CN1683198A - 车辆转向设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种车辆转向设备，其中转向柄(11)通过第一和第二转向轴(12、13)、小齿轮(14)和齿条杆(31)连接到左前轮(FW1)。小齿轮(14)通过第三至第五转向轴(15、16、23)、小齿轮(24)和齿条杆(34)连接到右前轮(FW2)。第一差速齿轮机构(40)置于第一和第二转向轴(12、13)之间，由此电机(49)的转动实现了第一差速齿轮机构(40)的输入轴和输出轴间的转动差。第二差速齿轮机构(50)置于第三和第四转向轴(15、16)之间，由此电机(59)的转动实现了第二差速齿轮机构(50)的输入轴和输出轴间的转动差。所以，该对左右转向轮(FW1、FW2)被独立地转向，由此提高了车辆的可操作性。

Description

车辆转向设备

技术领域

本发明涉及车辆转向设备，其中转向柄机械地连接到一对左右转向轮，用于根据转向柄的转向操作而使该对左右转向轮转向。

背景技术

传统上已经公知例如日本未审查专利申请No.2002-160649中公开的车辆转向设备，其中能够增大或减小输入轴的转动角并且将该结果输出到输出轴的差速齿轮机构被置于一对左右转向轮和转向柄之间，以能够独立于转向柄的旋转而对转向轮进行辅助转向。

但是，在上述传统设备中不可能对该对左右转向轮独立地进行辅助转向。

发明内容

本发明是考虑到上述问题而做出的，并且目的是提供能够独立地使一对左右转向轮转向来提高车辆可操作性的车辆转向设备。

为了实现上述目的，本发明的特性在于，在其中转向柄机械地连接到一对左右转向轮以根据所述转向柄的转向操作来使所述转向轮转向的车辆转向设备中，至少有能够将输入轴的转动角在增大或减小后输出到输出轴的第一差速齿轮机构被布置在所述转向柄和所述转向轮中的一个之间的部分中，并且至少有能够将输入轴的转动角在增大或减小后输出到输出轴的第二差速齿轮机构被布置在所述转向柄和所述转向轮中的另一个之间的部分中，此部分不包括所述转向柄和所述一个转向轮之间的所述部分。在此情况下，所述第一差速齿轮机构和所述第二差速齿轮机构可以分别包括用于增大和减小输入轴的转动角以将结果输出到输出轴的电致动器，并且可以进一步设置有用于驱动控制所述电致动器的控制装置。

此外，在本发明的特征构造中，例如，所述第一差速齿轮机构和所述第二差速齿轮机构可以以此顺序串联地连接到所述转向柄，并且所述一对左右转向轮可以被分别被连接到所述第一差速齿轮机构和所述第二差速齿轮机构的每个所述输出轴。此外，所述第一差速齿轮机构的所述输出轴的旋转运动可以被第一运动转换机构转换成直线运动，以被输出到所述一个转向轮，而所述第二差速齿轮机构的所述输出轴的旋转运动可以被第二运动转换机构转换成直线运动，以被输出到所述另一个转向轮。

此外，在本发明的特征构造中，所述第一差速齿轮机构和所述第二差速齿轮机构可以并联地布置，其中所述第一差速齿轮机构和所述第二差速齿轮机构的每个输入轴可以连接到所述转向柄，并且所述第一差速齿轮机构和所述第二差速齿轮机构的每个所述输出轴可以被分别连接到所述一对左右转向轮。此外，所述第一差速齿轮机构的所述输出轴的旋转运动可以被第一运动转换机构转换成直线运动，以被输出到所述一个转向轮，而所述第二差速齿轮机构的所述输出轴的旋转运动可以被第二运动转换机构转换成直线运动，以被输出到所述另一个转向轮。

