CN218489735U - 转向装置、转向系统和车辆 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种转向装置、转向系统和车辆。转向装置包括转向单元、驱动单元、检测单元和控制单元，转向单元与车辆的车轮连接；驱动单元与转向单元连接，且用于驱动转向单元运动；检测单元用于检测转向单元的运动参数；控制单元分别与驱动单元和检测单元通信连接，控制单元用于接收检测单元的检测信息，并控制驱动单元的启停。本申请的转向装置无需与方向盘采用机械式连接，节省了机械连接部件，减小了转向装置在车辆内的占用空间，提高了车辆的空间利用率以及碰撞吸能空间，提升碰撞安全性，实现转向装置的轻量化设计及布置灵活性。此外，每个转向装置可连接一个车轮，实现车轮的独立转向。

Description

转向装置、转向系统和车辆

技术领域

本申请涉及转向技术领域，尤其涉及一种转向装置、转向系统和车辆。

背景技术

转向装置可用于改变车辆车轮的方向，以能够按照驾驶员的意愿控制车辆的行驶方向。现有的转向装置一般与方向盘采用机械式连接，布置于车辆的前机舱内部，占用空间大。

在转向技术的发展中，如何减小转向装置在车辆内的占用空间，是转向技术中一个研究方向。

实用新型内容

本申请实施例提供了一种转向装置、转向系统和车辆，其能减小转向装置在车辆内的占用空间。

第一方面，本申请实施例提供了一种转向装置，包括转向单元、驱动单元、检测单元和控制单元，转向单元用于与车辆的车轮连接；驱动单元与转向单元连接，且用于驱动转向单元运动，以带动车轮转动；检测单元用于检测转向单元的运动参数；控制单元分别与驱动单元和检测单元通信连接，控制单元用于接收检测单元的检测信息，并控制驱动单元的启停。

上述方案中，转向装置可独立控制车轮，无需与方向盘采用机械式连接，节省了机械连接部件，减小了转向装置在车辆内的占用空间，提高了车辆的空间利用率以及碰撞吸能空间，提升碰撞安全性，实现转向装置的轻量化设计及布置灵活性。此外，每个转向装置可连接一个车轮，实现车轮的独立转向。

在一些实施例中，转向单元包括传动组件和连接件，传动组件与驱动单元连接；连接件与传动组件铰接，且用于与车轮的转向节连接。

上述方案中，驱动单元驱动传动组件运动，由于连接件与传动组件铰接，便于传动组件能带动连接件移动，带动车轮转动，连接方式简单，且节约车辆内部的空间。

在一些实施例中，传动组件包括传动件和拉杆，传动件与驱动单元连接；拉杆的两端分别与传动件以及连接件铰接，拉杆能够更灵活，便于将连接件带动车轮转动。

在一些实施例中，拉杆沿第一方向延伸，连接件沿第二方向延伸，第一方向和第二方向相交设置，可将拉杆的水平位移转化为车轮圆弧方向的位移，保证转向单元能够带动车轮左右偏转。

在一些实施例中，传动件包括齿轮和移动杆，齿轮与驱动单元连接；移动杆与拉杆铰接，且移动杆上设置有与齿轮啮合的齿条。

上述方案中，驱动单元驱动齿轮转动，齿轮带动移动杆水平移动，使得拉杆的移动更精确，能够更精确地控制车轮的转向。

在一些实施例中，齿轮相对移动杆倾斜设置，齿轮为斜齿轮或螺旋齿轮。斜齿轮、螺旋齿轮均具有传递转矩大、起动平稳、传动比分级精细的效果，能够提高转向效率。

在一些实施例中，检测单元设置于移动杆背离齿轮的一侧，且与移动杆间隔设置，以检测移动杆的运动参数。

上述方案中，检测单元能精确测量得到移动杆的运动参数，以发送给控制单元，检测方式简单，能够提高转向效率。

在一些实施例中，拉杆包括第一拉杆段和第二拉杆段，第一拉杆段与传动件铰接；第二拉杆段与连接件铰接，第一拉杆段与第二拉杆段之间为可伸缩连接，可调节拉杆的长度，实现对车轮角度进行微调。

