基于曲柄連桿機構的主動后輪轉向機構的制作方法

本發明涉及一種機動車輛后輪主動轉向機構，尤其是用于車輛后輪在不受自身方向機的控制下，自行偏轉的一種基于曲柄連桿機構的主動后輪轉向機構。

背景技術：

現有關于四輪轉向技術近年沒有專利和學術文章可供參考，一些汽車生產廠家正在進行大膽的嘗試。

現有越野車，大腳車等專業賽車，這類車輛后輪轉向系統靠專業車手控制，

通過專用操作桿控制液壓系統，進而控制后輪實現轉向。

采用電動機來主動驅動后輪轉動的bmw7系車型

對于大型豪華車來說，不斷加長的軸距為車內帶來了良好舒適的乘坐空間，但是這也對車輛的操控性帶來了一定的負面影響，無論是低速時的轉彎半徑，還是高速行駛時的穩定性都會顯得不足，通過加入后輪轉向系統可以彌補軸距增加后對車輛行駛特性造成的影響，同時讓一款豪華車同樣具有很好的駕駛性能。

bmw7系車型采用的主動式后輪轉向結構也并不復雜，就是一套絲杠螺母機構，電機驅動螺母帶動絲杠產生軸向移動，這種軸向移動會帶動后輪產生小幅度的轉向，當車速在60km/h以上時，后輪與前輪同向偏轉，提升高速過彎的穩定性，在60km/h以下時則反向偏轉，增加車輛的靈活性。

富康的橡膠軟墊

富康雖然沒有采用什么超前的技術，但是這款車卻可以在高速上輕易跑到170km/h而仍然很平穩，不飄不偏，這是雪鐵龍富康這款車出色的底盤特性和它的后輪隨動轉向技術在起作用。

這套后輪轉向系統，并不是在后輪布置了一套完整的轉向機構，而僅僅是在后輪與懸掛，懸掛與車身之間布置了一些橡膠軟墊，通過橡膠墊把懸掛與車身柔性連接，由于橡膠存在一定彈性，而在彈性限度內又有相當高的強度，所以在汽車轉彎時，后懸掛連接點的橡膠軟墊在橫向力的作用下能發生一定程度的彈性形變。從而帶動車輪做一定角度的變化，使用了后輪隨動轉向技術的車型在轉彎時可以比其他車型以更高的速度、更穩定地完成轉向，而且，這項技術的實現極為簡單。

保時捷911gt3

這款保時捷與常見后輪主動轉向系統不同的是，它由內部的兩套電機單獨控制兩個后輪，由此實現了左右兩個后輪的獨立控制，使它具有更高的操控極限，無疑這對控制系統的要求相對高些。

特種工程車

特種工程車因為工作情況復雜，車輛長度比較長，為增加它的靈活性，往往加入后輪轉向技術，以增加它的靈活性，更好地適應各種工作環境。

現有技術存在的問題：

越野車及專業賽車

這類車的后輪轉向機構多為液壓驅動機構，能輸出較大推力，適用于惡劣路況驅動后輪轉向。但驅動液壓系統結構笨重，機構整體質量大，響應速度慢，安裝及維修困難，并不適用當今中、小型車。

電力驅動的寶馬后輪轉向機構

電力驅動響應速度快，重量輕。但是它的后輪轉向角度只有3°，在一些特殊狹窄路面依然存在靈活度不足的問題。并且寶馬公司在傳動裝置上采用了絲杠螺母結構，長時間使用會產生較大間隙，影響使用精度。

富康后輪隨動轉向技術

富康采用的后輪隨動轉向技術，結構簡單、成本低。它是一個非常簡單的物理結構，既在后懸掛與車身的連接處加入一些橡膠軟墊，當車輛轉彎對某一側進行擠壓時，橡膠軟墊會受到擠壓變形而導致后輪產生一定角度的變化，角度的變化依賴于橡膠軟墊的厚度和軟硬程度，一般來說角度的變化都在3°下，這種效果在低速時并不明顯，僅在高速情況下效果比較明顯。

