CN204341182U - 一种四轮汽车的智能转向系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种四轮汽车的智能转向系统，其转向系统采用转向传动分动箱将转向盘、转向管柱输入的转向运动分别传递给前桥转向传动轴和后桥前转向传动轴，前桥转向传动轴经前桥动力转向机带动前转向垂臂和前转向直拉杆驱动前转向轮，后桥前转向传动轴经数控变速器变速后传给后桥动力转向机带动后转向垂臂驱动后转向直拉杆来带动后转向轮转向。通过上述技术方案，改变了原先通过机械传动方式实现四轮转向的车辆前后桥转向角只能保持一定的比例而不能随车速而改变转向角比例的现实，使得通过机械传动方式实现四轮转向的车辆其前后桥转向角比例能随车速改变而改变。从而既可提高低速行驶的机动性，又可提高高速行驶的操稳性。
Description
技术领域
本发明涉及四轮汽车的转向系统，尤其涉及一种四轮汽车的智能转向系统。
背景技术
在现有的四轮汽车中，一般前轮转向，后轮不转向。为了提高其机动性，减小汽车转弯半径，同时减小轮胎磨损，也有采用四轮转向的，一般是将前桥称其为主动转向桥，主动转向桥的转向由转向机直接驱动，而后桥即从动转向桥的转向运动可以通过机械传动方式来实现，也可通过液压传动方式或电力传动方式实现，其中机械传动方式因其直观可靠而倍受青睐。然而最新研究表明，转向时随着车速的提高，后转向轮因受地面转向向心力增大而使轮胎侧偏角增大所产生的过度转向倾向会使汽车的操稳性变坏。这就希望前桥传输给后转向桥的转向运动的传输比例能随着车速的提高作相应的改变。但现有机械传动方式传输给后桥的转向比例均为固定不变，有的顶多做到在达到一定车速，可以使后桥不转向。而不能随着车速的提高逐步减小传输给后桥的转向比例，更不能使后转向轮作与前轮方向相同程度受控的转向，从而使采用通过机械传动方式实现四轮转向的车辆虽提高了低速行驶的机动性，却可能降低了高速行驶的操稳性。
因此有必要设计一种四轮汽车的智能转向系统，以克服上述问题。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术之缺陷，提供了一种四轮汽车的智能转向系统，在各种车速下，实现汽车的稳定性、灵活性和机动性。
本发明是这样实现的：
本发明提供一种后桥用数控变速器机械传输的四轮转向汽车的智能转向系统。采用转向传动分动箱将转向盘、转向管柱输入的转向运动分别传递给前桥转向传动轴和后桥转向传动轴，前桥转向传动轴经前桥动力转向机带动前转向垂臂和转向直拉杆驱动前转向轮，后桥转向传动轴经数控变速器变速后传给后桥动力转向机带动后转向垂臂驱动转向直拉杆来带动后转向轮转向。
所述数控变速器由行星变速器和控制装置构成。行星变速器内设置有两组参数完全相同的输入行星排和输出行星排。在两行星排的太阳轮中间分别固定有输入轴和输出轴从行星变速器两端伸出并与后桥前后转向传动轴相连接。所述输入行星排和输出行星排上共用一个行星架。所述输入行星排和输出行星排上的行星轮两两共轴，行星轮套装在同一行星架上。所述输出行星排上的输出内齿圈固定在箱体上。输入行星排的输入内齿圈上固定设置有一个蜗轮，与蜗轮啮合的蜗杆与步进电机相连。步进电机的运转受控于控制装置。
所述控制装置由电控单元、车速传感器、转角传感器构成。所述转角传感器设置在转向管柱上检测转向盘转角。所述转角传感器、车速传感器和步进电机分别与电控单元相连。所述转角传感器、车速传感器把数字信号输送给电控单元，经电控单元运算，输出控制信号给步进电机控制其运转。
所述后桥转向传动轴由若干段万向联轴节传动轴串接组成，并且可以根据整车各部件的结构空间来进行布置安装。
本发明具有以下有益效果：
