本发明涉及车辆技术领域，特别涉及一种车辆转向系统、底盘和车辆。
背景技术：
现有技术中，轮式重载车辆多采用钢板弹簧和油气悬挂作为弹性元件的非独立悬架系统。采用该非独立悬架系统的车辆中，同一车桥的左右轮紧固在同一根轴上，通过悬架与车架相连接，地面传递给车身的冲击载荷不能被悬架有效的衰减，在不平的路面上行驶时，左右车轮相互影响，并使车轴和车身倾斜。
独立悬架系统具有簧下质量小，悬架受到的冲击载荷小，左右车轮没有交互影响，可有效减少车身倾斜和振动的优点。全地面起重机底盘的悬架系统逐步向独立悬架系统转型。
在发明人已知的一种相关技术中，有一种车辆转向系统及独立悬架轮式重载车辆，如图4所示。其中车辆转向系统包括转向机构和转向液压助力系统。转向机构用于为车轮提供转向力，转向液压助力系统用于为车轮提供克服来自地面的转向阻力矩的转向助力。
如图4所示，v型推力杆403与悬挂油缸401分别承受整车驱动力与支撑力。轮边总成402跳动时，沿v型推力杆403、转向拉杆406与悬挂油缸401上铰点做圆弧旋转运动。转向节臂407为结构件，与轮边总成402固定安装。转向油缸404与转向摇臂405铰接。轮边总成402与车架有三个连接点，分别为v型推力杆403、转向拉杆406和悬挂油缸401。当轮胎上下跳动时，悬挂油缸401上下收缩，轮边总成402沿v型推力杆403绕车架做圆弧运动，并沿转向拉杆406绕转向摇臂405做圆弧运动，造成主销内倾角改变。又由于拉杆406与v型推力杆403长度不同，形成轮胎侧偏角，加剧轮胎磨损。同时，为了避免转向拉杆406与车架在轮胎上下跳动时干涉，将转向拉杆406布置在主减速器下面，转向摇臂405需要悬臂设计，此结构布置相对复杂，占用空间较多，使车辆转向系统重量较大。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种车辆转向系统、底盘和车辆，旨在解决或缓解轮胎上下跳动时因形成轮胎侧偏角而加剧轮胎磨损的问题。
本发明第一方面提供一种车辆转向系统，包括转向传动机构，所述转向传动机构包括与所述转向轮对应设置的转向传动单元，所述转向传动单元包括：转向摇臂，可转动地连接于车架上；转向拉杆，与所述转向摇臂可转动地连接；导向机构，包括可转动地连接于所述车架上的拉杆导向结构，所述转向拉杆相对于所述拉杆导向结构沿所述转向拉杆的轴向运动；和转向节臂，用于带动所述轮向轮转向，与所述转向拉杆可转动的连接，并与对应的所述转向轮的转向结构绕第一轴线可转动地连接，并且所述转向节臂为可伸缩的转向节臂。
在一些实施例中，所述转向传动单元包括转向加力装置，所述转向加力装置与所述车架连接，并与所述转向摇臂可转动地连接。
在一些实施例中，所述转向加力装置与所述车架通过球铰连接；和/或，所述转向加力装置与所述转向摇臂通过球铰连接。
在一些实施例中，所述转向传动单元包括安装于所述车架上的摇臂支座，所述转向摇臂通过所述摇臂支座与所述车架绕第二轴线可转动地连接，所述第二轴线垂直于所述第一轴线。
在一些实施例中，所述转向拉杆与所述转向摇臂通过球铰连接；和/或，所述转向拉杆与所述转向节臂通过球铰连接。
在一些实施例中，所述拉杆导向结构绕与所述车架绕第三轴线可转动地连接，所述第三轴线垂直于所述第一轴线。
在一些实施例中，所述转向传动机构包括与同一转向桥的左侧转向轮和右侧转向轮分别对应的左右布置的两个转向传动单元，所述转向传动机构还包括第一联动机构，所述第一联动机构与左右布置的所述两个转向传动单元的所述转向摇臂分别连接以使左右布置的所述两个转向传动单元联动。
