CN113942563A - 一种刚性传动式摆动转向装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种刚性传动式摆动转向装置，其是一种一部分可以相对于另一部分来回摆动，且两者之间采用刚性传动的转向装置，其包括转向操作组件和转向执行组件，转向操作组件通过转向转换机构将转向操作组件的转向运动转换为直线输出构件前后直线运动，且直线输出构件的直线运动轨迹线与上述摆动的轴线相重合或相平行，使车辆的转向运动与车的摆动或倾斜运动互不影响，为非一体式转向的四轮和倒三轮动平衡车实现动态平衡提供了一种切实可行的技术思路，使动平衡车的摆动和转向动作相互独立，车的动态平衡控制更加自如，大大提高了车的行驶安全性和操作灵活性；并且，转向装置完全采用刚性传动，传动效率高，转向操作稳定精准。

Description

一种刚性传动式摆动转向装置

技术领域

本发明涉及一种车辆转向装置，更具体地说，涉及一种刚性传动式摆动转向装置。

背景技术

目前的小型电动车或摩托车主要存在以下问题：①小型二轮车虽灵活紧凑，有很好的动平衡特性，但它做不到全封闭，不能根本解决风吹雨淋防寒问题；并且两轮系统，防滑(制动)特别是防侧滑(制动稳定性)能力差，安全系数低。②小型三轮或四轮车虽然可以采用全封闭车厢，增强了制动性能，但如果速度快了就容易侧翻，如果既要快又不能侧翻，则就需要增加车宽，又失去了其紧凑灵活的优势，所以现在常规的小型三轮或四轮车速度都不能太快，并且宽度方向尺寸大都在1米以上，这就使它的适用人群和场合受到了很大限制。

针对现有小型电动车或摩托车存在的上述问题，专利《一种人机联合平衡车》(专利号为201922148722.2)提出了一种结合二轮车与三轮/四轮各自优点的解决方案，即采用三轮或四轮的车底盘，但车身是可以在底盘上左右自由摆动的，车行驶时是依赖驾车人的平衡控制对车身进行平衡的，即用二轮车的驾车平衡原理来驾驶的三轮或四轮车(本文称这种车为动平衡车)，这样就解决了传统小型三轮或四轮车在高速行驶时的稳定性，又获得了三轮或四轮车的制动稳定性以及封闭车厢对人的保护作用。然而，在该专利申请案中，倒三轮车和四轮车的前轮，和正三轮车一样，作为转向轮都与转向龙头直接连接，这就使得倒三轮车与四轮车成为实质上的正三轮车，相当于它们具有一个超宽的前轮，前轮随车身的摆动倾斜。因此如何实现更具实用性的倒三轮与四轮动平衡车，就需要对转向装置进行进一步改进。

中国专利号ZL201480067213.4公开了一种“具有倾斜框架的车辆”，其倾斜框架2能相对于所述主架1倾斜，并且具有倾斜轴线35(此处沿用专利201480067213.4中的附图标记)，但它的横拉杆致动元件39能相对于所述倾斜框架2移动，以及通过所述倾斜框架2关于所述倾斜轴线35的倾斜和与其独立地通过所述转向轴线59的旋转被致动，使得所述至少一个能转向的接触元件3a通过所述至少一个横拉杆7经历转向运动，并且所述横拉杆致动元件39能够通过所述倾斜框架的倾斜且与所述倾斜独立地通过所述转向管6的旋转而相对于所述主架1移动，以用于所述至少一个横拉杆7的致动。可以看出，该专利申请案公开的车辆，其车身框架的倾斜与车辆的转向是相关的，即横拉杆7的致动有两个因素：倾斜框架2的倾斜和通过轴线59的旋转；这样，车的倾斜会影响车的转向，反之，车的转向运动同时也会影响车身的倾斜。从二轮车的动平衡原理我们知道，车身的倾斜与转向是分离的，不相干的，否则车身不能实现动平衡。比如二轮车在高速经过弯道时，车身的倾斜角是很大的，但车的转向是很细微的；二轮车在低速度行驶时，细微的车身倾斜需要较大角度的转向来使车身重新回到平衡点，由此可以看出，车身倾斜与转向不能存在明显的相关性，否则难以真正意义上实现车辆的动平衡，也就是说，虽然该专利提出的这种车具有了可倾斜的框架，绕倾斜轴线倾斜，但它的转向与车身倾斜是相互关联的，不能真正实现二轮车动平衡原理，它的平衡功能是有缺陷的。

中国专利申请号201610157690.0公开了“一种三轮以上摩托车用强制控制车架和车轮自动平衡机构”，其平衡机构把车分成前后两部分，前部分含前轮，后部含后轮，整个前部分通过“车架连接轴承组”与后部分连接，这样前部分可以相对后部分围绕轴承的轴线摆动，该专利申请案有两个特点：一是强制控制平衡侧倾；二是车身在倾斜或摆动过程中，作为转向轮的前轮跟随车身倾斜摆动，由于所有车轮是始终着地的，因此这种摆动的结果是车轮随着摆动倾斜。这两个特点都不能形成类似二轮车的动态平衡所需要的失稳式的摆动或倾斜，因此它也不能形成类似二轮车的动态平衡状态。

