CN113859351A - 一种车辆双主销差动独立转向系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种车辆双主销差动独立转向系统，包括转向器总成、转向节总成、转向横拉杆总成，设计采用齿轮齿条转向动力机构用于常规转向模式，驱动芯轴滑柱沿车辆侧向平移，带动转向横拉杆总成推拉转向节整体，实现常规转向模式；采用差动动力机构驱动芯轴滑柱带动转向横拉杆总成和转向节总成中的蜗轮蜗杆机构转动，使第一转向节和第二转向节之间产生相对转角，实现大角度转向模式。该系统克服了大转向角使用要求下转向横拉杆总成传动压力角过大的技术问题，提高了独立转向系统的可靠性，降低转向系统负担、并可实现转向几何关系的主动动态调节，使车辆转向更加轻便、行驶更加稳定。

Description

一种车辆双主销差动独立转向系统

技术领域

本发明涉及汽车工程技术领域，特别涉及一种车辆双主销差动独立转向系统。

背景技术

车辆采用独立转向系统，可使车辆具有原地转向、横向行驶等高机动行驶能力。独立转向系统多应用齿条-横拉杆机构推拉转向节绕主销转动，但是当车轮处于大转角模式下，受连杆机构的最大压力角制约，将导致机构传力特性变差，增加转向系统的工作负担，降低能耗经济性与行驶可靠性。

例如，专利JP6297306B2公开了一种应用齿条-横拉杆机构推拉转向节绕主销转动的独立转向系统方案，但在应用于大车轮转向角情况下，受连杆机构的最大压力角制约，将导致机构传力特性变差，增加转向系统的工作负担，降低能耗经济性与可靠性。

专利CN201180023258.8公开了一种带有前束调节能力的差动转向系统方案，该方案仍基于齿条-横拉杆机构，依然存在转向大转向角使用条件下的传力特性不佳问题。

为改善大转向角使用条件下的传力特性不佳问题：

专利CN201510638294.5公开了一种应用轮系传动机构传递转向动力的独立转向系统方案，避免了大转向角使用条件下齿条-横拉杆机构的压力角问题，改善了机构传力特性；专利CN201210206596.1公开了一种独立转向系统设置了双主销、双转向节，并结合转向横拉杆与轮系传动两种动力传递方式实现大转向角。然而以上两种轮系传动方案仍然存在左右车轮无机械连接和可靠性不足的问题。

此外，针对不同转向模式，对主销倾角定位也提出了不同的要求：车辆正常行驶条件下，对应常规转向模式，应考虑高速回正性、直行稳定性、路感反馈、以及抵消主销内倾所引起的车轮转向外倾变化效应，需设置一定的主销后倾角和后倾拖距；但在原地转向、横向移动等高机动性行驶条件下，对应大转向角模式，如设置主销倾角，将导致轮胎接地姿态变差，并且伴随更为明显的转向举升与回落作用，从而增加转向执行机构负担。

因此如何提供一种同时适用于常规转向模式和大角度转向模式的独立转向系统是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种车辆双主销差动独立转向系统，解决现有车辆独立转向系统处于大转角模式下传动压力角过大、可靠性不佳，以及主销定位参数不合适等一系列问题。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种车辆双主销差动独立转向系统，包括转向器总成、转向节总成、转向横拉杆总成，转向器总成包括转向器壳体、芯轴滑柱、齿轮齿条转向动力机构、差动动力机构，转向器壳体安装于车身上；芯轴滑柱通过圆柱副r联接于转向器壳体内；齿轮齿条转向动力机构驱动芯轴滑柱沿车辆侧向平移；差动动力机构的动力输出齿轮通过转动副n安装于转向器壳体内且驱动芯轴滑柱转动；

转向节总成包括第一转向节、第二转向节、蜗轮蜗杆机构、主动齿轮及从动齿轮，第一转向节与第二转向节通过转动副b联接且整体可绕第一主销轴线转动，第一主销轴线为上摆臂及下摆臂对应与第一转向节和第二转向节的外球铰联接点连线，第二转向节用于支撑车轮；蜗轮蜗杆机构分别通过转动副c和转动副d安装于第一转向节内；主动齿轮与蜗轮蜗杆机构中的蜗轮同轴传动联接；从动齿轮固定安装于第二转向节上且与主动齿轮啮合；从动齿轮的轴线与转动副b同轴布置且该轴线穿过下摆臂与第二转向节的外球铰联接点，该轴线定义为第二主销轴线，第二转向节可绕第二主销轴线相对于第一转向节转动；

