TWI385091B - 四輪轉向核心裝置 - Google Patents

Description

四輪轉向核心裝置

本發明是有關於一種四輪轉向核心裝置，特別是指一種機械式四輪轉向核心裝置。

四輪轉向(Four-Wheel Steering，簡稱4WS)的概念，早已應用在農用曳引機、耕耘機與收割機等作業機具之結構中，以利在崎嶇、泥濘、狹窄的農地或農路上順暢行駛。後來，4WS的概念更應用在一般轎車，當車輛在低速行駛或方向盤操作量較大時，使前、後輪呈逆相轉向，以減小迴轉半徑，增加路邊停車與轉彎的靈活性，而當車輛在中/高速行駛或方向盤操作量較小時，則使前、後輪則呈同相轉向，以減少車身的左右扭擺現象，以增加變換車道、高速直行的操控穩定性。

一般來說，四輪轉向系統主要包含前輪轉向機構、後輪轉向機構，以及連結在前輪轉向機構與後輪轉向機構之間的轉向核心機構等三大部份，其中，轉向核心機構概分機械式與電子式兩大類，又因機械式轉向核心機構相對具有較佳的耐用性、耐撞性及穩定性，且較不受外界環境因素影響，故為研究開發與實際應用的熱門對象。

簡單來說，機械式轉向核心機構主要是能接受前輪轉向機構之方向盤轉動角度的位移輸入，經本身設定之函數關係，予以轉換為一位移輸出，進而驅動後輪轉向機構作動。而目前現有之機械式轉向核心機構的結構與作動機制，約可歸納為擺臂式(如美國專利第US 4,572,316號、第US 5,341,294號等專利案、)、連桿式(如美國專利第US 4,105,086號專利案)、凸輪式(如美國專利第US 4,957,183號專利案)、齒輪式(如美國專利第US 5,307,891號專利案)與其他式(如美國專利第US 5,667,032號專利案)等幾種，不過，所述幾種機械式轉向核心機構卻因普遍具有構造複雜、組裝困難、所需安裝空間大、傳動可靠度不佳、難以直接與現有車輛結構結合...等問題，以致於實際應用發展上受到較大限制。

因此，本發明之目的，即在提供一種結構簡單、體積小巧、可靠度高，且適用性廣的四輪轉向核心裝置。

於是，本發明之四輪轉向核心裝置，是從動於一前輪轉向裝置，於該前輪轉向裝置之二前輪轉向時，以能帶動一後輪轉向裝置之二後輪轉向。該四輪轉向核心裝置包含一設置在該前輪轉向裝置與該後輪轉向裝置之間的外殼座、一輸入件，以及一輸出件；該輸入件具有一能相對轉動地貫穿在該外殼座之一前壁且其一前端部連接該前輪轉向裝置的輸入軸，以及一偏心設置在該輸入軸之位在該外殼座中之一後端部表面的凸塊；該輸出件具有一能相對轉動地貫穿在該外殼座之一後壁且其一後端部連接該後輪轉向裝置的輸出軸，以及一固設在該輸出軸之位在該外殼座中之一前端部且與該輸入件之輸入軸呈異軸關係的轉盤，該轉盤能從動於該輸入件以在一預定角度內來回轉動，並具有一自其一中心向外延伸且供該凸塊滑插其中的滑槽。該二前輪能朝一預定方向偏轉，並帶動該輸入件轉動角度遞增地依序轉至一第一位置、一第二位置與一第三位置，在該第一位置時，該凸塊從該滑槽的一內端處移至其一中心處，同時帶動該輸出件相對該輸入件往反向轉動，以使該二後輪偏轉為與該二前輪呈同相轉向，在該第二位置時，該凸塊從該滑槽之中心處移至其一外端處，同時帶動該輸出件相對該輸入件往同向轉動，以使該二後輪回轉成正，在該第三位置時，該凸塊從該滑槽之外端處移回至其中心處，同時帶動該輸出件相對該輸入件往同向轉動，以使該二後輪偏轉為與該二前輪呈逆相轉向。

