CN112373557B - 一种后桥线控转向系统失效自回正装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种后桥线控转向系统失效自回正装置，该装置包括沿后桥转向器轴向布置的两个弹簧回正机构，所述的后桥转向器的壳体内部沿轴向贯穿设置有转向齿条，两个弹簧回正机构分别连接转向齿条的两个端部，并分别向转向齿条的两个端部提供沿后桥转向器轴向且方向相反的回复力，当转向齿条位于正中位置时，两个弹簧回正机提供的回复力平衡。与现有技术相比，本发明可实现车辆在一定速度下的后轮自回正功能；与现有液力回正方案、电机回正方案相比，该方案具有结构简洁、改装容易、提供转向系统容错性等优点。
Description
技术领域
本发明涉及汽车结构技术领域，尤其是涉及一种后桥线控转向系统失效自回正装置。
背景技术
与仅能前轮转向的汽车相比，具有后轮转向功能的车辆在低速行驶时前、后轮反向转动，拥有更高的灵活性；中高速行驶时，前、后轮同向转动，操稳性更好。但是当没有回正功能的后轮转向系统出现故障或者转向功能失效时，就会存在较大的安全隐患。现在，人们对汽车安全性和操稳性的要求越来越高，四轮转向车辆在后轮转向系统失效时能否回正直接影响到乘员的安全性和舒适性。
目前在一些具备后轮线控转向功能的汽车上较少配置有自回正系统，大多数通过丝杠螺母或蜗轮蜗杆等自锁结构来实现后轮线控转向系统的失效防护，但该方案带来的问题是，当后轮在转动一个较大角度的情况下失效时，自锁结构会将后轮锁止在该角度无法回正，在车辆继续行驶时，对整车的操稳性或直线行驶能力都有不利的影响。
一些其他类型的车轮回正方案被提出，如通过转向助力电机或扭簧等结构实现回正功能，但当后轮转向系统不配置有助力电机或转向器内部没有空间安装回正扭簧等结构时，上述方案就较难布置和实现。
因此，如何实现后轮线控转向系统的失效回正成为亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种后桥线控转向系统失效自回正装置。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种后桥线控转向系统失效自回正装置，该装置包括沿后桥转向器轴向布置的两个弹簧回正机构，所述的后桥转向器的壳体内部沿轴向贯穿设置有转向齿条，两个弹簧回正机构分别连接转向齿条的两个端部，并分别向转向齿条的两个端部提供沿后桥转向器轴向且方向相反的回复力，当转向齿条位于正中位置时，两个弹簧回正机提供的回复力平衡。
优选地，所述的两个弹簧回正机构均包括：弹簧外支撑、弹簧回正器以及弹簧内支撑；
两个弹簧内支撑均沿后桥转向器径向横跨固定在后桥转向器中部壳体上，两个弹簧外支撑分别对称于所述的弹簧内支撑设置在后桥转向器端部并对应与转向齿条的端部固定连接，所述的弹簧回正器设置在弹簧外支撑和弹簧内支撑之间；
当转向齿条左右移动时，各个弹簧回正机构中的弹簧外支撑和弹簧内支撑之间产生相对位移，相对位移大小与齿条位移相同。
优选地，每个弹簧回正机构中分别设置两个弹簧回正器，并沿后桥转向器轴向对称设置在后桥转向器的两侧。
优选地，所述的弹簧回正器包括弹簧导向杆和回正弹簧，所述的弹簧导向杆的第一端部与弹簧外支撑固定，弹簧导向杆的第二端部与弹簧内支撑可移动连接，所述的回正弹簧预压缩后装配在弹簧导向杆上并与弹簧内支撑抵触。
优选地，当齿条移动时，一侧弹簧回正机构中的回正弹簧在预压缩量上继续压缩，另一侧弹簧回正机构中的回正弹簧逐渐回复至原长，然后保持原长不变。
优选地，所述的弹簧导向杆的第一端部与弹簧外支撑螺纹连接。
优选地，所述的弹簧内支撑对应于弹簧导向杆的第二端部位置处设置通孔，所述的弹簧导向杆的第二端部滑动设置在所述的通孔中。
优选地，弹簧导向杆处于回正弹簧内圈中部分的直径比回正弹簧内圈直径小0.5～1mm。
优选地，所述的弹簧外支撑与转向齿条端部连接处设有圆柱凸面，所述的圆柱凸面上有外螺纹，转向齿条端部的球头铰通过夹紧螺母装配在所述的圆柱凸面中。
