CN109963768A - 具有用于带有转向车轮驱动的机动车辆的单轮转向装置的车轮悬挂装置 - Google Patents

Abstract

为了实现紧凑且简单构造的大旋转范围，改进了具有用于带有转向从轮驱动的机动车辆的单轮转向装置的车轮悬挂装置，其具有弹簧悬挂在车辆底盘上用于可旋转地支撑车轮(2)的转向节(12)，其中转向节(12)可以通过单轮转向装置绕枢转轴线(15)枢转，其改进之处在于单轮转向装置包括蜗轮传动装置(18、19)，该蜗轮传动装置具有蜗轮(18)，该蜗轮在旋转方向上固定至转向节(12)并与枢转轴线(15)同轴地布置，并且该蜗轮与蜗杆(19)啮合，蜗轮(18)由此可以绕枢转轴线(15)旋转，并且可以由布置在车辆底盘上的转向马达(9)通过铰接轴形式的转向驱动轴(20)驱动。

Description

具有用于带有转向车轮驱动的机动车辆的单轮转向装置的车 轮悬挂装置

技术领域

本发明涉及车轮悬挂装置，该车轮悬挂装置具有用于带有转向车轮驱动的机动车辆的单轮转向装置，该车轮悬挂装置具有弹簧悬挂在车辆底盘上用于可旋转地支撑车轮的转向节，其中转向节可以借助于单轮转向装置绕枢转轴线枢转。

背景技术

在单轮转向系统中，该系统也被称为线控转向系统，机动车辆的可转向车轮可以彼此独立地旋转。这里，驾驶员通过方向盘传递的转向指令通过传感器检测然后接力传递至电子控制单元(ECU)，该电子控制单元根据方向盘转矩和转向角来启动单轮转向装置的控制马达，并由此根据驾驶员的意愿旋转可转向车轮。

DE 10 2008 039 547 A1公开了一种单轮转向装置，其构造复杂且庞大。用于驱动转向车轮的驱动轴采用铰接轴的形式并且通过等速万向节连接至可转向车轮。因此最大转向角限制在大约40°。

KR 10 2011 005 286 0同样公开了一种单轮转向装置，其中转向车轮可以通过线性驱动器和通过具有转向拉杆的复杂转向元件而旋转。借助于线性驱动器的控制是复杂的。这种已知的单轮转向装置也只允许大约40°的转向角。

发明内容

本发明的目的是提供前述类型的单轮转向装置，其具有简单且紧凑的构造并且允许大的转向角。

该目的通过专利权利要求1的特征实现；从属权利要求中出现了有利的改进。

在根据本发明的解决方案中，单轮转向装置包括蜗杆装置，该蜗杆装置具有蜗轮，该蜗轮在旋转方向上固定至转向节并且与枢转轴线同轴地布置，并且该蜗轮与蜗杆啮合，蜗轮通过蜗杆可以绕枢转轴线旋转，并且蜗杆可以由布置在车辆底盘上的转向马达通过铰接轴形式的转向驱动轴驱动。根据本发明的蜗杆装置具有的优点是，蜗轮可以在相当大的角度范围内旋转，与通过拉杆旋转相比这提供了转向车轮的更大的转向角。这里，转向马达布置在车辆底盘上，因此对车轮上的非簧载质量没有贡献。为了允许转向车轮的压缩，在蜗杆与转向马达之间设置有铰接轴形式的转向驱动轴。转向马达优选地是电动马达，因为电动马达特别容易通过控制单元(ECU)控制。然而，也可以使用例如液压马达的其他类型马达。

在一个有利的实施方式中，蜗轮采用蜗轮部段的形式。在一个有利的改进方案中，蜗轮部段形式的蜗轮在180°与270°之间的圆周范围延伸，更优选地在190°与200°之间的圆周范围延伸。转向车轮优选地可以从其在机动车辆的直线驾驶中的中性位置旋转-70°至+90°。该实施方式确保了转向车轮的大的旋转范围，以减小贡献了非簧载质量的蜗轮的重量，并且占用较少的整体空间，因为已经消除了蜗轮的不需要用于旋转转向车轮的部分。