在一些实施例中，所述转向传动机构包括与相邻转向桥的前侧转向轮和后侧转向轮分别对应的前后布置的两个转向传动单元，所述转向传动机构还包括第二联动机构，所述第二联动机构与前后布置的两个转向传动单元的所述转向摇臂分别连接以使前后布置的所述两个转向传动单元联动；和/或，所述转向传动机构还包括转向器和第三联动机构，所述第三联动机构与所述转向器和一个所述转向传动单元的所述转向摇臂分别连接以使所述转向器的运动和力传递至所述转向传动机构。
在一些实施例中，所述第二联动机构和/或所述第三联动机构包括：多个纵向联动拉杆，沿前后方向顺次布置；和摆臂，设置于相邻的纵向联动拉杆之间，所述摆臂与所述车架可转动地连接，相邻的纵向联动拉杆分别铰接于所述摆臂的不同位置。
在一些实施例中，所述转向传动机构还包括角度传感器，所述角度传感器测量所述转向摇臂的摆动角度。
在一些实施例中，所述转向结构包括转向节，所述转向节臂与所述转向节铰接。
在一些实施例中，所述转向节臂包括第一伸缩臂节和套设于所述第一伸缩臂节的外周的第二伸缩臂节，所述第一伸缩臂节相对于所述第二伸缩臂节沿所述转向节臂的长度方向可移动地设置。
本发明第二方面提供一种底盘，包括：车架；车辆转向系统，所述车辆转向系统为本发明第一方面中任一项所述的车辆转向系统；和独立悬挂系统，包括悬挂油缸，所述悬挂油缸的缸筒与所述车架连接，所述悬挂油缸的缸杆与所述转向轮的转向结构相对固定地设置。
在一些实施例中，所述第一轴线垂直于所述悬挂油缸的伸缩方向。
在一些实施例中，所述悬挂油缸的所述缸筒与所述车架固定连接。
本发明第三方面提供一种车辆，包括本发明第二方面中任一项所述的底盘。
基于本发明提供的车辆转向系统、底盘和车辆，由于转向节臂为可伸缩的转向节臂，转向节臂的长度可以在一定的区间内自由变化，转向节臂相对于转向轮的转向结构绕第一轴线可转动地设置，同时设置导向机构，通过限制转向拉杆的运动限制转向节臂的长度变化，车轮上下跳动时，通过转向节臂的长度调节可以有效减少对轮胎偏角的影响，从而减少轮胎磨损。
通过以下参照附图对本发明的示例性实施例的详细描述，本发明的其它特征及其优点将会变得清楚。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例的车辆的底盘的局部结构示意图。
图2为图1所示实施例的转向拉杆和导向机构的分解结构示意图。
图3a为图1所示实施例的转向节臂的结构示意图。
图3b为图3a所示的转向节臂的分解结构示意图。
图4为相关技术的车辆的底盘的局部结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
在本发明的描述中，需要理解的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。
在以下描述中，所称的“前”指的是与车辆的车头对应的一侧；“后”指的是与“前”相对的一侧，“左”和“右”指的是面对前方时形成的左右方向，“上”和“下”分别与车辆的“上”和“下”方向一致。
参见图1至图3，本发明实施例提供一种车辆转向系统。该车辆转向系统包括转向传动机构。转向传动机构包括与转向轮对应设置的转向传动单元。转向传动单元将用于将转向器输出的力和运动传递至对应的转向轮。
