一种高速履带式车辆的阿克曼转向机构

技术领域

本发明涉及车辆零部件领域，特别是涉及一种高速履带式车辆的阿克曼转向机构。

背景技术

传统的履带车辆采用单段履带，转向时，外侧履带加速，内侧履带减速甚至是倒转，利用两侧履带转速差使得车身产生转向力矩。转向时车辆的行驶轨迹为圆弧形，而履带为直线，因此转向时履带的大部分都在与地面进行滑动摩擦。这种滑动摩擦力会大大增加车辆行驶时的功率损耗，并且在硬路面行驶时，会对挂胶产生很大的磨损，使得挂胶的寿命变得很短。

并且，传统的速差转向方式在应用于电传动履带车辆上时，虽然通过电传动可以也可以实现功率的内外侧主动轮重新分配，但由于直驶和转向对于电机功率要求差异较大，如果按照直驶的功率要求设计驱动电机，在转向时，外侧电机功率不足，如果按照转向的功率要求设计电机，电机额定功率太大，总布置有困难。目前的方案是转向时，外侧主动轮驱动电机工作在峰值功率状态，这样可以满足功率和布置的要求，但其隐患是长时间转向会对驱动电机的可靠性产生影响。

因此，本发明设计一种高速履带式车辆的阿克曼转向机构，以解决上述问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种高速履带式车辆的阿克曼转向机构，不仅能满足高速履带车辆在各种恶劣工况下的承载性能要求，而且可以使两条履分别带按不同角度相对车体发生转动，以此实现类似轮式车辆的阿克曼转向。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种高速履带式车辆的阿克曼转向机构，所述高速履带式车辆的阿克曼转向机构包括：转向车架、操纵转向轴和助力转向轴；所述转向车架包括：第一转向车架和第二转向车架；

所述第一转向车架分别与所述操纵转向轴的一端和所述助力转向轴的一端连接；

所述第二转向车架分别与所述操纵转向轴的另一端和所述助力转向轴的另一端连接。

可选的，所述第一转向车架与第二转向车架相对设置；所述第一转向车架和第二转向车架均包括：车架面板、车身安装孔、履带零部件安装孔、动力系统安装板和转向拉杆安装孔；

所述车身安装孔设置在所述车架面板的上端面，用于固定车身相应的安装吊耳；

所述车架面板上开设适合履带安装的履带零部件安装孔，用于将所述第一转向车架和第二转向车架与履带连接；

所述动力系统安装板为两个，固定在所述车架面板的内侧；

所述动力系统安装板均开设所述转向拉杆安装孔，用于安装所述操纵转向轴或所述助力转向轴。

可选的，所述操纵转向轴包括：第一转向车架连接孔、第一转向拉杆、第一万向节和操纵转向齿条；

所述操纵转向齿条与方向盘连接，用于根据方向盘的操作带动所述操纵转向轴运动；

所述操纵转向齿条的两端分别连接一所述第一万向节；

每一所述第一万向节分别连接一所述第一转向拉杆，每一所述第一转向拉杆开设一所述第一转向车架连接孔；所述第一转向车架连接孔与所述转向拉杆安装孔配合，用于将所述操纵转向轴与所述第一转向车架或所述第二转向车架连接。

可选的，所述第一转向拉杆与所述操纵转向齿条形成转向梯形。

可选的，第一转向拉杆为前后双转拉杆。

可选的，所述助力转向轴包括：第二转向车架连接孔、第二转向拉杆、第二万向节和助力转向齿条；

所述助力转向齿条分别与方向盘和助力电机连接，用于将方向盘的转向信号传递给所述助力电机，以产生转向助力；

所述助力转向齿条的两端分别连接一所述第二万向节；

每一所述第二万向节分别连接一所述第二转向拉杆，每一所述第二转向拉杆开设一所述第二转向车架连接孔；所述第二转向车架连接孔与所述转向拉杆安装孔配合，用于将所述操纵转向轴与所述第一转向车架或所述第二转向车架连接。

可选的，所述第二转向拉杆与所述助力转向齿条形成梯形。

可选的，所述转向拉杆为前后双转拉杆。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：本发明的高速履带式车辆的阿克曼转向机构，转向拉杆与转向齿条形成的转向梯形可以使履带按照不同的角度转动，形成阿克曼转向，实现低阻力转向；采取双转向轴设计，通过合理的杆系设计防止两个转向梯形发生干涉，从而在改善转向时转向车架以及转向拉杆的受力结构。同时在极端环境下当一个转向轴失效后可以有另一个作为应急使用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的高速履带式车辆的阿克曼转向机构整体示意图；

