CN104626964B - 集成驱动、制动、悬架和转向功能的一体化电动轮 - Google Patents

Abstract

本发明提出集成驱动、制动、悬架和转向功能的一体化电动轮，包括轮毂电机、制动器、轮内悬架、转向电机、电机悬挂装置、轮毂、轮辋、轮辐和轮胎，轮内悬架包括第二螺旋弹簧和第二减振器；电机悬挂装置包括第一螺旋弹簧和第一减振器；第二减振器内安置有转向电机，轮毂电机安置在电机悬挂装置上，内罩壳与环形底板相连，外罩壳通过挠性联轴盘与轮辐相连，将动力通过挠性联轴盘传递到轮毂，轮内悬架上端连接圆形底板，下端连接到电动轮连接轴，该轴端部通过法兰盘连接到车架。本发明在车轮内进一步集成了电机悬挂装置、悬架和转向电机，集成度高、结构紧凑，能有效实现一体化电动轮结构的轻量化。

Description

集成驱动、制动、悬架和转向功能的一体化电动轮

技术领域

本发明属于电动汽车的技术领域，尤其涉及集成驱动、制动、悬架和转向功能的一体化电动轮。

背景技术

日益严重的环境污染和不断加剧的能源短缺问题加速了电动汽车的发展。其中，轮毂电机驱动型电动车因其精简底盘结构、提高传动效率、增大汽车可利用空间、便于汽车主动控制等方面的优点而备受研究人员的关注。轮毂电机驱动型电动车的驱动方式有减速驱动和直接驱动两种。前者电机一般采用高速内转子电机，再在电机与车轮之间加装高减速比的行星齿轮减速机构；后者则多采用低速外转子电机，将电机直接安装在轮辋上，它显而易见的优点是无需减速机构，使得驱动轮结构更简单紧凑，传动效率高，响应速度快。

目前，世界上有多家汽车公司和研究机构在进行轮毂电机驱动型电动车的研发，如三菱汽车公司、丰田汽车公司、普利司通公司、米其林公司、法国TM4公司等都提出了各自的电动轮方案。国内而言，同济大学、比亚迪公司等也先后提出了电动轮驱动系统的方案。在电动轮内集成轮毂电机，这使得车辆非簧载质量增加，同时，来自路面的激励还会造成电机气隙不均匀现象的产生，进而导致轮毂电机引起的振动进一步加剧，对车辆的平顺性和乘坐舒适性带来不利影响，因此需要对轮毂电机在驱动轮内的安装方式进行改进。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述存在的问题，提供集成驱动、制动、悬架和转向功能的一体化电动轮，集成轮毂电机、制动器、轮内悬架、转向电机、电机悬挂装置和轮毂于一体，具备驱动、制动、悬架和转向功能。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：集成驱动、制动、悬架和转向功能的一体化电动轮，包括轮毂、轮辋、轮辐、轮胎、轮毂电机、制动器、轮内悬架，所述轮胎固定于所述轮辋上，所述轮辐为连接所述轮毂和轮辋的圆形罩板，所述制动器安设于所述轮辐的内侧端面上，其特征在于，所述轮内悬架安设于圆形底板上，所述圆形底板与轮内支撑轴的一端相连，所述轮内支撑轴的另一端通过轴承与固设于轮毂中心的轮毂接头相连；还包括转向电机和电机悬挂装置，所述转向电机安设于所述轮内悬架的内部，所述轮毂电机与所述电机悬挂装置相连。

按上述方案，所述轮毂电机由中空的电机罩壳、轮毂电机定子和轮毂电机转子组成，所述电机罩壳包括内外套装的环形的外罩壳和内罩壳，所述轮毂电机定子安设于所述内罩壳相对于电机罩壳空腔的内壁上，所述轮毂电机转子安设于所述外罩壳相对于电机罩壳空腔的内壁上；所述外罩壳的一端与固定于所述轮辐内侧端面上的环形的挠性联轴盘相连；所述内罩壳的外壁中部设有凸环，所述凸环的外侧端面连接所述制动器，凸环的内侧端面连接所述电机悬挂装置。

按上述方案，所述制动器包括制动盘、制动钳体、制动钳支架、导向销、固定制动块和活动制动块，所述制动盘为中心外凸的环形盘结构，制动盘的中心外凸部分的外侧端面与所述轮辐的内侧端面相连，制动盘的外缘从所述制动钳体的下部开口伸入内部空腔，制动钳体的顶部设有凸块，所述凸块通过所述导向销与固定于所述凸环的外侧端面的制动钳支架相连，制动钳体可沿所述导向销轴向滑动，制动钳体的外侧端面的内壁上安设有固定制动块，制动钳体的内侧端面的内壁上安设有液压缸，所述液压缸的杯形活塞外侧安设有所述活动制动块。

