CN100349760C

CN100349760C - 电动车辆用悬架系统

Info

Publication number: CN100349760C
Application number: CNB2004800129089A
Authority: CN
Inventors: 仓田史
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2003-05-14
Filing date: 2004-05-12
Publication date: 2007-11-21
Anticipated expiration: 2024-05-12
Also published as: JP4225114B2; CN1787928A; JP2004338487A

Abstract

公开了一种用于悬挂车轮(1)的车辆用悬架系统(10)。该悬架系统(10)包括：用于驱动车辆的车轮的电动机(12)；用于相对于车体支持该车辆的车轮(1)的第一悬架(22)；用于相对于车体弹性支持该电动机(12)的第二悬架(30)；和在允许电动机(12)相对于车轮(1)的相对运动的同时将来自电动机(12)的动力传递至该车轮(1)的动力传递机构(14)。

Description

电动车辆用悬架系统

技术领域

本发明涉及一种使用电动机的动力驱动车轮的车辆用悬架系统。

背景技术

JP2000-16040A公开了一种在车辆中使用的悬架系统，其中用于驱动车轮的电动机设置在车轮中。通过这种设置，由于将电动机设置在车轮中，可以有利地使用车轮中的空间，并可以减小用于将从电动机产生的驱动力传递至车轮的机构的重量。

在该常规悬架系统中，由于电动机与车轮直接连接，簧下质量增加了电动机及其相关部件的重量，导致道路保持性能(接地性能)恶化进而导致乘坐舒适性恶化。

发明目的

因此，本发明的一个目的在于提高使用电动机的动力驱动车轮的车辆的乘坐舒适性。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种车辆用悬架系统，包括：用于驱动车辆的车轮的电动机；用于相对于车体(车身)支持该车辆的车轮的第一悬架；用于相对于车体弹性支持该电动机的第二悬架；和用于在允许电动机相对于车轮的相对运动的同时将来自电动机的动力传递至车轮的动力传递机构。

根据本发明的这一个方面，电动机不是相对于车轮被刚性地支持或者相对于车体被刚性地支持，而是通过第二悬架相对于车体弹性地支持。由于电动机和车轮分别通过第一悬架和第二悬架相对于车体独立地被支持，所以减小了簧下质量，使得道路保持性能改善。

在一特定的实施例中，第二悬架包括一弹簧元件和一阻尼元件。根据该实施例，可以分别对电动机用悬架和车轮用悬架赋予适于该电动机和车轮的特定的悬架特性。换句话说，可以独立地调节第一悬架和第二悬架各自的特性(弹簧/阻尼特性)。

在一特定的实施例中，第一悬架的阻尼元件和第二悬架的阻尼元件通过一流体通道互相连接以使得该电动机和车轮以反相运动。根据该实施例，当车轮回跳或回弹时，车轮和电动机被强制沿相反方向(反相)移动，从而可以获得振动衰减效果。应当知道，通过流体通道循环的是一种填充一流体缸的流体(气体、油等)。

在另一特定的实施例中，在车辆两侧(即左侧和右侧)的第二悬架的阻尼元件通过一流体通道互相连接。根据该实施例，可以将在车辆两侧的电动机的运动限制为同相模式或者反相模式。例如，在将运动限制为同相模式的情况下，由于仅当车辆的两侧的簧下部件同相振动时才允许电动机沿上下方向的运动，所以可以防止簧上质量由于电动机的反作用力而被沿侧倾方向推压。

根据本发明的另一方面，提供一种车辆用悬架系统，包括：用于驱动车辆的车轮的电动机；用于相对于车体支持该电动机以使得该电动机可相对于车体沿上下方向运动的第一悬架；用于相对于电动机支持车轮以使得该车轮可相对于电动机沿上下方向运动的第二悬架；和在允许电动机相对于车轮的相对运动的同时将来自电动机的动力传递至车轮的动力传递机构。

根据本发明的这一方面，由于分别通过第一悬架和第二悬架独立地支持电动机和车轮，所以与电动机和车轮被刚性地互相连接并且同时由一悬架支持的结构相比，提高了道路保持性能。

