CN109625084A - 差动式非转向轮随动转向机构 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种差动式非转向轮随动转向机构，包括车轮轴节、连杆、杠杆摇臂、弹性元件，车轮轴节通过轴承与车轮连接，连杆的一端与车轮轴节铰接，连杆的另一端分别与杠杆摇臂的两端铰接，杠杆摇臂的支点与车架连接，杠杆摇臂可绕支点转动，弹性元件与杠杆摇臂连接，弹性元件与车架连接。本发明的非转向轮随动转向机构可实现非转向轮的随动转向效果，并可以通过设计不同参数，实现不同的随动转向效果；还可以通过电控单元控制各参数，根据工况随时改变随动转向增益。车轮转向并不是由电控单元的执行机构直接带动，而是由地面侧向力带动，因此相对传统主动转向机构能够大幅度降低能耗。
Description
技术领域
本发明属于车辆工程领域，具体属于一种差动式非转向轮随动转向机构。
背景技术
为了提高车辆的操控性能，部分车辆有应用后轮转向机构。后轮转向分为主动转向和随动转向（被动转向）两种。
主动转向由行车电脑控制（控制器），由执行器带动后轮进行转向动作，需要消耗车辆能量。主动转向能够实现低速时后轮与前轮偏转方向相反、减小转弯半径的目的，同时能够实现高速时后轮与前轮偏转方向相同、增加高速稳定性的目的。
随动转向（被动转向）一般为纯机械式，利用车辆的地面侧向力或侧倾等方式，实现后轮的转向动作。随动转向一般只能够实现高速时后轮与前轮偏转方向相同、增加高速稳定性的目的。
发明内容
本发明提出一种差动式非转向轮随动转向机构，能够同时实现低速反向偏转、高速同向偏转的功能，同时大大减少车辆能量的消耗。
本发明的解放方案为：一种差动式非转向轮随动转向机构，包括车轮轴节、连杆A、连杆B、杠杆摇臂、弹性元件A、弹性元件B，车轮轴节通过轴承与车轮连接，连杆A、连杆B的一端与车轮轴节铰接，连杆A、连杆B的另一端分别与杠杆摇臂的两端铰接，杠杆摇臂的支点与车架连接，杠杆摇臂可绕支点转动，连杆A距地面侧向力传递到连杆平面内的等效作用点的垂直距离为a，连杆B距地面侧向力传递到连杆平面内的等效作用点的垂直距离为b，连杆A距杠杆摇臂的支点的垂直距离为c，连杆B距杠杆摇臂的支点的垂直距离为d，bc≠ad，弹性元件A、弹性元件B的一端与杠杆摇臂连接，弹性元件A、弹性元件B的另一端与车架固定。
进一步地，所述的差动式非转向轮随动转向机构可安装在悬架的上横臂位置或者悬架的下横臂位置。
进一步地，所述的差动式非转向轮随动转向机构可受电控单元控制，通过电控单元可以控制改变参数a、b、c、d其中一个或多个参数，可以控制改变地面到车轮轴节下铰接点的垂直距离，可以控制改变车轮轴节下铰接点到连杆A、连杆B的竖直距离，可以控制改变弹性元件A、弹性元件B的位置或总刚度。
差动式非转向轮随动转向机构安装在悬架的上横臂位置时，当车辆转弯时，外侧车轮受到来自地面、方向朝向转弯圆心的地面侧向力，车轮轴节起到杠杆作用，连杆A、连杆B受到背向转弯圆心的拉力，当bc≠ad时，连杆A、连杆B作用到杠杆摇臂上的两个抵抗力矩大小不相同，两个力矩的合力矩作用于弹性元件A、弹性元件B，弹性元件A、弹性元件B发生形变，将会导致杠杆摇臂向合力矩方向摆动一个角度，杠杆摇臂摆动的角度经过连杆A和连杆B传递至车轮轴节，使车轮轴节带动车轮偏转，从而达到车轮的侧向力随动的效果。
差动式非转向轮随动转向机构安装在悬架的下横臂位置时，当车辆转弯时，外侧车轮受到来自地面、方向朝向转弯圆心的地面侧向力，车轮轴节起到杠杆作用，连杆A、连杆B受到朝向转弯圆心的压力，当bc≠ad时，连杆A、连杆B作用到杠杆摇臂上的两个抵抗力矩大小不相同，两个力矩的合力矩作用于弹性元件A、弹性元件B，弹性元件A、弹性元件B发生形变，将会导致杠杆摇臂向合力矩方向摆动一个角度，杠杆摇臂摆动的角度经过连杆A和连杆B传递至车轮轴节，使车轮轴节带动车轮偏转，从而达到车轮的侧向力随动的效果。