本發明之功效在於，前輪轉向會帶動輸入軸轉動，透過凸塊帶動輸出件之轉盤與輸出軸在一預定角度內左右轉動，同時輸出件帶動後輪在一預定角度內來回偏轉，造成前輪轉向角度小時，後輪與之呈同相轉向，而前輪轉向角度大時，後輪則與其呈逆相轉向，藉以整體能產生結構簡單、體積小巧、可靠度高與適用性廣等功效。

有關本發明之前述及其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式之一個較佳實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。

如圖1~圖3所示，本發明之四輪轉向核心裝置2的該較佳實施例，是能和一車輛之一前輪轉向裝置1與一後輪轉向裝置3構成一四輪轉向系統(Four-Wheel Steering System)。其中，該前輪轉向裝置1包含二前輪11、二分別樞接該二前輪11的前轉向臂12、一能左右位移地樞接在該二前轉向臂12之間的前橫拉桿13、一方向盤14、一其相反二端分別連結該方向盤14與該前橫拉桿13且能左右轉動的轉向柱15，以及一前、後端分別連結該前橫拉桿13與該四輪轉向核心裝置2且能左右轉動的前輪位移軸16；而該後輪轉向裝置3是包含二後輪31、二分別樞接該二後輪31的後轉向臂32、一能左右位移地樞接在該二後轉向臂32之間的後橫拉桿33，以及一前、後端分別連結該四輪轉向核心裝置2與該後橫拉桿33且能左右轉動的後輪位移軸34。

該四輪轉向核心裝置2包含一設置在該前輪位移軸16與該後輪位移軸34之間且為矩方體狀的外殼座21、一連結該前輪位移軸16之一後端部且能轉動地偏心貫穿在該外殼座21之一前壁211的輸入件22、一能轉動地貫穿在該外殼座21之一後壁212中心處且連結該後輪位移軸34之一前端部的輸出件23，以及一設置在該外殼座21、該輸入件22與該輸出件23之間的軸承單元24。

該輸入件22具有一能相對左右轉動地偏心貫穿入該外殼座21之前壁211且其一前端部同軸連接該前輪位移軸16之後端部的輸入軸221，以及一偏心設置在該輸入軸221之位在該外殼座21中之一後端部表面的凸塊222；其中，該輸入軸221具有一能相對轉動地貫穿在該外殼座21之前壁211上且其一前端部連接該前輪位移軸16之後端部的長柱體223，以及一擴徑地同心疊設在該長柱體223之一後端面的扁柱體224，該凸塊222是偏心設置在該扁柱體224之面對該輸出件23的一後表面上。因此，當該輸入件22從動於該前輪位移軸16而轉動時，該凸塊222會相對該扁柱體224之中心軸線繞轉以進行圓周運動。

該輸出件23是與該輸入件22呈異軸關係，並具有一能相對左右轉動地貫穿在該外殼座21之後壁212中心處且其一後端部同軸連接該後輪位移軸34之前端部的輸出軸231，以及一同心固設在該輸出軸231之位在該外殼座21中之一前端部且能從動於該輸入件22以在一預定角度內來回轉動的轉盤232；該轉盤232之直徑與該扁柱體224之直徑相異，且該轉盤232是與該輸入件22之扁柱體224呈異軸關係，使得該扁柱體224相對位在該轉盤232的圓心與圓周之間，而該轉盤232並具有一自其圓心向外徑向延伸至圓周且供該輸入件22之凸塊222滑插其中的滑槽233。本實施例中，該轉盤232之直徑約為該扁柱體224之直徑的二倍，但實施上需視安裝車輛與設計需求決定，故不以本實施例者為限。

