一種變輪距車輛的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)及轉(zhuǎn)向方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種變輪距車輛的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)及轉(zhuǎn)向方法，包括驅(qū)動橋、交叉驅(qū)動橋、車輛主車架、轉(zhuǎn)向單元和轉(zhuǎn)向連桿機(jī)構(gòu)；所述驅(qū)動橋以及交叉驅(qū)動橋和車輛主車架之間構(gòu)成中心鉸接機(jī)構(gòu)，所述驅(qū)動橋和交叉驅(qū)動橋安裝于車架主銷軸上，所述車架主銷軸是一個中空軸，轉(zhuǎn)向動力臂主軸穿過車架主銷軸和轉(zhuǎn)向器連接，所述轉(zhuǎn)向單元及轉(zhuǎn)向連桿機(jī)構(gòu)安裝在驅(qū)動橋或交叉驅(qū)動橋上；所述轉(zhuǎn)向連桿機(jī)構(gòu)和轉(zhuǎn)向單元配合安裝；本發(fā)明利用交叉車橋的結(jié)構(gòu)布置特點(diǎn)及其可變輪距特性，將阿克曼梯形轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)設(shè)計為一個獨(dú)立的轉(zhuǎn)向單元，通過一系列連桿機(jī)構(gòu)，實現(xiàn)車輛的轉(zhuǎn)向，通過改變上述轉(zhuǎn)向單元的結(jié)構(gòu)參數(shù)改變其轉(zhuǎn)向特性，來滿足所有輪距條件下的轉(zhuǎn)向要求。
【專利說明】一種變輪距車輛的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)及轉(zhuǎn)向方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種變輪距車輛的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)及轉(zhuǎn)向方法，特別涉及一種驅(qū)動橋呈交叉布置形式的可調(diào)輪距的農(nóng)用車輛底盤的機(jī)械式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，屬于車輛轉(zhuǎn)向控制【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002]眾所周知，車輛行駛過程中需要轉(zhuǎn)向；車輛轉(zhuǎn)向時，理論上要使各車輪都只滾動不滑動，各車輪必須圍繞同一個中心點(diǎn)O滾動，即轉(zhuǎn)向輪偏轉(zhuǎn)角滿足阿克曼轉(zhuǎn)向原理，SP夕卜側(cè)轉(zhuǎn)向車輪的偏轉(zhuǎn)角的余切值等于內(nèi)側(cè)轉(zhuǎn)向車輪的偏轉(zhuǎn)角的余切值加輪距與軸距的比值(cota =coti3+b/l，式中α、β分別為外、內(nèi)側(cè)車輪偏轉(zhuǎn)角；b為兩側(cè)主銷延長線與地面交點(diǎn)之間的距離；1為軸距)。對于一般車輛，其輪距和軸距基本上是固定不變的，所以其轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)及轉(zhuǎn)向特性是固定不變的，使用過程中不需要調(diào)整和改變；而有些情況下，要求作業(yè)車輛的輪距經(jīng)常調(diào)整改變以滿足作業(yè)要求，例如用于農(nóng)作物除草、施肥以及噴藥等田間管理機(jī)械化作業(yè)的車輛，要求其車輛底盤沿農(nóng)作物行距行走并隨農(nóng)作物行距的變化而改變輪距，對于上述變輪距車輛，輪距的改變使得轉(zhuǎn)向參數(shù)間的關(guān)系發(fā)生變化，因此要求轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的參數(shù)及轉(zhuǎn)向特性隨之改變，以保證時刻滿足阿克曼轉(zhuǎn)向原理。
