RU162875U1

RU162875U1 - ADAPTIVE STEERING WHEEL VEHICLE

Info

Publication number: RU162875U1
Application number: RU2015143062/11U
Authority: RU
Inventors: Илья Викторович Чепижко
Original assignee: Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство обороны Российской Федерации
Priority date: 2015-10-08
Filing date: 2015-10-08
Publication date: 2016-06-27

Abstract

Рулевое управление транспортного средства, имеющее переменное передаточное отношение и состоящее из рулевого колеса, связанного посредством карданной передачи с рулевым механизмом, и рулевого привода, отличающееся тем, что оно снабжено редуктором, установленным между рулевым колесом и карданной передачей, и мультипликатором, установленным между карданной передачей и рулевым механизмом, карданная передача представляет собой два карданных шарнира неравных угловых скоростей и один телескопический карданный вал, связанный с устройством изменения углов между ними, выполненным в виде гидравлической системы, состоящей из гидроцилиндра, установленного на корпусе телескопического карданного вала, который соединен с корпусом редуктора, и гидравлического насоса с приводом от трансмиссии, а передаточные отношения редуктора и мультипликатора выбраны с возможностью обеспечения поворота карданной передачи на углы ±π/2 при повороте управляемых колес от нейтрального положения до упора в обе стороны.Steering of a vehicle with a variable gear ratio and consisting of a steering wheel connected by means of a cardan gear to the steering gear and a steering gear, characterized in that it is equipped with a gearbox installed between the steering wheel and the cardan gear and a gearbox mounted between the cardan gear and steering gear, the cardan gear consists of two cardan joints of unequal angular velocities and one telescopic cardan shaft connected to the device m the angles between them, made in the form of a hydraulic system consisting of a hydraulic cylinder mounted on the housing of the telescopic propeller shaft, which is connected to the gear housing, and a hydraulic pump driven by a transmission, and the gear ratio of the gear and the gearbox is selected with the possibility of turning the cardan drive by angles ± π / 2 when turning the steered wheels from the neutral position to the stop in both directions.

Description

Полезная модель относится к транспортному машиностроению, в частности к рулевому управлению транспортных средств.The utility model relates to transport engineering, in particular to the steering of vehicles.

Наиболее близким аналогом предлагаемого устройства является рулевое управление транспортного средства дополнительно снабженное редуктором, установленным между рулевым колесом и карданной передачей, и мультипликатором, установленным между карданной передачей и рулевым механизмом. Причем карданная передача состоит из двух карданных шарниров неравных угловых скоростей и двух телескопических карданных валов. Карданные валы в свою очередь связаны с устройством изменения углов между ними. Передаточные отношения редуктора и мультипликатора имеют значения, обеспечивающие поворот карданной передачи на углы ±π/2 при повороте управляемых колес от нейтрального положения до упора в обе стороны. Устройство изменения углов между карданными валами представляет собой установленную на корпусе телескопического карданного вала, который соединен посредством телескопической части и редуктора с рулевым колесом, втулку, связанную с кронштейном крепления рулевого колеса посредством винтовой передачи. (Патент №2090423). Недостатком его является изменение передаточного числа рулевого управления в зависимости от поворота рулевого колеса и невозможность изменения передаточного числа рулевого управления в зависимости от скорости движения.The closest analogue of the proposed device is the steering of the vehicle is additionally equipped with a gearbox installed between the steering wheel and the driveline, and a multiplier mounted between the driveline and the steering mechanism. Moreover, the cardan transmission consists of two cardan joints of unequal angular velocities and two telescopic cardan shafts. Cardan shafts, in turn, are associated with a device for changing the angles between them. The gear ratios of the gearbox and the multiplier have values that ensure that the cardan gear rotates through angles ± π / 2 when the steered wheels are turned from the neutral position to the stop in both directions. The device for changing the angles between the propeller shafts is a sleeve mounted on the housing of the telescopic propeller shaft, which is connected by means of a telescopic part and a gearbox to the steering wheel, connected to the steering wheel mounting bracket via a helical gear. (Patent No. 2090423). Its disadvantage is the change in the gear ratio of the steering depending on the rotation of the steering wheel and the inability to change the gear ratio of the steering depending on the speed.

