CN1721254A - 具有转向能力的轴系统 - Google Patents

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CN1721254A CNA2005100896034A CN200510089603A CN1721254A CN 1721254 A CN1721254 A CN 1721254A CN A2005100896034 A CNA2005100896034 A CN A2005100896034A CN 200510089603 A CN200510089603 A CN 200510089603A CN 1721254 A CN1721254 A CN 1721254A
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steering
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詹姆斯·齐希
迈克尔·L·泽波尔斯基
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Abstract

一种具有转向能力的轴系统。多个连杆将一转向节连接在一车辆底盘上。多个上连杆的轴线交于一位于转向节外侧的上部点。多个下连杆的轴线交于一位于转向节外侧的下部点。通过连接该上部点和该下部点形成转向节转动的一虚拟转向轴线。还具有一转向连杆，其一端连接在一转向机构上，另一端连接在转向节上。

Description

具有转向能力的轴系统
技术领域
本发明涉及一种具有转向能力的轴系统以及转动该系统的方法。
背景技术
现有技术中用于转动一个或多个车辆后轮的系统，无论是驱动轮或非驱动轮都是已知的。然而现有技术中的系统通常需要附加部件，从而增加了转向系统的复杂性和成本。例如许多现有技术系统需要使用转向节和转向主销。许多现有技术系统的设计还导致转向节和转向主销磨胎半径小，需要较大的转向力，特别是当使用双轮或超大单个轮胎时。
鉴于上述缺点，最好具有一种比已知轴系统简单和成本低的可转向轴系统。
发明内容
本发明涉及一种用于车辆的具有转向能力的轴系统。该轴系统包括第一上连杆、第二上连杆、第一下连杆和第二下连杆。第一上连杆限定了一轴线，并具有可转动地安装在一转向节上的外端，和可转动地安装在一车辆底盘上的内端。第二上连杆限定了另一轴线，并具有可转动地安装在转向节上的外端，和可转动地安装在车辆底盘上的内端。第一下连杆限定了另一轴线，并具有可转动地安装在转向节上的外端，和可转动地安装在车辆底盘上的内端。第二下连杆限定了另一轴线，并具有可转动地安装在转向节上的外端，和可转动地安装在车辆底盘上的内端。
该轴系统还包括一转向连杆，其具有连接在一可选择移动的转向机构上的一端，和连接在转向节的下部上的另一端。
优选地，第一上连杆的轴线和第二上连杆的轴线在转向节外侧的一上部点交叉，第一下连杆的轴线和第二下连杆的轴线在转向节外侧的一下部点交叉。一线延伸穿过该上部点和该下部点以形成一轴线，转向节绕着该轴线转动。
附图说明
通过下面结合附图的详细说明，本领域技术人员可以很明显地看出本发明上述和其他优点，其中：
图1是本发明轴系统的前视图；
图2是本发明的前下部透视图；
图3是本发明一部分的前上部视图；
图4是本发明一部件的透视图；
图5是本发明的上透视图；
图6是本发明一可选择实施例的上示意图；
图7是图6所示实施例的前示意图；
图8是本发明另一可选择实施例的上示意图；
图9是图8所示实施例的前示意图；以及
图10是本发明进行转向动作的上示意图。
具体实施方式
可以理解除非特别说明本发明可以应用在多个可选择的方向和步进顺序(step sequences)中。还可以理解附图中示出的以及在下面说明书中说明的具体装置和方法是从属权利要求限定的本发明的简单实例。因此在该实施例中公开的具体尺寸、方向或其他物体特性没有限制本发明，除非权利要求书中另外说明。
