CN112937676B - 一种机械式四轮转向系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及车辆工程技术领域，具体是一种机械式四轮转向系统，包括：两路液压泵油路，每路配置为依次连接的高压油箱、阀组、输送油道、液压泵和回油道；所述液压泵为后轮提供转向所需的动力，所述阀组控制液压泵油路的通断；以及输入转向结构和飞锤结构，所述输入转向结构受力驱动所述阀组工作，所述飞锤结构与主减速器输出轴啮合，还通过挡片开孔结构阻断输送油道，所述主减速器输出轴带动飞锤结构旋转产生离心力推动挡片开孔结构改变各液压油路的接通状态。本发明的有益效果是：在低速行驶下可以前后车轮反向旋转，高速行驶下前后轮同向旋转，有效改善车辆低速行驶的机动灵活性和高速行驶下的稳定性。

Description

一种机械式四轮转向系统
技术领域
本发明涉及车辆工程技术领域，具体是一种机械式四轮转向系统。
背景技术
随着社会的进步和科技的发展，私家车数量增长迅速，大城市汽车泛滥已成事实，原有的街道和车位变得更加紧张，造成了如今缺少车位和车道拥堵的情况。这就对汽车的灵活性提出很高的要求，既要让驾驶员方便停入狭小的车位，也要方便驾驶员在狭窄的车道上调头同时减少对交通的影响。
面对汽车保有量的迅速提高以及复杂的城市工况，必须提高汽车的灵活性，而影响汽车灵活性的主要因素是转弯半径，为了减少汽车的转弯半径以应对复杂的工况，而最有效的方式便是采用四轮转向系统。城市工况复杂，车速变化范围较大，四轮转向系统的机构工作情况在负相、中相、正相中改变，需要新型的控制系统来根据车速调节机构的运行方式。
现有汽车多为前轮转向，这种转向方式的机动性、灵活性较低；而市场上的电控式四轮转向系统的电子设备过多，不稳定因素多，造价高昂。需要设计一种新型的机械式四轮转向系统，与传统机械式转向系统（齿轮齿条）相比将会占用更小的空间和更低的质量，减少汽车载荷，符合社会发展的潮流。
发明内容
本发明的目的在于提供一种机械式四轮转向系统，以解决传统机械式四轮转向系统的中间传动装置占用空间过大和电控式四轮转向系统的电子设备过多，不稳定因素多，造价高昂的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种机械式四轮转向系统，包括：两路液压泵油路，每路配置为依次连接的高压油箱、阀组、输送油道、液压泵和回油道；所述液压泵为后轮提供转向所需的动力，所述阀组控制液压泵油路的通断；以及输入转向结构和飞锤结构，所述输入转向结构受力驱动所述阀组工作，所述飞锤结构与主减速器输出轴啮合，还通过挡片开孔结构阻断输送油道，所述主减速器输出轴带动飞锤结构旋转产生离心力推动挡片开孔结构改变各液压油路的接通状态，进而控制相应液压泵为后轮提供转向力矩。
作为本发明进一步的方案：所述阀组包括分别安装在两路所述液压泵油路上的第一阀和第二阀。
作为本发明再进一步的方案：所述飞锤结构分别与两个液压泵油路上设有的挡片开孔结构连接，所述挡片开孔结构控制液压泵油路内液压油的流量。
作为本发明再进一步的方案：所述飞锤结构包括飞锤摆锤、飞锤输出杆、飞锤输入齿轮，所述飞锤输入齿轮与主减速器输出轴啮合，所述飞锤输出杆通过弹性件同轴心安装在飞锤输入齿轮的一侧，所述飞锤摆锤通过柔性件连接飞锤输出杆靠近飞锤输入齿轮的一侧；主减速器输出轴带动飞锤输入齿轮旋转，飞锤输入齿轮旋转带动飞锤摆锤转动，所述飞锤摆锤转动产生的离心力与弹性件的预紧力共同推动飞锤输出杆移动，飞锤输出杆移动带动挡片开孔结构移动。
作为本发明再进一步的方案：所述输入转向结构包括输入转向轴，所述输入转向轴的两端分别连接转向盘和阀组，所述转向盘通过所述输入转向轴驱动所述阀组工作。
作为本发明再进一步的方案：所述输送油道靠近液压泵的一端一分为二接通液压泵的左、右半部分。
作为本发明再进一步的方案：所述回油道接入所述阀组或高压油箱。