[0003]目前，車輛的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)主要有機(jī)械式、液壓式、電子液壓式和電子控制式，相比其他類型的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，機(jī)械式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)具有造價低、效率高、路感好和可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，所以國內(nèi)的普通車輛、農(nóng)用車輛等一般都采用基于阿克曼梯形轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的機(jī)械式轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)。由于阿克曼梯形轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)各連桿的長度是固定不變的，其轉(zhuǎn)向特性也是不可改變的，因此，目前國內(nèi)的機(jī)械式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)一般不能滿足變輪距車輛的轉(zhuǎn)向要求。對于變輪距車輛的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，目前國內(nèi)外研究及應(yīng)用多集中于車輪獨(dú)立轉(zhuǎn)向，采用伺服控制、液壓驅(qū)動轉(zhuǎn)向車輪滿足阿克曼轉(zhuǎn)向條件，或者直接采用伺服電機(jī)控制車輪偏轉(zhuǎn)以滿足阿克曼轉(zhuǎn)向條件。
[0004]因此，需要一種轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，在滿足變輪距車輛的轉(zhuǎn)向要求的基礎(chǔ)上，采用基于阿克曼梯形轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)向方法的機(jī)械式轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于克服上述的不足，提供一種變輪距車輛的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)及轉(zhuǎn)向方法，利用交叉車橋的布置特點(diǎn)，將阿克曼梯形轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)設(shè)計為一個獨(dú)立的轉(zhuǎn)向單元，單獨(dú)設(shè)置在一個車橋上，通過一系列連桿機(jī)構(gòu)，實現(xiàn)車輛的轉(zhuǎn)向，通過改變上述轉(zhuǎn)向單元的結(jié)構(gòu)參數(shù)改變其轉(zhuǎn)向特性，來滿足所有輪距條件下的轉(zhuǎn)向要求。
[0006]實現(xiàn)上述目的的技術(shù)措施:包括驅(qū)動橋和交叉驅(qū)動橋，以及用于安裝驅(qū)動橋和交叉驅(qū)動橋的車輛主車架；所述轉(zhuǎn)向系統(tǒng)還包括轉(zhuǎn)向單元及轉(zhuǎn)向連桿機(jī)構(gòu)；所述驅(qū)動橋和交叉驅(qū)動橋于各自中點(diǎn)位置相互鉸接形成OC點(diǎn)；所述OC點(diǎn)位于車輛主車架上，驅(qū)動橋以及交叉驅(qū)動橋和車輛主車架之間構(gòu)成中心鉸接機(jī)構(gòu)；
[0007]所述中心鉸接機(jī)構(gòu)包括車架主銷軸、轉(zhuǎn)向動力臂主軸和轉(zhuǎn)向器；
[0008]所述驅(qū)動橋和交叉驅(qū)動橋安裝于車架主銷軸上，所述車架主銷軸是一個中空軸，轉(zhuǎn)向動力臂主軸穿過車架主銷軸和轉(zhuǎn)向器連接；
[0009]所述轉(zhuǎn)向單元及轉(zhuǎn)向連桿機(jī)構(gòu)安裝在驅(qū)動橋或交叉驅(qū)動橋上；
[0010]所述轉(zhuǎn)向單元由轉(zhuǎn)入節(jié)臂、轉(zhuǎn)入梯形臂、轉(zhuǎn)向橫拉桿、轉(zhuǎn)出梯形臂和轉(zhuǎn)出節(jié)臂構(gòu)成；
[0011 ] 所述轉(zhuǎn)向連桿機(jī)構(gòu)包括轉(zhuǎn)向動力臂、左側(cè)拉桿、換向搖臂、左側(cè)驅(qū)動桿、右側(cè)拉桿、右側(cè)驅(qū)動桿、后輪穩(wěn)定臂、右側(cè)穩(wěn)定桿、左側(cè)穩(wěn)定桿、穩(wěn)定桿、轉(zhuǎn)向節(jié)臂、轉(zhuǎn)向梯形臂、左后車輪轉(zhuǎn)臂、右后車輪轉(zhuǎn)臂、左前車輪轉(zhuǎn)臂和右前車輪轉(zhuǎn)臂；
