CN102085799B - 城市电动车的车轮运动总成 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种城市电动车的车轮运动总成，其包括车轮、环形轮毂电机、半主动独立悬架及线控转向系的执行机构。所述的半主动独立悬架包括弹簧(5)、两根结构相同的悬架导向杆(6)、磁流变减振器(14)、2个结构相同的导向杆滑动衬套(19)和4个结构相同的缓冲块(20)。所述的线控转向系的执行机构包括转向电机和光电编码器组合单元(12)、转向节(13)、转矩传感器(15)、主销轴承(17)和转向节推力轴承(18)。车轮的轮辋(2)与环形轮毂电机中的环形轮毂电机外转子(3)固定连接，环形轮毂电机中的环形轮毂电机内定子(4)通过半主动独立悬架中的悬架导向杆(6)和线控转向系的执行机构的转向节(13)连接。

Description

城市电动车的车轮运动总成

技术领域

本发明涉及一种应用于城市中的电动轮汽车上的车轮总成，更具体地说，它涉及一种城市电动车的车轮运动总成。

背景技术

现有的纯电动汽车有的是将传统汽车的内燃机更换为电动机，有的是将其内燃机和变速器更换为电动机，有的是在原驱动桥处采用双联电机驱动车轮，还有的就是将电机布置在车轮内直接驱动车轮。无论怎样，这些车辆的悬架和转向系几乎和传统车辆没有太大区别：悬架与车架有多处连接，转向器，即使是线控转向系的执行机构大都布置在车架中间。这使得电动车的研发周期与传统汽车相差无几甚至更长，因为一旦电动车的基本参数改变，以上机构，特别是各机构的连接部分均需要重新设计优化，而且占用车身较大的空间，增加了整车整备质量，降低了比功率。另外，目前电动汽车多定位于城市内的交通环境，而其密集的车流、人流、建筑群以及紧张狭小的停车位对城市用电动车的操纵、机动性又提出了更高的要求。一些电动车为了适应这一要求而减小轴距、轮距，但同时也减小了载客量，牺牲了稳定性、安全性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服了现有技术存在的问题，提供一种城市电动车的车轮运动总成。使其充分保证城市电动车对操纵性和机动性高要求的前提下，简化车身结构，缩短整车的研发周期。

为解决上述技术问题，本发明是采用如下技术方案实现的：所述的城市电动车的车轮运动总成包括车轮、环形轮毂电机、半主动独立悬架及线控转向系的执行机构。所述的半主动独立悬架包括弹簧、两根结构相同的悬架导向杆、磁流变减振器、2个结构相同的导向杆滑动衬套和4个结构相同的缓冲块。

沿径向固定在环形轮毂电机中的环形轮毂电机内定子上的并处于通过环形轮毂电机中的环形轮毂电机内定子回转轴线的平面内的两根结构相同的悬架导向杆相互平行。固定在环形轮毂电机中的环形轮毂电机内定子上的缓冲块槽内的4个结构相同的缓冲块分别套装在两根结构相同的悬架导向杆的两端。装入线控转向系的执行机构中的转向节下端的2个悬架导向通孔内为过盈配合的2个结构相同的导向杆滑动衬套套装在悬架导向杆上为过渡配合。弹簧套装在磁流变减振器的外面，弹簧的上下端面分别和线控转向系的执行机构中的转向节的2个悬架导向通孔间的底面与环形轮毂电机中的环形轮毂电机内定子的弹簧座底面接触连接，磁流变减振器的上下端则分别铰接在线控转向系的执行机构中的转向节的2个悬架导向通孔间的底面与环形轮毂电机中的环形轮毂电机内定子的弹簧座底面上。