在具有上述构造的本发明中，所述第一差速齿轮机构和所述第二差速齿轮机构的每个输入轴的转动角被独立地增大或减小以输出到输出轴，由此使得可以独立地转向该对左右转向轮。所以，可以提高车辆的可操作性。此外，在所述第一差速齿轮机构和所述第二差速齿轮机构串联连接的构造中，即使位于远离转向柄侧的第二差速齿轮机构上发生故障，该对左右转向轮的转向角也可以独立于转向柄的转动而被改变，由此可以确保用于独立于转向柄的转动而使所述转向轮转向的辅助转向功能。

附图说明

图1是根据本发明第一实施例的车辆转向设备的总体示意图；和

图2是根据本发明第二实施例的车辆转向设备的总体示意图。

具体实施方式

a.第一实施例

下面将参照附图说明本发明的第一实施例。图1是据本发明第一实施例的车辆转向设备的总体示意图。

此车辆转向设备设置有第一转向轴12，其一端连接到转向柄11以一体地转动。第一转向轴12的另一端通过第一差速齿轮机构40连接到第二转向轴13的一端。小齿轮14连接到第二转向轴13的另一端以绕着轴线一体地转动。第三转向轴15的一端连接到小齿轮14以绕着轴线一体地转动。第三转向轴15的另一端通过第二差速齿轮机构50连接到第四转向轴16的一端。直齿圆柱齿轮21连接到第四转向轴16的另一端以绕着轴线一体地转动。齿轮齿数与直齿圆柱齿轮21相同的直齿圆柱齿轮22与直齿圆柱齿轮21啮合。第五转向轴23的一端连接到直齿圆柱齿轮22以绕着轴线一体地转动。小齿轮24连接到第五转向轴23的另一端以绕着轴线一体地转动。

小齿轮14与在支撑到车身上的齿条杆31处形成的齿条齿31a相啮合，以使其能够在轴向上向左或向右移动，由此构成齿轮齿条机构。用作转向轮的左前轮FW1通过横拉杆32和转向节臂33可转向地连接到齿条杆31的左端(图中的右侧)。在第二转向轴13绕轴线转动的情况下左前轮FW1根据齿条杆31在轴向上的位移而向右或向左转向。小齿轮24与在支撑到车身上的齿条杆34处形成的齿条齿34a相啮合，以能够在轴向上向左或向右移动，由此构成齿轮齿条机构。用作转向轮的右前轮FW2通过横拉杆35和转向节臂36可转向地连接到齿条杆34的右端(图中的左侧)。在第五转向轴23绕轴线转动的情况下右前轮FW2根据齿条杆34在轴向上的位移而向右或向左转向。

第一差速齿轮机构40将第一转向轴12的所述另一端定义为输入轴，并将第二转向轴13的所述一端定义为输出轴。其可以增大或者减小输入轴的转动角并且将此结果输出到输出轴。第一差速齿轮机构40具有支撑在车身上以绕轴线转动的壳体41。壳体41中容纳的是分别由锥齿轮构成的第一齿轮42至第四齿轮45。第一齿轮42连接到第一转向轴12的另一端以绕着轴线一体地转动，而第二齿轮43连接到第二转向轴13的一端以绕着轴线一体地转动。第三齿轮44和第四齿轮45由支撑轴46可转动地支撑，这两个齿轮分别与第一齿轮42和第二齿轮43啮合，所述支撑轴46在与第一转向轴12和第二转向轴13的轴向正交的方向上延伸并且固定到壳体41。

由锥齿轮构成的第五齿轮47固定到壳体41以绕轴线转动，第一转向轴12穿过第五齿轮47。第五齿轮47与由锥齿轮构成的第六齿轮48啮合。第六齿轮48连接在电机49的转轴上以绕着轴线一体地转动。此电机49包括用于使第一差速齿轮机构40进行差速操作的电致动器。电机49的转动通过内置的减速机构输出到第六齿轮48，以由此使第五齿轮47和壳体41绕着第一转向轴12和第二转向轴13的轴线转动。

