本發(fā)明涉及一種汽車轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)，屬于輪式車輛轉(zhuǎn)向系統(tǒng)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

輪式車輛在轉(zhuǎn)向時(shí)，由于內(nèi)側(cè)和外側(cè)車輪轉(zhuǎn)彎半徑不同，導(dǎo)致外側(cè)車輪的旋轉(zhuǎn)角度小于內(nèi)側(cè)車輪且兩者的旋轉(zhuǎn)角度必須滿足一定的關(guān)系才能保證車輪相對(duì)于地面沒有側(cè)滑，滿足關(guān)系為：cotα1＝cotβ1+B/L1，其中α1為轉(zhuǎn)向側(cè)的外側(cè)車輪旋轉(zhuǎn)的角度，β1為轉(zhuǎn)向側(cè)的內(nèi)側(cè)車輪旋轉(zhuǎn)的角度，B為內(nèi)外側(cè)車輪之間間距，L1為內(nèi)側(cè)車輪垂直線與外側(cè)車輪垂直線的交點(diǎn)，距離兩車輪中心連線的縱向距離，縱向方向?yàn)榇怪眱绍囕喼行倪B線的方向；對(duì)于雙前軸汽車，還需滿足L1×cotα1＝L2×cotα2，以向左轉(zhuǎn)為例，α2為二軸外側(cè)車輪旋轉(zhuǎn)的角度，L2為二軸內(nèi)側(cè)車輪垂直線與外側(cè)車輪垂直線的交點(diǎn)，距離第二軸的兩車輪中心連線的縱向距離，式中各參數(shù)見圖1所示。

輪式車輛一般采用梯形轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)，但目前為止，沒有任何一種梯形結(jié)構(gòu)能夠保證兩側(cè)車輪沒有側(cè)滑，只能在一定角度范圍內(nèi)近似滿足該關(guān)系，這樣汽車轉(zhuǎn)向時(shí)，轉(zhuǎn)向車輪不可避免的會(huì)與地面產(chǎn)生滑動(dòng)摩擦，減少了輪胎使用壽命，且影響操縱穩(wěn)定性。

本發(fā)明所使用的滑道凸輪有效地解決了這一難題，能使內(nèi)外車輪嚴(yán)格滿足這種關(guān)系。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種滑道凸輪式汽車轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)及其設(shè)計(jì)方法、雙前軸汽車，其可以使汽車轉(zhuǎn)向時(shí)最大限度減少側(cè)滑，提高輪胎使用壽命，保持轉(zhuǎn)向時(shí)車輛的穩(wěn)定。

本發(fā)明的內(nèi)容：滑道凸輪式汽車轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)包括轉(zhuǎn)向臂、轉(zhuǎn)向橫拉桿、轉(zhuǎn)向連桿、轉(zhuǎn)向控制桿和滑道凸輪。對(duì)于雙前軸汽車，還包括縱向主動(dòng)桿、縱向被動(dòng)桿、二軸滑道凸輪和縱向滑道凸輪，如圖2所示。

轉(zhuǎn)向臂和轉(zhuǎn)向連桿通過球頭連接；轉(zhuǎn)向連桿和轉(zhuǎn)向橫拉桿通過銷軸連接，兩者 再與轉(zhuǎn)向控制桿通過球頭連接；轉(zhuǎn)向控制桿通過鉸鏈固定在車軸上方；轉(zhuǎn)向控制桿另一端直接與轉(zhuǎn)向機(jī)相連，其中連接右側(cè)轉(zhuǎn)向連桿和轉(zhuǎn)向橫拉桿的銷軸與滑道凸輪的滑道配合；滑道凸輪與車軸固定連接(對(duì)于雙前軸汽車，還要轉(zhuǎn)向控制桿與縱向主動(dòng)桿、縱向主動(dòng)桿與縱向被動(dòng)桿、縱向被動(dòng)桿與二軸轉(zhuǎn)向控制桿通過球頭連接，其中連接縱向主動(dòng)桿與縱向被動(dòng)桿的帶球頭銷軸與縱向滑道凸輪的滑道配合，縱向滑道凸輪與車架固定連接)。當(dāng)汽車直線行走時(shí)，球頭桿與滑道凸輪沒有相對(duì)滑動(dòng)，球頭桿停留在滑道的中間位置；當(dāng)汽車轉(zhuǎn)向時(shí)，球頭桿在滑道中滑動(dòng)，以保證左右車輪嚴(yán)格的旋轉(zhuǎn)角度。