综上，对于动平衡车来说，在车轮不随车身摆动倾斜的情况下，如何使一个可以自由摆动而失稳的车身在一个可以转向且稳定的车底盘上，在不借助其它任何外力的情况下实现动平衡，成为动平衡车尤其是四轮或倒三轮动平衡车实现动平衡的主要难点，而如何实现车的转向与车身的摆动互不影响是攻克上述难点问题的主要矛盾。因此，有必要为动平衡车设计一套能够实现车的转向与车身的摆动互不影响的转向装置。

发明内容

1.发明要解决的技术问题

本发明的目的在于解决现有能够摆动的车的转向动作与车的摆动动作存在相互干扰而无法实现真正的动平衡的问题，提供一种刚性传动式摆动转向装置，采用本发明的技术方案，转向操作组件能够相对于转向执行组件来回摆动或倾斜，同时利用转向转换机构将转向操作组件的转向运动转换为直线输出构件前后直线运动，直线输出构件的直线运动轨迹线与上述摆动的轴线相重合或相平行，进而使车辆的转向运动与车的摆动或倾斜运动互不影响，为非一体式转向的四轮和倒三轮动平衡车实现动态平衡提供了一种切实可行的技术思路，使动平衡车的摆动和转向动作相互独立，车的动态平衡控制更加自如，大大提高了车的行驶安全性和操作灵活性；并且，转向装置完全采用刚性传动，传动效率高，转向操作稳定精准。

2.技术方案

为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：

本发明的一种刚性传动式摆动转向装置，安装于车的含转向操控的部分相对于车的含转向轮的部分存在相对摆动或倾斜的车辆上，包括转向操作组件和转向执行组件，所述转向操作组件安装于车的含转向操控的部分，所述转向执行组件安装于车的含转向轮的部分，并与车的转向轮传动连接，所述转向操作组件能够相对于转向执行组件绕车的含转向操控的部分相对于车的含转向轮的部分的摆动轴线来回摆动或倾斜；

所述转向操作组件包括直线输出构件和用于将转向操作组件的转向运动转换为直线输出构件前后直线运动的转向转换机构，所述直线输出构件与转向执行组件之间采用轴向传动机构连接，且直线输出构件的直线运动轨迹线与上述摆动轴线相重合或相平行；车辆的转向运动从转向操作组件输入，通过转向转换机构将转向操作组件的转向运动转换为直线输出构件的直线运动，经轴向传动机构传递至转向执行组件输出，使车辆的转向运动与车的含转向操控的部分相对于车的含转向轮的部分的摆动或倾斜运动互不影响。

更进一步地，所述转向执行组件具有与直线输出构件轴向传动连接的脱摆构件，当直线输出构件的直线运动轨迹线与摆动轴线相重合时，所述直线输出构件与脱摆构件之间采用能够相对旋转的轴孔配合结构连接，且在轴孔配合结构处还设有用于实现直线输出构件与脱摆构件轴向传动连接的轴向限位结构。

更进一步地，所述转向执行组件具有与直线输出构件轴向传动连接的脱摆构件，当直线输出构件的直线运动轨迹线与摆动轴线相平行时，所述直线输出构件与脱摆构件之间采用相对活动配合的滑槽结构连接，该滑槽结构的滑动轨迹线所在的面与摆动轴线相垂直，且在滑槽结构处还设有用于实现直线输出构件与脱摆构件轴向传动连接的轴向限位结构。

更进一步地，所述转向执行组件具有与直线输出构件轴向传动连接的脱摆构件，当直线输出构件的直线运动轨迹线与摆动轴线相平行时，所述直线输出构件通过关节构件、L型滑杆与脱摆构件连接，所述关节构件具有滑动副和转动副，且滑动副和转动副的轴线相垂直，所述直线输出构件与关节构件的转动副转动连接，所述L型滑杆的直立杆与关节构件的滑动副滑动配合，所述L型滑杆的水平杆与脱摆构件转动连接，所述L型滑杆的水平杆转动轴线与摆动轴线相平行，且转动轴线位置固定。

更进一步地，所述转向转换机构具有转换输入轴和与直线输出构件相连接的转换输出构件，所述转换输出构件的转换输出中线与直线输出构件的直线运动轨迹线相重合或相平行。

更进一步地，所述转向转换机构为齿轮齿条转换机构，包括相互啮合的齿轮和齿条，所述齿轮的轮轴为转换输入轴，所述齿条前后滑动安装于车的含转向操控的部分的底部，作为与直线输出构件相连接的转换输出构件，所述转换输入轴与转换输出构件之间的夹角通过齿轮和齿条的不同啮合齿形来调整。

更进一步地，所述转向转换机构为滑杆式转换机构，包括支撑构件、滑杆一、滑杆二和关节件，所述支撑构件的一端为转动副、另一端为滑动副，且所述转动副和滑动副的轴线呈空间垂直，所述关节件具有滑动副和转动副，且滑动副和转动副的轴线相垂直，所述滑杆一的一端固连有竖直转动杆，且竖直转动杆的轴线与滑杆一的轴线相垂直，所述竖直转动杆与支撑构件的转动副转动配合，作为转换输入轴；所述滑杆二与支撑构件的滑动副滑动配合，作为与直线输出构件相连接的转换输出构件，所述滑杆一与关节件的滑动副滑动配合，所述滑杆二上也具有一段与滑杆二轴线相垂直的竖直杆，且滑杆二通过上述竖直杆与关节件的转动副转动配合。

