CN104827886A - 一种新型智能减振电动轮 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种新型智能减振电动轮。根据轮毂有限空间要求，对轮毂电机、制动器、智能减振系统总成等进行了设计并将设计的各子系统在轮毂有限空间内一体化集成。将车身作为目标系统，结合新型智能减振电动轮形成可控闭环系统。它主要包括独立悬架支座、对称上下不等长摆臂、MR阻尼器、螺旋弹簧、控制器、加速度与位移传感器、车轮主轴、轮毂电机、制动器总成、轮毂、轮胎部件。利用加速度与位移传感器采集车身加速度及悬架的动位移信号，实时传递到控制器中，通过四通道电动车振动控制策略，采用变论域模糊控制算法，输出控制指令向MR阻尼器发出电流变化信号，MR阻尼器作为执行器来实时调节阻尼力，从而实现在城市道路上电动汽车的智能减振效果。

Description

一种新型智能减振电动轮

技术领域

本发明属于电动车轮装置领域，特别涉及一种新型智能减振电动轮。

背景技术

国内外对电动轮在电动汽车上应用进行了较多的理论研究，实际应用也比较多，但是，目前电动轮的一些技术难题还没有突破。（1）非簧载质量过大引起的垂向负效应。由于轮毂电机的引入，整车的非簧载质量明显增加，使整车簧载质量和非簧载质量之比过小，使轮胎的动载荷和车身的振动加速度均方值都明显增大，而电动轮安装在车轮上，难以采用有效的减振措施，影响了整车的垂向和横向性能，尤其是车辆的垂向性能发生了很大变化，对整车的平顺性和安全性有很大的影响。（2）由于电动轮结构的特殊性，电动轮与悬架系统的匹配将成为难点。电动轮要通过悬架和电动汽车的车身相连，电动轮的外部结构依悬架的不同而不同，轮边驱动系统质量增加，不利于对悬架系某特定振型固有频率进行控制。因此，传统悬架系统及其控制策略已经很难满足电动轮驱动汽车的安全性要求。电动轮悬架系统与电动轮本身高度结合的主动轮技术还有待进一步研究解决。（3）电动轮的密封、冷却和抗振性还有许多问题需要解决。由于电动轮直接安装在车轮上，扬起的灰尘、飞溅的泥水极易进入电动轮，无法采用自然通风的方法进行冷却；电动轮驱动系统的轮毂电机一般只经过轮胎一级减振，系统对电机允许最大振动加速度要求大，疲劳寿命要求高；由于轮毂电机转子构成了车轮的转动惯量，影响车辆的加速性能。

发明内容

根据未来城市交通发展的需要，发明了一种新型智能减振电动轮，以解决目前石油、煤矿等非再生能源的短缺以及由于汽车尾气排放导致的空气污染等一系列问题。此类型电动轮属于纯电动汽车中的一种，完全依靠电机驱动，电力属于可再生能源且无污染。

为了解决上述技术问题，本发明提出以下技术方案：一种新型智能减振电动轮，它包括车身，车身上安装有加速度传感器，其特征在于：电动轮通过主销与车身相连，转向操纵连杆与电动轮相连，位移传感器和加速度传感器的信号线与控制器相连。

所述电动轮包括独立悬架支座，独立悬架支座与主销相连，对称式不等长横臂以车轮主轴的轴线为中心线对称安装，位移传感器安装在可变阻尼减振器总成的活塞杆上，可变阻尼减振器总成倾斜安装在轮毂内部，轮毂电机安装在轮毂内部，定子电枢通过键与车轮主轴连接，电机壳通过电机轴承与车轮主轴连接，电机壳与轮毂通过螺栓固定连接，轮毂与轮胎配套安装使用，端盖通过螺栓固定在制动器上，挡圈安装在车轮主轴上，永磁块均匀分布在电机壳，轮毂内侧电机壳与制动盘设计为一体式结构。

所述可变阻尼减振器总成，是用螺旋弹簧与MR阻尼器组合，通过电流的变化来控制内外筒间所施加的磁场来控制阻尼力。

所述对称式不等长横臂由两个上摆臂与两个下摆臂构成，安装时下摆臂较长。

所述控制器采用高性能的可编程DSP芯片。

所述可变阻尼减振器系统、控制器、位移传感器和加速度传感器共同构成智能减振系统，形成闭环控制。

所述轮毂电机为双转子结构。

本发明有如下有益效果：

本发明提供的一种新型智能减振电动轮，重点部分是如何实现将轮毂电机、悬架系统以及制动装置等各子系统一体化集成在有限的轮毂空间内，如何实现智能减振，其整个过程为：首选，根据选定的轮毂，确定其内部可利用空间；根据参考电动车的整车参数，计算获得轮毂电机的功率及制动时的制动力矩，设计电机的驱动型式以及电机类型、制动器的结构形式以及结构尺寸；结合有限的空间，设计合适的独立悬架与MR阻尼器；根据设计好的子系统的结构，设计便于安装的车轮主轴。然后，在城市道路电动轮汽车行驶过程中，利用加速度与位移传感器采集车身加速度及悬架的动位移信号，实时传递到控制器中，控制器通过与理想设定参数对比，发出输出信号，输出信号通过控制电流的变化向MR阻尼器发出指令，MR阻尼器作为执行器来实时调节阻尼力，从而实现减振效果。各个机构在具体实施实例中予以说明。

