CN108909830A - 一种汽车转向装置及汽车 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种汽车转向装置及汽车，所述汽车转向装置包括转向控制部件和至少四个汽车转向机构；所述汽车转向机构包括车轮轮轴、转向节和至少一个转向驱动部件；所述车轮轮轴与所述转向节固定连接，所述车轮轮轴随所述转向节的水平转动而水平转动；所述转向节与所述转向驱动部件连接，所述转向节在所述转向驱动部件的驱动下水平转动；所述转向驱动部件与所述转向控制部件连接，所述转向驱动部件根据所述转向控制部件的控制驱动所述转向节。本发明的汽车转向装置及汽车，大大改善了汽车使用中的转向难，掉头难，停车难等问题。
Description
技术领域
本发明涉及车辆的转向系统技术，具体涉及一种汽车转向装置及汽车。
背景技术
从十九世纪八十年代第一辆内燃机车面世到今天，汽车已经有了近150年的历史，随着经济的不断发展，汽车越来越多的走入了千家万户的生活。在中国，随着人们生活水平的提高，汽车的保有量亦有了大幅度的增长。但人们在享受着汽车的便利的同时，也被随同产生的一些问题深深困扰，即由于城市人口密集、道路拥堵及停车位少等原因，产生的汽车使用过程中的转向难，掉头难，停车难等问题。
发明内容
有鉴于此，本发明期望提供一种汽车转向装置及汽车，改善汽车使用中的转向难，掉头难，停车难等问题。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
本发明提供了一种汽车转向装置，所述汽车转向装置包括转向控制部件和至少四个汽车转向机构；所述汽车转向机构包括车轮轮轴、转向节和至少一个转向驱动部件；所述车轮轮轴与所述转向节固定连接，所述车轮轮轴随所述转向节的水平转动而水平转动；所述转向节与所述转向驱动部件连接，所述转向节在所述转向驱动部件的驱动下水平转动；所述转向驱动部件与所述转向控制部件连接，所述转向驱动部件根据所述转向控制部件的控制驱动所述转向节；所述转向节在水平方向的转动角度范围至少为汽车纵向两侧各90度。
上述方案中，所述转向驱动部件包括第一固定部和第一驱动部，所述第一固定部固定于所述汽车的车体，所述第一驱动部一端可转动的连接于所述第一固定部，所述第一驱动部另一端连接所述转向节。
上述方案中，所述转向驱动部件为电机，所述电机的壳体为所述第一固定部，所述电机的输出轴为所述第一驱动部。
上述方案中，所述汽车转向装置还设置有角位移传感器，所述角位移传感器包括本体和测量部件，所述本体固定于所述第一固定部，所述测量部件固定于所述第一驱动部；所述角位移传感器与所述转向控制部件连接。
本发明还提供了一种汽车，所述汽车包括车体、车轮和上面所述的任意一种汽车转向装置；所述转向控制部件设置于所述车体上，所述汽车转向机构设置于所述车轮上；所述转向控制部件为电子控制单元(ECU，Electronic ControlUnit)。
上述方案中，所述转向驱动部件包括第一固定部和第一驱动部，所述第一固定部固定于所述车体，所述第一驱动部一端可转动的连接于所述第一固定部，所述第一驱动部另一端连接所述转向节。
上述方案中，所述转向驱动部件为电机，所述电机的壳体为所述第一固定部，所述电机的输出轴为所述第一驱动部。
上述方案中，所述汽车转向装置还设置有角位移传感器，所述角位移传感器包括本体和测量部件，所述本体固定于所述第一固定部，所述测量部件固定于所述第一驱动部；所述角位移传感器与所述转向控制部件连接。
上述方案中，所述汽车还包括方向盘，所述方向盘与所述转向控制部件连接，所述转向控制部件根据所述方向盘的转动数据，控制所述转向驱动部件的转动。
上述方案中，所述汽车还包括车速传感器，所述转向控制部件根据所述方向盘的转动数据和所述车速传感器的测量值，控制所述转向驱动部件的转动。
