台湾专利TW201315913A 四輪轉向核心裝置

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专利摘要:
一種四輪轉向核心裝置，包含一外殼座、一穿設在該外殼座之前壁上的輸入軸、一設在該輸入軸之位在該外殼座中之後端且具有一滑動槽的輸入轉盤、一穿設在該外殼座之後壁上的輸出軸、一設在該輸出軸之位在該外殼座中之前端且具有一滑移槽的輸出轉盤、一設在該外殼座中且其設置位置能左右位移調整的調整塊，及一傳動件，該傳動件具有一能相對運動地設在該調整塊中的本體，及二前後對稱地設在該本體上且分別插置在該滑動槽與該滑移槽中的滑塊。藉以，整體能產生結構簡單、體積小巧、可靠度高與適用性廣等效。
公开号:TW201315913A
申请号:TW100136051
申请日:2011-10-05
公开日:2013-04-16
发明作者:Chia-Chun Chu；Deng-Maw Lu
申请人:Univ Southern Taiwan；
IPC主号:B62D7-00

专利说明:
四輪轉向核心裝置
本發明是有關於一種四輪轉向核心裝置，特別是指一種機械傳動式的四輪轉向核心裝置。
四輪轉向(Four-Wheel Steering，簡稱4WS)的概念，早已應用在農用曳引機、耕耘機與收割機等作業機具之結構中，以利在崎嶇、泥濘、狹窄的農地或農路上順暢行駛。後來，4WS的概念更應用在一般轎車，當車輛在低速行駛或方向盤操作量較大時，使前輪與後輪呈逆相位轉向，以減小迴轉半徑，增加路邊停車與轉彎的靈活性，而當車輛在中/高速行駛或方向盤操作量較小時，則使前輪與後輪呈同相位轉向，以減少車身的左右扭擺現象，以增加變換車道、高速直行的操控穩定性。
四輪轉向系統主要包含前輪轉向機構、後輪轉向機構，以及連結在前輪轉向機構與後輪轉向機構之間的轉向核心機構等三大部份，其中，轉向核心機構概分機械傳動式與電子控制式兩大類，又因機械傳動式轉向核心機構相對具有較佳的耐用性、耐撞性及穩定性，且較不受外界環境因素影響，故為研究開發與實際應用的熱門對象。
簡單來說，機械傳動式轉向核心機構主要是能接受依據前輪轉向機構之方向盤轉動角度的位移輸入，經本身設定之函數關係，予以轉換為一位移輸出，進而驅動後輪轉向機構之後輪偏轉作動。目前，現有之機械傳動式轉向核心機構的結構與作動機制，大概可歸納為擺臂式(如美國專利第US 4,572,316號、第US 5,341,294號等專利案、)、連桿式(如美國專利第US 4,105,086號專利案)、凸輪式(如美國專利第US 4,957,183號專利案)、齒輪式(如美國專利第US 5,307,891號專利案)與其他式(如美國專利第US 5,667,032號專利案)等幾種，不過，所述的幾種機械式轉向核心機構卻因普遍具有構造複雜、組裝困難、所需安裝空間大、傳動可靠度不佳、難以直接與現有車輛結構結合...等問題，以致於實際應用發展上受到較大限制。
因此，本發明之目的，即在提供一種結構簡單、體積小巧、可靠度高、適用性廣之可調整式的四輪轉向核心裝置。
