CN100379627C - 车辆转向装置 - Google Patents

Abstract

本发明旨在提供一种构造更为简单化，小巧化，紧凑化的车辆转向装置。在车辆的车体车架上可自由旋转地安装转向轴(12)，并通过转向摇臂(66)在该转向轴(12)的下方安装转向横拉杆和转向节臂，分别在转向节臂上可自由旋转地安装车轮，将转向轴(12)分成多个轴(上轴71，中间轴73，下轴75)，将这些分开来的轴(71、73、75)分别通过万向联轴器(第1万向联轴器72和第2万向联轴器74)连接起来。

Description

车辆转向装置

技术领域

本发明涉及一种车辆转向装置。

背景技术

在现有技术中，作为车辆转向装置公知的是将分成两部分的转向轴通过连杆机构连接(例如，参见专利文献1)。

[专利文献1]专利公开2002-127981公报

通过下图12(a)，(b)对专利文献1的图6(a)，(b)进行说明。并改注标号。

图12(a)，(b)是表示现有车辆转向装置的主要部分的侧视图，在图(a)中，作为转向装置的前轮方向控制装置200，是在前叉管201上可自由旋转地安装转向轴202，在该转向轴202的下部安装连接部件203，通过连杆机构204将转向轴杆206安装在该连接部件203上，并将该转向轴杆206连接在前轮一侧。

连杆机构204，由可上下自由摆动地安装在连接部件203上的上连杆208，和通过万向联轴器211连接在上连杆208上的，同时可上下自由摆动地安装在转向轴杆206上的下连杆213构成，通过转向轴202中心的轴线A1，设置在万向联轴器211的弯曲部的点B1和通过转向轴杆206的中心的轴线C1之间。另外，S1～S3是指各连接部之间的距离。

图(b)是表示图(a)所示的前轮方向控制装置200的作用的模式图，是从(a)中的箭头b向见到的图。

转动手柄，使上连杆208相对于车体中心线CL左右摆动α角度时，下连杆213将相对于车体中心线CL左右摆动β角度，即，当转向轴202的转角为α时，转向轴杆206的转角β将小于转向轴202的转角α。

在上述现有技术中，由于采用多零件构成的连杆机构204和万能联轴器211，以使转向轴杆206的转角相对于转向轴202的转角进行变化，所以造成转向装置200结构复杂，从而要求结构的简化。此外，由于转向轴202和转向轴杆206的各自的中心线A1，C1不一致，将有较大的力矩作用在传递旋转力的连杆机构204上，因此，为提高连杆机构204的刚性，例如，将不得不加大各构成零件的截面积，从而导致形体过大。此外，由于上连杆208向前方突出且左右摆动，有必要在转向装置的周围留有大空间，所以也要求转向装置的小巧化和紧凑化，以更为有效的利用车辆的空间。

发明内容

本发明旨在提供一种结构更为简单化，小型化和紧凑化的车辆转向装置。

为了解决上述问题，如方案1所述发明中的车辆转向装置，该装置在车体车架上可自由旋转地安装转向轴，通过转向摇臂在该转向轴的下方安装转向横拉杆，在该转向横拉杆的顶端安装转向节臂，在该转向节臂上可自由旋转的安装车轮，通过操纵安装在上述转向轴上方的手柄来控制车轮；其特征在于：将上述转向轴分成多个轴，这些分开来的轴分别通过万向联轴器连接起来。

使各万向联轴器的输出端叉形件相对于输入端叉形件倾斜，使从输出端叉形件的轴线方向看去，输入端叉形件的轨迹为椭圆形，例如，当输入端叉形件从椭圆的长半径一侧开始旋转时，输入端叉形件的在椭圆形轨迹上的转角要小于在圆形轨迹上的转角，这样使输入端叉形件的转角与输出端叉形件的转角不同，使转向摇臂的转角小于手柄的转角。

由于采用了由输入端叉形件，输出端叉形件以及连接该输入端叉形件和输出端叉形件的十字轴构成的万向联轴器，使转向轴的结构不再复杂，并且，还可以通过小型万向联轴器传递较大的旋转力。

