一种转向节总成及前轮转向系统

本发明提出一种转向节总成，包括转向节本体、上叉臂连接体、下叉臂连接体、制动卡钳第一连接体和制动卡钳第二连接体；上叉臂连接体的第一端设于转向节本体上，第二端开设有竖向连接孔A；所述下叉臂连接体的第一端连接于转向节本体，下叉臂连接体的第二端开设有竖向连接孔B，竖向连接孔A的中心与竖向连接孔B的中心连线与汽车铅垂线形成的前倾角γ为5°‑13°，竖向连接孔A的中心与竖向连接孔B的中心连线的延长线与地面的接触点距轮胎接地中心的地面托距d为40mm‑50mm，本发明提供的转向节总成有助于提升汽车转向系统的稳定性、操纵性及驾乘人员安全性。

技术领域
本发明涉及汽车转向系统技术领域，具体的涉及一种转向节总成及前轮转向系统。
背景技术
在现有技术中，如图1所示，常规汽车转向系统的转向主销都是后倾、内倾、偏距及拖距的布置方式，前轮系的自然状态是以“八”字形姿态展示，此时前车架为最低点，轮胎与地面摩擦力较小。如图2所示，当汽车转向系统装配拉杆与方向机后，车身被抬高，姿态正常，此时左右轮胎通过相互推动或相互拉动的作用力来维持平衡的(前置方向机是相互推动，后置方向机是相互拉动，拉力或者推力的大小与车辆前轴荷成正比，与转向拉杆内外球头等零部件的寿命成反比)，这种转向系统在实际使用过程中稳定性不高，特别是使用较高的逆向传动效率的方向机和高速行驶的情况下，不稳状态特别明显(操纵性差，前轮发飘)。转向时，内侧轮系继续抬高车架，外侧轮系降低车架，两轮系相对前车架来说是在做相斥相反的力和功的，所以两侧提供的转向回正力也是相斥相反的，总转向回正力等于两轮系提供的回正力的差值(一般情况下，内侧提供正值稍大于外侧提供的负值)，其结果是整车机械转向回正力不明显，甚至没有。目前通过匹配转向助力系统来解决转向自动回正问题，虽然效果很好，但也会导致整车的成本增加以及行驶过程中能量的消耗，而常规汽车当前轮系没有与转向拉杆、方向机装配连接时，整车是无法行走的，如果行驶过程中，一侧突然出现失效问题，极有可能会酿成事故。有鉴于此，特提出本发明。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明第一方面提供一种转向节总成，包括转向节本体、上叉臂连接体、下叉臂连接体、制动卡钳第一连接体和制动卡钳第二连接体；所述转向节本体呈圆柱状形结构，其轴向中心开设有通过轴承与汽车前轮毂安装轴配合连接的轴孔；所述上叉臂连接体的第一端固设于转向节本体上，所述上叉臂连接体的第二端开设有用于连接上叉臂的竖向连接孔A；所述下叉臂连接体的第一端连接于转向节本体的外侧壁，所述下叉臂连接体的第二端开设有用于连接下叉臂的竖向连接孔B，所述竖向连接孔B与竖向连接孔A同轴设置；其中，所述竖向连接孔A的中心与竖向连接孔B的中心连线与汽车铅垂线形成的前倾角γ为5°-13°，所述竖向连接孔A的中心与竖向连接孔B的中心连线的延长线与地面的接触点距轮胎接地中心的地面托距d为40mm-50mm。所述制动卡钳第一连接体和制动卡钳第二连接体的第一端均连接于转向节本体的外侧壁，所述制动卡钳第一连接体和制动卡钳第二连接体的第二端均开设有用于连接制动卡钳的横向连接孔。本发明提供的转向节总成，采用前倾布置方式，前轮系在没有拉杆与方向机匹配连接时，整体可直行，若其中一侧轮系与拉杆和方向机脱离断开或失效时，车辆仍可正常控制方向行驶，这样有助于提高车辆的安全系数。在行驶过程中任意打方向，内侧轮系与外侧轮系对车身作用相同，转向完成后，回正方向盘所获得的转向回正力是相加的，转向自动回正效果好，这样有助于减少转向助力的能耗。另外，对车辆制动过程中“点头”现象有抑制作用，同时降低了车辆行驶在特殊路段时翻车的可能性。本发明提供的转向节总成，还可以具有如下附加的技术特征：根据本发明的一个示例，所述上叉臂连接体的第二端和下叉臂连接体的第二端均位于前轮毂竖向中轴线的前侧。