CN102431586B - 一体化转向和悬架系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种一体化转向和悬架系统，包括转向电机，所述转向电机通过减速器和主销轴的一端传动连接，所述主销轴外套有套筒，所述主销轴和套筒无转动连接，所述套筒可相对主销轴轴向滑动，一圆管的一端固定在所述套筒的外表面上，所述圆管的另一端固定在第一连接块的侧面，所述第一连接块与车轮轴的一端固定连接，所述车轮轴的另一端与车轮轮毂固定连接，所述主销轴的另一端与第二连接块的一端固定，所述第二连接块的另一端与减震器弹簧的一端固定连接，所述减震器弹簧的另一端与第一连接块固定连接。该系统其无需单独的悬架导向杆系，结构简单、车轮转向空间大大提升，可实现更小的转向半径。

Description

一体化转向和悬架系统

技术领域

本发明涉及一种应用于线控独立转向且车轮转角范围较大的一体化转向和悬架系统，具体涉及转向及悬架两个子系统的功能的实现以及二者的整合，属于汽车技术领域。

背景技术

根据转向盘和转向轮间有无机械连接，转向系可分为带机械连接的常规转向系和不带机械连接的线控转向(SBW)系统。线控转向是指通过通讯网络连接各部件的控制系统，它替代了传统的机械或液压连接，取消了转向盘和转向轮的机械连接，占据空间少；路面的不平冲击不会传到驾驶员手上；并可根据车况实现最佳路感，可实现前轮的主动转向控制，提高整车主动安全性。

目前常采用的线控转向系统是由一个转向电机与传统机械式转向器(如齿轮齿条)的结合，与由两个转向电机独立驱动两侧车轮相比，结构简单，控制相对容易，且传统转向器的技术更为成熟，可靠性更高。但两侧车轮之间的机械联动一是从空间上限制了其转动的角度范围，二是当转角较大时难以较为精确的满足阿克曼转向原则，当需要车辆具有较小的转向半径时，单个转向电机加传统机械式转向器的结构难以实现。如申请号为201020182879.3的中国专利“独立转向装置及独立悬架系统”所述，其在悬架系统中采用上横臂和下横臂这种双横臂(悬架导向杆系)形式来进行导向，在空间上限制了车轮的转向，无法实现在较小空间内的转向。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于提供一种针对单电机驱动单侧车轮独立转向的一体化转向和悬架系统，该系统结构简单、车轮转向空间大大提升，可实现更小的转向半径。

为了解决上述技术问题，本发明提供的一体化转向和悬架系统，包括转向电机，所述转向电机通过减速器和主销轴的一端传动连接，所述主销轴外套有套筒，所述主销轴和套筒无转动连接，所述套筒可相对主销轴轴向滑动，一圆管的一端固定在所述套筒的外表面上，所述圆管的另一端固定在第一连接块的侧面，所述第一连接块与车轮轴的一端固定连接，所述车轮轴的另一端与车轮轮毂固定连接，所述主销轴的另一端与第二连接块的一端固定，所述第二连接块的另一端与减震器弹簧的一端固定连接，所述减震器弹簧的另一端与第一连接块固定连接。

优选地，所述减速器为蜗轮蜗杆减速器，所述转向电机的输出轴与所述蜗轮蜗杆减速器的蜗杆端相连接，所述主销轴通过平键与所述蜗轮蜗杆减速器的蜗轮轴孔相连接。

进一步地，所述主销轴靠近蜗轮的顶端设有圆螺母，蜗轮蜗杆减速器通过主销轴的轴肩和所述圆螺母定位。

优选地，所述主销轴和套筒花键连接。

优选地，所述主销轴和套筒型面连接。

优选地，所述圆管的一端焊接在所述套筒的外表面上，所述圆管的另一端与杆的一端螺纹连接，并用锁紧螺母锁紧，所述杆的另一端与所述第一连接块的侧面焊接。

优选地，所述第一连接块上设有一孔，所述车轮轴穿过所述孔，然后所述第一连接块用螺钉及车轮轴的轴肩定位。

优选地，所述主销轴的一段光轴与一圆锥滚子轴承的内圈紧配合，第二连接块的一端压紧圆锥滚子轴承的内圈，所述圆锥滚子轴承的外圈固定在轴承座上，所述轴承座焊接在第一副车架上。

优选地，所述减速器的外壳与安装板通过螺栓连接，所述安装板焊接在第二副车架上。

优选地，所述第二连接块的另一端与减震器弹簧的一端螺栓连接，所述减震器弹簧的另一端与第一连接块螺栓连接。

本发明一体化转向和悬架系统，解决了目前常用的单个转向电机加传统机械式转向器的结构难以使车辆具有较小转向半径的问题，其无需单独的悬架导向杆系，结构简单、车轮转向空间大大提升，可实现更小的转向半径。