另外，由于采用万向联轴器不会在转向轴上产生突出部分，因此可以使转向装置更为小巧化，紧凑化，并且不必在转向轴的周围留有大空间，从而可使转向轴周围更为紧凑。

方案2所述的发明是，一种车辆转向装置，其特征在于：在将上述转向轴分成三部分结构的同时，使分别安装在设在中心转向轴两端的叉形件上的轴彼此垂直。

使设在转向轴两端的叉形件上的两个轴垂直，通过两个万向联轴器，使转向摇臂的转角小于手柄的转角。

方案3所述的发明的车辆转向装置，其特征在于：使转向轴的轴线，从侧面看呈弯曲状。

使转向轴的轴线从侧面看弯曲，使各万向联轴器的输出端叉形件相对于输入端叉形件倾斜，从而使输入端叉形件的转角和输出端叉形件的转角不同，使转向摇臂的转角小于手柄的转角。

方案4所述的车辆转向装置，其特征在于：上述车辆是通过操纵手柄使上述转向轴旋转的乘坐型，使上述分成3部分的各轴中的居中的中间轴，以比其他两轴更接近水平的角度倾斜。

通过使分成3部分的各轴中的居中的中间轴以比其他两轴更接近水平的角度倾斜，使其他两根轴以大致接近垂直的角度倾斜且接***行地设置，来减少乘坐型车辆中转向轴的占用空间。

方案5所述的发明的车辆转向装置，其特征在于：通过改变上述轴线的弯曲角度，可以改变转向节臂相对操纵手柄的操作角的摆动角。

例如，加大轴线的弯曲角度，将减小转向摇臂相对操纵手柄的操作角的摆动角。

发明效果

在方案1所述的发明中，转向轴被分成多个轴，由于这些被分开来的轴分别通过万向联轴器连接，当各万向联轴器的输出端叉形件相对于输入端的叉形件倾斜时，从输出端叉形件的轴向看去，输入端叉形件将描画出椭圆形的轨迹，从而可使输入端叉形件的转角不同于输出端叉形件的转角。

由于仅通过万向联轴器将分开的轴连接起来，所以转向轴的结构与以往相比更为简单，从而可降低转向轴的成本。

此外，由于使用了万向联轴器，使本发明的转向轴上没有类似以往转向轴的突出部分，而且，由于可以缩小万向联轴器的外形，从而可以达到使转向装置小型，紧凑的目的。另外，不需要在转向轴的周围留有较大空间，也可以使转向轴周围的空间紧凑。

在方案2的发明中，在将转向轴在分成三部分结构的同时，使分别安装在设在中间的转向轴两端的叉形件上的两个轴，在旋转方向上垂直，例如，与将转向轴分成两部分，并使用一个万向联轴器的情形相比，本发明中，采用两个万向联轴器可以减小相对于手柄的转角的转向摇臂的转角，可以增大转向比例，减轻手柄的操作力。

因此，可以提高车辆的驾驶性能。

在方案3所述的发明中，使转向轴的轴线从侧面看弯曲，使各万向联轴器的输出端叉形件相对于输入端叉形件倾斜，从而可使输入端叉形件的转角和输出端叉形件的转角不同，使转向摇臂的转角小于手柄的转角。

在方案4所述的发明中，通过使分成3部分的各轴中的居中的中间轴以比其他两轴更接近水平的角度倾斜，使其他两根轴倾斜大致接近铅直的角度且接***行的设置，来减少乘坐型车辆中转向轴的占用空间，从而实现乘坐型车辆的小型化和紧密化。

在方案5所述的发明中，由于通过改变上述轴线的弯曲角度，可以改变转向臂相对操纵手柄的操作角的摆动角，因此例如，如果增大轴线的弯曲角度，则可以减小转向臂相对操纵手柄的操作角的摆动角的同时，还可以减小操纵手柄的操作力，从而改善车辆的使用情况。