在一些实施例中，控制单元安装在驱动单元上，便于控制单元对驱动单元的控制。

在一些实施例中，转向装置还包括壳体，转向单元的至少部分容纳于壳体中，壳体对转向装置具有保护作用，提高转向装置的使用寿命。

在一些实施例中，壳体用于固定于车辆的车身，便于将转向装置固定，提高转向装置的稳固性。

在一些实施例中，壳体设置有至少一个安装部，安装部上设置有安装孔，壳体通过安装孔与车身固定，固定方式简单，成本低且装配效率高。

在一些实施例中，转向装置还包括防尘罩，转向单元的至少部分容纳于防尘罩中，防止外部杂物进入转向单元，提高转向单元的安全性能和使用寿命。

第二方面，本申请实施例提供了一种转向系统，包括多个上述任一实施方式的转向装置，多个转向装置用于与车辆的车轮一一对应连接。

第三方面，本申请实施例提供了一种车辆，包括上述任一实施方式的转向系统。

上述说明仅是本申请技术方案的概述，为了能够更清楚了解本申请的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本申请的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本申请的具体实施方式。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本申请的一些实施例，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他的附图。

图1为本申请一些实施例的转向装置的结构示意图；

图2为本申请一些实施例的车轮转向的示意图；

图3为本申请另一些实施例的车轮转向的示意图；

图4为本申请一些实施例的转向装置的结构示意图；

图5为本申请一些实施例的转向装置的装配示意图；

图6为本申请另一些实施例的转向装置的结构示意图；

图7为本申请一些实施例的转向装置另一角度的结构示意图；

图8为本申请又一些实施例的转向装置的结构示意图；

图9为本申请一些实施例的转向装置又一角度的结构示意图。

附图标号如下：

转向装置100；转向单元10；传动组件11；传动件110；齿轮111；移动杆112；齿条113；拉杆13；第一拉杆段131；第二拉杆段132；连接件12；驱动单元20；检测单元30；控制单元40；壳体50；安装部51；安装孔52；防尘罩60；车轮70；转向节71；纵梁80；第一方向X；第二方向Y。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本申请的实施方式作进一步详细描述。以下实施例的详细描述和附图用于示例性地说明本申请的原理，但不能用来限制本申请的范围，即本申请不限于所描述的实施例。

在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有说明，“多个”的含义是两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。“垂直”并不是严格意义上的垂直，而是在误差允许范围之内。“平行”并不是严格意义上的平行，而是在误差允许范围之内。

在本申请中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本申请所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

下述描述中出现的方位词均为图中示出的方向，并不是对本申请的具体结构进行限定。在本申请的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可视具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

本发明人注意到，常规的转向装置包括转向管柱与拉杆，转向管柱与方向盘连接，拉杆横置于车辆前机舱的内部，拉杆的两端分别与两个前车轮连接。转向装置在车辆前机舱的内部，与方向盘采用机械连接，占用了前机舱大量的布置空间，导致许多零部件布置空间紧张，且转向装置为刚性体，当车辆发生碰撞时，转向装置不会发生压溃，不利于碰撞时吸能。在进一步研究之后发现，常规的转向装置为一体式结构，一个转向装置同时连接两端车轮，两个车轮只能同向转动，导致转向装置的使用局限性。