第二差速齿轮机构50将第三转向轴15的所述另一端定义为输入轴，并将第四转向轴16的所述一端定义为输出轴，其中其可以增大或者减小输入轴的转动角并且将此结果输出到输出轴。第二差速齿轮机构50包括壳体51、第一齿轮52至第四齿轮55、支撑轴56、第五齿轮57和第六齿轮58以及电机59，其中的每个都与第一差速齿轮机构40的壳体41、第一齿轮42至第四齿轮45、支撑轴46、第五齿轮47和第六齿轮48以及电机49相同。

用作辅助转向致动器的电机37和38被安装到齿条杆31和34。这些电机37和38在其转动期间通过内置的螺旋进给机构在轴向上直线驱动齿条杆31和32。

此外，车辆转向设备还具有电控电路，其包括转向角传感器61、转向力矩传感器62、转动角度传感器63和64、车速传感器65和电子控制单元66(以下称为ECU 66)。转向角传感器61被安装到第一转向轴12，用于检测转向柄11的转向角θ。此转向角θ根据其符号的正负表示转向柄11对其中立位置的转动方向，并由其绝对值表示转向柄转角的大小。转向力矩检测器62安装到第一转向轴12，用于检测施加到转向柄11的转向力矩T。转向力矩T由其符号的正负表示力矩的方向，并由其绝对值表示力矩的大小。转动角检测器63和64被分别安装到电机49和59，用于检测电机49和59的转动角θm1和θm2。转动角θm1和θm2由其符号的正负表示电机49和59对参考位置的转动方向，并由其绝对值表示电机49和59的转动角的大小。车速传感器65检测车速V。

ECU 66具有由CPU、ROM、RAM等构成的微计算机，并且还具有用于驱动控制电机37、38、49和59的驱动电路。ECU 66从各个传感器61至65输入各个检测信号，以控制电机37、38、49和59中每一个的转动。

下面将解释具有上述构造的第一实施例的操作。当驾驶员操作以转动转向柄11时，转向柄11的转动通过第一转向轴12、第一差速齿轮机构40和第二转向轴13被传递到小齿轮14，由此小齿轮14将齿条杆31在轴向上移动与转向柄11的转角相对应的量。齿条杆31在轴向上的位移使左前轮FW1转向。此外，小齿轮14的转动还通过第三转向轴15、第二差速齿轮机构50、第四转向轴16、直齿圆柱齿轮21和22以及第五转向轴23传递到小齿轮24，由此小齿轮24将齿条杆34在轴向上移动与转向柄11的转角相对应的量。齿条杆34在轴向上的位移使右前轮FW2转向。据此，左前轮FW1和右前轮FW2按照转向柄11的转动而向左和向右转向。

另一方面，在左前轮FW1和右前轮FW2被转向期间，ECU 66通过程序处理从各个传感器61至65输入检测信号，以控制电机37、38、49和59中每一个的转动。例如，ECU 66输入柄转向角θ、车速V和转动角θm1和θm2，以按照柄转向角θ和车速V分别对左前轮FW1和右前轮FW2独立地进行辅助转向。具体而言，ECU 66分别为左前轮FW1和右前轮FW2计算正的小辅助转向角θ0，其随着柄转向角θ的绝对值|θ|的增大而增大并且随着车速V的增大而减小。

然后，如果柄转向角θ表示转向柄11的向左转向，则向辅助转向角的加一个正的很小的值θ1(0＜θ1＜θ0)(θ1随柄转向角θ的绝对值|θ|的增大而增大)来由此计算左前轮辅助转向角θ0+θ1，而从辅助转向角θ0减去一个正的很小的值θ2(0＜θ2＜θ0)(θ2随柄转向角θ的绝对值|θ|的增大而增大)来由此计算右前轮辅助转向角θ0-θ2。这些左前轮和右前轮的辅助转向角θ0+θ1和θ0-θ2的符号正负与柄转向角θ的符号正负相匹配，以获得左前轮FW1和右前轮FW2的最终的目标辅助转向角θa^*和θb^*。另一方面，如果柄转向角θ表示转向柄11的向右转向，则从辅助转向角θ0减去一个正的很小的值θ2来由此计算左前轮辅助转向角θ0-θ2，而向辅助转向角θ0加一个正的很小的值θ1来由此计算右前轮辅助转向角θ0+θ1。这些左前轮和右前轮的辅助转向角θ0-θ2和θ0+θ1的符号正负与柄转向角θ的符号正负相匹配，以获得左前轮FW1和右前轮FW2的最终的目标辅助转向角θa^*和θb^*。