於是，本發明之四輪轉向核心裝置，包含一外殼座、一輸入單元、一輸出單元，以及一傳動單元。該輸入單元具有一能相對轉動地貫穿設置在該外殼座之一前壁上的輸入軸，以及一設置在該輸入軸之位在該外殼座中之一後端的輸入轉盤，該輸入轉盤具有一面向後的滑動槽。該輸出單元具有一能相對轉動地貫穿設置在該外殼座之一後壁上的輸出軸，以及一設置在該輸出軸之位在該外殼座中之一前端的輸出轉盤，該輸出轉盤具有一面向前的滑移槽。該傳動單元是連結設置在該輸入單元與該輸出單元之間，並具有一設置在該外殼座中且其設置位置能左右調整的調整塊，以及一傳動件，該傳動件具有一能相對運動地設置在該調整塊中的本體，以及二前後對稱地設置在該本體上且分別插置在該滑動槽與該滑移槽中的滑塊。
本發明之功效在於，利用所述二滑塊分別插置在該滑動槽與該滑移槽中的結構，車輛之前輪轉向時會帶動該輸入單元轉動，該輸入單元帶動該傳動件相對該調整塊運動，該傳動件再帶動該輸出單元轉動，該輸出單元進而帶動車輛之後輪偏轉，特別是，該調整塊之設置位置能左右位移調整，以改變該輸入軸轉角與該輸出軸轉角之間的函數關係，讓整體能產生結構簡單、體積小巧、可靠度高與適用性廣等功效。
有關本發明之前述及其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式之三個較佳實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。
在本發明被詳細描述之前，要注意的是，在以下的說明內容中，類似的元件是以相同的編號來表示。
如圖1至圖3所示，本發明之四輪轉向核心裝置的一第一較佳實施例，是連結在一車輛之一前輪轉向機構(圖中未示)與一後輪轉向機構(圖中未示)之間，三者構成一個四輪轉向系統(Four-Wheel Steering System)。由於該前輪轉向機構與該後輪轉向機構的構造為該技術領域中具有通常知識者所熟知，且非屬本發明之技術特徵，於此不再說明。
本發明之四輪轉向核心裝置包含一整體為四方體形狀的外殼座1、一連結該前輪轉向機構且貫穿設置在該外殼座1之一前壁11上的輸入單元2、一貫穿設置在該外殼座1之一後壁12上且連結該後輪轉向機構的輸出單元3，以及一容置在該外殼座1中且連結在該輸入單元2與該輸出單元3之間的傳動單元4。
該輸入單元2具有一呈前後向延伸且能相對轉動地貫穿設置在該外殼座1之一前壁11上的輸入軸21、一共軸線地設置在該輸入軸21之插伸在該外殼座1中之一後端的輸入轉盤22、一設置在該輸入軸21之一周面與該外殼座1之間的第一軸承23、一設置在該輸入轉盤22之一周面與該外殼座1之間的第二軸承24，以及一設置在該輸入轉盤22之周面與該外殼座1之間且靠抵該第二軸承24之C形的扣環25。其中，該輸入軸21之突伸出該外殼座1外之一前端是同軸連結該前輪轉向機構之一輸出端；該輸入轉盤22具有一面向後且沿其一直徑之長度方向延伸呈雙端開放狀的滑動槽221。
該輸出單元3具有一呈前後向延伸且能相對轉動地貫穿設置在該外殼座1之一後壁12上的輸出軸31、一共軸線地設置在該輸出軸31之插伸在該外殼座1中之一前端的輸出轉盤32、一設置在該輸出軸31之一周面與該外殼座1之間的第三軸承33，以及一設置在該輸出轉盤32之一周面與該外殼座1之間的第四軸承34。其中，該輸出軸31與該輸入軸21是相平行，該輸出軸31之突伸出該外殼座1外之一後端是同軸連結該後輪轉向機構之一輸入端；該輸出轉盤32的直徑大於該輸入轉盤22的直徑，而且，該輸出轉盤32具有一面向前且從其一周面徑向延伸至其一中心的滑移槽321，該滑移槽321為單端開放狀。