更进一步地，所述转向操作组件还包括转向龙头，所述转向龙头的转轴与转向转换机构的转换输入轴相连接；当转向龙头的转轴轴线与转向转换机构的转换输入轴的轴线重合时，所述转向龙头的转轴与转换输入轴固定连接；当转向龙头的转轴轴线与转向转换机构的转换输入轴的轴线具有夹角时，所述转向龙头的转轴通过万向节与转换输入轴连接。

更进一步地，所述转向操作组件还包括转向龙头和中间轴，所述转向龙头的转轴与中间轴连接，所述中间轴与转向转换机构的转换输入轴连接；当转向龙头的转轴与中间轴、中间轴与转换输入轴的轴线重合，则两者之间采用固定连接；当转向龙头的转轴与中间轴、中间轴与转换输入轴的轴线具有夹角，则两者之间采用万向节连接。

更进一步地，所述转向执行组件包括脱摆构件、中间拉杆、转向力臂和转向拉杆，所述脱摆构件与直线输出构件轴向传动连接，所述脱摆构件通过中间拉杆与转向力臂一端连接，所述转向力臂另一端通过转向拉杆与转向轮的转向节相连接。

3.有益效果

采用本发明提供的技术方案，与已有的公知技术相比，具有如下显著效果：

(1)本发明的一种刚性传动式摆动转向装置，其安装于车的含转向操控的部分相对于车的含转向轮的部分存在相对摆动或倾斜的车辆上，它的转向操作组件能够相对于转向执行组件来回摆动或倾斜，同时利用转向转换机构将转向操作组件的转向运动转换为直线输出构件前后直线运动，直线输出构件的直线运动轨迹线与上述摆动轴线相重合或相平行，进而使车辆的转向运动与车的摆动或倾斜运动互不影响，为非一体式转向的四轮和倒三轮动平衡车实现动态平衡提供了一种切实可行的技术思路，使动平衡车的摆动和转向动作相互独立，车的动态平衡控制更加自如，大大提高了车的行驶安全性和操作灵活性；并且，转向装置完全采用刚性传动，传动效率高，转向操作稳定精准；

(2)本发明的一种刚性传动式摆动转向装置，其转向执行组件具有与直线输出构件轴向传动连接的脱摆构件，在直线输出构件的直线运动轨迹线与摆动轴线相重合时，直线输出构件与脱摆构件之间采用能够相对旋转的轴孔配合结构连接，实现直线输出构件与脱摆构件的轴向传递，结构简单，传动稳定；而在直线输出构件的直线运动轨迹线与摆动轴线相平行时，直线输出构件与脱摆构件之间采用相对活动配合的滑槽结构连接，该滑槽结构的滑动轨迹线所在的面与摆动轴线相垂直，这样，直线输出构件能够在滑槽内滑动而不会将摆动传递给脱摆构件，避免了车的摆动会干扰车的转向的问题，结构同样非常简单紧凑，传动稳定可靠；

(3)本发明的一种刚性传动式摆动转向装置，其转向执行组件具有与直线输出构件轴向传动连接的脱摆构件，且在直线输出构件的直线运动轨迹线与摆动轴线相平行时，直线输出构件通过关节构件、L型滑杆与脱摆构件连接，利用关节构件和L型滑杆组成脱摆结构，一方面，直线输出构件绕摆动轴线的摆动被关节构件转化成L型滑杆绕转动轴线的摆动，L型滑杆的摆动结果是L型滑杆的水平杆绕转动轴线旋转，由于L型滑杆与脱摆构件采用轴孔结构连接，L型滑杆的水平杆绕转动轴线的旋转不会改变脱摆构件的运动状态；另一方面，直线输出构件的直线运动则转化成L形滑杆的直线运动，进而带动脱摆构件的直线运动，同样实现了车的摆动与车的转向动作互不干扰的目的，且通过上述滑杆式脱摆结构，简化了脱摆构件的结构，使转向执行组件的结构更加简单紧凑，而且能够适用于车的摆动轴线在小范围内平行变化的情况，脱摆动作灵活性更好；

(4)本发明的一种刚性传动式摆动转向装置，其转向转换机构具有转换输入轴和与直线输出构件相连接的转换输出构件，转换输出构件的转换输出中线与直线输出构件的直线运动轨迹线相重合或相平行，转向转换机构实现了转向动作与直线往复运动的转换，配合车的摆动轴线与直线输出构件的直线运动轨迹线的重合或平行设计，巧妙地解决了车的摆动或倾斜与车的转向动作干扰的问题，且便于通过转向转换机构实现转向操作组件与转向执行组件之间的传动连接，利于传动结构的简化；