按上述方案，所述电机悬挂装置包括与所述凸环的内侧端面连接的环形底板、第一减振器和第一螺旋弹簧，所述环形底板上左右对称安设有两根第一连接杆，所述第一连接杆的端头与所述第一减振器的上吊耳相连，第一减振器的下吊耳与所述圆形底板上的第二连接杆相连，所述上吊耳分别通过设于所述第一连接杆上的凸缘及双螺母轴向限位；所述第一螺旋弹簧外套于所述第一减振器，第一螺旋弹簧的上端与上弹簧座相连，第一螺旋弹簧的下端与下弹簧座相连。

按上述方案，所述轮内悬架包括第二减振器和第二螺旋弹簧，所述第二螺旋弹簧外套于所述第二减振器，所述第二减振器的上端与悬架连接轴的一端相连，所述悬架连接轴的另一端与所述圆形底板相连，所述第二减振器的下端与电动轮连接轴的一端相连，所述电动轮连接轴的另一端通过法兰盘与车架相连。

按上述方案，所述第二减振器为单筒式液压减振器，第二减振器的内部通过隔板分为上腔体和下腔体，所述上腔体内部设有所述转向电机，所述下腔体内充满工作液，开有数个阻尼孔的活塞设于下腔体内部，所述活塞的中心位置连接活塞杆的底端，所述活塞杆的顶端依次穿过所述隔板中心和所述上腔体的顶部中心与吊耳相连，所述吊耳与所述悬架连接轴相连。

按上述方案，所述转向电机包括安设于所述上腔体内壁上的转向电机定子和安设于所述活塞杆上的转向电机转子。

按上述方案，所述第二减振器的吊耳的下方设有筒式的减振器防尘罩，所述减振器防尘罩外套于所述第二减振器的顶部，所述上腔体的内部顶端设有防尘板。

按上述方案，所述隔板上设有油封。

按上述方案，所述轮内支撑轴通过角接触球轴承与所述轮毂接头相连。

本发明的有益效果是：1、该电动轮集成轮毂电机、制动器、轮内悬架、转向电机、电机悬挂装置、轮毂、轮辋和轮辐于一体，具备驱动、制动、悬架和转向功能，集成度更高；2、转向电机和轮内悬架的集成，使得底盘结构得到进一步地简化，还能为汽车设计尤其是外形设计带来更多自由度，创造出全新的整车结构和车身外形，这对于汽车设计具有很高的参考价值；3、通过电机悬挂装置的设计，将电动车增加的非簧载质量(轮毂电机质量)所造成的平顺性和舒适性不利影响加以抑制，改善汽车垂向动力学特性。

附图说明

图1为本发明一个实施例的轴测图。

图2为本发明一个实施例的隐去轮胎、轮毂电机后的轴测图。

图3为本发明一个实施例的隐去电机悬挂装置后的剖视图。

图4为本发明一个实施例的隐去轮内悬架后的剖视图。

图5为本发明一个实施例的转向电机和轮内悬架的结构示意图。

其中：1.外罩壳，2.轮毂电机转子，3.轮毂电机定子，4.内罩壳，5.悬架连接轴，6.限位螺母，7.吊耳，8.第二螺旋弹簧，9.减振器防尘罩，10.第二减振器，11.圆形底板，12.法兰盘，13.电动轮连接轴，14.轮毂，15.轮毂接头，16.角接触球轴承，17.轮内支撑轴，18.制动盘，19.固定制动块，20.活动制动块，21.制动钳支架，22.液压缸，23.制动钳体，24.导向销，25.挠性联轴盘，26.轮胎，27.凸环，28.环形底板，29.第一连接杆，30.上吊耳，31.上弹簧座，32.第一减振器活塞杆，33.第一螺旋弹簧，34.第一减振器，35.下弹簧座，36.下吊耳，37.第二连接杆，38.活塞杆，39.转向电机定子，40.转向电机转子，41.隔板，42.活塞，43.工作液，44.阻尼孔，45.油封，46.防尘板。

具体实施方式

为更好地理解本发明，下面结合附图和实施例对本发明作进一步的描述。

如图1-2所示，一种集成驱动、制动、悬架和转向功能的一体化电动轮，包括轮毂、轮胎26、轮辋、轮辐、轮毂电机、制动器、轮内悬架，轮胎26固定于轮辋上，轮辐的内侧端面上置有制动器，轮毂中心通过螺栓连接有轮毂接头15，轮内支撑轴17的一端与圆形底板相连，另一端通过角接触球轴承16与轮毂接头相连，角接触球轴承16可同时承受径向负荷和轴向负荷，轮毂接头有凸台限位，能防止在路面侧向力作用下车轮的左右移动，轮内悬架的内部安设有转向电机，轮毂电机安装于电机悬挂装置上。