本發(fā)明的技術(shù)方案為：

一種滑道凸輪式汽車轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)，以汽車軸線為中線，第一、第二車輪分布在中線兩側(cè)，其特征在于，轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)包括第一轉(zhuǎn)向臂1、第二轉(zhuǎn)向臂21、轉(zhuǎn)向橫拉桿2、第一轉(zhuǎn)向連桿3、第二轉(zhuǎn)向連桿23、轉(zhuǎn)向控制裝置4、突出部11和滑道凸輪5，具體地：

第一、第二轉(zhuǎn)向臂的一端分別連接第一、第二車輪，第一、第二轉(zhuǎn)向臂的另一端分別相對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)動(dòng)連接第一、第二轉(zhuǎn)向連桿的一端；

第一、第二轉(zhuǎn)向連桿之間通過轉(zhuǎn)向橫拉桿實(shí)現(xiàn)連接，第一轉(zhuǎn)向連桿與轉(zhuǎn)向橫拉桿之間為轉(zhuǎn)動(dòng)連接，第二轉(zhuǎn)向連桿與轉(zhuǎn)向橫拉桿之間為轉(zhuǎn)動(dòng)連接，該第二轉(zhuǎn)向連桿與轉(zhuǎn)向橫拉桿的轉(zhuǎn)動(dòng)連接處連接突出部，突出部的另一端與滑道凸輪的滑道間隙配合，突出部的另一端沿滑道凸輪的滑道滑動(dòng)；

第一轉(zhuǎn)向連桿與轉(zhuǎn)向橫拉桿的連接處再連接有轉(zhuǎn)向控制裝置，轉(zhuǎn)向控制裝置連接轉(zhuǎn)向機(jī)，傳遞車輛轉(zhuǎn)向動(dòng)作，轉(zhuǎn)向控制裝置帶動(dòng)第一轉(zhuǎn)向連桿、轉(zhuǎn)向橫拉桿產(chǎn)生位移；

滑道凸輪固定于車軸或車架或車體上。

進(jìn)一步地，所述的轉(zhuǎn)向控制裝置為轉(zhuǎn)向控制桿，轉(zhuǎn)向控制桿通過鉸鏈固定在車軸上方，轉(zhuǎn)向控制桿與轉(zhuǎn)向機(jī)相連；所述的突出部為銷軸，第二轉(zhuǎn)向連桿與轉(zhuǎn)向橫拉桿之間為銷軸連接，銷軸一端與滑道凸輪的滑道間隙配合，銷軸沿滑道凸輪的滑道滑動(dòng)。

進(jìn)一步地，所述的第一、第二轉(zhuǎn)向臂分別相對(duì)應(yīng)與第一、第二轉(zhuǎn)向連桿為球頭連接。

進(jìn)一步地，所述的第一轉(zhuǎn)向連桿與轉(zhuǎn)向橫拉桿之間為銷軸連接，所述的轉(zhuǎn)向控 制桿與第一轉(zhuǎn)向連桿、轉(zhuǎn)向橫拉桿采用球頭連接。