通过本技术方案，改变了原先通过机械传动方式实现四轮转向的车辆前后桥转向角只能保持一定的比例，而不能随车速而改变转向角比例的现实，使得通过机械传动方式实现四轮转向的车辆其前后桥转向角比例能随车速改变而改变。从而既可提高低速行驶的机动性，又可提高高速行驶的操稳性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本发明实施例提供的四轮转向汽车转向机构传输系统示意图。
图2为本发明实施例提供的四轮转向汽车低速转向时转向车轮示意图。
图3为本发明实施例提供的四轮转向汽车中速转向时转向车轮示意图。
图4为本发明实施例提供的四轮转向汽车高速转向时转向车轮示意图一。
图5为本发明实施例提供的四轮转向汽车高速转向时转向车轮示意图二。
图6为本发明实施例提供的数控无级变速器原理示意图。
图7为本发明实施例提供的数控无级变速器控制示意图。
标号说明：
1、前后桥转向车轮 2、前桥转向垂臂 3、前桥动力转向机 4、前桥转向传动轴
5、转向传动分动箱 6、转向管柱及其转向传动轴 7、转向盘
8、后桥前转向传动轴 9、数控无级变速器 10、步进电机
11、数控无级变速器控制单元 12、车速传感器 13、数控无级变速器输入轴
14、数控无级变速器输出轴 15、转向转角传感器 16、数控无级变速器蜗杆
17、后桥后转向传动轴 18、后桥动力转向机 19、后桥转向垂臂
20、数控无级变速器蜗轮 21、前后桥转向直拉杆 22、数控无级变速器壳体
23、数控无级变速器输入内齿圈 24、数控无级变速器输入行星排
25、数控无级变速器输出行星排 26、数控无级变速器行星轮
27、数控无级变速器输出内齿圈 28、数控无级变速器行星架。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，本发明涉及的四轮转向汽车转向机构传输系统，采用转向传动分动箱5将转向盘7、转向管柱及其转向传动轴6输入的转向运动分别传递给前桥转向传动轴4和后桥前转向传动轴8。前桥转向传动轴4的转向运动经前桥动力转向机3带动前转向垂臂2和转向直拉杆21驱动前转向轮1转向。后桥前转向传动轴8的转向运动经数控无级变速器9变速后通过后桥后转向传动轴17传给后桥动力转向机18带动后转向垂臂19驱动转向直拉杆21来带动后转向轮1转向。
如图6数控无级变速器原理示意图所示，所述数控无级变速器9内设置有两组参数完全相同的数控无级变速器输入行星排24和数控无级变速器输出行星排25，在数控无级变速器9中间两端分别设置有数控无级变速器输入轴13和数控无级变速器输出轴14，在数控无级变速器输入轴13和数控无级变速器输出轴14上分别固定设置有数控无级变速器输入行星排24和数控无级变速器输出行星排25的太阳轮，所述数控无级变速器输入行星排24和数控无级变速器输出行星排25上共用一个数控无级变速器行星架28，所述数控无级变速器输入行星排24和数控无级变速器输出行星排25上的数控无级变速器行星轮26两两共轴，所述数控无级变速器行星轮26套装在数控无级变速器行星架28上，所述数控无级变速器输出行星排25上的数控无级变速器输出内齿圈27固定在数控无级变速器壳体22上，数控无级变速器输入行星排24的数控无级变速器输入内齿圈23上固定设置有一个数控无级变速器蜗轮20，与数控无级变速器蜗轮20啮合的数控无级变速器蜗杆16与步进电机10相连。
参看图7，所述步进电机10的控制装置由数控无级变速器电控单元11、车速传感器12、转向转角传感器15构成，所述转向转角传感器15设置在转向管柱上检测转向盘7的转向转角，所述转向转角传感器15、车速传感器12和步进电机10分别与数控无级变速器电控单元11用电缆相连，所述转向转角传感器15、车速传感器12把数字信号输送给数控无级变速器电控单元11，经数控无级变速器电控单元11运算，输出控制信号给步进电机10控制其运转。
