CN1272193C - 有效张角调节机构 - Google Patents

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Abstract

一种张角调节机构，包括一电动线性致动器和一控制杆，其中该电动线性致动器安装在具有一对后轮的车辆的一后横向构件上。枢转连接到后横向构件上的互联臂用于将电动线性致动器和控制杆互相联接，该控制杆与一转向节枢转联接，该转向节与一相应的后轮旋转联结。该电动线性致动器包括一外壳，一电机，一由该电机旋转的丝杠，及操作安装在丝杠上的螺母杆，用于响应丝杠通过电机的旋转而沿丝杠线性运动。

Description

有效张角调节机构
技术领域
本发明涉及一种用于车辆的张角调节机构，更特别地，涉及一种使用电动线性致动器来有效调节车辆后轮张角的有效张角调节机构。
背景技术
车辆悬挂系统用于使车辆乘客乘坐舒适，并提高车辆的驾驶性能。为此，应当有效地保护车辆不受由于路面不平条件而产生的力的冲击，从而使车辆驾驶员舒适地控制车辆，良好地掌握车辆并从车辆获得良好的反馈。
这种车辆悬挂系统通过使用有效张角调节机构来使乘客更加舒适并提高驾驶性能。内侧轮转向角与外侧轮转向角之差限定了张角。有效张角调节机构对其间的张角进行控制。最近这种有效张角调节机构用于后轮和前轮。图1中表示使用用于后轮的常规张角调节机构的悬挂系统。
与后轮1旋转联结的是一转向节2，转向节2与一第一控制臂4、一第二控制臂6和一后臂8枢转联接。后臂8基本上沿车辆的纵向设置，而第一控制臂4和第二控制臂6垂直于其纵向中心线设置。用于调节后轮1的转向角的第二控制臂6与具有一固定杆10的液压线性致动器7联接，该固定杆10与车体(未图示)的后横向构件(未图示)枢转联接。
悬挂系统还包括组装在一起而垂直支承转向节2的一减震器5和一弹簧3。安装在转向节2和车体之间的减震器5用于与弹簧3一起缓冲车体的垂直振动。
图2表示液压线性致动器7，包括一缸11、一盖12、一活塞杆13、一活塞14和固定杆10。缸11具有一由盖12密封地盖住的开放端，和一个与固定杆10整体成形的封闭端。活塞杆13的一端密封地穿过盖12并与设置在缸11内部的活塞14联结，其另一端与第二控制臂6联接。活塞14将缸11的内部空间分隔成一个第一腔室17和一个第二腔室18。
分别靠近缸11的封闭端和密封端设置的是一个第一开口15和一个第二开口16。有选择地通过第一和第二开口15和16向活塞14施加液压压力。处于平衡状态的活塞14由分别设置于第一腔室17和第二腔室18的第一和第二弹性元件19和20保持在缸1的中心。
用一液压阀21对通过第一和第二开口15和16施加的液压压力进行调节，该液压阀21由一电控单元(ECU)进行电控。ECU在来自转向角传感器23和/或车速传感器22、如速度计的信号的基础上控制液压阀21的操作。也就是说，速度传感器22和转向角传感器23向ECU提供车辆驾驶状态的反馈信息，ECU又控制液压阀21，使液压线性致动器7能够有效地调节后轮1的张角。
使用液压线性致动器的上述常规张角调节机构的问题在于，液压单元，即液压线性致动器占用的空间相对较大，响应时间较慢。另外，这种液压控制系统相当复杂，包括相对大量的复杂部件，因而限制了生产能力。
发明内容
因此本发明的一个主要目的在于提供一种使用电动线性致动器的张角调节机构，能够缩短响应时间并减小空间的占用。