上述轮毂电机模块，考虑到磁场中存在单边磁拉力，防止漏磁现象，可将轮毂电机设计成双转子结构，将永磁块均匀分布，直接粘到电机壳上，此方法可避免永磁块和电机壳相对运动产生的涡流损耗。

上述制动器，考虑到轮毂内部空间的局限性，将制动器的制动盘部分与电机一边的电机壳设计成一整体来减小其轴向尺寸。

上述对称式不等长双横臂独立悬架，一端通过主销将车身连接支座部分与车身连接，车身连接支座部分的转向连接孔与汽车的转向操作连杆连接，另一端与车轮主轴连接。

上述MR阻尼器，为一种质量与外形结构尺寸均较小的筒式减振器，能够吸收振动，同时阻尼系数可变，工作时由于阻尼系数的变化而产生的阻尼力能够抑制车身的振动。

上述控制器，采用高性能的可编程DSP芯片，该芯片适合做复杂数值运算，速度快，能够较好处理电动轮车中位移传感器与加速度传感器采集的实时信号。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1为本发明的一种新型智能减振电动轮的1/4整车示意图。

图2为本发明的一种新型智能减振电动轮的智能控制示意图。

图3为本发明的一种新型智能减振电动轮整体结构图。

图4为本发明的一种新型智能减振电动轮轮毂电机结构图。

图中：车身1、电动轮2、位移传感器3、转向操纵连杆4、主销5、加速度传感器6、控制器7、独立悬架支座2-1、不等长横臂2-2、可变阻尼减振器总成2-3、车轮主轴2-4、轮胎2-5、轮毂2-6、电机轴承2-7、轮毂电机2-8、制动器2-9、制动盘2-10、定子电枢2-11、端盖2-12、键2-13、电机壳2-14、挡圈2-15、永磁块2-16。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施方式做进一步的说明。

如图1-2所示，一种新型智能减振电动轮，通过主销5将电动轮2与电动车车身1连接，转向操纵连杆4与电动轮2相连，通过转向操纵连杆4实现电动车的转向，位移传感器3、加速度传感器6作为悬架动位移及电动车车身加速度的信号采集装置，传感器将采集到的信号传递到控制器7中，控制器7经过运算，将输出信号传送到可变阻尼减振器总成2-3中，可变阻尼减振器根据来自控制器7的信号来调节阻尼系数，产生相应的阻尼力来抑制过大的悬架动位移与车身加速度，达到减振的效果。

优选的，所述控制器7，选择电动车的前后、左右四个电动轮悬架的振动信号作为控制器的输入信号，构成四通道电动车振动控制策略，采用变论域模糊控制算法，实现对输出电流的控制。

优选的，所述可变阻尼减振器总成2-3，使用螺旋弹簧与MR阻尼器组合，通过电流的变化来控制内外筒间所施加的磁场来控制阻尼力。

如图3-4所示，一种新型智能减振电动轮，所述电动轮2包括独立悬架支座2-1，独立悬架支座2-1与主销5相连，对称式不等长横臂2-2以车轮主轴2-4的轴线为中心线对称安装，可变阻尼减振器总成2-3倾斜安装在轮毂2-6内部，轮毂电机2-8安装在轮毂2-6内部，定子电枢2-11通过键2-13与车轮主轴2-4连接，电机壳2-14通过电机轴承2-7与车轮主轴2-4连接，电机壳2-14与轮毂2-6通过螺栓固定连接，轮毂2-6与轮胎2-5配套安装使用，端盖2-12通过螺栓固定在制动器2-9上，挡圈2-15安装在车轮主轴上，永磁块2-16均匀分布在电机壳2-14，轮毂2-6内侧电机壳2-14与制动盘2-10设计为一体式结构。

优选的，所述电机壳2-14，考虑到磁场中存在单边磁拉力，防止漏磁现象，将电机设计成双转子结构，将永磁块2-16均匀分布，直接粘到电机壳2-14上，此方法可避免永磁块2-16和电机壳2-14相对运动产生的涡流损耗。定子电枢2-11可直接由绕组注塑形成，转子由高性能永磁块2-16与电机壳2-14粘接，两边对称的转子和位于中间的单定子构成双气隙。

优选的，所述双转子结构为两边对称的转子，靠近轮毂内侧一边的电机壳2-14与制动器2-9的制动盘2-10采用一体式结构设计。将轮毂内侧电机壳2-14与制动盘2-10设计为一体，既能保证轮毂内部轴向空间尽可能的充分利用，又能保证部件的质量不会过大。

