Система рулевого управления для транспортного средства

Система рулевого управления для транспортного средства

Иллюстрации

Показать все

Реферат

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Настоящее изобретение в основном относится к системам рулевого управления механических транспортных средств и, в частности, к системе рулевого узла для механических транспортных средств, обладающих способностью маневрировать с нулевым радиусом поворота или с почти нулевым радиусом поворота

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Механические транспортные средства, такие как легковые автомобили, обычно содержат двигатель, трансмиссию, соответствующим образом соединяющую двигатель с ведущими колесами, и комплект управляемых колес. Управление управляемыми колесами осуществляется рулевым колесом, расположенным рядом с сиденьем водителя. Манипуляции рулевым колесом приводят к изменению положения пары управляемых колес и тем самым к маневрированию транспортным средством.

Транспортным средствам часто приходится маневрировать в ограниченном пространстве, например, во время парковки. Поэтому конструкторы стремятся уменьшить радиус поворота транспортного средства, сбалансировав его с ограничивающими признаками скомпонованного изделия и геометрией системы, чтобы обеспечить конкурентоспособный комфорт, безопасность, управляемость, ездовые характеристики и характеристики ухода, однако, до сих пор, без особого успеха.

Для обычных легковых автомобилей существует множество аспектов, которые ограничивают свободу конструктора для геометрий с нулевым радиусом поворота, в частности, компоновка и ориентация карданной передачи, эргономический пакет включая органы управления, геометрия подвески и рулевой системы и характеристики безопасности транспортного средства.

Геометрия передних управляемых колес, обеспечивающая маневры с нулевым радиусом поворота, применялась во внедорожных, не развивающих больших скоростей транспортных средствах. Однако в этих случаях, в отличие от независимой подвески или подвески с подвешенной осью, применялась конфигурация не подвешенной жесткой оси.

ЗАДАЧИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Задачей настоящего изобретения является создание надежной, простой и экономически эффективной системы рулевого управления.

Другой задачей изобретения является обеспечение возможности легковому автомобилю с независимой передней подвеской поворачиваться в пределах колеи задней оси.

Еще одной задачей настоящего изобретения является создание системы рулевого управления, обеспечивающей возможность нулевого радиуса поворота транспортного средства, не игнорируя ключевые характеристики езды, ухода, управляемости и т.п.

Другие задачи и признаки настоящего изобретения будут понятны из нижеследующего подробного описания, приведенного со ссылками на прилагаемые чертежи.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Различные варианты настоящего изобретения относятся к системе рулевого управления транспортного средства. Система рулевого управления содержит по меньшей мере одно управляемое колесо, установленное на ступице колеса, при этом это по меньшей одно колесо управляется узлом зубчатой передачи, соединенной с рулевым механизмом транспортного средства, причем ступица колеса установлена на рулевом шкворне. Узел зубчатой передачи дополнительно содержит множество находящихся в зацеплении зубчатых колес, содержащее входное зубчатое колесо, механически соединенное с рулевым механизмом, и выходное зубчатое колесо, интегрально соединенное с рулевым шкворнем так, что управляющее вращение передается от рулевого механизма на управляемое колесо через множество находящихся в зацеплении зубчатых колес. В варианте настоящего изобретения входное зубчатое колесо и рулевой шкворень установлены на независимой подвеске колеса.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Фиг.1 - вид в перспективе системы рулевого управления согласно варианту настоящего изобретения; и

Фиг.2А, 2В и 2С - различные виды сверху части системы рулевого управления с фиг.1 согласно варианту изобретения.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Чертежи приведены только для иллюстрации предпочтительного варианта и не ограничивают его.