技术方案中所述的线控转向系的执行机构包括转向电机和光电编码器组合单元、转向器、转向节、转矩传感器、主销轴承、转向节推力轴承、蜗轮轴套和法兰盘。转向电机和光电编码器组合单元中的光电编码器套装在转向电机和光电编码器组合单元中的转向电机的输出轴上。转向电机和光电编码器组合单元中的转向电机固定在转向器的壳体上，转向电机的输出轴与转向器输入轴采用联轴器连接，转向器输出轴通过蜗轮轴套与转矩传感器一端为键连接，转矩传感器另一端与转向节上端键连接。安装在车架上的主销轴承与转向节推力轴承套装在转向节上端，法兰盘固定在转向节的上端面上；所述的转向器包括蜗轮、蜗杆、转向器上壳体、转向器下壳体、蜗轮轴、壳体端盖、蜗轮轴密封圈及2个结构相同的蜗轮轴承。蜗轮轴通过2个结构相同的蜗轮轴承安装在转向器下壳体与转向器上壳体上的轴承孔内并穿过安装有蜗轮轴密封圈的壳体端盖的中心通孔。蜗轮套装在2个结构相同的蜗轮轴承之间的蜗轮轴上为键连接。蜗杆通过2个结构相同的轴承安装在转向器下壳体与转向器上壳体上另外两个轴承孔内并和蜗轮啮合连接。转向器上壳体与转向器下壳体之间和壳体端盖与转向器下壳体之间采用螺栓固定连接，蜗轮轴与蜗杆的回转轴线交叉垂直；所述的环形轮毂电机包括环形轮毂电机外转子、环形轮毂电机内定子、大径圆锥滚子轴承和线控制动系的执行机构。所述的线控制动系的执行机构由制动器和环形制动盘组成。环形轮毂电机外转子通过大径圆锥滚子轴承套装在环形轮毂电机内定子上，环形制动盘用螺栓固定在环形轮毂电机外转子左端面上，制动器用螺栓固定于环形轮毂电机内定子上。

与现有技术相比本发明的有益效果是：

1.本发明所述的城市电动车的车轮运动总成中，转向器可带动转向节上所有构件实现大角度甚至360°的转动。这样，电动车如果装有4个车轮运动总成，除可实现传统车辆的转向行驶工况，还可以分别控制四个车轮转向，以实现车辆四轮转向、原地转向、横移及斜线平移的特殊行驶工况。这既满足了城市行驶高机动性的要求又减轻了驾驶员的负担。

2.本发明所述的城市电动车的车轮运动总成中，车轮是沿悬架导向杆轴线上下跳动，绕主销轴线和轮毂电机轴线转动的。因此，传统汽车上的车轮定位参数是靠上述几条轴线的空间位置保证的。本发明所述的车轮运动总成相对车身跳动时，车轮定位参数和轮距基本保持不变，提高了车辆的操纵稳定性，减轻了轮胎的磨损。

3.本发明所述的城市电动车的车轮运动总成与车架只有一处机械连接，如果连接处标准化，那么不同的车架结构，可配合不同的车轮运动总成，相同的车架结构也可配合不同的车轮运动总成以达到车辆整体设计的目标。另外，可以单独升级车轮运动总成，提升整车的性能指标。采用这种车轮运动总成可以缩短研发周期、降低生产成本、加速车辆更新换代使生产者掌握市场的主动权。

4.本发明所述的城市电动车的车轮运动总成结构紧凑，占用车身空间体积小，可以增大行李箱的容量，便于电池的布置，从而实现车辆的轴荷分配。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明：

图1是本发明所述的城市电动车的车轮运动总成结构原理的示意图；

图2是本发明所述的城市电动车的车轮运动总成结构组成主视图上的全剖视图；

图3是本发明所述的城市电动车的车轮运动总成工作原理的流程框图；

图中：1.轮胎，2.轮辋，3.环形轮毂电机外转子，4.环形轮毂电机内定子，5.弹簧，6.悬架导向杆，7.制动器，8.环形制动盘，9.车架，10.蜗轮，11.蜗杆，12.转向电机和光电编码器组合单元，13.转向节，14.磁流变减振器，15.转矩传感器，16.转向器上壳体，17.主销轴承，18.转向节推力轴承，19.导向杆滑动衬套，20.缓冲块，21.大径圆锥滚子轴承，22.转向器下壳体，23.蜗轮轴，24.蜗轮轴套，25.壳体端盖，26.蜗轮轴密封圈，27.蜗轮轴承，28.法兰盘。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作详细的描述：