下面结合附图和一个具体实施例对本发明做进一步说明。
参看图2，四轮转向汽车低速转向时后桥转向车轮转向角相对前轮转向角有较大比例，使前后车轮的瞬时转动中心汇聚到一个点，从而达到减小最小转弯半径，提高机动性，同时减小轮胎磨损。
随着车速的提高，转向时后桥轮胎受地面向心力作用而产生的侧偏角变大。当车速提高到一定程度，转向时后桥轮胎受地面向心力而产生的侧偏角变大则可能使车辆变成过度转向而对车辆的操稳性产生不利影响。为抵消此影响，可相应减小后桥的车轮转向角从而使车辆的操稳性保持最佳。这时在不考虑轮胎侧偏角变化前前后桥车轮的瞬时转动中心不再汇聚到一个点，而是如图3所示，后桥车轮的瞬时转动中心离车辆的距离比前桥车轮的瞬时转动中心离车辆的距离远些。再高到一定车速后，也可能要如图4所示，后桥车轮的瞬时转动中心离车辆的距离变成无限远，也就是使后桥不转向。如果车速再高到一定程度后，甚至要如图5所示，使后桥车轮作与前轮方向相同程度受控的转向。后桥车轮的瞬时转动中心跑到车辆另一边去了。起初后桥车轮的瞬时转动中心在车辆另一边的无限远处。随着车速再增加，后桥车轮的瞬时转动中心离车辆的距离才变得如图5所示近些。当然以上所述仅仅是理论上的定性分析。具体做起来还要进行大量测试计算。那已超出本发明范畴。
根据车速的提高相应减小后桥车轮的转向角是通过数控无级变速器9来实现的。
数控无级变速器9的原理如图6所示，其控制系统如图7所示。
数控无级变速器壳体22内设置有两组参数完全相同的输入行星排24和输出行星排25，在数控无级变速器中间两端分别设置有输入轴13和输出轴14，在输入轴13和输出轴14上分别固定设置有输入行星排24和输出行星排25的太阳轮，故输入轴13和输出轴14的转速比即是输入行星排24和输出行星排25的太阳轮的转速比。所述输入行星排24和输出行星排25上共用一个行星架28，所述输入行星排24和输出行星排25上的行星轮26两两共轴，所述行星轮26套装在行星架28轴上，故输出轴14与输入轴13的转速比即输出行星排25与输入行星排24的太阳轮的转速比取决于输出行星排25上的输出内齿圈27的转速和输入行星排24的输入内齿圈23的转速。所述输出行星排25上的输出内齿圈27固定在数控无级变速器壳体22上转速恒为0。而输入行星排24的输入内齿圈23上固定设置有一个蜗轮20，与蜗轮20啮合的蜗杆16与步进电机10相联接。步进电机10的转速决定着蜗杆16的转速，进而决定着蜗轮20的转速，进而决定着输入内齿圈23的转速，进而决定着输出轴14与输入轴13的转速比。当步进电机10不转，转速为0时，两个行星排的内齿圈都转速为0，则两个行星排的太阳轮必同速旋转。输出轴14与输入轴13的转速比为1。设输入轴13的转速为n1，输出轴24的转速为n2，则数控无级变速器9的传输转速比i= n2/n1=1。
当四轮转向汽车低速转向时，转向盘7带动转向管柱及其转向传动轴6旋转，旋转运动经转向传动分动箱5分别通过前桥转向传动轴4传输给前桥动力转向机3和通过后桥前转向传动轴8传输给数控无级变速器9。数控无级变速器9的输入轴13的转速为n1，输出轴14的转速为n2。车速传感器12把数字电信号输送给数控无级变速器电控单元11，经数控无级变速器电控单元11运算，输出控制信号给步进电机10控制其不转，转速为0。则数控无级变速器9的传输转速比i=n2/n1=1。这时后桥转向车轮转向角相对前轮的转向角比可由后桥的转向垂臂19尺寸调节成如图2所示，使前后桥车轮的瞬时转动中心汇聚到一个点，从而达到减小最小转弯半径，提高机动性，减小轮胎磨损的目的。