本发明的汽车转向装置及汽车，包括转向控制部件和至少四个汽车转向机构；所述汽车转向机构包括车轮轮轴、转向节和至少一个转向驱动部件；所述车轮轮轴与所述转向节固定连接，所述车轮轮轴随所述转向节的水平转动而水平转动；所述转向节与所述转向驱动部件连接，所述转向节在所述转向驱动部件的驱动下水平转动；所述转向驱动部件与所述转向控制部件连接，所述转向驱动部件根据所述转向控制部件的控制驱动所述转向节；所述转向节在水平方向的转动角度范围至少为汽车纵向两侧各90度；可见，本发明的汽车转向装置及汽车，通过在汽车四个车轮轮轴上分别设置单独的转向驱动部件，使所述汽车的四个车轮可以分别转动，且转动范围大，这样，可以实现汽车原地360度转向、横向直线移动和斜向直线移动等功能，大大改善了汽车使用中的转向难，掉头难，停车难等问题。
本发明的其他有益效果将在具体实施方式中结合具体技术方案进一步说明。
附图说明
图1为本发明实施例一汽车转向装置的示意图；
图2为本发明实施例二汽车的示意图；
图3为本发明实施例二汽车在正常行驶模式下车轮的转向控制示意图；
图4为本发明实施例二汽车在原地转向模式下车轮的转向控制示意图；
图5为本发明实施例二汽车在横向直线移动模式下车轮的转向控制示意图；
图6为本发明实施例二汽车在斜向直线移动模式下车轮的转向控制示意图。
具体实施方式
需要说明的是，在本发明实施例记载中，除非另有说明和限定，术语“连接”应做广义理解，例如，可以是电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，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的具体含义。
需要说明的是，本发明实施例如有涉及的术语“第一\第二\第三”仅仅是区别类似的对象，不代表针对对象的特定排序，可以理解地，“第一\第二\第三”在允许的情况下可以互换特定的顺序或先后次序。应该理解“第一\第二\第三”区分的对象在适当情况下可以互换，以使这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。
本发明实施例提供了一种汽车转向装置，所述汽车转向装置包括转向控制部件和至少四个汽车转向机构；所述汽车转向机构包括车轮轮轴、转向节和至少一个转向驱动部件；所述车轮轮轴与所述转向节固定连接，所述车轮轮轴随所述转向节的水平转动而水平转动；所述转向节与所述转向驱动部件连接，所述转向节在所述转向驱动部件的驱动下水平转动；所述转向驱动部件与所述转向控制部件连接，所述转向驱动部件根据所述转向控制部件的控制驱动所述转向节；所述转向节在水平方向的转动角度范围至少为汽车纵向两侧各90度。
本发明实施例的原理：通过在汽车四个车轮轮轴上分别设置单独的转向驱动部件，使所述汽车的四个车轮可以分别转动，且转动范围大，这样，可以实现汽车原地360度转向、横向直线移动和斜向直线移动等功能，大大改善了汽车使用中的转向难，掉头难，停车难等问题。
本发明实施例主要适用于设置四个车轮的汽车，典型的如轿车，因此，设置至少四个汽车转向机构的意思是每个车轮都设置有汽车转向机构。这样，保证汽车能实现原地360度转向、横向直线移动和斜向直线移动等功能。本领域技术人员能够理解，本发明实施例也适用于设置更多车轮的汽车，只要每个车轮都设置汽车转向机构，能独立转向，即使没法实现原地360度转向，也能实现横向直线移动或斜向直线移动的功能。
本发明实施例中，所述转向控制部件和所述转向驱动部件的连接是一种电连接，更具体的是弱电连接。另外，所述转向驱动部件还需要电连接到所述汽车的电源，这是一种强电连接。这些，本领域技术人员都能理解，不作详述。
所述转向节在水平方向的转动角度范围至少为汽车纵向两侧各90度，这里，所述车轮的转动和所述转向节的转动是同步的，所述转向节转动角度范围至少为汽车纵向两侧各90度，所述车轮也是如此，因此，相比现有常见汽车，车轮转动范围大大增加，可以实现汽车原地360度转向、横向直线移动和斜向直线移动等功能。
在一种实施方式中，所述转向驱动部件包括第一固定部和第一驱动部，所述第一固定部固定于所述汽车的车体，所述第一驱动部一端可转动的连接于所述第一固定部，所述第一驱动部另一端连接所述转向节。