参阅图1和图2，本发明所述的城市电动车的车轮运动总成包括车轮、环形轮毂电机、半主动独立悬架及线控转向系的执行机构。本发明所采用的技术方案是用环形轮毂电机提供驱动力，采用环形轮毂电机反接还可以提供部分甚至全部制动力，转向器输出轴带动转向节13上所有构件实现大角度甚至360°的转动，悬架安装在环形轮毂电机内部使车轮和环形轮毂电机相对转向节13沿导向杆滑动衬套19跳动。

环形轮毂电机主要包括环形轮毂电机外转子3、环形轮毂电机内定子4、2个结构相同的大径圆锥滚子轴承21和线控制动系的执行机构。轮胎1、制动盘8与轮辋2构成的车轮，轮胎1套装在轮辋2上。所有地面给车轮的反力及反力矩都要通过轮胎1、轮辋2、环形轮毂电机外转子3、环形轮毂电机内定子4、悬架导向杆6、转向节13传递给车架。所以环形轮毂电机外转子3与环形轮毂电机内定子4就要经过结构强化，使其既能驱动车轮又能传递各向力和力矩。这样，通过2个结构相同的大径圆锥滚子轴承21使环形轮毂电机外转子3套装在环形轮毂电机内定子4上以满足要求，并且在环形轮毂电机内定子4上还要设置有安装固定弹簧5、磁流变减振器14、悬架导向杆6、缓冲块20和制动器7的弹簧座、盲孔和槽。

线控制动系的执行机构包括制动器7和环形制动盘8。环形制动盘8与轮辋2上的轮辐板的右端面固定连接，环形制动盘8和轮辋2用螺栓固定在环形轮毂电机外转子3的左端面上。制动器7也用螺栓固定于环形轮毂电机内定子4上，并保证制动器7位置不与转向节13相对于悬架导向杆6的上下运动发生干涉。

半主动独立悬架包括弹簧5、两根结构相同的悬架导向杆6、磁流变减振器14、2个结构相同的导向杆滑动衬套19和4个结构相同的缓冲块20。两根结构相同的悬架导向杆6沿径向固定在环形轮毂电机内定子4上的盲孔内，两根结构相同的悬架导向杆6同处于通过环形轮毂电机内定子4回转轴线的平面内，两根结构相同的悬架导向杆6相互平行。4个结构相同的缓冲块20分别套装在两根结构相同的悬架导向杆6的两端，并固定在环形轮毂电机内定子4上的缓冲块槽内，2个结构相同的导向杆滑动衬套19套装在悬架导向杆6上为过渡配合，2个结构相同的导向杆滑动衬套19又装入转向节13下端的2个悬架导向通孔内为过盈配合。转向节13下端的2个悬架导向通孔制成沿2通孔轴线对开式的两部分，安装的最后用螺栓将活动部分固定在安装有滑动衬套19的转向节13上。弹簧5套装在磁流变减振器14的外面，弹簧5的上下端面分别和转向节13的2个悬架导向通孔间的底面与环形轮毂电机内定子4的弹簧座底面接触连接。磁流变减振器14的上下端则分别铰接在转向节13的2个悬架导向通孔间的底面与环形轮毂电机内定子4的弹簧座底面上。

线控转向系的执行机构主要包括转向电机和光电编码器组合单元12、转向器、转矩传感器15、转向节13、主销轴承17、转向节推力轴承18、蜗轮轴套24和法兰盘28。

所述的转向节13是由上横臂、竖直臂与下横臂所构成的并可做成一体的C字形结构件。上横臂的上端面设置有与上横臂垂直的主销轴即主销轴的回转轴线处于垂直方位，在主销轴的中心处并沿着主销轴回转轴线的方向加工有阶梯通孔，上端大直径的孔用于容纳蜗轮轴套24与转矩传感器15，下端小直径的通孔与转矩传感器15下端的轴配装，下端小直径孔的孔壁上沿轴向加工有键槽。下横臂上加工两个结构相同的回转轴线处于垂直方位的悬架导向通孔，两个结构相同的悬架导向通孔的回转轴线和转向节13上横臂上的主销轴的回转轴同处于一个垂直平面内。