[0012]所述轉(zhuǎn)向動力臂一端鉸接于OC點(diǎn)，另一端和固定在車輛主車架上的轉(zhuǎn)向器相連，同時與左側(cè)拉桿和右側(cè)拉桿通過連桿銷軸相鉸接；
[0013]所述交叉驅(qū)動橋上焊接有轉(zhuǎn)臂銷軸，焊接點(diǎn)形成E點(diǎn)；
[0014]所述左側(cè)拉桿另一端與換向搖臂的一端鉸接；換向搖臂的中心銷軸孔穿過轉(zhuǎn)臂銷軸，與交叉驅(qū)動橋形成鉸接結(jié)構(gòu)，另一端鉸接有左側(cè)驅(qū)動桿；左側(cè)驅(qū)動桿另一端與左前車輪轉(zhuǎn)臂相鉸接，左前車輪轉(zhuǎn)臂的中心軸穿過交叉車橋左前端的軸孔，形成鉸接結(jié)構(gòu)，左前車輪轉(zhuǎn)臂下端裝有左前車輪，右前車輪轉(zhuǎn)臂下端裝有右前車輪，左后車輪轉(zhuǎn)臂下端裝有左后車輪，右后車輪轉(zhuǎn)臂下端裝有右后車輪。
[0015]所述右側(cè)拉桿另一端與轉(zhuǎn)向單元中的轉(zhuǎn)入節(jié)臂相鉸接，右側(cè)驅(qū)動桿一端與轉(zhuǎn)向單元中的轉(zhuǎn)出節(jié)臂相鉸接，另一端與右前車輪轉(zhuǎn)臂相鉸接。
[0016]進(jìn)一步的，所述車架主銷軸是一個空心軸，固定在車輛主車架上，轉(zhuǎn)向動力臂的主軸穿過車架主銷軸，另一端和固定在車輛主車架上的轉(zhuǎn)向器相連。
[0017]進(jìn)一步的,所述轉(zhuǎn)向節(jié)臂連接在轉(zhuǎn)入節(jié)臂和轉(zhuǎn)出節(jié)臂之間,轉(zhuǎn)向梯形臂連接在轉(zhuǎn)入梯形臂和轉(zhuǎn)出梯形臂之間，轉(zhuǎn)向橫拉桿連接有伺服電動缸；轉(zhuǎn)向節(jié)臂上靠近轉(zhuǎn)臂銷軸的位置裝有軸齒輪，軸齒輪與轉(zhuǎn)向梯形臂上的大齒輪嚙合；轉(zhuǎn)向節(jié)臂上部固定安裝有渦輪蝸桿步進(jìn)電機(jī)，渦輪蝸桿步進(jìn)電機(jī)通過聯(lián)軸器與軸齒輪連接；伺服電動缸兩端分別與轉(zhuǎn)入梯形臂和轉(zhuǎn)出梯形臂相鉸接。
[0018]進(jìn)一步的，所述轉(zhuǎn)向梯形臂一端包括一個大齒輪，齒輪穿過轉(zhuǎn)臂銷軸，齒輪上焊接一個連桿，整體構(gòu)成一個梯形臂。
[0019]進(jìn)一步的，所述后輪穩(wěn)定臂一端鉸接于OC點(diǎn)，另一端同時與右側(cè)穩(wěn)定桿和左側(cè)穩(wěn)定桿相鉸接；左側(cè)穩(wěn)定桿另一端與左后車輪轉(zhuǎn)臂相鉸接；右側(cè)穩(wěn)定桿另一端與一個換向搖臂一端鉸接，所述換向搖臂的中心點(diǎn)鉸接于驅(qū)動橋上，鉸接點(diǎn)處焊裝有轉(zhuǎn)臂銷軸；所述換向搖臂另一端與穩(wěn)定桿相鉸接；穩(wěn)定桿另一端與右后車輪轉(zhuǎn)臂相鉸接。
[0020]一種變輪距車輛的轉(zhuǎn)向方法，包括如下特征:
[0021](I)駕駛員轉(zhuǎn)動方向盤,方向盤帶動轉(zhuǎn)向器工作，同時帶動轉(zhuǎn)向動力臂轉(zhuǎn)動,從而帶動整個轉(zhuǎn)向系統(tǒng)工作；
[0022](2)當(dāng)車輛底盤輪距改變后，驅(qū)動橋和交叉驅(qū)動橋之間的夾角Θ發(fā)生改變，轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)根據(jù)夾角Θ的值，計算出最優(yōu)的梯形底角Y和轉(zhuǎn)向橫拉桿的長度η值，進(jìn)而得出轉(zhuǎn)入節(jié)臂和轉(zhuǎn)入梯形臂之間的夾角S，以及轉(zhuǎn)出節(jié)臂和轉(zhuǎn)出梯形臂之間的夾角λ，同時通過伺服系統(tǒng)控制兩個渦輪蝸桿步進(jìn)電機(jī)以及伺服電動缸工作，使轉(zhuǎn)向單元達(dá)到預(yù)期的結(jié)構(gòu)參數(shù)，實現(xiàn)符合該輪距條件的轉(zhuǎn)向特性。
[0023]本發(fā)明的有益效果在于:1、利用阿克曼梯形轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)原理實現(xiàn)了變輪距車輛的機(jī)械式轉(zhuǎn)向；2、通過改變轉(zhuǎn)向單元的結(jié)構(gòu)參數(shù)，實現(xiàn)了所有輪距條件下的前輪轉(zhuǎn)向；3、對于單個確定的輪距條件，只需利用伺服控制系統(tǒng)一次改變轉(zhuǎn)向單元的結(jié)構(gòu)參數(shù)，即可滿足該輪距條件下的任何轉(zhuǎn)向要求。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0024]圖1為本發(fā)明的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)機(jī)構(gòu)原理圖；