鉴于此，本申请提供了一种技术方案，在该技术方案中，转向单元、驱动单元、检测单元和控制单元，转向单元用于与车辆的车轮连接；驱动单元与转向单元连接，且用于驱动转向单元运动，以带动车轮转动；检测单元用于检测转向单元的运动参数；控制单元分别与驱动单元和检测单元通信连接，控制单元用于接收检测单元的检测信息，并控制驱动单元的启停。本申请的转向装置可独立控制车轮，无需与方向盘采用机械式连接，节省了机械连接部件，减小了转向装置在车辆内的占用空间，提高了车辆的空间利用率以及碰撞吸能空间，提升碰撞安全性，实现转向装置的轻量化设计及布置灵活性。此外，每个转向装置可连接一个车轮，实现车轮的独立转向。

需要说明的是，本申请实施例的转向装置尤其适合作为车辆的转向装置，但并不限于作为车辆的转向装置，如果有其他设备应用了本发明提供的转向装置，也理应落入本发明的保护范围。例如本申请实施例的转向装置还可应用于船舶、飞行器等。其中，车辆可以为燃油汽车、燃气汽车或新能源汽车，新能源汽车可以是纯电动汽车、混合动力汽车或增程式汽车等。

图1为本申请一些实施例的转向装置的结构示意图。如图1所示，本申请实施例提供一种转向装置100，包括转向单元10、驱动单元20、检测单元30和控制单元40，转向单元10用于与车辆的车轮70连接；驱动单元20与转向单元10连接，且用于驱动转向单元10运动，以带动车轮70转动；检测单元30用于检测转向单元10的运动参数；控制单元40分别与驱动单元20和检测单元30通信连接，控制单元40用于接收检测单元30的检测信息，并控制驱动单元20的启停。

驱动单元20可以为液压缸、气缸或电机，驱动单元20的输出轴与转向单元10连接，以驱动转向单元10运动。其中，驱动单元20优选体积小且精度高的电机，例如伺服电机或步进电机，以提高转向单元10运动的精确度。

转向单元10在驱动单元20的驱动下，能够带动车轮70转动，以实现转向。检测单元30能够检测转向单元10的运动参数，并将检测信息发送给控制单元40，以使控制单元40能够得到车轮70的转向角度，便于控制单元40控制驱动单元20的启停，还可以控制驱动单元20调整输出参数，以改变传动单元的运动方向或位移，以调节车轮70的转动方向或角度。需要说明的是，检测单元30可以为位移传感器、角度传感器等，运动参数可以为位移、角度等。

控制单元40与方向盘可以通过数据线连接，也可以采用无线通信连接，方向盘的转动参数传输给控制单元40，控制单元40控制驱动单元20的启停或者调节驱动单元20的输出参数。若为无人驾驶车辆，控制单元40可以直接与车辆的ECU(Electronic ControlUnit，电子控制单元40，又称行车电脑)连接，即控制单元40与方向盘无任何连接，直接通过车辆的ECU控制转向装置100。

上述方案中，转向装置100可独立控制车轮70，无需与方向盘采用机械式连接，节省了机械连接部件，减小了转向装置100在车辆内的占用空间，提高了车辆的空间利用率以及碰撞吸能空间，提升碰撞安全性，实现转向装置100的轻量化设计及布置灵活性。

此外，每个转向装置100可连接一个车轮70，实现车轮70的独立转向。图2为本申请一些实施例的车轮转向的示意图，如2图所示，每个车轮70均连接一个转向装置100，当四个车轮70中对角线布置的两个车轮70的转动方向平行，且旋转角度垂直于车轮70旋转中心的连线时，车辆可以实现原地转动。图3为本申请另一些实施例的车轮转向的示意图，如3图所示，由于每个车轮70可以实现独立转动，当四个车轮70旋转任意角度且角度相同时，车辆可以实现任意角度方向行驶。

图4为本申请一些实施例的转向装置的结构示意图。如图4所示，在一些实施例中，转向单元10包括传动组件11和连接件12，传动组件11与驱动单元20连接；连接件12与传动组件11铰接，且用于与车轮70的转向节71连接。