所述的转向器包括蜗轮10、蜗杆11、转向器上壳体16、转向器下壳体22、蜗轮轴23、壳体端盖25、蜗轮轴密封圈26及2个结构相同的蜗轮轴承27。

蜗轮轴23通过2个结构相同的蜗轮轴承27安装在转向器下壳体22与转向器上壳体16上的轴承孔内，并穿过安装有蜗轮轴密封圈26的壳体端盖25的中心通孔，套装在蜗轮轴23上的蜗轮轴密封圈26的内环面与蜗轮轴23外圆柱面接触连接起到密封的作用。蜗轮10套装在2个结构相同的蜗轮轴承27之间的蜗轮轴23上为键连接，蜗杆11通过2个结构相同的轴承安装在转向器下壳体22与转向器上壳体16上的另外两个轴承孔内并与蜗轮10啮合连接。转向器上壳体16与转向器下壳体22之间和壳体端盖25与转向器下壳体22之间采用螺栓固定连接。蜗轮轴23与蜗杆11的回转轴线交叉垂直，蜗杆11的回转轴线和蜗轮10的对称平面即与蜗轮回转轴线垂直的对称平面共面。

转向电机和光电编码器组合单元12中的光电编码器套装在转向电机和光电编码器组合单元12中的转向电机的输出轴上，转向电机和光电编码器组合单元12中转向电机采用型号为70LYX03的永磁直流力矩电动机，转向电机通过螺栓固定在转向器上壳体16和转向器下壳体22上。转向电机输出轴与转向器的输入端即蜗杆11的一端通过联轴器连接。转向器的输出端即蜗轮轴23的伸出端通过蜗轮轴套24与转矩传感器15一端用平键连接。转矩传感器15另一端用平键与转向节13上端小直径的孔连接。其间要保证蜗轮轴23与转向节孔的同轴度与刚度，使转矩传感器15在汽车行驶时所受的附加弯矩符合要求，不承受轴向力。转向节13与车架9通过主销轴承17和转向节推力轴承18连接，其中，主销轴承17为滑动轴承，主销轴承17与转向节13上端的主销轴为过渡配合，主销轴承17与车架9上的主销孔为过盈配合。转向节13上端的主销轴和安装在车架9上的主销轴承17与转向节推力轴承18配装后，将法兰盘28固定在转向节13上端的主销轴与车架9上的主销孔的端面上，限制转向节13在车架9上的纵向位置即防止转向节13与车架9的脱离。由于转向节13上端的主销轴受力情况复杂、尺寸较大，转向节推力轴承18选用推力圆柱滚子轴承。另外，城市电动车的车轮运动总成的结构中各车轮定位参数均为零，实际应用中可根据不同的设计目标对转向节上的主销轴的轴线和悬架导向通孔轴线的空间相对位置进行调整，以满足对除车轮前束外其他车轮定位参数的要求。车轮前束则通过控制程序对转向电机进行直接调整。蜗轮蜗杆转向器壳体固定在车架9上。

城市电动车的车轮运动总成的工作原理：

参阅图3，驾驶员驾驶车辆时，通过加速踏板、制动踏板、转向盘或按钮向车辆传递操作信号，操作信号及传感器信号经过转换输入车辆的电子控制单元(Electronic Control Unit，简称ECU)，由其发出对各车轮运动总成的控制信号，完成驾驶员的操作目标。

驾驶员的加速操作信号与车身加速度传感器、车速传感器和轮速传感器的反馈信号通过电子控制单元对环形轮毂电机进行控制，可以实现车辆驱动力控制。如可实现直线加速、定速巡航并实现转向差速、驱动防滑等功能。制动操作信号与车速传感器、轮速传感器和制动器压力传感器的反馈信号通过电子控制单元对制动器进行控制，可实现如行车制动，驻车制动、防抱死、电子制动力分配等功能；同时由电子控制单元对踏板阻力进行控制反馈给驾驶员。转向操作信号与车轮转角传感器、转矩传感器和车速传感器的反馈信号通过电子控制单元对转向电机进行控制，实现车轮的转向、回正，并可通过对4个车轮运动总成的协调控制实现四轮转向等功能。对于斜行、原地转向、自动泊车等特殊工况，可通过模式选择按钮进行操作。由电子控制单元根据各传感器的反馈信号控制4个独立的车轮运动总成协调工作。磁流变减振器14则由电子控制单元通过车身加速度传感器的信号反馈来控制其阻尼力的大小，提高车辆行驶的平顺性。

Claims (4)

