汽车转向装置的制作方法

专利名称：汽车转向装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种具有可变转换比的汽车转向装置和用于此种转向装置的转向机构。
本发明涉及一种汽车转向装置(用于汽车转向的装置)，它能改变转向操纵装置的控制运动和利用转向装置转向的汽车部件的被控运动之间转换的转换比，于此，转换比的可改变性基本上是借助转向机构来实现的。这种转向机构包含一个传动部件和一个从动部件，它将传动部件的运动转换成从动部件的运动，与此同时，转换比是可变的。转向机构的传动部件与转向操纵装置相耦联，于此，转向操纵装置的运动和传动部件的运动之间可能存在的转换比基本上是恒定的。转向机构的从动部件与被转向的汽车部件相耦联，于此，在从动部件的运动和被转向的汽车部件的运动之间亦可能存在的转换比基本上也是恒定的。
下文中出现的汽车一词，应广义地理解为任何一种运输工具(陆上运输工具，水上运输工具，飞机，太空运输工具)，这里，为了便于说明起见，无论是本发明提出的还是已知的转向装置和转向机构，都援引最广泛普及的小轿车(PKW)作为例子。在一种陆上运输工具上，转向操纵装置通常由一个方向盘构成，而被转向的汽车部件则由车轮构成。就一艘船而言，转向操纵装置和被转向的船只部件可由方向盘或者方向操纵舵构成，就飞机而言，转向操纵装置和被转向的部件由操纵杆或者侧向和/或横向控制器构成。
在小轿车(PKW)的转向装置上的使用中，转向机构的传动部件-通常以转向机构主动轴的形式-与一个方向盘相耦联。转向机构的从动部件是经过一个转向拉杆与被转向的车轮，通常是前轮，相耦联的。转向拉杆通常包括转向横拉杆、转向纵拉杆、操纵杆和/或其他部件。在采用齿条转向装置的情况下，转向机构包含一个齿轮-齿条机构，于此，构成转向机构的从动部件的齿条与转向拉杆相连。在采用蜗杆转向装置和/或滚珠螺母-液压转向装置的情况下，转向机构的从动部件则由一个所谓的导辊轴构成，在此导辊轴上固定着一个操纵转向拉杆的转向臂。
就具有方向盘和被转向车轮的汽车来说，方向盘的角位以α表示，被转向车轮的角位以β表示。于是，通过一个汽车转向装置全部地将方向盘绕旋转角dα的旋转运动变换成被转向车轮绕转向角dβ的旋转运动。在最常用的转向装置情况下，方向盘的旋转运动和被转向车轮的旋转运动之间的转换比，在从转向装置的一个挡到另一个挡的整个转向范围内，基本上都是恒定的，也就是说，在方向盘的旋转角dα和被转向车轮的转向角dβ之间存在一种线性关系。
鉴于汽车的条件，当然所希望的是方向盘的旋转运动和被转向车轮的旋转运动之间的转换比可变。于此，根据车辆类型和/或行驶情况之不同，现时对这种转换比的特性的要求是很不同的。因此，例如对高速范围中汽车的安全控制来说，此时转向装置通常在一个窄的范围内围绕直线布置被驱动，一个大的转换比dα/dβ(方向盘的旋转角dα和被转向车轮的转向角dβ之比)是所希望的，从而不会因有小的方向盘运动便导致产生一种突然的方向变更。在以很低的速度操纵汽车时，特别在停车时，当然希望小的转换比dα/dβ,以便被转向的车轮能够快速地从一个转向挡旋转到另一个转向挡。
当转换比dα/dβ(方向盘的旋转角dα和被转向车轮的转向角dβ之比)为了适应向右或向左旋转方向盘直到止挡的直线驶出，从一个中性转向位置减小时，所涉及的是一种递增的转向装置。在一种递增转向装置情况下(即具有递增转换比特性的转向装置)，方向盘的旋转有一个一定的角度增量dα,从而在偏转的车轮条件下比在直线定位的车轮条下使得被转向车轮有一个较大的旋转角dβ。事实证明，递增的转向装置是有利的，尤其对赛车来说更是如此，这样一方面在以高速直线行驶时可以实现精确的转向，另一方面在汽车处于离心行驶情况下能够对被转向车轮做出快速的转向角调整反应，从而使汽车脱离开离心力再次回复常态。
相反地，涉及的是一种递减转向装置(即具有递减转换比特性的转向)，这时的转换比dα/dβ(方向盘的旋转角dα和被转向车轮的转向角dβ之比)，为了适应向右或向左旋转方向盘直到止挡的直线驶出，从一个中性转向位置逐渐增大。在一种递减转向装置的情况下，方向盘的旋转有一个一定的角度增量dα,使得在偏转的车轮条件下比在直线定位的车轮条件下，被转向车轮有一个较小的旋转角dβ。递减的转向装置例如可以在下述情况下使用希望放弃转向装置的侍服或辅助支持，而且即使在低速条件下要使重型车辆依然能进行转向。在上述情况下，递减转向装置可以使操纵轻松，例如在以低速就位停车时，这样，在车轮偏转大时的转向较之在直线驶出范围中的转向要灵活一些。
一种具有可变转换比的汽车转向装置例如是由德国“ZFFriedrichshafen AG”公司以具有递减或递增特性的齿条转向装置的形式提供的。这种转向装置的递减性或递增性基于一种齿条，该齿条的齿加工是以不同的模数和啮合角完成的。齿条的最大和最小转换之差，最多为大约30％。