作为本发明再进一步的方案：还包括安装后轮与汽车后桥之间的弹簧，所述弹簧为后轮提供预紧力矩，所述预紧力矩与液压泵提供的转向力矩共同决定后轮偏转角度。
作为本发明再进一步的方案：所述后轮偏转角度与前轮偏转角度成正比；所述后轮偏转角度小于等于5°。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：机械系统稳定性高，更加可靠，结构简单，与现有技术有一定重合部分，不会带来太大设计和制造困难，最终可以造价低廉易于推广普及，在低速行驶下可以前后车轮反向旋转，高速行驶下前后轮同向旋转，有效改善车辆低速行驶的机动灵活性和高速行驶下的稳定性，占用更小的空间和小的质量，减少汽车载荷，有利于提升驾驶体验，更能适应日益复杂的城市交通状况。
附图说明
图1为本发明实施例中机械式四轮转向系统的俯视示意图。
图2为本发明实施例中液压泵油路的结构示意图。
图3为本发明实施例中油路挡片开孔结构的布置示意图。
图4为本发明实施例中飞锤结构的结构示意图。
附图中：1、转向盘；2、第一阀；3、第二阀；4、高压油箱；5、第一液压泵油道；6、第二液压泵油道；7、第一液压泵右输油道；8、第一液压泵左输油道；9、第一液压泵回油道；10、第一液压泵右半部分；11、第一液压泵左半部分；12、第二液压泵右输油道；13、第二液压泵左输油道；14、第二液压泵回油道；15、第二液压泵右回油部分；16、第二液压泵左回油部分；17、后轮右侧弹簧；18、后轮左侧弹簧；19、飞锤结构；20、第一液压泵挡片部分；21、第二液压泵挡片部分；22、后轮右胎；23、后轮左胎；24、飞锤输入齿轮；25、飞锤预紧弹簧；26、飞锤摆锤；27、支点；28、飞锤输出杆；29、输入转向轴。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本实施例公开的一些方面相一致的装置和方法的例子。
请参阅图1-4，本发明实施例中，一种机械式四轮转向系统，包括：两路液压泵油路，每路配置为依次连接的高压油箱4、阀组、输送油道、液压泵和回油道；所述液压泵为后轮提供转向所需的动力，所述阀组控制液压泵油路的通断；以及输入转向结构和飞锤结构，所述输入转向结构受力驱动所述阀组工作，所述飞锤结构与主减速器输出轴啮合，还通过挡片开孔结构阻断输送油道，所述主减速器输出轴带动飞锤结构旋转产生离心力推动挡片开孔结构改变各液压油路的接通状态，进而控制相应液压泵为后轮提供转向力矩；所述阀组包括分别安装在两路所述液压泵油路上的第一阀和第二阀，所述输入转向结构同时控制第一阀2和第二阀3。
具体的，所述输入转向结构包括输入转向轴29，所述输入转向轴29的两端分别连接转向盘1和阀组，所述转向盘1通过所述输入转向轴驱动所述阀组工作；所述飞锤结构分别与两个液压泵油路上设有的挡片开孔结构连接，所述挡片开孔结构控制液压泵油路内液压油的流量。
两路液压泵油路分别为第一液压泵油路和第二液压泵油路，相应的，第一液压泵油路的第一液压泵油道5一端与第一阀2接通，另一端一分为二分别接通第一液压泵右输油道7和第一液压泵左输油道8，所述第一液压泵右输油道7和第一液压泵左输油道8分别与第一液压泵右半部分10、第一液压泵左半部分11接通；第一液压泵通过第一液压泵回油道9接通高压油箱4的回油口；高压油箱4的出油口分别接通第一阀2和第二阀3。第二液压泵油路的第二液压泵油道6一端与第二阀3接通，另一端一分为二分别接通第二液压泵右输油道12和第二液压泵左输油道13，所述第二液压泵右输油道12和第二液压泵左输油道13分别与第二液压泵右半部分15、第二液压泵左半部分16接通；第一液压泵通过第二液压泵回油道14接通高压油箱4的回油口；
如图3所示，所述挡片开孔结构设有第一液压泵挡片部分20、第二液压泵挡片部分21；所述第一液压泵挡片部分20、第二液压泵挡片部分21分别设置在第一液压泵油道5、第二液压泵油道6上，且第一液压泵挡片部分20、第二液压泵挡片部分21均设有开孔与对应的液压泵油道的油路重合；飞锤结构旋转产生离心力推动开孔与油路的重合度变化；进而决定第一液压泵、第二液压泵是否起效。并且方向盘的旋向及转幅使液压泵不同侧的高压油流量不同而结合对外输出转向助力。