在一特定的实施例中，第一悬架包括一弹簧元件和一阻尼元件而第二悬架包括(另)一弹簧元件和(另)一阻尼元件。根据该实施例，可以分别对电动机用悬架和车轮用悬架赋予适于该电动机和车轮的特定的悬架特性。换句话说，可以独立地调节第一悬架和第二悬架各自的特性(弹簧/阻尼特性)。

在另一特定的实施例中，第一悬架包括一片簧(leaf spring)。根据该实施例，可以简化第二悬架。

附图说明

结合附图从下述详细说明可以更清楚本发明的其它目的、特征和优点。

图1是根据本发明悬架系统的第一实施例的示意性正视图；

图2是从图1的X方向看到的电动机12的支持机构的视图；

图3A是示出根据本发明的悬架系统10的弹簧质量模型的图形；

图3B和3C是用于示出为进行比较的常规弹簧质量模型的图形；

图4是示出图3A-3C中所示的弹簧质量模型的性能的图形；

图5是根据本发明悬架系统的第二实施例的示意性正视图；

图6是根据本发明悬架系统的第三实施例的示意性正视图；

图7是根据本发明悬架系统的第四实施例的示意性透视图；

图8是示意性示出图7的电动机12与减速器壳体52之间的连接结构的图形；

图9A是示出根据本发明的图7的悬架系统10的弹簧质量模型的图形；

图9B是用于示出为进行比较的常规弹簧质量模型的图形；

图10是示出图9A-9B中的所示的弹簧质量模型的性能的图形；

图11是根据本发明悬架系统的第五实施例的示意性正视图；

图12是根据本发明悬架系统的第六实施例的示意性正视图。

具体实施方式

下面参照附图说明根据本发明的优选实施例。

图1是根据本发明的悬架系统的第一实施例的示意性正视图。根据该实施例的悬架系统10具有用于驱动车轮的电动机12。每一从动车轮具有一个电动机12和一个部分地示出的制动系统(例如制动钳和制动盘)。设置有一个用于使车轮转向的转向系统(例如横拉杆)。由于各车轮的设置基本上没有区别，所以下面将仅对一个从动车轮进行说明。然而，应当知道，根据该实施例的设置可以仅应用于前轮或仅应用于后轮。

电动机12的旋转轴通过传动轴(包括等速万向节)14与从动车轮连接，该传动轴通过一个转向节/关节20。传动轴14通过轴承16可旋转地支承在转向节20中。主要包括螺旋弹簧和减振器的悬架22的下端与转向节20接合。悬架22的上端连接到车体。转向节20还通过球形接头与下臂24的一端接合。该下臂24的另一端可枢转地安装在车体上。以这种方式，从动车轮由车体支承，从而它可以通过悬架22相对于车体主要沿上下方向移动。

图2是从图1的X方向看到的电动机12的支持机构的视图。如图1所示，根据该实施例的电动机12由车体通过悬架30支持，从而它可以相对于车体主要沿上下方向移动。图1中所示的悬架30包括减振器和与该减振器一体的螺旋弹簧。优选地，如图2所示，电动机12由两个平行设置的悬架30支持，从而当旋转反力施加于其上时不会旋转。通常这两个悬架30具有相同的弹簧和减振特性。在这种情况下，这两个悬架30沿电动机12的圆周设置，并在设置在电动机12上的两个位置40上与该电动机12(电动机12的外壳体)连接。应当知道，电动机12设置成尽可能接近从动车轮，以缩短长度并从而减小包括等速万向节等的动力传递机构的重量。

通过这种设置，电动机12由车体支持，从而它可以通过悬架30相对于车体主要沿上下方向移动。以这种方式，电动机12和车轮轴18具有彼此沿上下方向独立地移动的相应的重心。在这一点上，提供了电动机12的旋转轴和车轮轴18之间的连接的动力传递机构(等速万向节)被构造成允许电动机12和车轮轴18之间的相对运动以及将从电动机12产生的旋转转矩传递到车轮轴18上。

