CN105015618A - 一种电动轮悬架主动回正控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于轮边电驱动独立悬架的主动回正控制系统，该系统包括悬架单元、电动轮单元、支架总成、车架，转向机构和主动回正控制装置；其中，支架总成横向安装在车架的前端，悬架单元左右对称安装在支架总成的两端，电动轮单元安装于悬架单元上，转向机构安装于车架上，主动回正控制装置控制转向机构带动电动轮单元实现助力转向或主动回正控制。该主动回正控制系统能够合理提供车轮所需要的回正力矩，改善回正性能，“路感”良好。

Description

一种电动轮悬架主动回正控制系统

技术领域

本发明属于电动汽车悬架-转向控制技术领域，具体涉及一种用于轮边电驱动独立悬架的主动回正控制系统。

背景技术

近年来，随着节能环保日益受到重视，电动汽车得到了快速发展，出现了多种电动车的驱动形式，目前，以电动轮为代表的轮边驱动系统，由于其功率密度大、传动效率高、可利用空间大、结构简单、各驱动轮转矩可独立控制，成为研究热点。

现有专利技术中的轮边驱动系统，结构复杂，由于轮边驱动单元会增加转向系统绕主销的转动惯量，对车辆回正特性产生影响。采用的多连杆悬架结构，在转向过程中虚拟主销的运动，也会对车辆的回正性能产生影响。

因此，开发一种电动轮悬架的主动回正控制系统，用于改善现有技术的不足，已成为轮边驱动悬架-转向控制技术领域迫切的需求。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的缺点和不足，提供一种电动轮悬架主动回正控制系统: 该电动轮单元，结构紧凑，功率密度大，传动效率高，并且应用范围广泛；该独立悬架结构简单合理，转向轮传到方向盘的冲击力小；该主动回正控制系统能够合理提供车轮所需要的回正力矩，改善回正性能，“路感”良好。

本发明为解决上述技术问题，通过以下技术方案实现：

一种电动轮悬架主动回正控制系统，包括悬架单元、电动轮单元、支架总成、车架，转向机构和主动回正控制装置；其中，支架总成横向安装在车架的前端，悬架单元左右对称安装在支架总成的两端，电动轮单元安装于悬架单元上，转向机构安装于车架上，主动回正控制装置控制转向机构带动电动轮单元实现助力转向或主动回正控制。

具体地，所述的悬架单元包括第一下摆臂、第二下摆臂、减震器、上摆臂、扭杆弹簧和转向节；其中，扭杆弹簧前端通过花键与上横臂连接，后端通过花键与扭杆弹簧预紧摆杆连接，扭杆弹簧预紧拉杆上端与车架连接，下端与扭杆弹簧预紧摆杆连接，可以通过扭杆弹簧预紧摆杆调整扭杆弹簧的预紧力；上摆臂通过衬套与车架连接，与转向节通过单外球头铰接；第一下摆臂和第二下摆臂内端分别通过衬套连接到第二纵向支架上，外端分别通过球铰连接到转向节上；减震器下端通过衬套连接于第一下摆臂上，上端与车架通过衬套连接。

所述的电动轮单元包括轮边电机、减速器和盘式制动器；其中，轮边电机、减速器和盘式制动器与车轮同轴安装。

所述的支架总成包括横向支架，第一纵向支架、第二纵向支架，第一加强板、第二加强板、第三加强板与第四加强板；其中，横向支架为凹形结构；第一纵向支架和第二纵向支架分别安装在横向支架的两端；第一加强板和第二加强板分别倾斜安装在第一纵向支架与横向支架之间；第三加强板与第四加强板分别倾斜安装在第二纵向支架与横向支架之间。

所述的主动回正控制装置包括信号采集模块、回正判断模块、计算模块、助力转向模块和驱动加载模块；其中，信号采集模块采集力矩传感器输出的力矩信息、角度编码器输出的角度信息和速度传感器输出的车辆速度信息；助力转向模块计算输出转向助力力矩，控制驱动加载模块执行；回正判断模块判断车辆是否处于回正状态，若车辆处于回正状态，计算模块计算需要施加的主动回正力矩，控制驱动加载模块执行，若车辆不处于回正状态，则计算模块不输出主动回正力矩。

