阿克曼转向独立悬架转向系统、车辆及动力总成系统的制作方法

[0001]
本发明涉及车辆控制技术领域，尤其涉及一种阿克曼转向独立悬架转向系统、车辆及动力总成系统。


背景技术：

[0002]
随着我国经济的不断增长与汽车行业的迅速发展，城市交通拥堵问题日益加剧。传统的转向系统需要转向梯形机构以实现阿克曼转向关系，但由于梯形底角以及转向梯形运动关系的限制，使得一般汽车前轮最大转角在30
°
到40
°
之间。
[0003]
目前所提出的可实现汽车大角度转向的转向机构包括拉索传动、蜗轮蜗杆传动、双曲柄传动以及带传动等。其中，拉索传动虽然空间布置灵活，但由于拉索具有弹性，在行驶过程中拉索可能会产生摆动，导致转向精度不够，有一定的危险性。蜗轮蜗杆传动虽然能精确的实现转向，但由于齿轮需要润滑系统，因此需要增加许多附加部件，增加了汽车的非簧载质量，不利于汽车操纵稳定性；并且在车轮上下跳动时会加剧齿轮的磨损。而双曲柄传动所使用杆件数量较多，所占用悬架空间较大。带传动会在在车轮上下跳动时会加剧带的磨损，不适用于在不平路面上行驶。
[0004]
有鉴于此提出本发明。


技术实现要素：

[0005]
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种阿克曼转向独立悬架转向系统，用以解决现有技术中转向机构中梯形底角以及转向梯形运动关系的限制导致汽车前轮转向角较小的缺陷，实现大角度转向的独立悬架转向机构可以提高汽车的转向灵活性，汽车转向半径更小，能够有效的减少交通拥堵现象的发生，并且在停车时只需更小的空间，提高了停车的空间利用率，在汽车停车入库方面具有巨大优势。
[0006]
本发明还提出一种车辆。
[0007]
本发明还提出一种动力总成系统。
[0008]
根据本发明第一方面实施例的一种阿克曼转向独立悬架转向系统，包括：动力机构、传动机构、转向节和轮毂；
[0009]
所述动力机构与所述传动机构连接；
[0010]
所述传动机构与所述转向节连接；
[0011]
所述转向节与所述轮毂转动连接；
[0012]
其中，所述转向节包括与所述轮毂转动连接的转向节座，以及与所述转向节座连接的转向节臂；
[0013]
所述传动机构包括转向拉杆和转向滑块；
[0014]
所述转向拉杆一端与所述动力机构连接，另一端与所述转向滑块连接；
[0015]
所述转向滑块与所述转向节臂滑动连接。
[0016]
根据本发明的一个实施例，所述转向拉杆与所述转向滑块通过第一球铰连接。
[0017]
具体来说，本发明通过将转向拉杆与转向滑块通过第一球铰进行连接，避免了在阿克曼转向条件下使用的转向梯形的几何关系，可以实现汽车在转向时的阿克曼条件下，更能实现大角度转向时仍能良好的契合阿克曼转向条件。
[0018]
根据本发明的一个实施例，所述转向滑块与所述转向节臂之间的相对位置包括第一位置、第二位置和第三位置；
[0019]
所述转向滑块在所述转向节臂上移动至所述第一位置时，所述轮毂处于初始状态；
[0020]
所述转向滑块在所述转向节臂上移动至所述第二位置时，所述轮毂处于第一转向状态的极限位置；
[0021]
所述转向滑块在所述转向节臂上移动至所述第三位置时，所述轮毂处于第二转向状态的极限位置；
[0022]
其中，所述第一位置下的所述转向滑块位于所述第二位置和所述第三位置下的所述转向滑块之间；
[0023]
所述第一转向状态和所述第二转向状态下所述轮毂的转向方向相反。
[0024]
具体来说，转向滑块在转向节臂上具有至少三个滑动位置，其中第一位置为轮毂转向角度为0
°
，当转向拉杆向转向滑块施加推力时，转向滑块沿转向节臂延伸的方向移动，轮毂实现转向；当转向滑块移动至第二位置时轮毂达到转向极限；当转向拉杆向转向滑块施加另一个方向的作用力时，转向滑块沿转向节臂延伸的方向移动，实现另一个方向的转向，当转向滑块沿转向节臂移动至第三位置时轮毂在另一个方向上的转向达到极限。
[0025]
需要说明的是，本方案通过对转向节臂、转向滑块和转向拉杆等结构的设置，使得轮毂在进行转向时，转向拉杆不会产生沿水平平面的左右摆动，从而在一定程度上减小了转向机构的占用空间。
[0026]