专利DE19519588A1(Honda)中公开过一种具有递增特性的转向机构。该转向机构上的转换比的可变性基于下述措施转向机构的从动轴相对于它的主动轴而言，虽然是与之平行地伸展的，但却是相错开地(即偏心地)安置的。为了实现主动轴和从动轴的耦联，在这两个轴之间安置了一个中间部件，该部件基本上起着一个曲柄的功能作用(联杆与铰链接头联合)，而且将主动轴的即与主动轴抗扭转地相连的延长部的转矩传递到从动轴上。就这样一种转向机构来说，一个主要的问题在于不在结构上花很大成本，是不能无间隙地制造出来的。
在专利EP0008305A(BMW)的说明书中介绍了一种基于万向接头的转向机构，它为了获得可变的转换比而利用万向接头的万向接合误差。由于万向接头的被限制在大约40度的偏转角，转换比可达的最大可变度在30％的这个数量级上。
在专利EP0737612A(Caterpillar)中介绍了一种用于控制调节阀的控制机构，该调节阀本身又控制一个或几个液压汽缸。上述控制机构包含一个套管式伸缩轴，在该轴的两个纵向端上各自如此地安置了一个万向接头，使得两个万向接头的万向接合误差不但未消除，反而更大了。这种控制机构由于从两个万向接头所积累起来的间隙之故，很不适合作为固有的转向机构，这是因为它不能无间隙地加以调节。
此外，还有一些具有可变转换比的转向机构是众所周知的，这些转向机构的转换比的可变度是借助使用椭圆齿轮加以实现的。
迄今已知的所有具有可变转换比的转向机构和/或转向装置，与常用的具有基本上不变转换比的转向机构相比，仍有某些系统上的特定缺点，这些缺点妨碍了迄今的早期转向机构的推广应用。
由于被限制的最小转换比之故，大多数已知的具有可变转换比的转向机构都要求安置一个附加的减速器，以便获得对汽车转向装置通常所需的转换比dα/dβ(方向盘的旋转角dα和被转向车轮的转向角dβ之比)。这一情况所引起的问题，涉及到可以达到的能量传递元件的机械刚性，从而也涉及到转向机构的间隙的可调节性。此外，无论对椭圆齿轮的制造，抑或对具有可变模数和啮合角的齿条的制造，都需要专用的昂贵的工具和设备，才能达到制造上所要求的精密度。
本发明的任务是提供一种具有可变转换比的转向装置，它可以在整个转向范围内基本上无间隙地加以调节，它构造简单，使汽车转向装置能获得适合于它的转换比。
按本发明的一种汽车转向装置具有可变转换比，它有一个转向机构，该转向机构有一个可绕一个第一回转轴回转的传动部件，该传动部件经过一个中间部件而与一个可绕一个第二回转轴回转的从动部件相耦联，于此，可绕一个第三回转轴旋转的传动部件铰连在中间部件上，而此中间部件又可绕一个第四回转轴旋转地铰连在从动部件上。传动部件、中间部件、从动部件以及四个回转轴是这样安装的，使得这四个回转轴在唯一的一个点上相交，而且在第一回转轴和第四回转轴之间所成的最小角在0.1度至40度的范围内。
本发明提出的用于具有可变转换比的汽车转向装置的转向机构，它有一个可绕一个第一回转轴旋转的传动部件，该传动部件经过一个中间部件而与一个可绕一个第二回转轴旋转的从动部件相耦联，于此，传动部件可以绕一个第三回转轴旋转地铰连在中间部件上，而此中间部件又可绕一个第四回转轴旋转地铰连在从动部件上。传动部件、中间部件、从动部件以及四个回转轴是这样安装的，使得四个回转轴在唯一的一点上相交，而且在第一回转轴和第四回转轴之间所包封的最小角在0.1度至40度的范围内。
对于在两个轴(即回转轴)之间所成的角，通常应理解为在一个点上相交的两个直线性轴(即回转轴)之间处于零度和90度之间的角。
按本发明提出的转向机构，传动部件的旋转运动和所属从动部件的旋转运动之间的转换比(与万向接头的情况相似)，是依传动部件的角位函数关系来变改的。视角位之不同，即根据转向机构相应于转向装置的中立直线布置而安装在转向装置中所处的角位，可利用依本发明的转向机构获得一种递增的或递减的转向装置。转换比基本上是由转向机构的角位和由第一回转轴与第四回转轴之间所成的角来决定的，而这个角又依转向机构的角位函数来改变。根据本发明，传动部件、中间部件、从动部件以及四个回转轴须这样安置，使得在操纵转向机构时，在整个可利用的转向范围中，第一回转轴和第四回转轴之间所成的角的最小值在0.1度和40度之间。特别优选的一种安置是，使上述的角在30度和0.1之间。而较理想的安置则是使上述的角大约为5度。这样，与迄今已知的转向机构相比，可以实现小得多的最小转换比，因而可以放弃为汽车转向装置安装附加的减速机构。
本发明提出的转向机构基本上仅由三个部分即传动部件、中间部件和从动部件以及第一铰连件和第二铰连件组成，第一铰连件用于将传动部件可以回转地铰连到中间部件上，第二铰连件用于将中间部件可以回转地铰连到从动部件上。因此，本发明提出的转向机构具有非常简单的构造。本发明的转向机构所需要的全部铰连件可包括可调节的轴承例如圆锥滚柱轴承，因此本发明的转向机构在整个转向范围中基本上可以无间隙地进行调节。