[0025]圖2為本發(fā)明的轉(zhuǎn)向單元機(jī)構(gòu)原理圖；
[0026]圖3為本發(fā)明的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027]圖4為本發(fā)明的中心鉸接機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實施方式】
[0028]下面結(jié)合附圖對發(fā)明的優(yōu)選實施例進(jìn)行詳細(xì)闡述，以使發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和特征能更易于被本領(lǐng)域技術(shù)人員理解，從而對發(fā)明的保護(hù)范圍做出更為清楚明確的界定。
[0029]本發(fā)明所述變輪距轉(zhuǎn)向系統(tǒng)主要由一個可變參數(shù)的轉(zhuǎn)向單元10和一系列連桿機(jī)構(gòu)組成，轉(zhuǎn)向單元10遵循阿克曼梯形轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)幾何原理，其他一系列連桿機(jī)構(gòu)遵循平行四邊形連桿機(jī)構(gòu)幾何原理。
[0030]如圖1所示為本發(fā)明的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)機(jī)構(gòu)原理圖，驅(qū)動橋I和交叉驅(qū)動橋2與各自中點(diǎn)位置相互鉸接于OC點(diǎn)，OC點(diǎn)位于車輛主車架25上。根據(jù)幾何原理，改變所述兩個驅(qū)動橋之間的夾角Θ，輪距b、軸距I都會改變,即增大夾角Θ，輪距b增大、軸距I減??；反之，減小夾角Θ、輪距b減小、軸距I增大，這樣實現(xiàn)了車輛底盤的變輪距特性。
[0031 ] 如圖1、圖2、圖3和圖4所示，轉(zhuǎn)向動力臂5 —端鉸接于OC點(diǎn)，可以相對于車輛主車架25繞車架主銷軸251自由旋轉(zhuǎn)，車架主銷軸251是一個空心軸，固定在車輛主車架25上，轉(zhuǎn)向動力臂5的主軸501穿過車架主銷軸251，另一端和固定在車輛主車架25上的轉(zhuǎn)向器502相連，汽車方向盤轉(zhuǎn)動帶動轉(zhuǎn)向器502轉(zhuǎn)動，進(jìn)而帶動轉(zhuǎn)向動力臂5轉(zhuǎn)動；轉(zhuǎn)向動力臂5另一端同時與左側(cè)拉桿6和右側(cè)拉桿9通過連桿銷軸24相鉸接。
[0032]左側(cè)拉桿6另一端與換向搖臂7的一端鉸接；交叉驅(qū)動橋2上E點(diǎn)焊裝有轉(zhuǎn)臂銷軸26，換向搖臂7的中心銷軸孔穿過轉(zhuǎn)臂銷軸26，與交叉驅(qū)動橋形成鉸接結(jié)構(gòu)，另一端與左側(cè)驅(qū)動桿8 —端相鉸接；左側(cè)驅(qū)動桿8另一端與左前車輪轉(zhuǎn)臂301相鉸接，左前車輪轉(zhuǎn)臂301的中心軸穿過交叉車橋2左前端的軸孔，與形成鉸接結(jié)構(gòu)，左前車輪轉(zhuǎn)臂301下端裝有左前車輪3，即左前車輪轉(zhuǎn)臂301轉(zhuǎn)動可直接帶動左前車輪3偏轉(zhuǎn)，實現(xiàn)車輪轉(zhuǎn)向，同理，右前車輪轉(zhuǎn)臂401帶動右前車輪4轉(zhuǎn)向，左后車輪轉(zhuǎn)臂161帶動左后車輪16轉(zhuǎn)向，右后車輪轉(zhuǎn)臂171帶動右后車輪17轉(zhuǎn)向。根據(jù)幾何原理，轉(zhuǎn)向動力臂5繞OC點(diǎn)轉(zhuǎn)動時帶動左側(cè)拉桿6平動，經(jīng)換向搖臂7在杠桿原理作用下拉動左側(cè)驅(qū)動桿8平動，從而帶動左前車輪轉(zhuǎn)臂301轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)左前車輪3轉(zhuǎn)向。根據(jù)幾何關(guān)系，設(shè)置各轉(zhuǎn)動力臂長度相等，即可實現(xiàn)轉(zhuǎn)向動力臂5和左前車輪3的同相位、同角度轉(zhuǎn)向，即兩者轉(zhuǎn)角相等，轉(zhuǎn)向相同。