附图说明

图1是本发明涉及的车辆的侧视图。

图2是表示本发明涉及的车辆转向装置的侧视图。

图3是表示构成本发明涉及的转向装置的万向联轴器的分解透视图。

图4是表示本发明涉及的转向装置的中间轴以及万向联轴器的透视图。

图5是图4的5向视图。

图6是表示本发明涉及的转向装置的构成和作用的模式图。

图7是表示本发明涉及的转向装置的作用的第1作用图。

图8是表示本发明涉及的转向装置的作用的第2作用图。

图9是表示本发明涉及的转向装置的作用的第3作用图。

图10是表示表示转向装置的比较例的侧视图。

图11是表示本发明涉及的转向装置的原理的说明图。

图12是表示现有车辆转向装置主要部分的侧视图。

具体实施方式

以下，参照附图对实施本发明的优选方案进行说明。另外，附图为标号所示方向的视图。

图1为关于本发明的车辆的侧视图，车辆10为双人乘用四轮汽车，通过在车体车架11的前部安装分开式的转向轴12，并在转向轴12的上部安装手柄13，来操纵作为左右车轮的前轮14、15(图中仅示出面前的标号14)，通过支承臂17、18在车体车架11的后部安装由引擎21以及与引擎后部一体安装的变速器22构成的动力单元23，在该动力单元23的输出轴上安装后轮24、26(图中仅示出面前的标号24)，并在车体车架11的上部安装双人座27。

车体车架11由下述各部件构成：沿车辆前后方向延伸的左右设置的上主车架31、31(图中仅示出面前的标号31)，设置在该上主车架下方且沿车辆前后方向延伸的左右设置的下主车架32、32(图中仅示出面前的标号32)，安装在该下主车架32、32上部的由沿车辆前后方向延伸的左右设置的下辅助车架33、33(图中仅示出面前的标号33)，从该下辅助车架33、33的中间部分向后上方斜，且大致向后延伸的左右设置的后车架34、34(图中仅示出面前的标号34)，由下辅助车架33、33向后车架34、34延伸的第1倾斜后车架36、36(图中仅示出面前的标号36)，和从该第1倾斜后车架36、36延伸至后车架34、34的后端的第2倾斜后车架37、37(图中仅示出面前的标号37)。

此外，车体车架11还包括，从下辅助车架33的前部向斜前上方延伸的前车架38、38(图中仅示出面前的标号38)，和用于支承转向轴12而安装在前车架38、38上的第1倾斜前车架41、41(图中仅示出面前的标号41)以及第2倾斜前车架42、42(图中仅示出面前的标号42)，和分别安装在上主车架31、31以及下主车架32、32的前端的车架前管43、43(图中仅示出面前的标号43)。

在此，标号51、51(图中仅示出面前的标号51)指汽车的前挡泥板，52为车顶板，53为木制底座，54为车座靠背，56、56(图中仅示出面前的标号56)为后挡泥板，57、57(图中仅示出面前的标号57)为前减震单元，58、58(图中仅示出面前的标号58)为后减震单元。

图2为示意本发明中的车辆转向装置的侧视图，表示具有分成3部分结构的转向轴12的转向装置60。

转向装置60，具有：转向轴12，安装在该转向轴12的上端部分的手柄支承部件61、61(图中仅示出面前的标号61)，安装在该手柄支承部件61上的手柄13，用于可自由旋转地支承转向轴12而在车体车架11(请参照图1)上安装的第1支承部件62～第4支承部件65，和安装在转向轴12下端的转向摇臂66。

转向轴12，由安装手柄13的上轴71，通过第1万向联轴器72连接在该上轴71下部的中间轴73，和通过第2万向联轴器74连接在该中间轴73下部的下轴75构成。设上轴71的轴线76与中间轴73的轴线77所成的角度为θ1，设中间轴73的轴线77与下轴75的轴线78所成的角度为θ2。上述角度θ1即为第1万向联轴器72的关节角，θ2为第2万向联轴器74的关节角。

在此，标号81是指安装在上轴71的上端的支承片，82、82(图中仅示出面前的标号82)是指用于将手柄支承部件61、61安装在支承片1上的螺母，83、83是指将手柄13安装在手柄支承部件61上的螺栓，84是指将转向摇臂66安装在下轴75上的螺母，86是指构成用于将转向横拉杆(未图示)安装在转向摇臂66上的球关节的球头螺栓。