該傳動單元4具有一設置在該外殼座1中且其設置位置能左右調整的調整塊41、一能相對運動地設置在該調整塊41中的傳動件42、二第五軸承43，以及二第六軸承45。其中，該調整塊41具有一朝前後開放的縷空槽411，在本實施例，該縷空槽411為圓柱形狀；該傳動件42具有一能相對轉動地設置在該縷空槽411中的本體421，以及二前後對稱地分別設置在該本體421之前後相反二表面上的滑塊422，在本實施例，該本體421為圓環形狀，隨著該本體421之轉動，所述二滑塊422會繞該本體421之中心軸線繞轉；再者，所述二第五軸承43是分別套設在所述二滑塊422上，位在前之其中一滑塊422與相對應之第五軸承43是一併插置在該滑動槽221中，而位在後之另一滑塊422與相對應之第五軸承43是一併插置在該滑移槽321中；另外，所述二第六軸承45則是前後相間隔地設置在該本體421之一周面與該外殼座1之間。
該傳動單元4還具有一能相對轉動地貫穿設置在該外殼座1之一側壁13上的調整栓44，該調整栓44之插伸在該外殼座1中的一端部是螺接入該調整塊41中，藉此，只要旋動該調整栓44之突伸出該外殼座1外的一端部，便能控制該調整塊41相對該外殼座1進行左移或右移，達到調控該調整塊41於該外殼座1中之設置位置的目的，而隨著該調整塊41的設置位置改變，所述二滑塊422分別於該滑動槽221與該滑移槽321中的相對位置(起始位置)也會隨之產生變化。
如圖3所示，起初，該調整塊41是偏左設置在該外殼座1中，該滑動槽221與該滑移槽321於長度方向上是呈交叉關係，所述二滑塊422分別位在該滑動槽221與該滑移槽321的近中心部位處，而如圖4所示，經由旋動該調整栓44以使該調整塊41右移時，位在該滑動槽221中的滑塊422迫使該輸入轉盤22轉動，該滑動槽221與該滑移槽321近呈前後平行，並造成所述二滑塊422分別位在該滑動槽221與該滑移槽321的右端部位處。
以下就整個四輪轉向系統的運作機制作簡單說明。
當該前輪轉向機構作動時，其一方向盤的轉動角度與其二前輪的偏轉角度會提供一位移輸入，並以轉動方式傳遞至該輸入軸21，造成該輸入軸21產生一轉動角度，且該輸入轉盤22會隨該輸入軸21同步旋轉，此時，透過該傳動件42之二滑塊422分別插伸在該輸入轉盤22之滑動槽221與該輸出轉盤32之滑移槽321中的連動結構，該輸入轉盤22會帶動該傳動件42轉動，該傳動件42並帶動該輸出轉盤32旋轉，進而造成該輸出軸31隨該輸出轉盤32同步轉動且產生一轉動角度，因此，經由該輸入軸21的轉動角度與該輸出軸31之轉動角度的函數關係，得以將接受自該前輪轉向機構的位移輸入轉換得一位移輸出，並透過該輸出軸31之轉動傳遞至該後輪轉向機構，以驅使該後輪轉向機構之二後輪產生偏轉，達到使前輪與後輪呈逆相位偏轉或同相位偏轉的四輪轉向目的。
而且，還可以進一步經由控制該調整塊41的設置位置，改變所述二滑塊422分別於該滑動槽221與該滑移槽321中的相對位置，以獲得不同之該輸入軸21之轉動角度與該輸出軸31之轉動角度的函數關係，例如：使前輪與後輪從原本的同相位偏轉關係，轉變成逆相位偏轉關係，所以，只要透過上述的調整手段，便可以使本發明之四輪轉向核心裝置有不同的函數關係設定，進而讓整個四輪轉向系統能滿足個別化的四輪轉向設計需求。
因此，本發明利用該傳動件42之二滑塊422分別插置在該輸入單元2之滑動槽221與該輸出單元3之滑移槽321中的結構，在車輛之前輪轉向機構作動時，會先帶動該輸入單元2轉動，該輸入單元2再帶動該傳動件42相對該調整塊41轉動，該傳動件42並帶動該輸出單元3轉動，該輸出單元3進而帶動車輛之後輪轉向機構作動，藉以達到高可靠度的四輪轉向效果，而且，本發明還具有結構簡單、組裝容易與體積小巧(空間需求小且安裝自由度高)等特點。
