TWI593587B

TWI593587B - 轉向裝置

Info

Publication number: TWI593587B
Application number: TW102140325A
Authority: TW
Inventors: 林國暐; 鍾允睿; 吳慶輝
Original assignee: 財團法人工業技術研究院
Priority date: 2013-11-06
Filing date: 2013-11-06
Publication date: 2017-08-01
Also published as: TW201518149A

Description

轉向裝置

本案係關於一種轉向裝置，特別是一種轉向桿與液壓缸共構之轉向裝置。

一般車輛之轉向系統分別二輪轉向系統(Two Wheels Steering)或四輪轉向系統(Four Wheels Steering)。從四輪車輛來看，四輪轉向系統之轉向操作性能一般係優於二輪轉向系統之轉向操作性能。然而，從八輪車輛或八輪以上之車輛來看，四輪轉向系統之轉向操作性能雖然仍優於二輪轉向系統之轉向操作性能，但在八輪車輛在過彎時，因未轉向之第三軸與第四軸的輪胎將會和道路產生較大之摩擦阻力，故會造成八輪車輛之轉向半徑過大的問題。因此，如何改善八輪車輛之轉向半徑過大的問題，將是研發人員應解決之問題之一。

本案在於提供一種轉向裝置，藉以改善顯八輪車輛之轉向半徑過大的問題。

本提案所揭露的轉向裝置，包含一轉向連桿、多個轉動輪、二個第四轉動輪為一種二個輔助轉動輪、一轉向驅動組件、一液壓轉向組及一控制器。這些第一轉動輪分別設於轉向連桿。轉向驅動組件連接於連桿本體。轉向驅動組件用以驅動這些轉向臂帶動這些轉動輪轉向，並產生一轉向角度信號。液壓轉向組包含二液壓缸及二第二轉向臂。二第二轉向臂分別連接於二液壓缸。二個輔助轉動輪連接於二第二轉向臂。控制器連接轉向驅動組件及二液壓缸。控制器依據轉向角度信號驅動二液壓缸伸縮而令二第二轉向臂帶動二個輔助轉動輪個別轉向。

根據上述本提案所揭露的轉向裝置，透過轉向連桿與液壓缸之混用，使控制器可依據轉向驅動組件之轉向角度信號來個別獨立控制二第二轉動輪(後輪)的轉向角度，進而縮小搭載此轉向裝置之車體的轉向車徑。

以上關於本提案內容的說明及以下實施方式的說明係用以示範與解釋本提案的原理，並且提供本提案的專利申請範圍更進一步的解釋。

10‧‧‧轉向裝置

20‧‧‧車體

100‧‧‧轉向連桿

110‧‧‧連桿本體

120‧‧‧第一轉向臂

200‧‧‧第一轉動輪

300‧‧‧轉向驅動組件

310‧‧‧轉向盤

320‧‧‧轉向機

321‧‧‧角度感測器

400‧‧‧液壓轉向組

401‧‧‧循環流道

410‧‧‧液壓泵浦

420‧‧‧回收油槽

430‧‧‧液壓控制閥

431‧‧‧液體流入口

432‧‧‧液體流出口

440‧‧‧液壓缸開關控制閥

450‧‧‧液壓缸

451‧‧‧缸體

452‧‧‧活塞桿

453‧‧‧第一腔室

454‧‧‧第二腔室

460‧‧‧第二轉向臂

470‧‧‧動力源

480‧‧‧長度感測器

500‧‧‧第二轉動輪

600‧‧‧第三轉動輪

700‧‧‧控制器

800‧‧‧速度感測器

900‧‧‧第四轉動輪

第1圖為根據本案第一實施例的轉向裝置的平面示意圖。

第2圖為第1圖之轉向裝置之二第二轉動輪未轉向的運作示意圖。

第3A圖為第1圖之車體於低速行驅時各轉動輪的轉向示意圖。

第3B圖為車體於低速時之速度驅勢示意圖。

第4A圖為第1圖之車體於高速行驅時各轉動輪的轉向示意圖。

第4B圖為車體於高速時之速度驅勢示意圖。

第5圖為第一轉動輪與第二轉動輪之轉向角度比示意圖。

請參照第1圖，第1圖為根據本提案第一實施例的轉向裝置的平面示意圖。

本實施例之轉向裝置10係裝設於車體20。車體20係以軍用越野車為例，但並不以此為限，在其他實施例中，車體20也可以是民用越野車或其他大型車輛。

轉向裝置10包含一轉向連桿100、二個第一轉動輪200、二個第二轉動輪500、二個第三轉動輪600、二個第四轉動輪900、一轉向驅動組件300、一液壓轉向組400、一控制器700、一速度感測器800及一長度感測器480。在本實施例中，轉動輪的數量為8個，分別為二個第一轉動輪200、二個第二轉動輪500，二個第三轉動輪600及二個第四轉動輪900(輔助轉動輪)。但此僅為舉例說明，並不以此為限。

