CN210063101U - 车辆转向系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型关于车辆转向系统，该系统包括：方向盘，转向机，万向传动机构，转向节；所述转向机与所述方向盘连接；所述转向机包括至少两个输出轴，所述输出轴输出预设转速比的转速；每个输出轴分别通过万向传动机构与转向节连接，所述转向节带动车轮转动。该技术方案通过调整转向机输出轴之间的转速比例关系，使车辆实现大角度转向，大幅提高车辆机动性能。同时，可实现车辆安全可靠侧向行驶及多种形式的四轮独立转向。

Description

车辆转向系统

技术领域

本实用新型涉及汽车技术领域，尤其涉及车辆转向系统。

背景技术

汽车在行驶过程中，需按驾驶员的意志经常改变其行驶方向，即所谓汽车转向。就轮式汽车而言，实现汽车转向的方法是，驾驶员通过一套专设的机构，使汽车转向桥(一般是前桥)上的车轮(转向轮)相对于汽车纵轴线偏转一定角度。在汽车直线行驶时，往往转向轮也会受到路面侧向干扰力的作用，自动偏转而改变行驶方向。此时，驾驶员也可以利用这套机构使转向轮向相反方向偏转，从而使汽车恢复原来的行驶方向。这一套用来改变或恢复汽车行驶方向的专设机构，即称为汽车转向系统。汽车转向系统对汽车的行驶安全至关重要。

汽车转向系统分为两大类：机械转向系统和动力转向系统。机械转向系统以驾驶员的体力作为转向能源，其中所有传力件都是机械的。机械转向系由转向操纵机构、转向器和转向传动机构三大部分组成。动力转向系统是兼用驾驶员体力和发动机动力为转向能源的转向系。在正常情况下，汽车转向所需能量，只有一小部分由驾驶员提供，而大部分是由发动机通过动力转向装置提供的。但在动力转向装置失效时，一般还应当能由驾驶员独立承担汽车转向任务。因此，动力转向系是在机械转向系的基础上加设一套动力转向装置而形成的。

现有的汽车转向系统一般采用齿轮齿条转向机或循环球转向机，通过转向梯形结构实现汽车转向。这种转向方式，使得汽车无法大角度转向，即汽车原地转动角度很小。

实用新型内容

本实用新型实施例提供车辆转向系统，解决现有技术中汽车转动角度小的问题。所述技术方案如下：

该车辆转向系统包括：方向盘，转向机，万向传动机构，转向节；

所述转向机与所述方向盘连接；

所述转向机包括至少两个输出轴，所述输出轴输出预设转速比的转速；

每个输出轴分别通过万向传动机构与转向节连接，所述转向节带动车轮转动。

可选的，所述转向机包括四个输出轴。

可选的，所述转向机包括依次连接的转向管柱、锥齿轮和变传动比齿轮，所述锥齿轮和变传动比齿轮之间啮合连接；

所述方向盘通过转向管柱驱动所述锥齿轮，再通过所述变传动比齿轮带动所述输出轴转动。

可选的，所述转向机包括转向管柱、锥齿轮和至少两组变传动比齿带，所述每组变传动比齿带包括主动齿轮和从动齿轮，以及与主动齿轮和从动齿轮啮合连接的齿带；所述锥齿轮与所述转向管柱固定连接，并与所述主动齿轮啮合连接；所述从动齿轮与所述输出轴固定连接；

所述变传动比齿带的组数与所述输出轴的个数相同；

所述方向盘通过转向管柱驱动所述锥齿轮；所述锥齿轮带动所述主动齿轮转动，所述主动齿轮通过所述齿带传动到所述从动齿轮，带动所述输出轴转动。

可选的，所述转向机包括：转向管柱、方向盘角度传感器、车轮角度传感器、控制器以及至少两个电机；

所述转向管柱与所述方向盘连接；

所述方向盘角度传感器与所述转向管柱连接，监测所述转向管柱的第一转动角度；

所述车轮角度传感器与车轮连接，监测所述车辆的第二转动角度；

所述控制器分别与所述方向盘角度传感器、车轮角度传感器及电机连接，根据获取到的所述第一转动角度和第二转动角度分别生成控制每个电机转动的控制指令；所述电机的个数与所述输出轴的个数相同，所述电机分别与所述输出轴连接，分别带动所述输出轴转动。