依照本发明的转向装置的一个优选的实施例，传动部件和从动部件是彼此相应地这样安置的，使得在第一回转轴和第二回转轴之间所成的角在50度和89.9度之间的范围内。上述安置最好是使上述的角在60度和89.9度之间。特别优选的安置则是使上述的角大约为70度。
本发明的转向装置的另一个优选的实施例包括用于转向装置操纵的一个方向盘，为了限制方向盘的回转运动，该方向盘配备有回转角限制部件。这些回转角限制部件可以包括例如一个固定地安置在方向盘上的凸轮，该凸轮与一个安置在方向盘支承件上的凸轮止挡配合以达到限制向右和向左回转运动的目的。本发明的这一实施例在用于伺服转向装置(辅助转向装置)方面证明是特别有利的。在传统的伺服转向装置上，一方面是最大转向角由被转向车轮的止挡来限制；另一方面，典型的方式是，用于控制伺服驱动装置的液压旋转分流阀由从方向盘一侧安置在转向机构上的机构主动轴来加以控制。这样，就存在伺服转向装置的液压装置超载荷的危险，例如当停车时车轮已经处于碰上止挡的位置，而方向盘却继续被回转，这时便会有上述危险。依本发明的转向装置，由于能够限制方向盘上的回转角，所以可避免伺服装置超载荷的危险。如同传统的小轿车(PKW)伺服转向装置一样，本发明提出的一种小轿车(PKW)伺服转向装置即使在伺服中断的情况下也总是能用手操纵。
本发明提出的转向机构的另一个优选的实施例，其特征在于中间部件相应于从动部件是这样加以安置的，使得第四回转轴相对于第二回转轴所成的一个角为25度至85度，最好是一个介于70度和80度之间的角。使得上述的角达到大约75度的那种安置是特别值得优选的。按照本发明提出的转向机构的上述实施例，有转向机构的一个角位(相位)范围，依此，传动部件围绕一个半圆角(以相位为中心)的回转运动与从动部件围绕一个小于半圆角的角的回转运动相耦合。上述角位范围被定义为传动部件的长相位范围或者从动部件的短相位范围。然后，传动部件围绕另一个半圆角的回转运动与从动部件围绕一个相应地大于半圆角的角的回转运动相耦合，这是因为很自然的，传动部件围绕一个全圆角的回转运动总是与从动部件围绕一个全圆角的回转运动相耦合的。在小轿车转向装置上采用符合本发明上述实施例的转向机构的情况下，最好是如此安置转向机构，使得在被转向车轮的直线布置中传动部件处于它的长相位范围的中心，从动部件处于它的短相位范围的中心。于是可达到下述目的在一个预先给定的、被转向车轮的角位B可以在其界限内改变的转向角范围条件下，方向盘的角位α可以在其界限内改变的可用旋转角范围将达到最大。
依本发明的上述那种转向机构最好包括一些构件，以之用于有选择地调节第四回转轴和第二回转轴之间所成的角。
按本发明提出的转向机构的另一个实施例，传动部件相对于中间部件是如此安置的，使得第一回转轴相对于第三回转轴形成一个45度至90度的角，这个角最好是大约90度。
传动部件最好包含一个具有两个叉臂(叉鞘)的叉形部(与自行车叉件的形状相似)，依此，这两个叉臂各自配有第一铰接件，以之用于将叉臂可以回转地铰连在中间部件上。这些第一铰接件可以包含轴颈，轴颈可用螺纹拧入叉臂中，并与相应地安置在中间件部上的轴套和圆锥滚柱轴承相配合而起作用。利用可拧入的轴颈便能调节圆锥滚柱轴承的间隙。此外，叉臂可以沿叉臂的纵向开出槽口，并配一个横向地通过该槽口设置的孔，在此孔中可拧入一个固定螺钉，以此可将轴颈固定。
当然也可使用其他合适的可回转铰链接头，将传动部件可以围绕第三回转轴回转地铰连在中间部件上。这样，例如可将轴套安置在传动部件上，将轴颈安置在中间部件上。
按本发明提出的转向机构的一个优选的实施例，为了将中间部件可回转地铰连在从动部件上，将一个轴颈单侧固定地安置在由中间部件和从动部件组成的部件对的两个部件之一上，该部件对的两个部件中的另一个利用轴承件可回转地支承在该轴颈上。换句话说，要么将轴颈单侧固定地安置在从动部件上，将中间部件支承在轴颈上；要么将轴颈单侧固定地安置在中间部件上，将从动部件支承在轴颈上。也就是说，轴颈与轴承件相连接而形成第二个铰链连接件，以实现中间部件和从动部件之间可围绕第四回转轴回转的连通。在此情况下，第四回转轴由轴颈的中心来定界。轴颈的仅单侧的固定的一个优点就是转向机构具有大的运动自由度因此，例如轴颈的与固定地安置在从动部件上的端头相对峙的自由端就不需要安置在中间部件上的承载件和/或支撑件了，这种承载件有可能妨碍转向机构的运动。上述之点例如与常用的十字形铰链接头的那种结构是截然不同的。
轴颈最好具有圆锥形断面，支承件包括一个或多个圆锥滚柱轴承，被支承在轴颈上的部件利用可轴向推移的定位件可扣定在它的轴向位置上，于是，借助定位件的轴向移动便可调节支承件的(从而第二个铰接件的)间隙。定位件可包含一个具有内螺纹的正孔螺母，该正孔螺母可以拧紧在轴颈的具有外螺纹的自由端上，以便将支承在轴颈上的部件固定在其轴向位置上。