转向节71是车轮70转向的铰链，一般呈叉形。上下两叉有安装主销的两个同轴孔，转向节71轴颈用来安装车轮70。转向节71上销孔的两耳通过主销与前轴两端的拳形部分相连，使前轮可以绕主销偏转一定角度而使汽车转向。转向节71属于常规技术，因此本申请对其结构及其原理不作具体地赘述。连接件12可以插入转向节71的销控中，以带动车轮70转动；连接件12的端部与传动组件11之间可以为球头铰接，使得转向单元10可以更灵活，便于车轮70的转动。

上述方案中，驱动单元20驱动传动组件11运动，由于连接件12与传动组件11铰接，便于传动组件11能带动连接件12移动，带动车轮70转动，连接方式简单，且节约车辆内部的空间。

在一些实施例中，传动组件11包括传动件110和拉杆13，传动件110与驱动单元20连接；拉杆13的两端分别与传动件110以及连接件12铰接。

驱动单元20接收到控制单元40发出的指令后，提供输出动力，驱动传动件110运动，传动件110带动拉杆13移动，连接件12带动车轮70转动。传动件110可以为齿轮传动、链条传动、液压传动以及皮带式传动等。由于拉杆13的两端分别与传动件110以及连接件12铰接，拉杆13能够更灵活，便于将连接件12带动车轮70转动。

在一些实施例中，拉杆13沿第一方向X延伸，连接件12沿第二方向Y延伸，第一方向X和第二方向Y相交设置。

上述方案中，拉杆13与连接件12沿不同方向延伸，可将拉杆13的水平位移转化为车轮70圆弧方向的位移，保证转向单元10能够带动车轮70左右偏转。可选的，第一方向X和第二方向Y为如图4所示的X方向和Y方向，第一方向X与第二方向Y互相垂直，能够进一步保证转向的高效和准确度。

在一些实施例中，传动件110包括齿轮111和移动杆112，齿轮111与驱动单元20连接；移动杆112与拉杆13铰接，且移动杆112上设置有与齿轮111啮合的齿条113。

驱动单元20的输出轴与齿轮111连接，驱动单元20与齿轮111同轴布置，驱动单元20接收到控制单元40发出的指令后，提供输出动力，带动齿轮111旋转，通过齿轮111齿条113的传动配合，使得移动杆112沿其轴向水平移动，从而将驱动单元20的动力转化为拉杆13的推力或者拉力，带动车轮70左右偏转。

上述方案中，驱动单元20驱动齿轮111转动，齿轮111带动移动杆112水平移动，使得拉杆13的移动更精确，能够更精确地控制车轮70的转向。

在一些实施例中，齿轮111相对移动杆112倾斜设置，齿轮111为斜齿轮或螺旋齿轮。

上述方案中，将齿轮111相对移动杆112倾斜设置，可提高齿轮111的布置灵活性，以避让车辆的其它零件。普通的直齿轮沿齿宽同时进入啮合，因而产生冲击振动噪音，传动不平稳。斜齿轮的齿相对齿轮轴倾斜设置，斜齿轮传动平稳、冲击、振动和噪声较小。螺旋齿轮是螺旋齿圆柱齿轮的简称，即齿轮为圆柱螺旋线的圆柱齿轮，螺旋齿轮传动时接触的齿数较多，传动均匀噪声较小，能传递较大的动力。斜齿轮、螺旋齿轮均具有传递转矩大、起动平稳、传动比分级精细的效果，能够提高转向效率。

在一些实施例中，检测单元30设置于移动杆112背离齿轮111的一侧，且与移动杆112间隔设置，以检测移动杆112的运动参数。

检测单元30为位置传感器或位移传感器，运动参数可以为移动方向和移动距离。可在移动杆112背离齿条113的一侧设置可识别的刻度，移动杆112作水平移动时，可检测移动杆112的位置或位移，移动杆112的位置或位移与车轮70的转动方向和角度具有对应关系，因此通过检测单元30检测移动杆112的位置或位移，并发送至控制单元40，控制单元40通过计算可以得到车轮70的转动方向和角度，可相应的调整驱动单元20的参数。例如驱动单元20为电机，控制单元40可根据检测单元30检测的位置或位移，调整电机的转动时间、转速、转动方向以改变车轮70的转动角度和方向。