На фиг.1 показан вид в перспективе системы 100 рулевого управления согласно одному варианту настоящего изобретения. Система 100 (также именуемая "рулевой модуль 100") предназначена для управления колесами транспортного средства, которым может быть легковой автомобиль, автомобиль для активного отдыха (SUV), легкий грузовик или любой другой автомобиль, что не выходит за рамки идеи изобретения. Транспортное средство, как очевидно для специалистов, содержит кузов (или раму с подрамником), несущий комплект колес, первичный двигатель, приводящий колеса, рулевое колесо и другие компоненты. Комплект колес поддерживает транспортное средство на поверхности и обычно приводится в действие первичным двигателем через систему трансмиссии для движения транспортного средства по поверхности, например, по дороге. Далее, вращающееся рулевое колесо 116 механически соединено с управляемым колесом, тем самым управляя маневрами транспортного средства (см. фиг.2а). Управляемое колесо может находиться на передней оси транспортного средства. Однако управляемое колесо альтернативно может находиться на задней оси (или на обеих осях), что не противоречит изобретательской идее.

Как показано на фиг.1 и 2а, с рулевым колесом 116 соединена рулевая рейка 117. Рулевая рейка 117 выполнена с возможностью поперечного перемещения при вращении рулевого колеса 116 за счет реечной зубчатой передачи. В альтернативном варианте рулевая рейка 117 может быть заменена на коробку рулевого механизма, которая может принимать вращение от рулевого колеса. С рулевой рейкой 117 соединена рулевая тяга 118, которая движется вместе с рейкой 117. Рулевая тяга 118 может передавать такое движение на управляемое колесо через механизм передачи вращения.

Механизм передачи вращения содержит узел 122 зубчатых колес, установленный на системе 101 независимой подвески управляемого колеса. Через узел 122 зубчатых колес движение рулевой тяги 118 передается на управляемое колесо. В одном варианте изобретения узел 122 зубчатых колес содержит по меньшей мере два зубчатых колеса, находящихся в зацеплении для передачи вращения. Первое зубатое колесо 130 узла 122 зубчатых колес соединено с рулевой тягой, а второе зубчатое колесо 132 узла зубчатых колес механически соединено со ступицей колеса.

В таком варианте набор зубчатых колес содержит первое зубчатое колесо, такое как первое зубчатое колесо 130, и второе зубчатое колесо, такое как второе зубчатое колесо 132. Первое зубчатое колесо 130 соединено с концом рулевой тяги 118 и установлено с возможностью вращения на системе 101 подвески управляемого колеса. Первое зубчатое колесо 130 находится в зацеплении со вторым зубчатым колесом 132. Более конкретно, зубчатый периферийный участок первого зубчатого колеса 130 находится в зацеплении с зубчатым периферийным участком второго зубчатого колеса 132. Второе зубчатое колесо 132 интегрально прикреплено к шкворню 108, установленному на системе подвески и соединенному со ступицей 106 колеса.

Согласно варианту настоящего изобретения независимая система 101 подвески управляемого колеса поддерживает узел 122 зубчатых колес. Система подвески содержит вертикальный элемент 102 с интегрированной поворотной гильзой 110. Амортизирующий узел 104 жестко установлен на вертикальном элементе 110. Амортизирующий узел 104 может иметь амортизатор с пружиной 103, которая установлена на нем соосно. В варианте настоящего изобретения пружина может быть установлена соосно с амортизатором, но может быть смещена для противодействия любым боковым силам, действующим на амортизатор. Альтернативно, может иметься рычаг, тогда амортизатор не будет являться частью этого узла. Первый конец амортизирующего узла 104, как указано выше, соединен с вертикальным элементом 102, а второй конец амортизирующего узла 104 может быть соединен с кузовом транспортного средства через втулку (не обозначена).

В варианте настоящего изобретения входное зубчатое колесо 130 установлено на нижнем монтажном участке амортизирующего узла с вертикальным элементом 102 и вращается вокруг оси амортизатора. Входное зубчатое колесо имеет сквозное отверстие для приема амортизирующего узла и может быть установлено непосредственно на вертикальном элементе 102 или на амортизаторе 104. Интегрированная поворотная гильза 110 имеет вертикальную воображаемую ось, проходящую параллельно оси амортизирующего узла 104 и смещенную от нее.