Известно так же активное рулевое управление автомобилей БМВ (Active Steering), имеющее в качестве редуктора планетарный редуктор, водило которого перемещается электродвигателем через червячную передачу, регулированием оборотов которого достигается управление передаточным числом редуктора (журнал “За рулем”, №10, 2002, «На пути к джойстику» А. Фомин, а также http://zr.ru/articles/41034). Недостатком его является наличие червячной передачи, сложность технологии изготовления, необходимость применения мощного высокомоментного электродвигателя. При этом в конструкцию включен микропроцессорный блок управления активным рулевым управлением, что существенно усложняет конструкцию в целом и увеличивает стоимость.Active steering of BMW cars is also known. It has a planetary gearbox as a gearbox, the carrier of which is driven by an electric motor through a worm gear, the speed control of which is achieved by controlling the gear ratio of the gearbox (Za Rulem magazine, No. 10, 2002, “On the path to the joystick ”A. Fomin, as well as http://zr.ru/articles/41034). Its disadvantage is the presence of a worm gear, the complexity of manufacturing technology, the need to use a powerful high-torque electric motor. At the same time, the microprocessor control unit for active steering is included in the design, which significantly complicates the design as a whole and increases the cost.

Целью полезной модели является увеличение возможностей регулирования передаточного числа рулевого управления от скорости движения и упрощение конструкции путем отказа от электродвигателя и системы управления им.The purpose of the utility model is to increase the ability to control the steering gear ratio from the speed of movement and simplify the design by abandoning the electric motor and its control system.

Решение поставленной задачи достигается тем, что рулевое управление дополнительно снабжено редуктором, установленным между рулевым колесом и карданной передачей, и мультипликатором, установленным между карданной передачей и рулевым механизмом. Причем карданная передача состоит из двух карданных шарниров неравных угловых скоростей и двух телескопических карданных валов. Карданные валы в свою очередь связаны с устройством изменения углов между ними. Передаточные отношения редуктора и мультипликатора имеют значения, обеспечивающие поворот карданной передачи на углы ±π/2 при повороте управляемых колес от нейтрального положения до упора в обе стороны. Устройство изменения углов между карданными валами представляет собой гидравлическую систему, состоящую из гидроцилиндра установленного на корпусе телескопического карданного вала, который соединен с корпусом редуктора и гидравлический насос с приводом от трансмиссии (например выходным валом коробки передач). Полезная модель позволяет изменять передаточное отношение рулевого управления в зависимости от скорости движения автомобиля без применения дополнительного электродвигателя и блока управления электрической частью рулевого управления.The solution to this problem is achieved by the fact that the steering is additionally equipped with a gearbox installed between the steering wheel and the cardan gear, and a multiplier installed between the cardan gear and the steering gear. Moreover, the cardan transmission consists of two cardan joints of unequal angular velocities and two telescopic cardan shafts. Cardan shafts, in turn, are associated with a device for changing the angles between them. The gear ratios of the gearbox and the multiplier have values that ensure that the cardan gear rotates through angles ± π / 2 when the steered wheels are turned from the neutral position to the stop in both directions. The device for changing the angles between the propeller shafts is a hydraulic system consisting of a hydraulic cylinder mounted on the housing of a telescopic propeller shaft, which is connected to the gear housing and a hydraulic pump driven by a transmission (for example, the output shaft of the gearbox). The utility model allows you to change the gear ratio of the steering depending on the speed of the car without the use of an additional electric motor and control unit for the electric part of the steering.