转向传动单元包括转向摇臂5、转向拉杆9、导向机构8和转向节臂3。转向摇臂5可转动地连接于车架1上。转向拉杆9与转向摇臂5可转动地连接。导向机构8包括可转动地连接于车架1上的拉杆导向结构。转向拉杆9相对于拉杆导向结构沿转向拉杆9的轴向运动。转向节臂3用于带动所述轮向轮转向，与转向拉杆9可转动的连接，并与对应的转向轮的转向结构绕第一轴线可转动地连接，并且转向节臂3为可伸缩的转向节臂。
由于转向节臂3为可伸缩的转向节臂，转向节臂3的长度可以在一定的区间内自由变化，转向节臂3相对于转向轮的转向结构绕第一轴线可转动地设置，同时设置导向机构8，通过限制转向拉杆9的运动限制转向节臂3的长度变化，车轮上下跳动时，通过转向节臂3的长度调节可以有效减少对轮胎偏角的影响，减少轮胎磨损。
在一些实施例中，转向传动单元可以包括转向加力装置。转向加力装置与车架1连接，并与转向摇臂5可转动地连接。
在一些实施例中，转向加力装置与车架1通过球铰连接；和/或，转向加力装置与转向摇臂5通过球铰连接。该设置可以使转向加力装置的活动受到的不必要的限制相对较少，减少转向加力装置受到的附加载荷。
如图1所示，本实施例中，转向加力装置为转向油缸7。转向油缸7提供转向动力，克服轮胎转向阻力，控制轮胎转向。转向油缸7可以是转向助力油缸或转向中位锁定油缸，满足助力及电液比例中位锁定功能需求。
如图3a和图3b所示，在一些实施例中，转向节臂3可以包括第一伸缩臂节301和套设于第一伸缩臂节301的外周的第二伸缩臂节302，第一伸缩臂节301相对于所述第二伸缩臂节302沿所述转向节臂3的长度方向可移动地设置。
如图3a和图3b所示，在一些实施例中，第一伸缩臂节301和第二伸缩臂节302之间可以由花键连接以限制第一伸缩臂节301和第二伸缩臂节302之间的相对转动。当然，花键并不是必须的，当第一伸缩臂节301和第二伸缩臂节302的配合表面为非圆形截面时，即使不设置花键，也能实现二者无相对转动。
轮胎跳动时，第一伸缩臂节301和第二伸缩臂节302被动伸缩，同时转向节臂3绕第一轴线相对于转向节转动，可以使轮胎偏转角度降至最低，降低轮胎磨损，延长轮胎使用寿命。
在一些实施例中，转向传动单元包括安装于车架1上的摇臂支座6，转向摇臂5通过摇臂支座6绕第二轴线与车架1可转动地连接。第二轴线优选地垂直于第一轴线。该设置使转向摇臂的转动轴线确定，从而转向传动单元的运动轨迹确定性较好。
如图1所示，转向摇臂5为l形臂，l形臂的角部与摇臂支座6可转动地连接。l形臂的一个自由端与转向油缸7可转动地连接，另一个自由端与转向拉杆9可转动地连接。
在一些实施例中，转向拉杆9与转向摇臂5通过球铰连接；和/或，转向拉杆9与转向节臂3通过球铰连接。该设置可以使转向拉杆9的运动受到的不必要的限制相对较少，减少转向拉杆9受到的附加载荷。
导向机构8使转向拉杆9以限定的方向运动，从而限制转向节臂3的运动自由度。如图2所示，本实施例中，拉杆导向结构包括导向套806，导向套806套装在转向拉杆9外并与转向拉杆9滑动配合。
在一些实施例中，拉杆导向结构与车架1绕第三轴线可转动地连接。优选地，第三轴线垂直于第一轴线。该设置使转向拉杆9的转动轴线确定，从而转向传动单元的运动轨迹确定性较好。