附图说明

图1是本发明的一体化转向和悬架系统三维结构示意图(略去副车架部分)。

图2为图1的主视图(包含副车架部分)。

图3为图1的右视图(包含副车架部分)。

图4是本发明的一种主销轴三维结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的方案进一步说明。

如图1和图2所示，本发明的一体化转向和悬架系统，包括转向电机1，转向电机1与减速器3的外壳通过螺栓固定，转向电机1通过减速器3和主销轴2的一端传动连接，主销轴2外套有套筒5，主销轴2和套筒5无转动连接，并且套筒5可相对主销轴2轴向滑动，一圆管19的一端固定在套筒5的外表面上，圆管19的另一端固定在第一连接块10的侧面，第一连接块10与车轮轴16的一端固定连接，车轮轴16的另一端与车轮轮毂15固定连接，主销轴2的另一端带有一段外螺纹，第二连接块14的一端带有一段内螺纹，主销轴2的另一端的外螺纹与第二连接块14的一端的内螺纹配合，从而实现两者固定连接，第二连接块14的另一端与减震器弹簧11的一端固定连接，减震器弹簧11的另一端与第一连接块10固定连接。

具体地，减速器3为蜗轮蜗杆减速器，转向电机1的输出轴与蜗轮蜗杆减速器的蜗杆端相连接，主销轴2通过平键(图4中主销轴2上设有平键键孔21)与蜗轮蜗杆减速器的蜗轮轴孔相连接。主销轴2靠近蜗轮的顶端设有圆螺母20，蜗轮蜗杆减速器通过主销轴2的轴肩和圆螺母20定位。

主销轴2和套筒5花键连接(图4中主销轴2上的中间一段设有矩形外花键22，与带有矩形内花键的套筒5啮合)。

此外，主销轴2和套筒5也可型面连接等，只要主销轴2和套筒5相互之间无转动、并且套筒5相对主销轴2可轴向滑动即可。

如图2所示，圆管19的一端焊接在套筒5的外表面上，圆管19的另一端与杆12的一端螺纹连接(圆管19的另一端上带有一段外螺纹，杆12的一端带有内螺纹，外螺纹与内螺纹配合)，并用锁紧螺母13锁紧，杆12的另一端与第一连接块10的侧面焊接。

如图3所示，第一连接块10上设有一孔，车轮轴16穿过该孔，第一连接块10与车轮轴16配合后分别用螺钉及车轮轴16的轴肩定位。

如图2、图3和图4所示，主销轴2的一段光轴(位于矩形外花键22和用于连接第二连接块14的带有外螺纹一段轴之间的光轴上)与一圆锥滚子轴承9的内圈紧配合，第二连接块14的一端压紧圆锥滚子轴承9的内圈，圆锥滚子轴承9的外圈固定在轴承座7上，主销轴2的轴向采用轴肩及孔用弹簧挡圈定位，轴承座7焊接在第一副车架8上。

如图3所示，减速器3的外壳与安装板18通过螺栓连接，安装板18焊接在第二副车架17上。

其中，第一副车架8和第二副车架17均焊接在车架上。

如图3所示，第二连接块14的另一端与减震器弹簧11的一端螺栓连接，减震器弹簧11的另一端与第一连接块10螺栓连接。

本发明的一体化转向和悬架系统中，转向时，转向电机1通过减速器3将转向力矩传递给主销轴2，主销轴2上转动带动套筒5一起转动，并通过与套筒5焊接在一起的圆管19传递给杆12，由杆12与第一连接块10、车轮轴16以及车轮轮毂15的固连带动车轮转动；此外，主销轴2还带动第二连接块14、减振器弹簧11上端转动，与第一连接块10带动减振器弹簧11下端转过相同角度，减振器弹簧11上下接头不发生相对转动，亦无需通过此条线路传递转矩。

主销轴2和套筒5在转向时传递扭矩，在悬架系统中则起导向作用。套筒5沿着主销轴2的轴线方向滑动，车轮从静平衡位置上跳时，带动车轮轴16、第一连接块10沿主销轴2的轴线方向向上运动，压缩减振器弹簧11，同时，第一连接块10带动杆12、套筒5向上运动，套筒5沿主销轴2的轴线方向向上滑动；同理，车轮从静平衡位置下跳时，减振器弹簧11伸长，套筒5沿主销轴2的轴线方向向下滑动，图2中，设于主销轴2上的第一缓冲垫4和第二缓冲垫6作为限位装置可限制套筒5的行程，且防止对于本系统其他零部件以及对于车身的刚性冲击；圆管19与杆12的螺纹连接确保了在装配时第一连接块10与套筒5之间的相对高度具有可调节性，即悬架的上下行程可调，锁紧螺母13起防松作用。

