CN107889481A - 机动车辆的转向组及其机动车辆 - Google Patents

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Abstract

机动车辆(8)的转向组(4)，包括前框架(16)，前框架设置有可旋转地容纳转向轴或转向销(24)的转向管(20)，该转向轴或转向销围绕转向轴线(X‑X)旋转，前框架(16)设置有与所述转向管(20)成一体的立式件(32)，前框架(16)包括与转向轴(24)一体旋转的转向支架(36)。有利地，转向组(4)包括弹性复位装置(44)，该弹性复位装置弹性地影响转向轴(24)以将其自身相对于前框架(16)居中定位，所述弹性复位装置(44)被放置并机械地连接在立式件(32)和转向支架(36)之间，以便当转向轴(24)相对于中心对称位置旋转时施加弹性复位动作，其中，所述弹性复位装置(44)具有回归趋势弹性响应。

Description

机动车辆的转向组及其机动车辆
技术领域
本发明涉及一种机动车辆的转向组以及包括所述转向组件的相关机动车辆。
背景技术
已知的，机动车辆的前轴包括连接到机动车辆的前转向轮的转向组。
在使用期间，特别是在低速下，机动车辆的转向可倾向于锁定，即，施加的转向角大于由使用者通过车把设定的转向角。
前轴的该动态行为的原因基本上与前轮围绕相对于垂直于地面的垂直线具有一定倾斜角的转向轴线旋转的事实有关。结合转向轴线未穿过前轮的转向销但在与行进方向相反的方向上通常相对于车轮转向销缩进的事实，该倾斜角赋予前轮所谓的“轨迹”。轨迹是指穿过车轮的旋转中心的垂线在地面上的投影与车轮的转向轴线之间的距离。转向轴线通常是横跨车轮布置的叉的旋转轴线，该叉在相对的两侧支撑车轮。显然，同样的考虑因素适用于单臂叉解决方案，其中车轮相对于单个臂可旋转地悬臂式支撑。
轨迹越大，现象越明显。此外，对于相同的转向几何形状，增加轮毂的直径以及因此增加车轮的总直径也增大了轨迹。
此外，例如在前整流罩和光学单元固定在转向组上并可与转向组一起旋转的情况下，施加在前轮上的任何垂直载荷有助于进一步增加转向的锁定效果。
发明内容
为了解决上述问题，即，为了抵抗转向的该锁定效果，迄今为止现有技术中已采用了各种方案。
例如，关于垂直重量承载对前轮的影响，已知将整流罩的重量精确地集中在转向轴线上：然而，该技术在整流罩本身和相关的前照灯的几何形状、类型和定位方面产生了相当大的美学限制。
此外，还已知使用合适的转向板，该转向板增加了叉和特别缩进的转向轴线之间的偏移，以便以相同的迎角(即，转向轴线的倾斜角)减小轨迹。然而，即使该解决方案在车辆的美学和动力学方面也施加了限制。
还可以通过减小转向轴线的倾斜角(迎角)或甚至减小前轮的直径来对转向轴线的倾斜角(迎角)起作用：显然，这两种解决方案对于车辆的美学和动力学都具有新的很重要的影响。
然后，本领域已知使用抵抗转向运动的杠杆机构；这些机构结合到下转向板和框架，以便在转向期间使弹簧负载；此类弹簧由于相关的力臂而施加抵抗转向的力矩。以这种方式，在不改变车辆的动态和/或美学参数的情况下，尝试取消上述转向的锁定效果。
提供此类弹簧和杠杆系统的已知解决方案存在新的缺点。
事实上，校准弹簧使得抵抗转向的锁定效果的动作有效是不容易的并且对于使用者来说并不是烦人的。
事实上，如果使用“柔软”弹簧，则该系统对于使用者来说不是特别明显或烦人的，但另一方面，其仅对大的转向角有效，因为弹簧施加的力以及因此转向轴线上的力矩仅对弹簧本身的长行程是足够的。事实上，增加转向角不仅增加了由变形显著的弹簧施加的力，而且还增加了由弹簧围绕转向轴线施加的力臂，并因此增加了抵抗转向自身锁定的力矩。因此，一旦超过阈值，弹簧的动作开始有效地抵抗转向锁定，而在低转向角下，机构的动作基本上是不明显的。