如图2所示，本实施例中，为实现拉杆导向结构与车架1绕第三轴线可转动地连接，导向机构8还包括设置于车架1上的导向结构安装座和设置于拉杆导向结构上的连接轴807。导向结构安装座包括轴承座804、轴承803、止动垫圈802和止动螺母801。轴承座804固定连接于车架1上。轴承803设置于轴承座804内，并套装在连接轴807外。止动垫圈802设置于轴承803和止动螺母801之间。止动螺母801与连接轴807螺纹配合。通过螺栓805将轴承座804固定在车架1的下底面。在图2对应的实施例中，导向结构安装座包括一对相对设置的圆锥滚子轴承。该设置方式结构简单，易于实现。
如图1所示，转向传动机构还包括与同一转向桥的左侧转向轮和右侧转向轮分别对应的左右布置的两个转向传动单元。转向传动机构还包括第一联动机构15，第一联动机构15与左右布置的两个转向传动单元的转向摇臂5分别连接以使左右布置的两个转向传动单元联动。
本实施例中，第一联动机构15包括横向联动拉杆，横向联动拉杆的左右两端与左右布置的两个转向传动单元的转向摇臂5分别铰接。
在一些实施例中，转向传动机构可以包括与相邻转向桥的前侧转向轮和后侧转向轮分别对应的前后布置的两个转向传动单元。转向传动机构还可以包括第二联动机构13。第二联动机构13可以与前后布置的两个转向传动单元的转向摇臂5分别连接以使前后布置的两个转向传动单元联动。
在一些实施例中，第二联动机构13可以包括一个或多个纵向联动拉杆。
本实施例中，第二联动机构13包括多个沿前后方向顺次布置的纵向联动拉杆。如图1所示，第二联动机构13包括第一纵向联动拉杆1301和第二纵向联动拉杆1302。第二联动机构13还可以包括设置于相邻的纵向联动拉杆与拉杆之间的摆臂1303。摆臂1303与车架1可转动地连接，相邻的纵向联动拉杆铰接于摆臂1303的不同位置。优选地，位于第二联动机构13最前侧的纵向联动拉杆的前端与前侧的转向传动单元(图1中仅示出沿前后方向布置的转向传动单元中的一个)的转向摇臂5铰接，位于第二联动机构13最后侧的纵向联动拉杆的后端与后侧的转向传动单元的转向摇臂5铰接。
转向传动机构还可以包括第三联动机构。第三联动机构与转向器和一个转向传动单元(优选与转向器相邻的转向传动单元)的转向摇臂5分别连接以使转向器的运动和力传递至转向传动机构。
转向摇臂也可以通过电液比例阀操纵转向油缸伸缩实现电控转向。
在一些实施例中，转向传动机构还包括角度传感器(未图示)，角度传感器测量转向摇臂5的摆动角度。角度传感器可以安装在转向摇臂5与摇臂支座6之间，检测转向摇臂5相对于摇臂支座6的转动角度，即为转向摇臂5的摆动角度。通过与角度传感器信号连接的控制装置可以将摆动角度转换成轮胎转角。
转向传动机构的全部转向传动单元可以设置角度传感器，也可以是部分转向传动单元设置角度传感器。
转向结构包括转向轮的轮边总成4的转向节。如图1所示，本实施例中，转向传动机构包括与车辆的转向节相对固定的连接臂14，转向节臂3与连接臂14通过销轴铰接。
本实施例中，连接臂14同时还与悬挂油缸2的缸杆固定连接。
在未图示的实施例中，转向结构可以包括转向轮的转向节，转向节臂3与转向节铰接。
本发明实施例还提供一种底盘。该底盘包括车架1、车辆转向系统和独立悬挂系统。其中，车辆转向系统为前述的车辆转向系统。独立悬挂系统包括悬挂油缸2。悬挂油缸2的缸筒与车架1连接，悬挂油缸2的缸杆与转向结构相对固定地设置。悬挂油缸2固定安装在车架1侧面。本实施例中，悬挂油缸2连接转向节与车架1，缓冲路面不平给车架1传递的冲击力，从而衰减震动。
