[发明专利]一种汽车及其转向系统

说明书

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系统。另本发明还涉及采用前述转向系统的汽车。

背景技术

转向系统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系统，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系统，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系统的示意图，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系统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系统。此外，本发明还提供了采用上述转向系统的汽车。

本发明提供一种汽车用转向系统，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。