轮毂电机由中空的电机罩壳、轮毂电机定子3和轮毂电机转子2组成，电机罩壳包括内外套装的环形的外罩壳1和内罩壳4，轮毂电机定子3安设于内罩壳4相对于电机罩壳空腔的内壁上，轮毂电机转子2安设于外罩壳1相对于电机罩壳空腔的内壁上；外罩壳的一端与固定于轮辐的内侧端面上的环形的挠性联轴盘25通过螺钉相连，挠性联轴盘25通过螺栓再与轮辐连接，挠性联轴盘由橡胶材料做成，将动力直接传递到轮毂，无需减速机构；内罩壳4的外壁中部设有凸环27，凸环27的外侧端面连接制动器，凸环的内侧端面连接电机悬挂装置。

制动器为浮钳盘式制动器，包括制动盘18、制动钳体23、制动钳支架21、导向销24、固定制动块19、活动制动块20，制动盘18为中心外凸的环形盘结构，制动盘的中心外凸部分的外侧端面与轮辐的内侧端面相连，制动盘的外缘从制动钳体23的下部开口伸入内部空腔，制动钳体23的顶部设有凸块，凸块通过导向销24与固定于凸环27的外侧端面的制动钳支架21相连，制动钳体23可沿导向销24轴向滑动，制动钳体的外侧端面的内壁上安设有固定制动块19，制动钳体的内侧端面的内壁上安设有液压缸，液压缸的杯形活塞外侧安设有活动制动块20；制动时，液压缸提供制动液压，活动制动块20在液压作用下由杯形活塞推靠制动盘18，同时制动钳体23上的反力将固定制动块19也推靠在制动盘上，实现制动；解除制动时，释放制动液压，使活动制动块20和固定制动块19与制动盘分离，制动解除。

电机悬挂装置包括与凸环27的内侧端面连接的环形底板28、第一减振器34和第一螺旋弹簧33，环形底板28上左右对称安设有两根第一连接杆29，第一连接杆29的端头与第一减振器34的上吊耳30相连，第一减振器的下吊耳36与圆形底板11上的第二连接杆37相连，上吊耳30分别通过设于第一连接杆上的凸缘及双螺母轴向限位；第一螺旋弹簧33外套于第一减振器34，第一螺旋弹簧的上端与上弹簧座31相连，第一螺旋弹簧的下端与下弹簧座35相连。轮毂电机除了起到原动机的作用，还起到质量阻尼器的作用，所谓的质量阻尼器是利用质量对应的惯性来限制振动的机构，合理匹配电机悬挂装置的质量、刚度、阻尼参数，可以抑制轮毂电机和车轮跳动量，改善汽车平顺性。

轮内悬架为磁流变半主动悬架，包括第二减振器10和第二螺旋弹簧8，第二螺旋弹簧8外套于第二减振器10，第二减振器的上端与悬架连接轴5的一端相连，悬架连接轴5用以支撑轮内悬架，悬架连接轴的外侧的凸台和限位螺母6对轮内悬架轴向定位，悬架连接轴的另一端与圆形底板11相连，第二减振器10的下端与电动轮连接轴13的一端相连，电动轮连接轴13的另一端通过法兰盘12与车架相连；第二减振器10为单筒式液压减振器，其内部通过隔板41分为上腔体和下腔体，隔板41上设有油封45，上腔体内部设有转向电机，下腔体内充满磁流变体作为工作液43，开有数个阻尼孔44的活塞42设于下腔体内部，活塞42的中心位置连接活塞杆38的底端，活塞杆38的顶端依次穿过隔板41的中心和上腔体的顶部中心与吊耳7相连，吊耳7与悬架连接轴5相连，电磁线圈绕制在活塞上，通过活塞杆引出电源线，通过外源蓄电池提供不同大小的电流即可调节作为工作液43的磁流变体的阻尼以改变减振器阻尼实现半主动悬架功能，吊耳7的下方设有筒式的减振器防尘罩9，减振器防尘罩9外套于第二减振器10的顶部，上腔体的内部顶端设有防尘板46；转向电机包括安设于上腔体内壁上的转向电机定子39和安设于活塞杆上的转向电机转子40，转向时，转向电机工作，转向电机转子40带动活塞杆38和吊耳7绕活塞杆轴向旋转，悬架连接轴5随之绕活塞杆轴向转动，因为车轮整体与悬架连接轴连为一体，进而也能相应地进行转向。

Claims (10)