相反，如果使用“刚性”弹簧，则该系统从最低转向角是非常有效的，但另一方面，对于高转向角，该系统对驾驶员来说太明显，并且在极限情况下由于其使转向过度困难因而是烦人的。事实上，如所看到的，增加转向角不仅增加了由变形显著的弹簧施加的力，而且还增加了由弹簧围绕转向轴线施加的力臂，并且因此增加了抵抗转向自身锁定的力矩。因此，当超过阈值时，该机构的动作是过度抵抗觉得转向沉重且不灵便的使用者期望的转向动作。
利用现有的已知技术的解决方案，弹簧刚度的选择是永远不能完全满足使用者要求的折衷方案。
因此，需要解决参考现有技术提及的缺点和限制。
根据权利要求1所述的机动车辆的转向组满足这种需要。
附图说明
从以下对实施例的优选和非限制性实例的描述中，本发明的另外的特征和优点将是更可理解的，其中：
图1是根据本发明的实施例的机动车辆前轴的侧视图；
图2是图1的机动车辆前轴的局部透视图；
图3是从图2的箭头III侧观察图2的前轴的前视图；
图4是从图3的箭头IV侧观察图2的前轴的侧视图；
图5是根据本发明的实施例的前轴的弹性复位装置的透视图；
图6至图7分别表示图5的弹性复位装置的侧视图和局部剖视图；
图8是盘形弹簧(贝氏弹簧，Belleville spring)的平面图；
图9a是沿图8的剖面线IX-IX的图8的盘形弹簧的剖视图；
图9b是根据本发明的回归趋势盘形弹簧的分别以纵坐标和横坐标示出的力/位移图；
图10是具有根据本发明的设置有弹性复位装置的转向机构的示意图；
图11由示出根据本发明的实施例的作为转向角的函数的由弹性复位装置施加的弹性复位扭矩的趋势的曲线图；
图12由示出根据本发明的实施例的作为转向角的函数的弹性复位装置的行程的趋势的曲线图；
图13由示出根据本发明的实施例的作为转向角的函数的由弹性复位装置相对于转向轴线施加的力的力臂的趋势的曲线图。
下面描述的实施例之间共同的元件或元件的部分将用相同的附图标记表示。
具体实施方式
参考上述附图，附图标记4总体上表示机动车辆8的转向组的总体示意图。
为了本发明的目的，应当阐明的是，必须从广义上考虑术语“机动车辆”，其包括具有至少两个车轮(即，前轮10和后轮)的任何摩托车。因此，该定义还包括具有三个车轮的摩托车，例如为包括前轴上的单个转向轮和后轴上的两个驱动轮的机动车辆，以及具有可能倾斜的两个前转向轮和一个后驱动轮的机动车辆。该定义还包括具有可能倾斜的两个前转向轮和两个后轮的四轮车，而不管牵引力如何。
本发明着重于机动车辆8的前轴12；后轴未被描述或示出。为了本发明的目的，后轴可以是任何类型的。通常，机动车辆的后叉和框架两者都可以具有任何形状和尺寸，并且可以是例如格栅型或盒状型、压铸件等。
具体地，机动车辆的转向组4包括前框架16，该前框架装配有可旋转地容纳转向轴或转向销24的转向管20，该转向轴或转向销围绕转向轴线X-X旋转。
转向管20典型地具有圆柱形形状并且可旋转地支撑转向轴24，转向轴24继而连接到车把28以允许使用者转向。
继而，以已知的方式，转向轴24与一个前轮10或多个前轮10运动学地连接，以便将由使用者经由车把28施加的转向运动传递给车轮或前轮10。
前框架16装配有与所述转向管20成一体的立式件32。
立式件32可以是框架的任何机械元件，包括转向管20。
转向管20限定转向轴线X-X的倾斜角或迎角，即，转向轴线与垂直于地面的垂直方向Z-Z在中心线平面M-M上形成的角，该中心线平面沿纵向行进方向Y-Y指向的前框架16。