可选的，所述万向传动机构由多个万向节和传动轴组成，或者，所述万向传动机构为具有双向传递力矩功能的软轴。

可选的，所述万向传动机构具有分别与所述输出轴和所述转向节匹配的接口。

可选的，所述转向节与所述万向传动机构沿主销方向连接，所述转向节接受所述万向传动机构传递的力矩而沿主销方向转动。

本实用新型的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：通过调整转向机输出轴之间的转速比例关系，使车辆实现大角度转向，大幅提高车辆机动性能。同时，可实现车辆安全可靠侧向行驶及多种形式的四轮独立转向。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本实用新型。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本实用新型的实施例，并与说明书一起用于解释本实用新型的原理。

图1是根据一示例性实施例示出的汽车转向系统的结构示意图。

图2是根据一示例性实施例示出的转向机2的结构示意图。

图3是根据另一示例性实施例示出的转向机2的结构示意图。

图4是根据另一示例性实施例示出的汽车转向系统的结构示意图。

图5是根据另一示例性实施例示出的转向机2的结构示意图。

1-方向盘；2-转向机；2a、2b、2c、2d-输出轴；21-转向管柱；22-锥齿轮；23-变传动比齿带；231-主动齿轮；232-从动齿轮；233-齿带；24-方向盘角度传感器；25-车轮角度传感器；26-控制器；27a、27b、27c和27d-电机；3a、3b、3c、3d-万向传动机构；4a、4b、4c、4d-转向节；5、5a、5b、5c、5d-车轮。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本实用新型相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本实用新型的一些方面相一致的装置和方法的例子。

实施例一

当车辆为前轮驱动时，转向机具有2个输出轴，分别控制左右两个前轮转向。

如图1所示，该车辆转向系统包括：方向盘1，转向机2，万向传动机构3，转向节4。

转向机2与方向盘1连接。

转向机2包括两个输出轴2a、2b，输出轴2a、2b输出预设转速比的转速。该预设转速比使得输出轴的转速符合阿克曼转向几何原理或其他比例关系，以实现更多的行驶状况。

输出轴2a、2b分别通过万向传动机构3a、3b与转向节4a、4b连接，转向节4a、4b带动车轮5a、5b转动。

转向节4a与万向传动机构3a沿主销41方向连接，转向节4a接受万向传动机构3a传递的力矩而沿主销41方向转动。

其中，万向传动机构由多个万向节和传动轴组成。万向传动机构还可以为具有双向传递力矩功能的软轴。万向传动机构具有分别与输出轴和转向节匹配的接口。

本实施例中，转向机2有多种实现方式，均需满足输出轴转速比例符合汽车转向系统特性。

实现方式一，转向机2包括：依次连接的转向管柱、锥齿轮和变传动比齿轮，锥齿轮和变传动比齿轮之间啮合连接；方向盘通过转向管柱驱动锥齿轮，再通过变传动比齿轮带动输出轴转动。

实现方式二，如图2所示，转向机2包括：转向管柱21、锥齿轮22和两组变传动比齿带23，每组变传动比齿带23包括主动齿轮231和从动齿轮232，以及与主动齿轮和从动齿轮啮合连接的齿带233；锥齿轮22与转向管柱21固定连接，并与主动齿轮231啮合连接；从动齿轮232与输出轴2a固定连接。

其中，变传动比齿带的组数与输出轴的个数相同。

方向盘1通过转向管柱21驱动锥齿轮22；锥齿轮22带动主动齿轮231转动，主动齿轮231通过齿带233传动到从动齿轮232，带动输出轴2a转动。

其中，主动齿轮231和从动齿轮232的齿轮轴心位置不变，同时在任何一个位置齿带233不会因齿轮形状的变化而变松或者变紧，变传动比齿带23传动比为从动齿轮231和齿带233进入啮合位置转动半径与主动齿轮232和齿带233脱离位置转动半径之比。传动比的变化规律由左右两个车轮的转向角比例关系决定。转向角比例关系与车轮轮距和轴距相关，具体可由阿克曼转向原理确定。每组变传动比齿带原理相同。