本发明实施例中，转向阻力矩大小视作4x106N*mm，方向盘偏转过小时可能来自汽车行驶时的方向盘抖动，液压泵的液压缸产生偏转力矩小于阻力矩，后轮不起辅助转向效果，反映到方向盘上体现为有一定的空行程。
将车速为0至29km/h认定为低速档位，低速挡位时第一液压泵有效，第二液压泵无效。在低速左转第一液压左侧高压油流量大于右侧高压油流量后轮右转，而在低速直行第一液压泵左右两侧高压油流量相同后轮不发生偏转，保持直行。在低速右转时第一液压泵右侧高压油流量大于左侧高压油流量后轮向左偏转。
将车速29至60km/h定为中速档位，此时第一液压泵、第二液压泵油路不通，都无转向助力，后轮不起辅助转向作用。
将车速60至90km/h定为高速档位，高速左转第二液压泵左侧高压油流量大于右侧高压油流量，后轮左转，高速直行第二液压泵左右流量相同后轮不转，高速右转第二液压泵右侧供油后轮右转。
综上所述，整体结构的机械系统稳定性高，更加可靠，结构简单，与现有技术有一定重合部分，不会带来太大设计和制造困难，最终可以造价低廉易于推广普及，在低速行驶下可以前后车轮反向旋转，高速行驶下前后轮同向旋转，有效改善车辆低速行驶的机动灵活性和高速行驶下的稳定性，占用更小的空间和小的质量，减少汽车载荷，有利于提升驾驶体验，更能适应日益复杂的城市交通状况。
请参阅图1、4，本发明的另一个实施例中，所述飞锤结构19包括飞锤摆锤26、飞锤输出杆28、飞锤输入齿轮24，所述飞锤输入齿轮24与主减速器输出轴啮合，所述飞锤输出杆28通过弹性件同轴心安装在飞锤输入齿轮的一侧，所述飞锤摆锤通过柔性件连接飞锤输出杆靠近飞锤输入齿轮的一侧；主减速器输出轴带动飞锤输入齿轮旋转，飞锤输入齿轮旋转带动飞锤摆锤转动，所述飞锤摆锤转动产生的离心力与弹性件的预紧力共同推动飞锤输出杆移动，飞锤输出杆移动带动挡片开孔结构移动。
具体的，所述弹性件选用弹簧作为飞锤预紧弹簧25，为飞锤输出杆提供一定的预紧力；所述飞锤摆锤通过作为柔性件的钢丝绳绕过支点27连接飞锤输出杆28靠近飞锤输入齿轮的一侧。飞锤摆锤26与主减速器输出齿轮啮合一起旋转，不同转速飞锤摆锤26产生不同离心力，转速大的时候离心力大，飞锤预紧弹簧提供预紧力，低速转速最低值时第一液压泵油路完全与第一液压泵挡片部分的孔位对齐，高速最大转速值时第二液压泵油路与第二液压泵挡片部分的孔位完全对齐，最低转速与最高转速向中转速靠拢时第一液压泵油路完全与第一液压泵挡片部分、第二液压泵油路与第二液压泵挡片部分的孔位重合度逐渐减小，第一液压泵或第二液压泵所产生的偏转力矩变小，后轮辅助转向作用逐渐变小，以此保证转向的平顺与可靠性。当然，所述柔性件也可选用具有弹性形变的支杆。
在另一些实施例中，所述回油道接入所述阀组或高压油箱，具体的是所述第一液压泵回油道接通所述第一阀2；所述第二液压泵回油道接通所述第二阀3。或第一液压泵回油道和第二液压泵回油道合并后接通所述高压油箱。
请参阅图1，本发明的另一个实施例中，还包括安装后轮与汽车后桥之间的弹簧，所述弹簧为后轮提供预紧力矩，所述预紧力矩与液压泵提供的转向力矩共同决定后轮偏转角度；所述后轮偏转角度与前轮偏转角度成正比；所述后轮偏转角度小于等于5°。
后轮辅助转向幅度定为5°，前轮转向幅度视作35°，后轮通过两侧后轮右胎22、后轮左胎23与车桥连接弹簧实现预紧，车桥连接弹簧分别为后轮右侧弹簧17、后轮左侧弹簧18；前后转角保证正比例关系，前轮后轮转角比例7：1，由液压缸对后轮一侧施压，使两后轮出现力矩差，与后轮弹簧弹力矩得到两后轮偏转力矩，从而实现控制后轮旋转角度。