[0033]如圖2所示，右側(cè)拉桿9另一端與轉(zhuǎn)向單元10中的轉(zhuǎn)入節(jié)臂101相鉸接，右側(cè)驅(qū)動桿11 一端與轉(zhuǎn)向單元10中的轉(zhuǎn)出節(jié)臂105相鉸接，另一端與右前車輪轉(zhuǎn)臂401相鉸接。根據(jù)幾何原理，轉(zhuǎn)向動力臂5繞OC點(diǎn)轉(zhuǎn)動時帶動右側(cè)拉桿9平動,從而帶動轉(zhuǎn)向單元10中的轉(zhuǎn)入節(jié)臂101轉(zhuǎn)動，將轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)角以同相位、同角度方式傳入轉(zhuǎn)向單元10,經(jīng)轉(zhuǎn)向單元10根據(jù)阿克曼梯形轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)幾何原理變換角度后，將合適的轉(zhuǎn)角由轉(zhuǎn)向單元10中的轉(zhuǎn)出節(jié)臂105傳出，帶動右側(cè)驅(qū)動桿11平動，從而帶動右前車輪轉(zhuǎn)臂401轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)右前輪4的轉(zhuǎn)向。由于轉(zhuǎn)向單元10的傳入角度和傳出角度是遵循阿克曼轉(zhuǎn)向原理的，所以左前車輪3和右前車輪4的偏轉(zhuǎn)角度是符合車輛轉(zhuǎn)向條件的，繼而完成了車輛的前輪轉(zhuǎn)向。
[0034]根據(jù)車輛轉(zhuǎn)向原理，無論是車輛直行還是前輪轉(zhuǎn)向時，兩個后輪相對車架主體都不會發(fā)生偏轉(zhuǎn)，即后輪的滾動方向始終與車輛的前進(jìn)方向相平行。本例中，前輪轉(zhuǎn)向的情況下也需要保證任何輪距條件下兩個后輪的滾動方向始終與車輛的前進(jìn)方向相平行，即兩個后輪不發(fā)生任何偏轉(zhuǎn)。
[0035]如圖1所示，后輪穩(wěn)定臂12 —端鉸接于OC點(diǎn)，另一端同時與右側(cè)穩(wěn)定桿13和左側(cè)穩(wěn)定桿14相鉸接；左側(cè)穩(wěn)定桿14另一端與左后車輪轉(zhuǎn)臂161相鉸接；右側(cè)穩(wěn)定桿13另一端與一個換向搖臂7 —端鉸接，所述換向搖臂7的中心點(diǎn)鉸接于驅(qū)動橋I上F點(diǎn)，驅(qū)動橋I上F點(diǎn)處焊裝有轉(zhuǎn)臂銷軸；所述換向搖臂7另一端與穩(wěn)定桿15相鉸接；穩(wěn)定桿15另一端與右后車輪轉(zhuǎn)臂171相鉸接。這里控制后輪穩(wěn)定臂12的指向方向，通過機(jī)械限位等方式將其與車輛主車架25固定，即控制其指向方向始終與車輛長度方向垂直，根據(jù)機(jī)械原理可知，兩個后輪的繞其與驅(qū)動橋鉸接點(diǎn)的轉(zhuǎn)動自由度完全由后輪穩(wěn)定臂12限制，即無論輪距怎樣變化，兩個后輪均始終不會發(fā)生偏轉(zhuǎn)，時刻滿足直行和轉(zhuǎn)向要求。
[0036]如圖3所示，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)實施例結(jié)構(gòu)中，后輪穩(wěn)定臂12的實施方法是直接在車輛主車架25上確定的位置焊裝后輪穩(wěn)定器121，所述后輪穩(wěn)定器121頂端焊裝有連桿銷軸，負(fù)責(zé)連接右側(cè)穩(wěn)定桿13和左側(cè)穩(wěn)定桿14。
[0037]轉(zhuǎn)向單元10是本轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的核心部件，它遵循阿克曼梯形轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)幾何原理，可以通過改變其部分結(jié)構(gòu)參數(shù)改變轉(zhuǎn)向特性，以滿足多種情況下的轉(zhuǎn)向要求。