本发明的差动式非转向轮随动转向机构可以安装在悬架的上横臂位置或者悬架的下横臂位置，差动式非转向轮随动转向机构布置于上横臂位置时，连杆A和连杆B受到轴节的作用力方向与车轮受地面侧向力方向相反；当布置于下横臂位置时，连杆A和连杆B受到轴节的作用力方向与车轮受地面力侧向力方向相同。
本发明具有的优点如下：
1、本发明的差动式非转向轮随动转向机构可实现非转向轮随动转向效果。
2、本发明通过设计不同的连杆A、连杆B位置、杠杆摇臂的杠杆比、弹性元件的刚度特性，能够实现不同的随动转向效果。
3、本发明的差动式非转向轮随动转向机构可以通过电控单元控制连杆位置、杠杆摇臂的杠杆比、弹性元件的位置、弹性元件的刚度特性等参数，根据工况随时改变随动转向增益。
4、本发明的差动式非转向轮随动转向机构产生的车轮转向动作并不是由电控单元的执行机构直接带动，而是由地面侧向力带动，因此相对传统主动转向机构能够大幅度降低能耗。
附图说明
图1为本发明布置在悬架上横臂位置的整体示意图；
图2为差动式非转向轮随动转向机构的俯视图；
图3为摆臂与车轮轴节连接的俯视图；
图4为本发明的实施例1的计算说明整体示意图；
图5为本发明的实施例1的计算说明俯视图；
图中，车轮轴节1、连杆A 2、连杆B 3、杠杆摇臂4、弹性元件A 5、弹性元件B 6、车架7、摆臂8、纵向推杆9、车轮10、轴承11。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应该理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
实施例1
如图1、图2、图3所示，本发明提供一种差动式非转向轮随动转向机构，包括车轮轴节1、连杆A 2、连杆B 3、杠杆摇臂4、弹性元件A 5、弹性元件B 6，车轮轴节1通过轴承11与车轮10连接，连杆A 2、连杆B 3的一端与车轮轴节1铰接，连杆A 2、连杆B 3的另一端分别与杠杆摇臂4的两端铰接，杠杆摇臂4的支点与车架7连接，杠杆摇臂4可绕支点转动，连杆A 2距地面侧向力传递到连杆平面内的等效作用点的垂直距离为a，连杆B 3距地面侧向力传递到连杆平面内的等效作用点的垂直距离为b，连杆A 2距杠杆摇臂4的支点的垂直距离为c，连杆B 3距杠杆摇臂4的支点的垂直距离为d，bc≠ad，弹性元件A 5、弹性元件B 6的一端与杠杆摇臂4连接，弹性元件A 5、弹性元件B 6的另一端与车架7固定。所述的差动式非转向轮随动转向机构，车轮轴节1通过轴承11与车辆非转向车轮连接。摆臂8、纵向推杆9和车轮轴节1铰接。
所述的差动式非转向轮随动转向机构可安装在悬架的上横臂位置或者悬架的下横臂位置。所述的差动式非转向轮随动转向机构可受电控单元控制，通过电控单元可以控制改变参数a、b、c、d其中一个或多个参数，可以控制改变地面到车轮轴节下铰接点的垂直距离，可以控制改变车轮轴节1下铰接点到连杆A 2、连杆B 3的竖直距离，可以控制改变弹性元件A 5、弹性元件B 6的位置或总刚度。
差动式非转向轮随动转向机构安装在悬架的上横臂位置时，当车辆转弯时，外侧车轮受到来自地面、方向朝向转弯圆心的地面侧向力，车轮轴节1起到杠杆作用，连杆A 2、连杆B 3受到背向转弯圆心的拉力，当bc≠ad时，连杆A 2、连杆B 3作用到杠杆摇臂4上的两个抵抗力矩大小不相同，两个力矩的合力矩作用于弹性元件A 5、弹性元件B 6，弹性元件A5、弹性元件B 6发生形变，将会导致杠杆摇臂4向合力矩方向摆动一个角度，杠杆摇臂4摆动的角度经过连杆A 2和连杆B 3传递至车轮轴节1，使车轮轴节1带动车轮10偏转，从而达到车轮10的侧向力随动的效果。