实现方式三，如图3所示，转向机2包括：转向管柱21、方向盘角度传感器24、车轮角度传感器25、控制器26以及两个电机27a和27b；

转向管柱21与方向盘1连接；

方向盘角度传感器24与转向管柱21连接，监测转向管柱21的第一转动角度；

车轮角度传感器25与车轮5连接，监测车轮5的第二转动角度。

其中，转向机2中可设有多个车轮角度传感器分别采集每个车轮的转动角度，也可以由一个车轮角度传感器监测多个车轮的转动角度。

控制器26分别与方向盘角度传感器24、车轮角度传感器25及电机27a、27b连接，根据获取到的第一转动角度和第二转动角度分别生成控制每个电机27a、27b转动的控制指令；

电机的个数与输出轴的个数相同，电机27a、27b分别与输出轴2a、2b连接，分别带动输出轴2a、2b转动。

车辆正常行驶转向时，控制器接收方向盘角度传感器信号，根据阿克曼转向原理，确定左右转角比例关系，进而计算左右车轮目标转角。然后以目标转角和当前转角的差值为控制目标，对左右两个电机进行控制，实现线控转向。当车辆处于侧向停车、原地转向、四轮侧向行驶等特殊工况下，控制器根据行驶模式指令确定四个车轮或者两个车轮应满足的转角关系，进而转化成四个车轮分别的控制目标，即目标转角和实际转角的差值，对每个车轮进行控制。对于角度传感器进行冗余设计，并且是硬件冗余设计，以确保车辆转向系统安全性。

本实施例中，通过调整转向机输出轴之间的转速比例关系，使车辆实现大角度转向，大幅提高车辆机动性能。同时，可实现车辆安全可靠侧向行驶及多种形式的四轮独立转向。

实施例二

当汽车为四轮驱动时，转向机具有四个输出轴，分别控制每个车辆的转向。

如图4所示，该车辆转向系统包括：方向盘1，转向机2，万向传动机构3，转向节4。转向机2与方向盘1连接。

转向机2还可以包括四个输出轴2a、2b、2c、2d，分别通过万向传动机构3a、3b、3c、3d与转向节4a、4b、4c、4d连接，转向节4a、4b、4c、4d带动车辆的四个车轮5a、5b、5c、5d转动。

转向节4a与万向传动机构3a沿主销41方向连接，转向节4a接受万向传动机构3a传递的力矩而沿主销41方向转动。其他转向节与万向传动机构均采用相同的连接方式。

其中，万向传动机构由多个万向节和传动轴组成。万向传动机构还可以为具有双向传递力矩功能的软轴。万向传动机构具有分别与输出轴和转向节匹配的接口。

本实施例中，通过调整转向机输出轴之间的转速比例关系，使车辆实现大角度转向，大幅提高车辆机动性能。同时，可实现车辆安全可靠侧向行驶及多种形式的四轮独立转向。

本实施例中，转向机有多种实现方式，均需满足输出轴转速比例符合汽车转向系统特性。

实现方式一，转向机包括：依次连接的转向管柱、锥齿轮和变传动比齿轮，锥齿轮和变传动比齿轮之间啮合连接；方向盘通过转向管柱驱动锥齿轮，再通过变传动比齿轮带动输出轴转动。

实现方式二，转向机包括：转向管柱、锥齿轮和四组变传动比齿带。变传动比齿带的组数与输出轴的个数相同。如图2所示，每组变传动比齿带23包括主动齿轮231和从动齿轮232，以及与主动齿轮和从动齿轮啮合连接的齿带233；锥齿轮22与转向管柱21固定连接，并与主动齿轮231啮合连接；从动齿轮232与输出轴2a固定连接。

方向盘1通过转向管柱21驱动锥齿轮22；锥齿轮22带动主动齿轮231转动，主动齿轮231通过齿带233传动到从动齿轮232，带动输出轴2a转动。

其中，主动齿轮231和从动齿轮232的齿轮轴心位置不变，同时在任何一个位置齿带233不会因齿轮形状的变化而变松或者变紧，变传动比齿带23传动比为从动齿轮231和齿带233进入啮合位置转动半径与主动齿轮232和齿带233脱离位置转动半径之比。传动比的变化规律由左右两个车轮的转向角比例关系决定。转向角比例关系与车轮轮距和轴距相关，具体可由阿克曼转向原理确定。每组变传动比齿带原理相同。