现在参见附图1和2，示出了一位于车辆一侧的具有转向能力的独立后轴系统20。本发明还包括一位于车辆(未示出)另一侧的相同的具有转向能力的独立后轴系统。另外仅仅表示了轴系统的侧面。本领域技术人员可以看出本发明可以应用在具有更多轴的车辆上。
图中所示的部件用于在后部具有发动机的车辆上。本领域技术人员可以理解本发明还可以用于在前部具有发动机的车辆上。在前部具有发动机的车辆中，转向臂(在下文中将详细说明)连接在转向节(在下文中也将详细说明)的图中所示位置的相对侧。
如图3所示，该系统包括第一上连杆22、第二上连杆24、第一下连杆26和第二下连杆28。第一上连杆22和第二上连杆24每个都具有内端30和外端32。类似地，第一下连杆26和第二下连杆28每个都具有内端34和外端36。如图2-3所示，两个上连杆22，24的内端30和两个下连杆26，28的内端34都连接在一车辆底盘38上。优选地，上下连杆22，24，26，28的每个内端30，34都通过一套筒40连接在底盘38上，该套筒可以转动和锥形运动。本领域技术人员已知的其他机械等同物也可用于将上下连杆22，24，26，28的内端30，34连接在底盘38上。
两个上连杆22，24的外端32，36和两个下连杆26，28的外端32，36连接在一转向节42上。优选地，上下连杆22，24，26，28的每个外端32，36都通过一连接件连接在转向节42上，该连接件可以转动和锥形运动。连接件可以例如是本领域技术人员已知的套筒44、或球窝接头。其池本领域技术人员已知的机械等同物也可用于将上下连杆22，24，26，28的外端32，36连接在转向节42上。
如图3所示，上下连杆22，24，26，28为S形。上和/或下连杆22，24，26，28近似为直的形状也落在本发明的范围内。应该理解本发明不限制于S形连杆或直连杆，其他形状的连杆也在本发明的范围内。
如图3所示，转向节42不是一个具有主销的标准转向节。优选地，转向节42具有一个中心本体部分46，其支撑着一上部48和一下部50。上连杆22或24的外端32连接在位于上部48的第一连杆连接部分52上，另一个上连杆22或24的外端32连接在位于上部48的第二连杆连接部分54上。如图2所示，一下连杆26或28的外端36连接在位于下部50的第一连杆连接部分56上，另一个下连杆26或28的外端36连接在位于下部50的第二连杆连接部分58上。
在图4中示出了转向节42。参见附图4，可以看出位于转向节42上部48的第一和第二连杆连接部分52，54彼此横向间隔一间隙60。尽管彼此横向间隔间隙60，优选地第一和第二连杆连接部分52，54彼此垂直对齐。类似地，位于转向节42下部50的第一和第二连杆连接部分56，58彼此横向间隔一间隙62。尽管彼此横向间隔间隙62，优选地第一和第二连杆连接部分56，58彼此垂直对齐。
参见图1-4，孔64穿过转向节42用于容纳一驱动轴66。如下文中详细的说明，本发明可以以驱动和非驱动轴系统的方式使用。如图1所示，一个或多个车轮68通过本领域技术人员已知的方式安装在驱动轴66上。
可以将一个或多个悬架元件连接在底盘38和转向节42上。参见附图1和2，示出了一组合的空气弹簧和一端72连接在底盘38上、另一端74连接在转向节42的一悬架支架76上的减震器70。优选地，悬架支架76位于转向节42的下部50上。如图2和5所示，优选地两个组合空气弹簧和减震器70分开连接在底盘38上并位于转向节42的两个分开悬架支架76上。优选地该组合空气弹簧和减震器70安装在转向节42从第一和第二连杆连接部分56，58开始的外侧，其中第一和第二连杆连接部分位于转向节42的下部50上。
如上所述，上连杆22，24连接在底盘38和转向节42上，这样它们各自的轴线78，80在点82相交，如图3所示。类似地，如上所述，下连杆26，28连接在底盘38和转向节42上，这样它们各自的轴线84，86在点88相交。优选地，上连杆22，24轴线78，80的交叉点82和下连杆26，28轴线84，86的交叉点88分别位于转向节42的外侧。