优选地，所述的圆柱凸面在轴向上加工有开槽，圆柱凸面上装配夹紧螺母时，圆柱凸面产生径向变形而夹紧在转向齿条端部的球头铰上。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
(1)本发明在后桥转向器的两端分别设置弹簧回正机构，当后桥线控转向系统失效时，通过两个弹簧回正机构沿轴向相反的回复力实现回正，使得转向齿条位于正中位置，实现车辆后轮的自回正功能；
(2)本发明装置结构简洁，容易加工实现，同时对后桥转向器原有结构和内部空间的要求不大，能够适应不同形式的后桥转向系统，通用性较好。
附图说明
图1为本发明后桥线控转向系统失效自回正装置的整体结构示意图；
图2为本发明中弹簧外支撑的结构示意图；
图3为本发明中夹紧螺母的结构示意图；
图4为本发明中弹簧导向杆的结构示意图；
图5为本发明中回正弹簧的结构示意图；
图6为本发明中弹簧内支撑的结构示意图；
图7为本发明中回正弹簧的工作特性图。
图中，1为弹簧外支撑；2为夹紧螺母；3为弹簧导向杆；4为回正弹簧；5为弹簧内支撑。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。注意，以下的实施方式的说明只是实质上的例示，本发明并不意在对其适用物或其用途进行限定，且本发明并不限定于以下的实施方式。
实施例
如图1所示，一种后桥线控转向系统失效自回正装置，该装置包括沿后桥转向器轴向布置的两个弹簧回正机构，后桥转向器的壳体内部沿轴向贯穿设置有转向齿条，两个弹簧回正机构分别连接转向齿条的两个端部，并分别向转向齿条的两个端部提供沿后桥转向器轴向且方向相反的回复力，当转向齿条位于正中位置时，两个弹簧回正机提供的回复力平衡。
两个弹簧回正机构均包括：弹簧外支撑1、弹簧回正器以及弹簧内支撑5；
两个弹簧内支撑5均沿后桥转向器径向横跨固定在后桥转向器中部壳体上，两个弹簧外支撑1分别对称于弹簧内支撑5设置在后桥转向器端部并对应与转向齿条的端部固定连接，弹簧回正器设置在弹簧外支撑1和弹簧内支撑5之间；
当转向齿条左右移动时，各个弹簧回正机构中的弹簧外支撑1和弹簧内支撑5之间产生相对位移，相对位移大小与齿条位移相同。
每个弹簧回正机构中分别设置两个弹簧回正器，并沿后桥转向器轴向对称设置在后桥转向器的两侧。
弹簧回正器包括弹簧导向杆3和回正弹簧4，弹簧导向杆3的第一端部与弹簧外支撑1固定，弹簧导向杆3的第二端部与弹簧内支撑5可移动连接，回正弹簧4预压缩后装配在弹簧导向杆3上并与弹簧内支撑5抵触。
当齿条移动时，一侧弹簧回正机构中的回正弹簧4在预压缩量上继续压缩，另一侧弹簧回正机构中的回正弹簧4逐渐回复至原长，然后保持原长不变。
如图2和图3所示为弹簧外支撑1和夹紧螺母2的结构示意图，弹簧外支撑1与转向齿条端部连接处设有圆柱凸面，圆柱凸面上有外螺纹，转向齿条端部的球头铰通过夹紧螺母2装配在圆柱凸面中。圆柱凸面在轴向上加工有开槽，圆柱凸面上装配夹紧螺母2时，圆柱凸面产生径向变形而夹紧在转向齿条端部的球头铰上。该种方案能够实现弹簧支撑的便捷安装和调整，对不同形式转向器的适用性较高。
如图4和图5所示为弹簧导向杆3和回正弹簧4的机构示意图，弹簧导向杆3的第一端部与弹簧外支撑1螺纹连接。弹簧内支撑5对应于弹簧导向杆3的第二端部位置处设置通孔，弹簧导向杆3的第二端部滑动设置在通孔中。弹簧导向杆3处于回正弹簧4内圈中部分的直径比回正弹簧4内圈直径小0.5～1mm。转向齿条发生移动时，弹簧导向杆3第二端部可通过弹簧内支撑5上对应的通孔实现，避免发生干涉。
如图6所示为弹簧内支撑5的结构示意图，两个弹簧回正机构中的弹簧内支撑5可固接在一起，同时，弹簧内支撑5通过螺栓固定在后桥转向器壳体上，可以通过放松螺栓后调整弹簧内支撑5在转向器壳上的轴向位置。
回正弹簧4预压缩在弹簧内支撑5、弹簧外支撑1之间，当转向齿条处在正中位置时，两侧回正弹簧4有相同的压缩量a(回正弹簧4预压缩位移)。当齿条向一侧移动s(齿条位移量)时，该侧回正弹簧4的压缩量从a减小至a-s(s<a时)或者0(s>a时)，即该侧回正弹簧4恢复至原长后不会受到拉伸，这样在转向齿条继续移动时，仅有单侧回正弹簧4受到压缩；另一侧回正弹簧4压缩量则从a增大至a+s。该设计方案对应的回正弹簧4总回复力同齿条位移的关系曲线如图7所示，该特性曲线在满足后轮回正的同时，能减少对转向电机增加的额外负载，具有良好的工作特性。