图2为本发明提供的转向车架结构示意图；

图3为本发明提供的操纵转向轴的结构示意图；

图4为本发明提供的助力转向轴的结构示意图；

图5为传统的高速单段履带行动系统示意图；

图6为基于本发明提供的高速履带式车辆的阿克曼转向机构的高速履带车辆结构示意图；

图7为基于本发明提供的高速履带式车辆的阿克曼转向机构的高速履带车辆直线行驶工况示意图；

图8为基于本发明提供的高速履带式车辆的阿克曼转向机构的高速履带车辆转向行驶工况示意图；

符号说明：

1-转向车架，2-操纵转向轴，3-助力转向轴；

101-车身安装孔，102-履带零部件安装孔，103-动力系统安装板，104-转向拉杆安装孔，105-车架面板；

201-第一转向车架连接孔，202-第一转向拉杆，203-第一万向节，204-操纵转向齿条；

301-第二转向车架连接孔，302-第二转向拉杆，303-第二万向节，304-助力转向齿条。

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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。

本发明的说明书和权利要求书以及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应当理解，这样描述的对象在适当情况下可以互换。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。

在本专利文档中，下文论述的附图以及用来描述本发明公开的原理的各实施例仅用于说明，而不应解释为限制本发明公开的范围。所属领域的技术人员将理解，本发明的原理可在任何适当布置的系统中实施。将详细说明示例性实施方式，在附图中示出了这些实施方式的实例。此外，将参考附图详细描述根据示例性实施例的终端。附图中的相同附图标号指代相同的元件。

本发明说明书中使用的术语仅用来描述特定实施方式，而并不意图显示本发明的概念。除非上下文中有明确不同的意义，否则，以单数形式使用的表达涵盖复数形式的表达。在本发明说明书中，应理解，诸如“包括”、“具有”以及“含有”等术语意图说明存在本发明说明书中揭示的特征、数字、步骤、动作或其组合的可能性，而并不意图排除可存在或可添加一个或多个其他特征、数字、步骤、动作或其组合的可能性。附图中的相同参考标号指代相同部分。

本发明的目的是提供一种适用性强、可以实现类似轮式车辆的高速履带式车辆的阿克曼转向机构。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图1所示为高速履带式车辆的阿克曼转向机构整体示意图，高速履带式车辆的阿克曼转向机构具体包括：转向车架1、操纵转向轴2和助力转向轴3；转向车架1分为第一转向车架和第二转向车架。

第一转向车架分别与操纵转向轴2的一端和助力转向轴3的一端连接。

第二转向车架分别与操纵转向轴2的另一端和助力转向轴3的另一端连接。

转向车架能够将转向轴各个零部件以及履带零部件连接安装，并且满足高速履带车辆在各种恶劣工况下的承载性能要求。

图2为转向车架的具体结构示意图。如图所示，第一转向车架与第二转向车架相对设置；第一转向车架和第二转向车架均包括：车身安装孔101、履带零部件安装孔102、动力系统安装板103、转向拉杆安装孔104和车架面板105。

车身安装孔设101置在车架面板105的上端面，用于将转向车架安装到车身上相对应的两个安装吊耳上。

车架面板105上开设适合履带安装的履带零部件安装孔102，用于将第一转向车架和第二转向车架与履带连接。具体的，履带零部件安装孔102可以将履带的承重轮及其悬挂系统、托带轮、驱动轮等等零部件固定到安装支架上。

动力系统安装板103为两个，固定在车架面板105的内侧。动力系统安装板103是安装履带动力系统的电机、控制器以及其他装置等一些列用于为履带提供驱动力的必要设备。

动力系统安装板103均开设转向拉杆安装孔104，用于安装操纵转向轴或助力转向轴。本发明采用前后双转拉杆，并且将转向拉杆安装位置设置在103-动力系统安装板内侧，更靠近车身中轴线的位置，缩短转向拉杆长度，改善转向时拉杆受力结构，加强转向轴机械强度。

图3为操纵转向轴的结构示意图。操纵转向轴2具体包括：第一转向车架连接孔201、第一转向拉杆202、第一万向节203和操纵转向齿条204。操纵转向轴2的具体作用为，将方向盘通过机械齿轮结构连接至转向轴，通过设计合理的转向正效率、逆效率，使得驾驶员获得良好的操控感受的同时有效的接受路面反馈信息。

