CN111017019B - 转向拉杆组件、独立转向装置和控制车辆独立转向的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种转向拉杆组件，包括：转向拉杆；第一横拉杆和第二横拉杆，第一横拉杆和第二横拉杆套接至转向拉杆中，并且第一横拉杆和第二横拉杆分别从转向拉杆的两端向转向拉杆的中间延伸；以及横拉杆传动组件，横拉杆传动组件连接至转向拉杆；其中，横拉杆传动组件驱动转向拉杆围绕转向拉杆的轴心线转动，以使第一横拉杆和第二横拉杆分别相对于转向拉杆缩回或伸出。本发明还提供了一种独立转向装置和一种控制车辆独立转向的方法。本发明的目的在于将横拉杆配置成可相对于转向拉杆伸出或者缩回，以使车辆实现灵活转向。

Description

转向拉杆组件、独立转向装置和控制车辆独立转向的方法

技术领域

本发明涉及车辆领域，具体来说，涉及一种转向拉杆组件、独立转向装置和控制车辆独立转向的方法。

背景技术

转向拉杆组件(包括转向拉杆)是车辆转向系统的主要零件，它直接影响车辆操纵的稳定性、运行的安全性和轮胎的使用寿命。现有的车辆转向机构中，转向拉杆都是单纯的一根杆，即转向拉杆的长度是不可调节的。

传统汽车的转向系统一般采用四连杆机构，这种转向方式原理简单，技术成熟。但这一驱动模式下转向拉杆长度无法调节，车轮无法实现独立转向。并且传统机械控制传动存在车辆在通过狭窄急弯或平行泊车时灵活性不高，传动效率低、机械连接结构不稳定性等问题。

而且由于转向拉杆组件的长度不可调节，在车辆转向时，前轮中有一轮与地面总存在横向滑行移动，所以轮胎与地面间会产生较大的滑动摩擦力。该滑动摩擦力不仅导致轮胎磨损，还增大了车辆的牵引力和车辆的功耗，更使得轮胎的使用寿命减短。

发明内容

针对相关技术中存在的问题，本发明的目的在于将横拉杆配置成可相对于转向拉杆伸出或者缩回，以使车辆实现灵活转向。

为实现上述目的，本发明一方面提供了一种转向拉杆组件，包括：转向拉杆；第一横拉杆和第二横拉杆，第一横拉杆和第二横拉杆套接至转向拉杆中，并且第一横拉杆和第二横拉杆分别从转向拉杆的两端向转向拉杆的中间延伸；以及横拉杆传动组件，横拉杆传动组件连接至转向拉杆；其中，横拉杆传动组件驱动转向拉杆围绕转向拉杆的轴心线转动，以使第一横拉杆和第二横拉杆分别相对于转向拉杆缩回或伸出。

在本发明的一个实施例中，第一横拉杆和第二横拉杆分别螺纹连接至转向拉杆，并且第一横拉杆、第二横拉杆和转向拉杆布置为轴心线共线。

在本发明的一个实施例中，横拉杆传动组件包括：滑键套，滑键套沿转向拉杆的轴心线方向套装并固定在转向拉杆上，并且滑键套具有沿转向拉杆的轴心线方向设置的滑键槽；滑键，滑键与蜗轮配合连接，并且滑键设置在滑键槽中；蜗轮，蜗轮沿转向拉杆的轴心线方向套装在滑键套上；以及蜗杆，蜗杆啮合至蜗轮；其中，被蜗杆驱动的蜗轮带动转向拉杆围绕转向拉杆的轴心线转动；并且，基于滑键和滑键槽的配合，转向拉杆可相对于滑键在转向拉杆的轴心线方向移动。

本发明另一方面提供了一种独立转向装置，其特征在于，包括：转向模块，包括转向拉杆和转向拉杆传动组件；以及调节模块，包括第一横拉杆、第二横拉杆和横拉杆传动组件，第一横拉杆和第二横拉杆套接至转向拉杆，并且第一横拉杆和第二横拉杆分别从转向拉杆的两端向转向拉杆的中间延伸；其中，转向拉杆传动组件驱动转向拉杆，以使转向拉杆沿着转向拉杆的轴心线方向移动；以及横拉杆传动组件驱动转向拉杆围绕转向拉杆的轴心线转动，以使得第一横拉杆和第二横拉杆分别相对于转向拉杆伸出或者缩回。

在本发明的一个实施例中，应用于独立悬架，转向拉杆传动组件包括：齿条，齿条沿转向拉杆的轴心线方向套装并固定在转向拉杆上；以及齿轮，齿轮啮合至齿条；其中，被齿轮驱动的齿条带动转向拉杆沿着转向拉杆的轴心线方向移动。

在本发明的一个应用于非独立悬架的实施例中，转向拉杆传动组件包括包括转向摇臂、转向直拉杆、转向节臂、梯形臂以及连杆；其中，被转向摇臂驱动的转向直拉杆通过转向节臂、梯形臂以及连杆连接至所述转向拉杆，以带动所述转向拉杆沿着所述转向拉杆的轴心线方向移动。

本发明又一方面提供了一种控制车辆独立转向的方法，包括：步骤一：控制车辆的转向拉杆沿着转向拉杆的轴心线移动，以使得车辆转向；以及步骤二：控制车辆的第一横拉杆和第二横拉杆沿着转向拉杆的轴心线分别相对于转向拉杆伸出或者缩回，以调节车辆转向。

在本发明的一个实施例中，还包括：预先建立调节关系标定表并储存到控制模块中，其中在调节关系标定表中，决定第一横拉杆和第二横拉杆的调节量的变量包括：车轮转速、车轮转向角和车轮振动幅度；步骤二包括：至少根据车轮转速、车轮转向角和车轮振动幅度的数据，控制模块在调节关系标定表中选择调节量的最佳值；以及控制模块通过控制横拉杆传动组件来驱动转向拉杆围绕转向拉杆的轴心线转动，以使得第一横拉杆和第二横拉杆按照调节量的最佳值分别相对于转向拉杆缩回或伸出；其中，车辆的传感器模块向控制模块至少提供车轮转速、车轮转向角和车轮振动幅度的数据。