从动部件最好具有一个第一臂形件和一个第二臂形件以及一个将此两个臂形件连接起来的桥接件，于此，轴颈单侧固定地安置桥接件上，而且两个臂形件各自配有第三铰接件，以实现对从动部件可围绕第二回转轴旋转的支承。上述第三铰接件可以包括固定地安置在从动部件上的轴颈，以便与轴套配合而起作用，轴套例如安置在汽车的一个承载座的连杆上。第三铰接件最好也包括可以无间隙地调节的圆锥滚柱轴承。
当然，为了将中间部件可以围绕第四回转轴旋转地铰连在传动部件上，也可以使用其他合适的可回转铰链接头。于是，例如从动部件便可仅单侧地铰连到汽车的一个支承座连杆上。
除了上述的镰刀形状(即以桥接件连接起来的两个臂件)，从动部件也可以有其他形状。这样，从动部件例如也可以设计成角形，使之具有一个第一臂件和一个与第二臂件成一个角度而安置在其上的第二臂件。在角形从动部件情况下，一个轴颈为了可回转地将中间部件铰连在从动部件上，可以单侧固定地安置在第一臂形件上，而第二臂形件可配有一些铰接件，以实现对从动部件的可围绕第二回转轴旋转的支承。
本发明提出的转向装置的另一个实施例，其特征在于第一回转轴和第二回转轴之间所成的角可以进行有变化的调节，依此，传动部件的安置可以相对于从动部件的安置加以调整。这样，就可以改变转换比依传动部件的回转角而变所依从的函数关系。第一回转轴和第二回转轴之间所成的角最好是无级可调的。这样就可达到转向装置的递增性的可调性的目的。按本发明的另一个优选的实施例，上述的角可以依汽车行驶速度的函数进行调节，从而获得与行驶速度有关的转向装置的递增性。
按本发明的另一个实施例，第四回转轴相应于第二回转轴形成一个偏离90度的角，而且第一回转轴和第二回转轴之间所成的角是可以进行有变化的调节的。按本发明的这一实施例，第一回转轴和第二回转轴之间的角可以调节到一个第一值，依此值，传动部件的回转运动总是与从动部件的同向回转运动相耦合；也可以调节到一个第二值，依此值，在传动部件的回转角位的一定范围内，传动部件的回转运动与从动部件的反向回转运动相耦合。本发明的这一实施例例如可以使用来减轻汽车的倒车向后行驶，为此在向后行驶时则调节方向盘的回转运动和被转向车轮的转向运动之间的反向耦合。此外，本发明的这一实施例还可用于全车轮转向装置，以便例如在小的行驶速度条件下能够调定出前、后车轮的反方向偏转，在大的速度条件下则调定出同方向偏转。
以下对本发明的各优选实施例的详细说明，与附图相结合，仅作为更好地理解本发明的例子而已，而不能理解为对本发明的保护范围的局限，如在专利权要求书中所定义的。对专业人员来说，根据以下的说明并结合附图和权利要求书的全部内容，便可毫无问题地看出理所当然地也属于本发明范围内的其他优越的结构形式和特征组合。
各附图示明本发明的一些优选的结构形式。附图中

图1是符合于本发明的一个第一优选结构形式的一种转向机构侧视图；图2是沿着通过图1所示转向机构的B-B线的一个横截面；图3是图1所示转向机构的一个分解图；图4是符合于本发明的一个优选结构形式的一种伺服转向装置示意图；图5是沿着通过图4所示转向装置的A-A线的局部截面正视图；图6是图1至3中所示转向机构的转换比和运动学曲线图；图7是符合本发明的一个第二优选结构形式的转向机构简化局部截面侧视图；图8是沿着通过图7所示转向机构的C-C线的横截面图；图9是符合本发明的一个第三优选结构形式的转向机构简化局部截面侧视图；图10是符合本发明的一个第四优选结构形式的转向机构简化局部截面侧视图。
在附图中相同的部件原则上都用相同的代号。
图1中示明的是依本发明的一种转向装置的转向机构10的一个实施例侧视图。图2所示是沿着B-B折线(即通过第一回转轴50和第四回转轴56的线)的转向机构10的横截面。图3所示是转向机构10的一个分解图。
图1至3中所示的转向机构10有一个可围绕一个第一回转轴50旋转的传动部件20，该传动部件经过一个中间部件30同一个可围绕一个第二回转轴52旋转的从动部件40相耦联。传动部件20可围绕一个第三回转轴54回转地铰连在中间部件30上。中间部件30本身可围绕一个第四回转轴56回转地铰连在从动部件40上。
传动部件20具有一个叉形部，后者与自行车叉相似有两个叉臂(叉套)21、22。这两个叉臂21、22各自有一个具有内螺纹的孔23、24。在这两个孔23、24中分别拧入一个具有外螺纹的轴颈25、26。轴颈25、26各自有一个外侧的较粗的部分，其上有外螺纹，以便与孔23、24的内螺纹相配合；还有一个内侧的较细长的部分，该细长部份经过叉臂21、22的内侧而伸至传动部件20的内侧。轴颈25、26的内侧部份配合在第一圆锥滚柱轴承27、28中，后者被安置在中间部件30上的相应的孔中。借助铰接构件23、24、25、26、27、28，传动部件20经过两个叉臂21、22可围绕第三回转轴54回转地铰连在中间部件30上。