更具体地，所述转向驱动部件为电机，所述电机的壳体为所述第一固定部，所述电机的输出轴为所述第一驱动部。这样，可以更方便的驱动所述转向节；能够理解，所述转向驱动部件也可以是其它结构，例如可以是液压马达或液压缸+齿轮齿条等。
在一种实施方式中，所述汽车转向装置还设置有角位移传感器，所述角位移传感器包括本体和测量部件，所述本体固定于所述第一固定部，所述测量部件固定于所述第一驱动部；所述角位移传感器与所述转向控制部件连接。所述角位移传感器用于检测所述转向节实际转动的角度，并反馈给所述转向控制部件，以便所述转向控制部件对实际转向的误差进行修正，这样转向更精确。能够理解，如果所述转向驱动部件的转动精度足够高的，不设置角位移传感器也是可以的。
在一种实施方式中，所述车轮轮轴上设置有至少一个车轮前进驱动部件，所述车轮前进驱动部件包括第二固定部和第二驱动部，所述第二固定部固定于所述车轮轮轴，所述第二驱动部内端可转动的套设于所述第二固定部，所述第二驱动部外端固定于所述汽车的车轮。
具体地，所述车轮前进驱动部件为轮毂电机，所述轮毂电机的定子为所述第二固定部，所述轮毂电机的转子为所述第二驱动部。相比传统汽车通过一个发动机驱动两个前轮或驱动四个轮子的结构，采用轮毂电机的技术方案结构更简单，不会对本发明实施例的汽车转向装置的结构上产生阻碍和干扰，能更好的发挥汽车转向装置的作用。能够理解，所述车轮轮轴上不设置车轮前进驱动部件，而是采用传统的方式驱动车轮前进也是可以的。
本发明实施例还提供了一种汽车，所述汽车包括车体、车轮和上面所述的任意一种汽车转向装置；所述转向控制部件设置于所述车体上，所述汽车转向机构设置于所述车轮上。
在一种实施方式中，所述汽车还包括方向盘，所述方向盘与所述转向控制部件连接，所述转向控制部件根据所述方向盘的转动数据，控制所述转向驱动部件的转动。在正常行驶模式下，所述汽车的转向是通过用户操作方向盘实现的，因此，所述转向控制部件的转向指令是根据所述方向盘的转动数据得到的，如果在原地转向等模式下，所述汽车车轮的转向是通过预设的模式自动完成的，不需通过所述方向盘。所述方向盘的转动数据包括：转动方向、转动角度和转动速度等。所述方向盘的转动数据可以通过设置相应的检测部件检测得到，例如可以通过设置编码器检测。
在一种实施方式中，所述汽车还包括车速传感器，所述转向控制部件根据所述方向盘的转动数据和所述车速传感器的测量值，控制所述转向驱动部件的转动。因为汽车转向的角度和汽车车速也是很有关系的，例如，汽车快速行驶中，方向盘转动角度过大，易造成危险。因此通过监测汽车的车速，对汽车转向的角度进行调整或修正。
在一种实施方式中，所述转向控制部件为ECU。ECU又称“行车电脑”、“车载电脑”等。从用途上讲则是汽车专用微机控制器。和普通的电脑一样，所述ECU由微处理器(CPU)、存储器(ROM和RAM)、输入/输出接口(I/O)、模数转换器(A/D)以及整形、驱动等大规模集成电路组成。这样，无需在汽车转向装置上单独设置控制部件，简化结构和节约成本；能够理解，所述转向控制部件也可以是单独设置在所述汽车转向装置上的独立控制部件，而不必是ECU。
以下结合附图及具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例一
图1为本发明实施例一汽车转向装置的示意图，如图1所示，本发明实施例提供了一种汽车转向装置，所述汽车转向装置包括转向控制部件23(图1中未示出，参见图2)和四个汽车转向机构；所述汽车转向机构包括车轮轮轴12、转向节13和一个转向驱动部件14；所述车轮轮轴12与所述转向节13固定连接，所述车轮轮轴12随所述转向节13的水平转动而水平转动；所述转向节13与所述转向驱动部件14连接，所述转向节13在所述转向驱动部件14的驱动下水平转动；所述转向驱动部件14与所述转向控制部件23连接，所述转向驱动部件14根据所述转向控制部件23的控制驱动所述转向节13；所述转向节13在水平方向的转动角度范围至少为汽车纵向两侧各90度。
本实施例中，所述转向驱动部件14包括第一固定部141和第一驱动部142，所述第一固定部141固定于所述汽车的车体，所述第一驱动部142一端可转动的连接于所述第一固定部141，所述第一驱动部142另一端连接所述转向节13。