轉向連桿100包含一連桿本體110及多個第一轉向臂120。這些第一轉向臂120樞接於連桿本體110。

這些第一轉動輪200及第二轉動輪500分別設於這些第一轉向臂120。此外，在本實施例中，這些第一轉動輪200及第二轉動輪500的數量係以四個為例，且分別以兩兩一組地關係位於一第一軸線A1與一第二軸線A2上。上述係以四個多輪轉動輪，但並不以此為限，在其他實施例中，可再增加二個轉動輪，而成為六個以上轉動輪之多輪轉動輪，在另一實施例中亦可以省略第二轉動輪500，而成為二個轉動輪之多輪轉動輪。

轉向驅動組件300包含一轉向盤310及一轉向機320。轉向盤310連接於轉向機320。轉向機320連接於連桿本體110。轉向機320用以驅動連桿本體110，以令連桿本體110驅動這些第一轉向臂120帶動這些第一轉動輪200轉向。此外，轉向機320包含一角度感測器321，連接於轉向盤310，並用以感測轉向盤310的一轉向角度信號。轉向盤310亦可使用操縱桿取代。

在本實施例中，角度感測器321係設置於轉向機320，但並不以此為限，在其他實施例中，角度感測器321也可以設置於其他地方，例如轉向盤310。

液壓轉向組400包含一液壓泵浦410、一回收油槽420、一液壓控制閥430、一液壓缸開關控制閥440、二個液壓缸450、二個第二轉向臂460及一動力源470。

液壓泵浦410用以驅動液體流動。在本實施例中，流體係以油為例，但並不以此為限，在其他實施例中，流體也可以是水等其他液體。回收油槽420用來儲油，且回收油槽420連通於液壓泵浦410，以補充液壓泵浦410的流體。液壓控制閥430具有相連通的一液體流入口431及一液體流出口432。液體流入口431連接液壓泵浦410。液體流出口432連接回收油槽420。在本實施中，液壓控制閥430具有二個方向閥。每個方向閥具有一順向流道及一逆向流道，液體流入口431以並聯的方式連接於二順向流道而令流入液體流入口431之流體一分為二輸出至液壓缸開關控制閥440，再各別流入二液壓缸450，以控制二液壓缸450伸縮。此外，液壓控制閥430之二方向閥之二逆向流道以並聯的方式連接於液體流出口432，以令流過二液壓缸450及液壓缸開關控制閥440之流體匯集於液壓控制閥430而自液體流出口432流至回收油槽420以構成一循環流道401。此外，液壓控制閥430用來控制流體的最大壓力值及流向。此處之最大壓力係為了保護轉向裝置10，若流體之最大壓力值超出安全壓力值時，則可透過液壓控制閥430來降低其流體的壓力值。液壓缸開關控制閥440為用來控制流體進出口之開關，平常時為關閉，需要改變轉向時開啟，詳細描述容後一併說明。

液壓缸開關控制閥440連接於液壓控制閥430與二液壓缸450之間。液壓缸開關控制閥440連接於液壓控制閥430。當液壓缸開關控制閥440處於開啟(ON)的狀態時，流體可經由液壓缸開關控制閥440流向液壓缸450而驅使車體20轉向。當液壓缸開關控制閥440位於關閉(OFF)的狀態時，可讓流體停止流向液壓缸450而驅使車體20直行或保持於固定轉向角度。

詳細來說，二個液壓缸450各包含一缸體451及一活塞桿452。活塞桿452可位移地設於缸體451，並將每一缸體451之內部空間分隔出一第一腔室453及一第二腔室454。其中，液壓缸開關控制閥440連接於二液壓缸450的第一腔室453及第二腔室454。當液壓缸開關控制閥440處於開啟(ON)的狀態時，可讓流體流向液壓缸450之第一腔室453或第二腔室454，以個別調整二個液壓缸450之伸縮量L1、L2而讓車體20轉向。

二第二轉向臂460分別樞接於二液壓缸450。二個第四轉動輪900連接於二第二轉向臂460。轉向裝置10可透過液壓泵浦410以令二個液壓缸450分別驅動二第四轉動輪900各別轉向。

動力源470連接於液壓泵浦410，用以令液壓泵浦410驅動循環流道401內之流體流動。在本實施例中，動力源470可以是引擎或電動馬達。

二第三轉動輪600位於一第三軸線A3上，且第四轉動輪900位於一第四軸線A4上。其中，第三軸線A3位於第四軸線A4與第二軸線A2之間。

在此特別說明的是，部分製造廠商為了讓轉向設備之轉向特性最佳化，常會在不受轉向驅動之轉動輪上加設剛性桿件來調整轉動輪的束角(Toe Angle)。

舉例來說，以第1圖之轉向裝置10來看，假設車體20僅有四輪轉向需求時，第二轉動輪500與第三轉動輪600因無轉向需求，故可加設剛性桿件來將第二轉動輪500與第三轉動輪600調整於特定角度。然而，在本實施例中，為了提升轉向裝置10之轉向效果，特別用上述之二液壓缸450取代設於第四軸線A4上之剛性桿件，使轉向輪的數量由四輪提升成六輪。由於二液壓缸450可分別設置於原剛性桿件設置之位置，故能夠在不改變車體20結構的前提下完成轉向裝置10之改裝。