圆锥滚柱轴承27、28的间隙也就是可围绕回转轴54回转的铰接头的间隙，可以利用轴颈25、26的螺钉来加以调节。为了将轴颈25、26固定在所调定的位置上，叉臂21、22配有从孔23、24直到叉臂顶端走向的长槽口23a、24a，并各自配有一个横穿此长槽口而设置的孔29a、29b，在这两个孔中可分别拧入一个固定螺钉。
从动部件40具有一个第一臂部41、一个第二臂部42以及连接这两个臂部41、42的桥接部43。在这两个臂部41、42上分别安置了一个轴颈44、45。轴颈44、45配入第三圆锥滚柱轴承(图中未示出)中，以便将从动部件可围绕第二回转轴52旋转地加以支承。上述第三圆锥滚柱轴承可以与轴承套相配合，这些轴承套例如被安置在汽车的支承杆上。
另一个轴颈31单侧固定地安置在从动部件40的桥接件43上。利用圆锥滚柱轴承32、33，中间部件30可以围绕第四回转轴56旋转地被支承在轴颈31上。轴颈31仅单侧地固定在从动部件40上，其优点在于这种固定方式可以保证转向机构10获得大的运动自由度，因为在轴颈31的自由(运动)端没有支承件或支撑件来妨碍转向机构10的运动了。
轴颈31有一个圆锥形的节段34。为了以圆锥滚柱轴承32、33而被支承在轴颈31上的中间部件30能轴向移动和固定，轴颈31在其自由端35上有外螺纹。一个具有配有内螺纹的孔的正孔螺母36可以拧在该轴颈的自由端35上，以便将支承在该轴颈上的中间部件30固定在其轴向位置上。利用端面螺母36便可调节圆锥滚柱轴承32、33的间隙，从而调节可围绕第四回转轴56旋转的可旋动铰接头的间隙。
如在图1中可以看出的，传动部件20相对于从动部件40是这样安置的，使得第一回转轴50相对于第二回转轴52形成一个偏离于零度的70度角κ。这样，便获得一个依角位φ(传动部件20围绕第一回转轴50的回转角)的函数而变的转换比dφ/dψ(传动部件20的回转角dψ和从动部件40的回转角dψ之比)，这里的ψ表示从动部件40的角位(从动部件40围绕第二回转轴52的回转角)。
若将转向机构的各个组件彼此相应地如此安置，使得第一回转轴和第三回转轴之间所成的角及第二回转轴和第四回转轴之间所成的角基本上都是90度，那么，传动部件的回转运动和所属从动部件的回转运动之间的转换比即可按照通常的万向节传动方式(基于一种常用的十字铰接头)而变化。
按图1至3所示本发明的结构形式，在第二回转轴52和第四回转轴56之间形成一个75度的角λ。第一回转轴50和第三回转轴54之间的角μ为90度，其结果是在操纵转向机构10时，一旦第四回转轴56处于由第一回转轴50和第二回转轴52所成的平面内，侧在整个可用转向范围内第一回转轴50和第四回转轴56之间所形成的角达到一个最小值ν。与此同时，下面所描述的转换比dφ/dψ也达到它的最大值。此外，在此情况下，在第一回转轴50和第二回转轴52之间所形成的角κ、第二回转轴52和第四回转轴56之间所形成的角λ和第一回转轴50和第四回转轴56之间所形成的角的最小值ν之间，有一个简单的关系式，即ν=λ-κ图1至3中所示转向机构10如此地安置在一种符合本发明的转向装置上，使得在第一回转轴50和第二回转轴52之间所成的角κ大约为70度。所示转向装置10的运动学关系92(即从动部件40的角位ψ对传动部件20的角位φ的依赖关系)和转换比dφ/dψ94(传动部件的旋转角增量dφ和从动部件的旋转角增量dψ之比)，在图6中以曲线92、94表示。
如从图6可以看出的，无论在传动部件20向右旋动(递增的传动部件角φ)还是在传动部件20向左旋转(递减的传动部件角φ)的情况下，转换比dφ/dψ94都是从传动部件角φ的零位(相当直线出车行驶所用的中性转向位置)开始逐递减小。这一情况意味着转向装置具有递增特性。按图1至3中所示的转向机构10，转换比dφ/dψ94从在φ的零位时的一个最大值11减小到在转向机构10的止挡时的一个最小值0.37。转向机构10的止挡无论在传动部件20从其零位向右或向左旋转一个约104度的旋转角dφ的情况下，都可以达到。这时，从动部件40从其零位被回转一个90度的旋转角dψ。之所以获得从-104度至+104度的大的可利用旋转角范围，是因为在从动部件40上如此安置了中间部件30，使得第二回转轴52和第四回转轴56之间的角度偏离90度。
按图1至3中所示本发明的实施例(即ν=5度，κ=70度，λ=75度，μ=90度)，下面的关系式可用于运动学关系(即从动部件40的角位ψ对传动部件20的角位φ的依赖关系)ψ(φ)=2*atan(cos(φ)*sin(λ)-cos2(φ)*sin2(λ)+sin2(φ)*cos2(κ)*sin2(λ)-sin2(φ)*sin2(κ)*cos2(λ)-sin(φ)*cos(κ)*sin(λ)-sin(φ)*sin(κ)*cos(λ))]]>图4示明本发明提出的一种转向装置的一个优选实施例，它配有一个用于转向装置伺服助力装置。