如图1和3所示，一虚拟的转向轴线90通过上连杆22，24轴线78，80的交叉点82和下连杆26，28轴线84，86的交叉点88。优选地，转向轴线90位于或接近车轮68的中心，以减小转向主销内倾内置量。如本领域技术人员已知的，转向主销内倾内置量是转向轴线的延长中心线和轮胎与地面接触的胎面中心线之间的距离。
还优选地转向轴线90垂直于地面92以减小转向阻力，然而轴线90会向内或向外稍微倾斜以提供一虚拟的主销内倾角和/或向前或向后稍微倾斜以提供一虚拟的后倾角。在上述四个方向的任一个方向上倾斜转向轴线90可以提高系统回到中立转向位置的能力。需要指出的是转向轴线90的倾斜会导致增加转向作用力。
如图1，2，3和5所示，转向连杆94也连接在转向节42上。优选地，转向连杆94可转动地连接在转向节42下部50的转向连杆凸缘96上。在优选实施例中，转向连杆94通过一球窝接头型连接件98连接在转向节42上。球窝接头型连接件98是较好的，因为其可以精确控制转向角，这是本领域技术人员已知的。将转向连杆94通过任何类型的连接件连接在转向节42的任意位置上都处在本发明的范围内。
在图10所示的优选实施例中，转向连杆94连接在一转向摇臂100上。转向摇臂100绕着一垂直轴线102转动，轴线102位于或接近底盘纵向中心104。转动摇臂100可被与车辆转向系统连接的机械连杆系统驱动转动，和/或被一机电系统驱动转动，该机电系统通过车辆驾驶员可选择的接合或自动接合。
本领域技术人员可以想到除了上述转向摇臂100的其他可以转动转向节42的装置。例如使用一齿轮齿条系统、一个或多个液体驱动缸(例如气动或液压缸)、和/或一线性齿轮，这些都没有超出本发明的范围。
在图6-9中示出了上述本发明的另两个实施例，其中示出了一非驱动的独立、可转向的后轴系统106。除了下面将要说明的变形，非驱动的轴系统106具有驱动轴系统20的所有特征，包括转向连杆94可转动地与转向节42连接。因此图6-9中与图1-5中相同的标记表示相同的部件。虽然图6-9表示近似直的上下连杆22，24，26，28，但是必须知道也可以使用上述S形的上下连杆。直连杆需要连杆相对于转向节成角度的安装，而不是内端近似垂直于转向节。
图6和7表示了非驱动轴系统106的一分开的空气弹簧108和减震器110。系统106的这个实施例在每个轴的一侧仅仅使用一个空气弹簧108和一个减震器110。空气弹簧108的一端112部分支撑在一连接在转向节42上的空气弹簧支架114上。空气弹簧支架114可以与转向节42整体铸造而成或直接通过螺栓连接在其上。空气弹簧108的另一端116通过本领域技术人员已知的方式连接在底盘38上。优选地，当进行转向的时候，随着转向节42转动，空气弹簧108可以发生足够的变形。
优选地空气弹簧108位于转向节42的内侧、第一上连杆22和第一下连杆26的后部以及第二上连杆24和第二下连杆28的前部。减震器110的一端118优选地相对于底盘38可转动和锥形运动地安装在其上。减震器110的另一端120优选地通过球面轴承、或套筒(未示出)安装在转向节42上，以使转向节42转动和锥形运动。上述将空气弹簧108和减震器110安装在底盘38和转向节42上的其他机械等同物也在本发明的范围内。如图6所示，减震器110优选地安装在转向节42的前部122上。
图8和9表示了非驱动轴系统106的另一个实施例。在该实施例中，减震器和空气弹簧组合成一悬架单元124。系统106的该实施例在每个轴的一侧仅仅使用一个悬架单元124。悬架单元124的减震器部分126优选地通过本领域技术人员已知的球面轴承、或套筒128安装在转向节42上。在转向时球面轴承或套筒128使转向节42转动。空气弹簧部分130支撑在减震器部分126上且通过本领域技术人员已知的方式连接在底盘28上。优选地，空气弹簧部分130和减震器部分126具有一公用轴线131。
转向节42的一减震器支架132(用于将减震器部分安装在其上)可以与转向节42整体铸造而成或直接通过螺栓连接在转向节42上。悬架单元124优选地位于转向节42内侧、第一上连杆22和第一下连杆26的后部以及第二上连杆24和第二下连杆28的前部。
下面参考图1-5所示的驱动轴系统20说明本发明转向的方法。本领域技术人员可以很容易地看出该方法近似等同于上述图6-9中示出的非驱动系统106转向的方法。