再者，由於一般車輛之前輪轉向機構與後輪轉向機構普遍是採用轉動方式來傳遞位移輸入量、位移輸出量，本發明之輸入單元2、輸出單元3同樣是進行旋轉運動，可以分別直接同軸連結該前輪轉向機構之輸出端、該後輪轉向機構之輸入端，使得本發明容易加裝、連結在一般車輛之前輪轉向機構與後輪轉向機構之間，整體適用性廣。
特別是，本發明之該調整塊41的設置位置能左右位移調整，以獲得不同之該輸入軸21之轉動角度與該輸出軸31之轉動角度的函數關係，讓整個四輪轉向系統能滿足個別化的四輪轉向設計需求。
如圖5與圖6所示，為本發明之四輪轉向核心裝置的一第二較佳實施例，與上述該第一較佳實施例不同處在於，該調整塊41之縷空槽411為四方體形，該傳動件42之本體421同樣為四方體形狀，但其高度小於該縷空槽411之高度，而所述二滑塊422是分別設置在該本體421之前後相反的二表面上。
隨著該輸入單元2之轉動，能帶動該傳動件42在該縷空槽411中上下直向移動，該傳動件42進而帶動該輸出單元3轉動，藉此，能獲得一特殊之該輸入軸21之轉動角度與該輸出軸31之轉動角度的函數關係。
因此，本實施例同樣能產生結構簡單、體積小巧、可靠度高與適用性廣等功效。
如圖7與圖8所示，為本發明之四輪轉向核心裝置的一第三較佳實施例，與上述該第一較佳實施例不同處在於，該調整塊41之縷空槽411為曲線形，該傳動件42之本體421為呈前後向延伸的圓柱形狀，所述二滑塊422分別同體連接該本體421之前後相反的二端，使得該傳動件42整體為圓桿形狀。
隨著該輸入單元2之轉動，能帶動該傳動件42在該縷空槽411中上下蜿蜒移動，該傳動件42進而帶動該輸出單元3轉動，藉此，能獲得一特殊之該輸入軸21之轉動角度與該輸出軸31之轉動角度的函數關係。
當然，本實施例也能產生結構簡單、體積小巧、可靠度高與適用性廣等功效。
惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及發明說明內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。
1．．．外殼座
11．．．前壁
12．．．後壁
13．．．側壁
2．．．輸入單元
21．．．輸入軸
22．．．輸入轉盤
221．．．滑動槽
23．．．第一軸承
24．．．第二軸承
25．．．扣環
3．．．輸出單元
31．．．輸出軸
32．．．輸出轉盤
321．．．滑移槽
33．．．第三軸承
34．．．第四軸承
4．．．傳動單元
41．．．調整塊
411．．．縷空槽
42．．．傳動件
421．．．本體
422．．．滑塊
43．．．第五軸承
44．．．調整栓
45．．．第六軸承
圖1是一立體分解圖，說明本發明之四輪轉向核心裝置的一第一較佳實施例；
圖2是該第一較佳實施例的一俯剖圖；
圖3是一示意圖，說明該第一較佳實施例之一輸入轉盤、一調整塊、一傳動件與一輸出轉盤的相對位置關係；
圖4是一示意圖，說明該第一較佳實施例之該調整塊右移，該輸入轉盤、該傳動件與該輸出轉盤的相對位置關係；
圖5是一立體分解圖，說明本發明之四輪轉向核心裝置的一第二較佳實施例；
圖6是該第二較佳實施例的一組合剖視圖；
圖7是一立體分解圖，說明本發明之四輪轉向核心裝置的一第三較佳實施例；以及