根据本发明的一个示例，所述竖向连接孔A的中心与竖向连接孔B的中心连线与汽车铅垂线形成的前倾角γ为7°-11°。根据本发明的一个示例，所述竖向连接孔A的中心与竖向连接孔B的中心连线的延长线与地面的接触点距轮胎接地中心的地面托距d为45mm。根据本发明的一个示例，还包括转向拉杆连接体、所述转向拉杆连接体的第一端连接于转向节本体的外侧壁，所述竖向连接孔C至竖向连接孔A与竖向连接孔B连线的垂直距离为110mm-160mm，所述竖向连接孔C与汽车轮胎侧面的夹角为15°-25°。根据本发明的一个示例，所述上叉臂连接体成圆弧形结构。根据本发明的一个示例，所述竖向连接孔A、竖向连接孔B和竖向连接孔C为锥形通孔。根据本发明的一个示例，所述横向连接孔为直通孔。本发明第二方面提供一种前轮转向系统，每个汽车前轮毂均安装上述任意一项所述的转向节总成。本发明提供的前轮转向系统，还可以具有如下附加的技术特征：还包括方向盘、方向管柱、方向机、左转向拉杆、右转向拉杆、左上叉臂、右上叉臂、左下叉臂、右下叉臂、左制动卡钳和右制动卡钳；所述方向盘通过方向管柱与方向机内部连接，所述方向机的两端分别通过球头与左转向拉杆的右端、右转向拉杆的左端连接，所述左转向拉杆的左端与左转向节总成的转向拉杆连接体通过球头连接，所述右转向拉杆的右端与右转向节总成的转向拉杆连接体通过球头连接；所述左上叉臂通过球头与左转向节总成的上叉臂连接体连接，所述右上叉臂通过球头与右转向节总成的上叉臂连接体连接；所述左下叉臂通过球头与左转向节总成的下叉臂连接体连接，所述右下叉臂通过球头与右转向节总成的下叉臂连接体连接；所述左制动卡钳的第一连接部和第二连接部对应与左转向节总成的制动卡钳第一连接体和制动卡钳第二连接体连接，所述右制动卡钳的第一连接部和第二连接部对应与右转向节总成的制动卡钳第一连接体和制动卡钳第二连接体连接。本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
图1为现有技术中汽车前轮呈“八”字形姿态布置的示意图；图2为现有技术中汽车前轮装设方向机后的示意图；图3为本发明实施例1提供的转向节总成的立体示意图；图4为本发明实施例1提供的转向节总成与汽车右前轮胎布置的正视图；图5为本发明实施例1提供的转向节总成与汽车左前轮胎布置的右视图；图6为本发明实施例2提供的前轮转向系统的俯视图；图7为本发明实施例2提供的前轮转向系统的主视图；图8为现有技术中转向节后倾的示意图；图9为本发明实施例2提供的前轮转向系统中转向节前倾的示意图；图10为现有技术中摆臂的布置方式图；图11为本发明实施例2提供的前轮转向系统中叉臂的布置方式图；附图标记中：1、转向节总成；11、转向节本体；11a、轴孔；12、上叉臂连接体；13、下叉臂连接体；13a、竖向连接孔B；14、转向拉杆连接体；14a、竖向连接孔C；15、制动卡钳第一连接体；15a、横向连接孔；16、制动卡钳第二连接体；2、方向盘；3、方向管柱；4、方向机；51、左转向拉杆；52、右转向拉杆；61、左上叉臂；62、左下叉臂；63、右上叉臂；64、右下叉臂；7、轮胎；8、活动关节；9、减震弹簧体；W、纵倾瞬心；Q1、前悬挂纵倾中心；Q2、后悬挂纵倾向中心。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。下面参考附图详细描述本发明的一种转向节总成。结合附图1-5，一种转向节总成，包括转向节本体11，上叉臂连接体12、下叉臂连接体13、制动卡钳第一连接体15和制动卡钳第二连接体16；如图3-图5所示，转向节本体11呈圆柱状形结构，其轴向中心开设有通过轴承与汽车前轮毂安装轴配合连接的轴孔11a；所述上叉臂连接体12的第一端固设于转向节本体11上，所述上叉臂连接体12的第二端开设有用于连接上叉臂的竖向连接孔A12a；当转向节总成1安装在小型车上时，因小型车的车轮胎较小，可将上叉臂连接体12设计成圆弧形结构，其第一端设置在转向节本体11远离前轮毂安装轴的一端或设置在转向节本体11的外侧壁，其第二端绕过汽车前轮胎的侧壁与上叉臂连接，其主体的弧度与汽车前轮胎的尺寸呈正比，具体可根据轮胎尺寸确定。