CN104477229B - 一种汽车及其转向*** - Google Patents

Abstract

本发明提供一种汽车用转向***，包括转向管柱、十字万向节联轴器、转向器；十字万向节联轴器的第一节叉通过第一连接轴与转向管柱固定连接，十字万向节联轴器的第一十字万向节的中点与转向管柱的中心线共线；转向器具有转向器输入轴，十字万向节联轴器的第二节叉通过第二连接轴与转向器输入轴固定连接，十字万向节联轴器的第二十字万向节的中点与转向器输入轴的中心线共线；第一连接轴垂直或平行于转向管柱的中心线和第二十字万向节的中点所在的平面；第二连接轴垂直或平行于第一十字万向节的中点和转向器输入轴的中心线所在的平面。采用这一位置连接关系，可使得转向***具有良好的中位感。

Description

一种汽车及其转向***

技术领域

本发明涉及汽车技术领域，特别涉及一种汽车用的转向***。另本发明还涉及采用前述转向***的汽车。

背景技术

转向***是汽车中的必要部分，其主要包括转向操控机构、转向器和转向传动机构。转向操控机构用于驾驶员操控汽车行进方向，主要包括转向盘、转向轴和转向管柱；转向器将转向盘的转动扭矩变换为转向摇臂的摆动或齿条轴的直线往复运动，实现车轮的真正转向；转向传动机构则是完成转向力矩从转向操控机构向转向器的传递。为减小驾驶员的驾驶强度、提高舒适性，现在汽车一般均装有转向助力***，通过电机转动或油压助力。

目前，很多转向传动机构采用十字万向节联轴器实现转向扭矩从转向操控机构向转向器的传递。图1示出了典型的采用十字万向节联轴器的转向***，主要包括转向管柱11、十字万向节联轴器12、转向器13和助力电机14，其中十字万向节联轴器12输入端的第一节叉121通过第一安装螺栓15与转向管柱11连接，十字万向节联轴器12的输出端的第二节叉122通过第二安装螺栓16与转向器13的输入轴131连接，中间轴125通过其上端部的第三节叉123、第一十字万向节126与第一节叉121连接、通过下端部的第四节叉124、第二十字万向节127与第二节叉122连接。汽车行进方向和垂直地面方向形成竖直平面，第一安装螺栓15和第二安装螺栓16垂直于竖直平面安装。

理想情况下，转向管柱11、十字万向节联轴器12的第一万向节126中心和第二万向节127中心应在一个竖直平面内。但实际中，为了合理配置空间等原因，转向管柱11和转向器13输入轴131并不在同一竖直平面，此时十字万向节联轴器12不在垂直平面。现确定转向管柱11顶点为A、第一十字万向节126中心为B、第二十字万向节127中心为C,则ABC平面与转向管柱11所在的竖直平面形成一定的夹角α。图2为从驾驶员视角垂直于转向管柱方向观察转向***的示意图，从这一角度可清楚的看出ABC平面与转向管柱所在竖直平面形成的夹角α。

因第一节叉121与第三节叉123有一定的夹角，所以第一十字万向节为不等速万向节。图3为各部件速度波形示意图，其中X轴表示第一节叉121旋转的角度，以Y轴为界左侧表示第一节叉121逆时针旋转、Y轴右侧表示第一节叉121顺时针旋转；Y轴表示各节叉的瞬时转动速度。如图3所示，第一节叉121的转速为ω₁时，第三节叉123的转速为ω₃，可看出ω₃围绕ω₁做周期性的变化，坐标轴Y两侧的ω₃并不对称，而是向顺时针方向偏置了α大小的角度，即与理想速度ω₂相差α角。如此当第一节叉121顺时针、逆时针旋转相同的角度时，第三节叉123顺时针、逆时针旋转角度大小不相同；同理，第四节叉124顺时针、逆时针旋转相同的角度时，第二节叉122旋转的角度大小也不相同；因此，转向管柱11顺时针、逆时针旋转相同角度时，转向器输入轴131顺时针、逆时针转过角度并不相同，方向轮左转、右转时转过的角度也就不相同。驾驶员操控方向盘时，以方向盘中位为基准左右旋转时转向响应不一致而没有中位感，影响了客户的驾驶体验；在特殊路况下，因缺乏操控中位感甚至可能造成控制不准确而引发危险。