(5)本发明的一种刚性传动式摆动转向装置，其转向转换机构采用齿轮齿条转换机构，结构简单紧凑，传动稳定可靠，且齿轮齿条传动比恒定，转向操作角度与车轮的执行转向角度呈线性关系，转向灵活，易于转向操控；

(6)本发明的一种刚性传动式摆动转向装置，其转向转换机构采用滑杆式转换机构，利用滑杆一和滑杆二的滑动和转动配合，将滑杆一绕转换输入轴的摆动转换为滑杆二的直线运动，结构简单紧凑，易于加工制造。

附图说明

图1为本发明实施例1的一种刚性传动式摆动转向装置的结构示意图；

图2为本发明实施例1的刚性传动式摆动转向装置的直行状态俯视图；

图3为本发明实施例1的刚性传动式摆动转向装置的转向状态俯视图；

图4为本发明中直线输出构件的直线运动轨迹线z2与摆动轴线z1相平行时的滑槽脱摆连接示意图；

图5为本发明中直线输出构件的直线运动轨迹线z2与摆动轴线z1相平行时的滑杆式脱摆连接示意图；

图6为本发明实施例2的一种刚性传动式摆动转向装置中的滑杆式转换机构的结构示意图。

示意图中的标号说明：

1、转向操作组件；11、转向龙头；12、中间轴；13、转向转换机构；131、转换输入轴；133、转换输出构件；13a、齿轮齿条转换机构；13b、滑杆式转换机构；13b2、滑杆机构；13b21、支撑构件；13b22、滑杆一；13b23、滑杆二；13b24、关节件；14、直线输出构件；15、关节构件；16、L型滑杆；

2、转向执行组件；21、脱摆构件；22、中间拉杆；23、转向力臂；24、转向拉杆；

z1、摆动轴线；z2、直线运动轨迹线；z3、转换输出中线；z4、转动轴线。

具体实施方式

为进一步了解本发明的内容，现结合附图对本发明的发明构思作详细描述。

本发明的一种刚性传动式摆动转向装置，其安装于车的含转向操控的部分相对于车的含转向轮的部分存在相对摆动或倾斜的车辆上，如车的转向轮不随车身的摆动或倾斜而发生倾斜的车辆上，即非一体式转向的车辆，在此类车辆上，尤其是需要使车身相对于车底盘形成动态平衡时，如何使车的转向与车身的摆动相互独立是一个难点问题。该刚性传动式摆动转向装置，包括转向操作组件1和转向执行组件2，转向操作组件1安装于车的含转向操控的部分，转向执行组件2安装于车的含转向轮的部分，并与车的转向轮传动连接，转向操作组件1能够相对于转向执行组件2绕车的含转向操控的部分相对于车的含转向轮的部分的摆动轴线z1来回摆动或倾斜。转向操作组件1包括直线输出构件14和用于将转向操作组件1的转向运动转换为直线输出构件14前后直线运动的转向转换机构13，直线输出构件14与转向执行组件2之间采用轴向传动机构连接，且直线输出构件14的直线运动轨迹线z2与上述摆动轴线z1相重合或相平行；车辆的转向运动从转向操作组件1输入，通过转向转换机构13将转向操作组件1的转向运动转换为直线输出构件14的直线运动，经轴向传动机构传递至转向执行组件2输出，使车辆的转向运动与车的含转向操控的部分相对于车的含转向轮的部分的摆动或倾斜运动互不影响。由于直线输出构件14的直线运动轨迹线z2与上述摆动轴线z1相重合或相平行，并配合轴向传动机构只向转向执行组件2传递轴向作用力，使转向操作组件1既能够相对于转向执行组件2摆动或倾斜，又能够将转向操作传递给转向执行组件2来控制车的转向轮转向，同时车的摆动或倾斜运动不会干扰车的转向运动，两者相互独立，互不干扰，为非一体式转向的四轮和倒三轮动平衡车实现动态平衡提供了一种切实可行的技术思路，使动平衡车的摆动和转向动作相互独立，车的动态平衡控制更加自如，大大提高了车的行驶安全性和操作灵活性；并且，转向装置完全采用刚性传动，传动效率高，转向操作稳定精准。

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的描述。

[实施例1]

结合图1至图3所示，本实施例的一种刚性传动式摆动转向装置，安装于车的含转向操控的部分相对于车的含转向轮的部分存在相对摆动或倾斜的车辆上，用于使车的转向轮的转向动作与车的摆动或倾斜动作相互独立或互不影响。其包括转向操作组件1和转向执行组件2两部分，转向操作组件1安装于车的含转向操控的部分，能够随车的含转向操控的部分相对于车的含转向轮的部分进行摆动或倾斜，转向执行组件2安装于车的含转向轮的部分，并与车的转向轮传动连接，用于控制车的转向轮进行转向，这样，转向操作组件1能够相对于转向执行组件2绕车的含转向操控的部分相对于车的含转向轮的部分的摆动轴线z1来回摆动或倾斜；转向操作组件1包括直线输出构件14和用于将转向操作组件1的转向运动转换为直线输出构件14前后直线运动的转向转换机构13，直线输出构件14与转向执行组件2之间采用轴向传动机构连接，且直线输出构件14的直线运动轨迹线z2与上述摆动轴线z1相重合或相平行，即直线输出构件14只向转向执行组件2传递轴向上的推拉作用力，而不会带动转向执行组件2产生摆动；车辆的转向运动从转向操作组件1输入，通过转向转换机构13将转向操作组件1的转向运动转换为直线输出构件14的直线运动，经轴向传动机构传递至转向执行组件2输出，使车辆的转向运动与车的含转向操控的部分相对于车的含转向轮的部分的摆动或倾斜运动互不影响。上述车的含转向操控的部分可以称之为车身，车的含转向轮的部分可以称之为车底盘，车身上含有转向操作组件1，车底盘上含有转向执行组件2和车轮，转向执行组件2与车轮中的转向轮传动连接。