Нижний рычаг 105, соединен с нижним концом вертикального элемента 102. Вертикальный элемент 102 заперт втулкой 107 на нижнем рычаге 105, что обеспечивает возможность поворота на большой угол только вокруг оси втулки, оставляя возможность хода сжатия и отбоя подвески. Нижний рычаг 105 прикреплен к кузову (или раме/подрамнику) через две втулки, ориентацию которых можно настраивать в зависимости от требований. Нижний рычаг 105 имеет уникальный профиль, чтобы позволить колесу поворачиваться на приблизительно 180° с возможностью внутреннего поворота более чем на 105°.

Ступица 106 колеса установлена на рулевом шкворне 108 и может свободно вращаться вокруг рулевого шкворня, как показано на фиг.1. В частности, рулевой шкворень 108 вставлен в участок 110 гильзы вертикального элемента 102. Вращение рулевого шкворня 108 в участке 110 гильзы осуществляется в подшипниках. Нижняя часть рулевого шкворня 108 вытянута в поперечном направлении для установки ступицы 106 колеса. Боковое удлинение также облегчает установку необходимых тормозных приспособлений на ступицу колеса. Ступица 106 колеса выполнена с возможностью съемной установки колеса известным способом.

В варианте настоящего изобретения выходное зубчатое колесо 132 может быть установлено на рулевом шкворне 108, установленном в поворотной гильзе 110. Ось поворотной гильзы 110 проходит параллельно оси амортизирующего узла 104 и смещена относительно нее. Шкворень 108 установлен в поворотной гильзе 110 и выполнен с возможностью вращения в этой гильзе вокруг оси, параллельной оси амортизирующего узла 104 и смещенной относительно нее. Далее, вертикальная ось шкворня смещена относительно вертикальной оси колеса.

Как показано на фиг.1 в варианте настоящего изобретения рулевое колесо механически соединено с парой управляемых колес, и поворот рулевого колеса приводит к повороту пары управляемых колес, что позволяет транспортному средству маневрировать. Пара рулевых тяг, первая рулевая тяга 118 и вторая рулевая тяга 118' соединены с рулевой рейкой 117. Благодаря этому каждая из этих рулевых тяг 118, 118' движется вместе с движением рулевой рейки 117. Первая рулевая тяга 118 и вторая рулевая тяга 118' выполнены с возможностью передавать такое движение на соответствующие колеса через описанный выше механизм передачи вращения.

Отношение между входными зубчатыми колесами 130 и выходными зубчатыми колесами 132 и положение конца рулевой тяги можно регулировать для получения разных характеристик рулевого управления. Ось шкворня (центр вращения колеса) смещена и проходит параллельно оси амортизатора, что позволяет поворачивать колеса на приблизительно 180° вокруг нижних рычагов, которые сами имеют такую конструкцию, которая допускает такой поворот колеса. Рулевой модуль 100 может дополнительно содержать стабилизатор 138 поперечной устойчивости, прикрепленный к двум нижним рычагам, хотя он может быть также установлен на узле вертикального элемента или амортизатора.

Как показано на фиг.2, во время работы рулевого модуля 100 транспортного средства, т.е. при повороте рулевого колеса, движение рулевой тяги 118 приводит к повороту первого зубчатого колеса 130. Благодаря зубчатому зацеплению первого зубчатого колеса 1230 со вторым зубчатым колесом 132, вращение первого зубчатого колеса 130 приводит к вращению второго зубчатого колеса 132. Второе зубчатое колесо вращается в противоположном направлении из-за зацепления с первым зубчатым колесом 130, и вращение происходит вокруг воображаемой вертикальной продольной оси на шкворне 108 ступицы 106 колеса. Рулевой модуль 100 обладает свойствами рулевого управления с поворотными кулаками и трапецией (принцип Аккермана) и настраиваемой независимой подвески, типичной для легковых автомобилей.