当车辆原地转向阻力矩较大，回正弹簧4刚度较难匹配时，可以通过以下方法匹配弹簧刚度：如在车辆速度为5km/h或更高，此时转向阻力矩小于原地转向阻力矩，在该速度下进行回正弹簧4的回复力计算和刚度匹配。
本发明一种后桥线控转向系统失效自回正装置的工作原理是：后桥线控转向系统失效(比如说当后转向电机发生故障不能工作)时，这时后桥线控转向系统不能进行主动转向或发生非预期转向，不进行处理可能行驶中后轮受到不平衡外力时就会发生转动，会影响操稳性。本发明自回证装置是指当转向系统失效时如果后轮有非预期的转动时(转向齿条会发生移动)，转向齿条因为不在中间位置，所以左右两侧的回正弹簧4会产生不一样的回复力，总的回复力是让转向齿条移动和稳定在中间位置的，也是让后轮从一定转向角度位置回复并稳定在直行不转动的状态。本发明与现有液力回正方案、电机回正方案相比，该方案具有结构简洁、改装容易、提供转向系统容错性等优点。
上述实施方式仅为例举，不表示对本发明范围的限定。这些实施方式还能以其它各种方式来实施，且能在不脱离本发明技术思想的范围内作各种省略、置换、变更。
Claims (6)
1.一种后桥线控转向系统失效自回正装置，其特征在于，该装置包括沿后桥转向器轴向布置的两个弹簧回正机构，所述的后桥转向器的壳体内部沿轴向贯穿设置有转向齿条，两个弹簧回正机构分别连接转向齿条的两个端部，并分别向转向齿条的两个端部提供沿后桥转向器轴向且方向相反的回复力，当转向齿条位于正中位置时，两个弹簧回正机提供的回复力平衡；
所述的两个弹簧回正机构均包括：弹簧外支撑(1)、弹簧回正器以及弹簧内支撑(5)；
两个弹簧内支撑(5)均沿后桥转向器径向横跨固定在后桥转向器中部壳体上，两个弹簧外支撑(1)分别对称于所述的弹簧内支撑(5)设置在后桥转向器端部并对应与转向齿条的端部固定连接，所述的弹簧回正器设置在弹簧外支撑(1)和弹簧内支撑(5)之间；
当转向齿条左右移动时，各个弹簧回正机构中的弹簧外支撑(1)和弹簧内支撑(5)之间产生相对位移，相对位移大小与齿条位移相同；
每个弹簧回正机构中分别设置两个弹簧回正器，并沿后桥转向器轴向对称设置在后桥转向器的两侧；
所述的弹簧回正器包括弹簧导向杆(3)和回正弹簧(4)，所述的弹簧导向杆(3)的第一端部与弹簧外支撑(1)固定，弹簧导向杆(3)的第二端部与弹簧内支撑(5)可移动连接，所述的回正弹簧(4)预压缩后装配在弹簧导向杆(3)上并与弹簧内支撑(5)抵触；
当齿条移动时，一侧弹簧回正机构中的回正弹簧(4)在预压缩量上继续压缩，另一侧弹簧回正机构中的回正弹簧(4)逐渐回复至原长，然后保持原长不变。
2.根据权利要求1所述的一种后桥线控转向系统失效自回正装置，其特征在于，所述的弹簧导向杆(3)的第一端部与弹簧外支撑(1)螺纹连接。
3.根据权利要求1所述的一种后桥线控转向系统失效自回正装置，其特征在于，所述的弹簧内支撑(5)对应于弹簧导向杆(3)的第二端部位置处设置通孔，所述的弹簧导向杆(3)的第二端部滑动设置在所述的通孔中。
4.根据权利要求1所述的一种后桥线控转向系统失效自回正装置，其特征在于，弹簧导向杆(3)处于回正弹簧(4)内圈中部分的直径比回正弹簧(4)内圈直径小0.5～1mm。
5.根据权利要求1所述的一种后桥线控转向系统失效自回正装置，其特征在于，所述的弹簧外支撑(1)与转向齿条端部连接处设有圆柱凸面，所述的圆柱凸面上有外螺纹，转向齿条端部的球头铰通过夹紧螺母(2)装配在所述的圆柱凸面中。
6.根据权利要求5所述的一种后桥线控转向系统失效自回正装置，其特征在于，所述的圆柱凸面在轴向上加工有开槽，圆柱凸面上装配夹紧螺母(2)时，圆柱凸面产生径向变形而夹紧在转向齿条端部的球头铰上。
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