根据本发明，提供了一种张角调节机构，一种用于车辆的张角调节机构，所述车辆具有一后横向构件、一对后轮和一对转向节，所述机构用于调节由内侧后轮转向角和外侧后轮转向角之差所限定的张角，所述机构包括：固定联接到该后横向构件上的电动线性致动器；与其中一个转向节枢转联接的用于调节后轮的转向角的控制杆，其中每个转向节与一对应的后轮旋转联结，及连接到后横向构件上的可枢转的互联臂，用于将控制杆和电动线性致动器互相联接，其中该电动线性致动器有选择地伸出或收缩该互联臂，该互联臂又环绕其旋转轴线枢转，从而相应地收缩或伸出该控制杆，用于有效调节后轮的张角。
该电动线性致动器优选地包括一外壳；一连接到外壳一端部上的电机；一设置在外壳内部并由电机旋转的丝杠；及一操作安装在丝杠上的螺母杆，用于响应丝杠通过电机的旋转而沿丝杠线性运动。
附图说明
从下面结合附图对一优选实施例所作的描述中，本发明的上述和其它目的和特征将变得清楚，其中：
图1是使用液压线性致动器的常规张角调节机构的透视图；
图2是图1中所示液压线性致动器及其控制系统的剖视图；
图3是根据本发明一优选实施例的张角调节机构的前视图；
图4是根据本发明的优选实施例的张角调节机构的电动线性致动器的局部剖视图；
图5A表示图4中所示电动线性致动器的外壳的截面前视图；
图5B表示图4中所示外壳的平面图；
图5C表示图4中所示外壳的侧视图；
图6表示根据本发明的优选实施例的张角调节机构的旋转检测器；
图7是一图表，表示由图6中的旋转检测器检测的示例性输出信号；
图8表示根据本发明的优选实施例的电动线性致动器的一螺母杆和一导向件；及
图9是一图表，表示由一对极限开关检测的示例性输出信号。
具体实施例
现在参照附图3至9，将详细描述根据本发明一优选实施例的使用电动线性致动器的张角调节机构100。附图中相似的数字表示相似的部件。
图3中，用于车辆悬挂系统的张角调节机构100包括一对后轮30，一后横向构件31，一对转向节32，一对控制臂33，一对电动线性致动器36，及一对联杆37。每个后轮30与一对应的转向节32旋转联结，该转向节32与控制臂33和一后臂(未图示)枢转联接。该后臂支承沿车辆纵向设置的转向节32和垂直于其纵向中心线的控制臂33。该悬挂系统还包括一弹簧34和一减震器35，它们组装在一起，将车辆垂直支承在每个转向节32上，从而对车辆的垂直振动进行缓冲。
用于将转向节32和电动线性致动器36互相联接的联杆37具有枢转联接在一起的一控制杆38和一互联臂39。转向节32和电动线性致动器36分别与控制杆38和互联臂39枢转联接，其中互联臂39的中点枢转安装在后横向构件31的下前部。电动线性致动器36有选择地伸出或收缩互联臂39，而互联臂39又环绕其旋转轴线旋转，使控制杆38相应地伸缩，从而对后轮30的张角进行有效调节。
参照图4，示出电动线性致动器36，包括一直流(DC)电机40，一螺母杆41，一丝杠42，一对极限开关43，一旋转检测器44和一外壳45。DC电机40安装在外壳45的一端，其驱动轴51与外壳45内部的丝杠42联接。其间有一预定间隔的该对极限开关43位于丝杠42上方。旋转检测器44具有一盘49和一位置传感器48，在优选实施例中该位置传感器48是一对于本领域技术人员公知的光电断路器的形式。另外，电动线性致动器36装配在一支架60上，其中支架60用于将电动线性致动器36安装在图3中的后横向构件31上。
螺母杆41和丝杠42中的每一个最好具有爱克米(Acme)螺纹轮廓，如正方形螺纹或者梯形螺纹。螺母杆41操作安装在丝杠42上，用于响应丝杠42通过DC电机40的旋转而在丝杠42上线性运动。如果丝杠42的节距约为3毫米，则丝杠42每旋转一周螺母杆41相应地移动3毫米。
该对极限开关43，即第一和第二极限开关43a和43b，用于通过检测螺母杆41的第一突起41a而对电动线性致动器36的行程进行预设定，从而能够确保其最佳操作。第一突起41a位于螺母杆41的一端部。每个极限开关43是一光传感器或者最好是一间隙传感器，并可用于设定螺母杆41的参考位置，或者补偿旋转检测器44的误差。
