮121作为转向轮，后轮131为从动转向轮。

以左转为例，驾驶员给转向盘111施加逆时针方向的力矩，前助力模块 123给前转向器122提供向右的转向助力F1，前转向器122内的齿条产生一个向右的位移，前转向器122通过左侧的前横拉杆124给左侧的前轮121施加向右的拉力，使左侧的前轮121克服地面摩擦力往左偏转，前转向器122通过右侧的前横拉杆124给右侧的前轮121施加向右的推力，使右侧的前轮121克服地面摩擦力往左偏转。向右转的原理相同，在此不再赘述。

参考图2，转向系统100可以设置成在第二工作模式下使前助力模块123 和后助力模块133均提供横向助力，以实现四轮转向，前助力模块123提供的横向助力的方向和后助力模块133均提供的横向助力的方向可以相同也可以相反。

在一些可选的实施例中，参考图2，转向系统100可以设置成在第二工作模式下前助力模块123和后助力模块133提供方向相同的横向助力。

可以理解的是，在高速行驶工作模式下，以左转为例，驾驶员给转向盘 111施加逆时针方向的力矩，前助力模块123给前转向器122提供向右的转向助力F1，前转向器122内的齿条产生一个向右的位移，前转向器122通过左侧的前横拉杆124给左侧的前轮121施加向右的拉力，使左侧的前轮121克服地面摩擦力往左偏转，前转向器122通过右侧的前横拉杆124给右侧的前轮 121施加向右的推力，使右侧的前轮121克服地面摩擦力往左偏转，后助力模块133给后转向器132提供向右的转向助力F2，后转向器132内的齿条产生一个向右的位移，后转向器132通过左侧的后横拉杆134给左侧的后轮131 施加向右的拉力，使左侧的后轮131克服地面摩擦力往左偏转，后转向器132 通过右侧的后横拉杆134给右侧的后轮131施加向右的推力，使右侧的后轮 131克服地面摩擦力往左偏转，由此可以实现四轮同向偏转，可以增加驾驶舒适性，防止车辆摆尾。

在另一些可选的实施例中，转向系统100可以设置成在第二工作模式下前助力模块123和后助力模块133提供方向相反的横向助力。

可以理解的是，在低速行驶工作模式下，以左转为例，驾驶员给转向盘 111施加逆时针方向的力矩，前助力模块123给前转向器122提供向右的转向助力，前转向器122内的齿条产生一个向右的位移，前转向器122通过左侧的前横拉杆124给左侧的前轮121施加向右的拉力，使左侧的前轮121克服地面摩擦力往左偏转，前转向器122通过右侧的前横拉杆124给右侧的前轮121 施加向右的推力，使右侧的前轮121克服地面摩擦力往左偏转，后助力模块 133给后转向器132提供向左的转向助力，后转向器132内的齿条产生一个向左的位移，后转向器132通过左侧的后横拉杆134给左侧的后轮131施加向左的推力，使左侧的后轮131克服地面摩擦力往右偏转，后转向器132通过右侧的后横拉杆134给右侧的后轮131施加向左的拉力，使右侧的后轮131克服地面摩擦力往右偏转，由此可以实现四轮异向偏转，可以减小转弯半径，提升车辆在狭小路况的通过性。

参考图3，转向系统100可以设置成在第三工作模式下使前助力模块123 和后助力模块133均提供纵向助力。可以理解的是，在第三工作模式下，车辆原地转向，前助力模块123驱动两个前轮121呈内“八”字转角，后助力模块 133驱动两个后轮131呈外“八”字转角，转向系统100设置成在第三工作模式下使前助力模块123提供向前的纵向助力F3，前转向器122产生一个向前的位移，以使前轮121呈内“八”字转角，即两个前轮121的前端的横向间距小于两个前轮121的后端的横向间距，后助力模块133提供方向向后的纵向助力F4，后转向器132产生一个向后的位移，以使后轮131呈外“八”字转角，即两个后轮131的后端的横向间距小于两个后轮131的前端的横向间距，两个前轮121可以独立驱动，车辆以整车的中点为支点实现原地转动。向右转的原理相同，在此不再赘述。