车速提高后，如前所述，为保持操稳性，需相应减小后桥的车轮转向角。车速传感器12把数字电信号输送给数控无级变速器电控单元11，经数控无级变速器电控单元11运算，输出控制信号给步进电机10控制其运转。步进电机10带动蜗杆16同速旋转，与蜗杆16啮合的蜗轮20则以比步进电机10低得多的转速旋转，而输入内齿圈23则和蜗轮20同速旋转。此时输出行星排25的太阳轮则因输入内齿圈23的旋转而获得一个附加转速，这时两个行星排的太阳轮不再同速旋转，速比不再为1。而且输出行星排25的太阳轮因输入内齿圈23的旋转而获得的附加转速与输入行星排24的太阳轮旋转方向相反，输出行星排25的太阳轮的转速将低于输入行星排24的太阳轮的转速，即n2﹤n1，也即数控无级变速器9的传输速比i=n2/n1﹤1。这样就可相应减小后桥的车轮转向角从而使车辆的操稳性保持最佳。这时在不考虑轮胎侧偏角变化前各桥车轮的瞬时转动中心不再汇聚到一个点，而是如附图3所示，后桥车轮的瞬时转动中心离车辆的距离比前桥车轮的瞬时转动中心离车辆的距离远些。再高到一定车速后，在数控无级变速器电控单元11的控制下，随着步进电机10转速增加，输出行星排25的太阳轮的转速n2逐渐降低直至为0。也即数控无级变速器的传输速比I=0。也就是使后桥不再转向，也就如图4所示，后桥车轮的瞬时转动中心离车辆的距离变成无限远。如果车速再高到一定程度后，随着步进电机10转速再增加，将造成输出行星排25的太阳轮反转，即n2﹤0，数控无级变速器的传输速比i=n2/n1﹤0。也即输出行星排25的太阳轮的旋转方向与输入行星排24的太阳轮旋转方向相反。这时就如图5所示，后桥车轮将作与前轮方向相同程度受控的转向，后桥车轮的瞬时转动中心跑到车辆另一边去了。起初后桥车轮的瞬时转动中心在车辆另一边的无限远处。随着车速再增加，后桥车轮的瞬时转动中心离车辆的距离才变得如图5所示近些。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，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 (4)
1.一种四轮汽车的智能转向系统，其特征在于，前后桥转向系统采用转向传动分动箱将转向盘、转向管柱输入的转向运动分别传递给前桥转向传动轴和后桥转向传动轴；所述前桥转向传动轴经前桥动力转向机带动前转向垂臂和转向直拉杆驱动前转向轮，后桥转向传动轴经数控变速器变速后传给后桥动力转向机带动后转向垂臂驱动转向直拉杆来带动后转向轮转向，并可以根据行驶工况需要调整后转向轮的转向角。
2.根据权利要求1所述的一种四轮汽车的智能转向系统，其特征在于：所述数控变速器由行星变速器和控制装置构成，所述行星变速器内设置有两组参数完全相同的输入行星排和输出行星排，在两行星排的太阳轮中间分别固定有输入轴和输出轴从行星变速器两端伸出并与后桥前后转向传动轴相连接；所述的输入行星排和输出行星排上共用一个行星架，所述的输入行星排和输出行星排上的行星轮两两共轴，套装在同一行星架上；所述的输出行星排上的输出内齿圈固定在箱体上，输入行星排的输入内齿圈上固定设置有一个蜗轮，与蜗轮啮合的蜗杆与步进电机相连。
3.根据权利要求2所述的一种四轮汽车的智能转向系统，其特征在于：所述的控制装置由电控单元、车速传感器、转角传感器构成，所述的转角传感器设置在转向管柱上检测转向盘转角，所述的转角传感器、车速传感器和步进电机分别与电控单元用电缆相连，所述转角传感器、车速传感器把数字信号输送给电控单元；经电控单元运算，输出控制信号给步进电机控制其运转。
4.根据权利要求1所述的一种四轮汽车的智能转向系统，其特征在于：所述的后桥转向传动轴由若干段万向联轴节传动轴串接组成，并且可以根据整车各部件的结构空间来进行布置安装。
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