图3是表示构成本发明中的转向装置的万向联轴器的分解透视图。

第1万向联轴器72是不等速型万向联轴器，它包括：安装在上轴71上的输入端叉形件91，十字轴92，通过十字轴92连接在输入端叉形件91上并通过螺栓93安装在中间轴73上的输出端叉形件94，分别介于输入端叉形件91与十字轴92之间以及输出端叉形件94与十字轴92之间的滚针轴承96……(其中省略号……表示多个。下同)，和将滚针轴承96端部密封的密封元件97。另外，第2万向联轴器74(请参照图1)，与第1万向联轴器的基本构造相同，在此略去说明，各部分的标号将使用第1万向联轴器中出现的标号。

在这里，91a、91a是指设在输入端叉形件91上的用于安装十字轴92的轴安装孔，94a、94a是指设在输出端叉形件94上的用于安装十字轴92的轴安装孔，92a、92a是作为嵌入轴安装孔91a、91a的轴的输入端轴部，92b、92b是作为嵌入轴安装孔94a、94a的轴的输出端轴部。

图4是表示本发明的转向装置的中间轴以及万向联轴器的透视图，表示在中间轴73的一端安装输出端叉形件94，在另一端安装输入端叉形件91。

图5是图4的5向视图，图中表示通过输出端叉形件94(粗线所示部分)上的轴安装孔94a、94a各自中心的中心线101与通过输入端叉形件91上的轴安装孔91a、91a各自中心的中心线102所成角度为90°。

如图3和图5所示，中心线101与十字轴92的输出端轴部92b、92b的轴线103一致，中心线102与十字轴92的输入端轴部92a、92a的轴线104一致。在图3中，当前轮14、15(参照图1)朝向车辆前方时，安装在上轴71的端部的输入端叉形件91的中心线102呈水平。

图6是表示本发明的转向装置的结构和作用的模式图，虚线是车辆的直行状态，实线是表示转动手柄来操纵前轮的状态。

转向装置60，即是将转向横拉杆113、114架在转向摇臂66和分别可自由旋转地支承前轮14、15的转向节臂111、112上。另外，116是指沿车辆前后方向延伸的直线，117是通过直线116且作为手柄13的旋转中心的点，118是指通过直线116且作为转向摇臂66的旋转中心的点，121、122是为使转向横拉杆113、114成为摆动轴而在转向摇臂66上设置的球关节，123、124是转向横拉杆113、114的轴线。

下面说明上述转向装置60的作用。

在图1中，当前轮14、15(标号15未图示)朝向车辆的前方，并且手柄13沿左右方向延伸时，如图3所示，输入端叉形件91的中心线102呈水平。将该状态作为车辆向前方直行时的转向装置的直行状态。

在图6中，当从直行状态向左或向右转动手柄13时，作为输入轴的上轴71的转角α1和作为输出轴的中间轴73(参照图2)的转角(记作α2)的关系，如下[公式1]所示。

[公式1]

tanα2＝cosθ1·tanα1

因此，

α2＝tan^-1(cosθ1·tanα1)

上式转角α1和转角α2的关系如图7所示。

图7是表示本发明的转向装置的作用的第1作用图，表示出上轴和中间轴的各自的转角的相互关系。坐标图的纵轴表示中间轴的转角，即输出轴的转角α2(单位：°)，横轴表示上轴的转角，即输入轴的转角α1，粗线表示实施例，细线表示比较例(是一条输入轴的转角α1和输出轴的转角α2相同的线)。当输入轴的转角α1＝0°时，为直行状态。此外，令此时的关节角θ1＝40°。

在实施例中，当输入轴转角α1向正方向增大(例如向右转动手柄)时，虽然输入轴的转角在α1为零和90°时与比较例中的数值相同，但是在大于零且小于90°的范围内，输入轴的转角α1小于比较例。此外，比较例和实施例中的输入轴的转角α1的差值，在零度到90°之间的大致中间处最大。例如，当输入轴的转角α1为60°时，输出轴的转角α2为53°。

在实施例中，当输入轴转角α1向负方向增大(例如向左转动手柄)时，虽然输入轴的转角在α1为零和-90°时与比较例中的数值相同，但是在大于-90°且小于零的范围内，输入轴的转角α1大于比较例。此外，比较例和实施例中的输入轴的转角α1的差值，在零度到-90°之间的大致中间处最大。这样，实施例成为关于坐标原点点对称的曲线。