[0038]如圖2所示，轉(zhuǎn)入節(jié)臂101和轉(zhuǎn)入梯形臂102同時鉸接于驅(qū)動橋I上的C點(diǎn)，轉(zhuǎn)出梯形臂104和轉(zhuǎn)出節(jié)臂105同時鉸接于驅(qū)動橋I上的D點(diǎn)，驅(qū)動橋I上C點(diǎn)和D點(diǎn)處均焊裝有轉(zhuǎn)臂銷軸，C點(diǎn)與D點(diǎn)之間的直線距離記為k ;轉(zhuǎn)入梯形臂102和轉(zhuǎn)出梯形臂104的長度相等，記為m;本設(shè)計中，為最大程度上簡化結(jié)構(gòu)，k和m設(shè)置為經(jīng)過優(yōu)化的常數(shù)值；轉(zhuǎn)向橫拉桿103兩端分別與轉(zhuǎn)入梯形臂102和轉(zhuǎn)出梯形臂104的空余端鉸接,本設(shè)計中，轉(zhuǎn)向橫拉桿103是一個長度可變的元件，可以是液壓缸、電動缸等可變長度的機(jī)械元件，它的特點(diǎn)是長度η可通過伺服系統(tǒng)控制，同時具有自鎖特性和足夠的剛度；轉(zhuǎn)入節(jié)臂101和轉(zhuǎn)入梯形臂102之間的夾角記為δ，轉(zhuǎn)出節(jié)臂105和轉(zhuǎn)出梯形臂104之間的夾角記為λ，這兩個夾角是可變的，即可以通過附加機(jī)械機(jī)構(gòu)，如蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)或齒輪機(jī)構(gòu)，通過伺服系統(tǒng)定量改變上述兩個夾角值，并且在達(dá)到預(yù)期值之后鎖定機(jī)構(gòu)，保證轉(zhuǎn)向過程中夾角值不發(fā)生變化，進(jìn)而保證轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的轉(zhuǎn)向精度。根據(jù)阿克曼梯形轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)幾何原理，梯形臂的長度m和梯形底角Y決定了轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)向特性，因此，對于確定的輪距條件和轉(zhuǎn)向方式(前輪轉(zhuǎn)向或四輪轉(zhuǎn)向)，梯形臂的長度m和梯形底角Y的最優(yōu)值是確定的。根據(jù)實際情況，本設(shè)計中轉(zhuǎn)向單元的梯形臂的長度是確定不變的，也就是m值是經(jīng)過優(yōu)化計算的確定值，轉(zhuǎn)向單元10的轉(zhuǎn)向特性由梯形底角Y和轉(zhuǎn)向橫拉桿103的長度η控制，即改變轉(zhuǎn)向橫拉桿103的長度η，梯形底角Y隨之改變，使得轉(zhuǎn)向單元10的轉(zhuǎn)向特性發(fā)生改變，以適應(yīng)轉(zhuǎn)向要求。根據(jù)行走要求，車輛直行時，各車輪應(yīng)該是相對車輛主車架25不發(fā)生偏轉(zhuǎn)的，即車輪始終朝向前進(jìn)方向，根據(jù)幾何關(guān)系，這里設(shè)置如下角度關(guān)系:S =3π/2-θ/2-γ, λ = π/2-Θ/2+y ；可以看出，轉(zhuǎn)入節(jié)臂101和轉(zhuǎn)入梯形臂102之間的夾角δ，以及轉(zhuǎn)出節(jié)臂104和轉(zhuǎn)出梯形臂105之間的夾角λ，均由驅(qū)動橋之間的夾角Θ和梯形底角Υ控制，而確定的輪距條件和轉(zhuǎn)向方式下，Θ和γ的數(shù)值也是確定的，因此，輪距b和轉(zhuǎn)向方式?jīng)Q定了整個轉(zhuǎn)向單元的系統(tǒng)參數(shù)。
[0039]如圖3所示的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)實施例結(jié)構(gòu)中，轉(zhuǎn)入節(jié)臂101和轉(zhuǎn)出節(jié)臂105由轉(zhuǎn)向節(jié)臂18實現(xiàn)，轉(zhuǎn)入梯形臂102和轉(zhuǎn)出梯形臂104由轉(zhuǎn)向梯形臂19實現(xiàn)，轉(zhuǎn)向橫拉桿103由伺服電動缸20實現(xiàn)；轉(zhuǎn)向梯形臂19 一端是一個犬齒輪，齒輪穿過轉(zhuǎn)臂銷軸，齒輪上焊接一個連桿，整體構(gòu)成一個梯形臂；轉(zhuǎn)向節(jié)臂18上靠近轉(zhuǎn)臂銷軸的位置裝有軸齒輪23，軸齒輪23與轉(zhuǎn)向梯形臂19上的犬齒輪嚙合，齒輪軸23的轉(zhuǎn)動帶動轉(zhuǎn)向梯形臂19轉(zhuǎn)動，從而改變了轉(zhuǎn)向節(jié)臂18和轉(zhuǎn)向梯形臂19之間夾角的大??；轉(zhuǎn)向節(jié)臂上部固定安裝有渦輪蝸桿步進(jìn)電機(jī)21，渦輪蝸桿步進(jìn)電機(jī)21通過聯(lián)軸器22與軸齒輪23聯(lián)接，帶動軸齒輪23轉(zhuǎn)動；伺服電動缸20兩端分別與轉(zhuǎn)入梯形臂和轉(zhuǎn)出梯形臂相鉸接，利用伺服程序可以控制伺服電動缸的伸縮，從而改變其長度值。