然后，ECU 66将左前轮FW1的目标辅助转向角θa^*转换成与电机49的转动角相对应的值，并且控制电机49的转动使得电机49的输入转动角θm1变得等于该转换值。电机49的转动通过第一差速齿轮机构40的第六齿轮48和第五齿轮47被传递到壳体41，由此壳体41转动与目标辅助转向角θa^*的转换值相等的角度。在此情况下，第一差速齿轮机构40将作为其输出轴的第二转向轴13的转动角，相对于作为其输入轴的第一转向轴12的转动角而增大或者减小目标辅助转向角θa^*的转换值，由此左前轮FW1被转向到这样的角度，即该角度从与转向柄11的转向角θ相对应的转向角增大或者减小了左前轮FW1的目标辅助转向角θa^*。

此外，ECU 66从右前轮FW2的目标辅助转向角θb^*减去左前轮FW1的目标辅助转向角θa^*，并且将被减后的值θb^*-θa^*转换成与电机59的转动角相对应的值，并且控制电机59的转动使得电机59的输入转动角θm2变得等于该转换值。电机59的转动通过第六齿轮58和第五齿轮57被传递到壳体51，由此壳体51转动与被减后的值θb^*-θa^*的转换值相等的角度。在此情况下，第二差速齿轮机构50将作为其输出轴的第四转向轴16的转动角，相对于作为其输入轴的第三转向轴15的转动角来增大或者减小被减后的值θb^*-θa^*的转换值，由此右前轮FW2被转向到这样的角度，即该角度从左前轮FW1的转向角增大或者减小了被减后的值θb^*-θa^*。据此，右前轮FW2被转向到这样的角度，即该角度从与转向柄11的转向角θ相对应的转向角增大或者减小了目标辅助转向角θb^*。

结果，左前轮FW1和右前轮FW2被转向到这样的转向角，即该转向角相对于与柄转向角θ相对应的转向角而言，被移位了左前轮FW1和右前轮FW2的目标辅助转向角θa^*和θb^*，其中目标辅助转向角θa^*和θb^*随着柄转向角θ的绝对值|θ|的增大而增大并且随着车速V的减小而增大。此外，左前轮FW1和右前轮FW2的目标辅助转向角θa^*和θb^*被设置成使得车辆的转动方向内侧的车轮比转动方向外侧的车轮向内转向得更多，由此提供了令人满意的转向性能。应当注意到，给出左前轮FW1和右前轮FW2的目标辅助转向角θa^*和θb^*的计算示例只是为了举例说明的目的而给出的。可以采用任何方法，只要其是用于计算左前轮FW1和右前轮FW2的目标辅助转向角θa^*和θb^*以获得彼此不同的值的方法。

此外，ECU 66输入转向力矩T和车速V，以根据转向力矩T和车速V来辅助控制转向柄11的转向操作。具体而言，ECU 66计算助力力矩，其随着转向力矩T的绝对值|T|的增大而增大，并且随着车速V的增大而减小。然后，其控制电机37和38的转动，使得电机37和38产生与此助力力矩相对应的驱动力矩。电机37和38通过内置的螺旋进给机构在轴向上驱动齿条杆31和34。据此，如果驾驶员打算通过操作转动转向柄11来使左前轮FW1和右前轮FW2转向，则电机37和38对驾驶员进行的转向柄11的转动操作提供助力。