在一些实施例中，第一轴线垂直于悬挂油缸2的伸缩方向。该设置可以车轮上下跳动进，悬挂油缸2和转向节臂3等承担较小的附加载荷，最大程度地减小车轮侧偏角。
在一些实施例中，悬挂油缸2的缸筒与车架1固定连接。如图1所示，悬挂油缸2缸筒通过油缸安装座12固定于车架1上。该设置使悬挂油缸2同时承受垂直力、驱动力、侧向力，减少机构布置；在轮胎上下跳动时主销内倾角为定值，利于提高行驶平顺性；悬挂油缸2的伸缩方向确定，从而较好地限制转向传动机构的运动，使车辆转向系统和独立悬挂系统整体协调性更优。
本发明实施例还提供一种车辆，包括前述的底盘。
本发明实施例的底盘和车辆具有本发明的车辆转向系统具有的全部优点。
以下结合图1至图3进一步说明本发明实施例。
车桥的半轴10分别连接主减速器11和转向节。悬挂油缸2与车架1为刚性连接。
将转向节臂3设计为可伸缩的转向节臂，使转向节臂3的长度可以在一定的区间内自由变化。将转向节臂3绕第一轴线可转动地安装在转向轮的转向节上。具体地，转向节臂3通过销轴安装在连接臂14上，连接臂14通过螺栓固定连接于悬挂油缸2与转向节之间，从而转向节臂3绕该销轴(该销轴的轴线对应于第一轴线)可转动地连接于转向节和悬挂油缸2上。第一轴线与悬挂油缸2的伸缩方向垂直。转向节臂3在悬挂油缸2的伸缩方向的垂直方向可自由转动。
转向摇臂5与摇臂支座6通过旋转轴承连接，可以以摇臂支座6为中心水平转动。转向油缸7与转向摇臂5通过球铰连接。
在车架1下底面安装导向机构8，转向拉杆9一端用球铰连接在车架1下底面的转动摇臂5上，穿过导向机构8后，与转向节臂3用球铰连接。导向机构8给转向拉杆9以导向作用，使转向拉杆9在导向机构8的限制下运动。导向机构8的导向套806与转向拉杆9滑动配合，使转向拉杆9可沿导向套806轴向移动。导向套806在车架1上可转动。
第二联动机构13将前侧转向传动单元的转向摇臂5与后侧的转向传动单元的转向摇臂5连接起来，形成机械连接机构，协调两个相邻转向桥的转角关系。第三联动机构(未图示)将转向器与相邻的转向传动单元的转向摇臂5连接起来协调转向桥与转向器输出的转角关系。
当驾驶员操纵方向盘控制车辆转向时，转向油缸7伸缩作功，推动转向摇臂5以摇臂支座6为中心转动，因转向拉杆9一端装配在转向摇臂5上，另一端装在转向节臂3上，转向拉杆9与导向套806配合，则转向拉杆9的水平方向已定位，转向摇臂5带动转向拉杆9在导向机构8的限制下运动，使转向节臂3向一侧转动，实现轮胎转向功能。当转向摇臂5转动，角度传感器监测到转向。
当悬挂油缸2上下伸缩时，带动转向节和转向节臂3的与转向节铰接的一端上下跳动。由于转向节臂3可自由伸缩并可绕第一轴线转动，且转向拉杆9与转向节臂3通过球铰连接，转向节臂3几乎不会给转向节施加反作用力，从而不会产生轮胎侧偏角。同时，由于转向拉杆9不受影响，则另一侧轮胎也不受影响。
本发明可以在各种车辆上应用，例如适用于独立悬架式的工程机械车辆。
根据以上描述可知，本发明各实施例可以实现以下技术效果至少之一：
车轮上下跳动时有效减少甚至消除轮胎侧偏角，对轮胎偏角影响减小，减少轮胎磨损。其中，侧偏角为非车辆需求的轮胎转角，是偏离设计理想值的轮胎转角。
布置更加简单，有效降低车辆转向系统及行走系统重量，利于实现整机轻量化设计。
悬挂油缸以刚性连接在车架侧面，使轮胎跳动时主销内倾角不再发生变化，提高了行驶平顺性。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。