发明内容

为解决现有技术转向***中采用十字万向节联轴器传递转向力矩，驾驶员驾驶时缺乏中位感的问题，本发明提供了一种转向***。此外，本发明还提供了采用上述转向***的汽车。

本发明提供一种汽车用转向***，包括转向管柱、十字万向节联轴器、转向器；所述十字万向节联轴器的第一节叉通过第一连接轴与所述转向管柱固定连接，所述十字万向节联轴器的第一十字万向节的中点与所述转向管柱的中心线共线；所述转向器具有转向器输入轴，所述十字万向节联轴器的第二节叉通过第二连接轴与所述转向器输入轴固定连接，所述十字万向节联轴器的第二十字万向节的中点与所述转向器输入轴的中心线共线；所述第一连接轴垂直或平行于所述转向管柱的中心线和所述第二十字万向节的中点所在的平面；所述第二连接轴垂直或平行于所述第一十字万向节的中点和所述转向器输入轴的中心线所在的平面。

因所述第一连接轴垂直或平行于所述转向管柱的中心线和所述第二十字万向节的中点所在的平面，所以所述第一十字万向节一定关于所述转向管柱的中心线和所述第二十字万向节的中点所在的平面对称，所以所述第一节叉顺时针、逆时针转动状态相同时，所述第三节叉顺时针、逆时针转过的角度、状态相同；同理，因所述第二连接轴垂直或平行于所述第一十字万向节的中点和所述转向器输入轴中心线所在的平面，所以所述第四节叉顺时针、逆时针转动状态相同时，所述第二节叉顺时针、逆时针转过的角度、状态相同，这样所述转向管柱顺时针、逆时针转动状态相同时，所述转向器输入轴的转动状态相同，角度相反，使得转向***具有中位感觉。

优选的，所述转向***还包括定位卡片，所述定位卡片具有卡圈和连接所述卡圈的卡片部，所述卡片部上具有通过部；所述第二节叉上具有卡槽；所述定位卡片通过所述卡圈固定连接所述转向器输入轴，所述转向器输入轴***所述第二节叉，所述卡片部卡接在所述卡槽内，所述第二连接轴穿过所述第二节叉的第二通孔和所述通过部，连接所述第二节叉、所述定位卡片和所述转向器输入轴。

采用所述定位卡片连接所述第二节叉和所述转向器输入轴，可利用所述定位卡片将转向力矩从所述第二节叉传递到所述转向器输入轴。

优选的，所述卡圈内侧具有第一花键；所述转向器输入轴外具有与第一花键配合的第二花键；所述定位卡片通过所述卡圈与所述转向器输入轴花键连接。

优选的，所述第一花键和所述第二花键为防错花键，限定所述定位卡片在所述转向器输入轴上的安装角度。

所述定位卡片和所述转向器输入轴分别设置所述第一花键和所述第二花键，可采用花键连接方式传递转动力矩。因防错花键可限制所述定位卡片在所述转向器输入轴的安装角度，可限制所述第二连接轴的安装角度，使得所述第二十字万向节关于第一十字万向节的中点和所述转向器输入轴的中心线所在的平面对称，并使得所述第一十字万向节关于转向管柱的中心线和第二十字万向节的中点所在的平面对称，确保安装正确，使转向***具有良好中位感。