該軸承單元24具有一環設在該輸入軸221之長柱體223之一周面與該外殼座21之間的第一軸承241、一環設在該輸入軸221之扁柱體224之一周面與該外殼座21之間的第二軸承242、一套設在該凸塊222的一周面且位在該滑槽233中的第三軸承243、一環設在該輸出軸231之一周面與該外殼座21之間的第四軸承244，以及一環設在該轉盤232之一周面與該外殼座21之間的第五軸承245。藉由該第一～五軸承241~245的設置，有助於該輸入件22與該輸出件23能靈活、順暢地相對該外殼座21轉動。

整個四輪轉向系統的運作機制，即該前輪轉向裝置1、該四輪轉向核心裝置2，與該後輪轉向裝置3三者間的相配合連動關係，可用以下四種車輛行駛狀態來作說明：

一、直行

如圖1與圖4所示，當該車輛為直向行駛時，該方向盤14、該二前輪11與該二後輪31皆朝向正前方，該輸入件22與該輸出件23也未相對該外殼座21有任何轉動，這時候，該輸出件23之轉盤232的滑槽233是呈水平向，而該輸入件22之凸塊222連同該第三軸承243二者是插置在該滑槽233的一內端234處。

二、小幅度轉彎

如圖1與圖5所示，當該車輛欲小幅度地朝右轉彎(是依駕駛人方向說明，以下同)時，駕駛人操控該方向盤14向右轉動，以驅使該轉向柱15轉動並帶動該前橫拉桿13左移，這時候，該前橫拉桿13除了能拉動該二前轉向臂12，以使該二前輪11朝右轉向外，還同時能驅使該前輪位移軸16往順時針方向轉動，接著，該輸入件22便受該前輪位移軸16連動而同向轉動至一第一位置，使得該凸塊222從該滑槽233之內端234滑移至該滑槽233之一中心處，因而帶動該轉盤232相對該輸入件22往反向轉動，可見該滑槽233呈向上傾擺一角度(本實施例為37.3°，但實施上需視安裝車輛與設計需求決定，故不以此為限)，即該輸出件23受該輸入件22帶動而往逆時針方向轉動，最後，該後輪位移軸34因受該輸出件23連動而同向轉動，並帶動該後橫拉桿33右移，該後橫拉桿33便能拉動該二後轉向臂32，以使該二後輪31朝右轉向。因此，當該二前輪11較小角度地朝右轉向時，該二後輪31同樣是朝右偏轉，此時該二前輪11與該二後輪31二者即呈同相轉向。

三、中幅度轉彎

如圖1與圖6所示，當該車輛中幅度地朝右轉彎時，該前輪轉向裝置1之方向盤14、轉向柱15、前橫拉桿13與前輪位移軸16等相配合連動後而輸入至該輸入件22的位移量增大，驅使該輸入件22順時針方向地轉動經該第一位置而至一第二位置，而在該輸入件22從該第一位置移至該第二位置的過程中，該凸塊222是從該滑槽233之中心處滑移至該滑槽233之一外端235處，並帶動該轉盤232相對該輸入件22朝同向轉動，而使該轉盤232從圖5所示位置復歸至圖4所示位置處，可見該滑槽233下擺回復呈水平狀，同步地，與該輸出件23呈同向轉動的該後輪位移軸34便帶動該後橫拉桿33左移復位，該後橫拉桿33即拉動該二後轉向臂32以使該二後輪31朝左偏轉而回正。因此，當該二前輪11中幅度地朝右轉向時，該二後輪31是朝向正前方。