在本发明的一个应用于非独立悬架的实施例中，所述步骤一包括：控制转向摇臂运动，使得转向摇臂的运动经由转向直拉杆、转向节臂、梯形臂以及连杆传递至转向拉杆，以使得转向拉杆沿自身轴心线移动。

在本发明的一个应用于独立悬架的实施例中，所述步骤一包括：控制齿轮运动，以使得被齿轮驱动的齿条带动转向拉杆沿着转向拉杆的轴心线方向移动。

本发明的有益技术效果在于：

第一横拉杆和第二横拉杆可分别相对于转向拉杆伸出或者缩回，能够有助于实现独立转向，也使得车辆在经历各种工况时(例如通过狭窄急弯、进行平行泊车时)具有较高的灵活性，从而增加车辆的操纵稳定性与可靠性。

附图说明

图1a和图1b是本发明的转向拉杆组件应用于独立悬架系统车辆后一个实施例的示意图，其中图1a和图1b示出了转向拉杆在移动过程中的两个位置；

图2a和图2b是本发明的转向拉杆组件应用于独立悬架系统车辆后一个实施例的示意图，其中图2a和图2b示出了第一和第二横拉杆分别在移动过程中的两个位置；

图3a和图3b是本发明的转向拉杆组件应用于非独立悬架系统车辆后一个实施例的示意图，其中图3a和图3b示出了转向拉杆在移动过程中的两个位置；

图4a和图4b是本发明的转向拉杆组件应用于非独立悬架系统车辆后一个实施例的示意图，其中图4a和图4b示出了第一和第二横拉杆分别在移动过程中的两个位置；

图5是本发明的转向拉杆组件一个实施例的侧视图示意图；

图6a是本发明的滑键、滑键套和蜗轮的装配示意图；

图6b是本发明的滑键和滑键套装配完毕的侧视图示意图；

图7a是本发明的蜗轮和蜗杆的装配示意图；

图7b是蜗轮和蜗杆装配完毕的侧视图示意图；

图8是本发明的第一横拉杆、第二横拉杆和横拉杆套的装配示意图；

图9是本发明的齿轮和齿条的装配示意图；

图10a是一种独立悬架系统车辆的示意图，其中该独立悬架系统车辆安装有本发明的转向拉杆组件；

图10b是安装有本发明的转向拉杆组件的独立悬架系统车辆的变化状态图；

图10c是现有技术的非独立悬架系统车辆的示意图；

图11a是现有独立悬架系统车辆的独立转向特性的曲线图；

图11b是本发明的转向拉杆组件应用于独立悬架系统车辆后一个实施例的独立转向特性的曲线图；

图11c是本发明的转向拉杆组件应用于独立悬架系统车辆后另一个实施例的独立转向特性的曲线图；

图11d是本发明的转向拉杆组件应用于独立悬架系统车辆后又一个实施例的独立转向特性的曲线图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅用于解释相关内容，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分。

在以下实施例以及附图中，转向拉杆20的移动量x表示：转向拉杆20沿着其轴心线的方向向左或者向右移动的距离；其中向左移动为负值，向右移动为正值，车辆回正时转向拉杆20位于初始位置并且移动量x为0(即转向拉杆20不沿着其轴心线的方向发生移动)。横拉杆的调节量y表示：第一横拉杆30和第二横拉杆31相对于转向拉杆20伸出或者缩回的长度之和，其中第一横拉杆30和第二横拉杆31相对于转向拉杆20伸出时为正值，第一横拉杆30和第二横拉杆31相对于转向拉杆20缩回时为负值；车辆回正时第一横拉杆30和第二横拉杆31处于初始位置并且调节量y为0(即第一横拉杆30和第二横拉杆31未伸出或缩回)，并且此时第一横拉杆30和第二横拉杆31具有初始间距y₀；当第一横拉杆30和第二横拉杆31相对于转向拉杆20伸出或者缩回时，第一横拉杆30和第二横拉杆31间距为y+y₀。

如图1a至图5所示，本发明提供了一种转向拉杆组件10，包括：转向拉杆20、第一横拉杆30和第二横拉杆31、横拉杆传动组件。其中，第一横拉杆30和第二横拉杆31套接至转向拉杆20中，并且第一横拉杆30和第二横拉杆31分别从转向拉杆20的两端向转向拉杆20的中间延伸，即，如图1a和图1b所示，第一横拉杆30从转向拉杆20的左端套接，第二横拉杆31从转向拉杆20的右端套接，并且第一横拉杆30和第二横拉杆31均部分位于转向拉杆20内，部分位于转向拉杆20外。

横拉杆传动组件连接至转向拉杆20。并且横拉杆传动组件驱动转向拉杆20围绕转向拉杆20的轴心线转动，以使第一横拉杆30和第二横拉杆31分别相对于转向拉杆20缩回或伸出。该转向拉杆组件10不仅结构简单，还增加车辆的操作稳定性和可靠性。