根据本发明的一个实施例，所述转向节座与所述轮毂之间设置有轴承。
[0027]
具体来说，转向节座通过轴承实现与轮毂之间的转动连接。
[0028]
根据本发明的一个实施例，所述动力机构包括主动齿轮、从动齿轮、转向螺杆和转向螺母；
[0029]
所述主动齿轮与所述从动齿轮啮合；
[0030]
所述转向螺杆与所述从动齿轮固定连接，且所述转向螺杆与所述从动齿轮的转动中心重合；
[0031]
所述转向螺母与所述转向螺杆通过螺纹连接，并能够沿所述转向螺杆的延伸方向移动；
[0032]
所述转向螺母的外部与所述转向拉杆连接。
[0033]
具体来说，本发明通过主动齿轮实现动力的传输，从动齿轮则实现将主动齿轮的动力传输至转向拉杆。
[0034]
进一步地，从动齿轮上设置有转向螺杆，通过齿轮传动，实现从动齿轮带动转向螺杆转动，转向螺杆上设置有转向螺母，在转向螺杆发生转动时，转向螺母沿转向螺杆发生位移的变化，同时转向螺母带动转向拉杆转动。
[0035]
需要说明的是，在本方案中还设置有限制转向螺母与转向螺杆共同转动的限位结构，本方案没有对此进行过多的赘述，在本领域中关于转向螺杆与转向螺母通过螺纹传动，
并且限制转向螺母的转动较为常见。将转向螺杆的转动转化为转向螺母的直线运动参考本领域中常规设置即可。
[0036]
根据本发明的一个实施例，所述转向螺母与所述转向拉杆通过第二球铰连接。
[0037]
具体来说，通过设置第一球铰和第二球铰，使得本方案中的转向系统的重量集中于主动齿轮、从动齿轮和转向螺杆上，主动齿轮、从动齿轮和转向螺杆通过轴承与车辆的主架体连接，属于簧载质量，因此本方案提供的转向系统不会导致非簧载质量的增加，有利于保证良好的操纵稳定性。
[0038]
根据本发明的一个实施例，所述转向拉杆、所述转向滑块、所述从动齿轮、所述转向螺杆和所述转向螺母组成一组调节所述轮毂转向的调节组件；
[0039]
两组所述调节组件与同一个所述主动齿轮连接，实现对两侧的所述轮毂转向的调节；
[0040]
其中，两组所述调节组件中的所述转向螺杆或所述转向螺母的螺纹旋向相反。
[0041]
具体来说，通过将转向螺杆或转向螺母的螺纹旋向相反，实现了采用一个主动齿轮便可实现对左右两侧轮毂进行转向调节的调节。
[0042]
根据本发明的一个实施例，所述转向节臂所在的平面与所述转向螺杆相互垂直。
[0043]
具体来说，提出了一种转向系统的布置方案，将转向节臂所在的平面与转向螺杆相互垂直，从一定程度上减小了转向机构的占用空间。
[0044]
根据本发明第二方面实施例的一种车辆，包括：上述的一种阿克曼转向独立悬架转向系统。
[0045]
根据本发明第三方面实施例的一种动力总成系统，包括：上述的一种阿克曼转向独立悬架转向系统。
[0046]
本发明实施例中的上述一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果之一：本发明实施例提供的一种阿克曼转向独立悬架转向系统、车辆及动力总成系统，通过对转向机构进行改进，实现大角度的阿克曼转向，从而减少轮胎的磨损，实现大角度转向的独立悬架转向机构可以提高汽车的转向灵活性，汽车转向半径更小，能够有效的减少交通拥堵现象的发生，并且在停车时只需更小的空间，提高了停车的空间利用率，在汽车停车入库方面具有巨大优势。
[0047]
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
[0048]
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图进行简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，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。
[0049]
图1是本发明实施例提供的阿克曼转向独立悬架转向系统的装配关系第一示意图；
[0050]
图2是本发明实施例提供的阿克曼转向独立悬架转向系统的装配关系第二示意图；
[0051]
图3是图2的a向放大示意图；
[0052]
图4是本发明实施例提供的阿克曼转向独立悬架转向系统的装配关系第三示意图；
[0053]