在本实施例中，直线输出构件14与转向执行组件2之间的轴向传动机构通过直线输出构件14与脱摆构件21实现，即转向执行组件2具有与直线输出构件14轴向传动连接的脱摆构件21，脱摆构件21与直线输出构件14配合来实现轴向推拉传递，同时使直线输出构件14在转动或摆动方向上具有自由度，故称之为“脱摆”。

具体地，当直线输出构件14的直线运动轨迹线z2与摆动轴线z1相重合时，直线输出构件14与脱摆构件21之间采用能够相对旋转的轴孔配合结构连接，且在轴孔配合结构处还设有用于实现直线输出构件14与脱摆构件21轴向传动连接的轴向限位结构。例如，直线输出构件14上是轴结构时，脱摆构件21上则是孔结构，轴在孔的两侧有轴向限位，形成轴向的连接与力的传递，且直线输出构件14能够相对于脱摆构件21自由转动，则直线运动可以从直线输出构件14递给脱摆构件21，但不会将直线输出构件14绕直线运动轨迹线z2的转动传递给脱摆构件21。直线输出构件14与脱摆构件21之间采用能够相对旋转的轴孔配合结构连接，实现直线输出构件14与脱摆构件21的轴向传递，结构简单，传动稳定。

当直线输出构件14的直线运动轨迹线z2与摆动轴线z1相平行时，直线输出构件14与脱摆构件21之间采用相对活动配合的滑槽结构连接。如图4所示，该滑槽结构的滑动轨迹线所在的面与摆动轴线z1相垂直，且在滑槽结构处还设有用于实现直线输出构件14与脱摆构件21轴向传动连接的轴向限位结构；直线运动轨迹线z2与摆动轴线z1之间的距离为r，在车身摆动过程中，直线输出构件14绕摆动轴线z1以r为半径摆动，此时直线输出构件14相对于脱摆构件21在滑槽内滑动，不会带动脱摆构件21摆动，并在轴向限位结构作用下，直线输出构件14前后直线运动能够带动脱摆构件21前后运动。具体在这里，脱摆构件21上的滑槽为一个弧形的腰孔，弧形腰孔中心线的半径为r，弧形腰孔中心线的圆心位于摆动轴线z1上，直线输出构件14与滑槽配合的位置可设计为回转体，这样直线输出构件14在滑槽内边滑动边自转(绕z2)，这种滑动与自转不会对脱摆构件21产生影响，另一方面，直线输出构件14又可以通过滑槽将摆动轴线z1方向上的直线移动传递给脱摆构件21，实现车辆的转向控制。采用上述滑槽脱摆连接结构，避免了车的摆动会干扰车的转向的问题，结构同样非常简单紧凑，传动稳定可靠。

图5是当直线输出构件14的直线运动轨迹线z2与摆动轴线z1相平行时的另一种滑杆式脱摆连接结构示意图，此时直线输出构件14通过关节构件15、L型滑杆16与脱摆构件21连接，关节构件15整体呈T形结构，具有滑动副和转动副，且滑动副和转动副的轴线相垂直，直线输出构件14与关节构件15的转动副转动连接，即直线输出构件14与关节构件15之间能够实现轴向力的传递，同时能够做相对旋转运动，L型滑杆16的直立杆与关节构件15的滑动副滑动配合，L型滑杆16的水平杆与脱摆构件21转动连接，即L型滑杆16的水平杆与脱摆构件21之间能够实现轴向力的传递，同时能够做相对旋转运动，L型滑杆16的水平杆转动轴线z4与摆动轴线z1相平行，且转动轴线z4位置固定，这里可以将L型滑杆16的水平杆转动安装于车底盘上。采用上述滑杆式脱摆连接结构，利用关节构件15和L型滑杆16组成脱摆结构，在车身摆动过程中，直线输出构件14绕摆动轴线z1以r为半径摆动(r为直线运动轨迹线z2与摆动轴线z1之间的距离)，此时直线输出构件14绕摆动轴线z1的摆动被关节构件15转化成L型滑杆16绕转动轴线z4的摆动，L型滑杆16的摆动结果是L型滑杆16的水平杆绕转动轴线z4旋转，由于L型滑杆16与脱摆构件21采用轴孔结构连接，L型滑杆16的水平杆绕转动轴线z4的旋转不会改变脱摆构件21的运动状态；另一方面，当直线输出构件14前后直线运动时，直线输出构件14的直线运动则转化成L形滑杆16的直线运动，进而带动脱摆构件21的直线运动，同样实现了车的摆动与车的转向动作互不干扰的目的，且通过上述滑杆式脱摆结构，简化了脱摆构件21的结构，使转向执行组件2的结构更加简单紧凑，而且能够适用于车的摆动轴线z1在小范围内平行变化的情况，脱摆动作灵活性更好。