转向横拉杆总成两端分别通过万向联轴节联接芯轴滑柱一端和蜗轮蜗杆机构的蜗杆一端，万向联轴节用于确保芯轴滑柱和蜗杆的转动轴线交点唯一。

本发明的有益效果是：本发明采用齿轮齿条转向动力机构用于常规转向模式，驱动芯轴滑柱沿车辆侧向平移，带动转向横拉杆总成推拉转向节整体，可实现车轮常规转向；采用差动动力机构驱动芯轴滑柱转动，使芯轴滑柱带动转向横拉杆总成和蜗轮蜗杆转动，使第一转向节和第二转向节之间产生相对转角，实现车轮大角度转向，克服了大转向角使用要求下转向横拉杆总成传动压力角过大的技术问题，降低转向系统负担，同时可实现转向几何关系的主动动态调节，使车辆转向更加轻便、行驶更加稳定。

双主销差动独立转向系统运动过程：

常规转向模式：差动动力机构锁止芯轴滑柱转动，蜗轮蜗杆机构不发生转动，齿轮齿条转向动力机构驱动芯轴滑柱沿车辆侧向平移，蜗杆接收转向横拉杆总成的推拉力，带动车轮随着第一转向节和第二转向节整体绕第一主销轴线转向，完成常规转向模式。

大角度转向模式：齿轮齿条转向动力机构锁止芯轴滑柱移动，第一转向节不主动转动，差动动力机构驱动芯轴滑柱转动，动力经过蜗轮蜗杆机构及与蜗轮固定的主动齿轮、与主动齿轮啮合的从动齿轮及与从动齿轮固定的第二转向节带动车轮绕第二主销轴线转向完成大角度转向模式。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步，齿轮齿条转向动力机构中齿条可以沿芯轴滑柱轴向方向带动其轴向移动，且其中的齿轮与齿条啮合形成高副，齿轮输入动力为常规转向动力。

采用上述进一步方案的有益效果是：采用齿轮齿条转动动力机构中的齿条驱动芯轴滑柱沿车辆侧向平移，可实现车辆常规转向模式。

进一步，差动动力机构可以包括差动转向电机、减速机构、差动主动轮、差动从动轮及滚珠花键套，滚珠花键套套设在芯轴滑柱上且通过两端向心轴承实现转动副n约束，安装于转向器壳体中；差动主动轮与差动从动轮啮合，差动转向电机的输出端连接减速机构，差动主动轮传动连接在减速机构的输出端。

采用上述进一步方案的有益效果是：采用滚珠花键套套设在芯轴滑柱上，芯轴滑柱可以在转动的同时沿车辆侧向平移，保留了左右两端车轮的机械连接，保证了独立转向系统的可靠性。

进一步，车轮可以通过转动副a安装于第二转向节上。

进一步，第一转向节与第二转向节之间设置一对圆锥滚子轴承实现转动副b约束，一对圆锥滚子轴承之间保留一定距离可以形成双剪式支撑结构。

采用上述进一步方案的有益效果是：设计一对圆锥滚子轴承形成双剪式支撑结构，可以改善独立转向机构的受力。

进一步，蜗轮蜗杆机构中的蜗轮与主动齿轮同轴固联同一中心平面；蜗轮蜗杆机构中蜗轮与蜗杆具有较小的导程角，实现机构自锁。

采用上述进一步方案的有益效果是：设计采用蜗轮与蜗杆之间为较小的导程角实现机构自锁，使蜗杆能够驱动蜗轮，但蜗轮无法驱动蜗杆，即第一转向节和第二转向节之间的运动只能通过芯轴滑柱带动蜗杆的转动进行调节，而在受到因路面冲击等因素而产生第一转向节和第二转向节之间的回正力矩时，无法通过蜗杆对芯轴滑柱的转动产生的影响。换言之，差动转向系统失效时，第一转向节和第二转向节之间的相对转动将免于外界干扰，左、右车轮仍处于机械连接状态，仍可通过齿条带动芯轴滑柱滑动完成常规转向模式。

进一步，蜗轮蜗杆机构中的蜗杆靠近车身一侧可以设置面对面安装角接触球轴承，并设置轴承套调节角接触球轴承的间隙及蜗杆轴向位置，在蜗杆另一侧设置游动的调心球轴承，角接触球轴承和调心球轴承共同实现转动副d约束。