当转向节总成1安装在大型车上时，其大型车的车轮胎较大，可将上叉臂连接体12设计成倾斜结构，其主体部和第二端均位于轮胎内侧即可；如图4所示，下叉臂连接体13的第一端连接于转向节本体11的外侧壁，所述下叉臂连接体13的第二端开设有用于连接下叉臂的竖向连接孔B13a，所述竖向连接孔B13a与竖向连接孔A12a同轴设置；其中，所述竖向连接孔A12a的中心与竖向连接孔B13a的中心连线与汽车铅垂线形成的前倾角γ为5°-13°，所述竖向连接孔A12a的中心与竖向连接孔B13a的中心连线的延长线与地面的接触点距轮胎接地中心的地面托距d为40mm-50mm。所述制动卡钳第一连接体15和制动卡钳第二连接体16的第一端均连接于转向节本体11的外侧壁，所述制动卡钳第一连接体15和制动卡钳第二连接体16的第二端均开设有用于连接制动卡钳的横向连接孔15a。如图4和图5所示，装设本发明转向节总成1的转向系统，车辆直行时，前车架为最低点，车辆的稳定性较高；前轮系在没有与拉杆和方向机匹配连接时，两前轮系为前倾的万向轮，整车可直行。若其中一侧轮系与拉杆和方向机脱离断开或失效时，车辆仍可正常控制方向行驶，这样有助于提高车辆的安全系数。在行驶过程中任意打方向时，内侧轮系与外侧轮系对车身作用相同，即同时升高或同时降低，转向完成后，回正方向盘所获得的转向回正力是相加的，转向自动回正效果好，或者说，此时不用电子转向助力系统工作，车感直接，可节省了约35％左右的转向助力能耗，进而有助于延长电子转向助力系统的使用寿命。另外，由于左右轮系不存在相互作用，方向机以及连接球头等连接紧固件受力小，可延长使用寿命，进而降低车辆维护成本。采用本实施例提供的前倾布置的转向节总成，车辆制动时，悬挂运动导向与车辆运动轨迹不一致，存在夹角，惯性力被分解后前车身下压力减小，并且纵倾瞬心前移量增大，与质心距离加大，这种前倾布置方式具有较好的抗制动纵倾性，对整车制动过程中“点头”现象有很好的抑制作用，在车辆以较高速度行驶或下坡路段急刹车时，降低了翻车的可能性。在同样车型的前提下，采用本发明的转向节总成1，可使上叉臂向外前方移动，从而增加前机舱内的布置空间，有利于发动机、空调等零部件的布置安装以及车辆的维护。在本实施例中，所述上叉臂连接体12的第二端和下叉臂连接体13的第二端均位于前轮毂竖向中轴线的前侧，这样利于转向节总成1进行前倾布置。在本实施例中，所述竖向连接孔A12a的中心与竖向连接孔B13a的中心连线与汽车铅垂线形成的前倾角γ为7°-11°。当前倾角为大于11°时，则会使方向逐渐沉重，有摆振与转向“打手”现象，当前倾角为小于7°时，则会逐渐影响稳定性及转向回正效果差。在本实施例中，所述竖向连接孔A12a的中心与竖向连接孔B13a的中心连线的延长线与地面的接触点距轮胎接地中心的地面托距d为45mm。地面托距d与轮毂偏距是相同，传统车的偏距是45mm，因此地面托距d优选45mm。在本实施例中，还包括转向拉杆连接体14、所述转向拉杆连接体14的第一端均连接于转向节本体11的外侧壁，所述竖向连接孔C14a至竖向连接孔A12a与竖向连接孔B13a连线竖向连接孔A与竖向连接孔B连线即转向主销的垂直距离为110mm-160mm，所述竖向连接孔C14a与汽车轮胎侧面的夹角为15°-25°。在本实施例中，所述竖向连接孔A12a、竖向连接孔B13a和竖向连接孔C14a为锥形通孔，设计成锥形通孔与球头连接。在本实施例中，横向连接孔15a优选直通孔，这样有助于与现有技术中的制动卡钳配合连接。