在本实施例中，转向拉杆20可以配置成圆管状结构；相应的，第一横拉杆30和第二横拉杆31设置成柱状结构，并且套接在转向拉杆20中。当然，转向拉杆20、第一横拉杆30和第二横拉杆31也可以设置成其他形状，在此不受限制。而且第一横拉杆30和第二横拉杆31分别从转向拉杆20的两端向转向拉杆20的中间延伸，使得第一横拉杆30和第二横拉杆31可以分别相对于转向拉杆20伸出或者缩回。在一些其他实施例中，当第一横拉杆30相对于转向拉杆20伸出时，第二横拉杆31可以相对于转向拉杆20伸出、缩回或相对静止；当第一横拉杆30相对于转向拉杆20缩回时，第二横拉杆31可以相对于转向拉杆20伸出、缩回或相对静止；当第一横拉杆30相对于转向拉杆20静止时，第二横拉杆31可以相对于转向拉杆20伸出、缩回或相对静止。因此，转向拉杆组件10能够适应于各种车辆和各种工况。当然，在图2a、图2b和图4a、图4b中，第一横拉杆30和第二横拉杆31可以分别相对于转向拉杆20向左和向右移动。

在本实施例中，横拉杆传动组件可以是液压装置，也可以蜗轮蜗杆机构。也就是说，只要可以驱动转向拉杆20围绕转向拉杆20的轴心线转动，横拉杆传动组件的类型或者结构并不受到限制。当然，可以由电机来驱动该横拉杆传动组件。

在本实施例中，第一横拉杆30和第二横拉杆31可以具有一致或者不一致的长度。即，第一横拉杆30和第二横拉杆31的长度可以根据车辆的设计需要灵活设置。因此转向拉杆组件10可以适用于各种车型。

在本实施中，第一横拉杆30和第二横拉杆31可以通过多种方式与转向拉杆20实现动配合。例如，在一些实施例中，第一横拉杆30和第二横拉杆31可以螺纹连接至转向拉杆20。

在本实施例以及其他多个实施例中，转向拉杆20是笔直的空心管状结构，所以转向拉杆20只有一条沿着转向拉杆20轴线延伸的轴心线。当然，在其他的实施例中，转向拉杆20可以是“Z”字形结构，即转向拉杆20的两端平行但是不共线。也就是说，转向拉杆20的具体形状不受本发明的实施例的限制，只要有利于本发明的实现，转向拉杆20可以设置成任何结构。因此转向拉杆组件10可以适用于各种车型的结构。

如图5至图7b所示，在本发明的一个实施例中，横拉杆传动组件包括：滑键套41，滑键套41沿转向拉杆20的轴心线方向套装并固定在转向拉杆20上，并且滑键套41具有沿转向拉杆20的轴心线方向设置的滑键槽411；滑键42，滑键42与蜗轮43配合连接，并且滑键42设置在滑键槽411中；蜗轮43，蜗轮43沿转向拉杆20的轴心线方向套装在滑键套41上；蜗杆44，蜗杆44啮合至蜗轮43；其中，被蜗杆44驱动的蜗轮43带动转向拉杆20围绕转向拉杆20的轴心线转动；并且基于滑键42和滑键槽411的配合，转向拉杆20可相对于滑键42在转向拉杆20的轴心线方向移动。显然，本发明的横拉杆传动组件结构简单，技术可靠，可以广泛应用于车辆领域。

如图5所示，蜗轮43设置有容纳滑键42的滑槽421(即在蜗轮43上开设的容纳滑键42的槽)，如图6所示，在与转向拉杆42平行的方向上，滑键42的长度大于蜗轮43的长度。滑键42和蜗轮43的滑槽可以通过过盈配合实现紧固连接。

在本实施例中，如图6a和图7a所示，滑键套41正对蜗轮43和蜗杆44，并且(沿转向拉杆20的轴心线方向)滑键套41的长度小于转向拉杆20的长度。

在本实施例中，滑键套41可以通过多种方式套装并固定在转向拉杆20上，例如焊接、铆接或者过盈配合等。

在本实施例中，如图6a所示，(沿转向拉杆20的轴心线方向)滑键槽411的长度小于滑键套41的长度。当然，由于蜗轮43和滑键42不会沿着转向拉杆20的轴心线方向移动，将滑键42的长度设置成小于滑键槽411的长度，以允许转向拉杆20沿着其轴心线的方向移动。当然，在本实施例中，滑键槽411的长度所在方向和滑键套41的长度所在方向与转向拉杆20的轴心线方向一致。

在本实施例中，可以通过控制滑键槽411的长度来控制转向拉杆20沿其轴心线方向移动的距离；也可以通过控制滑键42的长度来控制转向拉杆20沿其轴心线方向移动的距离；还可以通过同时控制滑键槽411的长度和滑键42的长度来控制转向拉杆20沿其轴心线方向移动的距离。具体来说，如果滑键42的长度是固定的，滑键槽411的长度越大，转向拉杆20沿其轴心线方向移动的距离可以相应的变大；如果滑键槽411的长度是固定的，滑键42的长度越小，转向拉杆20沿其轴心线方向移动的距离可以相应的变大。当然，需要说明的是，转向拉杆20沿其轴心线方向移动的距离还可以受到其他组件的影响，例如转向拉杆传动组件。该方案增加了转向拉杆20的控制方式，使得转向拉杆组件10的性能更好。

在本实施例中，如图5所示，滑键槽411设置至少一个，即可以是1个、2个、3个、4个或者更多个。当然，滑键42的数量与滑键槽411的数量一致。当然，在其他实施例中，当滑键槽411设置2个以上时，滑键42的数量可以是1个，也可以是少于滑键槽411的数量但是大于1个。另外，在本实施例中，当设置2个以上的滑键槽411时，滑键槽411可以围绕滑键套41均匀的设置(即，在滑键套41的圆周表面上，相邻滑键槽411之间的距离相同)，有助于使得转向拉杆20的受力均衡；滑键槽411也可以围绕滑键套41不均匀的设计(即，在滑键套41的圆周表面上，相邻滑键槽411之间的距离不相同)，有助于转向拉杆组件10适用于不同结构的车辆。