差动式非转向轮随动转向机构安装在悬架的下横臂位置时，当车辆转弯时，外侧车轮受到来自地面、方向朝向转弯圆心的地面侧向力，车轮轴节1起到杠杆作用，连杆A 2、连杆B 3受到朝向转弯圆心的压力，当bc≠ad时，连杆A 2、连杆B 3作用到杠杆摇臂4上的两个抵抗力矩大小不相同，两个力矩的合力矩作用于弹性元件A 5、弹性元件B 6，弹性元件A5、弹性元件B 6发生形变，将会导致杠杆摇臂4向合力矩方向摆动一个角度，杠杆摇臂4摆动的角度经过连杆A 2和连杆B 3传递至车轮轴节1，使车轮轴节1带动车轮10偏转，从而达到车轮10的侧向力随动的效果。
如图4、图5所示，本发明以差动式非转向轮随动转向机构安装在悬架的上横臂位置为例，做一进步解释如下：
设定地面侧向力为F，摆臂8与车轮轴节1的铰接点到地面垂直距离为M，摆臂8与车轮轴节1的铰接点到连杆A 2、连杆B 3的竖直距离为N。根据杠杆原理，连杆A 2和连杆B 3的合力f1+ f1=FM/N。
连杆A 2和连杆B 3在地面侧向力传递到连杆平面内的等效作用点的力臂分别为a和b，连杆A 2和连杆B 3在杠杆摇臂4处的力臂分别为c和d，则f1=FMb/（N（a+b））；f2=FMa/（N（a+b）），连杆A 2对杠杆摇臂4的力矩为T1=FMbc/（N（a+b））；连杆B 3对杠杆摇臂4的力矩为T2=FMad/（N（a+b）），T1和T2方向相反。
由于bc≠ad，所以，T1≠ T2，T1- T2≠0，即FMbc/（N（a+b））- FMad/（N（a+b））≠0，杠杆摇臂4所受力矩不为零。
设定弹性元件A 5和弹性元件B 6的总刚度为K，则杠杆摇臂4受到的力矩将使弹性元件A 5、弹性元件B 6产生形变，使杠杆摇臂4旋转，转角弧度大小为| FM（bc-ad）/（N（a+b）K）|，方向与较大分力矩方向相同。
杠杆摇臂4旋转动作经过连杆A 2和连杆B 3传递到车轮轴节1，最终传递至车轮，实现转向动作。
根据杠杆摇臂4转角推导结果FM（bc-ad）/（N（a+b）K）可知，在纯机械结构的情况下，参数N、M、K、a、b、c、d均已经确定，转角大小仅与车轮10受到的地面侧向力F大小相关，随动转向增益效果为确定的曲线。
差动式非转向轮随动转向机构可受电控单元控制，通过电控单元可以控制参数N、M、K、a、b、c、d（一个或多个）的改变，随动转向增益效果曲线将实现可调。能够同时实现低速时后轮与前轮偏转方向相反、减小转弯半径和高速时后轮与前轮偏转方向相同、增加高速稳定性的目的。
由于车轮10转向并不是由电控单元的执行机构直接带动，而是由地面侧向力带动，因此相对传统主动转向机构能够大幅度降低能耗。
Claims (3)
1.一种差动式非转向轮随动转向机构，其特征在于，包括车轮轴节1、连杆A 2、连杆B3、杠杆摇臂4、弹性元件A 5、弹性元件B 6，车轮轴节1通过轴承与车轮连接，连杆A 2、连杆B3的一端与车轮轴节1铰接，连杆A、连杆B的另一端分别与杠杆摇臂的两端铰接，杠杆摇臂的支点与车架连接，杠杆摇臂可绕支点转动，连杆A距地面侧向力传递到连杆平面内的等效作用点的垂直距离为a，连杆B距地面侧向力传递到连杆平面内的等效作用点的垂直距离为b，连杆A距杠杆摇臂的支点的垂直距离为c，连杆B距杠杆摇臂的支点的垂直距离为d，bc≠ad，弹性元件A、弹性元件B的一端与杠杆摇臂连接，弹性元件A、弹性元件B的另一端与车架连接。
2.如权利要求1所述的差动式非转向轮随动转向机构，其特征在于，所述的差动式非转向轮随动转向机构可安装在悬架的上横臂位置或者悬架的下横臂位置。
3.如权利要求1所述的差动式非转向轮随动转向机构，其特征在于，所述的差动式非转向轮随动转向机构可受电控单元控制，通过电控单元可以控制改变参数a、b、c、d其中一个或多个参数，可以控制改变地面到车轮轴节下铰接点的垂直距离，可以控制改变车轮轴节下铰接点到连杆A、连杆B的竖直距离，可以控制改变弹性元件A、弹性元件B的位置或总刚度。
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