在本发明的另一有利的实施方式中，转向车轮联接至驱动器，其中驱动器通过铰接轴形式的车轮驱动轴设置，其中双锥齿轮系可操作地布置在车轮驱动轴与车轮的从动车轮半轴之间。在该实施方式中，铰接轴形式的车轮驱动轴仅用于补偿转向车轮的压缩运动，而旋转运动则由双锥齿轮系提供，该双锥齿轮系在最大转向角方面不受铰接轴的限制。即使在-70°至+90°的大转向角度下，驱动转矩也可以通过双锥齿轮系传递至从动车轮。

在本发明的另一有利的实施方式中，双锥齿轮系包括两个锥齿轮，其彼此在旋转方向上固定并且与枢转轴线同轴地可旋转支撑在转向节上，其中上锥齿轮与在旋转方向上固定至车轮驱动轴的内锥齿轮啮合，并且下锥齿轮与在旋转方向上固定至从动车轮半轴的外锥齿轮啮合，使得驱动转矩可以从车轮驱动轴经由内锥齿轮传递至上锥齿轮，并且从上锥齿轮传递至下锥齿轮，并且从下锥齿轮传递至外锥齿轮和车轮半轴。锥齿轮系的这种实施方式具有紧凑且简单的设计。

为了将所述部件相对于彼此固定并可旋转地支撑在正确的位置，建议将锥齿轮系和蜗杆布置在外壳中，该外壳连接至转向节并且不能相对于枢转轴线枢转而是沿枢转轴线方向与转向节弹簧悬挂。因此，具有蜗杆的外壳可以跟随压缩运动并且蜗杆能够在蜗轮上产生转矩。

为了完成转向及从动车轮的弹簧悬挂，建议使外壳在其下侧部通过横向连杆铰接在车辆底盘上。

附图说明

下面参照附图更详细地解释本发明的示例性实施方式。详细地示出了附图：

图1：以立体图示出了具有根据本发明的车轮悬挂装置的单轮转向装置的原理的概略图；

图2：带有车轮的根据本发明的车轮悬挂装置的立体图；

图3：不显示车轮的图2中的车轮悬挂装置；

图4：图3中的根据本发明的车轮悬挂装置，不显示外壳部分以说明其工作情况；

图5：根据图3的车轮悬挂装置，但是是从不同的角度观察的；

图6：根据图4的车轮悬挂装置，但是是从不同的角度观察的。

具体实施方式

图1示出了用于转向及从动车轮2的单轮转向装置的线控转向系统，该车轮2通过根据本发明的车轮悬挂装置1固定至车辆底盘(未示出)。驾驶员的转向指令通过方向盘4和铰接轴6机械地传递至传感器单元4。传感器单元4检测由驾驶员预定的转向角和方向盘转矩，并由此产生控制信号，控制信号通过信号线7接力传递到电子控制单元(ECU)5。通过电控制线8，电子控制单元5启动电动马达形式的转向马达9，该转向马达9根据驾驶员的要求转动车轮2。车轮悬挂装置1的转向车轮转矩传感器10测定发生在车轮2上的实际转向车轮转矩，并且通过电信号线11将对应编码的信号发送至控制单元5，该控制单元5转而通过传感器单元4在铰接轴6和方向盘3上产生转向反转矩，从而给予驾驶员真实的转向感觉并且因此给予即时驾驶情况的一些反馈。

图2至6从各个角度示出了根据本发明的车轮悬挂装置1。转向节12在其上侧部13上连接至麦弗逊悬挂支柱形式的悬挂支柱14，该悬挂支柱14转而固定至车辆底盘(未示出)。悬挂支柱14布置成从竖向倾斜并且限定枢转轴线15，转向节12和车轮2能够绕该枢转轴线15枢转。此外，悬挂支柱14允许转向节12和车轮2沿枢转轴线15的方向压缩。在转向节12的下侧部16的区域中，转向节12本身或者连接至转向节12的外壳28连接至横向连杆17，转向节12或外壳28通过该横向连杆17铰接在车辆底盘(未示出)上。