[0040]變輪距車輛的轉(zhuǎn)向方法:當(dāng)車輛底盤輪距改變后，兩個驅(qū)動橋之間的夾角Θ發(fā)生改變，對于確定的輪距條件，這個夾角Θ的數(shù)值是確定的，轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)根據(jù)這個夾角Θ值，計算出最優(yōu)的梯形底角Y和轉(zhuǎn)向橫拉桿103的長度η值，進(jìn)而得出轉(zhuǎn)入節(jié)臂101和轉(zhuǎn)入梯形臂102之間的夾角δ，以及轉(zhuǎn)出節(jié)臂104和轉(zhuǎn)出梯形臂105之間的夾角λ，通過伺服系統(tǒng)控制兩個渦輪蝸桿步進(jìn)電機(jī)21以及伺服電動缸20工作，使轉(zhuǎn)向單元10達(dá)到預(yù)期的結(jié)構(gòu)參數(shù)，實現(xiàn)符合該輪距條件的轉(zhuǎn)向特性；因為渦輪蝸桿步進(jìn)電機(jī)和伺服電動缸均具有良好的自鎖特性，因此在輪距不變的情況下，轉(zhuǎn)向單元10的結(jié)構(gòu)參數(shù)幾乎是不發(fā)生變化的，且維持這些結(jié)構(gòu)參數(shù)是不需要控制系統(tǒng)干預(yù)的，從而保證了轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的轉(zhuǎn)向精度和可靠性。當(dāng)車輛需要轉(zhuǎn)向時，駕駛員轉(zhuǎn)動方向盤，方向盤帶動轉(zhuǎn)向器502工作，帶動轉(zhuǎn)向動力臂5轉(zhuǎn)動，從而帶動整個轉(zhuǎn)向系統(tǒng)工作，完成車輛轉(zhuǎn)向。
[0041]以上實施例，只是發(fā)明較優(yōu)選的【具體實施方式】之一，本領(lǐng)域的技術(shù)人員在發(fā)明的方案范圍內(nèi)的通常變化和替換都應(yīng)包含在發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種變輪距車輛的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，包括驅(qū)動橋和交叉驅(qū)動橋，以及用于安裝驅(qū)動橋和交叉驅(qū)動橋的車輛主車架，所述轉(zhuǎn)向系統(tǒng)還包括轉(zhuǎn)向單元及轉(zhuǎn)向連桿機(jī)構(gòu)；其特征在于:所述驅(qū)動橋和交叉驅(qū)動橋于各自中點(diǎn)位置相互鉸接形成OC點(diǎn)；所述OC點(diǎn)位于車輛主車架上，驅(qū)動橋以及交叉驅(qū)動橋和車輛主車架之間構(gòu)成中心鉸接機(jī)構(gòu)； 所述中心鉸接機(jī)構(gòu)包括車架主銷軸、轉(zhuǎn)向動力臂主軸和轉(zhuǎn)向器； 所述驅(qū)動橋和交叉驅(qū)動橋安裝于車架主銷軸上，所述車架主銷軸是一個中空軸，轉(zhuǎn)向動力臂主軸穿過車架主銷軸和轉(zhuǎn)向器連接； 所述轉(zhuǎn)向單元及轉(zhuǎn)向連桿機(jī)構(gòu)安裝在驅(qū)動橋或交叉驅(qū)動橋上； 所述轉(zhuǎn)向單元由轉(zhuǎn)入節(jié)臂、轉(zhuǎn)入梯形臂、轉(zhuǎn)向橫拉桿、轉(zhuǎn)出梯形臂和轉(zhuǎn)出節(jié)臂構(gòu)成； 所述轉(zhuǎn)向連桿機(jī)構(gòu)包括轉(zhuǎn)向動力臂、左側(cè)拉桿、換向搖臂、左側(cè)驅(qū)動桿、右側(cè)拉桿、右側(cè)驅(qū)動桿、后輪穩(wěn)定臂、右側(cè)穩(wěn)定桿、左側(cè)穩(wěn)定桿、穩(wěn)定桿、轉(zhuǎn)向節(jié)臂、轉(zhuǎn)向梯形臂、左后車輪轉(zhuǎn)臂、右后車輪轉(zhuǎn)臂、左前車輪轉(zhuǎn)臂和右前車輪轉(zhuǎn)臂； 所述轉(zhuǎn)向動力臂一端鉸接于OC點(diǎn)，另一端和固定在車輛主車架上的轉(zhuǎn)向器相連，同時與左側(cè)拉桿和右側(cè)拉桿通過連桿銷軸相鉸接； 所述交叉驅(qū)動橋上焊接有轉(zhuǎn)臂銷軸，焊接點(diǎn)形成E點(diǎn)； 所述左側(cè)拉桿另一端與換向搖臂的一端鉸接；換向搖臂的中心銷軸孔穿過轉(zhuǎn)臂銷軸，與交叉驅(qū)動橋形成鉸接結(jié)構(gòu)，另一端鉸接有左側(cè)驅(qū)動桿；左側(cè)驅(qū)動桿另一端與左前車輪轉(zhuǎn)臂相鉸接，左前車輪轉(zhuǎn)臂的中心軸穿過交叉車橋左前端的軸孔，形成鉸接結(jié)構(gòu)，左前車輪轉(zhuǎn)臂下端裝有左前車輪，右前車輪轉(zhuǎn)臂下端裝有右前車輪，左后車輪轉(zhuǎn)臂下端裝有左后車輪，右后車輪轉(zhuǎn)臂下端裝有右后車輪。 所述右側(cè)拉桿另一端與轉(zhuǎn)向單元中的轉(zhuǎn)入節(jié)臂相鉸接，右側(cè)驅(qū)動桿一端與轉(zhuǎn)向單元中的轉(zhuǎn)出節(jié)臂相鉸接，另一端與右前車輪轉(zhuǎn)臂相鉸接。