计算需要施加的主动回正力矩过程为：

（一）根据内外轮的转角分别计算由虚拟主销运动产生的内外轮主销后倾拖距                                                、的变化,及初始状态主销不移动时的后倾拖距；

（二）根据车辆模型计算内外车轮载荷转移量；

（三）根据车轮转角及车辆状态计算轮胎侧偏角；根据轮胎模型结合载荷转移量，计算内外轮侧向力、及侧向力产生的回正力矩、；

（四）计算由于载荷转移和虚拟主销移动造成的回正力矩减小量：，作为主动回正控制的目标力矩。

可选地，在第一下摆臂与第二下摆臂之间还设置一个机械回正机构，所述机械回正机构包括弧状弹性板、第一钢板夹和第二钢板夹；其中，第一钢板夹套装在第二下摆臂上，第二钢板夹套装在第一下摆臂上，所述弧状弹性板一端设置在第一钢板夹与第二下摆臂之间、另一端设置在第二钢板夹与第一下摆臂之间。在转向过程中，转向节带动第一下摆臂与第二下摆臂运动，第一下摆臂和第二下摆臂之间的相对距离会减小，压缩弧状弹性板，储存弹性势能；在车轮回正过程中，弧状弹性板释放弹性势能，加速车轮回正。

可选地，所述的扭杆弹簧可以更换为空气弹簧。

本发明的有益效果为:

（1）本发明所提出电动轮悬架单元，与传统独立悬架相比，采用多杆导向，减小了车轮承受的侧向力，同时减小转向轮传到方向盘的冲击力；

（2）本发明的主动回正控制系统，可以补偿由于悬架虚拟主销的移动和载荷转移造成的回正力矩减小，改善车辆回正性能，提高“路感”；

（3）本发明所提出的电动轮单元，结构紧凑，功率密度大，传动效率高，并且应用范围广泛。

附图说明

图1 为本发明的轮边驱动独立悬架整体俯视图；

图2 为本发明的独立悬架轴测图；

图3 为本发明的电动轮单元结构图；

图4 为本发明的独立悬架支架结构图；

图5 为本发明的悬架在转向过程中两下控制臂虚拟交点运动示意图；

图6 为本发明的主动回正控制系统原理图；

图7 为本发明的基于电动执行机构实现主动回正控制原理图；

图8 为本发明的基于液压执行机构实现主动回正控制原理图；

图9 为本发明的机械回正机构结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图进一步说明本发明的具体内容和工作过程。

如图1所示，为本发明的包括悬架单元1、电动轮单元2、支架总成3、车架4，转向机构5（采用现有技术中应用于独立悬架的断开式转向梯形机构）和主动回正控制装置6。其中，支架总成3横向安装在车架4的前端；悬架单元1左右对称安装在支架总成3的两端；电动轮单元2安装于悬架1上；转向机构5安装于车架4上，主动回正控制装置6控制转向机构5带动电动轮单元2实现助力转向或主动回正控制。

结合图2，所述的悬架单元1包括第一下摆臂11、第二下摆臂12、减震器13、上摆臂14、扭杆弹簧15和转向节16。其中，扭杆弹簧15前端通过花键与上横臂14连接，后端通过花键与扭杆弹簧预紧摆杆151连接，扭杆弹簧预紧拉杆152上端与车架4连接，下端与扭杆弹簧预紧摆杆151连接，可以通过扭杆弹簧预紧摆杆151调整扭杆弹簧15的预紧力；上摆臂14通过衬套与车架4连接，与转向节16通过单外球头铰接；第一下摆臂11和第二下摆臂12内端分别通过衬套连接到第二纵向支架322上，外端分别通过球铰连接到转向节16上；减震器13下端通过衬套连接于第一下摆臂11上，上端与车架4通过衬套连接。

结合图3，所述的电动轮单元2包括轮边电机21、减速器22和盘式制动器23。其中，轮边电机21、减速器22和盘式制动器23与车轮同轴安装。

结合图4，所述的支架总成3包括横向支架31，第一纵向支架321、第二纵向支架322，第一加强板331、第二加强板332、第三加强板333与第四加强板334 。其中，横向支架31为凹形结构；第一纵向支架321和第二纵向支架322分别安装在横向支架31的两端；第一加强板331和第二加强板332分别倾斜安装在第一纵向支架321与横向支架31之间；第三加强板333与第四加强板334分别倾斜安装在第二纵向支架322与横向支架31之间。