在本实施例中，蜗杆44可以由电机驱动，并且蜗杆44驱动蜗轮43围绕转向拉杆20的轴心线转动。由于固接至蜗轮43上的滑键42设置在滑键槽411中，并且滑键42受到滑键槽411的限制(例如，周向限制)，使得滑键42不能相对于转向拉杆20独立转动。所以，蜗轮43和滑键42会通过带动固定连接至滑键套41的转向拉杆20一起围绕着转向拉杆20的轴心线转动，以使得第一横拉杆30和第二横拉杆31分别相对于转向拉杆20伸出或者缩回。

本实施例中，转向拉杆20顺时针旋转，第一横拉杆30和第二横拉杆31可以分别相对于转向拉杆20伸出；转向拉杆20逆时针旋转，第一横拉杆30和第二横拉杆31可以分别相对于转向拉杆20缩回。当然，在其他实施例中，反之亦可。

在本实施例中，转向拉杆20的转动圈数受到蜗杆44的转动圈数的控制。也就是说，操作者可通过控制蜗杆44的转动圈数来控制转向拉杆20的转动圈数，进而控制第一横拉杆30和第二横拉杆31分别伸出或者缩进的长度，或者控制调节量y，或者控制第一横拉杆30和第二横拉杆31的间距y+y₀。

在本发明的一个实施例中，第一横拉杆30和第二横拉杆31分别螺纹连接至转向拉杆20，并且第一横拉杆30、第二横拉杆31和转向拉杆20布置为轴心线共线。该方案的结构简单，并且方便加工制造。

在本实施例中，上述横拉杆的螺纹是梯形螺纹。在其他实施例中，螺纹可以是矩形螺纹、锯齿形螺纹等。

在本实施例中，上述横拉杆和转向拉杆20之间还可以设置有滚珠。也就是说，上述横拉杆与转向拉杆20可以配置成类似于滚珠丝杠的结构。该结构使得第一横拉30杆和第二横拉杆31的移动更加顺畅，还有助于延长转向拉杆组件10的使用寿命。

在其他实施例中，第一横拉杆30、第二横拉杆31和转向拉杆20可以布置为轴心线不共线。

如8所示，在本发明一个实施例中，转向拉杆20包括横拉杆套22，横拉杆套22沿转向拉杆20轴心线方向套接并固定至转向拉杆20中；其中第一横拉杆30和第二横拉杆31分别螺纹连接至横拉杆套22。

在本实施例中，第一横拉杆30和第二横拉杆31没有直接连接至转向拉杆20，而是通过横拉杆套22连接至转向拉杆20。因此，可以根据车辆的实际使用情况，采用不同的材料制造横拉杆套22和转向拉杆20。例如，针对横拉杆套22易出现磨损的情况，选择一些耐磨损材料来增加横拉杆套22的强度和硬度，以延长横拉杆套22的使用寿命；而转向拉杆20通常需要与横拉杆传动组件和转向拉杆传动组件连接，则可以选择易加工的材料制造，以方便增设一些连接件以及降低制造成本。

在本实施例中，转向拉杆20设置成管状结构，横拉杆套22也设置成管状结构，并且横拉杆套22套装或者套接在转向拉杆20中。并且转向拉杆20和横拉杆套22可以通过焊接、铆接、螺栓连接等方式固定连接。在一些实施例中，转向拉杆20和横拉杆套22可以是可拆卸的连接。例如，当横拉杆套22需要更换时，可以不用更换转向拉杆20，只需要更换横拉杆套22即可。而在另一些实施例中，当转向拉杆20需要更换时，可以不用更换横拉杆套22，只需要更换转向拉杆20即可。

在本实施例中，上述横拉杆的螺纹是梯形螺纹。在其他实施例中，横拉杆套22内壁的螺纹可以是矩形螺纹、锯齿形螺纹等。

在本实施例中，上述横拉杆和横拉杆套22之间还可以设置有滚珠。也就是说，上述横拉杆与横拉杆套22可以配置成类似于滚珠丝杠的结构。该结构使得第一横拉30杆和第二横拉杆31的移动更加顺畅，还有助于延长转向拉杆组件10的使用寿命。

在本实施例中，横拉杆套22的长度等于转向拉杆20的长度。在其他实施例中，横拉杆套22的长度可以小于或者大于转向拉杆20的长度。

如图1a至图4b所示，本发明还提供了一种车辆转向装置，包括：转向模块，包括转向拉杆20和转向拉杆传动组件；调节模块，包括第一横拉杆30、第二横拉杆31和横拉杆传动组件，第一横拉杆30和第二横拉杆31套接至转向拉杆20，并且第一横拉杆30和第二横拉杆31分别从转向拉杆20的两端向转向拉杆20的中间延伸；其中，转向拉杆传动组件驱动转向拉杆20，以使转向拉杆20沿着转向拉杆20的轴心线方向移动；横拉杆传动组件驱动转向拉杆20围绕转向拉杆20的轴心线转动，以使得第一横拉杆30和第二横拉杆31分别相对于转向拉杆20伸出或者缩回。该车辆转向装置不仅结构简单，还增加车辆的操作稳定性和可靠性。

在本实施例中，转向拉杆传动组件驱动转向拉杆20沿着转向拉杆20的轴心线方向移动(即实现移动量x的控制)，以实现车辆的转向。而通过控制调节模块的横拉杆传动组件，控制转向拉杆20围绕转向拉杆20的轴心线转动，以使得第一横拉杆30和第二横拉杆31相对于转向拉杆20伸出或者缩回，即实现调节量y的控制。