Заявляемое рулевое управление с переменным передаточным отношением отличается от прототипа тем, что введено устройство изменения углов между карданными валами, представляющее собой гидравлическую систему, состоящую из гидроцилиндра установленного на корпусе телескопического карданного вала, который соединен с корпусом редуктора и гидравлический насос с приводом от трансмиссии (например выходным валом коробки передач), а редуктор и мультипликатор, установленные до и после карданной передачи соответственно, имеют передаточные отношения, обеспечивающие поворот карданной передачи на углы ±π/2 при повороте управляемых колес от нейтрального положения до упора в обе стороны. Передаточное отношение рулевого управления изменяется в зависимости от скорости движения автомобиля. С увеличением частоты вращения деталей трансмиссии (например выходного вала коробки передач) подача насоса увеличивается и жидкость под давлением поступает в гидроцилиндр изменяя угол γ наклона карданных шарниров.The inventive steering with a variable gear ratio differs from the prototype in that a device for changing the angles between the driveshafts is introduced, which is a hydraulic system consisting of a hydraulic cylinder mounted on the housing of a telescopic driveshaft, which is connected to the gear housing and a hydraulic pump driven by a transmission (for example the output shaft of the gearbox), and the gearbox and the multiplier installed before and after the cardan gear, respectively, have gear ratios Nia providing rotation driveline angles to ± π / 2 when turning the steerable wheels from a neutral position to a stop in both directions. The steering ratio varies depending on the speed of the vehicle. With an increase in the rotational speed of transmission components (for example, the output shaft of the gearbox), the pump flow increases and fluid under pressure enters the hydraulic cylinder by changing the angle γ of the inclination of the cardan joints.

На фиг. 1 показана схема рулевого управления с переменным передаточным отношением, на фиг. 2 схема карданной передачи.In FIG. 1 shows a steering scheme with a variable gear ratio, FIG. 2 scheme of cardan transmission.

Рулевое управление транспортного средства, состоящее из рулевого колеса, связанного посредством карданной передачи 2, 3, 4, 5 с рулевым механизмом, и рулевого привода, дополнительно снабжено редуктором 8, установленным между рулевым колесом и карданной передачей 2, 3, 4, 5 и мультипликатором 1, установленным между карданной передачей 2, 3, 4, 5 и рулевым механизмом, причем карданная передача 2, 3, 4, 5 состоит из двух карданных шарниров неравных угловых скоростей и одного телескопического карданного вала 5, связанного, в свою очередь, с устройством изменения углов между ними 7, а передаточные отношения редуктора 8 и мультипликатора 1 имеют значения, обеспечивающие поворот карданной передачи 2, 3, 4, 5 на углы ±π/2 при повороте управляемых колес от нейтрального положения до упора в обе стороны. Устройство 7 изменения углов между карданными валами 2, 3, 4, 5 представляет собой установленный на корпусе телескопического карданного вала 5, гидравлический цилиндр соединенный с насосом приводящимся в действие от трансмиссии.The steering system of the vehicle, consisting of a steering wheel connected by means of a cardan gear 2, 3, 4, 5 with a steering gear, and a steering gear, is additionally equipped with a gearbox 8 mounted between the steering wheel and a cardan gear 2, 3, 4, 5 and a gear 1, mounted between the cardan gear 2, 3, 4, 5 and the steering mechanism, and the cardan gear 2, 3, 4, 5 consists of two cardan joints of unequal angular velocities and one telescopic cardan shaft 5, connected, in turn, with the device change eniya angles between 7 and gear ratios of the multiplier 8 and 1 are providing driveline rotation 2, 3, 4, 5 at the corners of ± π / 2 when turning the steerable wheels from a neutral position to a stop in both directions. The device 7 for changing the angles between the cardan shafts 2, 3, 4, 5 is a hydraulic cylinder mounted on the housing of a telescopic cardan shaft 5, connected to a pump driven by a transmission.