四、大幅度轉彎

如圖1與圖7所示，當該車輛大幅度地朝右轉彎時，該前輪轉向裝置1所輸入的位移量更加增大，驅使該輸入件22順時針方向轉動經該第一位置、第二位置而至一第三位置，在該輸入件22從該第二位置轉至該第三位置的過程中，該凸塊222是從該滑槽233之外端235處滑移回該滑槽233之中心處，並帶動該轉盤232相對該輸入件22朝同向轉動，因而使該轉盤232之滑槽233從圖6所示水平狀態向下傾擺一角度(本實施例為37.3°，但實施上需視安裝車輛與設計需求決定，故不以此為限)，同時，該後輪位移軸34仍會帶動該後橫拉桿33左移，該後橫拉桿33即拉動該二後轉向臂32以使該二後輪31朝左偏轉。因此，當該二前輪11大幅度地朝右轉向時，該二後輪31則是朝左偏轉，此時該二前輪11與該二後輪31二者即呈逆相轉向。

進一步地，當該車輛之前輪11的轉向角度趨近90°左右時，該輸入件22受該前輪轉向裝置1連動而順時針方向轉動達約360°，使得該凸塊222滑移回該滑槽233之內端234處，並帶動該轉盤232相對該輸入件22朝反向轉動，因而讓該轉盤232之滑槽233從圖7所示向下傾擺狀態回復成圖4所示水平狀態者，同時，該輸出件23驅使該後輪位移軸34帶動該後橫拉桿33右移，進而使該二後輪31朝右偏轉回正。

是以，利用呈異軸配置之該輸入件22與該輸出件23，該輸入件22之偏心的凸塊222能帶動該輸出件23在一預定角度(本實施例即約74.6°)內上下來回轉動的結構設計，在車輛之前輪11小幅度轉向時，能使前輪11與後輪31呈同相轉向，在車輛之前輪11中幅度轉向時，能使後輪31回正，而在車輛之前輪11朝大幅度轉向時，則能使前輪11與後輪31呈逆相轉向，以達到十分理想的四輪轉向目的，故相較於目前現有之各類型的四輪轉向核心機構，本發明之四輪轉向核心裝置2整體顯然能產生結構簡單、組裝簡易、體積小巧(空間需求小且安裝自由度高)，與可靠度高等功效；再者，就如同該前輪轉向裝置1之前輪位移軸16與該後輪轉向裝置3之後輪位移軸34，乃為目前現今一般車輛所普遍採用透過轉動方式來進行前輪11、後輪31位移量傳遞的機械結構設計型態，而本發明之四輪轉向核心裝置2的輸入件22、輸出件23是分別直接同軸連結該前輪位移軸16、該後輪位移軸34，同樣是進行旋轉運動，相對容易加裝、應用在一般車輛四輪轉向系統結構中，適用性廣，改善現有四輪轉向核心機構所存有難以直接結合運用於一般車輛既定結構的問題。

綜上所述，本發明之四輪轉向核心裝置2，整體能產生結構簡單、體積小巧、可靠度高與適用性廣等功效，故確實能達成本發明之目的。

惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及發明說明內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