图5是图4的b向放大示意图；
[0054]
图6是本发明实施例提供的阿克曼转向独立悬架转向系统的装配关系第四示意图；
[0055]
图7是本发明实施例提供的阿克曼转向独立悬架转向系统中，转向滑块和转向节臂的装配关系示意图；
[0056]
图8是本发明实施例提供的阿克曼转向独立悬架转向系统中，转向滑块和转向节臂的位置关系第一示意图；
[0057]
图9是本发明实施例提供的阿克曼转向独立悬架转向系统中，转向滑块和转向节臂的位置关系第二示意图。
[0058]
附图标记：
[0059]
1、轮毂；2、转向节座；3、转向节臂；4、转向拉杆；5、转向滑块；6、第一球铰；7、主动齿轮；8、从动齿轮；9、转向螺杆；10、转向螺母；11、第二球铰；12、第一位置；13、第二位置；14、第三位置。
具体实施方式
[0060]
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0061]
在本发明实施例的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明实施例和简化描述，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发明实施例的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
[0062]
图1是本发明实施例提供的阿克曼转向独立悬架转向系统的装配关系第一示意图。从图1中可以看出，本发明提供的阿克曼转向独立悬架转向系统包括动力机构、传动机构、转向节和轮毂1。
[0063]
其中，动力机构包括主动齿轮7、从动齿轮8、转向螺杆9和转向螺母10。传动机构包括转向拉杆4和转向滑块5。转向拉杆4一端与转向滑块5通过第一球铰6连接，另一端与转向螺母10通过第二球铰11连接。
[0064]
进一步地，转向节包括转向节座2，以及与转向节座2连接的转向节臂3，转向节臂3与转向滑块5滑动连接；优选地转向节座2与转向节臂3为固定连接。
[0065]
需要说明的是，转向拉杆4的一端通过第一球铰6与转向滑块5连接，另一端同样通过第二球铰11与转向螺母10连接，通过控制转向螺母10上下垂直移动，就可以实现转向滑块5沿直线前后移动。转向螺母10由转向螺杆9带动，而转向螺杆9与从动齿轮8固连，从动齿
轮8由主动齿轮7带动，转向螺杆9、从动齿轮8和主动齿轮7都通过轴承固定到车架，只进行旋转运动。
[0066]
图2和图3是本发明实施例提供的阿克曼转向独立悬架转向系统的装配关系第二示意图和图2的a向放大示意图。从图2和图3中可以看出，转向节臂3所在的平面与转向螺杆9相互垂直，这样设置不仅可以避免占用过多的空间，也可以保证在传动过程中，转向滑块5受到的扭矩最小，机构传动的效率最大。
[0067]
图4至图6是本发明实施例提供的阿克曼转向独立悬架转向系统的装配关系第三和第四示意图，以及b向放大示意图。从图4至图6中可以看出，轮毂1模仿转向时的状态，在左转时，主动齿轮7转动并带动左右两个转向螺杆9旋转，由于两个螺杆螺纹方向相反，左侧转向螺母10向上运动并拉动转向拉杆4，使左侧轮毂1左转；右侧转向螺母10向下运动，推动右侧转向拉杆4，使右侧轮毂1也左转。
[0068]
图7至图9是本发明实施例提供的阿克曼转向独立悬架转向系统中，转向滑块5和转向节臂3的装配关系示意图，以及转向滑块5和转向节臂3的位置关系第一和第二示意图。从图7至图9中可以看出，转向节臂3和转向滑块5的设置关系，以及转向滑块5与转向螺母10之间的相对位置关系。在初始位置即第一位置12时转向螺母10的初始位置相对于转向滑块5具有一定的高度。
[0069]
其中，图7展示的是一种转向节臂3和转向滑块5之间的一种相对关系，在实际应用中参考本发明图7展示的转向节臂3和转向滑块5的相对关系并结合本领域中相应的设置方式便可实现。
[0070]
进一步地，如图8所示，图8展示的是在转向拉杆4的作用下，转向滑块5在转向节臂3上的第一位置12、第二位置13和第三位置14；其中，从图8中可以看出，转向滑块5在转向节臂3上的两个极限位置距离不同，此种设置是由于轮毂1在转向过程中的差别造成的。转向滑块5的第三位置14为轮毂1转向时靠近转向中心的一侧轮毂1的转向滑块5位置。