一个方向盘70抗扭转地安置在方向盘轴73上，该轴可旋转地支承在方向盘支承部件72中。为了限制方向盘的旋转运动，转向装置配备了旋转角限制部件74。如图5所示，旋转角限制部件74包括一个固定地安置在方向盘轴73上的凸轮78,该凸轮与一个安置在方向盘支持部件72上的凸轮止挡76相配合，从而限制方向盘70向右或向左的旋转运动。
方向盘轴73经过十字铰接头80、82和一个所谓的减震器84及一个液压旋转阀85,而被联结到转向机构10上，此转向机构经过一个转向铰接杆系81操纵一个转向拉杆，从而对汽车的可转向车轮进行转向。经过液压旋转阀85来控制一伺服装置，该伺服装置主要包括一个压力限制阀86、一个液压罐87、一个液压泵88及一个工作汽缸89。液压旋转阀85在主动侧向安置在转向机构10上，而工作汽缸89则在传动侧安置在转向机构10上。通过上述安置，结合旋转角限制部件74，便可防止伺服装置超载的危险，这种危险在采用常用的伺服转向装置时，特别是停车时曲折绕行情况下往往发生。
图7所示是符合本发明的第二个优选实施例的一种转向机构110的简化局部截面侧视图，与图1中所示的相似。图8所示是图7所示的转向机构110的沿折线C-C(即通过第一回转轴150和第四回转轴156的线)的横截面，与图2相似地表示出。图7和8中所示的转向机构110代表着本发明的转向机构的一种结构上特别简单而紧凑的实施例。
图7和8中所示的转向机构110有一个可围绕第一回转轴150旋转的传动部件120，此传动部件经过一个中间部件130而与一个可围绕第二回转轴152旋转的从动部件140相联。传动部件120可以围绕第三回转轴154旋转地铰接在中间部件130上。中间部件130本身又可以围绕第四回转轴156旋转地而被铰连在从动部件140上。
纵的传动部件120的朝铰接方向的端部有两个平的外侧，在它们上面各有一个轴颈125,126。上述传动部件120的朝铰接方向的端部被安置在中间部件130的两个板状的凸肩121、122之间。轴颈125、126被容纳在适配的轴承132、133中，这两个轴承被安置在中间部件130的板状凸肩121、122上的相应的孔中，以便将传动部件120可以围绕第三回转轴154旋转地铰连在中间部件130上。
中间部件130在其与板状凸肩121、122相对的一端上配有一个凸出的轴颈131，该轴颈被容纳在轴承132、133中，这两个轴承被安置在从动部件140上的相应轴承套内。这样，便将中间部件130可以围绕第四回转轴156旋转地铰连在从动部件140上。
从动部件140是设计成角形的，它具一个第一臂部141和一个第二臂部142。在第二臂部142中，安置了上述的轴承套和轴承132、133,这些轴承与中间部件130的轴颈131相配合而起作用。在从动部件140的第一臂部141上，安置了一个轴颈145。该轴颈145配在轴承(图中未示出)中，以便将从动部件140可以围绕第二回转轴152旋转地加以支承，于此，该轴承可以安置在汽车底盘上的相应轴承套内、汽车则利用转向机构110进行转向。第一臂部141具有一个延长部146，该延长部从与第二臂部143的连通角经过第二回转轴152伸出，它的用途是操纵包含转向机构110的转向装置的转向拉杆。
如图7所示，传动部件120对应于从动部件140如此安置，使得第一回转轴150相对于第二回转轴152形成一个大约30度的角κ。在第二回转轴152和第四回转轴156之间构成一个大约60度的角λ。第一回转轴150和第三回转轴154之间的角μ是90度。这样，第一回转轴150和第四回转轴156之间所构成的角得到一个大约为30度的最小值ν。
图9所示的是符合本发明第三个优选实施例的转向机构210的局部截面侧视图，与图1和7中所示的相似。图9中所示的转向机构210的特征在于第二回转轴252和第四回转轴256之间的角λ是可以有选择地调节的，从而转换比也是可以有选择地调节的。
图9中所示的转向机构210，与图1至3中所示的相似，具有一个可围绕第一回转轴250旋转的传动部件220，该传动部件经过一个中间部件230而与一个可围绕第二回转轴252旋转的从动部件240相耦联。传动部件220可以围绕一个第三回转轴254旋动地铰连在中间部件230上。中间部件230本身又可以围绕一个第四回转轴256旋转地铰连在从动部件240上。
细长的传动部件220的朝铰连一侧的端头配有两个叉臂。这两个叉臂各配有一个孔和轴承，基本上安置在这两个叉臂之间的中间部件230的两个轴颈226便是被容纳在该轴承中，以便将传动部件220可围绕第三回转轴254旋转地铰连在中间部件230上。