問題是橡膠墊需要定期保養，費時費力。

保時捷公司的后輪轉向技術

保時捷的后輪轉向技術可謂是大膽的創新，但在高極限的同時，也帶來了更加困難的控制技術，伴隨著更大的失控風險。

工程車輛的多輪轉向技術

工程車的多輪轉向技術，必須能夠承受大負荷，高可靠耐用性，一般采用液壓系統驅動，將這種機構直接用在中、小型車上幾乎是不可能的。

后輪轉向技術對提升車輛的操控性、穩定性、靈活性的作用毋庸置疑，在一些高檔車型，比如：寶馬、保時捷、凱迪拉克車紛紛在后輪轉向技術上下功夫，在創新出實現后輪轉向機構的同時，如何讓后輪轉向技術不再是車中貴族，是本發明的宗旨。

技術實現要素：

本發明針對上述現有技術存在的問題，采用曲柄連桿機構方便快捷地實現后輪轉向，使普通民用車型載有后輪轉向功能，重要的是減小車輛在不穩定狀態下的損失，有效地提高車輛的安全系數，并提供一種基于曲柄連桿機構的主動后輪轉向機構。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的。

一種基于曲柄連桿機構的主動后輪轉向機構，包括轉向機構控制器、調速機構托板、轉向調速機構、轉向連桿機構及轉向電動機；其特征在于：在車輛質心位置增設有所述轉向機構控制器，其一端通過電路與車輛電源連接，導出控制信號；另一端通過電路與轉向電動機相連，傳遞控制信號；在車輛后橋殼上增設有所述調速機構托板，并設置有轉向電動機和轉向調速機構，且轉向調速機構的蝸輪花鍵軸輸出動力；在車輛的兩后輪立柱上鉸接有轉向連桿機構，其一端通過蝸輪花鍵軸驅動；另一端輸出動力于后輪立柱，帶動后路邊轉動。

在上述技術方案中，所述轉向調速機構是蝸輪蝸桿機構；所述轉向連桿機構是在后輪立柱上增設有耳柱并連接有轉向拉桿；在轉向連桿機構中，轉向曲柄接收蝸輪花鍵套傳遞轉動，曲柄球頭連接轉向曲柄和轉向連桿，轉向連桿在轉向曲柄的帶動下橫向運動；連桿球頭的球頭部分與轉向連桿相連，連桿球頭的圓柱部分連接轉向拉桿和后輪立柱，連桿球頭將轉向拉桿的運動傳遞給所連接的后輪立柱，帶動后輪轉動；連接在連桿球頭上的轉向拉桿的另一端，通過拉桿鉸釘和另一車輪的車輪立柱相連接，推動車輪一并轉動；所述轉向調速機構的傳動比是1∶24；所述車輛的后輪轉角是3-10度。

在上述技術方案中，本發明采用曲柄連桿結構，運動響應迅速，結構中零件多采用桿件，體積小、中，重量輕，安裝方便，能耗低，可普遍安裝于普通車輛。安裝了后輪轉向系統的車輛，能夠有效地減小車輛的轉彎半徑，降低因車輛轉彎半徑限制而造成的堵車現象；同時后輪轉向系統能夠增強車輛的高速穩定性，提升車輛的安全穩定系數；更值得一提的是，具有后輪轉向的車輛，能夠降低車輛因高速爆胎以及類似事件造成的不平穩狀況，減小意外損失。