2.如權(quán)利要求1所述的一種變輪距車輛的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，其特征在于:所述車架主銷軸是一個空心軸，固定在車輛主車架上，轉(zhuǎn)向動力臂的主軸穿過車架主銷軸，另一端和固定在車輛主車架上的轉(zhuǎn)向器相連。
3.如權(quán)利要求1所述的一種變輪距車輛的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，其特征在于:所述轉(zhuǎn)向節(jié)臂連接在轉(zhuǎn)入節(jié)臂和轉(zhuǎn)出節(jié)臂之間，轉(zhuǎn)向梯形臂連接在轉(zhuǎn)入梯形臂和轉(zhuǎn)出梯形臂之間，轉(zhuǎn)向橫拉桿連接有伺服電動缸；轉(zhuǎn)向節(jié)臂上靠近轉(zhuǎn)臂銷軸的位置裝有軸齒輪，軸齒輪與轉(zhuǎn)向梯形臂上的大齒輪嚙合；轉(zhuǎn)向節(jié)臂上部固定安裝有渦輪蝸桿步進(jìn)電機(jī)，渦輪蝸桿步進(jìn)電機(jī)通過聯(lián)軸器與軸齒輪連接；伺服電動缸兩端分別與轉(zhuǎn)入梯形臂和轉(zhuǎn)出梯形臂相鉸接。
4.如權(quán)利要求1所述的一種變輪距車輛的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，其特征在于:所述轉(zhuǎn)向梯形臂一端包括一個大齒輪，齒輪穿過轉(zhuǎn)臂銷軸，齒輪上焊接一個連桿，整體構(gòu)成一個梯形臂。
5.如權(quán)利要求1所述的一種變輪距車輛的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，其特征在于:所述后輪穩(wěn)定臂一端絞接于OC點(diǎn)，另一端同時與右側(cè)穩(wěn)定桿和左側(cè)穩(wěn)定桿相絞接；左側(cè)穩(wěn)定桿另一端與左后車輪轉(zhuǎn)臂相鉸接；右側(cè)穩(wěn)定桿另一端與一個換向搖臂一端鉸接，所述換向搖臂的中心點(diǎn)鉸接于驅(qū)動橋上，鉸接點(diǎn)處焊裝有轉(zhuǎn)臂銷軸；所述換向搖臂另一端與穩(wěn)定桿相鉸接；穩(wěn)定桿另一端與右后車輪轉(zhuǎn)臂相鉸接。
6.一種變輪距車輛的轉(zhuǎn)向方法，其特征在于: (I)駕駛員轉(zhuǎn)動方向盤，方向盤帶動轉(zhuǎn)向器工作，同時帶動轉(zhuǎn)向動力臂轉(zhuǎn)動，從而帶動整個轉(zhuǎn)向系統(tǒng)工作； (2)當(dāng)車輛底盤輪距改變后，驅(qū)動橋和交叉驅(qū)動橋之間的夾角Θ發(fā)生改變，轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)根據(jù)夾角Θ的值，計算出最優(yōu)的梯形底角Y和轉(zhuǎn)向橫拉桿的長度η值，進(jìn)而得出轉(zhuǎn)入節(jié)臂和轉(zhuǎn)入梯形臂之間的夾角S，以及轉(zhuǎn)出節(jié)臂和轉(zhuǎn)出梯形臂之間的夾角λ，同時通過伺服系統(tǒng)控制兩個渦輪蝸桿步進(jìn)電機(jī)以及伺服電動缸工作，使轉(zhuǎn)向單元達(dá)到預(yù)期的結(jié)構(gòu)參數(shù)，實現(xiàn)符合該輪距條件的轉(zhuǎn)向特性。
【文檔編號】B62D7/18GK104149851SQ201410414442
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2014年8月22日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月22日
【發(fā)明者】孟廣耀, 黃居鑫, 孟昭渝溪, 陳曉維, 王龍, 李雪萊, 韓國旭, 李華廷 申請人:青島理工大學(xué)