如图1a至图2b所示，在本发明的一个实施例中，转向拉杆组件10还包括转向拉杆传动组件，并且转向拉杆传动组件包括：齿条51，齿条51沿转向拉杆20的轴心线方向套装并固定在转向拉杆20上；齿轮52，齿轮52啮合至齿条51。其中，被齿轮52驱动的齿条51带动转向拉杆20沿着转向拉杆20的轴心线方向移动，以使得车辆向左或者向右转弯。当然，本实施例可以应用于独立悬架系统车辆，结合图1a和图1b和图10a，本申请的转向拉杆组件10的转向拉杆20、第一横拉杆30以及第二横拉杆31组成中间承力连杆21，中间承力连杆21通过第一连杆23、梯形臂25以及转向节臂27与车辆车轮29相连。车辆的转向方向盘可以驱动所述齿条51和齿轮52，以使得中间承力连杆21的转向拉杆20移动。以下结合图1a至图2b对本实施例的转向拉杆20的移动方式进行说明：

(1)图1a和图1b示出了转向拉杆20基于齿轮52的驱动向左移动(移动的距离为移动量x)。而且图1a示出了：转向拉杆20处于一个初始位置；图1b示出了：在被齿轮52驱动的过程中，转向拉杆20处于另一个相对于上图向左的位置，并且转向拉杆20向左移动了移动量x；

(2)图2a和图2b示出了第一横拉杆30和第二横拉杆31基于横拉杆传动组件的驱动分别向外伸出。而且图2a示出了：第一横拉杆30和第二横拉杆31处于初始位置，并且二者最初的间距为初始间距y₀；图2b示出了：在被横拉杆传动组件驱动后，第一横拉杆30和第二横拉杆31相对于转向拉杆20分别向外伸出，并且二者的实际间距为间距y₀+y。

在本发明的一个实施例中，本申请的转向拉杆传动组件10可以应用于非独立悬架系统车辆。图10c示出了现有的非独立悬架系统。结合图3a和图3b和图10c，本申请的转向拉杆组件10的转向拉杆20、第一横拉杆30以及第二横拉杆31组成中间承力连杆21，中间承力连杆21可以直接连接车辆的车轮29。换句话说，中间承力连杆21可以替换现有的非独立悬架系统的车轮29之间的连杆。也就是说，图3a至图4b的第一横拉杆30和第二横拉杆31直接连接车辆两侧的车轮29。在应用于非独立悬架系统车辆的实施例中，转向拉杆传动组件10可以包括与车辆转向盘33连接的转向器35、转向摇臂37、转向直拉杆38、第二转向节臂36、第二梯形臂34以及第二连杆39。在本实施例中，转向直拉杆38一端与转向摇臂37连接，另一端与第二转向节臂36连接。转向摇臂37可以驱动转向直拉杆38运动，转向直拉杆38的运动又会通过第二转向节臂36、第二梯形臂34以及第二连杆39带动中间承力连杆21的转向拉杆20沿着转向拉杆20的轴心线方向移动，以使得车辆向左或者向右转弯。以下结合图3a至图4b对本实施例的转向拉杆20的移动方式进行说明：

(1)图3a和图3b示出了转向拉杆20基于齿轮52的驱动向左移动(移动的距离为移动量x)。而且图3a示出了：转向拉杆20处于一个初始位置；图3b示出了：转向拉杆20处于另一个相对于上图向右的位置，并且转向拉杆20向右移动了移动量x；

(2)图4a和图4b示出了第一横拉杆30和第二横拉杆31基于横拉杆传动组件的驱动分别向外伸出。而且图4a示出了：第一横拉杆30和第二横拉杆31处于初始位置，并且二者最初的间距为初始间距y₀；图4b示出了：在被横拉杆传动组件驱动后，第一横拉杆30和第二横拉杆31相对于转向拉杆20分别向外伸出，并且二者的实际间距为间距y₀+y。

在本发明的实施例中，还包括：控制模块(未示出)，控制模块通过控制横拉杆传动组件，以调节第一横拉杆30和第二横拉杆31相对于转向拉杆20缩回或者伸出的长度，或者控制调节量y；传感器模块(未示出)，传感器模块与控制模块连接，以向控制模块至少提供车轮转速、车轮转向角和车轮振动幅度的数据。

在本实施例中，传感器模块可以包括各种传感器，例如温度传感器、光敏传感器、速度传感器、振动传感器等。当然，上述传感器可以分布在车辆的任何位置以获取至少车轮转速、车轮转向角和车轮振动幅度的数据。并且传感器模块将收集到的数据发送给控制模块。

在本实施例中，控制模块经过分析车轮转速、车轮转向角和车轮振动幅度等数据，确定第一横拉杆30和第二横拉杆31需要分别相对于转向拉杆20伸出或者缩回的长度。当然，在本实施例中，控制模块通过控制横拉杆传动组件的蜗杆44的旋转圈数，进而实现对转向拉杆20转动圈数的控制，最终完成对第一横拉杆30和第二横拉杆31伸出或者缩回长度的控制。

当然，在其他实施例中，控制模块还可以通过外界环境的光照情况、道路路况、与相邻车辆的车距、乘客数量等各种情况确定第一横拉杆30和第二横拉杆31应该相对于转向拉杆20伸出或者缩回的长度，即确定调节量y的最佳值。通过对多种情况的综合判断，控制模块对横拉杆传动组件的控制会更加准确。

本发明还提供了一种控制车辆独立转向的方法，该方法包括：步骤一：预先建立调节关系标定表并储存到控制模块中；步骤二：控制车辆的转向拉杆20沿着转向拉杆20的轴心线移动，以使得车辆转向；步骤三：控制车辆的第一横拉杆30和第二横拉杆31沿着转向拉杆20的轴心线分别相对于转向拉杆20伸出或者缩回，以调节车辆转向。该独立转向方法能够兼顾直线行驶的稳定性和转向特征。