另外，如图6所示，当从直行状态向左或向右转动手柄13时，作为输入轴的上轴71的转角α1和作为输出轴的下轴75(参照图2)的转角(记作α2)的关系，如下[公式2]所示。

[公式2]

tanα3＝cosθ2·tanα2  …………………(1)

tanα2＝cosθ1·tanα1  …………………(2)

将(2)式代入(1)式中，可得，

tanα3＝αosθ1·cosθ2·tanα1

因此，可得，

α3＝tan^-1(cosθ1·cosθ2·tanα1)

上式转角α1和转角α3的关系如图8所示。

图8是表示本发明的转向装置的作用的第2作用图，是表示上轴和下轴的各自的转角的相互关系的坐标图。坐标图的纵轴表示下轴的转角，即输出轴的转角α3(单位：°)，横轴表示上轴的转角，即输入轴的转角α1，粗线表示实施例，细线表示比较例(是一条输入轴的转角α1和输出轴的转角α3相同的线)。当输入轴的转角α1＝0时，为直行状态。此外，令此时的关节角θ1＝θ2＝40°。

在实施例中，当输入轴转角α1向正方向增大(例如向右转动手柄)时，虽然输入轴的转角在α1为零和90°时与比较例中的数值相同，但是在大于零且小于90°的范围内，输出轴的转角α3小于比较例。此外，比较例和实施例中的输出轴的转角α3的差值，在输入轴的转角α1从零度到90°之间的大致中间处最大。例如，当输入轴的转角α1为60°时，输出轴的转角α3为45.5°。

在实施例中，当输入轴转角α1向负方向增大(例如向左转动手柄)时，虽然输入轴的转角在α1为零和-90°时，输出轴的转角α3与比较例中的数值相同，但是在输入轴的转角α1大于-90°且小于零的范围内，输出轴的转角α3大于比较例。此外，比较例和实施例中的差值，在零度到-90°之间的大致中间处最大。这样，实施例成为关于坐标原点点对称的曲线。

因此，如图7和图8所示，与采用一个万向联轴器相比，采用两个万向联轴器可以进一步减小相对于输入轴转角的输出轴转角。

图9是表示本发明的转向装置的作用的第3作用图，从图7和图8所示的输入轴和输出轴的各自的转角的相互关系，可以求出输入轴的转角和输出轴相对于输入轴的滞后转角的相互关系，纵轴表示输出轴的滞后转角(单位：°)，横轴表示输入轴转角α1(单位：°)。坐标图中的(α1-α2)表示图7所示的上轴的转角α1和中间轴的转角α2的差值，(α1-α3)表示图8所示的上轴的转角α1和下轴的转角α3的差值。

随着输入轴的转角α1从零开始向正向逐渐增大，输出轴滞后转角，即(α1-α2)，从零开始逐渐增至最大，之后，(α1-α2)逐渐减小，输入轴转角α1从90°变成零度。另外，当输入轴转角α1从零开始向负向逐渐增大时，(α1-α2)将相对于原点与正向呈点对称的进行增减。

输入轴的滞后转角，即(α1-α3)，按照与(α1-α2)相同的趋势进行增减，大约为(α1-α2)的2倍。

现在回到图6中，对操作手柄时转向装置的输入端和输出端的动作状态进行说明。

例如，将手柄13，从虚线所示的直行状态向右转动角度α1至箭头A所示的实线位置(图8所示的输入轴转角α1)时，转向摇臂66将相对于直线116转角α3(即图8所示的输出轴转角α3)，随着该转向摇臂的旋转，前轮14、15将通过转向横拉杆113、114以及转向节臂111、112，分别从直行状态***作至箭头B和箭头C所示的状态。此外，将连接点118和支承轴121、122的线段分别记为127、128，这些线段127、128与转向横连杆113、114的轴线123、124所成的角为肘节角β1、β2。