实施例2：参照图6至图11，本实施例提供一种前轮转向系统，其包括实施例1提供的转向节总成1，还包括还包括方向盘2、方向管柱3、方向机4、左转向拉杆51、右转向拉杆52、左上叉臂61、右上叉臂63、左下叉臂62、右下叉臂64、左制动卡钳(图中未示出)和右制动卡钳(图中未示出)；如图6和图7所示，所述方向盘2通过方向管柱3与方向机4内部连接，所述方向机4的两端分别通过球头与左转向拉杆51的右端、右转向拉杆52的左端连接，所述左转向拉杆51的左端与左转向节总成的转向拉杆连接体14通过球头连接，所述右转向拉杆52的右端与右转向节总成的转向拉杆连接体14通过球头连接。所述左上叉臂61通过球头与左转向节总成的上叉臂连接体12连接，所述右上叉臂63通过球头与右转向节总成的上叉臂连接体12连接；所述左下叉臂62通过球头与左转向节总成的下叉臂连接体13连接，所述右下叉臂64通过球头与右转向节总成的下叉臂连接体13连接；所述左制动卡钳的第一连接部和第二连接部对应与左转向节总成的制动卡钳第一连接体15和制动卡钳第二连接体16连接，所述右制动卡钳的第一连接部和第二连接部对应与右转向节总成的制动卡钳第一连接体15和制动卡钳第二连接体16连接。在本实施例中，需要特别说明的是，方向盘2、方向管柱3、方向机4、左转向拉杆51、右转向拉杆52、左上叉臂61、右上叉臂63、左下叉臂62、右下叉臂64、左制动卡钳和右制动卡钳之间的连接结构均为现有技术中成熟的结构，对比，本实施例不再赘述。本实施例提供的一种前轮转向系统实际上是实施例1提供的转向节总成1与现有技术中转向系统相配合形成新的转向系统。本发明提供的一种前轮转向系统，在同样车型前提下，采用前倾设置方式，使左上叉臂61、右上叉臂63、左下叉臂62、右下叉臂64整体向外前方移动，可增加前机舱布置空间18％-20％，利于发动机、空调等零部件的布置安装以及车辆的维护。同时左上叉臂61、右上叉臂63、左下叉臂62、右下叉臂64与车身铰接点左右间距增加10％-40％，车身变宽，整车左右摇摆量减小，转向主销上下球头间距增加15％-55％甚至更大，轮胎侧滑量减小，衬套受力变形量减小，轮胎姿态变化小，稳定性得到优化，提升18％左右。另外，汽车制动过程中在制动力与惯性的作用下，质心前移，同时以纵倾瞬心W为圆心做弧线运动，导致前车身向下压低，后车身向上抬高，造成制动“点头”现象。如图8所示，常规汽车悬架布置方式为后倾，悬挂运动导向与“点头”时运动轨迹一致，导致“点头”现象更加明显。如图9所示，本发明系统悬挂为前倾布置方式，车辆制动时，悬挂运动导向与车辆运动轨迹不一致(其原因为：转向节前倾使前轮胎的减震弹簧体9前倾)，存在夹角，惯性力被分解后前车身下压力减小，并且纵倾瞬心W前移量增大，与质心距离加大。这种前倾布置方式具有较好的抗制动纵倾性，对整车制动过程中“点头”现象有很好的抑制作用，在车辆以较高速度行驶或下坡路段急刹车时，降低了翻车的可能性。如图10所示，现有技术中，采用后倾的布置方式，常规汽车左右摆臂为两段，左右转向主销偏距“约45mm”为两段，连接架为一段，共5段。如图11所示，本实施例中主销偏距为零，可减少两段活动关节8，所以动态轮胎定位参数变化小，转向系统零部件受力小，稳定性高，使用寿命长，转向适中精准，通过性强，底盘调校简单等。综上所述，本发明提供的一种前轮转向系统，第一方面有助于提升汽车转向系统稳定性、操纵性及驾乘人员安全性，第二方面有助于提升汽车机械转向回正性能，降低整车制造成本或节省行驶过程中电子助力能量的消耗，以及延长零部件的使用寿命。由于本发明提供的前轮转向系统可降低电子转向助力系统与车身电子稳定系统的能量消耗，特别适合安装再无人驾驶智能汽车上。尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。