采用上述进一步方案的有益效果是：蜗杆在传递转矩的同时，可以承受横拉杆的推拉，通过上述轴承的设置可靠带动转向节整体转向。

进一步，第一主销轴线设定的内倾角范围可以为：7～13°，后倾角范围可以为：0～10°。

采用上述进一步方案的有益效果是：确保了车辆操纵稳定性所要求的高速回正性、低速回正性以及对车轮外倾的修正，提升主动安全性。

进一步，第二主销轴线设置为0倾角，即第二主销轴线竖直方向布置。

采用上述进一步方案的有益效果是：在大角度转向模式下，蜗轮、蜗杆、主动齿轮和从动齿轮的连接方式可避免横拉杆总成的压力角制约，从而改善转向机构的传力特性。同时应用第二主销轴线使大角度转向车轮的接地状态得到改善，并且消除了车轮转向对车辆的举升作用，降低转向系统负担。此外，第二主销轴线修正了前后车轮90度转向时的车轮外倾差异，避免了前后车轮附加外倾侧向力不均衡，保证了横向行驶时的直行稳定性。

进一步，转向横拉杆总成包括两段横拉杆及调整垫片，两段所述横拉杆一端通过两个法兰联接，其另一端分别通过万向联轴节联接芯轴滑柱一端和蜗轮蜗杆机构的蜗杆一端，调整垫片设置在两个法兰之间。

采用上述进一步方案的有益效果是：通过增加或者减少调整垫片数量，可以保留车轮静态前束角的调节能力。

附图说明

图1为本发明一种车辆双主销差动独立转向系统立体结构示意图；

图2为本发明一种车辆双主销差动独立转向系统中转向器总成内部结构示意图；

图3为本发明一种车辆双主销差动独立转向系统中转向节总成结构示意图；

图4为本发明一种车辆双主销差动独立转向系统中转向横拉杆总成结构示意图；

图5为本发明一种车辆双主销差动独立转向系统中常规转向模式演示图；

图6为本发明一种车辆双主销差动独立转向系统中大转角模式演示图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

A、转向器总成，B、转向节总成，C、转向横拉杆总成，1、转向器壳体，2、芯轴滑柱，3、齿轮齿条转向动力机构，31、齿条，32、齿轮，4、差动动力机构，41、差动转向电机，42、减速机构，43、差动主动轮，44、差动从动轮，45、滚珠花键套，5、第一转向节，6、第二转向节，7、蜗轮蜗杆机构，71、蜗杆，72、蜗轮，8、主动齿轮，9、从动齿轮，10、车轮，11、向心轴承，12、圆锥滚子轴承，13、角接触球轴承，14、轴承套，15、调心球轴承，16、横拉杆，17、调整垫片，L1、第一主销轴线，L2、第二主销轴线，SP1、常规转向动力。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

如图1和图3所示：一种车辆双主销差动独立转向系统，包括转向器总成A、转向节总成B、转向横拉杆总成C；

转向器总成A包括转向器壳体1、芯轴滑柱2、齿轮齿条转向动力机构3、差动动力机构4；转向器壳体1安装于车身上；芯轴滑柱2通过圆柱副r联接于转向器壳体1内；齿轮齿条转向动力机构3驱动芯轴滑柱2沿车辆侧向平移；差动动力机构4中的动力输出齿轮44通过转动副n安装于转向器壳体1内且驱动芯轴滑柱2转动；

转向节总成B包括第一转向节5、第二转向节6、蜗轮蜗杆机构7、主动齿轮8及从动齿轮9；第一主销轴线L1为第一转向节5和第二转向节6分别与上摆臂和下摆臂外侧球铰联接点的连线，转向节总成B可整体绕第一主销轴线L1转动，第一转向节5与第二转向节6通过转动副b联接，转动副b轴线穿过第二转向节6的与下摆臂外侧球铰联接点，转动副b的轴线定义为第二主销轴线L2，第二转向节6可绕第二主销轴线L2相对于第一转向节5转动；第二转向节6通过轮毂轴承实现转动副a支撑车轮10；蜗轮蜗杆机构7分别通过转动副c和转动副d安装于第一转向节5内；主动齿轮8与蜗轮蜗杆机构7中的蜗轮72同轴固定联接；从动齿轮9固定安装于第二转向节6上且与主动齿轮8啮合；从动齿轮9的轴线与转动副b同轴布置。