根据本发明实施例的转向系统100，在前转向器122和后转向器132上分别集成双自由度的助力模块，通过控制前助力模块123与后助力模块133的工作状态，可以实现各种转向模式，包括原地转向和四轮转向，且前助力模块 123与后助力模块133离车轮的距离近，能快速、精确地对控制指令作出响应，操纵性更强。

本发明还公开了一种车辆，本发明实施例的车辆设置有上述任一种实施例描述的转向系统100。

根据本发明实施例的车辆，可以方便地实现原地转向，有效地降低对助力器的最大扭矩的要求，且转向系统100的响应迅速快，可操纵性更强。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个、三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (14)

1.一种转向系统，其特征在于，包括：

前横拉杆，所述前横拉杆与前轮相连；

前转向器，所述前转向器与所述前横拉杆相连；

前助力模块，所述前助力模块安装在所述前转向器上，且设置成可选择性地提供使所述前转向器横向位移的横向助力和使所述前转向器纵向位移的纵向助力；

后横拉杆，所述后横拉杆与后轮相连；

后转向器，所述后转向器与所述后横拉杆相连；

后助力模块，所述后助力模块安装在所述后转向器上，且设置成可选择性地提供使所述后转向器横向位移的横向助力和使所述后转向器纵向位移的纵向助力；

所述前助力模块和/或所述后助力模块设置为自身可输出横向助力和纵向助力；

所述前助力模块和/或所述后助力模块设置为自身可输出横向助力，且所述前转向器和/或所述后转向器可绕沿横向的转动轴线转动以输出纵向助力。

2.根据权利要求1所述的转向系统，其特征在于，所述前助力模块和/或所述后助力模块均包括两个分别沿横向和纵向布置的助力子模块。

3.根据权利要求2所述的转向系统，其特征在于，所述助力子模块包括：

助力电机；

传动机构，所述传动机构的输入端与所述助力电机的电机轴相连，输出端与对应的转向器相连。

4.根据权利要求3所述的转向系统，其特征在于，所述传动机构为齿轮齿条机构或滚珠丝杠机构。

5.根据权利要求1所述的转向系统，其特征在于，所述转向系统设置成可选择性地控制所述前助力模块和所述后助力模块的工作状态。

6.根据权利要求5所述的转向系统，其特征在于，所述转向系统设置成可选择性地控制所述前助力模块提供横向助力，所述后助力模块不工作以实现第一工作模式，或所述前助力模块和所述后助力模块均提供横向助力以实现第二工作模式，或所述前助力模块和所述后助力模块均提供纵向助力以实现第三工作模式。

7.根据权利要求6所述的转向系统，其特征在于，所述转向系统设置成在第二工作模式下所述前助力模块和所述后助力模块提供方向相同的横向助力。

8.根据权利要求6所述的转向系统，其特征在于，所述转向系统设置成在第二工作模式下所述前助力模块和所述后助力模块提供方向相反的横向助力。

9.根据权利要求6所述的转向系统，其特征在于，所述转向系统设置成在第三工作模式下使所述前助力模块提供向前的纵向助力，以使所述前轮呈内“八”字转角，所述后助力模块提供方向向后的纵向助力，以使所述后轮呈外“八”字转角。

10.根据权利要求1所述的转向系统，其特征在于，所述前助力模块和/或所述后助力模块均包括：

横向助力子模块，所述横向助力子模块用于驱动对应的转向器横向移动；

转轴，所述转轴的轴线为所述转动轴线且安装在对应的副车架上，所述横向助力子模块可转动地与所述转轴相连。

11.根据权利要求1-10中任一项所述的转向系统，其特征在于，所述前助力模块通过齿轮齿条机构或滚珠丝杠机构与所述前横拉杆相连；所述后助力模块通过齿轮齿条机构或滚珠丝杠机构与所述后横拉杆相连。

12.根据权利要求1-10中任一项所述的转向系统，其特征在于，所述前转向器和所述后转向器为机械式。

13.根据权利要求1-10中任一项所述的转向系统，其特征在于，所述前助力模块和所述后助力模块为电动式或气动式。

14.一种车辆，其特征在于，设置有如权利要求1-13中任一项所述的转向系统。

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