可通过施加约10到约16伏的直流电压来操作电动线性致动器36。有了施加到其上的约13.5伏的预定输入电压，电动线性致动器36最好能够在约20千克力的负载下以约105毫米/秒的速度工作，在约60千克力的负载下以约65毫米/秒的速度工作，其中负载沿螺母杆41的纵轴线作用于其上。另一方面，电动线性致动器36最好能够承受作用于螺母杆41上的约260千克力的外部轴向力。电动线性致动器36的这些规格是由使用张角调节机构100的车辆类型确定的。
电动线性致动器36还包括一由轴承止动件47固定在外壳45中的轴承46。丝杠42的一端是被强制插入轴承46内部部件中的无螺纹形状，这使得丝杠42的旋转平稳。轴承46的内部部件与丝杠42一起旋转，而其外部部件固定到外壳45上。另外，在外壳45内部靠近轴承46安装有一个杆止动件59，用于机械地防止螺母杆41运行超过第二极限开关43b。
图5A至5C表示外壳45的不同视图。参照图4和5A至5C，将详细说明电动线性致动器36的构造。
外壳45中有一个沿外壳45的纵向中心轴线延伸的中空部分58。与螺母杆41和轴承46装配在一起的丝杠42位于中空部分58中，DC电机40安装在外壳45的端部。丝杠42的无螺纹端部被强制插入轴承46中，并通过一联结元件52与DC电机40的驱动轴51联结。
穿过外壳45的上侧成形的是一个第一开口部分53和一个第二开口部分54，穿过其底侧成形的是一个第三开口部分63。第一开口部分53和第二开口部分54分别位于上侧的端部区域和中部区域，第二开口部分63位于底侧的中部区域，与第二开口部分54相对。
第一开口部分53用于将位置传感器48安装在盘49上。图6表示在其中心孔50处与DC电机40的驱动轴51联结的盘49的前视图。盘49具有多个环绕其圆周等间距交替的齿49a和槽49b。位置传感器48包括一光源(未图示)和一靠近设有齿49a和槽49b的光检测器49的周缘设置的光电探测器(未示出)。因此，当DC电机40旋转过程中，位置检测器48连续检测光的每次中断，并相应地输出一个脉冲信号，从而可获得驱动轴51，即图4中丝杠42的旋转角度。位置检测器48的输出用于监测丝杠42的旋转量以控制张角。
使用两个位置传感器能够提高旋转检测器44的分辨能力。图7表示分别从第一和第二位置传感器产生的第一和第二脉冲信号的示例性图表，第一和第二位置传感器最好安装成使第一和第二脉冲信号相位相差四分之一周期。
在上述条件下，在盘的一周中均匀分布的32个槽向DC电机提供了约2.8125°[＝360°/32*2*2]的分辨能力。有了该分辨能力，当丝杠42具有约3毫米的节距时，可将螺母杆41的可控单位位移设定成约0.0234毫米(＝3毫米*2.8125°/360°)。
回到图4和5A至5C，第二开口部分54用于安装分别设定了螺母杆41行程的第一端点和第二端点的第一极限开关43a和第二极限开关43b。另外，第二开口部分63用于安装一导向件55，该导向件55用于防止螺母杆41旋转，从而确保其线性运动。
图8表示导向件55和螺母杆41的装配构造。导向件55具有沿其中心线形成的一沟槽56，螺母杆41具有位于其外圆周上的一第二突起57，其中第二突起57可平滑地沿沟槽56滑动。导向件55和第二突起57用于防止在图4中的丝杠42旋转过程中螺母杆41的任何旋转，使螺母杆41能够在第一端点和第二端点之间提供一个精确的线性运动。
图9表示从图4中第一和第二极限开关43a和43b输出的信号的图表，其中在图4中的螺母杆41从第一端点向第二端点移动过程中分别由第一和第二极限开关43a和43b测量一个第一和一个第二信号。