如图1和图4所示，转向横拉杆总成C两端分别通过万向联轴节联接芯轴滑柱2一端和蜗轮蜗杆机构7的蜗杆71一端，万向联轴节用于确保传动轴16的轴线与芯轴滑柱2和蜗杆71的各自的交点唯一。

如图2所示，具体地，齿轮齿条转向动力机构3中齿条31可以沿芯轴滑柱2轴向方向带动其轴向移动，且其中的齿轮32与齿条31啮合形成高副，齿轮32输入动力为常规转向动力SP1。

具体地，常规转向动力SP1可以为转向盘动力或者电动动力。

如图2所示，在一些实施例中，差动动力机构4包括差动转向电机41、减速机构42、差动主动轮43、差动从动轮44及滚珠花键套45，滚珠花键套45套设在芯轴滑柱2上且通过两端向心轴承11实现与转向器壳体1的转动副n约束；差动主动轮43与差动从动轮44啮合，差动转向电机41的输出端连接减速机构42，差动主动轮43传动连接在减速机构42的输出端。

如图3所示，在一些实施例中，第一转向节5与第二转向节6之间可以设置一对圆锥滚子轴承12实现转动副b约束，一对圆锥滚子轴承12之间保留一定距离可以形成双剪式支撑结构。

如图3所示，在一些实施例中，蜗轮蜗杆机构7中的蜗轮72可以与主动齿轮8同轴固联同一中心平面；蜗轮蜗杆机构7中蜗轮72与蜗杆71具有较小的导程角，实现机构自锁，从而使蜗杆71能够驱动蜗轮72，但蜗轮72无法驱动蜗杆71，即第一转向节5和第二转向节6之间的运动只能通过芯轴滑柱2带动蜗杆71的转动进行调节，而在受到因路面冲击等因素而产生第一转向节5和第二转向节6之间的回正力矩时，无法通过蜗杆71对芯轴滑柱2的转动产生的影响。换言之，只要通过差动动力机构4锁止芯轴滑柱2的转动，第一转向节5和第二转向节6之间的相对转动也被锁止，通过齿条31带动芯轴滑柱2平移即完成常规转向模式，保留了左、右车轮的机械连接。

如图3所示，在一些实施例中，蜗轮蜗杆机构7中的蜗杆71靠近车身一侧设置面对面安装的一对角接触球轴承13，并设置轴承套14调节角接触球轴承13的间隙及蜗杆71轴向位置，在蜗杆71另一侧设置游动的调心球轴承15，角接触球轴承13和调心球轴承15共同实现转动副d约束。

具体地，第一主销轴线L1设定的内倾角范围可以为：7～13°，后倾角范围可以为：0～10°；第二主销轴线L2可以设置为0倾角，即第二主销轴线L2竖直方向布置。

如图4所示，在一些实施例中，转向横拉杆总成C包括两段横拉杆16及调整垫片17。两段横拉杆16通过法兰固定联接，法兰之间设置调整垫片17调节横拉杆长度。横拉杆两端分别通过十字万向联轴节分别联接芯轴滑柱2一端和蜗轮蜗杆机构7的蜗杆71一端。

在大角度转向模式下，蜗轮72、蜗杆71、主动齿轮8和从动齿轮9的传动方式可避免连杆传动机构的压力角制约，从而改善转向机构的传力特性；同时应用竖直设置的第二主销轴线L2使大角度转向时的车轮接地状态得到改善，并且消除了车轮转向对车辆的举升作用，降低转向系统负担。此外，第二主销轴线L2修正了前后车轮90度转向时的车轮外倾差异，避免了前后车轮附加外倾侧向力不均衡，保证了横向行驶时的直行稳定性。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，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 (10)

1.一种车辆双主销差动独立转向系统，包括转向器总成(A)、转向节总成(B)、转向横拉杆总成(C)，其特征在于，所述转向器总成(A)包括转向器壳体(1)、芯轴滑柱(2)、齿轮齿条转向动力机构(3)、差动动力机构(4)，所述转向器壳体(1)安装于车身上；所述芯轴滑柱(2)通过圆柱副r联接于所述转向器壳体(1)内；所述齿轮齿条转向动力机构(3)驱动所述芯轴滑柱(2)沿车辆侧向平移；所述差动动力机构(4)通过转动副n安装于所述转向器壳体(1)内且驱动所述芯轴滑柱(2)转动；