1.一种城市电动车的车轮运动总成，包括车轮、环形轮毂电机、半主动独立悬架及线控转向系的执行机构，其特征在于，所述的半主动独立悬架包括弹簧(5)、两根结构相同的悬架导向杆(6)、磁流变减振器(14)、2个结构相同的导向杆滑动衬套(19)和4个结构相同的缓冲块(20)；

沿径向固定在环形轮毂电机中的环形轮毂电机内定子(4)上的并处于通过环形轮毂电机中的环形轮毂电机内定子(4)回转轴线的平面内的两根结构相同的悬架导向杆(6)相互平行，固定在环形轮毂电机中的环形轮毂电机内定子(4)上的缓冲块槽内的4个结构相同的缓冲块(20)分别套装在两根结构相同的悬架导向杆(6)的两端，装入线控转向系的执行机构中的转向节(13)下端的2个悬架导向通孔内为过盈配合的2个结构相同的导向杆滑动衬套(19)套装在悬架导向杆(6)上为过渡配合，弹簧(5)套装在磁流变减振器(14)的外面，弹簧(5)的上下端面分别和线控转向系的执行机构中的转向节(13)的2个悬架导向通孔间的底面与环形轮毂电机中的环形轮毂电机内定子(4)的弹簧座底面接触连接，磁流变减振器(14)的上下端则分别铰接在线控转向系的执行机构中的转向节(13)的2个悬架导向通孔间的底面与环形轮毂电机中的环形轮毂电机内定子(4)的弹簧座底面上。

2.按照权利要求1所述的城市电动车的车轮运动总成，其特征在于，所述的线控转向系的执行机构包括转向电机和光电编码器组合单元(12)、转向器、转向节(13)、转矩传感器(15)、主销轴承(17)、转向节推力轴承(18)、蜗轮轴套(24)和法兰盘(28)；

转向电机和光电编码器组合单元(12)中的光电编码器套装在转向电机和光电编码器组合单元(12)中的转向电机的输出轴上，转向电机和光电编码器组合单元(12)中的转向电机固定在转向器的壳体上，转向电机的输出轴与转向器输入轴采用联轴器连接，转向器输出轴通过蜗轮轴套(24)与转矩传感器(15)一端为键连接，转矩传感器(15)另一端与转向节(13)上端键连接，安装在车架(9)上的主销轴承(17)与转向节推力轴承(18)套装在转向节(13)上端，法兰盘(28)固定在转向节(13)的上端面上。

3.按照权利要求2所述的城市电动车的车轮运动总成，其特征在于，所述的转向器包括蜗轮(10)、蜗杆(11)、转向器上壳体(16)、转向器下壳体(22)、蜗轮轴(23)、壳体端盖(25)、蜗轮轴密封圈(26)及2个结构相同的蜗轮轴承(27)；

蜗轮轴(23)通过2个结构相同的蜗轮轴承(27)安装在转向器下壳体(22)与转向器上壳体(16)上的轴承孔内并穿过安装有蜗轮轴密封圈(26)的壳体端盖(25)的中心通孔，蜗轮(10)套装在2个结构相同的蜗轮轴承(27)之间的蜗轮轴(23)上为键连接，蜗杆(11)通过2个结构相同的轴承安装在转向器下壳体(22)与转向器上壳体(16)上另外两个轴承孔内并和蜗轮(10)啮合连接，转向器上壳体(16)与转向器下壳体(22)之间和壳体端盖(25)与转向器下壳体(22)之间采用螺栓固定连接，蜗轮轴(23)与蜗杆(11)的回转轴线交叉垂直。

4.按照权利要求1所述的城市电动车的车轮运动总成，其特征在于，所述的环形轮毂电机包括环形轮毂电机外转子(3)、环形轮毂电机内定子(4)、大径圆锥滚子轴承(21)和线控制动系的执行机构，所述的线控制动系的执行机构由制动器(7)和环形制动盘(8)组成；

环形轮毂电机外转子(3)通过大径圆锥滚子轴承(21)套装在环形轮毂电机内定子(4)上，环形制动盘(8)用螺栓固定在环形轮毂电机外转子(3)左端面上，制动器(7)用螺栓固定于环形轮毂电机内定子(4)上。

Images