优选的，所述卡圈分为底置卡圈和顶置卡圈，所述顶置卡圈与所述卡片部的第一端连接，所述底置卡圈与所述卡片部的第二端连接。

优选的，所述通过部为位于所述卡片部内侧的缺口或通孔。

优选的，所述第一连接轴和所述第二连接轴为螺栓。

本发明还提供了一种采用前述转向***的汽车，其优点如前，不再复述。

附图说明

图1为现有技术采用十字万向节联轴器的转向***示意图；

图2为从驾驶员视角垂直于转向管柱方向观察转向***的示意图；

图3为各部件速度波形示意图；

图4为实施例采用十字万向节联轴器的转向***示意图；

图5为实施例第一螺栓连接转向管柱和所述十字万向节联轴器的示意图；

图6为从驾驶员视角观察实施例第一螺栓安装角度示意图；

图7为实施例定位卡片的结构示意图；

图8为实施例定位卡片安装于转向器输入轴的示意图；

图9为从一角度观察实施例十字万向节联轴器和转向器输入轴连接的示意图；

图10为从另一角度观察实施例十字万向节联轴器和转向器输入轴连接的示意图；

图1-图2中：

转向管柱-11，十字万向节联轴器-12，转向器-13，助力电机-14，第一螺栓-15，第二螺栓-16，第一节叉-121，第二节叉-122，第三节叉-123，第四节叉-124，中间轴-125，第一十字万向节-126，第二十字万向节-127，转向器输入轴-131，转向管柱中心线上一点-A，第一十字万向节中点-B，第二十字万向节中点-C；

图4-图10中：

转向管柱-21，十字万向节联轴器-22，转向器-23，助力电机-24，第一螺栓-25，第二螺栓-26，定位卡片-27，第一节叉-221，第二节叉-222，第三节叉-223，第四节叉-224，中间轴-225，第一十字万向节-226，第二十字万向节-227，卡槽-228，第二螺栓孔-229，第一螺栓孔-2210，转向器输入轴-231，卡片部-271，底置卡圈272，顶置卡圈273，缺口274，转向管柱中心线上一点-A，第一十字万向节中点-B，第二十字万向节中点-C，转向器输入轴的中心线上一点D。

具体实施方式

为使本领域技术人员更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明做详细的说明。

图4为实施例采用十字万向节联轴器的转向***示意图，从图中看出本实施例中的转向***主要包括转向管柱21、十字万向节联轴器22和转向器23、助力电机24、第一螺栓25、第二螺栓26和定位卡片27。转向管柱21和转向器输入轴231平行。如其原理，在其他实施例中的也可采用类似螺栓的具有连接轴线的连接零件取代本实施例中的第一螺栓25、第二螺栓26。

十字万向节联轴器22具有第一节叉221、第二节叉222、第三节叉223、第四节叉224、中间轴225；第一十字万向节226连接第一节叉221和第三节叉222，第二十字万向节227连接第二节叉222和第四节叉224；本实施例中十字万向节联轴器22的第三节叉223和第四节叉224安装十字万向节的轴线平行。第一节叉221、第二节叉222上分别具有连接转向管柱21、转向器输入轴231的螺栓孔，分别如图5中的第一螺栓孔2210和如图10中的第二螺栓孔229；为安装定位卡片27上的卡片部271，本实施例中第二节叉222中具有卡槽228。

为方便起见，确定转管柱21中心线上一点为A、第一十字万向节226的中点为B、第二十字万向节227的中点为C，转向器输入轴231中心线上一点为D，ABC三点确定的平面与转向管柱21所在竖直平面夹角为α，BCD三点确定的平面与转向器输入轴231所在的竖直平面夹角也为α。

图7为定位卡片的结构示意图。从图7中可看出，定位卡片27包括卡片部271、底置卡圈272、顶置卡圈273和缺口274。底置卡圈272、顶置卡圈273上加工有第一花键，从图7可看出顶置卡圈273上的第一花键为四个，其具有防错功能。如其功能，缺口274也可设置为卡片部271上的通孔；同理，底置卡圈272上也可设置具有防错功能的第一花键。

转向器输入轴231上加工有与定位卡片27上底置卡圈272、顶置卡圈273相配合的第二花键。图8为定位卡片27安装于转向器输入轴231的示意图。从图8中可看出，当两者连接到一块时，定位卡片27和转向器输入轴231由于花键的相互配合，只能发生轴向的移动，而不能发生相对转动；配合后，缺口274被定位卡片27、转向器输入轴231封闭；由其连接转向器输入轴231的功能可知，定位卡片27上卡圈的数量可以为1个，也可为多个。

在本实施例中，十字万向节联轴器22连接转向器23和转向管柱22，实现转向力矩从转向管柱21到转向器23的传递。安装前，先将转向轮调正、转向器23的转向机构处于中间位置，即汽车直线运行情况下的位置；随后将定位卡片27安装在转向器输入轴231上。因防错花键的定位作用，安装定位卡片27后，卡片部271与转向器输入轴231所在的竖直平面夹角为α。当然，顶置卡圈273和底置卡圈272的第一花键、转向器输入轴231上的第二花键也可不具有防错功能，因此安装时应采用其他手段如人工、机器测量确保卡片部271与转向器输入轴231所在竖直平面夹角为α。