图1-3示出了具有零转向角的系统20。改变转向角的一优选方法包括通过上述任何方式转动转向摇臂100。在图10所示的优选实施例中，转向摇臂100转动以向内平移转向连杆94。在图10中示意地示出了上下连杆22，24，26和28。
在图10中示出了转向连杆94的平移，其中位置E和F是转向连杆94第一和第二端的非转向位置。在转向时转向连杆94的第一和第二端分别向位置E1和位置F1平移。本领域技术人员可以看出根据转向摇臂100的输入，转向连杆94的位置E1和F1可以与位置E和F相距任意距离。转向连杆94向内的移动迪使转向节42与转向摇臂100的转动成正比地转动。
随着转向节42的转动，上下连杆22，24，26和28的内端30，34绕着它们的套筒40转动。连接在转向节42上的上下连杆的外端32，36分别从非转动位置A-D移动到转向位置A1-D1，如图10所示。由于每个上下连杆22，24，26和28在水平面内移动，从而产生转向角134。优选地，转向节42绕着虚拟转向轴线90转动，虚拟转向轴线90由从上下连杆22，24，26，28延伸的轴线78，80，84，86的交叉点82，88构成。本领域技术人员可以看出根据转向摇臂100的输入，转向位置A1-D1可以从非转向位置A-D移动任意距离。
在优选实施例中，处于非转向位置的上下连杆22，24，26，28的轴线78，80，84，86和处于相对于底盘38的转向位置的上下连杆22，24，26，28的轴线78′，80′，84′，86′之间的夹角134′大约等于转向角134。另外，上下连杆的外端相时于转向节的角大约两倍于转向角134。
根据专利条例的规定，通过优选实施例说明了本发明。然而应该注意本发明可以在上述具体实施例之外实现，没有超出本发明范围。

Claims (20)

1、一种具有转向能力的轴系统，包括：
第一上连杆，其限定了一由线，且具有可转动地安装在转向节上的外端，和可转动地安装在车辆底盘上的内端；
第二上连杆，其限定了一轴线，且具有可转动地安装在所述转向节上的外端，和可转动地安装在所述车辆底盘上的内端；
第一下连杆，其限定了一轴线，且具有可转动地安装在所述转向节上的外端，和可转动地安装在所述车辆底盘上的内端；
第二下连杆，其限定了一轴线，且具有可转动地安装在所述转向节上的外端，和可转动地安装在所述车辆底盘上的内端；以及
转向连杆，其具有连接在一可选择移动的转向机构上的一端，和直接枢轴连接在一转向连杆凸缘上的另一端，该转向连杆凸缘位于所述转向节的下部；
其中，所述第一上连杆的所述轴线和所述第二上连杆的所述轴线在所述转向节外侧的一上部点交叉，所述第一下连杆的所述轴线和所述第二下连杆的所述轴线在所述转向节外侧的一下部点交叉，穿过所述上部点和所述下部点的直线形成一转向轴线，所述转向节绕着所述转向轴线转动。
2、根据权利要求1的系统，其特征在于：所述第一上连杆、所述第一下连杆、所述第二上连杆、所述第二下连杆、所述转向连杆和所述转向节构成车辆的后转向轴系统的一侧。
3、根据权利要求1的系统，其特征在于：所述上连杆和所述下连杆的所述内端通过套筒可转动和锥形运动地安装在所述车辆底盘上。
4、根据权利要求1的系统，其特征在于：所述上连杆和所述下连杆的所述外端通过套筒可转动和锥形运动地安装在所述转向节上。
5、根据权利要求1的系统，其特征在于：一驱动轴孔穿过所述转向节。
6、根据权利要求1的系统，其特征在于：所述转向轴线基本上延伸穿过车轮的中心。
7、根据权利要求1的系统，其特征在于：所述转向轴线基本上垂直于地面。
8、根据权利要求1的系统，其特征在于：所述转向节具有一个上部，所述第一上连杆连接在位于所述上部上的第一上连杆连接部上，所述第二上连杆连接在位于所述上部上的第二上连杆连接部上。
9、根据权利要求8的系统，其特征在于：所述第一下连杆连接在位于所述转向节的所述下部上的第一下连杆连接部上，所述第二下连杆连接在位于所述转向节的所述下部上的第二下连杆连接部上。
10、根据权利要求9的系统，其特征在于：两个组合空气弹簧和减振器的一端连接在所述车辆底盘上，所述组合空气弹簧和减振器的另一端可转动和锥形运动地直接连接到所述转向节的所述下部上。