1．．．前輪轉向裝置

11．．．前輪

12．．．前轉向臂

13．．．前橫拉桿

14．．．方向盤

15．．．轉向柱

16．．．前輪位移軸

2．．．四輪轉向核心裝置

21．．．外殼座

211．．．前壁

212．．．後壁

22．．．輸入件

221．．．輸入軸

222．．．凸塊

223．．．長柱體

224．．．扁柱體

23．．．輸出件

231．．．輸出軸

232．．．轉盤

233．．．滑槽

234．．．內端

235．．．外端

24．．．軸承單元

241．．．第一軸承

242．．．第二軸承

243．．．第三軸承

244．．．第四軸承

245．．．第五軸承

3．．．後輪轉向裝置

31．．．後輪

32．．．後轉向臂

33．．．後橫拉桿

34．．．後輪位移軸

圖1是一使用狀態圖，說明本發明之四輪轉向核心裝置的一較佳實施例，是裝設在一前輪轉向裝置與一後輪轉向裝置之間；

圖2是該較佳實施例的一立體分解圖；

圖3是該較佳實施例的一組合剖視圖；

圖4是一作動示意圖，說明在該前輪轉向裝置之二前輪與該後輪轉向裝置之二後輪皆為正向時，該較佳實施例之一輸入件的一凸塊與一輸出件之一轉盤的相對位置；

圖5是一作動示意圖，說明在該二前輪小幅度轉向時，該較佳實施例之凸塊與轉盤的相對位置，並帶動該二後輪與該二前輪呈同相轉向；

圖6是一作動示意圖，說明在該二前輪中幅度轉向時，該較佳實施例之凸塊與轉盤的相對位置，並帶動該二後輪回正；以及

圖7是一作動示意圖，說明在該二前輪大幅度轉向時，該較佳實施例之凸塊與轉盤的相對位置，並帶動該二後輪與該二前輪呈逆相轉向。

2．．．四輪轉向核心裝置

21．．．外殼座

211．．．前壁

212．．．後壁

22．．．輸入件

221．．．輸入軸

222．．．凸塊

223．．．長柱體

224．．．扁柱體

23．．．輸出件

231．．．輸出軸

232．．．轉盤

233．．．滑槽

234．．．內端

235．．．外端

24．．．軸承單元

241．．．第一軸承

242．．．第二軸承

243．．．第三軸承

244．．．第四軸承

245．．．第五軸承

Claims (3)

1. 一種四輪轉向核心裝置，是從動於一前輪轉向裝置，於該前輪轉向裝置之二前輪轉向時，以能帶動一後輪轉向裝置之二後輪轉向，該四輪轉向核心裝置包含：一外殼座，是設置在該前輪轉向裝置與該後輪轉向裝置之間；一輸入件，並具有一能相對轉動地貫穿在該外殼座之一前壁且其一前端部連接該前輪轉向裝置的輸入軸，以及一偏心設置在該輸入軸之位在該外殼座中之一後端部表面的凸塊；以及一輸出件，具有一能相對轉動地貫穿在該外殼座之一後壁且其一後端部連接該後輪轉向裝置的輸出軸，以及一固設在該輸出軸之位在該外殼座中之一前端部且與該輸入件之輸入軸呈異軸關係的轉盤，該轉盤能從動於該輸入件以在一預定角度內來回轉動，並具有一自其一中心向外延伸且供該凸塊滑插其中的滑槽；該二前輪能朝一預定方向偏轉，並帶動該輸入件轉動角度遞增地依序轉至一第一位置、一第二位置與一第三位置，在該第一位置時，該凸塊從該滑槽的一內端處移至其一中心處，同時帶動該輸出件相對該輸入件往反向轉動，以使該二後輪偏轉為與該二前輪呈同相轉向，在該第二位置時，該凸塊從該滑槽之中心處移至其一外端處，同時帶動該輸出件相對該輸入件往同向轉動，以使該二後輪回轉成正，在該第三位置時，該凸塊從該滑槽之外端處移回至其中心處，同時帶動該輸出件相對該輸入件往同向轉動，以使該二後輪偏轉為與該二前輪呈逆相轉向。
2. 根據申請專利範圍第1項所述之四輪轉向核心裝置，其中，該輸入件之輸入軸具有一能相對轉動地偏心貫穿在該外殼座之前壁且其一前端部連接該前輪轉向裝置的長柱體，以及一擴徑地設置在該長柱體之一後端面的扁柱體，該凸塊是設置在該扁柱體之面對該輸出件之轉盤的一表面上。
3. 根據申請專利範圍第2項所述之四輪轉向核心裝置，還包含一軸承單元，該軸承單元具有一設置在該輸入軸之長柱體之一周面與該外殼座之間的第一軸承、一設置在該輸入軸之扁柱體之一周面與該外殼座之間的第二軸承、一設置在該凸塊之一周面且位在該滑槽中的第三軸承、一設置在該輸出軸之一周面與該外殼座之間的第四軸承，以及一設置在該轉盤之一周面與該外殼座之間的第五軸承。