从动部件240具有一个第一臂部241、一个第二臂部242,以及一个连接这两个臂部241、242的桥接部243,桥接部在图9所示侧视图中基本上呈半圆形。在这两个臂部241、242上分别安置了一个轴颈244、245。轴颈244、245配入轴承246、247中，以便将从动部件240可围绕第二回转轴252旋转地支承着，于此，上述轴承246、247便可以安置在汽车底盘上的相应轴承套中，汽车是利用转向机构210进行转向的。第一臂部241具有一个从桥接部243、经过第二回转轴252而伸出的延长部246，该延长部是用来操纵包含转向机构210的转向装置的转向拉杆的。
桥接部243由一个基本上呈半筒形的壁243构成，于此，壁243是如此安置的，使得圆筒轴通过四个回转轴250、252、254、256的交点。在半筒形的壁上如此设计了一个沿其周边走向的长槽，使得由此圆弧形长槽定界的平面贯穿四个回转轴250、252、254、256的交点。在此长槽中利用一个固定法兰239可选择或松或紧地将轴颈231如此定位，使得该轴颈也贯穿四个回转轴250、252、254、256的交点。相对于半筒形的壁243总是依径向安置的轴颈231于是可以在沿长槽的任一位置上被安置在半筒形的壁243上，在此条件下，由轴颈231所确定的第四回转轴256总是贯穿四个回转轴250、252、254、256的共同交点。这样，就可以有选择地调节第二回转轴252和第四回转轴256之间的角λ，从而可以有选择地调节转向机构210的转换比。
利用圆锥滚柱轴承232、233,将具有一个适应于轴颈231的中心孔的中间部件230可围绕第四回转轴256旋转地支承在轴颈231上。
图10所示是符合本发明第四优选实施例的转向机构310的简化局部截面侧视图，与图1和9中所示的相似。图10中所示的转向机构310的特征在于；纵的传动部件320支承在中间部件330外面的两侧。
图10中所示的转向机构310，与图1至3中所示的转向机构10相似，具有一个可围绕第一回转轴350旋转的传动部件320，该传动部件经过一个中间部件330而与一个可围绕第二回转轴352旋转的从动部件340相耦联。传动部件320是可以围绕第三回转轴354旋转地铰连在中间部件330上。中间部件330本身则可以围绕第四回转轴356旋转地铰连在从动部件340上。
在中间部件330的范围内，传动部件320是设计成弧形的，依此，中间部件330基本上安置在传动部件320的弧形段所包含的范围内。在中间部件的两边，传动部件320可围绕第一回转轴350旋转地被支承在轴承328、329中。轴承328、329的轴承套被安置在汽车底盘的一个部件390上的相应轴承套内，汽车是利用转向机构310来进行转向的。
细长的传动部件320的弧形段配有两个凸耳形的凸出部321。这两个凸出部321各自配有一个孔和两个轴承，基本上安置在这两个凸出部之间的中间部件330的两个轴颈326便是被容纳在上述两个轴承中，以便将传动部件320可以围绕第三回转轴354旋转地铰连在中间部件330上。
从动部件340是设计成角形的，并具有一个第一臂部341和一个第二臂部343。在第二臂部343上配有一个轴颈331。利用圆锥滚柱轴承332、333，配有一个适应于轴颈331的中心孔的中间部件330可围绕由轴颈331确定的第四回转轴旋转地被支承在轴颈331上。
在从动部件340的第一臂部341上安置了一个轴颈345。轴颈345配入轴承347、348中，以便将从动部件340可围绕第二回转轴352旋转地加以支承，于此，上述轴承347、348被安置在汽车底盘的一个部件390上的相应轴承套中，汽车是利用转向机构310来进行转向的。第一臂件341由与第二臂部343形成的连接角经过第二回转轴352延长出去，以便用来操纵包含转向机构110的转向装置的转向拉杆。
总起来说，通过本发明提供了一种具有可变转换比的汽车转向装置，和一种可用于此种转向装置的转向机构，在此，转向机构基本上仅由一个传动部件、一个中间部件和一个从动部件组成，还包含一些铰接件，用来将传动部件可旋转地铰连在中间部件上，将中间部件可旋转地铰连在从动部件上。因此，本发明提出的转向机构的结构是非常简单的。在使用合适的铰接件的条件下，本发明提出的转向机构在整个转向范围中基本上都是无间隙地可调的，而且它能使各汽车转向装置获得所需的足够的转换比。
权利要求
1．具有可变转换比的汽车转向装置，配有一个转向机构(10,110,210,310)，该转向机构有一个可围绕一个第一回转轴(50,150,250,350)旋转的传动部件(20,120,220,320)，该传动部件经过一个中间部件(30,130,230,330)而与一个可围绕一个第二回转轴(52,152,252,352)旋转的从动部件(40,140,240,340)相耦联，于此，传动部件(20,120,220,320)可围绕一个第三回转轴(54,154,254,354)旋转地被铰连在中间部件(30,130,230,330)上，而中间部件又可以围绕一个第四回转轴(56,156,256,356)旋转地被铰连在从动部件上(40,140,240,340)，其特征是四个回转轴是这样安置的，使得四个回转轴在唯一的点上相交，而且在第一回转轴(50,150,250,350)和第四回转轴(56,156,256,356)之间所成的最小角(ν)在0.1度至40度范围内。