在本实施例中，所述转向驱动部件14通过所述上横臂151和下横臂152固定于所述汽车的车体，所述上横臂151和下横臂152通过销轴连接到所述转向节13，所述上横臂151和下横臂152固定于所述汽车的车体。
本实施例中，所述转向驱动部件14为电机，所述电机的壳体为所述第一固定部，所述电机的输出轴为所述第一驱动部。这样，可以更方便的驱动所述转向节13。具体地，所述电机可以是永磁直流电机，永磁直流电机与他励式直流电动机相比，具有体积小、效率高、结构简单、用铜量少等优点，是小功率直流电动机的主要类型；更具体地，所述电机可以是直流无刷电机，并配有行星齿轮减速箱及伺服电机驱动器；能够理解，所述转向驱动部件14也可以是其它动力部件，例如可以是液压马达。
另外，为了防止所述电机的输出轴自由转动，可通过使所述电机保持通电，通过电机的保持转矩限制所述电机的输出轴的自由转动，也可通过在所述电机内部增加机械锁止装置来限制所述电机的输出轴的自由转动，但本发明并不限定于此。
本实施例中，所述汽车转向装置还设置有角位移传感器(图中未示出)，所述角位移传感器包括本体和测量部件，所述本体固定于所述第一固定部141，所述测量部件固定于所述第一驱动部142；所述角位移传感器与所述转向控制部件23连接。所述角位移传感器用于检测所述转向节13实际转动的角度，并反馈给所述转向控制部件23，以便所述转向控制部件23对实际转向的误差进行修正，这样转向更精确。
本实施例中，所述车轮轮轴12上设置有至少一个车轮前进驱动部件16，所述车轮前进驱动部件16包括第二固定部(未在图中示出)和第二驱动部(未在图中示出)，所述第二固定部固定于所述车轮轮轴12，所述第二驱动部内端可转动的套设于所述第二固定部，所述第二驱动部外端固定于所述汽车的车轮。
本实施例中，所述车轮前进驱动部件16为轮毂电机，所述轮毂电机的定子为所述第二固定部，所述轮毂电机的转子为所述第二驱动部。相比传统汽车通过一个发动机驱动两个前轮或驱动四个轮子的结构，采用轮毂电机的技术方案结构更简单，不会对本发明实施例的汽车转向装置的结构上产生阻碍和干扰，能更好的发挥汽车转向装置的作用。
实施例二
图2为本发明实施例二汽车的示意图，如图2所示，本发明实施例还提供了一种汽车，所述汽车包括车体21、车轮22和上面所述的任意一种汽车转向装置；所述转向控制部件23设置于所述车体上，所述汽车转向机构24设置于所述车轮上。
本实施例中，所述汽车还包括方向盘25，所述方向盘与所述转向控制部件23连接，所述转向控制部件23根据所述方向盘25的转动数据，控制所述转向驱动部件14的转动。在正常行驶模式下，所述汽车的转向是通过用户操作方向盘实现的，因此，所述转向控制部件23的转向指令是根据所述方向盘的转动数据得到的，如果在原地转向等模式下，所述汽车车轮的转向是通过预设的模式自动完成的，不需通过所述方向盘。
本实施例中，所述汽车还包括车速传感器26，所述转向控制部件23根据所述方向盘25的转动数据和所述车速传感器26的测量值，控制所述转向驱动部件14的转动。
本实施例中，所述转向控制部件23为ECU。这样，这样，无需在汽车转向装置上单独设置控制部件，简化结构和节约成本。
本发明实施例的汽车，除了正常行驶外，还可实现汽车原地360度转向、横向直线移动和斜向直线移动等功能，下面介绍正常行驶和实现其它功能的各个模式下车轮的转向控制情况：
图3为本发明实施例二汽车在正常行驶模式下车轮的转向控制示意图，如图3所示，所述汽车处于正常转向模式，只有前方两个车轮能转向，即前方两个车轮的汽车转向机构24正常工作，后方两个车轮的汽车转向机构不工作，且后方两个车轮的汽车转向机构中的转向驱动部件14的驱动部在转动方向锁死，无法转动，锁死方法除了通过转向控制部件23，还可以通过其它机械制动装置辅助锁死。