附圖說明

圖1是本發明后輪轉向系統的整體結構布置圖。

圖2是本發明后輪轉向連桿機構的主視結構圖。

圖3是本發明后輪轉向連桿機構的俯視結構圖。

圖4是本發明轉向曲柄處的左視結構圖。

圖5是本發明轉向曲柄與過載保護套結構圖。

圖6是本發明后輪轉向調速機構與現有技術后橋殼主視結構圖。

圖7是本發明后輪轉向調速機構與現有技術后橋殼俯視結構圖。

圖8是本發明調速托盤與電動機的結構圖。

圖9是本發明后輪轉向調速機構的左視結構圖。

圖10是本發明調速托盤俯視結構圖。

圖11是本發明后橋殼主視圖。圖中：后橋殼是現有技術，本發明僅在后橋殼上加有三個立柱。

圖12是本發明后橋殼俯視結構圖。

圖13是本發明后橋殼與現有技術車輪連接的主視結構圖。

圖14是本發明后橋殼與現有技術車輪連接的俯視結構圖。

圖15是本發明左立柱主視結構圖。圖中：立柱是現有技術，本發明僅在后段加一耳片，用于連接轉向連桿8。

圖16是本發明右立柱主視結構圖。

圖17是本發明左立柱和右立柱的外端形狀結構視圖。

圖18是本發明左立柱俯視結構圖。

圖19是本發明右立柱俯視結構圖。

圖20是本發明轉向曲柄主視結構圖。

圖21是本發明轉向曲柄左視結構圖。

圖22是本發明曲柄球頭主視結構圖。

圖23是本發明曲柄球頭左視結構圖。

圖24是本發明轉向連桿主視結構圖。

圖25是本發明轉向連桿俯視結構圖。

圖26是本發明連桿球頭主視結構圖。

圖27是本發明連桿球頭左視結構圖。

圖28是本發明轉向拉桿主視結構圖。

圖29是本發明轉向拉桿移出斷面結構圖。

圖30是本發明轉向拉桿俯視結構圖。

圖中：1：轉向機構控制器；2：轉向調速機構；3：轉向連桿機構；4：過載保護套；5：曲柄螺釘；6：轉向曲柄；7：曲柄球頭；8：轉向連桿；9：連桿球頭；10：轉向拉桿；11：拉桿鉸釘；12：左后輪立柱；13：右后輪立柱；14：后輪半軸；15：后輪差速器；16：后橋殼；17：調速機構托板；18：電動機托架；19：蝸輪蝸桿調速器；20：蝸桿聯軸器；21：蝸輪花鍵軸；22：蝸輪花鍵套；23：轉向電動機。

具體實施方式

下面對本發明的具體實施方式作出說明。

實施本發明上述所提供的一種基于曲柄連桿機構的主動后輪轉向機構，包括轉向機構控制器1、調速機構托板17、轉向調速機構2、轉向連桿機構3及轉向電動機23；其中：

在車輛質心位置處增設有所述轉向機構控制器1，其轉向機構控制器1一端通過電路與車輛電源連接，導出控制信號；另一端通過電路與轉向電動機22相連接，傳遞控制信號。

在車輛的后橋殼16上增設有所述調速機構托板17，并設置有轉向電動機23和轉向調速機構2，且轉向調速機構2的蝸輪花鍵軸21輸出動力。

在車輛的左后輪立柱12和右后輪立柱13上鉸接有轉向連桿機構3，其一端通過蝸輪花鍵軸21驅動；另一端輸出動力于右后輪立柱13，帶動后路邊轉動。

在上述實施方案中，轉向調速機構2是蝸輪蝸桿機構，其傳動比是1∶24；車輛的后輪最大轉角是3-10度。

在上述實施方案中，轉向連桿機構3是在左后輪立柱12上增設有耳柱并連接有轉向拉桿10；在轉向連桿機構3中，轉向曲柄6接收蝸輪花鍵套22傳遞轉動，曲柄球頭7連接轉向曲柄6和轉向連桿8，轉向連桿8在轉向曲柄6的帶動下橫向運動；連桿球頭9的球頭部分與轉向連桿相連，連桿球頭9的圓柱部分連接轉向拉桿10和左后輪立柱12，連桿球頭9將轉向拉桿10的運動傳遞給所連接的左后輪立柱12，帶動后輪轉動；連接在連桿球頭9上的轉向拉桿10的另一端，通過拉桿鉸釘11和另一車輪的右后輪立柱13相連接，推動車輪一并轉動。

下面對本發明的具體實施方式作出進一步的說明。

實施一種基于曲柄連桿機構的主動后輪轉向機構，包括后輪轉向系統和后輪轉向機構；其中，后輪轉向機構是指該系統的后輪轉向不受車輛自身轉向系統的控制，包括轉向機構控制器1、轉向電動機22、轉向調速機構2和轉向連桿機構3四個部分構成。

如附圖1所示，轉向機構控制器1放置在車輛的質心處，它可以感知車輛自身質心的偏移，獲得車輛的運行姿態信息，還可以測出車輛的行駛速度和行駛軌跡，得到車輛的運行狀態信號，按需求作出正確判斷，發出指令，控制轉向電動機22轉動，帶動轉向調速機構2，經轉向調速機構2的調速，得到適當的扭矩和轉速，輸出給轉向連桿機構3運動，將運動傳遞給后輪立柱12，實現后輪旋轉。