本实施例的一种刚性传动式摆动转向装置，其转向转换机构13是一种将其输入轴的转动转化为直线移动的装置，该转向转换机构13具有转换输入轴131和与直线输出构件14相连接的转换输出构件133，转换输出构件133的转换输出中线z3与直线输出构件14的直线运动轨迹线z2相重合或相平行。在转换输出中线z3与直线运动轨迹线z2相重合时，可将直线输出构件14与转换输出构件133连接为一体；在转换输出中线z3与直线运动轨迹线z2相平行时，在直线输出构件14与转换输出构件133之间可通过调整构件连接，该调整构件为一连接件，用于将转换输出构件133的直线运动平移到与直线输出构件14的直线运动轨迹线z2相重合，调整构件的一端与转换输出构件133轴向转动连接，使转换输出构件133能够向调整构件传递轴向力，且两者能够相对转换输出中线z3转动，调整构件的另一端与直线输出构件14轴向转动连接，使调整构件能够向直线输出构件14传递轴向力，且两者能够相对直线运动轨迹线z2转动。转向转换机构13实现了转向动作与直线往复运动的转换，配合车的摆动轴线z1与直线输出构件14的直线运动轨迹线z2的重合或平行设计，巧妙地解决了车的摆动或倾斜与车的转向动作干扰的问题，且便于通过转向转换机构13实现转向操作组件1与转向执行组件2之间的传动连接，利于传动结构的简化。

如图1、图2和图3所示，具体在本实施例中，上述的转向转换机构13为齿轮齿条转换机构13a，包括相互啮合的齿轮和齿条，齿轮的轮轴为转换输入轴131，齿条前后滑动安装于车的含转向操控的部分的底部，作为与直线输出构件14相连接的转换输出构件133，转换输入轴131与转换输出构件133之间的夹角通过齿轮和齿条的不同啮合齿形来调整。由于齿轮在转向过程中不会360°转动，因此可将齿轮设计为扇形齿轮，保证转向角范围内均有齿形与齿条啮合即可。齿轮齿条转换机构13a结构简单紧凑，传动稳定可靠，且齿轮齿条传动比恒定，转向操作角度与车轮的执行转向角度呈线性关系，转向灵活，易于转向操控。

在本实施例中，上述的转向操作组件1还包括转向龙头11，转向龙头11的转轴与转向转换机构13的转换输入轴131相连接；当转向龙头11的转轴轴线与转向转换机构13的转换输入轴131的轴线重合时，转向龙头11的转轴与转换输入轴131固定连接；当转向龙头11的转轴轴线与转向转换机构13的转换输入轴131的轴线具有夹角时，转向龙头11的转轴通过万向节与转换输入轴131连接。进一步地，当转向龙头11与转换输入轴131的位置偏差过大时，转向龙头11与转换输入轴131之间还可通过中间轴来连接，即转向操作组件1包括转向龙头11和中间轴12，转向龙头11的转轴与中间轴12连接，中间轴12与转向转换机构13的转换输入轴131连接；当转向龙头11的转轴与中间轴12、中间轴12与转换输入轴131的轴线重合，则两者之间采用固定连接；当转向龙头11的转轴与中间轴12、中间轴12与转换输入轴131的轴线具有夹角，则两者之间采用万向节连接。参见图2和图3所示，工作时，转向龙头11的转动带动齿轮转动，齿轮带动齿条，形成齿条的水平移动，进而带动直线输出构件14和脱摆构件21水平移动，这样就完成了将转向龙头11的角位移转变成脱摆构件21的平移，由于齿条、直线输出构件14的轴线与摆动轴线z1重合或平行，因此车身的摆动不会对齿条、直线输出构件14的平移产生影响，只会使齿条、直线输出构件14绕摆动轴线z1转动，但由于脱摆构件21与直线输出构件14是上述的轴孔或滑槽配合，脱摆构件21不会随直线输出构件14转动，只会随之平移。由此可以看出，车身的摆动运动只传递到直线输出构件14这里，使它转动，但这种转动被脱摆构件21隔离，不会继续向后传递，这样就实现了车身摆动与转向的分离，使它们互不干扰。

在本实施例中，上述的转向执行组件2包括脱摆构件21、中间拉杆22、转向力臂23和转向拉杆24，脱摆构件21与直线输出构件14轴向传动连接，脱摆构件21通过中间拉杆22与转向力臂23一端连接，转向力臂23另一端通过转向拉杆24与转向轮的转向节相连接。转向时，直线输出构件14带动脱摆构件21平移，脱摆构件21的平移再带动中间拉杆22移动，进而使转向力臂23转动，最终带动转向拉杆24推拉车轮的转向节实现转向。应当理解，中间拉杆22和转向力臂23不是必须的，当脱摆构件21的位置合适，再通过调整转向节臂的方向，可以省去中间拉杆22和转向力臂23，直接由脱摆构件21带动转向拉杆24来推拉转向轮的转向节。