在图1中，也可以看到轨迹34，即，穿过车轮的旋转中心的垂线在地面上的投影与前轮10的转向轴线X-X之间的距离。
前框架16还包括与转向轴24一体旋转的转向支架36。转向支架36是指与转向轴24一体旋转的任何机械元件。转向支架36可以具有任何形状和尺寸，并且可以用任何材料制成。
例如，转向支架36可以布置在与转向管20的下端42相关联的相应的下转向板40中，在与车把28相对的一侧上。
有利地，转向组4包括弹性复位装置44，该弹性复位装置44弹性地影响转向轴24，以将其自身定位在相对于前框架16对称的中心位置。
弹性复位装置44被放置并机械地连接在立式件32和转向支架36之间，以便当转向轴24相对于所述中心对称位置旋转时施加弹性复位动作。
换句话说，每当使用者通过车把28相对于中心对称位置旋转转向轴24，弹性复位装置44弹性地影响转向轴24，以使其返回到该中心对称位置。
有利地，所述弹性复位装置44具有回归趋势弹性响应，其中当转向轴24距离所述中心位置的位移增加时，弹性复位装置44的刚度减小。
优选地，所述弹性复位装置44具有零预载荷，以便在转向轴24的中心对称位置附近不施加任何弹性动作。
根据可能的实施例，弹性复位装置44被放置在立式件32和转向支架36之间，以便当转向轴24相对于所述中心对称位置旋转时受拉。在该实施例中，弹性复位装置44具有回归趋势弹性响应，其中，当所述复位装置44的拉伸增加时，弹性复位装置44的刚度减小。
根据另外的实施例，弹性复位装置44被放置在立式件32和转向支架36之间，以便当转向轴24相对于所述中心对称位置旋转时受压。在该实施例中，所述弹性复位装置44具有回归趋势弹性响应，其中，当所述复位装置44的压缩增加时，弹性复位装置44的刚度减小。
由于本发明，随着转向角增大，转向轴24获得增加幅度越来越小(即，以回归方式增加)的弹性反作用力；所述弹性反作用力转化成转向轴24上的反作用扭矩，其抵抗转向自身。换句话说，弹性复位装置44的刚度以及因此转向轴24上的反作用扭矩的增加随着转向角的增大而减小。
以这种方式，弹性复位装置44的回归使得所述弹性复位装置抵抗转向锁定的倾向，从而改善了车辆的行驶动力学特性和稳定感。此外，弹性复位装置44的此回归是指在大转向角的情况下，诸如例如在静止或低速的操纵中，转向永远不会变得太僵硬。
优选地，弹性复位装置44与转向支架36的第一附接点48在相对于与转向轴线X-X正交并且与所述转向支架36的下表面平行的平面P的向前行进方向上定位在转向轴线X-X的前面，并且其中弹性复位装置44与立式件32的第二附接点52相对于平面P上的所述向前行进方向定位在转向轴线X-X的后面。
以这种方式，当转向轴24相对于中心对称位置旋转时，弹性复位装置44受到压缩作用。
附接点48、52优选但不必须相对于平行于直线行进方向放置的前框架16的中心线平面M-M对准，以便在相对于转向轴24的中心对称位置向左和向右转向时弹性复位装置44具有对称性质(behavior)。
根据实施例，弹性复位装置44的所述附接点48、52包括圆柱形接头56，其允许弹性复位装置44围绕与所述转向轴线X-X平行的旋转轴线W'和W”的相应旋转。
根据实施例，弹性复位装置44包括活塞60，活塞设置有可相对于底座64滑动的杆62，活塞60和底座64各自与所述附接点48、52中的一个成一体；在活塞60和底座64之间插入有至少一个弹簧68，使得轴间间距72或附接点之间的距离在所述弹簧68的压缩作用下是可变的。
具体地，弹簧68被插入在活塞60和底座64之间，以便抵靠相应的止挡件74。
例如，弹簧68与活塞60的杆62同轴布置。
优选地，弹性复位装置44包括根据压缩回归的至少一个弹簧68。