如从关于操作的上述解释可以理解到，根据第一实施例，在第一差速齿轮机构40和第二差速齿轮机构50处的输入轴的转动角在独立地增大或者减小的情况下被输出到输出轴，由此使得可以对左前轮FW1和右前轮FW2独立地执行辅助转向，从而可以提高车辆的可操作性。此外，第一差速齿轮机构40和第二差速齿轮机构50串联连接，由此即使在第二差速齿轮机构50上发生某种故障，通过仅操作第一差速齿轮机构40，左前轮FW1和右前轮FW2的转向角也可以独立于转向柄的转动而被转向。所以，即使在第二差速齿轮机构50上发生某种故障，也可以确保用于使左前轮FW1和右前轮FW2独立于转向柄11的转动而被转向的辅助转向功能。

b.第二实施例

下面，将参照图2说明第二实施例的车辆转向设备。第二实施例中的车辆转向设备具有这样的构造，其中第一实施例中的第一差速齿轮机构40和第二差速齿轮机构50并联连接。

该车辆转向设备具有第一转向轴71，其一端连接到转向柄11以一体地转动。小齿轮72连接到第一转向轴71的另一端以在轴向上一体地转动。小齿轮72与在支撑到车身上的齿条杆73上形成的齿条齿73a相啮合，以使其能够在轴向上向左或向右移动，由此构成齿轮齿条机构。在齿条杆73上还形成有齿条齿73b和73c，其中小齿轮74与齿条齿73b啮合。第二转向轴75的一端连接到此小齿轮74以在轴向上一体地转动。第二转向轴75的另一端通过第一差速齿轮机构40连接到第三转向轴76的一端。小齿轮77连接到第三转向轴76的另一端以在轴向上一体地转动。此小齿轮77与齿条杆31的齿条齿31a啮合，齿条杆31类似于第一实施例中用于左前轮FW1的齿条杆。

此外，小齿轮81与齿条杆73的齿条齿73c啮合。第四转向轴82的一端连接到此小齿轮81以在轴向上一体地转动。第四转向轴82的另一端通过第二差速齿轮机构50连接到第五转向轴83的一端。小齿轮84连接到第五转向轴83的另一端以在轴向上一体地转动。此小齿轮84与齿条杆34的齿条齿34a啮合，齿条杆34类似于第一实施例中用于右前轮FW2的齿条杆。其他构造与第一实施例相同，因此给予相同的标号以省略对其的说明。

下面，将解释具有上述构造的第二实施例的操作。当驾驶员操作以转动转向柄11时，转向柄11的转动通过第一转向轴71、小齿轮72、齿条杆73、小齿轮74、第二转向轴75、第一差速齿轮机构40和第三转向轴76被传递到小齿轮77，由此小齿轮77使齿条杆31在轴向上移动与转向柄1 1的转角相对应的量。齿条杆31在轴向上的位移使左前轮FW1转向。此外，转向柄11的转动通过第一转向轴71、小齿轮72、齿条杆73、小齿轮81、第四转向轴82、第二差速齿轮机构50和第五转向轴83被传递到小齿轮84，由此小齿轮84使齿条杆34在轴向上移动与转向柄11的转角相对应的量。齿条杆34在轴向上的位移使右前轮FW2转向。据此，左前轮FW1和右前轮FW2按照转向柄11的转动而向左或向右转向。

另一方面，在左前轮FW1和右前轮FW2被转向期间，ECU 66通过程序处理从各个传感器61至65输入检测信号，由此控制电机37、38、49和59的转动。虽然对电机37、38、49和59的转动的控制也与第一实施例中大体上相同，但其与第一实施例稍微不同之处在于将左前轮FW1和右前轮FW2的目标辅助转向角θa^*和θb^*转换成与电机49和59的转动角相对应的值的过程，因为第一和第二差速齿轮机构是并联连接。