对于上述的转向执行组件2，本实施例中给出了一种具体实施方式，其转向力臂23与转向拉杆24、转向拉杆24与转向节之间的连接需要用到球面轴承以适合其在空间上的位置变动，空间上的位置变动是因为车轮需要悬挂系统形成避振和缓冲引起的，这些都属于现有技术，故在此不再对这部分进行详细展开。

[实施例2]

结合图6所示，本实施例的一种刚性传动式摆动转向装置，其基本结构和工作原理同实施例1，不同之处在于：

在本实施例中，上述的转向转换机构13为滑杆式转换机构13b，包括支撑构件13b21、滑杆一13b22、滑杆二13b23和关节件13b24，支撑构件13b21、滑杆一13b22、滑杆二13b23和关节件13b24构成滑杆机构13b2，支撑构件13b21的一端为转动副、另一端为滑动副，且转动副和滑动副的轴线呈空间垂直，关节件13b24具有滑动副和转动副，且滑动副和转动副的轴线相垂直，滑杆一13b22的一端固连有竖直转动杆，且竖直转动杆的轴线与滑杆一13b22的轴线相垂直，竖直转动杆与支撑构件13b21的转动副转动配合，作为转换输入轴131；滑杆二13b23与支撑构件13b21的滑动副滑动配合，作为与直线输出构件14相连接的转换输出构件133，滑杆一13b22与关节件13b24的滑动副滑动配合，滑杆二13b23上也具有一段与滑杆二13b23轴线相垂直的竖直杆，且滑杆二13b23通过上述竖直杆与关节件13b24的转动副转动配合。转换输入轴131与滑杆一13b22固定连接且它们的轴线垂直，滑杆一13b22通过关节件13b24与滑杆二13b23连接，以使得滑杆一13b22相对于滑杆二13b23以关节件13b24的转动副的轴线旋转，同时滑杆一13b22可以在关节件13b24的滑动副内滑动，转换输入轴131在支撑构件13b21的转动副内转动，滑杆二13b23在支撑构件13b21的滑动副内滑动，滑杆二13b23即构成转换输出构件133，这样转换输入轴131相对于支撑构件13b21的转动就可以转化成转换输出构件133相对于支撑构件13b21的直线移动，传动结构简单紧凑，易于加工制造。

本发明的一种刚性传动式摆动转向装置，转向操作组件能够相对于转向执行组件来回摆动或倾斜，同时利用转向转换机构将转向操作组件的转向运动转换为直线输出构件前后直线运动，直线输出构件的直线运动轨迹线与上述摆动轴线相重合或相平行，进而使车辆的转向运动与车的摆动或倾斜运动互不影响，为非一体式转向的四轮和倒三轮动平衡车实现动态平衡提供了一种切实可行的技术思路，使动平衡车的摆动和转向动作相互独立，车的动态平衡控制更加自如，大大提高了车的行驶安全性和操作灵活性；并且，转向装置完全采用刚性传动，传动效率高，转向操作稳定精准。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。

以上示意性地对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性地设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种刚性传动式摆动转向装置，其特征在于：安装于车的含转向操控的部分相对于车的含转向轮的部分存在相对摆动或倾斜的车辆上，包括转向操作组件(1)和转向执行组件(2)，所述转向操作组件(1)安装于车的含转向操控的部分，所述转向执行组件(2)安装于车的含转向轮的部分，并与车的转向轮传动连接，所述转向操作组件(1)能够相对于转向执行组件(2)绕车的含转向操控的部分相对于车的含转向轮的部分的摆动轴线(z1)来回摆动或倾斜；

所述转向操作组件(1)包括直线输出构件(14)和用于将转向操作组件(1)的转向运动转换为直线输出构件(14)前后直线运动的转向转换机构(13)，所述直线输出构件(14)与转向执行组件(2)之间采用轴向传动机构连接，且直线输出构件(14)的直线运动轨迹线(z2)与上述摆动轴线(z1)相重合或相平行；车辆的转向运动从转向操作组件(1)输入，通过转向转换机构(13)将转向操作组件(1)的转向运动转换为直线输出构件(14)的直线运动，经轴向传动机构传递至转向执行组件(2)输出，使车辆的转向运动与车的含转向操控的部分相对于车的含转向轮的部分的摆动或倾斜运动互不影响。

2.根据权利要求1所述的一种刚性传动式摆动转向装置，其特征在于：所述转向执行组件(2)具有与直线输出构件(14)轴向传动连接的脱摆构件(21)，当直线输出构件(14)的直线运动轨迹线(z2)与摆动轴线(z1)相重合时，所述直线输出构件(14)与脱摆构件(21)之间采用能够相对旋转的轴孔配合结构连接，且在轴孔配合结构处还设有用于实现直线输出构件(14)与脱摆构件(21)轴向传动连接的轴向限位结构。