应当知道，本发明不应限于上述将电动机与车轮轴18连接的构造或者上述用于悬挂从动车轮的构造。只要能够为电动机12和从动车轮提供这样一种相对于车体的弹性支持，即在可以将电动机12的驱动力传递给车轮轴18的同时可以使该电动机12和从动车轮彼此独立地沿上下方向移动，也可以应用不同的构造。例如，本发明可应用于上述烛式悬架以外的任何类型的悬架系统，例如双叉式悬架等。此外，电动机12可以通过挠性联轴器与从动车轮连接。

图3A示出根据本发明的悬架系统10的弹簧质量模型。图3B示出电动机12与车体刚性连接时的悬架系统10的对比性弹簧质量模型。图3C示出电动机12与车轮直接连接时的悬架系统10的另一对比性弹簧质量模型。图4示出在相同条件下(关于部件质量、弹簧常数等)比较的图3A-3C中所示的各弹簧质量模型的性能曲线(上下方向的加速度对频率)。

根据本实施例，如可以从上述或图3A-3C知道的，由于电动机12与从动车轮独立地和车体连接，所以簧下质量与图3B中所示的构造的相同，并比图3C所示的构造的簧下质量小一个电动机12的质量(加上与电动机12相关的部件的质量)。因此，根据本实施例，如图4中实线所示，相对于图3C中所示的构造(图4中虚线所示)，在簧下质量的共振频率处的道路保持性能显著提高。此外，根据本实施例，由于电动机12通过弹簧和减振器由车体支持，所以相对于图3B中所示的构造(图4中交替长短划线所示)，在簧上质量的共振频率处的道路保持性能也提高到一定程度。

因此，根据本实施例，由于电动机12不属于簧下部件，所以减小了簧下质量，从而提高了道路保持性能。此外，因为电动机12和从动车轮相对于车体独立地悬挂，所以可以独立地调节电动机12和从动车轮的悬架特性。此外，由于电动机12通过弹簧和减振器由车体支持，从而可以防止电动机12的由于旋转操作或者在恶劣道路上行驶而产生的振动传递至车体。

应当理解可以代替弹簧和减振器而使用片簧来构成从动车轮用悬架22和/或电动机12用悬架30。

下面，参照图5说明根据本发明的悬架系统10的第二实施例。图5是根据第二实施例的悬架系统10的示意性正视图。因为各车轮的设置基本上没有区别，所以下面仅对一个车轮进行说明。然而，应当知道，根据该实施例的设置可以仅应用于前轮或仅应用于后轮。

如图5所示，根据第二实施例的悬架系统10与根据第一实施例的悬架系统10的不同之处在于：一个流体通道32(例如管道或者管)将用于从动车轮的悬架22的减振器的规定的流体室22a—其可以是由一活塞缸中的活塞所限定的两个流体室中的一个—连接到用于电动机12的悬架30的减振器的规定的流体室30a。在该实施例中，流体通道32建立悬架22的减振器与悬架30的减振器之间的流体连通，以使得两个流体室22a和30a以相反的相位移动(伸张和收缩)。从而当例如从动车轮跳起时，在从动车轮侧的流体室22a中的流体通过流体通道32排放至电动机12侧的流体室30a，从而电动机沿向下方向(流体室30a的容积增加的方向)移动。以这种方式，根据该实施例，强制电动机12和从动车轮以相反的相位移动，由此而获得振动衰减效果。

应当知道，在如上述为各从动车轮设置两个悬架30的情况下，各悬架30的两个流体室30a可以独立地通过两个流体通道32与流体室22a连接。可选地，各悬架30的两个流体室可以通过一个单独的流体通道彼此连接，以使得这两个流体室强制性地同相移动，并且然后这两个流体室中的一个流体室可以以上述方式通过流体通道32与从动车轮侧的流体室22a连接。应当知道，本发明可以应用于例如空气式或者(液压)油式、单通道式或双通道式等的任一种减振器。

下面，参照图6说明根据本发明的悬架系统10的第三实施例。图6是根据本发明第三实施例的悬架系统10的示意性正视图。应当知道，根据该实施例的设置可以仅应用于前轮或仅应用于后轮。