[0071]
进一步地，如图9所示，图9包含三个直角三角形，其中三角形的斜边表示转向拉杆4，竖直边则表示转向螺母10相对于转向滑块5的高度，横边则表示转向螺母10与转向滑块5间的水平距离，第一位置12为初始位置时的转向拉杆4，第二位置13表示转向螺母10下移、左侧轮毂1向右转，第三位置14表示转向螺母10上移、左侧轮毂1向左转。对于右侧轮毂1，其转向关系与左侧轮毂1相反，转向螺母10下移时，右侧轮毂1左转，转向螺母10上移时，右侧轮毂1右转。当左侧转向螺母10上移的距离zl与右侧转向螺母10下移的距离zr相等时，左侧与右侧轮毂1都向左转，由于三角形的几何关系，导致转向滑块5移动距离yl始终大于yr，这表明当汽车左转弯时，左侧轮毂1转向角始终大于右侧轮毂1。并且可以通过设计适当的转向拉杆4尺寸、转向节尺寸、滑轨长度、齿轮大小等参数，使得汽车转向时满足阿克曼几何关系。
[0072]
在本发明实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“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，或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接；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，可以具体情况理解上述术语在本发明实施例中的具体含义。
[0073]
在本发明实施例中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第
一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
[0074]
在本发明的一些实施方案中，如图1至图9所示，本方案提供一种阿克曼转向独立悬架转向系统，包括：动力机构、传动机构、转向节和轮毂1；动力机构与传动机构连接；传动机构与转向节连接；转向节与轮毂1转动连接；其中，转向节包括与轮毂1转动连接的转向节座2，以及与转向节座2连接的转向节臂3；传动机构包括转向拉杆4和转向滑块5；转向拉杆4一端与动力机构连接，另一端与转向滑块5连接；转向滑块5与转向节臂3滑动连接。
[0075]
本发明提供了一种阿克曼转向独立悬架转向系统，可以实现汽车的大角度转向。通过驱动转向螺母10上下移动控制转向滑块5水平移动，从而推动或拉动转向节进行车轮转向。基于直角三角形斜边与直角边几何关系，实现左右轮毂1转向角度的差异，通过合理规划机构参数，可实现大角度阿克曼转向。本发明结构简单，设计方案灵活，非簧载质量较低，利于制造与实现汽车轻量化，是一种新型的转向机构。
[0076]
在一些实施例中，转向拉杆4与转向滑块5通过第一球铰6连接。
[0077]
具体来说，本发明通过将转向拉杆4与转向滑块5通过第一球铰6进行连接，避免了在阿克曼转向条件下使用的转向梯形的几何关系，可以实现汽车在转向时的阿克曼条件下，更能实现大角度转向时仍能良好的契合阿克曼转向条件。
[0078]
在一些实施例中，转向滑块5与转向节臂3之间的相对位置包括第一位置12、第二位置13和第三位置14；转向滑块5在转向节臂3上移动至第一位置12时，轮毂1处于初始状态；转向滑块5在转向节臂3上移动至第二位置13时，轮毂1处于第一转向状态的极限位置；转向滑块5在转向节臂3上移动至第三位置14时，轮毂1处于第二转向状态的极限位置；其中，第一位置12下的转向滑块5位于第二位置13和第三位置14下的转向滑块5之间；第一转向状态和第二转向状态下轮毂1的转向方向相反。
[0079]
具体来说，转向滑块5在转向节臂3上具有至少三个滑动位置，其中第一位置12为轮毂1转向角度为0
°
，当转向拉杆4向转向滑块5施加推力时，转向滑块5沿转向节臂3延伸的方向移动，轮毂1实现转向；当转向滑块5移动至第二位置13时轮毂1达到转向极限；当转向拉杆4向转向滑块5施加另一个方向的作用力时，转向滑块5沿转向节臂3延伸的方向，实现另一个方向的转向，当转向滑块5移动至第三位置14时轮毂1在另一个方向上的转向达到极限。