本发明的工作原理：两路液压泵油路分别为第一液压泵油路和第二液压泵油路，相应的，第一液压泵油路的第一液压泵油道5一端与第一阀2接通，另一端一分为二分别接通第一液压泵右输油道7和第一液压泵左输油道8，所述第一液压泵右输油道7和第一液压泵左输油道8分别与第一液压泵右半部分10、第一液压泵左半部分11接通；第一液压泵通过第一液压泵回油道9接通高压油箱4的回油口；高压油箱4的出油口分别接通第一阀2和第二阀3。第二液压泵油路的第二液压泵油道6一端与第二阀3接通，另一端一分为二分别接通第二液压泵右输油道12和第二液压泵左输油道13，所述第二液压泵右输油道12和第二液压泵左输油道13分别与第二液压泵右半部分15、第二液压泵左半部分16接通；第一液压泵通过第二液压泵回油道14接通高压油箱4的回油口；所述挡片开孔结构设有第一液压泵挡片部分20、第二液压泵挡片部分21；所述第一液压泵挡片部分20、第二液压泵挡片部分21分别设置在第一液压泵油道5、第二液压泵油道6上，且第一液压泵挡片部分20、第二液压泵挡片部分21均设有开孔与对应的液压泵油道的油路重合；飞锤结构旋转产生离心力推动开孔与油路的重合度变化；进而决定第一液压泵、第二液压泵是否起效。并且方向盘的旋向及转幅使液压泵不同侧的高压油流量不同而结合对外输出转向助力。
本领域技术人员在考虑说明书及实施例处的公开后，将容易想到本公开的其它实施方案。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由权利要求指出。
应当理解的是，本公开并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本公开的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (8)

1.一种机械式四轮转向系统，其特征在于，包括：
两路液压泵油路，每路配置为依次连接的高压油箱、阀组、输送油道、液压泵和回油道；
所述液压泵为后轮提供转向所需的动力，所述阀组控制液压泵油路的通断；
输入转向结构和飞锤结构，所述输入转向结构受力驱动所述阀组工作，所述飞锤结构与主减速器输出轴啮合，还通过挡片开孔结构阻断输送油道，所述主减速器输出轴带动飞锤结构旋转产生离心力推动挡片开孔结构改变各液压油路的接通状态，进而控制相应液压泵为后轮提供转向力矩；
所述飞锤结构分别与两个液压泵油路上设有的挡片开孔结构连接，所述挡片开孔结构控制液压泵油路内液压油的流量，所述飞锤结构包括飞锤摆锤、飞锤输出杆、飞锤输入齿轮，所述飞锤输入齿轮与主减速器输出轴啮合，所述飞锤输出杆通过弹性件同轴心安装在飞锤输入齿轮的一侧，所述飞锤摆锤通过柔性件连接飞锤输出杆靠近飞锤输入齿轮的一侧；主减速器输出轴带动飞锤输入齿轮旋转，飞锤输入齿轮旋转带动飞锤摆锤转动，所述飞锤摆锤转动产生的离心力与弹性件的预紧力共同推动飞锤输出杆移动，飞锤输出杆移动带动挡片开孔结构移动。
2.根据权利要求1所述的机械式四轮转向系统，其特征在于，所述阀组包括分别安装在两路所述液压泵油路上的第一阀和第二阀。
3.根据权利要求1所述的机械式四轮转向系统，其特征在于，所述输入转向结构包括输入转向轴，所述输入转向轴的两端分别连接转向盘和阀组，所述转向盘通过所述输入转向轴驱动所述阀组工作。
4.根据权利要求1所述的机械式四轮转向系统，其特征在于，所述输送油道靠近液压泵的一端一分为二接通液压泵的左、右半部分。
5.根据权利要求1所述的机械式四轮转向系统，其特征在于，所述回油道接入所述阀组或高压油箱。
6.根据权利要求1所述的机械式四轮转向系统，其特征在于，还包括安装后轮与汽车后桥之间的弹簧，所述弹簧为后轮提供预紧力矩，所述预紧力矩与液压泵提供的转向力矩共同决定后轮偏转角度。
7.根据权利要求6所述的机械式四轮转向系统，其特征在于，所述后轮偏转角度与前轮偏转角度成正比。
8.根据权利要求6或7所述的机械式四轮转向系统，其特征在于，所述后轮偏转角度小于等于5°。
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