结合图5，在转向过程中，所述的第一下摆臂11和第二下摆臂12的虚拟交点会产生移动，两摆臂间的相对距离减小，且造成内轮的主销后倾拖距增大，外轮的主销后倾拖距减小，由于侧向加速度会造成内轮的侧向力减小，外轮的侧向力增加，左轮与右轮产生的总回正力矩会减小。

如图6所示，所述的主动回正控制装置6，包括信号采集模块61、回正判断模块62、计算模块63、助力转向模块64和驱动加载模块65。其中，信号采集模块61采集力矩传感器输出的力矩信息，角度编码器输出的角度信息和速度传感器输出的车辆速度信息；助力转向模块64计算输出转向助力力矩，控制驱动加载模块65执行；回正判断模块62判断车辆是否处于回正状态，若车辆处于回正状态，计算模块63计算需要施加的主动回正力矩，控制驱动加载模块65执行，若车辆不处于回正状态，则计算模块63不输出主动回正力矩。

计算需要施加的主动回正力矩过程为：

（一）根据内外轮的转角分别计算由虚拟主销运动产生的内外轮主销后倾拖距、的变化,及初始状态主销不移动时的后倾拖距；

（二）根据车辆模型计算内外车轮载荷转移量；

（三）根据车轮转角及车辆状态计算轮胎侧偏角；根据轮胎模型结合载荷转移量，计算内外轮侧向力、及侧向力产生的回正力矩、；

（四）计算由于载荷转移和虚拟主销移动造成的回正力矩减小量：，作为主动回正控制的目标力矩。

可选地，所述的扭杆弹簧15可以更换为空气弹簧17。

图7为本发明的驱动加载模块65为电动执行机构的主动回正控制系统，包括转矩传感器6511、减速机构6512、角度传感器6513、电磁离合器6514、电动机6515、电子控制单元6516、机械转向器6517、转向摇臂6518和转向直拉杆6519。根据转矩、转角和车速信号，电子控制单元6516首先判断车辆是否处于回正状态，若处于回正状态，则控制电动机6515产生主动回正力矩，通过转向直拉杆6519带动转向机构5，实现电动轮单元2的转向回正。

图8为本发明的驱动加载模块65为液压执行机构的主动回正控制系统，包括转向油罐6521、流量控制阀6522、转向液压泵6523、溢流阀6524、单向阀6525、分配阀6526、方向盘6527、转角传感器6528、转向轴6529、转向控制阀65210、机械转向器65211、转向摇臂65212、转向直拉杆65213、转向动力缸65214、电子控制单元65215和转矩传感器65216；根据转矩、转角和车速信号，电子控制单元65215首先判断车辆是否处于回正状态，若处于回正状态，则电子控制单元65215输出控制信号给分配阀6526，控制分配阀6526左右两侧的输出流量大小，对转向控制阀65210的阀体运动产生作用，产生主动回正力矩，通过转向直拉杆65213带动转向机构5，实现电动轮单元2的转向回正。

可选的，图9为在第一下摆臂11与第二下摆臂12之间还设置一个机械回正机构7，所述机械回正机构7包括弧状弹性板71、第一钢板夹72和第二钢板夹73；其中，第一钢板夹72套装在第二下摆臂12上，第二钢板夹73套装在第一下摆臂11上，所述弧状弹性板71一端设置在第一钢板夹72与第二下摆臂12之间、另一端设置在第二钢板夹73与第一下摆臂11之间。在转向过程中，转向节16带动第一下摆臂11与第二下摆臂12运动，第一下摆臂11和第二下摆臂12之间的相对距离会减小，压缩弧状弹性板71，储存弹性势能；在车轮回正过程中，弧状弹性板71释放弹性势能，加速车轮回正。

上述实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、连接方式和计算方法等都是可以有所变化的，凡是在本发明的技术方案基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims (9)