转向器输入轴231套接定位卡片27后***第二节叉222的连接孔内，定位卡片27上的卡片部271***第二节叉222的卡槽228内。图9为从一角度观察十字万向节联轴器和转向器输入轴连接的示意图，图10为从另一角度观察十字万向节联轴器和转向器输入轴连接的示意图，图9和图10的配合可较为清晰的反应定位卡片27、转向器输入轴231和第二节叉222的配合关系。此时定位卡片27上的缺口274和第二节叉222上的第二螺栓孔229重合，第二螺栓26穿过第二螺栓孔229和通过部274(为体现第二节叉222和定位卡片27的连接关系，图中未示出第二螺栓26)，可连接定位第二节叉222和定位卡片27。因第二螺栓26的限位作用，定位卡片27不能沿转向器输入轴231轴向移动而限制了其与转向器输入轴231的相对运动趋势，因此第二节叉222和转向器输入轴231通过定位卡片27和第二螺栓26固定连接在一起。当第二节叉222转动时，其带动定位卡片27转动，定位卡片27通过花键连接带动转向器输入轴231转动，将转动力矩传递到了转向器23。因为第二螺栓26和定位卡片27的卡片部271垂直，因此第二螺栓26的螺栓柱与转向器输入轴231所在竖直平面的夹角也为90°-α。

当然，如不采用定位卡片27的方式，也可采用本领域技术人员惯常使用的方式，如直接在第二节叉222上设置花键连接实现转向力矩从第二节叉222向转向器输入轴231的传递。

因第二螺栓26与第二十字万向节227的一个轴平行，与另外一个轴垂直，因此第二十字万向节227的一个轴必然与转向器输入轴231所在的竖直平面夹角大小也为90°-α。前述第三节叉223和第四节叉224安装十字万象节的轴线平行，因此第一十字万向节226上的一个轴也与转向器输入轴231所在的竖直平面夹角大小为90°-α。因转向器输入轴231所在竖直平面与转向管柱21所在的竖直平面平行，所以第一十字万向节226的一个轴与转向管柱21所在的竖直平面夹角为90°-α，第一十字万向节226与转向管柱21所在竖直平面呈90°-α夹角的轴与第一螺栓25平行，所以第一螺栓25也与转向管柱所在竖直平面的夹角为90°-α，如图6所示。因ABC平面与转向管柱21所在的平面夹角为α，所以第一螺栓25螺栓柱垂直于ABC平面。可确定，第一十字万向节26的一个轴也垂直于ABC平面，也就是第一十字万向节关于ABC平面左右对称。因此，第一节叉221以ω₁速度顺时针、逆时针转过相同角度时，第三节叉223的瞬时速度相同，其左右转动的瞬时速度如图3中的理想速度ω₂。同理，第二十字万向节227的十字万向节关于BCD平面对称，第四节叉224以同一速度顺时针、逆时针转动时，第二节叉222的瞬时速度相同。在转向管柱21顺时针、逆时针旋转相同的情况下，转向轮左右转动的角度相同。这样，驾驶员操控方向盘时，以方向盘中位为基准左右旋转时转向响应一致，具有良好的中位感觉。

在转向管柱21和转向器输入轴231不平行的情况下，BCD平面与转向器输入轴231所在竖直平面夹角为β。为了达到具有中位感的效果，第二螺栓26的安装角度仍需垂直于BCD平面，此时应调整定位卡片27在转向器输入轴231上的安装位置，使卡片部271与转向器输入轴231所在平面的夹角为β，从而保证第一十字万向节、第二十字万向节联轴器顺指针、逆时针旋转的对称性。