具体而言，第二实施例与第一实施例在以下方面相同，即将左前轮FW1的目标辅助转向角θa^*转换成与电机49的转动角相对应的值，以控制电机49的转动而使得电机49的转动角θm1变得等于该转换值。但是，在电机59的转动的控制中，不需要象第一实施例中那样考虑第一差速齿轮机构40的影响。所以，右前轮FW2的目标辅助转向角θb^*被简单地转换成与电机59的转动角相对应的值，以控制电机59的转动而使得电机59的转动角θm2变得等于该转换值。据此，左前轮FW1和右前轮FW2如同第一实施例那样被控制而转向，由此提供了车辆的令人满意的转向性能。应当注意到，对转向助力电机37和38的控制与第一实施例中的情况完全相同。

如从关于操作的上述解释可以理解到，根据第二实施例，在第一差速齿轮机构和第二差速齿轮机构处的输入轴的转动角在独立地增大或者减小的情况下被输出到输出轴，由此左前轮FW1和右前轮FW2可以独立地被转向，从而可以提高车辆的可操作性。

此外，本发明不限于第一和第二实施例，在本发明的范围内各种修改都是可能的。

例如，虽然在上述实施例中采用的转向柄11是可以被转动的一种，但本发明也可以应用到通过直线操作来使转向轮转向的车辆转向设备，例如不转动的转向柄，如操纵杆。应当注意到，在此情况下，转向柄11的直线操作在第一差速齿轮机构40和第二差速齿轮机构50的上游处被转换成旋转运动，因为需要转动第一差速齿轮机构40和第二差速齿轮机构50的输入轴。

Claims (6)

1.一种车辆转向设备，其中转向柄机械地连接到一对左右转向轮以根据所述转向柄的转向操作来使所述转向轮转向，所述车辆转向设备包括：

第一差速齿轮机构，其能够将输入轴的转动角在增大或减小后输出到输出轴，所述第一差速齿轮机构被布置在所述转向柄和所述转向轮中的一个之间的部分中；和

第二差速齿轮机构，其能够将输入轴的转动角在增大或减小后输出到输出轴，所述第二差速齿轮机构被布置在所述转向柄和所述转向轮中的另一个之间的部分中，此部分不包括所述转向柄和所述一个转向轮之间的所述部分。

2.如权利要求1所述的车辆转向设备，其中

所述第一差速齿轮机构和所述第二差速齿轮机构以此顺序串联地连接到所述转向柄，并且

所述一对左右转向轮被分别连接到所述第一差速齿轮机构和所述第二差速齿轮机构的所述输出轴。

3.如权利要求2所述的车辆转向设备，其中

所述第一差速齿轮机构的所述输出轴的旋转运动被第一运动转换机构转换成直线运动，以被输出到所述一个转向轮，和

所述第二差速齿轮机构的所述输出轴的旋转运动被第二运动转换机构转换成直线运动，以被输出到所述另一个转向轮。

4.如权利要求1所述的车辆转向设备，其中

所述第一差速齿轮机构和所述第二差速齿轮机构并联地布置，

所述第一差速齿轮机构和所述第二差速齿轮机构的每个输入轴连接到所述转向柄，并且

所述第一差速齿轮机构和所述第二差速齿轮机构的每个所述输出轴被分别连接到所述一对左右转向轮。

5.如权利要求4所述的车辆转向设备，其中

所述第一差速齿轮机构的所述输出轴的旋转运动被第一运动转换机构转换成直线运动，以被输出到所述一个转向轮，并且

所述第二差速齿轮机构的所述输出轴的旋转运动被第二运动转换机构转换成直线运动，以被输出到所述另一个转向轮。

6.如权利要求1至5中任一项所述的车辆转向设备，其中

所述第一差速齿轮机构和所述第二差速齿轮机构分别包括用于将所述输入轴的转动角在增大或减小后输出到所述输出轴的电致动器，并且

进一步设置有用于驱动控制所述电致动器的控制装置。

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