优选的，所述车轮主轴2-4，设计时既要保证其轴向尺寸，又要保证其有足够的安装空间，确保制动器2-9的制动钳、对称式不等长横臂2-2以及可变阻尼减振器总成2-3的安装位置。

优选的，所述对称式不等长横臂2-2，由两个上摆臂与两个下摆臂构成，以车轮主轴2-4的轴线为中心线对称安装且下摆臂较长，如此可为可变阻尼减振器2-3的倾斜安装预留了足够的空间。

优选的，所述可变阻尼减振器总成2-3，由MR阻尼器与螺旋弹簧组成，螺旋弹簧套在MR阻尼器上，MR阻尼器下端通过套筒与车轮主轴2-4连接，上端通过套筒与独立悬架支座2-1连接。

优选的，所述独立悬架支座2-1，在满足对称式不等长横臂2-2以及可变阻尼减振器总成2-3的安装位置条件下，预留与车身连接的安装孔。由于独立悬架支座2-1的质量归算为非簧载质量，故在设计时考虑了其自身的质量。

优选的，所述端盖2-12，主要对内侧电机轴承2-7起到定位作用，防止内侧电机轴承2-7发生轴向窜动。

优选的，所述挡圈2-15，主要对外侧电机轴承2-7起到定位作用，防止外侧电机轴承2-7发生轴向窜动。

本发明中永磁同步电机具体工作原理为：

电动轮中的位移传感器将检测到的双转子位置信号传送到控制器，控制器触发相应的电子开关元件，电子开关元件再对定子电枢供电。此时，在轴向磁场的作用下，径向通电导体产生切向电磁力，驱动转子旋转，从而带动车轮转动。

本发明的特点为：

1、该装置利用轮毂内部有限空间，将汽车轮毂、轮毂电机、制动器、智能悬架系统等子系统进行集成化设计，在保证空间尺寸满足设计要求的同时，也充分考虑了电动轮的质量，防止由于非簧载质量过大引起整车的垂向和横向性能恶化等问题。

2、该新型电动轮适用于城市道路交通，由于城市道路的路况较好，路面激励引起的例如车身垂直加速度、悬架动位移等问题可以通过智能减振系统很好的解决。

3、考虑到电动轮毂直接安装在车轮上，扬起的灰尘、飞溅的泥水极易进入电动轮，无法采用自然通风的方法进行冷却，而盘式制动器散热性好、不易产生积水、无需定期检查摩擦片间隙，因此，盘式制动器能很好的克服这些问题。

Claims (6)

1.一种新型智能减振电动轮，它包括车身（1），车身（1）上安装有加速度传感器（6），其特征在于：电动轮（2）通过主销（5）与车身（1）相连，转向操纵连杆（4）与电动轮（2）相连，位移传感器（3）和加速度传感器（6）的信号线与控制器（7）相连；

所述电动轮（2）包括独立悬架支座（2-1），独立悬架支座（2-1）与主销（5）相连，对称式不等长横臂（2-2）以车轮主轴（2-4）的轴线为中心线对称安装，位移传感器（3）安装在可变阻尼减振器总成（2-3）的活塞杆上，可变阻尼减振器总成（2-3）倾斜安装在轮毂（2-6）内部，轮毂电机（2-8）安装在轮毂（2-6）内部，定子电枢（2-11）通过键（2-13）与车轮主轴（2-4）连接，电机壳（2-14）通过电机轴承（2-7）与车轮主轴（2-4）连接，电机壳（2-14）与轮毂（2-6）通过螺栓固定连接，轮毂（2-6）与轮胎（2-5）配套安装使用，端盖（2-12）通过螺栓固定在制动器（2-9）上，挡圈（2-15）安装在车轮主轴上，永磁块（2-16）均匀分布在电机壳（2-14），轮毂（2-6）内侧电机壳（2-14）与制动盘（2-10）设计为一体式结构。

2.根据权利要求1所述的一种新型智能减振电动轮，其特征在于：所述可变阻尼减振器总成（2-3），是用螺旋弹簧与MR阻尼器组合，通过电流的变化来控制内外筒间所施加的磁场来控制阻尼力。

3.根据权利要求1所述的一种新型智能减振电动轮，其特征在于：所述对称式不等长横臂（2-2）由两个上摆臂与两个下摆臂构成，安装时下摆臂较长。

4.根据权利要求1所述的一种新型智能减振电动轮，其特征在于：所述控制器（7）采用高性能的可编程DSP芯片。

5.根据权利要求1所述的一种新型智能减振电动轮，其特征在于：所述可变阻尼减振器系统（2-3）、控制器（7）、位移传感器（3）和加速度传感器（6）共同构成智能减振系统，形成闭环控制。

6.根据权利要求1所述的一种新型智能减振电动轮，其特征在于：所述轮毂电机（2-8）为双转子结构。