根据实施例，所述至少一个弹簧68是盘形弹簧。
优选地，弹性复位装置44包括串联定位的多个回归趋势盘形弹簧。
优选地，串联的所述盘形弹簧68串联地放置成彼此直接接触。
例如，所述盘形弹簧68以在10到40之间的数量彼此串联地设置；优选地，所述盘形弹簧68以在15到30之间的数量彼此串联地设置。
优选地，盘形弹簧68彼此相同。
关于串联的盘形弹簧的布置，需要计算多串弹簧所需的等效刚度Keq和行程x，以便获得限定由多串弹簧提供的弹力的定律。
将盘形弹簧串联放置，一个弹簧得到：
具体地，将N个相同的盘形弹簧串联放置，一个弹簧得到：
单个盘形弹簧具有回归行为：刚度随着单个弹簧的行程的增加而减小。因此，等效刚度将随着串联弹簧系统的总行程的增加而减小。具体地，总行程通过以下等式计算：
X＝初始轴间间距－(轴间间距)α，其中α是第i个转向角(参见图10的图示)。
初始轴间间距因此是指当转向轴24位于中心对称位置时弹性复位装置44的附接点48、52之间的初始距离；换句话说，初始轴间间距基本上等于弹性复位装置静止时的长度。而(轴间间距)α是轴间间距，即，当转向轴24在一般位置α旋转时，弹性复位装置44的所述附接点48、52之间的距离。
根据实施例，盘形弹簧68的尺寸设定为具有1.8<De/Di<2.4的关系，其中De等于盘形弹簧的外径，并且Di等于盘形弹簧68的内径。
根据实施例，盘形弹簧68的尺寸设定为具有18<De/t<28的关系，其中De等于盘形弹簧的外径，并且t等于盘形弹簧68的厚度。
根据实施例，盘形弹簧68的尺寸设定为具有0.4<ho/t<0.75的关系，其中ho等于盘形弹簧的静止高度，并且t等于盘形弹簧68的厚度。
现在将描述根据本发明的用于摩托车的转向组的操作。
可以看出，具有回归行为的弹簧的存在给出了本发明的转向组的基本特性。
具体地，传递到转向轴的弹性动作为转向扭矩，该转向扭矩不仅取决于弹簧根据其在附接点48、52之间的行程传递的力，而且还取决于此力相对于转向轴线X-X的力臂78。
图12示出了作为由使用者施加的转向角(在横坐标上)的函数的附接点48、52之间的行程(在纵坐标上)的趋势。
由于相对于中心对称位置的转向角α，基本上附接点48、52之间的行程等于轴间间距72(初始轴间间距，即，在转向轴24的中心对称位置)与最终轴间间距80之间的差。
图13示出了作为由使用者施加的转向角(在横坐标上)的函数的由弹簧相对于转向轴线X-X所表现出的力的力臂(在纵坐标上)的趋势。图10中清楚地示出了该力臂的构造，其中在与转向轴线X-X正交的平面P上示出几何构造，其包括附接点48、52，转向轴线X-X，转向角α，力臂78以及初始轴间间距72(即，转向轴位于中心位置)和最终轴间间距80，即，在转向轴线X-X旋转等于转向角α之后的轴间间距或所述附接点48、52之间的距离。
如图9b中可见，表示盘形弹簧根据其压缩所表现出的力的趋势。根据所引用的趋势的组成，获得图11关于由弹性复位装置44提供给转向轴24的弹性复位扭矩的曲线图。
可以看出，图11示出了作为不同转向角(在横坐标上)的函数的三条不同曲线A、B、C，曲线A、B、C与不同的回复弹簧可获得的转向轴上的弹性复位扭矩的不同趋势有关。
具体地，曲线A表示使用具有第一刚度K1的第一线性弹簧可获得的弹性复位扭矩，并且曲线C表示使用具有第二刚度K2的第二线性弹簧获得的弹性复位扭矩，其中K1>K2。
那么曲线B表示根据本发明的弹性复位扭矩的实例，其能够通过在低于阈值角αs的部分使用刚度大于K1的线性弹簧以及在超过所述阈值角αs之后使用刚度小于K2的线性弹簧来调节可获得的行为。