对于步骤一，在本实施例中，由于车辆转速v，左车轮转向角α、右车轮转向角β，车轮振动幅度h等各因素都与调节量y相关，可预先制定一张调节关系标定表。即在该调节关系标定表中，在不同的车轮转速、左右车轮转向角和车轮振动幅度情况下，结合整车动力学，控制模块的整车控制模块(VCU)和/或控制模块的底盘控制模块(CCU)迅速做出分析以从调节关系标定中选择调节量y的最佳值，并且判断该如何控制横拉杆传动组件运动(即，判断如何调节两个横拉杆的移动，以实现控制调节量y)。然后控制模块通过控制横拉杆传动组件来驱动转向拉杆20围绕转向拉杆20的轴心线转动。例如，当转向不足时，可通过控制调节量y，增强转向特性；当转向过度时，可通过控制调节量y，即可减弱转向特性。该调节关系标定表使得控制模块可以针对各种工况实时调节，提高了驾驶的稳定性和安全性。

在本实施例中，调节量y还可以被多种其他数据所影响或决定，例如：外界温度数据、车间距数据、外界亮度数据、路况数据、车辆载重数据、车辆油量或者电量数据等，本发明不限于此。控制模块可以综合上述所有数据获得调节量y的最佳值；即数据越丰富，调节量y的取值越得到优化。

在本实施例中，还可以使用一个或者多个包含各种数据变量的函数关系式来代替上述调节关系标定表。例如，在调节车轮自动回正的实施例中，可以通过如下函数关系式控制调节量y：

y＝L₂cos(α₀-α₁)-L₂cos α₀＝L₂(cos α₀cos α₁+sin α₀sin α₁)-L₂cos α₀

在上述函数关系式中，如图10a和图10b所示，L₂是梯形臂25的长度，α₀是梯形臂25与转向节臂27的夹角，α₁是转向节臂27相对于水平位置的偏角(或者是车轮的偏角)。在本实施例中，可通过将α₀、α₁和L₂的值输入到上述函数关系式中获取调节量y的值。举例来说，当车辆在行驶过程中，角位移传感器监测到车轮29(或者梯形臂)存在一定的偏角α₁(在一个实施例中，驾驶员通过转向盘向中间转向连杆21的转向拉杆20输入x，使得车轮存在偏角α₁)，则位移传感器将偏角α₁的信号传递到控制模块，控制模块的整车控制模块(VCU)结合整车动力学，以及上述函数关系式来调控调节量y，即调控第一横拉杆30和第二横拉杆31应该相对于转向拉杆20伸出或者缩回的长度，使得车轮回正。

对于步骤二，在本实施例中，当非独立悬架转向系统的车辆在进行转向时，驾驶员根据传感器模块反馈的车轮转速和车轮转向角等数据，做出相应的判断来操纵方向盘。驾驶员对方向盘施加一个转向力矩，该转向力矩经过转向摇臂37和转向直拉杆38施加于中间承力连杆21的转向拉杆20，以控制转向拉杆20沿其轴心线移动，以实现对移动量x的控制。

对于步骤二，在本实施例中，当独立悬架转向系统车辆在进行转向时，驾驶员根据传感器模块反馈的车轮转速和车轮转向角等数据，做出相应的判断来操纵方向盘。驾驶员对方向盘施加一个转向力矩，该转向力矩经过转向操纵机构施加于中间承力转向连杆组，然后该中间承力连杆组驱动齿轮52和齿条51以控制转向拉杆20沿其轴心线方向移动，以实现对移动量x的控制。

对于步骤三，在本实施例中，控制模块会根据各种运行工况下传感器模块反馈的各种信号结合上述调节关系标定表，做出唯一的执行操作，以控制横拉杆传动组件运动，从而完成精准控制调节量y的值，最终实现独立转向。本实施例是以车辆加速转弯工况阐述调节量y与各影响因素之间的关系，但是车辆在运行过程中会存在各种运行工况，控制模块在集成于车辆之前会进行多种工况的标定，并结合控制模块自身的机器学习，总是可以做到精准的控制横拉杆传动组件的运动，以控制调节量y，从而实现独立转向。举例如下：

(1)驾驶员完成转向以后(即实现移动量x的控制)，控制模块根据传感模块反馈的车轮转速，车轮转向角，车轮振动幅度等信号，控制横拉杆传动组件运动，进而在一定范围内控制调节量y，从而实现在任何模式下前束动态可调(主要是前束角调节，包括车轮自动回正和车轮定位)，兼顾了直线行驶稳定性与转向特性；

(2)在高速行驶状态下，传感器模块监测到车速过快的信号，车轮易打滑，控制模块根据传感器模块反馈的信号，控制横拉杆传动组件运动，进而在一定范围内控制调节量y，从而实现平行转向特性或反阿克曼转向特性，降低滑移率；

(3)在漂移模式下，控制模块在一定范围内控制调节量y，实现平行转向特性，显著提高漂移性能。

本发明的转向拉杆组件10和独立转向装置结构简单，技术可靠，能实现车辆前束动态可调，兼顾直线行驶稳定性与转向特性。左右轮独立转向的同时依然保证了左右轮之间的机械连接，以及转向拉杆传动组件与其他转向操纵系统(例如中间承力连杆组、方向盘等)之间的机械连接，增加汽车的操纵稳定性与可靠性。而且在动态情况下，根据驾驶员输入的x，检测出左车轮的转向角α和右车轮的转向角β初始值并且计算得出调节量y，进而得到左车轮的转向角α和右车轮的转向角β的最终值。

下面结合图10a至图11c，以独立悬架转向系统的车辆为例，对现有技术和本发明的独立转向特性进行说明。需要说明的是，图11b至图11d的坐标图中，由于两根虚线之间(包括虚线)的区域具有如下含义：当在上述区域中取一个α值时，上述区域中会有多个β值可以与其对应；或者当在上述区域中取一个β值时，会有多个α值可以与其对应；即，在上述区域中，每一个α值对应一个范围内的β值，且每一个β值对应一个范围内的α值。也就是说，两根虚线之间(包括虚线)的区域可以表示左边车轮的转向角α和右边车轮的转向角β的自由控制范围。并且图中的实线表示：上述区域中的一个独立转向特性曲线。另外，左边车轮的转向角α是指左边梯形臂相对于其初始位置所偏转的角度，右边车轮的转向角β是指右边梯形臂相对于其初始位置所偏转的角度；而且梯形臂的初始位置指的是梯形臂在车轮回正时的所在位置。