同样可行且可能的是使用双叉骨车轮悬挂作为麦弗逊悬挂支柱的替代物。

单轮转向装置的形成部分是包括蜗轮18和蜗杆19的蜗杆装置。蜗轮18的蜗轮轴线与枢转轴线15重合。蜗轮18还在旋转方向上固定至转向节12，使得蜗轮18的旋转引起转向节12和车轮2进行对应的旋转。

蜗轮18采用蜗轮部段的形式。如从图4可以最佳看出的，蜗轮18在略大于180°的圆周范围延伸。省略了落在该圆周范围之外的蜗轮部分以节省重量和整体空间。

与蜗轮18啮合的是蜗杆19，该蜗杆19又通过铰接轴形式的转向驱动轴20连接至布置在车辆底盘(未示出)上的电动马达9。电动马达9用于使转向驱动轴20旋转，从而使蜗杆19绕其蜗杆轴线21旋转。旋转的蜗杆19使蜗轮18绕枢转轴线15转动，并且因此使转向节12和安装在转向节上的车轮2绕枢转轴线15旋转。在图3至图6中仅可以看到车轮2的半轴22。

通过蜗轮18的给定的设计，车轮2因此可以从其在机动车辆的直线驾驶中的中性位置旋转-70°至+90°的转向角。该旋转范围显著地大于使用拉杆的转向装置的最大旋转范围。

为了通过旋转蜗轮18上的蜗杆19来产生转向车轮转矩，必需维持在蜗杆19上产生的反转矩。蜗杆19因此不会与蜗轮18一起绕枢转轴线15旋转，而是相对于枢转轴线15保持在固定的位置。

转向车轮2通过车轮驱动轴23驱动，该车轮驱动轴23由车辆发动机(未示出)借助于变速器(未示出)驱动，并且该车轮驱动轴23采用铰接轴的形式，以补偿在车轮2和转向节12沿枢转轴线15的方向压缩期间发生的弹簧动程。为了允许车轮2绕枢转轴线15进行大范围的旋转，用于传递驱动转矩的双锥齿轮系24、25、26、27可操作地布置在车轮驱动轴23与从动车轮半轴22之间。

双锥齿轮系包括上锥齿轮25和下锥齿轮26，上锥齿轮25和下锥齿轮26在旋转方向上彼此固定但是能够可旋转地支撑在转向节12上。车轮驱动轴23连接至内锥齿轮24，该内锥齿轮24与上锥齿轮25啮合。从动车轮半轴22连接至外锥齿轮27，该外锥齿轮27与下锥齿轮26啮合。驱动转矩因此经由车轮驱动轴23传递至内锥齿轮24并且由此传递至上锥齿轮25，该上锥齿轮25在旋转方向上固定至下锥齿轮26，从而使驱动转矩经由下锥齿轮26传递至外锥齿轮27，该外锥齿轮27在旋转方向上固定至车轮半轴22，使得驱动转矩最终传递至车轮2。

使上锥齿轮25和下锥齿轮26与枢转轴线15同轴地布置允许转向节12绕枢转轴线15在宽的旋转范围内旋转，其中外锥齿轮27在下锥齿轮26上滚动并且更靠近内锥齿轮24。以这种方式，沿每个方向的旋转角可以高达90°，其中即使在这种极限的旋转角的情况下，驱动转矩仍然可以经由双锥齿轮系24、25、26、27而从驱动轴23传递至车轮半轴22。

为了使锥齿轮系的锥齿轮24至锥齿轮27相对于彼此固定在它们的正确位置，设置了支撑锥齿轮24至锥齿轮27和蜗杆19并且不能与转向节12一起旋转的外壳28。外壳28还吸收发生在蜗杆19上的转矩。转向节12能够绕枢转轴线15相对于外壳28旋转。另一方面，在车轮2沿枢转轴线15的方向的压缩作用下，外壳28与转向节12一起移动，从而贡献了非簧载质量。横向连杆17铰接在外壳28的下侧部上。枢转点29可以在图3中看到。