图4为本发明实施例二汽车在原地转向模式下车轮的转向控制示意图，如图4所示，所述汽车在原地转向模式下，前后四个车轮都能转向，即四个车轮的汽车转向机构24均工作，工作的方式是在所述转向控制部件23的指令下，各转过预设角度，所述预设角度是根据汽车四个车轮的位置和间距预先计算好的，使得四个车轮转动的轨迹都是同一个圆。另外，四个车轮转过预设角度是用户按下原地转向模式后，通过所述转向控制部件23自动执行的，无需用户转动方向盘。
图5为本发明实施例二汽车在横向直线移动模式下车轮的转向控制示意图，如图5所示，所述汽车在横向直线移动模式下，前后四个车轮都能转向，即四个车轮的汽车转向机构24均工作，工作的方式是在所述转向控制部件23的指令下，将车轮的方向转到横向。另外，车轮的方向转到横向是用户按下在横向直线移动模式后，通过所述转向控制部件23自动执行的，无需用户转动方向盘。
图6为本发明实施例二汽车在斜向直线移动模式下车轮的转向控制示意图，如图6所示，，所述汽车在斜向直线移动模式下，前后四个车轮都能转向，即四个车轮的汽车转向机构24均工作，工作的方式是在所述转向控制部件23的指令下，各转过一定角度，所述一定角度是根据用户的指令确定的。另外，四个车轮转过一定角度是用户按下斜向直线移动模式后，用户输入指定角度后，通过所述转向控制部件23自动执行的，无需用户转动方向盘。当然在汽车移动前，所述一定角度还可以根据情况修改，修改到用户需要的角度(用户需进行实地观察)，再执行直线移动。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种汽车转向装置，其特征在于，所述汽车转向装置包括转向控制部件和至少四个汽车转向机构；所述汽车转向机构包括车轮轮轴、转向节和至少一个转向驱动部件；所述车轮轮轴与所述转向节固定连接，所述车轮轮轴随所述转向节的水平转动而水平转动；所述转向节与所述转向驱动部件连接，所述转向节在所述转向驱动部件的驱动下水平转动；所述转向驱动部件与所述转向控制部件连接，所述转向驱动部件根据所述转向控制部件的控制驱动所述转向节；所述转向节在水平方向的转动角度范围至少为汽车纵向两侧各90度。
2.根据权利要求1所述的汽车转向装置，其特征在于，所述转向驱动部件包括第一固定部和第一驱动部，所述第一固定部固定于所述汽车的车体，所述第一驱动部一端可转动的连接于所述第一固定部，所述第一驱动部另一端连接所述转向节。
3.根据权利要求2所述的汽车转向装置，其特征在于，所述转向驱动部件为电机，所述电机的壳体为所述第一固定部，所述电机的输出轴为所述第一驱动部。
4.根据权利要求2所述的汽车转向装置，其特征在于，所述汽车转向装置还设置有角位移传感器，所述角位移传感器包括本体和测量部件，所述本体固定于所述第一固定部，所述测量部件固定于所述第一驱动部；所述角位移传感器与所述转向控制部件连接。
5.一种汽车，其特征在于，所述汽车包括车体、车轮和权利要求1所述的汽车转向装置；所述转向控制部件设置于所述车体上，所述汽车转向机构设置于所述车轮上；所述转向控制部件为电子控制单元。
6.根据权利要求5所述的汽车转向装置，其特征在于，所述转向驱动部件包括第一固定部和第一驱动部，所述第一固定部固定于所述车体，所述第一驱动部一端可转动的连接于所述第一固定部，所述第一驱动部另一端连接所述转向节。
7.根据权利要求6所述的汽车转向装置，其特征在于，所述转向驱动部件为电机，所述电机的壳体为所述第一固定部，所述电机的输出轴为所述第一驱动部。
8.根据权利要求6所述的汽车转向装置，其特征在于，所述汽车转向装置还设置有角位移传感器，所述角位移传感器包括本体和测量部件，所述本体固定于所述第一固定部，所述测量部件固定于所述第一驱动部；所述角位移传感器与所述转向控制部件连接。
9.根据权利要求8所述的汽车转向装置，其特征在于，所述汽车还包括方向盘，所述方向盘与所述转向控制部件连接，所述转向控制部件根据所述方向盘的转动数据，控制所述转向驱动部件的转动。
10.根据权利要求9所述的汽车转向装置，其特征在于，所述汽车还包括车速传感器，所述转向控制部件根据所述方向盘的转动数据和所述车速传感器的测量值，控制所述转向驱动部件的转动。
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