从曲线B可以看出，作为转向角的函数的扭矩的趋势最初是渐进的，也就是说，扭矩/转向角曲线的斜率随转向角的增加而增加。然后，在达到所述阈值αs之后，扭矩/转向角曲线的斜率相对于较低的转向角增加较小，因此变得“较小”渐进。
从描述可以理解，根据本发明的转向组允许克服现有技术中呈现的缺点。
具体地，使用一个或多个回归弹簧允许从最低转向角具有有效的机构，而不会在较高转向角下使转向过度僵硬。
换句话说，该机构总是有效的，并且永远不会是不利的(invasive)，或者让使用者感觉到是不利的。
此外，该机构还通过采用具有高轨迹的前轴，例如由于例如21英寸的大直径车轮以及甚至大于40度的迎角，来抵抗转向锁定现象。
此外，本发明不需要使用转向板来减小轨迹或使整流罩的重量集中在转向轴线上。以这种方式，即使具有“关键”轨迹值，设计人员也不具有制造机动车辆的特殊美学或设计限制。
这同样适用于整流罩的尺寸和重量，其由于本发明，没有给出特定的制造限制。以这种方式，也可以制造也支撑大尺寸和重量的前照灯的整流罩，因为弹性装置的适当校准允许平衡随之而来的转向的锁定效果。
因此，由于本发明，已经克服了现今已知方案的机动车辆的前轴所呈现的尺寸、美学和结构限制。因此，设计人员可以对前轴的参数进行广泛调整，所述参数诸如为转向管的迎角；整流罩及其部件(诸如例如前照灯、转向板)的重量、尺寸和紧固；车轮的直径；前悬架的调整；前车把的打开等。
使用盘形弹簧允许即使采用小的压缩行程也产生高弹性复位力。
此外，该机构不是非常庞大的，并且从外部不太看得见，以便不影响机动车辆的前轴的美观。
最后，该系统重量轻且制造和组装便宜。
本领域技术人员为了满足特定的和具体的需要，可以对上述转向组进行许多修改和变化，然而所有这些修改和变化都包含在由所附权利要求限定的本发明的范围内。

Claims (19)

1.机动车辆(8)的转向组(4)，包括：
-前框架(16)，所述前框架装配有能旋转地容纳转向轴或转向销(24)的转向管(20)，所述转向轴或转向销围绕转向轴线(X-X)旋转，
-所述前框架(16)装配有与所述转向管(20)成一体的立式件(32)，
-所述前框架(16)包括与所述转向轴(24)旋转地接合的转向支架(36)，其特征在于，
-所述转向组(4)包括弹性复位装置(44)，所述弹性复位装置弹性地影响所述转向轴(24)，以将所述弹性复位装置自身相对于所述前框架(16)居中定位，所述弹性复位装置(44)放置且机械地连接在所述立式件(32)和所述转向支架(36)之间，以便当所述转向轴(24)相对于中心对称位置旋转时施加弹性复位动作，
-其中，所述弹性复位装置(44)具有回归趋势弹性响应，其中，当所述转向轴(24)距离所述中心对称位置的位移增加时，所述弹性复位装置(44)的刚度减小。
2.根据权利要求1所述的转向组(4)，其中，所述弹性复位装置(44)具有零预载荷，以便在所述转向轴(24)的所述中心对称位置附近不施加任何弹性动作。
3.根据权利要求1或2所述的转向组(4)，其中，所述弹性复位装置(44)放置在所述立式件(32)和所述转向支架(36)之间，以便当所述转向轴(24)相对于所述中心对称位置旋转时受拉，
-其中，所述弹性复位装置(44)具有回归趋势弹性响应，其中，当所述弹性复位装置的拉伸增加时，所述弹性复位装置(44)的所述刚度减小。
4.根据权利要求1或2所述的转向组(4)，其中，所述弹性复位装置(44)放置在所述立式件(32)和所述转向支架(36)之间，以便当所述转向轴(24)相对于所述中心对称位置旋转时受压，
-其中，所述弹性复位装置(44)具有回归趋势弹性响应，其中，当所述弹性复位装置的压缩增加时，所述弹性复位装置(44)的所述刚度减小。