Заявляемое рулевое управление с переменным передаточным отношением работает следующим образом. При повороте рулевого колеса на угол δ редуктор 8 уменьшает δ в Up (передаточное отношение редуктора) раз и карданный вал 5 повернется на угол α=δ/U_p. При равенстве углов между карданными валами 4 и 3 (γ₁) и 3 и 2 (γ₂) углы поворота вала 4 (α) и 2 (φ) будут равны (α=φ). Мультипликатор 1 увеличит угол поворота вала 2 в Uм (передаточное отношение мультипликатора) раз и вал на выходе из мультипликатора 1 повернется на угол φ*Um и будет равен δ.The inventive steering with a variable gear ratio operates as follows. When the steering wheel is turned through an angle δ, gearbox 8 reduces δ by Up (gear ratio) and the driveshaft 5 will rotate through an angle α = δ / U _p . If the angles between the cardan shafts 4 and 3 (γ ₁ ) and 3 and 2 (γ ₂ ) are equal, the rotation angles of the shaft 4 (α) and 2 (φ) will be equal (α = φ). The multiplier 1 will increase the angle of rotation of the shaft 2 in Um (gear ratio of the multiplier) times and the shaft at the output of the multiplier 1 will rotate by the angle φ * Um and will be equal to δ.

Так как передаточные отношения рулевого механизма и рулевого привода постоянны от угла поворота рулевого колеса, то в целом передаточное отношение рулевого управления будет постоянным.Since the gear ratios of the steering gear and the steering gear are constant from the angle of rotation of the steering wheel, the overall gear ratio of the steering will be constant.

Нарушение равенства углов γ₁ и γ₂ между валами 4,3 и 3,2 перемещением трубчатой части телескопического карданного вала 5 с помощью устройства изменения углов наклона между карданными валами 7 вызовет нарушение равенства углов поворота валов 5 и 2 (α и φ), которое описывается соотношением

. При повороте рулевого колеса от нейтрального положения до упора в обе стороны редуктор 8 уменьшает угол поворота вала 3 (α) до значений ±π/2. Так как соотношение

при перемещении трубчатой части карданного вала 5, то в зависимости от разности этих углов вал 2 повернется на величину φ=αU_кп. Мультипликатор 1 увеличит угол поворота вала 2 в Uм раз, сохраняя форму неравномерности. Таким образом, введением переменного передаточного отношения рулевой колонки при постоянных значениях передаточного отношения рулевого механизма и рулевого привода получаем переменное передаточное отношение рулевого управления от скорости движения автомобиля.Violation of the equality of the angles γ ₁ and γ ₂ between the

shafts

4,3 and 3,2 by moving the tubular part of the telescopic propeller shaft 5 using a device for changing the angle of inclination between the cardan shafts 7 will cause a violation of the equality of rotation angles of the shafts 5 and 2 (α and φ), which described by the relation

. When the steering wheel is turned from the neutral position to the stop on both sides, the gearbox 8 reduces the angle of rotation of the shaft 3 (α) to ± π / 2. Since the ratio

when moving the tubular part of the driveshaft 5, then depending on the difference of these angles, the shaft 2 will rotate by the value φ = αU _kp . The multiplier 1 will increase the angle of rotation of the shaft 2 in Um times, maintaining the shape of unevenness. Thus, by introducing a variable steering column gear ratio at constant values of the steering gear and steering gear ratio, we obtain a variable steering gear ratio from the vehicle speed.

В результате применения описанного выше рулевого управления с переменным передаточным отношением удовлетворены два противоположных требования: уменьшение энергетических затрат водителя при движении по прямой при большом значении передаточного отношения рулевого управления и высокая поворотливость из-за его уменьшения при маневрировании с низкими скоростями.As a result of the application of the steering with the variable gear ratio described above, two opposite requirements have been met: a reduction in the driver’s energy costs when driving in a straight line with a large steering gear ratio and high agility due to its reduction when maneuvering at low speeds.

Claims

Steering of a vehicle with a variable gear ratio and consisting of a steering wheel connected by means of a cardan gear to the steering gear and a steering gear, characterized in that it is equipped with a gearbox installed between the steering wheel and the cardan gear and a gearbox mounted between the cardan gear and steering gear, the cardan gear consists of two cardan joints of unequal angular velocities and one telescopic cardan shaft connected to the device m the angles between them, made in the form of a hydraulic system consisting of a hydraulic cylinder mounted on the housing of the telescopic propeller shaft, which is connected to the gear housing, and a hydraulic pump driven by a transmission, and the gear ratio of the gear and the gearbox is selected with the possibility of turning the cardan drive by angles ± π / 2 when turning the steered wheels from the neutral position to the stop in both directions.