因此，本发明创造了用于从动及转向车轮2的车轮悬挂装置1，其具有非常紧凑且简单的构造，并且允许车轮2相对于在机动车辆直线驾驶中的中性位置从70°至90°的非常大的旋转范围。

附图标记清单

1 车轮悬挂装置

2 车轮

3 方向盘

4 传感器单元

5 控制单元ECU

6 转向轴

7 信号线

8 控制线

9 转向马达

10 转向车轮转矩传感器

11 信号线

12 转向节

13 上侧部

14 悬挂支柱

15 枢转轴线

16 下侧部

17 横向连杆

18 蜗轮

19 蜗杆

20 转向驱动轴

21 蜗杆轴线

22 车轮半轴

23 车轮驱动轴

24 内锥齿轮

25 上锥齿轮

26 下锥齿轮

27 外锥齿轮

28 外壳

29 枢转点

Claims (7)

1.一种车轮悬挂装置，所述车轮悬挂装置具有用于带有转向车轮驱动的机动车辆的单轮转向装置，所述车轮悬挂装置具有弹簧悬挂在车辆底盘上用于可旋转地支撑车轮(2)的转向节(12)，其中，所述转向节(12)能够通过所述单轮转向装置绕枢转轴线(15)枢转，其特征在于，所述单轮转向装置包括蜗杆装置(18、19)，所述蜗杆装置(18、19)具有蜗轮(18)，所述蜗轮(18)在旋转方向上固定至所述转向节(12)并且与所述枢转轴线(15)同轴地布置，并且所述蜗轮(18)与蜗杆(19)啮合，所述蜗轮(18)能够借助于所述蜗杆(19)绕所述枢转轴线(15)转动，并且所述蜗杆(19)能够由布置在所述车辆底盘上的转向马达(9)通过铰接轴形式的转向驱动轴(20)驱动。

2.根据权利要求1所述的车轮悬挂装置，其特征在于，所述蜗轮(18)采用蜗轮部段的形式。

3.根据权利要求2所述的车轮悬挂装置，其特征在于，蜗轮部段形式的所述蜗轮(18)在180o与270o之间的圆周范围延伸。

4.根据前述权利要求中的一项所述的车轮悬挂装置，其特征在于，所述转向车轮(2)联接至驱动器，其中，所述驱动器通过铰接轴形式的车轮驱动轴(23)设置，其中，双锥齿轮系(24、25、26、27)可操作地布置在所述车轮驱动轴(23)与所述车轮(2)的从动车轮半轴(22)之间。

5.根据权利要求4所述的车轮悬挂装置，其特征在于，所述双锥齿轮系(24、25、26、27)包括两个锥齿轮(25、26)，所述两个锥齿轮(25、26)彼此在旋转方向上固定并且与所述枢转轴线(15)同轴地可旋转支撑在所述转向节(12)上，其中，上锥齿轮(25)与在旋转方向上固定至所述车轮驱动轴(23)的内锥齿轮(24)啮合，并且下锥齿轮(26)与在旋转方向上固定至所述从动车轮半轴(22)的外锥齿轮(27)啮合，使得驱动转矩能够从所述车轮驱动轴(23)经由所述内锥齿轮(24)传递至所述上锥齿轮(25)，并且从所述上锥齿轮(25)传递至所述下锥齿轮(26)并且从所述下锥齿轮(26)传递至所述外锥齿轮(27)和所述车轮半轴(22)。

6.根据权利要求4或5所述的车轮悬挂装置，其特征在于，所述锥齿轮系(24、25、26、27)和所述蜗杆(19)布置在外壳(28)中，所述外壳(28)不能相对于所述枢转轴线(15)枢转，并且所述外壳(28)沿所述枢转轴线(15)的方向与所述转向节(12)弹簧悬挂。

7.根据权利要求6所述的车轮悬挂装置，其特征在于，所述外壳(28)在其下侧部通过横向连杆(17)铰接在所述车辆底盘上。