11、根据权利要求10的系统，其特征在于：所述组合空气弹簧和减振器连接在位于所述转向节的所述下部上的两个分开的悬架支架上，所述悬架支架位于所述第一下连杆安装部和所述第二下连杆安装部的外侧。
12、一种具有转向能力的轴系统，包括：
第一上连杆，其限定了一轴线，且具有可转动地安装在转向节上的外端，和可转动地安装在车辆底盘上的内端；
第二上连杆，其限定了一由线，且具有可转动地安装在所述转向节上的外端，和可转动地安装在所述车辆底盘上的内端；
第一下连杆，其限定了一轴线，且具有可转动地安装在所述转向节上的外端，和可转动地安装在所述车辆底盘上的内端；
第二下连杆，其限定了一轴线，且具有可转动地安装在所述转向节上的外端，和可转动地安装在所述车辆底盘上的内端；
单个空气弹簧，其连接在一空气弹簧支架上，该空气弹簧支架连接在所述转向节上，所述空气弹簧支架从所述转向节向内朝所述底盘延伸；以及
单个减振器，其与所述空气弹簧分开，且相对于所述转向节可转动地连接在其上；
其中，所述第一上连杆的所述轴线和所述第二上连杆的所述轴线在所述转向节外侧的一上部点交叉，所述第一下连杆的所述轴线和所述第二下连杆的所述轴线在所述转向节外侧的一下部点交叉，穿过所述上部点和所述下部点的直线形成一转向轴线，所述转向节绕着所述转向轴线转动。
13、根据权利要求12的系统，其特征在于：所述转向节具有一个上部，所述第一上连杆连接在位于所述上部上的第一上连杆连接部上，所述第二上连杆连接在位于所述上部上的第二上连杆连接部上，所述转向节具有一个下部，所述第一下连杆连接在位于所述下部上的第一下连杆连接部上，所述第二下连杆连接在位于所述下部上的第二下连杆连接部上。
14、根据权利要求12的系统，其特征在于：所述空气弹簧位于所述第一上连杆和所述第一下连杆的后部和所述第二上连杆和所述第二下连杆的前部。
15、根据权利要求12的系统，其特征在于：所述减振器在所述第一上连杆和所述第一下连杆的前部连接在所述转向节上。
16、根据权利要求12的系统，其特征在于：还包括一转向连杆，其具有连接在一可选择移动的转向机构上的一端，和直接枢转连接在一转向凸缘上的另一端，该转向凸缘位于所述转向节的下部。
17、一种具有转向能力的轴系统，包括：
第一上连杆，其限定了一轴线，且具有可转动地安装在转向节上的外端，和可转动地安装在车辆底盘上的内端；
第二上连杆，其限定了一轴线，且具有可转动地安装在所述转向节上的外端，和可转动地安装在所述车辆底盘上的内端；
第一下连杆，其限定了一轴线，且具有可转动地安装在所述转向节上的外端，和可转动地安装在所述车辆底盘上的内端；
第二下连杆，其限定了一轴线，且具有可转动地安装在所述转向节上的外端，和可转动地安装在所述车辆底盘上的内端；
单个组合减振器和空气弹簧，其具有一公共轴线，所述减振器可转动地安装在所述转向节的向内延伸的支架上；
其中，所述第一上连杆的所述轴线和所述第二上连杆的所述轴线在所述转向节外侧的一上部点交叉，所述第一下连杆的所述轴线和所述第二下连杆的所述轴线在所述转向节外侧的一下部点交叉，穿过所述上部点和所述下部点的直线形成一轴线，所述转向节绕着所述轴线转动。
18、根据权利要求17的系统，其特征在于：所述组合空气弹簧和减振器位于所述第一上连杆和所述第一下连杆的后部和所述第二上连杆和所述第二下连杆的前部。
19、根据权利要求17的系统，其特征在于：还包括一转向连杆，其具有连接在一可选择移动的转向机构上的一端，和直接枢转连接在一转向连杆凸缘上的另一端，该转向连杆凸缘位于所述转向节的下部。
20、一种用于车辆的可转向的转向节，包括：
上部，其具有两个横向间隔开但垂直对齐的上连杆连接部；
下部，其具有两个横向间隔开但垂直对齐的下连杆连接部，所述下部还具有两个被所述下连杆连接部分开的悬架部件连接部，所述下部还具有一转向凸缘；以及
中间部分，其连接所述上部和所述下部，且具有一孔，一驱动轴穿过该孔。
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