所述转向节总成(B)包括第一转向节(5)、第二转向节(6)、蜗轮蜗杆机构(7)、主动齿轮(8)及从动齿轮(9)，所述第一转向节(5)与所述第二转向节(6)通过转动副b联接且整体可绕第一主销轴线(L1)转动，所述第一主销轴线(L1)为上摆臂及下摆臂对应与所述第一转向节(5)和所述第二转向节(6)的外球铰联接点连线，所述第二转向节(6)用于支撑车轮(10)；所述蜗轮蜗杆机构(7)分别通过转动副c和转动副d安装于所述第一转向节(5)内；所述主动齿轮(8)与所述蜗轮蜗杆机构(7)中的蜗轮(72)同轴传动联接；所述从动齿轮(9)固定安装于所述第二转向节(6)上且与所述主动齿轮(8)啮合；所述从动齿轮(9)的轴线与所述转动副b同轴布置且该轴线穿过所述下摆臂与所述第二转向节(6)的外球铰联接点，该轴线定义为第二主销轴线(L2)，所述第二转向节(6)可绕所述第二主销轴线(L2)相对于所述第一转向节(5)转动；

所述转向横拉杆总成(C)两端分别通过万向联轴节联接所述芯轴滑柱(2)一端和所述蜗轮蜗杆机构(7)的蜗杆(71)一端。

2.根据权利要求1所述一种车辆双主销差动独立转向系统，其特征在于，所述齿轮齿条转向动力机构(3)中齿条(31)沿所述芯轴滑柱(2)轴向方向带动其轴向移动，且其中的齿轮(32)与所述齿条(31)啮合形成高副，所述齿轮(32)输入动力为常规转向动力(SP1)。

3.根据权利要求2所述一种车辆双主销差动独立转向系统，其特征在于，所述差动动力机构(4)包括差动转向电机(41)、减速机构(42)、差动主动轮(43)、差动从动轮(44)及滚珠花键套(45)，所述滚珠花键套(45)套设在所述芯轴滑柱(2)上且通过两端向心轴承(11)实现转动副n约束，安装于所述转向器壳体(1)中；所述差动主动轮(43)与所述差动从动轮(44)啮合，所述差动转向电机(41)的输出端连接所述减速机构(42)，所述差动主动轮(43)传动连接在所述减速机构(42)的输出端。

4.根据权利要求1所述一种车辆双主销差动独立转向系统，其特征在于，所述车轮(10)通过转动副a安装于所述第二转向节(6)上。

5.根据权利要求1所述一种车辆双主销差动独立转向系统，其特征在于，所述第一转向节(5)与所述第二转向节(6)之间设置一对圆锥滚子轴承(12)实现转动副b约束，一对所述圆锥滚子轴承(12)之间保留一定距离可以形成双剪式支撑结构。

6.根据权利要求5所述一种车辆双主销差动独立转向系统，其特征在于，所述蜗轮蜗杆机构(7)中的所述蜗轮(72)与所述主动齿轮(8)同轴固联同一中心平面；所述蜗轮蜗杆机构(7)中所述蜗轮(72)与所述蜗杆(71)具有较小的导程角，实现机构自锁。

7.根据权利要求1所述一种车辆双主销差动独立转向系统，其特征在于，所述蜗轮蜗杆机构(7)中的所述蜗杆(71)靠近车身一侧设置面对面安装角接触球轴承(13)，并设置轴承套(14)调节所述角接触球轴承(13)的间隙及所述蜗杆(71)轴向位置，在所述蜗杆(71)另一侧设置游动的调心球轴承(15)，所述角接触球轴承(13)和调心球轴承(15)共同实现转动副d约束。

8.根据权利要求1至7任一项所述一种车辆双主销差动独立转向系统，其特征在于，所述第一主销轴线(L1)设定一定的内倾角和后倾角。

9.根据权利要求1至7任一项所述一种车辆双主销差动独立转向系统，其特征在于，所述第二主销轴线(L2)设置为0倾角。

10.根据权利要求1至7任一项所述一种车辆双主销差动独立转向系统，其特征在于，所述转向横拉杆总成(C)包括两段横拉杆(16)及调整垫片(17)，两段所述横拉杆(16)一端通过两个法兰联接，其另一端分别通过万向联轴节联接所述芯轴滑柱(2)一端和所述蜗轮蜗杆机构(7)的蜗杆(71)一端，所述调整垫片(17)设置在两个所述法兰之间。

Images