如图6所示，根据第三实施例的悬架系统10与根据第一实施例的悬架系统10的不同之处在于：在车辆两侧的悬架30L、30R的减振器的规定流体室30aL、30aR通过一流体通道34彼此连接。在该实施例中，流体通道34建立在车辆两侧的悬架30L、30R的减振器之间的流体连通，使得两个流体室30aL、30aR同相位移动(伸张和收缩)。从而，当用于左侧从动车轮的电动机12L沿向上方向(流体室30aL的容积减小的方向)移动时，在左侧的悬架30L的流体室30aL中的流体通过流体通道34排放至右侧的悬架30R的流体室30aR中，从而沿向上的方向(流体室30aR的容积增加的方向)推压在右侧的电动机12R。以这种方式，由于在车辆两侧的电动机12L、12R仅被允许同相地沿上下方向移动，所以仅当车辆两侧的簧下质量部件同相地振动时允许电动机12L、12R沿上下方向的移动。结果，可以有效地防止因为电动机12L、12R的反作用力而使得沿侧倾方向推压簧上质量。

应当知道，在如上述为各从动车轮设置两个悬架30的情况下，两对在车辆两侧的减振器的两个流体室通过两个流体通道34以上述方式彼此连接。可选地，在各侧的减振器的两个流体室可以通过一个单独的流体通道彼此连接，以使得这两个流体室强制性地同相移动，并且然后一侧的两个流体室中的一个流体室可以以上述方式通过流体通道34与另一侧的两个流体室中的一个流体室连接。

应当知道，流体通道34可以在车辆两侧的悬架30L、30R的减振器之间建立流体连通，以使得两个流体室30aL、30aR以反相而不是同相地移动。

下面，参照图7和8说明根据本发明的悬架系统10的第四实施例。

图7是根据该实施例的悬架系统10的示意性透视图。根据该实施例的悬架系统10具有一个用于驱动车轮的电动机12。每个从动车轮具有电动机12和部分地示出的制动系统(例如制动蹄50等)。设置有一个用于使车轮转向的转向系统(例如横拉杆54)。因为各车轮的设置基本上没有区别，所以下面将仅对一个车轮进行说明。然而，应当知道，根据该实施例的设置可以仅应用于前轮或仅应用于后轮。

如图7所示，根据该实施例的电动机12由车体通过悬架30而支持，该悬架包括减振器和螺旋弹簧，使得电动机12可以相对于车体沿上下方向移动。将来自电动机12的动力传递至车轮的减速器壳体52与电动机12连接。电动机12的旋转轴(输出轴)13(见图8)配合在减速器壳体52中。

在减速器壳体52上连接有一个轮毂总成60。该轮毂总成60通过其中包含的轴承(未示出)而支承车轮轴。从动车轮的车轮轴通过轴承(未示出)而支承在减速器壳体52内。减速器壳体52具有传动机构例如绕在车轮轴和旋转轴13上的传动链条和传动带。以这种方式，由电动机12产生的旋转转矩可以通过该传动机构传递至从动车轮的车轮轴。

电动机12的旋转轴13的一个对应于所示实施例中具有较小半径部分的部件15，由包含在减速器壳体52内的轴承(未示出)可旋转地支承，如图8所示。减速器壳体52内的该轴承在承受减速器壳体52和旋转轴13之间的径向和轴向负荷的同时允许旋转轴13的旋转。减速器壳体52连接到下臂24的一端。该下臂24的另一端通过衬套等可枢转地安装在一个悬架元件(车体)上。通过该设置，在从电动机12向车轮轴传递动力的同时，允许减速器壳体52绕电动机12的旋转轴13旋转。相应地，还允许轮毂总成60与减速器壳体52一起绕电动机12的旋转轴13旋转。

在减速器壳体52与电动机12之间设置有悬架22。图7中所示的该悬架22包括减振器和结合在该减振器中的螺旋弹簧。悬架22的上端连接到电动机12用悬架30的壳体部件(螺旋弹簧用下弹簧座)。悬架22的上端可连接到与电动机12一起移动的其它部分。