[0080]
需要说明的是，本方案通过对转向节臂3、转向滑块5和转向拉杆4等结构的设置，使得轮毂1在进行转向时，转向拉杆4不会产生沿水平平面的左右摆动，从而在一定程度上减小了转向机构的占用空间。
[0081]
在一些实施例中，转向节座2与轮毂1之间设置有轴承。
[0082]
具体来说，转向节座2通过轴承实现与轮毂1之间的转动连接。
[0083]
在一些实施例中，动力机构包括主动齿轮7、从动齿轮8、转向螺杆9和转向螺母10；主动齿轮7与从动齿轮8啮合；转向螺杆9与从动齿轮8固定连接，且转向螺杆9与从动齿轮8的转动中心重合；转向螺母10与转向螺杆9通过螺纹连接，并能够沿转向螺杆9的延伸方向移动；转向螺母10的外部与转向拉杆4连接。
[0084]
具体来说，本发明通过主动齿轮7实现动力的传输，从动齿轮8则实现将主动齿轮7的动力传输至转向拉杆4。
[0085]
进一步地，从动齿轮8上设置有转向螺杆9，通过齿轮传动，实现从动齿轮8带动转向螺杆9转动，转向螺杆9上设置有转向螺母10，在转向螺杆9发生转动时，转向螺母10沿转向螺杆9发生位移的变化，同时转向螺母10带动转向拉杆4转动。
[0086]
需要说明的是，在本方案中还设置有限制转向螺母10与转向螺杆9共同转动的限位结构，本方案没有对此进行过多的赘述，在本领域中关于转向螺杆9与转向螺母10通过螺纹传动，并且限制转向螺母10的转动较为常见。将转向螺杆9的转动转化为转向螺母10的直线运动参考本领域中常规设置即可。
[0087]
在一些实施例中，转向螺母10与转向拉杆4通过第二球铰11连接。
[0088]
具体来说，通过设置第一球铰6和第二球铰11，使得本方案中的转向系统的重量集中于主动齿轮7、从动齿轮8和转向螺杆9上，主动齿轮7、从动齿轮8和转向螺杆9通过轴承与车辆的主架体连接，属于簧载质量，因此本方案提供的转向系统不会导致非簧载质量的增加，有利于保证良好的操纵稳定性。
[0089]
在一些实施例中，转向拉杆4、转向滑块5、从动齿轮8、转向螺杆9和转向螺母10组成一组调节轮毂1转向的调节组件；两组调节组件与同一个主动齿轮7连接，实现对两侧的轮毂1转向的调节；其中，两组调节组件中的转向螺杆9或转向螺母10的螺纹旋向相反。
[0090]
具体来说，通过将转向螺杆9或转向螺母10的螺纹旋向相反，实现了采用一个主动齿轮7便可实现对左右两侧轮毂1进行转向调节的调节。
[0091]
需要说明的是，为了保证左右两侧轮毂1转向角符合阿克曼转向条件，左右两侧转向机构采用对称结构，唯一不同点在于转向螺杆9或者转向螺母10螺纹的旋向。位于中间的主动齿轮7同时带动左右两侧的两个从动齿轮8，两个从动齿轮8基本参数相同。在转向时，主动齿轮7旋转，需要使左右两侧的转向螺母10分别向上和向下移动，为实现这个目的，应使左右两侧转向螺母10螺纹或转向螺杆9螺纹旋向相反。
[0092]
在一些实施例中，转向节臂3所在的平面与转向螺杆9相互垂直。
[0093]
具体来说，提出了一种转向系统的布置方案，将转向节臂3所在的平面与转向螺杆9相互垂直，从一定程度上减小了转向机构的占用空间。
[0094]
在本发明的一些实施方案中，本方案提供一种车辆，包括：上述的一种阿克曼转向独立悬架转向系统。
[0095]
在本发明的一些实施方案中，本方案提供一种动力总成系统，包括：上述的一种阿克曼转向独立悬架转向系统。
[0096]
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明实施例的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
[0097]
最后应说明的是：以上实施方式仅用于说明本发明，而非对本发明的限制。尽管参
照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行各种组合、修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围中。

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