上述方案中，检测单元30能精确测量得到移动杆112的运动参数，以发送给控制单元40，检测方式简单，能够提高转向效率。

在一些实施例中，拉杆13包括第一拉杆段131和第二拉杆段132，第一拉杆段131与传动件110铰接；第二拉杆段132与连接件12铰接，第一拉杆段131与第二拉杆段132之间为可伸缩连接。

第一拉杆段131与传动件110之间，以及第二拉杆段132与连接件12之间可通过球头铰接，以使得转向更灵活。

若车辆处于静止状态而车轮70无法回正时，可对车轮70进行微调。本实施例的第一拉杆段131与第二拉杆段132之间为可伸缩连接，因此可调节整个拉杆13的长度，实现对车轮70角度进行微调。可选的，第一拉杆段131与第二拉杆段132可通过螺纹连接，通过人工调整第一拉杆段131与第二拉杆段132之间的螺纹连接位置，以改变整个拉杆13的长度。第一拉杆段131和第二拉杆段132之间还可以通过卡扣连接，通过调整卡扣的位置，以改变整个拉杆13的长度。第一拉杆段131与第二拉杆段132之间还可以通过销钉连接，在第一拉杆段131或第二拉杆段132上设置多个间隔的销孔，通过销钉穿过不同的销控，以改变整个拉杆13的长度。

上述方案中，既增加了车轮70转向的灵活性，又能对车轮70的角度进行微调，提高车轮70的精度。

在一些实施例中，控制单元40安装在驱动单元20上。控制单元40与驱动单元20可通过数据线电连接，也可以通过蓝牙等无线通信连接，将控制单元40直接安装在驱动单元20上，便于控制单元40对驱动单元20的控制，提高控制单元40的控制精度。

请结合参阅图5和图6，图5为本申请一些实施例的转向装置的装配示意图，图6为本申请另一些实施例的转向装置的结构示意图。转向装置100还包括壳体50，转向单元10的至少部分容纳于壳体50中。可将整个转向装置100均放置于壳体50中，露出与车轮70的连接部分，也可仅将部分结构容纳于壳体50，例如将传动件110容纳于壳体50中，以保护传动件110，防止传动件110被损坏干扰，又能减小壳体50的占用空间。

上述方案中，壳体50对转向装置100具有保护作用，提高转向装置100的使用寿命。

在一些实施例中，壳体50用于固定于车辆的车身。壳体50可固定于车辆的纵梁80下方，例如前车轮70对应的转向装置100的壳体50固定于前机舱纵梁80的下方，后车轮70对应的转向装置100的壳体50固定于后纵梁80的下方。壳体50还可以固定于减震器等车辆的其它部件。

本实施例通过壳体50固定于车身，便于将转向装置100固定，提高转向装置100的稳固性。

请结合参阅图6和图7，图6为本申请另一些实施例的转向装置的结构示意图，图7为本申请一些实施例的转向装置另一角度的结构示意图。壳体50设置有至少一个安装部51，安装部51上设置有安装孔52，壳体50通过安装孔52与车身固定。安装孔52可以为螺纹孔，通过螺栓穿过该螺纹孔将壳体50固定于车身。安装孔52还可以为内壁光滑的通孔，通过销钉或螺钉和螺母固定壳体50。安装部51的数量可以为多个，在壳体50的相对两侧均设置有该安装部51，以加强连接强度。本实施例的固定方式简单，成本低且装配效率高。