当螺母杆41的第一突起41a位于第一极限开关43a或第二极限开关43b的正下方时，提供相应信号，即第一或第二信号的“ON”状态。相反，当螺母杆41的第一突起41a远离第一极限开关43a或第二极限开关43b时，提供“OFF”状态。如果第一和第二信号同时显示“ON”状态，它例如表示第一和/或第二极限开关43a和43b的失误。图9表示，在“ON”状态下，第一和第二信号中的每一个可有选择地在2到5伏第一电压范围内设定，在“OFF”状态下，第二信号可有选择地在0到1伏的第二电压范围内设定。
尽管本发明针对优选实施例进行了图示和描述，但本领域技术人员可以理解，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可进行多种变化和修改。

Claims (13)

1.一种用于车辆的张角调节机构，所述车辆具有一后横向构件、一对后轮和一对转向节，所述机构用于调节由内侧后轮转向角和外侧后轮转向角之差所限定的张角，所述机构包括：
固定联接到该后横向构件上的电动线性致动器；
与其中一个转向节枢转联接的用于调节后轮的转向角的控制杆，其中每个转向节与一对应的后轮旋转联结，及
连接到后横向构件上的可枢转的互联臂，用于将控制杆和电动线性致动器互相联接，
其中该电动线性致动器有选择地伸出或收缩该互联臂，该互联臂又环绕其旋转轴线枢转，从而相应地收缩或伸出该控制杆，用于有效调节后轮的张角。
2.如权利要求1所述的机构，其特征在于，该电动线性致动器包括：
一外壳；
一连接到外壳一端部上的电机；
一设置在外壳内部并由电机旋转的丝杠；及
一操作安装在丝杠上的螺母杆，用于响应丝杠通过电机的旋转而沿丝杠线性运动。
3.如权利要求2所述的机构，其特征在于，该电动线性致动器还包括一连接到外壳底部的导向件，位于螺母杆上的突起，该导向件具有一沟槽，该突起沿该沟槽滑动。
4.如权利要求2所述的机构，其特征在于，该电动线性致动器还包括一旋转检测器，用于获得丝杠的旋转角度。
5.如权利要求4所述的机构，其特征在于，该旋转检测器具有一盘和至少一个位置传感器。
6.如权利要求2所述的机构，其特征在于，该电动线性致动器还包括一对极限开关，用于电子地限定其行程。
7.如权利要求2所述的机构，其特征在于，该丝杠具有爱克米螺纹轮廓。
8.如权利要求2所述的机构，其特征在于，该丝杠具有正方形螺纹形状。
9.如权利要求2所述的机构，其特征在于，该丝杠具有梯形螺纹形状。
10.如权利要求2所述的机构，其特征在于，该电动线性致动器还包括一设置在外壳中的杆止动件，用于机械地防止电动线性致动器的反向过行程。
11.如权利要求2所述的机构，其特征在于，该螺母杆与互联臂的一端部枢转联接。
12.如权利要求2所述的机构，其特征在于，该电机是一直流(DC)电机。
13.一种用于车辆的张角调节装置，具有一后横向构件、一对后轮和一对转向节，所述机构用于调节由内侧后轮转向角和外侧后轮转向角之差所限定的张角，该装置包括：
一对分别固定联接到该后横向构件上的电动线性致动器；该电动线性致动器包括：
a)一外壳；
b)一连接到外壳一端部的电机；
c)一设置在外壳中并由该电机旋转的丝杠，及
d)一操作安装在丝杠上的螺母杆，用于响应丝杠通过电机的旋转而沿丝杠线性运动；
一对分别与转向节枢转联接的用于调节后轮的转向角的控制杆，每个转向节与一对应的后轮旋转联结；及
一对分别枢转连接到后横向构件上的互联臂，用于将控制杆和电动线性致动器互相联接，
其中该电动线性致动器有选择地伸出或收缩该互联臂，该互联臂又环绕其旋转轴线旋转，从而相应地收缩或伸出该控制杆，用于有效调节后轮的张角。
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