3.根据权利要求1所述的一种刚性传动式摆动转向装置，其特征在于：所述转向执行组件(2)具有与直线输出构件(14)轴向传动连接的脱摆构件(21)，当直线输出构件(14)的直线运动轨迹线(z2)与摆动轴线(z1)相平行时，所述直线输出构件(14)与脱摆构件(21)之间采用相对活动配合的滑槽结构连接，该滑槽结构的滑动轨迹线所在的面与摆动轴线(z1)相垂直，且在滑槽结构处还设有用于实现直线输出构件(14)与脱摆构件(21)轴向传动连接的轴向限位结构。

4.根据权利要求1所述的一种刚性传动式摆动转向装置，其特征在于：所述转向执行组件(2)具有与直线输出构件(14)轴向传动连接的脱摆构件(21)，当直线输出构件(14)的直线运动轨迹线(z2)与摆动轴线(z1)相平行时，所述直线输出构件(14)通过关节构件(15)、L型滑杆(16)与脱摆构件(21)连接，所述关节构件(15)具有滑动副和转动副，且滑动副和转动副的轴线相垂直，所述直线输出构件(14)与关节构件(15)的转动副转动连接，所述L型滑杆(16)的直立杆与关节构件(15)的滑动副滑动配合，所述L型滑杆(16)的水平杆与脱摆构件(21)转动连接，所述L型滑杆(16)的水平杆转动轴线(z4)与摆动轴线(z1)相平行，且转动轴线(z4)位置固定。

5.根据权利要求1至4任意一项所述的一种刚性传动式摆动转向装置，其特征在于：所述转向转换机构(13)具有转换输入轴(131)和与直线输出构件(14)相连接的转换输出构件(133)，所述转换输出构件(133)的转换输出中线(z3)与直线输出构件(14)的直线运动轨迹线(z2)相重合或相平行。

6.根据权利要求5所述的一种刚性传动式摆动转向装置，其特征在于：所述转向转换机构(13)为齿轮齿条转换机构(13a)，包括相互啮合的齿轮和齿条，所述齿轮的轮轴为转换输入轴(131)，所述齿条前后滑动安装于车的含转向操控的部分的底部，作为与直线输出构件(14)相连接的转换输出构件(133)，所述转换输入轴(131)与转换输出构件(133)之间的夹角通过齿轮和齿条的不同啮合齿形来调整。

7.根据权利要求5所述的一种刚性传动式摆动转向装置，其特征在于：所述转向转换机构(13)为滑杆式转换机构(13b)，包括支撑构件(13b21)、滑杆一(13b22)、滑杆二(13b23)和关节件(13b24)，所述支撑构件(13b21)的一端为转动副、另一端为滑动副，且所述转动副和滑动副的轴线呈空间垂直，所述关节件(13b24)具有滑动副和转动副，且滑动副和转动副的轴线相垂直，所述滑杆一(13b22)的一端固连有竖直转动杆，且竖直转动杆的轴线与滑杆一(13b22)的轴线相垂直，所述竖直转动杆与支撑构件(13b21)的转动副转动配合，作为转换输入轴(131)；所述滑杆二(13b23)与支撑构件(13b21)的滑动副滑动配合，作为与直线输出构件(14)相连接的转换输出构件(133)，所述滑杆一(13b22)与关节件(13b24)的滑动副滑动配合，所述滑杆二(13b23)上也具有一段与滑杆二(13b23)轴线相垂直的竖直杆，且滑杆二(13b23)通过上述竖直杆与关节件(13b24)的转动副转动配合。

8.根据权利要求5所述的一种刚性传动式摆动转向装置，其特征在于：所述转向操作组件(1)还包括转向龙头(11)，所述转向龙头(11)的转轴与转向转换机构(13)的转换输入轴(131)相连接；当转向龙头(11)的转轴轴线与转向转换机构(13)的转换输入轴(131)的轴线重合时，所述转向龙头(11)的转轴与转换输入轴(131)固定连接；当转向龙头(11)的转轴轴线与转向转换机构(13)的转换输入轴(131)的轴线具有夹角时，所述转向龙头(11)的转轴通过万向节与转换输入轴(131)连接。

9.根据权利要求5所述的一种刚性传动式摆动转向装置，其特征在于：所述转向操作组件(1)还包括转向龙头(11)和中间轴(12)，所述转向龙头(11)的转轴与中间轴(12)连接，所述中间轴(12)与转向转换机构(13)的转换输入轴(131)连接；当转向龙头(11)的转轴与中间轴(12)、中间轴(12)与转换输入轴(131)的轴线重合，则两者之间采用固定连接；当转向龙头(11)的转轴与中间轴(12)、中间轴(12)与转换输入轴(131)的轴线具有夹角，则两者之间采用万向节连接。

10.根据权利要求1所述的一种刚性传动式摆动转向装置，其特征在于：所述转向执行组件(2)包括脱摆构件(21)、中间拉杆(22)、转向力臂(23)和转向拉杆(24)，所述脱摆构件(21)与直线输出构件(14)轴向传动连接，所述脱摆构件(21)通过中间拉杆(22)与转向力臂(23)一端连接，所述转向力臂(23)另一端通过转向拉杆(24)与转向轮的转向节相连接。

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