進(jìn)一步地，所述的滑道凸輪的滑道形狀采用實(shí)驗(yàn)方法獲得，該滑道形狀滿足關(guān)系：cotα1＝cotβ1+B/L1，其中α1為轉(zhuǎn)向側(cè)的外側(cè)車輪旋轉(zhuǎn)的角度，β1為轉(zhuǎn)向側(cè)的內(nèi)側(cè)車輪旋轉(zhuǎn)的角度，B為內(nèi)外側(cè)車輪之間間距，L1為內(nèi)側(cè)車輪垂直線與外側(cè)車輪垂直線的交點(diǎn)距離兩車輪中心的縱向距離，縱向距離方向?yàn)榇怪眱绍囕喼行倪B線的方向。

一種雙前軸汽車，包括一軸、二軸、第一車輪、第二車輪、第三車輪、第四車輪，其特征在于，一軸、二軸均采用上述的一種滑道凸輪式汽車轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)，定義二軸的滑動(dòng)凸輪為二軸滑動(dòng)凸輪10，其中，一軸與二軸之間設(shè)有連桿聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)，連桿聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)置包括：一軸的轉(zhuǎn)向控制裝置連接縱向主動(dòng)桿，二軸的轉(zhuǎn)向控制裝置連接縱向被動(dòng)桿，縱向主動(dòng)桿與縱向被動(dòng)桿連接且連接處連接縱向銷軸，該縱向銷軸與縱向滑道凸輪上的滑道為間隙配合，一軸和二軸的車輪旋轉(zhuǎn)角度關(guān)系是由縱向滑道凸輪8限制銷軸211的運(yùn)動(dòng)路線實(shí)現(xiàn)，縱向滑道凸輪固定于車軸或車架或車體上。

進(jìn)一步地，所述的轉(zhuǎn)向控制裝置為轉(zhuǎn)向控制桿，轉(zhuǎn)向控制桿與縱向主動(dòng)桿、縱向主動(dòng)桿與縱向被動(dòng)桿、縱向被動(dòng)桿與二軸轉(zhuǎn)向控制桿均通過球頭連接，其中連接縱向主動(dòng)桿與縱向被動(dòng)桿的縱向銷軸帶有球頭，該球頭與縱向滑道凸輪的滑道配合。

進(jìn)一步地，所述的一軸、二軸滑道凸輪以及縱向滑道凸輪的滑道形狀采用實(shí)驗(yàn)方法獲得，一軸的滑道凸輪的滑道形狀滿足關(guān)系：cotα1＝cotβ1+B/L1，二軸滑道凸輪的滑道形狀滿足關(guān)系：cotα2＝cotβ2+B/L2，所述的縱向滑道凸輪8水平放置或豎直放置，縱向滑道凸輪的滑道形狀滿足L1×cotα1＝L2×cotα2，其中α1為轉(zhuǎn)向側(cè)的一軸外側(cè)車輪旋轉(zhuǎn)的角度，β1為轉(zhuǎn)向側(cè)的一軸內(nèi)側(cè)車輪旋轉(zhuǎn)的角度；α2為轉(zhuǎn)向側(cè)的外側(cè)車輪旋轉(zhuǎn)的角度；β2為轉(zhuǎn)向側(cè)的內(nèi)側(cè)車輪旋轉(zhuǎn)的角度；B為內(nèi)外側(cè)車輪之間間距；L1為內(nèi)側(cè)車輪垂直線與外側(cè)車輪垂直線的交點(diǎn)距離兩車輪中心的縱向距離，縱向距離方向?yàn)榇怪眱绍囕喼行倪B線的方向；L2為二軸內(nèi)側(cè)車輪垂直線與外側(cè)車輪垂直線的交點(diǎn)距離二軸兩車輪中心的縱向距離，縱向距離方向?yàn)榇怪眱绍囕喼行倪B線的方向。

一種滑道凸輪式汽車轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的滑道設(shè)計(jì)方法，其特征在于，左右兩側(cè)車輪之間采用連桿機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)連接實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向一致，連桿機(jī)構(gòu)設(shè)有突出部與固定的滑動(dòng)凸輪上的滑道進(jìn)行間隙配合，具體步驟包括：