悬架22的下端连接到减速器壳体52(在该情况下，是减速器壳体52的内表面)。通过这种设置，与减速器壳体52连接的、包括轮胎、车轮、制动器等的轮毂总成60通过悬架22被支持，以使得轮毂总成60可相对于电动机12主要沿上下方向移动。优选地，悬架22的下端与减速器壳体52连接的连接位置与减速器壳体52的旋转中心(对应于电动机12的旋转轴13)之间具有足够的距离，以充分地衰减轮毂总成60沿上下方向的振动。

应当知道，本发明并不限于上述对轮毂总成60的悬架方式。只要包括轮胎、车轮、制动器等的轮毂总成60被弹性地支持而使得轮毂总成60可相对于电动机12主要沿上下方向移动，就可以应用任何悬架方式。例如，可以将悬架22设置在轮毂总成60和电动机12或任何与电动机12一起移动的部分之间。

图9A示出根据该实施例的悬架系统10的弹簧质量模型。图9B示出为进行比较的悬架系统10的弹簧质量模型，其中电动机12与车体刚性地连接。图10示出图3A-3B(实线对应于图3A，虚线对应于图3B)中所示的各弹簧质量模型的性能曲线(沿上下方向的加速度对频率)。

根据该实施例，可以从上述或图3A-3B知道的，电动机12与轮毂总成60通过相应的弹簧元件和相应的阻尼元件和车体串联连接。如图10所示，尽管该结构形成了簧下质量的两个共振点，但与图9B中的结构相比，在较高共振点处的道路保持性能(乘坐舒适性)显著提高。此外，由于电动机12与轮毂总成60通过各自的悬架22、30而独立地悬挂，所以可以独立地调节电动机12与轮毂总成60的悬架特性。

下面，参照图11说明根据本发明的悬架系统10的第五实施例。图11是根据第五实施例的悬架系统10的示意性正视图。由于各车轮的设置基本上没有区别，所以下面仅对一个车轮进行说明。然而，应当知道，根据该实施例的设置可以仅应用于前轮或仅应用于后轮。

通过将本发明应用于一公知的烛式悬架系统而实施根据该实施例的悬架系统10。具体地，与第四实施例中相同，将悬架22设置在轮毂总成60与电动机12之间。同样地，悬架22的上端连接到电动机12用悬架30的一个壳体部件(螺旋弹簧用下弹簧座)。同样地，悬架22的上端可连接到与电动机12一起移动的其它部分而不是壳体部件。悬架22的下端连接到轮毂总成60的转向节臂。在该设置中，包括轮胎、车轮、制动器等的轮毂总成60被支持成可相对于电动机12主要沿上下方向移动。

电动机12由悬架30支持而使得它可相对于车体主要沿上下方向移动。电动机12的旋转轴(输出轴)13(见图8)和从动车轮的车轮轴通过挠性联轴器62而互相连接。该挠性联轴器62在允许电动机12与车轮轴之间的相对运动的同时将动力从电动机12传递至车轮轴。

相应地，根据该实施例，由于轮毂总成60(包括轮胎、车轮、制动器等)被弹性支持成可相对于电动机12主要沿上下方向移动，并且电动机12被弹性支持成可相对于车体主要沿上下方向移动，从而与其中轮毂总成60和电动机12刚性连接的结构相比，提高了道路保持性能。

下面，参照图12说明根据本发明的悬架系统10的第六实施例。图12是根据第六实施例的悬架系统10的示意性正视图。由于各车轮的设置基本上没有区别，所以下面仅对一个车轮进行说明。然而，应当知道，根据该实施例的设置可以仅应用于前轮或仅应用于后轮。

根据该实施例的悬架系统10将本发明应用于公知的双叉式悬架。具体地，下臂24和上臂25通过球形接头等而与轮毂总成60连接。下臂24和上臂25的其它端部通过衬套等可枢转地安装在车体上。

在轮毂总成60和电动机12之间设置有减振器64和板簧(platespring)66。减振器64的一端连接到悬架30的一个壳体部件(螺旋弹簧用下弹簧座)，而另一端连接到轮毂总成60的转向节臂。在该设置中，包括轮胎、车轮、制动器等的轮毂总成60被减振器64和板簧66支持成可相对于电动机12主要沿上下方向移动。