1.集成驱动、制动、悬架和转向功能的一体化电动轮，包括轮毂、轮辋、轮辐、轮胎、轮毂电机、制动器、轮内悬架，所述轮胎固定于所述轮辋上，所述轮辐为连接所述轮毂和轮辋的圆形罩板，所述制动器安设于所述轮辐的内侧端面上，其特征在于，所述轮内悬架安设于圆形底板上，所述圆形底板与轮内支撑轴的一端相连，所述轮内支撑轴的另一端通过轴承与固设于轮毂中心的轮毂接头相连；还包括转向电机和电机悬挂装置，所述转向电机安设于所述轮内悬架的内部，所述轮毂电机与所述电机悬挂装置相连。

2.根据上述权利要求1所述的集成驱动、制动、悬架和转向功能的一体化电动轮，其特征在于，所述轮毂电机由中空的电机罩壳、轮毂电机定子和轮毂电机转子组成，所述电机罩壳包括内外套装的环形的外罩壳和内罩壳，所述轮毂电机定子安设于所述内罩壳相对于电机罩壳空腔的内壁上，所述轮毂电机转子安设于所述外罩壳相对于电机罩壳空腔的内壁上；所述外罩壳的一端与固定于所述轮辐内侧端面上的环形的挠性联轴盘相连；所述内罩壳的外壁中部设有凸环，所述凸环的外侧端面连接所述制动器，凸环的内侧端面连接所述电机悬挂装置。

3.根据权利要求2所述的集成驱动、制动、悬架和转向功能的一体化电动轮，其特征在于，所述制动器包括制动盘、制动钳体、制动钳支架、导向销、固定制动块和活动制动块，所述制动盘为中心外凸的环形盘结构，制动盘的中心外凸部分的外侧端面与所述轮辐的内侧端面相连，制动盘的外缘从所述制动钳体的下部开口伸入内部空腔，制动钳体的顶部设有凸块，所述凸块通过所述导向销与固定于所述凸环的外侧端面的制动钳支架相连，制动钳体可沿所述导向销轴向滑动，制动钳体的外侧端面的内壁上安设有固定制动块，制动钳体的内侧端面的内壁上安设有液压缸，所述液压缸的杯形活塞外侧安设有所述活动制动块。

4.根据权利要求2所述的集成驱动、制动、悬架和转向功能的一体化电动轮，其特征在于，所述电机悬挂装置包括与所述凸环的内侧端面连接的环形底板、第一减振器和第一螺旋弹簧，所述环形底板上左右对称安设有两根第一连接杆，所述第一连接杆的端头与所述第一减振器的上吊耳相连，第一减振器的下吊耳与所述圆形底板上的第二连接杆相连，所述上吊耳分别通过设于所述第一连接杆上的凸缘及双螺母轴向限位；所述第一螺旋弹簧外套于所述第一减振器，第一螺旋弹簧的上端与上弹簧座相连，第一螺旋弹簧的下端与下弹簧座相连。

5.根据权利要求1所述的集成驱动、制动、悬架和转向功能的一体化电动轮，其特征在于，所述轮内悬架包括第二减振器和第二螺旋弹簧，所述第二螺旋弹簧外套于所述第二减振器，所述第二减振器的上端与悬架连接轴的一端相连，所述悬架连接轴的另一端与所述圆形底板相连，所述第二减振器的下端与电动轮连接轴的一端相连，所述电动轮连接轴的另一端通过法兰盘与车架相连。

6.根据权利要求5所述的集成驱动、制动、悬架和转向功能的一体化电动轮，其特征在于，所述第二减振器为单筒式液压减振器，第二减振器的内部通过隔板分为上腔体和下腔体，所述上腔体内部设有所述转向电机，所述下腔体内充满工作液，开有数个阻尼孔的活塞设于下腔体内部，所述活塞的中心位置连接活塞杆的底端，所述活塞杆的顶端依次穿过所述隔板中心和所述上腔体的顶部中心与吊耳相连，所述吊耳与所述悬架连接轴相连。

7.根据权利要求6所述的集成驱动、制动、悬架和转向功能的一体化电动轮，其特征在于，所述转向电机包括安设于所述上腔体内壁上的转向电机定子和安设于所述活塞杆上的转向电机转子。

8.根据权利要求6所述的集成驱动、制动、悬架和转向功能的一体化电动轮，其特征在于，所述第二减振器的吊耳的下方设有筒式的减振器防尘罩，所述减振器防尘罩外套于所述第二减振器的顶部，所述上腔体的内部顶端设有防尘板。

9.根据权利要求6所述的集成驱动、制动、悬架和转向功能的一体化电动轮，其特征在于，所述隔板上设有油封。

10.根据权利要求1所述的集成驱动、制动、悬架和转向功能的一体化电动轮，其特征在于，所述轮内支撑轴通过角接触球轴承与所述轮毂接头相连。