第一步，初始設(shè)定連桿機(jī)構(gòu)中各連桿的尺寸，根據(jù)角度關(guān)系式：cotα1＝cotβ1+B/L1確定內(nèi)外側(cè)車輪在某一角度的相對(duì)位置，α1為轉(zhuǎn)向側(cè)的一軸外側(cè)車輪旋轉(zhuǎn)的角度，β1為轉(zhuǎn)向側(cè)的一軸內(nèi)側(cè)車輪旋轉(zhuǎn)的角度；α2為轉(zhuǎn)向側(cè)的外側(cè)車輪旋轉(zhuǎn)的角度；β2為轉(zhuǎn)向側(cè)的內(nèi)側(cè)車輪旋轉(zhuǎn)的角度；B為內(nèi)外側(cè)車輪之間間距；L1為內(nèi)側(cè)車輪垂直線與外側(cè)車輪垂直線的交點(diǎn)距離兩車輪中心的縱向距離，縱向距離方向?yàn)榇怪眱绍囕喼行倪B線的方向，所述的連桿機(jī)構(gòu)的突出部在滑動(dòng)凸輪上的位置也就確定了；

第二步，增加車輪的旋轉(zhuǎn)角度某一間隔值，新的車輪相對(duì)位置確定，連桿機(jī)構(gòu)的突出部在滑動(dòng)凸輪上的新的位置也就確定；

第三步，循環(huán)第一步、第二步，得到與車輪不同位置相對(duì)應(yīng)的一系列位置點(diǎn)，把這些點(diǎn)連起來，就得到了滑道凸輪的形狀曲線。

進(jìn)一步地，對(duì)于雙前軸車輛，一軸、二軸的同側(cè)車輪之間采用連桿聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行同步，所述的連桿聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)有突出部，該突出部與縱向滑道凸輪的滑道為間隙配合，具體步驟包括：

第一步，初始設(shè)定連桿聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)的尺寸，根據(jù)縱向滑道凸輪的滑道形狀需滿足的角度關(guān)系式確定內(nèi)外側(cè)車輪在某一角度的相對(duì)位置，該縱向滑道凸輪的滑道形狀滿足關(guān)系：L1×cotα1＝L2×cotα2，其中α1為轉(zhuǎn)向側(cè)的一軸外側(cè)車輪旋轉(zhuǎn)的角度，α2為轉(zhuǎn)向側(cè)的外側(cè)車輪旋轉(zhuǎn)的角度；B為內(nèi)外側(cè)車輪之間間距；L1為內(nèi)側(cè)車輪垂直線與外側(cè)車輪垂直線的交點(diǎn)距離兩車輪中心的縱向距離，縱向距離方向?yàn)榇怪眱绍囕喼行倪B線的方向；L2為二軸內(nèi)側(cè)車輪垂直線與外側(cè)車輪垂直線的交點(diǎn)距離二軸兩車輪中心的縱向距離，縱向距離方向?yàn)榇怪眱绍囕喼行倪B線的方向；連桿聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)的突出部在縱向滑道凸輪上的位置也就確定了；

第二步，增加車輪的旋轉(zhuǎn)角度某一間隔值，新的車輪相對(duì)位置確定，連桿聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)的突出部在縱向滑道凸輪上的新的位置也就確定；

第三步，循環(huán)第一步、第二步，得到與車輪不同位置相對(duì)應(yīng)的一系列位置點(diǎn)，把這些點(diǎn)連起來，就得到了縱向滑道凸輪的形狀曲線。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的雙前軸汽車轉(zhuǎn)向時(shí)四個(gè)車輪的旋轉(zhuǎn)角度關(guān)系圖；

圖2為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中汽車直線行駛時(shí)四個(gè)車輪及各個(gè)部件的位置圖；

圖3為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中汽車左轉(zhuǎn)時(shí)車輪達(dá)到最大旋轉(zhuǎn)角度的示意圖；