2．如权利要求1中所述的汽车转向装置，其特征在于传动部件(20,320)相对于从动部件(40,340)是这样安置的，使得第一回转轴(50,350)和第二回转轴(52,352)之间所成的角(κ)在50度和89.9度范围内。
3．如权利要求1或2中所述的汽车转向装置，其特征在于为操纵转向装置，它还包括一个方向盘(70),方向盘为了限制方向盘(70)的旋转运动而配有旋转角限制件(74,76,78)。
4．按照权利要求1至3的任一项中所述的汽车转向装置用的转向机构(10,110,210,310)，它配有一个可围绕一个第一回转轴(50,150,250,350)旋转的传动部件(20,120,220,320)，该传动部件经过一个中间部件(30,130,230,330)而与一个可围绕一个第二回转轴(52,152,252,352)旋转的从动部件(40,140,240,340)相耦联，于此，传动部件(20,120,220,320)可围绕一个第三回转轴(54,154,254,354)旋转地铰连在中间部件(30,130,230,330)上，而中间部件又可以围绕一个第四回转轴(56,156,256,356)旋转地铰连在从动部件(40,140,240,340)上，其特征在于四个回转轴是这样安置的，使得四个回转轴在唯一的点上相交，而且第一回转轴(50,150,250,350)和第四回转轴(56,156,256,356)之间所成的最小角(ν)在0.1度至40度范围内。
5．按照权利要求4中所述的转向机构(10,110,210,310)，其特征在于中间部件(30,130,230,330)相对于从动部件(40,140,240,340)是这样安置的，使得第四回转轴(56,156,256,356)相应于第二回转轴(52,152,252,352)所成的一个角(λ)在25度至85度范围内。
6．按照权利要求4或5中所述的转向机构(210)，其特征在于它的部件(239,243)，以此可有选择地调节第四回转轴(256)和第二回转轴(252)之间所形成的角(λ)。
7．按照权利要求4至6的任一项中所述的转向机构(10)，其特征在于传动部件(20)包括一个具有两个叉臂(21,22)的叉形部，而两个叉臂(21,22)各自配有第一铰连件(23,24,25,26,27,28)，用于将叉臂(21,22)可旋转地铰连在中间部件(30)上。
8．按照权利要求4至7的任一项中所述的转向机构(10)，其特征在于为了将中间部件(30)可旋转地铰连在从动部件(40)上，将一个轴颈(31)单侧固定地安置在由中间部件(30)和从动部件(40)组成的部件对的两个部件之一上，此部件对的两个部件中的另一个可利用轴承件(32,33)可旋转地支承在轴颈(31)上。
9．按照权利要求8中所述的转向机构(10)，其特征在于轴颈(31)具有一个圆锥形的区段(34)，轴承件(32,33)包含一个或几个圆锥滚柱轴承(32,33)，而且被支承在轴颈(31)上的部件(30)利用可轴向移动的定位保持件(36)而被定位在它的轴向位置上，于是，利用定位保持件(36)的轴向移动便可调节轴承件(32,33)的间隙。
10．按照权利要求8或9中所述的转向机构(10)，其特征在于从动部件(40)具有一个第一臂部(41)、一个第二臂部(42)及一个连接这两个臂部(41、42)的桥接部(43)，于此，轴颈(31)单侧地固定在桥接部(43)上，而且两个臂部(41、42)各自配有第三铰连件(44,45)，用以实现对从动部件(40)的可围绕第二回转轴(52)旋转的支承。
全文摘要
具有可变转换比的一种汽车转向装置,它有一个转向机构(10,110,210,310),其传动部件(20,120,220,320)、中间部件(40,140,240,340)、从动部件(40,140,240,340)以及四个回转轴(50,52,54,56)是如此安置的,使得四个回转轴在唯一的点上彼此相交,而且第一回转轴(50,150,250,350)和第四回转轴(46)之间所成的角(ν)在0.1度至40度的范围中。本发明提出的转向机构(10,110,210,310)具有非常简单的构造,而且能够实现各汽车转向装置所需要的足够转换比。
文档编号F16D3/26GK1217272SQ9812411
公开日1999年5月26日 申请日期1998年11月9日 优先权日1997年11月7日
发明者E·伯恩哈德 申请人:旺德弗卢股份公司