5.根据前述权利要求中任一项所述的转向组(4)，其中，所述弹性复位装置(44)附接至所述转向支架(36)的第一附接点(48)在相对于一平面P的向前方向上位于所述转向轴线(X-X)的前面，所述平面与所述转向轴线(X-X)正交并且所述平面与所述转向支架(36)的下表面(50)平行，并且其中，所述弹性复位装置(44)附接至所述立式件(32)的第二附接点(52)在相对于所述平面(P)上的所述向前方向上位于所述转向轴线(X-X)的后面。
6.根据权利要求5所述的转向组(4)，其中，所述附接点(48、52)相对于所述前框架(16)的中心线平面(M-M)对齐并且平行于直线方向(Y-Y)放置，以便在相对于所述转向轴(24)的所述中心对称位置向左和向右转向时所述弹性复位装置(44)具有对称性质。
7.根据权利要求5或6所述的转向组(4)，其中，所述弹性复位装置(44)的所述附接点(48、52)包括圆柱形接头(56)，所述圆柱形接头允许所述弹性复位装置(44)围绕与所述转向轴线(X-X)平行的旋转轴线(W'、W”)的相应旋转。
8.根据权利要求4至7中任一项所述的转向组(8)，其中，所述弹性复位装置(44)包括活塞(60)，所述活塞设置有相对于底座(64)滑动的杆(62)，所述活塞(60)和所述底座(64)各自与所述附接点(48、52)中的一个成一体，并且其中，在所述活塞(60)和所述底座(64)之间插入有至少一个弹簧(68)，使得轴间间距(72)或所述附接点(48、52)之间的距离根据所述弹簧(68)的压缩是可变的。
9.根据权利要求8所述的转向组(8)，其中，所述弹簧(68)与所述活塞(60)的所述杆(62)同轴布置。
10.根据前述权利要求中任一项所述的转向组(4)，其中，所述弹性复位装置(44)包括至少一个回归趋势弹簧(68)。
11.根据权利要求10所述的转向组(8)，其中，至少一个所述弹簧(68)是盘形弹簧。
12.根据前述权利要求中任一项所述的转向组(8)，其中所述弹性复位装置(68)包括串联定位的多个回归趋势盘形弹簧(68)。
13.根据权利要求12所述的转向组(4)，其中，串联的所述盘形弹簧(68)放置成彼此直接接触。
14.根据权利要求11至13中任一项所述的转向组(8)，其中，所述盘形弹簧(68)以在15到30之间的数量彼此串联地设置。
15.根据权利要求11至14中任一项所述的转向组(8)，其中所述盘形弹簧(68)彼此相同。
16.根据权利要求11至15中任一项所述的转向组(8)，其中，所述盘形弹簧(68)的尺寸设定为具有1.8<De/Di<2.4的关系，其中De等于所述盘形弹簧的外径，并且Di等于所述盘形弹簧(68)的内径。
17.根据权利要求11至16中任一项所述的转向组(8)，其中，所述盘形弹簧(68)的尺寸设定为具有18<De/t<28的关系，其中De等于所述盘形弹簧的外径，并且t等于所述盘形弹簧(68)的厚度。
18.根据权利要求11至17中任一项所述的转向组(8)，其中，所述盘形弹簧(68)的尺寸设定为具有0.4<ho/t<0.75的关系，其中ho等于所述盘形弹簧的静止高度，并且t等于所述盘形弹簧(68)的厚度。
19.一种机动车辆(8)，包括根据前述权利要求中任一项所述的转向组(4)。
CN201680032482.6A 2015-04-14 2016-04-08 机动车辆的转向组及其机动车辆 Active CN107889481B (zh)

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