本發明的主要內容在于接收信號后的機械運動部分，即轉向調速機構2和轉向連桿機構3。

后輪轉向機構是本發明的核心部分，采用曲柄連桿機構。驅動后輪轉動的是后輪轉向連桿機構3，布置在車輛后橋后面的空當處，與后輪立柱12連接，如附圖1、附圖2及附圖3所示，本發明的設計不影響車輛后輪的正常工作，只是做了兩處變動：

1）將車輛后橋中的后輪差速器14殼和后橋殼做成一體構成了新后橋殼15，如附圖7和附圖8所示，以方便調速托盤16的布置，如附圖5和附圖6所示；

2）在后輪立柱12上加個耳柱，如附圖8的前端，用來連接轉向拉桿10，如附圖3和附圖2所示。

在轉向連桿機構3中，如附圖2、附圖3和附圖4所示，轉向曲柄6接收蝸輪花鍵套21傳遞的轉動而轉動，如附圖4和附圖3所示。曲柄球頭7連接轉向曲柄6和轉向連桿8，轉向連桿8在轉向曲柄6的帶動下橫向運動。連桿球頭9的球頭部分與轉向連桿相連，連桿球頭9的圓柱部分連接轉向拉桿10和后輪立柱12，連桿球頭9將轉向拉桿10的運動傳遞給所連接的后輪立柱12，帶動后輪轉動，如附圖2和附圖3所示。連接在連桿球頭9上的轉向拉桿10的另一端，通過拉桿鉸釘11和另一車輪的車輪立柱12相連接，推動這個車輪也隨著一起轉動，使得兩個車輪同步轉動。

上述運動過程可以簡化如下：

轉向曲柄6→曲柄球頭7→轉向連桿8→連桿球頭9→后輪立柱一12→車輪一→轉向拉桿10→拉桿鉸釘11→后輪立柱12二→車輪二。

在蝸輪花鍵套21和轉向曲柄6之間，加裝了過載保護套4，用來防止后輪過渡轉動引起的逆向作用，保護轉向電動機22和轉向調速機構3，如附圖4所示。

轉向調速機構2的作用是將轉向電動機22的轉速，經聯軸器傳遞給調速器，使其按一定速比調整到合適的速度，傳遞輸出軸。本發明采用了蝸輪蝸桿調速器18，其輸入軸為蝸桿軸，此處使用了蝸桿聯軸器19，輸出軸為蝸輪軸，設計采用了蝸輪花鍵軸20、蝸輪花鍵套21將足夠的扭矩、合適的轉速輸入給轉向曲柄6。

由于車輪一般不需要很大的轉動角度，轉向調速機構2需要實現較大的傳動比，而且能夠確保車輪的運動不會反向傳遞給轉向電動機22，也就是要有一定的自鎖性。條件允許的情況下，最好采用蝸輪蝸桿調速器18，如附圖5和附圖6所示，本發明采用了傳動比較大的蝸輪蝸桿機構，自鎖性能比較好，而且在蝸輪花鍵套21和轉向曲柄6之間增加了過載保護套4，有效阻止了傳動機構逆向帶動轉向電動機22轉動的情況發生，因此可以省去傳動機構失控保護裝置，從而減輕整體機構的重量。轉向調速機構2和轉向電動機22一起布置在調速托板16上，調速托板16布置在后橋殼15上，如附圖5和附圖6所示，在差速器殼上增加了三個立柱，用來支撐固定調速托板16。

本發明采用曲柄連桿機構，結構簡便，布置在后車輪的立柱上，可以方便快捷地實現后輪轉向，目標是使得普通民用車型載有后輪轉向功能，不再是一種奢望。實現后輪轉向，不僅為普通車型提高高速穩定性和低速靈活性提供可能，更重要的是，可以減小車輛遇到特殊不穩定情況時的損失，比如遇到爆胎時，后輪同向偏轉，車輛穩定更容易實現，有效地提高車輛的安全系數。