圖8是該第三較佳實施例的一組合剖視圖。
1．．．外殼座
11．．．前壁
12．．．後壁
13．．．側壁
2．．．輸入單元
21．．．輸入軸
22．．．輸入轉盤
221．．．滑動槽
23．．．第一軸承
24．．．第二軸承
25．．．扣環
3．．．輸出單元
31．．．輸出軸
32．．．輸出轉盤
321．．．滑移槽
33．．．第三軸承
34．．．第四軸承
4．．．傳動單元
41．．．調整塊
411．．．縷空槽
42．．．傳動件
421．．．本體
422．．．滑塊
43．．．第五軸承
44．．．調整栓
45．．．第六軸承

权利要求:
Claims (10)
[1] 一種四輪轉向核心裝置，包含：一外殼座；一輸入單元，具有一能相對轉動地貫穿設置在該外殼座之一前壁上的輸入軸，以及一設置在該輸入軸之位在該外殼座中之一後端的輸入轉盤，該輸入轉盤具有一面向後的滑動槽；一輸出單元，具有一能相對轉動地貫穿設置在該外殼座之一後壁上的輸出軸，以及一設置在該輸出軸之位在該外殼座中之一前端的輸出轉盤，該輸出轉盤具有一面向前的滑移槽；以及一傳動單元，是連結設置在該輸入單元與該輸出單元之間，並具有一設置在該外殼座中且其設置位置能左右調整的調整塊，以及一傳動件，該傳動件具有一能相對運動地設置在該調整塊中的本體，以及二前後對稱地設置在該本體上且分別插置在該滑動槽與該滑移槽中的滑塊。
[2] 根據申請專利範圍第1項所述的四輪轉向核心裝置，其中，該調整塊具有一朝前後開放且供該傳動件之本體容置的縷空槽，該縷空槽為圓柱形，該本體為圓環形狀且能在該縷空槽中轉動。
[3] 根據申請專利範圍第1項所述的四輪轉向核心裝置，其中，該調整塊具有一朝前後開放且供該傳動件之本體容置的縷空槽，該縷空槽為四方體形，該本體為四方體形狀且能在該縷空槽中上下直向移動。
[4] 根據申請專利範圍第1項所述的四輪轉向核心裝置，其中，該調整塊具有一朝前後開放且供該傳動件之本體容置的縷空槽，該縷空槽為曲線形，該本體為呈前後向延伸的圓柱形狀且能在該縷空槽中上下蜿蜒移動。
[5] 根據申請專利範圍第1至4項中任一項所述的四輪轉向核心裝置，其中，該傳動單元還具有一能相對轉動地貫穿設置在該外殼座之一側壁上的調整栓，該調整栓之位在該外殼座中的一端部是螺接入該調整塊中。
[6] 根據申請專利範圍第1至4項中任一項所述的四輪轉向核心裝置，其中，該輸入軸與該輸入輪盤為共軸線關係，該輸出軸與該輸出輪盤為共軸線關係，該輸入軸與該輸出軸相平行。
[7] 根據申請專利範圍第5項所述的四輪轉向核心裝置，其中，該輸入軸與該輸入輪盤為共軸線關係，該輸出軸與該輸出輪盤為共軸線關係，該輸入軸與該輸出軸相平行。
[8] 根據申請專利範圍第7項所述的四輪轉向核心裝置，其中，該輸入單元還具有一設置在該輸入軸之一周面與該外殼座之間的第一軸承、一設置在該輸入轉盤之一周面與該外殼座之間的第二軸承，以及一設置在該輸入轉盤之周面與該外殼座之間且靠抵該第二軸承的扣環。
[9] 根據申請專利範圍第8項所述的四輪轉向核心裝置，其中，該輸出單元還具有一設置在該輸出軸之一周面與該外殼座之間的第三軸承，以及一設置在該輸出轉盤之一周面與該外殼座之間的第四軸承。
[10] 根據申請專利範圍第9項所述的四輪轉向核心裝置，其中，該傳動單元還具有二分別套設在所述二滑塊上且分別位在該滑動槽與該滑移槽中的第五軸承。

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