如图10a所示，该独立悬架转向系统车辆应用了本发明的转向拉杆组件10或者独立转向装置，其中由转向拉杆20、第一横拉杆30以及第二横拉杆31组成的中间承力连杆21的长度为A＝525mm，两个车轮的主销中心距B＝1100mm，转向拉杆20与主销纵向距离C＝25mm，与中间承力连杆21连接的第一连杆23的长度L₁＝300mm，梯形臂25的长度L₂＝110mm，移动量x的数值的范围是[-60，60](单位：mm)，中间承力连杆21的长度A+y是一个动态值(即随调节量y动态变化)。

如图11a所示，传统的转向拉杆组件无法调节长度，左边车轮的转向角α和右边车轮的转向角β之间不存在自由控制范围。因此图11a中的曲线是一个单独的曲线。从计算结果可以得到，每一个α数值只对应曲线上一个β数值；或者说，每一个左边车轮的转向角α仅仅对应一个右边车轮的转向角β。

在方案一中，如图11b所示，设计第一横拉杆30和第二横拉杆31的调节量y的数值的取值范围为[-10，10](单位：mm)，获得独立转向特性的曲线。从计算结果可以得到，左边车轮的转向角α和右边车轮的转向角β之间存在10°—13°(含端值)的自由控制范围。

在方案二中，如图11c所示，设计第一横拉杆30和第二横拉杆31的调节量y的数值的取值范围为[-20，20](单位：mm)，获得独立转向特性的曲线。从计算结果可以得到，左边车轮的转向角α和右边车轮的转向角β之间存在20°—25°(含端值)的自由控制范围。

在方案三中，如图11d所示，设计第一横拉杆30和第二横拉杆31的调节量y的数值的取值范围为[-30，30](单位：mm)，获得独立转向特性的曲线。从计算结果可以得到，左边车轮的转向角α和右边车轮的转向角β之间存在30°—38°(含端值)的自由控制范围。

上述计算结果表明通过调节两个横拉杆伸出或者缩回的长度(即控制调节量y)能够实现左右车轮的独立转向，即在左边车轮的转向角α给定的情况下，右边车轮的转向角β有较大的自由控制范围。本申请的左边车轮的转向角α和右边车轮的转向角β并非是传统的一一对应的关系，而是二者之间具有一定的自由控制范围，使得本申请的车轮转向角可以通过转向拉杆组件10的中间承力连杆21的长度变化趋向于最佳值。

将本发明的独立转向装置配置到车辆中后，由于本发明的独立转向装置具有上述优势，在车辆进行原地转向时，完全理想的阿克曼转向特性将大幅降低转向阻力、轮胎噪声和轮胎损耗；在车辆高速行驶时，可实现平行转向特性或反阿克曼转向特性，降低滑移率；在车辆低速行驶时，可实现理想的阿克曼转向特性；在车辆处于漂移状态时，采用平行转向特性，可显著提高车辆漂移性能。

而且，基于上述优势，本发明在智能驾驶独立转向系统中具有广泛的应用前景。例如，当控制模块失效的情况下，车辆依然可以正常的直线行驶以及转向行驶，提高汽车驾驶安全性。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种转向拉杆组件，其特征在于，包括：

转向拉杆(20)；

第一横拉杆(30)和第二横拉杆(31)，所述第一横拉杆(30)和所述第二横拉杆(31)套接至所述转向拉杆(20)中，并且所述第一横拉杆(30)和所述第二横拉杆(31)分别从所述转向拉杆(20)的两端向所述转向拉杆(20)的中间延伸；以及

横拉杆传动组件，所述横拉杆传动组件连接至所述转向拉杆(20)；

其中，所述横拉杆传动组件驱动所述转向拉杆(20)围绕所述转向拉杆(20)的轴心线转动，以使所述第一横拉杆(30)和所述第二横拉杆(31)分别相对于所述转向拉杆(20)缩回或伸出，所述横拉杆传动组件包括：

滑键套(41)，所述滑键套(41)沿所述转向拉杆(20)的轴心线方向套装并固定在所述转向拉杆(20)上，并且所述滑键套(41)具有沿所述转向拉杆(20)的轴心线方向设置的滑键槽(411)；

滑键(42)，所述滑键(42)与蜗轮(43)配合连接，并且所述滑键(42)设置在所述滑键槽(411)中；

所述蜗轮(43)，所述蜗轮(43)套装在所述滑键套(41)上，并且所述蜗轮(43)与所述转向拉杆(20)的轴心线平行；以及

蜗杆(44)，所述蜗杆(44)啮合至所述蜗轮(43)；其中，被所述蜗杆(44)驱动的所述蜗轮(43)带动所述转向拉杆(20)围绕所述转向拉杆(20)的轴心线转动；

并且，基于所述滑键(42)和所述滑键槽(411)的配合，所述转向拉杆(20)可相对于所述滑键(42)在所述转向拉杆(20)的轴心线方向移动。

2.根据权利要求1所述的转向拉杆组件，其特征在于，所述第一横拉杆(30)和所述第二横拉杆(31)分别螺纹连接至所述转向拉杆(20)，并且所述第一横拉杆(30)、所述第二横拉杆(31)和所述转向拉杆(20)布置为轴心线共线。

3.一种独立转向装置，其特征在于，包括：

转向模块，包括转向拉杆(20)和转向拉杆传动组件；以及

调节模块，包括第一横拉杆(30)、第二横拉杆(31)和横拉杆传动组件，所述第一横拉杆(30)和所述第二横拉杆(31)套接至所述转向拉杆(20)，并且所述第一横拉杆(30)和所述第二横拉杆(31)分别从所述转向拉杆(20)的两端向所述转向拉杆(20)的中间延伸；