这样，可以通过减小转向摇臂66相对于手柄13的转动角度α1的左右摆动角α3，即增大转角的比值α1/α3(在此，称作“转向比”)，来减轻手柄上的操作力。

图10(a)，(b)是表示转向轴的比较例的侧视图。

如图(a)表示，转向轴220分为上轴221，中间轴222和下轴223三部分，上轴221和中间轴222通过万向联轴器225连接，中间轴222和下轴223通过万向联轴器226连接起来。另外，θ3是关节角。

安装在输出端叉形件228上的构成万向联轴器225的十字轴的一根轴的轴线231，与安装在输入端叉形件232上的构成万向联轴器226的十字轴的一根轴的轴线233，在E向视图中一致，即这些轴线231与233，与中间轴222的旋转方向所成角度为零。

另外，如果将安装在输入端叉形件上的构成万向联轴器225的十字轴的一根轴的轴线(向图内方向延伸)记作236(该轴线用点来表示)，那么该轴线236在转向轴220为直行状态时呈水平。

因此，如果使转向轴220的上轴221从直行状态(即该图所示的状态)顺时针方向或者逆时针方向旋转，中间轴222的转角就会小于上轴的221的转角，与此相反，下轴223的转角将大于中间轴222的转角，从而使上轴221和下轴223各自的转角相等，即显示出等速性。

图(b)表示，转向轴240分为上轴241，中间轴242以及下轴243三部分，上轴241和中间轴242通过万向联轴器245连接，中间轴242和下轴243通过万向联轴器246连接起来。另外，θ5、θ6是关节角。

安装在输出端叉形件248上的构成万向联轴器245的十字轴的一根轴的轴线(向图内方向延伸)251(该轴线用点来表示)，和安装在输入端叉形件252上的构成万向联轴器246的十字轴一根轴的轴线253，在F向视图中，与中间轴242的旋转方向成90°角。

此外，如果将安装在输入端叉形件255上的构成万向联轴器245的十字轴的一根轴的轴线记作256，那么，在转向轴240为直行状态时，该轴线256包含于铅垂面中。

因此，如果使转向轴240的上轴241从直行状态(即该图所示的状态)顺时针方向或者逆时针方向旋转，中间轴242的转角就会大于上轴的241的转角，下轴243的转角将大于中间轴242的转角，从而使下轴243的转角更大于上轴241的转角。

与上图(a)，(b)所示的三部分结构的比较例相比，在图2所示的本发明的转向装置60中，在中间轴73的上轴71一侧的端部设置输出端叉形件94，在中间轴73的下轴75的一侧的端部设置输入端叉形件91，安装在输出端叉形件94上的十字轴92的一根轴的轴线103(参照图4)，与安装在输入端叉形件91上的十字轴92的一根轴的轴线104(参照图4)的转角错开90°，另外，如图3所示，在车辆为直行状态时，可以通过使安装于设在上轴71的端部的输入端叉形件91上的十字轴92的一根轴的轴线104呈水平，减小从直行状态左右转动手柄时，转向摇臂相对于手柄转角的摆动角，减轻手柄操作力。

下面对上述转向装置60的原理进行以下说明。

图11(a)，(b)是表示本发明的转向装置的原理的说明图，说明了万向联轴器的输入端叉形件的转角和输出端叉形件的转角的差值的产生原因。

首先，如图2所示，令第1万向联轴器72的输入端叉形件91，以轴线76为中心旋转，描出输入端叉形件91旋转运动的圆形轨迹。

此时，从输出端叉形件94一侧的轴线77的方向看做旋转运动的输入端叉形件91时，可描出做旋转运动的输入端叉形件91的轨迹为具有水平长半径的椭圆形。

图11(a)所示的圆131，即是上述输入端叉形件91的圆形轨迹，图11(a)所示的椭圆132，即是上述输入端叉形件91的椭圆形轨迹。

图(b)中，如果将与轴线76垂直相交的线段134作为上述圆131(参照图(a))的侧视图，可作出该线段134在与轴线77垂直相交的平面内的投影——虚线线段135。这相当于上述椭圆132(参照图(a))的侧面视图。