圖4為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中汽車右轉(zhuǎn)時(shí)車輪達(dá)到最大旋轉(zhuǎn)角度的示意圖；

圖5為本發(fā)明的一軸滑道凸輪的一個(gè)實(shí)施例的滑道形狀圖；

圖6為本發(fā)明的縱向滑道凸輪的一個(gè)實(shí)施例的滑道形狀圖；

圖7為本發(fā)明的二軸滑道凸輪的一個(gè)實(shí)施例的滑道形狀圖；

圖8為本發(fā)明的一軸滑道凸輪的一個(gè)實(shí)施例的剖面圖。

具體實(shí)施方式

如圖1至7所示，以雙前軸汽車為例，本發(fā)明的滑道凸輪式汽車轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)包括第一轉(zhuǎn)向臂1、第二轉(zhuǎn)向臂21、轉(zhuǎn)向橫拉桿2、第一轉(zhuǎn)向連桿3、第二轉(zhuǎn)向連桿23、轉(zhuǎn)向控制裝置4、銷軸11和滑道凸輪5，對(duì)于雙前軸汽車，還包括縱向主動(dòng)桿6、縱向被動(dòng)桿7、二軸滑道凸輪10、二軸轉(zhuǎn)向控制桿9和縱向滑道凸輪8、縱向銷軸211。本實(shí)施例中，轉(zhuǎn)向控制裝置采用轉(zhuǎn)向控制桿。

第一轉(zhuǎn)向臂1和第一轉(zhuǎn)向連桿3通過球頭連接；第二轉(zhuǎn)向臂21和第二轉(zhuǎn)向連桿23通過球頭連接；轉(zhuǎn)向連桿3、23和轉(zhuǎn)向橫拉桿2通過銷軸11連接，兩者再與轉(zhuǎn)向控制桿4通過球頭連接；轉(zhuǎn)向控制桿4的拐角處通孔通過鉸鏈固定在車軸上方；轉(zhuǎn)向控制桿4另一端直接與轉(zhuǎn)向機(jī)相連，其中第二轉(zhuǎn)向連桿3和轉(zhuǎn)向橫拉桿2的銷軸11與滑道凸輪5的滑道配合；滑道凸輪5與車軸按計(jì)算的嚴(yán)格位置固定連接，對(duì)于獨(dú)立懸架汽車，可以固定在車架上。

對(duì)于雙前軸汽車，還要轉(zhuǎn)向控制桿4與縱向主動(dòng)桿6、縱向主動(dòng)桿6與縱向被動(dòng)桿7、縱向被動(dòng)桿7與二軸轉(zhuǎn)向控制桿9分別通過球頭連接，其中連接縱向主動(dòng)桿6與縱向被動(dòng)桿7的帶球頭銷軸211與縱向滑道凸輪8的滑道配合，縱向滑道凸輪8與車架固定連接。