十字万向节两个轴呈垂直关系，当第一螺栓25平行于ABC平面时，第一十字万向节226的一个轴必然垂直于ABC平面，则第一十字万向节226也是关于ABC平面对称，可保证顺时针、逆时针转动的速度和转动角度对称，因此第一螺栓25也可设置为平行ABC平面；同理，第二螺栓26也可设置为平行于BCD平面。当采用第三节叉223、第四节叉224轴线垂直的十字万向节联轴器时，即在十字万向节联轴器22的第三节叉223和第四节叉224连接万向节的轴线垂直的情况下，采用上述连接方式则第一螺栓25、第二螺栓26必然垂直于对应的一个平面。

当然，如不采用定位卡片27，也可通过其他定位方法使得第一螺栓25垂直或平行于ABC平面、第二螺栓26垂直或平行于BCD平面，确保第一十字万向节226、第二十字万向节227左右旋转响应一致，进而使得驾驶汽车具有中位感。

以上对本发明所提供的转向***进行了详细介绍，将其应用于汽车上，可提高驾驶人员对汽车行驶方向的中位感觉。应提请注意的是，以上实施例只是用于帮助理解本发明的核心思想，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (8)

1.一种汽车用转向***，包括转向管柱(21)、十字万向节联轴器(22)、转向器(23)；

所述十字万向节联轴器(22)的第一节叉(221)通过第一连接轴(25)与所述转向管柱(21)固定连接，所述十字万向节联轴器(22)的第一十字万向节(226)的中点与所述转向管柱(21)的中心线共线；

所述转向器(23)具有转向器输入轴(231)，所述十字万向节联轴器(22)的第二节叉(222)通过第二连接轴(26)与所述转向器输入轴(231)固定连接，所述十字万向节联轴器(22)的第二十字万向节的中点与所述转向器输入轴(231)的中心线共线；

其特征在于，所述第一连接轴(25)垂直或平行于所述转向管柱(21)的中心线和所述第二十字万向节(227)的中点所在的平面；所述第二连接轴(26)垂直或平行于所述第一十字万向节(226)的中点和所述转向器输入轴(231)的中心线所在的平面；

所述转向管柱(21)的中心线上一点为A、第一十字万向节(226)的中点为B、第二十字万向节(227)的中点为C，A、B、C三点形成ABC平面，所述ABC平面与转向管柱(21)的中心线所在的竖直平面夹角为α；

所述第一十字万向节(226)与所述转向管柱(21)所在竖直平面呈90°-α夹角的轴与所述第一连接轴(25)平行，所述第一十字万向节(226)的一个轴垂直于所述ABC平面、所述第一十字万向节(226)以所述ABC平面为对称面左右对称。

2.根据权利要求1所述的转向***，其特征在于：

还包括定位卡片(27)，所述定位卡片(27)具有卡圈和连接所述卡圈的卡片部(271)，所述卡片部(271)上具有通过部(274)；

所述第二节叉(222)上具有卡槽(228)；

所述定位卡片(27)通过所述卡圈固定连接所述转向器输入轴(231)，所述转向器输入轴(231)***所述第二节叉(222)，所述卡片部(271)卡接在所述卡槽(228)内，所述第二连接轴(26)穿过所述第二节叉(222)的第二通孔(229)和所述通过部(274)，连接所述第二节叉(222)、所述定位卡片(27)和所述转向器输入轴(231)。

3.根据权利要求2所述的转向***，其特征在于：

所述卡圈内侧具有第一花键；

所述转向器输入轴(231)外具有与第一花键配合的第二花键；

所述定位卡片(27)通过所述卡圈与所述转向器输入轴(231)花键连接。

4.根据权利要求3所述的转向***，其特征在于，所述第一花键和所述第二花键为防错花键，限定所述定位卡片(27)在所述转向器输入轴(231)上的安装角度。

5.根据权利要求3所述的转向***，其特征在于，所述卡圈分为底置卡圈(272)和顶置卡圈(273)，所述顶置卡圈(273)与所述卡片部(271)的第一端连接，所述底置卡圈(272)与所述卡片部(271)的第二端连接。

6.根据权利要求2所述的转向***，其特征在于，所述通过部(274)为位于所述卡片部(271)内侧的缺口或通孔。

7.根据权利要求1所述的转向***，其特征在于，所述第一连接轴(25)和所述第二连接轴(26)为螺栓。

8.一种汽车，其特征在于，采用权利要求1-7任一项所述的转向***。