因此，如果取线段134的长度为1，线段135的长度则为cosθ1。在图(a)中，即，取圆131的直径为1，椭圆132的短半径则为cosθ1。

例如，位于圆131上且位于水平轴137上的空心圆141，142如箭头所示，在圆131上逆时针方向移动(即，相当于输入端叉形件逆时针方向旋转)，空心圆141移至点143，该点143相当于沿着通过该点143的铅直轴144向下的直线145与椭圆132的交点146。此时，如果将通过圆131和椭圆132的中心点CL和点143及点144的直线分别记作直线147，直线148，那么水平轴137和直线148所成的角度α2(在这里，将α2作为从水平轴137的转角)将小于水平轴137和直线147所成的角度α1(在这里，将α1作为从水平轴137的转角)，即，输出端叉形件的转角α2小于输入端叉形件的转角α1。

此外，位于圆131上且位于铅直轴144上的空心圆151、152如箭头所示，在圆131上顺时针方向移动(即，相当于输入端叉形件顺时针方向旋转)，空心圆151移至点143，该点143相当椭圆132上的点146。此时，铅直轴144和直线148所成的角度α2(在这里，将α2作为从铅直轴144的转角)将大于铅直轴144和直线147所成的角度α1(在这里，将α1作为从铅直轴144的转角)，即，输出端叉形件的转角α2大于输入端叉形件的转角α1。

下面，求出上述转角α1和转角α2的关系。

设中心点CL和点143(以及点146)的水平距离为x，中心点CL和点143的垂直距离为y1，中心点CL和点146的垂直距离为y2，则如[公式3]所示，可以求出转角α1和转角α2的关系。

[公式3]

$\tan \mathrm{\α}1=\frac{y1}{x}\·\·\·\left(3\right)$ $\tan \mathrm{\α}2=\frac{y2}{x}\·\·\·\left(4\right)$

从(3)可得 $x=\frac{y1}{\tan \mathrm{\α}1}$

将其代入(4) $\tan \mathrm{\α}2=\frac{y2\·\tan \mathrm{\α}1}{y1}$

因而tanα2＝cosθ1·tanα1 $(\underset{\·}{\·\·}\frac{y2}{y1}=\cos \mathrm{\θ}1)$

如上图2，图3，图6及图11所述，本发明方案1中的车辆10(参照图1)的转向装置60，该装置在车体车架11(参照图1)上可自由旋转地安装转向轴12，通过转向摇臂66在该转向轴12的下方安装转向横拉杆113、114，在该转向横拉杆113、114的顶端分别安装转向节臂111、112，分别在该转向节臂111、112上可自由旋转地安装前车轮14、15，通过操纵安装在上述转向轴12上方的手柄13来控制前车轮14、15；其特征在于：将上述转向轴12分成多个轴(上轴71，中间轴73以及下轴75)，并分别通过万向联轴器(第1万向联轴器72以及第2万向联轴器74)将这些分开来的轴71、73、75连接起来。

由于将转向轴1 2分成多个轴71、72、75，并且分别通过万向联轴器72、74将这些分开的轴71、73、75连接起来，所以在使各万向联轴器72、74的输出端叉形件94相对于输入端叉形件91倾斜关节角θ1、θ2 时，从输出端叉形件94的轴线方向77看去，可描出输入端叉形件91的椭圆形轨迹，即椭圆132。例如，当输入端叉形件91从椭圆132的长半径开始旋转时，椭圆132上的转角α2小于输入端叉形件91的圆形轨迹即圆131上的转角α1，从而可使输入端叉形件91的转角α1(或α2)不同于输出端叉形件94的转角α2(或α3)。

由于仅采用万向联轴器72、74连接分开的轴71、73、75，所以与以往相比，简化了转向轴1 2的结构，从而可以降低转向轴12的成本。

此外，由于使用万向联轴器72、74，在本发明的转向轴12上没有了类似以往的转向轴上的突出部分，可以进一步缩小万向联轴器72、74的外形，从而达到使转向装置60更为小型化，紧凑化的目的。另外，由于不必再在转向轴12的周围预留较大空间，可以较为接近转向轴12地配置转向轴12的周围零件，所以可以使转向轴12周围更为紧凑。