На фиг.2а, 2b и 2с показаны положения колеса транспортного средства, соответственно прямо, полностью влево и полностью вправо.

В одном варианте настоящего изобретения рулевая рейка может сдвигаться влево при вращении рулевого колеса против часовой стрелки, в результате чего первое колесо, установленное на ступице 106, поворачивается влево и автомобиль может повернуть налево. В других вариантах настоящего изобретения рулевая рейка движется вправо при вращении рулевого колеса по часовой стрелке, в результате чего первое колесо на первой ступице 106 и второе колесо на второй ступице 106 поворачиваются по часовой стрелке и транспортное средство может повернуть направо.

Выше описаны конкретные варианты настоящего изобретения. Следует понимать, что эти варианты описаны только для иллюстрации и специалисты могут внести в них многочисленные изменения и замены, не выходя за пределы изобретательской идеи и объема защиты. Все такие изменения и замены входят в объем защиты изобретения, определяемый прилагаемой формулой изобретения и ее эквивалентами.

ПЕРЕЧЕНЬ ССЫЛОЧНЫХ ПОЗИЦИЙ

100 - рулевая система, рулевой модуль;

101 - система подвески;

102 - вертикальный элемент;

103 - пружина;

104 - амортизирующий узел;

105 - нижний рычаг;

106 - ступица колеса;

108 - шкворень;

110 - участок гильзы;

116 - рулевое колесо;

117 - рулевая рейка;

118, 118' - рулевая тяга;

122 - набор зубчатых колес;

130 - первое зубчатое колесо;

132 - второе зубчатое колесо; и

138 - стабилизатор поперечной устойчивости.

1. Система рулевого управления для транспортного средства, содержащая, по меньшей мере, одно управляемое колесо, установленное на ступице колеса и управляемое с помощью набора зубчатых колес, соединенного с рулевым механизмом транспортного средства, при этом ступица колеса установлена на шкворне, набор зубчатых колес дополнительно содержит множество находящихся в зацеплении зубчатых колес, включая входное зубчатое колесо, механически соединенное с рулевым механизмом, и выходное зубчатое колесо, интегрально соединенное со шкворнем, и входное зубчатое колесо и шкворень установлены с возможностью вращения на системе независимой подвески колеса.

2. Система по п.1, дополнительно содержащая вертикальный элемент с интегрированной поворотной гильзой для поддержки шкворня, амортизирующий узел, жестко установленный на вертикальном элементе, и нижний рычаг, шарнирно соединенный с нижним концом вертикального элемента.

3. Система по п.2, в которой входной зубчатое колесо выполнено с возможностью вращения вокруг оси амортизирующего узла.

4. Система по п.2, в которой ось втулки проходит параллельно оси амортизирующего узла и смещена относительно нее.

5. Система по п.2, в которой шкворень установлен в поворотной гильзе и выполнен с возможностью вращения в гильзе вокруг оси, параллельной оси амортизирующего узла и смещенной от нее.

6. Система по п.1, в котором рулевой механизм содержит рулевое колесо, установленное на рулевой колонке, при этом колонка соединена с реечным рулевым механизмом, и по меньшей мере одну рулевую тягу, соединенную с рулевой рейкой.

7. Система по п.1, в которой рулевой механизм содержит рулевое колесо, установленное на рулевой колонке, соединенной с рулевой передачей, и по меньшей мере одну рулевую тягу, соединенную с рулевой передачей.

8. Система по п.7, в которой рулевая тяга соединена с входным зубчатым колесом набора зубчатых колес.

9. Система по п.2, в которой нижний рычаг прикреплен к кузову транспортного средства.

10. Система по п.1, в которой опускающийся участок шкворня проходит поперечно для крепления ступицы колеса.

11. Система по п.1, в которой зубчатые колеса являются зубчатыми секторами.

12. Система по п.1, в которой парой колес управляет соответствующий набор зубчатых колес, соединенный с рулевым механизмом.

13. Автомобиль, имеющий систему рулевого управления по любому из пп.1-12.