电动机12的旋转轴(输出轴)13和从动车轮的车轮轴通过包括等速万向节的传动轴63而互相连接。该传动轴63在允许电动机12与车轮轴之间的相对运动的同时将动力从电动机12传递至车轮轴。

同样地，根据该实施例，由于轮毂总成60(包括轮胎、车轮、制动器等)被弹性支持成可相对于电动机12主要沿上下方向移动，并且电动机12被弹性支持成可相对于车体主要沿上下方向移动，从而与其中轮毂总成60和电动机12刚性连接的结构相比，提高了道路保持性能。

应当知道，如果板簧66是具有所需阻尼特性的片簧(叠层弹簧)，则可以省略减振器64。该设置可以简化用于支持轮毂总成60从而使其可相对于电动机12主要沿上下方向移动的装置。

通过优选实施例公开了本发明。然而，应当理解本发明不限于上述实施例，而是可以在不脱离本发明的范围的情况下进行变形和改动。

例如，在上述第四和第五实施例中，可以使用片簧代替螺旋弹簧和减振器来构成轮毂总成60用悬架22和/或电动机12用悬架30。此外，减振器可以是例如空气式或者(液压)油式、单通道式或双通道式等的任一种减振器。

此外，在上述第五实施例中，可以通过等速万向节将电动机12的旋转轴13和从动车轮的车轮轴互相连接。同样地，在上述第六实施例中，可以通过挠性联轴器将电动机12的旋转轴13和从动车轮的车轮轴互相连接。

Claims

1.一种车辆用悬架系统(10)，包括：

设置在车体外侧的、用于驱动车轮的电动机(12)；

设置在所述车轮与所述车体之间、用于相对于该车体弹性支持所述车辆的车轮的第一悬架(22)；和

设置在所述电动机与所述车体之间、用于相对于该车体弹性支持所述电动机的第二悬架(30)；

其特征在于，该车辆用悬架系统(10)还包括动力传递机构(14)，该动力传递机构(14)设置在所述电动机的旋转轴与所述车轮的车轮轴之间、用于在允许所述电动机相对于所述车轮的相对运动的同时、将来自所述电动机的动力传递至所述车轮；

其中，所述电动机相对于可旋转地支持所述车轮轴的转向节设置在内侧，并且相对于可枢转地将所述转向节连接于所述车体的悬臂(24)与所述车体之间的连接点设置在外侧。

2.根据权利要求1所述的悬架系统，其特征在于，所述第二悬架(30)包括一弹簧元件和一阻尼元件。

3.根据权利要求1或2所述的悬架系统，其特征在于，所述第一悬架的阻尼元件与所述第二悬架的阻尼元件通过流体通道互相连接以使得所述电动机和所述车轮以反相运动。

4.根据权利要求1或2所述的悬架系统，其特征在于，在所述车辆的两侧的所述第二悬架的阻尼元件通过流体通道互相连接。

5.一种车辆用悬架系统(10)，包括：

设置在车体外侧的、用于驱动车轮的电动机(12)；

设置在所述电动机与所述车体之间、用于相对于该车体支持所述电动机、以使得该电动机可相对于该车体沿上下方向运动的第一悬架(22)；和

设置在所述车轮与所述电动机之间、用于相对于所述电动机支持所述车轮、以使得该车轮可相对于所述电动机沿上下方向运动的第二悬架(30)；

其特征在于，该车辆用悬架系统(10)还包括动力传递机构，该动力传递机构设置在所述电动机的旋转轴与所述车轮的车轮轴之间、用于在允许所述电动机相对于所述车轮的相对运动的同时、将来自所述电动机的动力传递至所述车轮；

6.根据权利要求5所述的悬架系统，其特征在于，所述第一悬架包括一弹簧元件和一阻尼元件，而所述第二悬架包括另一弹簧元件和另一阻尼元件。

7.根据权利要求5所述的悬架系统，其特征在于，所述第一悬架包括一片簧(66)。