上述說明為若原車子上設有剛性桿件時，液壓缸450可取代剛性桿件設置於車體20上。但並不以此為限，本實施例之轉向裝置10也可以設置於無設置剛性桿件的車子上。

控制器700連接於轉向機320之角度感測器321、液壓控制閥430及液壓缸開關控制閥440，用以擷取轉向盤310的轉向角度信號、控制液壓控制閥430的流向以及控制液壓缸開關控制閥440的開關。當車體20需轉向時，控制器700則將液壓缸開關控制閥440控制於打開(on)的狀態。當車體20無需轉向時，控制器700則將液壓缸開關控制閥440控制於關閉(off)的狀態。

速度感測器800連接於控制器700，用以感測車體20的一速度訊號。二長度感測器480，分別設於二液壓缸450且連接於控制器700，分別用以感測二液壓缸450之伸縮量訊號。

接著，請同時參閱第2圖至第4B圖，第2圖為第1圖之轉向裝置之二個第四轉動輪900未轉向的運作示意圖。第3A圖為第1圖之車體於低速行驅時各轉動輪的轉向示意圖。第3B圖為車體於低速時之速度驅勢示意圖。第4A圖為第1圖之車體於高速行驅時各轉動輪的轉向示意圖。第4B圖為車體於高速時之速度驅勢示意圖。

如第2圖所示，僅第一轉動輪200及第二轉動輪500轉向時，由於二個第四轉動輪900未轉向，使得二第二轉動輪500及二第三轉動輪600同時與地面間產生摩擦阻力而造成車體20之轉向半徑的增加。

然而，如第3A圖所示，當車體20於低速行駛時，控制器700可驅動二個第四轉動輪900之轉動方向與各第一轉動輪200及第二轉動輪500之轉動方向相反，以增加車體20之轉彎程度，並依據轉向角度信號、車速訊號(低速)及伸縮量訊號來個別調整二個第四轉動輪900之轉向角度θ 1、θ 2，進而縮小車體20之轉向半徑。也就是說，除了透過轉向輪數量的增加(4輪變6輪)來縮小轉向半徑外，更參考了轉向盤310的轉向角度信號、車體20之車速訊號及液壓缸450之伸縮量訊號等資訊來最佳化第二轉動輪500的轉向角度θ 1、θ 2，進而更進一步地縮小車體20之轉向半徑。此外，當車體20於低速行駛時，第四轉動輪900之轉向角的驅勢如第3B圖，也就是說，當車體20速度越高(大於V1小於V2)時，第二轉動輪500之轉向角度越小(從最大轉向角度β以線性關係逐漸變小)。其中，第3B圖中之V1 與V2僅為了表示速度增加之驅勢。

請參閱第4A圖，當車體20於高速行駛時，為了避免轉向半徑過小而導致車體20翻覆，故控制器700會驅動二個第四轉動輪900之轉動方向與各第一轉動輪200及第二轉動輪500之轉動方向相同，以稍降低車體20之轉彎程度，並依據轉向角度信號、車速訊號(高速)及伸縮量訊號來各調整二個第四轉動輪900之轉向角度θ 1、θ 2，進而提高車體20之行車安全。此外，當車體20於高速行駛時，第二轉動輪500之轉向角的驅勢如第4B圖，也就是說，當車體20速度越高(大於V3小於V4)時，第二轉動輪500之轉向角度越小(從最大轉向角度β以線性關係逐漸變小)。由上述可知當車體20於高速行駛時，第四轉動輪900之轉向角度隨著車體20速度增加而快速減小，以增加行車安全。

接著，說明第一轉動輪200之轉向角度與第四轉動輪900之轉向角度的關係驅勢。請參閱第5圖，第5圖為第一轉動輪與第二轉動輪之轉向角度比示意圖。當第一轉動輪200及第二轉動輪500之轉向角度小於40度時，第一轉動輪200及第二轉動輪500之轉向角度與第四轉動輪900之轉向角度等比值。當第一轉動輪200及第二轉動輪500之轉向角度大於40度時，第一轉動輪200及第二轉動輪500之轉向角度與第四轉動輪900之轉向角度之比值線性遞增。

根據上述本案所揭露的轉向裝置，透過轉向連桿與液壓缸之混用，使控制器可依據轉向盤之轉向角度信號、車體之車速訊號及液壓缸之伸縮量訊號來個別獨立控制第四轉動輪900(後輪)的轉向角度，進而縮小搭載此轉向裝置之車體的轉向車徑或提升搭載此轉向裝置之車體的行車安全。

再者，當車體後半部空間受限時，由於係利用二液壓缸分別驅動第二轉動輪(後輪)，故，仍可在有限的空間內分別液壓缸的體積較轉向連桿小且，故仍可在不破壞原始車體結構的前提下將轉向裝置設置於車體內，使車體能夠保護轉向動置。

雖然本案的實施例揭露如上所述，然並非用以限定本提案，任何熟習相關技藝者，在不脫離本案的精神和範圍內，舉凡依本提案申請範圍所述的形狀、構造、特徵及數量當可做些許的變更，因此本提案的專利保護範圍須視本說明書所附的申請專利範圍所界定者為準。