请结合参阅图8和图9，图8为本申请又一些实施例的转向装置的结构示意图，图9为本申请一些实施例的转向装置又一角度的结构示意图。在一些实施例中，转向装置100还包括防尘罩60，转向单元10的至少部分容纳于防尘罩60中，防尘罩60套设在至少部分转向装置100的外周。具体地，防尘罩60可与壳体50连接，套设在部分拉杆13的外周，例如第一拉杆段131，也可以套设在其它部位。防尘罩60可设置为可压缩套筒结构，例如橡胶套筒，以能够发生形变，提高防尘罩60的缓冲能力和耐用性。

上述方案中，防尘罩60可防止外部杂物进入转向单元10，提高转向单元10的安全性能和使用寿命。

第二方面，本申请实施例提供了一种转向系统，包括多个上述任一实施方式的转向装置100，多个转向装置100用于与车辆的车轮70一一对应连接。

第三方面，本申请实施例提供了一种车辆，包括上述任一实施方式的转向系统。

根据本申请的一些实施例，本申请提供了一种转向单元10、驱动单元20、检测单元30和控制单元40，转向单元10用于与车辆的车轮70连接；驱动单元20与转向单元10连接，且用于驱动转向单元10运动，以带动车轮70转动；检测单元30用于检测转向单元10的运动参数；控制单元40分别与驱动单元20和检测单元30通信连接，控制单元40用于接收检测单元30的检测信息，并控制驱动单元20的启停。转向单元10包括传动组件11和连接件12，传动组件11与驱动单元20连接；连接件12与传动组件11铰接，且用于与车轮70的转向节71连接。传动组件11包括传动件110和拉杆13，传动件110与驱动单元20连接；拉杆13的两端分别与传动件110以及连接件12铰接。传动件110包括齿轮111和移动杆112，齿轮111与驱动单元20连接；移动杆112与拉杆13铰接，且移动杆112上设置有与齿轮111啮合的齿条113。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本申请的权利要求和说明书的范围当中。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本申请并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (10)

1.一种转向装置，其特征在于，包括：

转向单元，与车辆的车轮连接；

驱动单元，与所述转向单元连接，且用于驱动所述转向单元运动；

检测单元，用于检测所述转向单元的运动参数；

控制单元，分别与所述驱动单元和检测单元通信连接，所述控制单元用于接收所述检测单元的检测信息，并控制所述驱动单元的启停。

2.根据权利要求1所述的转向装置，其特征在于，所述转向单元包括：

传动组件，与所述驱动单元连接；

连接件，与所述传动组件铰接，且与所述车轮的转向节连接。

3.根据权利要求2所述的转向装置，其特征在于，所述传动组件包括：

传动件，与所述驱动单元连接；

拉杆，两端分别与所述传动件以及所述连接件铰接。

4.根据权利要求3所述的转向装置，其特征在于，所述拉杆沿第一方向延伸，所述连接件沿第二方向延伸，所述第一方向和第二方向相交设置。

5.根据权利要求3所述的转向装置，其特征在于，传动件包括：

齿轮，与所述驱动单元连接；

移动杆，与所述拉杆铰接，且所述移动杆上设置有与所述齿轮啮合的齿条。

6.根据权利要求5所述的转向装置，其特征在于，所述检测单元设置于所述移动杆背离所述齿轮的一侧，且与所述移动杆间隔设置，以检测所述移动杆的运动参数。

7.根据权利要求3所述的转向装置，其特征在于，所述拉杆包括：

第一拉杆段，与所述传动件铰接；

第二拉杆段，与所述连接件铰接，所述第一拉杆段与第二拉杆段之间为可伸缩连接。

8.根据权利要求1～7中任一项所述的转向装置，其特征在于，所述转向装置还包括壳体，所述转向单元的至少部分容纳于所述壳体中。

9.一种转向系统，其特征在于，包括多个如权利要求1～8中任一项所述的转向装置，多个所述转向装置用于与车辆的车轮一一对应连接。

10.一种车辆，其特征在于，包括如权利要求9所述的转向系统。

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