其中，所述转向拉杆传动组件驱动所述转向拉杆(20)，以使所述转向拉杆(20)沿着所述转向拉杆(20)的轴心线方向移动；以及

所述横拉杆传动组件驱动所述转向拉杆(20)围绕所述转向拉杆(20)的轴心线转动，以使得所述第一横拉杆(30)和所述第二横拉杆(31)分别相对于所述转向拉杆(20)伸出或者缩回，所述横拉杆传动组件包括：

滑键套(41)，所述滑键套(41)沿所述转向拉杆(20)的轴心线方向套装并固定在所述转向拉杆(20)上，并且所述滑键套(41)具有沿所述转向拉杆(20)的轴心线方向设置的滑键槽(411)；

滑键(42)，所述滑键(42)与蜗轮(43)配合连接，并且所述滑键(42)设置在所述滑键槽(411)中；

所述蜗轮(43)，所述蜗轮(43)套装在所述滑键套(41)上，并且所述蜗轮(43)与所述转向拉杆(20)的轴心线平行；以及

蜗杆(44)，所述蜗杆(44)啮合至所述蜗轮(43)；其中，被所述蜗杆(44)驱动的所述蜗轮(43)带动所述转向拉杆(20)围绕所述转向拉杆(20)的轴心线转动；

并且，基于所述滑键(42)和所述滑键槽(411)的配合，所述转向拉杆(20)可相对于所述滑键(42)在所述转向拉杆(20)的轴心线方向移动。

4.根据权利要求3所述的独立转向装置，应用于独立悬架，其特征在于，所述转向拉杆传动组件包括：

齿条(51)，所述齿条(51)沿所述转向拉杆(20)的轴心线方向套装并固定在所述转向拉杆(20)上；以及

齿轮(52)，所述齿轮(52)啮合至所述齿条(51)；

其中，被所述齿轮(52)驱动的所述齿条(51)带动所述转向拉杆(20)沿着所述转向拉杆(20)的轴心线方向移动。

5.根据权利要求3所述的独立转向装置，应用于非独立悬架，其特征在于，所述转向拉杆传动组件包括转向摇臂(37)、转向直拉杆(38)、转向节臂(36)、梯形臂(34)以及连杆(39)；其中，被转向摇臂(37)驱动的转向直拉杆(38)通过转向节臂(36)、梯形臂(34)以及连杆(39)连接至所述转向拉杆(20)，以带动所述转向拉杆(20)沿着所述转向拉杆(20)的轴心线方向移动。

6.一种控制车辆独立转向的方法，其特征在于，包括：

步骤一：控制车辆的转向拉杆(20)沿着所述转向拉杆(20)的轴心线移动，以使得车辆转向；以及

步骤二：控制车辆的第一横拉杆(30)和第二横拉杆(31)沿着所述转向拉杆(20)的轴心线分别相对于转向拉杆(20)伸出或者缩回，以调节所述车辆转向；

其中，横拉杆传动组件连接至所述转向拉杆(20)，所述横拉杆传动组件包括：

滑键套(41)，所述滑键套(41)沿所述转向拉杆(20)的轴心线方向套装并固定在所述转向拉杆(20)上，并且所述滑键套(41)具有沿所述转向拉杆(20)的轴心线方向设置的滑键槽(411)；

滑键(42)，所述滑键(42)与蜗轮(43)配合连接，并且所述滑键(42)设置在所述滑键槽(411)中；

所述蜗轮(43)，所述蜗轮(43)套装在所述滑键套(41)上，并且所述蜗轮(43)与所述转向拉杆(20)的轴心线平行；以及

蜗杆(44)，所述蜗杆(44)啮合至所述蜗轮(43)；其中，被所述蜗杆(44)驱动的所述蜗轮(43)带动所述转向拉杆(20)围绕所述转向拉杆(20)的轴心线转动；

并且，基于所述滑键(42)和所述滑键槽(411)的配合，所述转向拉杆(20)可相对于所述滑键(42)在所述转向拉杆(20)的轴心线方向移动。

7.根据权利要求6的控制车辆独立转向的方法，其特征在于，还包括：

预先建立调节关系标定表并储存到控制模块中，其中，在所述调节关系标定表中，决定所述第一横拉杆(30)和所述第二横拉杆(31)的调节量的变量包括：车轮转速、车轮转向角和车轮振动幅度；

所述步骤二包括：至少根据所述车轮转速、所述车轮转向角和所述车轮振动幅度的数据，所述控制模块在所述调节关系标定表中选择调节量的最佳值；以及

所述控制模块通过控制横拉杆传动组件来驱动所述转向拉杆(20)围绕所述转向拉杆(20)的轴心线转动，以使得所述第一横拉杆(30)和所述第二横拉杆(31)按照所述调节量的最佳值分别相对于所述转向拉杆(20)缩回或伸出；

其中，车辆的传感器模块向所述控制模块至少提供所述车轮转速、所述车轮转向角和所述车轮振动幅度的数据。

8.根据权利要求6的控制车辆独立转向的方法，应用于非独立悬架，其特征在于，所述步骤一包括：控制转向摇臂(37)运动，使得所述转向摇臂(37)的运动经由转向直拉杆(38)、转向节臂(36)、梯形臂(34)以及连杆(39)传递至所述转向拉杆(20)，以使得所述转向拉杆(20)沿自身轴心线移动。

9.根据权利要求6的控制车辆独立转向的方法，应用于独立悬架，其特征在于，所述步骤一包括：控制齿轮(52)运动，以使得被所述齿轮(52)驱动的齿条(51)带动所述转向拉杆(20)沿着所述转向拉杆(20)的轴心线方向移动。

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