主销轴2和套筒5的无转动连接具有传递扭矩的作用，同时套筒5可沿主销轴2的轴线方向滑动，转向与悬架系统均可独立工作，互不干涉。

在车轮受到纵向、侧向力时，为提高支承刚度，减小系统摆振，在主销轴2的一段光轴上增加圆锥滚子轴承9，圆锥滚子轴承通常成对使用，本发明中只采用了一个，原因如下：单轮簧载重量(即单侧车轮的簧载重量，指单侧车轮承担的车身重量)可通过两处结构传递给悬架，一是通过第二副车架17、安装板18传递给减速器3，减速器3压紧主销轴2的轴肩，并将载荷由主销轴2传递给第二连接块14和减振器弹簧11；二是通过第一副车架8传递给圆锥滚子轴承9、第二连接块14和减振器弹簧11；在汽车行驶过程中，弹簧多处于压缩状态，即此处轴承主要需要承受单向的垂向载荷，故采用单个圆锥滚子轴承9，在垂直方向上该圆锥滚滚子轴承9的外圈承受垂直向下的力，内圈承受垂直向上的力，当弹簧处于伸张状态时，垂向由主销轴2顶端的圆螺母20定位，防止主销轴2与减速器3分离。

本发明的效益是：继承了线控独立转向的优点；转向传动链短，传动效率高；利用主销轴和套筒既传递扭矩，又可以轴向滑动的特性，将悬架系统与转向系统并联，彼此可独立工作，克服了传统汽车上转向与悬架易发生运动干涉的缺点，结构简洁，具有较高的集成性；本发明还省略了现有技术中悬架导向杆系(如利用横臂、纵臂等作为导向)，车轮转向空间大大提升，可实现更小的转向半径，基本实现接近360度旋转，更适用于需车辆在较小空间内转向的情况，如可入户的微型小车、电动轮椅等。

Claims (9)

1.一种一体化转向和悬架系统，其特征是：包括转向电机(1)，所述转向电机(1)通过减速器(3)和主销轴(2)的一端传动连接，所述主销轴(2)外套有套筒(5)，所述主销轴(2)和套筒(5)无转动连接，所述套筒(5)可相对主销轴(2)轴向滑动，一圆管(19)的一端固定在所述套筒(5)的外表面上，所述圆管(19)的另一端固定在第一连接块(10)的侧面，所述第一连接块(10)与车轮轴(16)的一端固定连接，所述车轮轴(16)的另一端与车轮轮毂(15)固定连接，所述主销轴(2)的另一端与第二连接块(14)的一端固定，所述第二连接块(14)的另一端与减震器弹簧(11)的一端固定连接，所述减震器弹簧(11)的另一端与第一连接块(10)固定连接；所述主销轴(2)的一段光轴与一圆锥滚子轴承(9)的内圈紧配合，第二连接块(14)的一端压紧圆锥滚子轴承(9)的内圈，所述圆锥滚子轴承(9)的外圈固定在轴承座(7)上，所述轴承座(7)焊接在第一副车架(8)上。

2.根据权利要求1所述的一体化转向和悬架系统，其特征是：所述减速器(3)为蜗轮蜗杆减速器，所述转向电机(1)的输出轴与所述蜗轮蜗杆减速器的蜗杆端相连接，所述主销轴(2)通过平键与所述蜗轮蜗杆减速器的蜗轮轴孔相连接。

3.根据权利要求2所述的一体化转向和悬架系统，其特征是：所述主销轴(2)靠近蜗轮的顶端设有圆螺母(20)，蜗轮蜗杆减速器通过主销轴(2)的轴肩和所述圆螺母(20)定位。

4.根据权利要求1所述的一体化转向和悬架系统，其特征是：所述主销轴(2)和套筒(5)花键连接。

5.根据权利要求1所述的一体化转向和悬架系统，其特征是：所述主销轴(2)和套筒(5)型面连接。

6.根据权利要求1所述的一体化转向和悬架系统，其特征是：所述圆管(19)的一端焊接在所述套筒(5)的外表面上，所述圆管(19)的另一端与杆(12)的一端螺纹连接，并用锁紧螺母(13)锁紧，所述杆(12)的另一端与所述第一连接块(10)的侧面焊接。

7.根据权利要求1所述的一体化转向和悬架系统，其特征是：所述第一连接块(10)上设有一孔，所述车轮轴(16)穿过所述孔，然后所述第一连接块(10)用螺钉及车轮轴(16)的轴肩定位。

8.根据权利要求1所述的一体化转向和悬架系统，其特征是：所述减速器(3)的外壳与安装板(18)通过螺栓连接，所述安装板(18)焊接在第二副车架(17)上。

9.根据权利要求1所述的一体化转向和悬架系统，其特征是：所述第二连接块(14)的另一端与减震器弹簧(11)的一端螺栓连接，所述减震器弹簧(11)的另一端与第一连接块(10)螺栓连接。