实现方式三，如图5所示，转向机包括：转向管柱21、方向盘角度传感器24、车轮角度传感器25、控制器26以及四个电机27a、27b、27c和27d。电机的个数与输出轴的个数相同。

转向管柱21与方向盘1连接；方向盘角度传感器24与转向管柱21连接，监测转向管柱21的第一转动角度；车轮角度传感器25与车轮5连接，监测车轮5的第二转动角度。

其中，转向机2中可设有多个车轮角度传感器分别采集每个车轮的转动角度，也可以由一个车轮角度传感器监测多个车轮的转动角度。

控制器26分别与方向盘角度传感器24、车轮角度传感器25及四个电机27a、27b、27c和27d连接，根据获取到的第一转动角度和第二转动角度分别生成控制每个电机27a、27b、27c和27d转动的控制指令。

电机27a、27b、27c和27d分别与输出轴2a、2b、2c、2d连接，分别带动输出轴2a、2b、2c、2d转动。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的公开后，将容易想到本实用新型的其它实施方案。本申请旨在涵盖本实用新型的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本实用新型的一般性原理并包括本实用新型未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本实用新型的真正范围和精神由下面的权利要求指出。

应当理解的是，本实用新型并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本实用新型的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (6)

1.一种车辆转向系统，其特征在于，包括：方向盘，转向机，万向传动机构，转向节；

所述转向机与所述方向盘连接；

所述转向机包括四个输出轴，所述输出轴输出预设转速比的转速；

每个所述输出轴分别通过所述万向传动机构与所述转向节连接，所述转向节带动车轮转动；

所述转向机包括转向管柱、锥齿轮和至少两组变传动比齿带，所述每组变传动比齿带包括主动齿轮和从动齿轮，以及与所述主动齿轮和所述从动齿轮啮合连接的齿带；所述锥齿轮与所述转向管柱固定连接，并与所述主动齿轮啮合连接；所述从动齿轮与所述输出轴固定连接；

所述变传动比齿带的组数与所述输出轴的个数相同；

所述方向盘通过转向管柱驱动所述锥齿轮；所述锥齿轮带动所述主动齿轮转动，所述主动齿轮通过所述齿带传动到所述从动齿轮，带动所述输出轴转动。

2.根据权利要求1所述的车辆转向系统，其特征在于，所述转向机包括依次连接的转向管柱、锥齿轮和变传动比齿轮，所述锥齿轮和变传动比齿轮之间啮合连接；

所述方向盘通过转向管柱驱动所述锥齿轮，再通过所述变传动比齿轮带动所述输出轴转动。

3.根据权利要求1所述的车辆转向系统，其特征在于，所述转向机包括：转向管柱、方向盘角度传感器、车轮角度传感器、控制器以及至少两个电机；

所述转向管柱与所述方向盘连接；

所述方向盘角度传感器与所述转向管柱连接，监测所述转向管柱的第一转动角度；

所述车轮角度传感器与车轮连接，监测所述车辆的第二转动角度；

所述控制器分别与所述方向盘角度传感器、所述车轮角度传感器及所述电机连接，根据获取到的所述第一转动角度和所述第二转动角度分别生成控制每个电机转动的控制指令；所述电机的个数与所述输出轴的个数相同，所述每个电机与一个所述输出轴连接，分别带动所述输出轴转动。

4.根据权利要求1所述的车辆转向系统，其特征在于，所述万向传动机构由传动轴和多个万向节组成，

或者，所述万向传动机构为具有双向传递力矩功能的软轴。

5.根据权利要求4所述的车辆转向系统，其特征在于，所述万向传动机构具有与所述输出轴匹配的接口和与所述转向节匹配的接口。

6.根据权利要求1所述的车辆转向系统，其特征在于，所述转向节与所述万向传动机构沿主销方向连接，所述转向节接受所述万向传动机构传递的力矩而沿所述主销方向转动。

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