操纵转向齿条204与方向盘连接，用于根据方向盘的操作带动操纵转向轴运动，增强驾驶员的操纵感。

操纵转向齿条204的两端分别连接一第一万向节203；每一第一万向节203分别连接一第一转向拉杆202；在转向拉杆传递转向齿条的运动时，转向拉杆和转向齿条之间的角度会随时发生变化，在二者之间加装第二万向节203，保证这种情况下连续传递动力。

每一第一转向拉杆202开设一第一转向车架连接孔201；第一转向车架连接孔201与转向拉杆安装孔104配合，用于将操纵转向轴2与第一转向车架或第二转向车架连接，实现将齿条的运动传递给转向车架达到车身转向效果。

图4为助力转向轴的结构示意图；助力转向轴3具体包括：第二转向车架连接孔301、第二转向拉杆302、第二万向节303和助力转向齿条304。助力转向轴具体作用为，将驾驶员输入方向盘的转向信号传递给助力电机，通过电机产生扭矩进行助力转向，减轻驾驶员负担。

助力转向齿条304分别与方向盘和助力电机连接，用于将方向盘的转向信号传递给助力电机，以产生转向助力。电机根据方向盘角度产生力矩协助转向，减轻驾驶员负担；同时若极端环境下操纵转向轴失效，助力转向轴仍然可以通过驾驶员输入的转向信号通过助力转向齿条进行应急转向操控。

助力转向齿条304的两端分别连接一第二万向节303；每一第二万向节303分别连接一第二转向拉杆302，每一第二转向拉杆302开设一第二转向车架连接孔301；第二转向车架连接孔301与转向拉杆安装孔104配合，用于将操纵转向轴3与第一转向车架或第二转向车架连接。第二转向车架连接孔301、第二转向拉杆302和第二万向节303与操纵转向轴2对应的第一转向车架连接孔201、第一转向拉杆202和第一万向节203是相同的。

上述高速履带式车辆的阿克曼转向机构，取双转向轴设计，通过合理的杆系设计防止两个转向梯形发生干涉，从而在改善转向时转向车架以及转向拉杆的受力结构。同时在极端环境下当一个转向轴失效后可以有另一个作为应急使用，能满足高速履带车辆在各种恶劣工况下的承载性能要求，而且转向拉杆与转向齿条形成的转向梯形，使履带按照不同的角度转动，可以使两条履分别带按不同角度相对车体发生转动，以此实现类似轮式车辆的阿克曼转向。

图5为传统的高速单段履带行动系统示意图，转向时利用两侧履带转速差实现转向。这种系统的优点是结构简单，直驶驱动效率高，缺点是转向时履带与地面存在滑动摩擦，功率损失较大，并且在硬路面工况下挂胶的寿命很短

相对应的图6为基于本发明提供的高速履带式车辆的阿克曼转向机构的高速履带车辆结构示意图，高速履带式车辆的阿克曼转向机构安装于履带车辆前部，将前两个履带作为转向履带，让前侧履带相对于车体偏转一定角度，从而产生转向力矩，可以实现履带车辆阿克曼转向，实现低阻力转向。这样一来可以履带的循迹性会有很大的提升，尽可能地将转向时履带与地面的滑动摩擦转化为滚动摩擦，转向过程中因摩擦损耗的功率大大减少，并且在需要使用挂胶的硬路面行驶工况下，可以减少挂胶的磨损，延长挂胶的使用寿命。

图7为基于本发明提供的高速履带式车辆的阿克曼转向机构的高速履带车辆直线行驶工况示意图，直线行驶时，左右转向履带平行，车辆保持直线行驶。

图8为基于本发明提供的高速履带式车辆的阿克曼转向机构的高速履带车辆转向行驶工况示意图，当车辆发生转向时，两条履带发生不同角度的偏转，使得左右转向履带绕同一转向中心进行转向，实现阿克曼转向。

根据阿克曼转向角计算公式，需要满足：

其中，L为车辆前后履带中心接地点中心的距离，M为左右履带接地点中心的距离，A为外侧转向履带偏转角，B为内侧履带偏转角。

转向行驶时两侧履带功率差异小，与直线行驶时区别不大。这样以来可以避免速差转向时外侧履带需要大功率的情况，在车辆整体运转过程中电机工作平稳，有便于车辆设计时驱动电机的选型、布置，同时还会增加驱动电机的可靠性。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。