在另外的實(shí)施例中，轉(zhuǎn)向控制裝置還可以采用塊狀件、液壓裝置等轉(zhuǎn)向控制類裝置。

如圖8所示，其中銷軸11與滑道配合，銷軸一端連接有螺母12，銷軸11與滑道凸輪5是間隙配合，以便于銷軸11順利滑動(dòng)。

一軸、二軸滑道凸輪以及縱向滑道凸輪的滑道形狀采用實(shí)驗(yàn)方法獲得，一軸的 滑道凸輪的滑道形狀滿足關(guān)系：cotα1＝cotβ1+B/L1，二軸滑道凸輪的滑道形狀滿足關(guān)系：cotα2＝cotβ2+B/L2，所述的縱向滑道凸輪8水平放置或豎直放置，縱向滑道凸輪的滑道形狀滿足L1*cotα1＝L2*cotα2，其中α1為轉(zhuǎn)向側(cè)的一軸外側(cè)車輪旋轉(zhuǎn)的角度，β1為轉(zhuǎn)向側(cè)的一軸內(nèi)側(cè)車輪旋轉(zhuǎn)的角度；α2為轉(zhuǎn)向側(cè)的外側(cè)車輪旋轉(zhuǎn)的角度；β2為轉(zhuǎn)向側(cè)的內(nèi)側(cè)車輪旋轉(zhuǎn)的角度；B為內(nèi)外側(cè)車輪之間間距；L1為內(nèi)側(cè)車輪垂直線與外側(cè)車輪垂直線的交點(diǎn)距離兩車輪中心的縱向距離，縱向距離方向?yàn)榇怪眱绍囕喼行倪B線的方向；L2為二軸內(nèi)側(cè)車輪垂直線與外側(cè)車輪垂直線的交點(diǎn)距離二軸兩車輪中心的縱向距離，縱向距離方向?yàn)榇怪眱绍囕喼行倪B線的方向。

滑道凸輪5和二軸滑道凸輪10上的滑道的形狀是通過內(nèi)外側(cè)車輪的角度關(guān)系精確描畫的。描畫時(shí)，首先根據(jù)角度關(guān)系式確定內(nèi)外側(cè)車輪在某一角度的相對(duì)位置，連接轉(zhuǎn)向橫拉桿2和轉(zhuǎn)向連桿3、23的銷軸11的位置也就確定了，銷軸11的中心點(diǎn)就是滑道曲線上的一個(gè)點(diǎn)；增加車輪的旋轉(zhuǎn)角度某一間隔值，新的車輪相對(duì)位置確定，銷軸11中心點(diǎn)新的位置也就確定，又得到滑道曲線上一個(gè)點(diǎn)。一直這樣做下去，就會(huì)出現(xiàn)與車輪不同位置相對(duì)應(yīng)的一系列點(diǎn)，把這些點(diǎn)連起來，就得到了滑道凸輪的形狀曲線。同理，根據(jù)同一側(cè)車輪的角度關(guān)系可以得到縱向滑道凸輪8的滑道形狀曲線。

當(dāng)汽車左轉(zhuǎn)向時(shí)，在轉(zhuǎn)向控制桿4的作用下，銷軸11沿著滑道凸輪的軌跡向右前方移動(dòng)，從而帶動(dòng)一軸左右車輪轉(zhuǎn)動(dòng)，與此同時(shí)，連接縱向主動(dòng)桿6和縱向被動(dòng)桿7的銷軸11沿著縱向滑道凸輪的軌跡向下移動(dòng)，帶動(dòng)二軸轉(zhuǎn)向控制桿9逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)。二軸轉(zhuǎn)向控制桿9帶動(dòng)二軸轉(zhuǎn)向橫拉桿2及轉(zhuǎn)向連桿3、23右移，同時(shí)銷軸11沿著二軸滑道凸輪軌跡向右前方滑動(dòng)，從而帶動(dòng)二軸左右車輪轉(zhuǎn)動(dòng)。在整個(gè)過程中，內(nèi)外側(cè)車輪(對(duì)于雙前軸汽車還包括二軸車輪)嚴(yán)格按照理想的角度關(guān)系式進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，它們軸線的延長線始終在后橋的軸線上交于一點(diǎn)，見圖1。

當(dāng)汽車右轉(zhuǎn)時(shí)，原理相同，所有部件的運(yùn)動(dòng)方向相反。

在另外的實(shí)施例中，銷軸可以由其他與連桿機(jī)構(gòu)相連的突出件代替，比如滑塊等。

最后應(yīng)當(dāng)說明的是:以上實(shí)施例僅用以說明本案的技術(shù)方案而非對(duì)其限制；盡管參照較佳實(shí)施例對(duì)本案進(jìn)行了詳細(xì)的說明，所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：依然可以對(duì)本案的具體實(shí)施方式進(jìn)行修改或者對(duì)部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而不脫離本案技術(shù)方案的精神，其均應(yīng)涵蓋在本案請(qǐng)求保護(hù)的技術(shù)方案范圍當(dāng)中。