在本发明的方案2中的转向装置，其特征在于：将转向轴12分成3部分结构，并且使分别安装在设于居中的中间轴73的两端的输出端叉形件94和输入端叉形件91上的两个轴(输出端轴部92b、92b以及输入端轴部92a、92a)在旋转方向上垂直相交。

由于将转向轴12分成3部分结构，并且使分别安装在设于居中的中间轴73的两端的叉形件94、91上的两个轴92b、92a在旋转方向上垂直相交，例如，与作为2部分构成的转向轴采用1个万向联轴器的情形相比，本发明中，可以通过2个万向联轴器72、74，减小相对于手柄1 3的旋转角α1的转向摇臂66的旋转角α3，增大转向比，减轻手柄的操作力。因此，可以提高车辆10的驾驶性能。

本发明的方案3中的转向装置，其特征在于：使转向轴12的轴线76～78在侧视图中呈弯曲。

由于使转向轴12的轴线76～78在侧视图中呈弯曲，因此可以使各万向联轴器72、74的输出端叉形件94相对于输入端叉形件91倾斜，使输入端叉形件91的转角α1不同于输出端叉形件94的转角α2，从而可以使转向节臂的转角α3小于手柄1 3的转角α1。

本发明的方案4中的转向装置，其特征在于：车辆10(参照图1)为通过操纵杆状手柄13使转向轴12旋转的乘坐型，在分成3部分的各轴71、73、75中，使居中的中间轴73以比其他两轴更接近水平地倾斜。

由于在分成3部分的各轴71、73、75中，使居中的中间轴73以比其他两轴更接近水平地倾斜，所以如果将其他两轴71、75大致接近垂直地倾斜并且大致平行地设置，可以缩小乘坐型车辆上的转向轴12的占用空间，从而可以达到使乘坐型车辆10更为小型化和紧凑化的目的。

本发明方案5中的转向装置，其特征在于：可以通过改变轴线76～78的弯曲角度θ1、θ2，改变相对于手柄13的操作角α1的转向摇臂66的摆动角α3。

由于可以通过改变轴线76～78的弯曲角度θ1、θ2，改变与手柄13的操作角α1对应的转向摇臂66的摆动角α3，例如如果增大轴线76～78的弯曲角度θ1、θ2，可以减小相对于手柄1 3的操作角α1的转向摇臂66的摆动角α3的同时，还可以减小手柄13的操作力，从而改善车辆10的使用情况。

还有，在本发明的实施方案中，如图2所示，虽然作为3部分结构的转向轴设置2个万向联轴器，但不限于此，可以进一步增多转向轴的分割数和万向联轴器的数目。

并且，虽将本发明的转向装置用于四轮车辆，但也不限此，也可用于1个前轮，2个后轮的三轮车，或是2个前轮，1个后轮的三轮车。另外，也可用于操纵后轮的车辆。

此外，在本实施方案中，转向轴的上轴和中间轴的弯曲方向，以及中间轴和下轴的弯曲方向是相反的，但不限于此，也可以向相同方向弯曲。

Claims (3)

1.一种车辆转向装置，该装置在车体车架上可自由旋转地安装转向轴，通过转向摇臂在该转向轴的下方安装转向横拉杆，在该转向横拉杆的顶端安装转向节臂，并在该转向节臂上可自由旋转地安装车轮，通过操纵安装在上述转向轴上方的手柄来控制车轮，将上述转向轴分成3个轴，这些分开来的轴分别通过万向联轴器连接起来，在将上述转向轴分成3部分结构的同时，使分别安装在设在中间转向轴两端的叉形件上的轴彼此垂直，上述转向轴的轴线从侧面看呈弯曲状，上述车辆是通过操纵手柄使上述转向轴旋转的乘坐型，其特征在于：仅使上述分成3部分的各轴中的居中的中间轴，以比其他两轴更接近水平的角度倾斜，并且使其他两轴以接近垂直的角度直立。

2.如权利要求1所述的车辆转向装置，其特征在于：通过改变上述轴线的弯曲角度，可以改变转向节臂相对于操纵手柄的操作角的摆动角。

3.如权利要求1所述的车辆转向装置，其特征在于：上述中间轴与其前后两端的轴分别弯曲成夹角40°。

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