[实用新型]二自由度四轮转向机构

说明书

技术领域

本实用新型涉及的二自由度四轮转向机构，属于车辆工程技术领域。

技术背景

四轮机动车辆的转向方式主要包括前轮主动转向，后轮主动转向和四轮转向。目前大部分家用汽车的转向方式是前轮主动转向。前轮主动转向的汽车在高速转弯时容易发生车身旋转和侧滑的危险，并且前轮主动转向的汽车的最小转弯半径较大。

四轮转向汽车以其低速情况下相对较小的转弯半径和高速情况下更加稳定的转弯、变换车道性能，使得四轮转向汽车更加适应当今社会对汽车高速、灵活的需求。

上世纪90年代，一些汽车生产商推出了机械式四轮转向汽车，但其前后两转向轮的两转向角之间线性相关，限制了前后轮各自转向的自由，从而使其没能彻底发挥四轮转向的正真优势。进入21世纪后，随着电子、测试和控制技术的发展，汽车的四轮转向系统开始向由电子控制后轮转向的方向发展，但这种四轮转向系统因成本高和可靠性较低的缺点使之难以普及应用。

目前，对于汽车的转向系统，需要我们解决的问题在于：如何实现一种由机械方式控制的汽车的前后两转向轮的转向角度之间线性无关的四轮转向功能。

发明内容

二自由度四轮转向机构包括转向盘、转向杆、分速器、前转向传动杆和后转向传动杆，其特征在于：固定连接在一起的转向盘和转向杆以——绕转向杆轴线的转动和绕分速器轴线的摆动——两个自由度的驱动输入传递给分速器，再由分速器将这两个驱动输入合成后输出两个线性无关的另外两个驱动，并分别传递给分别控制着汽车前后轮转向的前转向传动杆和后传动转向杆，从而驱动汽车前后轮的转向。并且汽车的前轮和后轮的转向角之间同样线性无关。

驾驶员可以通过转动和摆动固定连接在一起的转向盘和转向杆，使汽车的前轮和后轮实现同向等角度转向、同向不等角度转向、异向等角度转向和异向不等角度转向等功能，从而提高汽车低速转弯的灵活性和高速转弯、变换车道的稳定性。

所述分速器为一种二自由度传动机构。

在装有二自由度四轮转向机构的汽车中，输入与输出之间的关系可以由以下方程组表示：

其矩阵形式为：

在(1)、(2)式中：φ是指转向盘绕转向杆轴线转动的角度，ω是指转向杆绕分速器轴线摆动的角度，α是指前轮的转向角度，β是指后轮的转向角度，a、b、c、d是由机械结构所决定的传动常数。

由(2)式可知，前轮的转向角度α与后轮的转向角度β之间线性无关。。

附图说明

图1为二自由度四轮转向汽车的结构示意图；

图2为二自由度四轮转向汽车高速前行时向右转弯的示意图；

图3为二自由度四轮转向汽车高速前行时向右偏移的示意图；

图4为二自由度四轮转向汽车低速行驶时向左转弯的示意图；

图5为二自由度四轮转向机构的结构示意图；

图6为分速器的结构示意图；

图7为分速器的机构原理图；

具体实施方式

如图1所示，将转向盘(1)和转向杆(2)固定连接在一起，并将转向杆(2)的另一端和分速器(3)连接。把分速器(3)和车架固定连接，并把分速器的一端输出连接前转向传动杆(4)，另一端输出连接后转向传动杆(5)。前转向传动杆(4)和后传动转向杆(5)分别控制汽车的前后轮的转向。

如图6所示，在分速器(3)中，转向杆(2)与主动伞齿轮(9)固定连接，主动伞齿轮(9)分别和从动伞齿轮(8)、(10)啮合，从动伞齿轮(8)、(10)再分别连接一套行星轮减速机构(7)和一套行星轮增速机构(6)。将两套行星轮增速机构(6)的输出作为分速器的两个输出分别连接前转向传动杆(4)和后转向传动杆(5)。

如图2所示，当汽车在高速情况下向右转弯时，驾驶员顺时针转动转向盘(1)，同时向右侧摆动转向盘(1)和转向杆(2)，此时，汽车的前轮和后轮会同时向右偏转，前轮转向角α始终大于后轮转向角β，从而把汽车的旋转中心移至车身的右后侧，减小了车身的自转，抑制了汽车的旋转和侧滑。

如图3所示，当汽车在高速情况下变换到右侧车道时，驾驶员向右侧摆动转向盘(1)和转向杆(2)，此时，汽车的前轮和后轮会同时向右偏转，并且前轮转向角α与后轮转向角β几乎相等，从而使汽车在不发生任何转动的情况下平行偏移至右侧车道，增强了汽车在变换车道、躲避障碍物时的稳定性。

如图4所示，当汽车在低速情况下向左侧转弯时，驾驶员向逆时针转动转向盘(1)，此时，汽车的前轮和后轮会发生异向偏转，并且前轮转向角α与后轮转向角β大小几乎相等，从而把汽车的旋转中心移至车身的左侧中间部位，减小了车身最小转弯半径，增强了汽车转弯的灵活性。