[发明专利]用于使车轮转向的装置和方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于使车辆，尤其是机动车辆的至少一条车辆轮轴的车轮转向的装置和方法，所述轮轴用双枢轴式转向系统(double-pivotsteering system)转向。

背景技术

对于操控(maneuvering)来说，实践中公知的车辆体现为具有至少一条可转向的车辆轮轴，车辆轮轴的结构尤其取决于车辆的驾驶的类型以及车轮悬架的类型。基本上，在此情况下，驾驶员的转向运动或驾驶员的转向要求通过方向盘、转向柱、转向齿轮和旋转机构(swivel mechanism)传给可转向的车辆轮轴的车轮，其中，该旋转机构由通过接头彼此连接的多个组件组成，可转向车辆轮轴的车轮因此体现为允许它们相对于相当于直行的位置向外枢轴转动。

具有枢轴转动车轮的车辆由双枢轴式转向原理或单枢轴式转向原理转向。就单枢轴式转向而言，通过在车辆的纵轴水平线上绕枢轴点枢轴转动整个轮轴来转动轮轴的转向车轮。此类型的转向通常尤其出现在双轴拖车上，并且由于转向车辆轮轴的车轮轮轴的同轴构造，此类型的转向是用于确保达到所谓的阿克曼条件(Ackermann condition)的一种特别简单的设计选择，据此，车辆轮轴的延长车轮轮轴必须在单个点上交会从而避免车轮在下垫面(underlying surface)上侧滑。就具有非转向的后轮轴和由单枢轴式原理转向的前轮轴的车辆而言，该点是后轮轴的延长与前轮轴的车轮轮轴的延长的交叉点。明显地，这意味着所有车轮画出绕该交叉点的圆。轮胎上的磨损和车轮悬架上的力相对要小。

然而，单枢轴式转向需要非常大量的安装空间以允许整个转向轮轴相对于车辆的纵轴枢轴转动大的锁止角。此外，由于锁止角增大，车轮与下垫面的接触点显著地向车辆的纵轴漂移，并且这会导致相当大倾向的倾斜。由于这些严重的缺点，仅在个别情况下在主动转向车辆上使用单枢轴式转向。

作为单个车轮的转向系统，双枢轴式转向不依赖整个转向轮轴的枢轴转动，因此与单枢轴式转向相比占较小的安装空间，而且在大锁止角的情况下以较小倾向的倾斜为特征。就双枢轴转向系统而言，可转向车辆轮轴的每一个车轮绕各自的转向枢轴枢轴转动，并且这些枢轴设置在在可转向车辆轮轴的车轮之间的车辆的横向上延伸的轮轴的面对车轮的末端。转向枢轴由连接车轮悬架的转向点的线条构成或者由转向节销(steeringknuckle pins)的纵轴构成。

如果以双枢轴式转向构建的车辆轮轴的两个可枢轴转动的车轮都以相同的量转动，两个车轮在其自然路径上都不会摆动。然后每个车轮被另一个车轮强迫进入非自然路径，结果，除了摆动以外，两个车轮相对于下垫面进行或多或少明显的滑动，导致车轮上不期望的严重磨损。

在车辆运行过程中，尤其是在转弯过程中，车轮因此应当原则上摆动而不出现在单枢轴式转向中的侧滑移动，出现在单枢轴式转向中的侧滑移动对轮胎是非常有压力的。就双枢轴式转向系统而言，这可以通过提供给弯道内侧车轮的锁止角大于提供给弯道外侧的锁止角这样的事实实现。

根据阿克曼原理，转动的车轮的转向节的延长中心线必须在第二、不可转向车辆轮轴的延长中心线上交会，以确保车辆的运行处在尽可能小的磨损或没有磨损的情况下。这样两条车辆轮轴的车轮经过的圆形路径具有共同的中心，结果，车轮的上述侧滑移动显著减少或者甚至完全避免。

如果车轮的转向节的中心线的射线或延长未在单个点交会，那么存在所谓的航迹角误差或转向角误差，即，从最佳转向角(＝阿克曼角)的偏离。在此情况下，轮胎上的应力总体上更大，当前转向角误差越大。

表示弯道内侧的车轮的转向锁止角和弯道外侧的车轮的转向锁止角之间的理想比率的阿克曼几何所表示的意思是，弯道外侧的车轮的最佳转向锁止角相对于弯道内侧的车轮的转向锁止角要相对小。然而，由于实际上用于转向机构的原理，总体上存在或多或少的与车轮的该最佳转向锁止角的偏离。这些与最佳转向角的偏离导致转弯过程中不期望地大的轮胎磨损。此外，应力出现在传动系中，需要较大尺寸标注的传动系组件，由此不利地增加了车辆的运行成本和生产成本。

按照该情况的本质，可转向轮轴的车轮的最大转向锁止角确定车辆的最小可能的最佳回转圆(turning circle)。尽可能小的回转圆给予车辆良好的操控性，出于此原因，尽可能小的回转圆通常是期望的。然而，如以下借助图1所述的那样，车辆的最佳回转圆受阿克曼几何形状的影响很大，其中，图1表示车辆轮轴的枢轴转动的车轮的转向锁止角和车辆的回转圆之间的几何关系。