1.一种电动轮悬架主动回正控制系统，其特征在于：包括悬架单元（1）、电动轮单元（2）、支架总成（3）、车架（4），转向机构（5）和主动回正控制装置（6）；其中，支架总成（3）横向安装在车架（4）的前端，悬架单元（1）左右对称安装在支架总成（3）的两端，电动轮单元（2）安装于悬架单元（1）上，转向机构（5）安装于车架（4）上，主动回正控制装置（6）控制转向机构（5）带动电动轮单元（2）实现助力转向或主动回正控制。

2.根据权利要求1所述的一种电动轮悬架主动回正控制系统，其特征在于：所述的悬架单元（1）包括第一下摆臂（11）、第二下摆臂（12）、减震器（13）、上摆臂（14）、扭杆弹簧（15）和转向节（16）；其中，扭杆弹簧（15）前端与上横臂（14）连接，后端与扭杆弹簧预紧摆杆（151）连接，扭杆弹簧预紧拉杆（152）上端与车架连接，下端与扭杆弹簧预紧摆杆（151）连接，可以通过扭杆弹簧预紧摆杆（151）调整扭杆弹簧（15）的预紧力；上摆臂（14）与车架（4）连接，与转向节（16）通过单外球头铰接；第一下摆臂（11）和第二下摆臂（12）内端分别连接到第二纵向支架（322）上，外端分别通过球铰连接到转向节（16）上；减震器（13）下端连接于第一下摆臂（11）上，上端与车架（4）连接。

3.根据权利要求2所述的一种电动轮悬架主动回正控制系统，其特征在于：在第一下摆臂（11）与第二下摆臂（12）之间还设置一个机械回正机构（7），所述机械回正机构（7）包括弧状弹性板（71）、第一钢板夹（72）和第二钢板夹（73）；其中，第一钢板夹（72）套装在第二下摆臂（12）上，第二钢板夹（73）套装在第一下摆臂（11）上，所述弧状弹性板（71）一端设置在第一钢板夹（72）与第二下摆臂（12）之间、另一端设置在第二钢板夹（73）与第一下摆臂（11）之间。

4.根据权利要求1所述的一种电动轮悬架主动回正控制系统，其特征在于：所述的电动轮单元（2）包括轮边电机（21）、减速器（22）和盘式制动器（23）；其中，轮边电机（21）、减速器（22）和盘式制动器（23）与车轮同轴安装。

5.根据权利要求1所述的一种电动轮悬架主动回正控制系统，其特征在于：所述的支架总成（3）包括横向支架（31），第一纵向支架（321）、第二纵向支架（322），第一加强板（331）、第二加强板（332）、第三加强板（333）与第四加强板（334） ；其中，横向支架（31）为凹形结构；第一纵向支架（321）和第二纵向支架（322）分别安装在横向支架（31）的两端；第一加强板（331）和第二加强板（332）分别倾斜安装在第一纵向支架（321）与横向支架（31）之间；第三加强板（333）与第四加强板（334）分别倾斜安装在第二纵向支架（322）与横向支架（31）之间。

6.根据权利要求1所述的一种电动轮悬架主动回正控制系统，其特征在于：所述的主动回正控制装置（6）包括信号采集模块（61）、回正判断模块（62）、计算模块（63）、助力转向模块（64）和驱动加载模块（65）；其中，信号采集模块（61）采集力矩传感器输出的力矩信息、角度编码器输出的角度信息和速度传感器输出的车辆速度信息；助力转向模块（64）计算输出转向助力力矩，控制驱动加载模块（65）执行；回正判断模块（62）判断车辆是否处于回正状态，若车辆处于回正状态，计算模块（63）计算需要施加的主动回正力矩，控制驱动加载模块（65）执行，若车辆不处于回正状态，则计算模块（63）不输出主动回正力矩。

7.根据权利要求6所述的一种电动轮悬架主动回正控制系统，其特征在于：当所述驱动加载模块（65）采用电动执行机构时，包括转矩传感器（6511）、减速机构（6512）、角度传感器（6513）、电磁离合器（6514）、电动机（6515）、电子控制单元（6516）、机械转向器（6517）、转向摇臂（6518）和转向直拉杆（6519）；根据转矩、转角和车速信号，电子控制单元（6516）首先判断车辆是否处于回正状态，若处于回正状态，则控制电动机（6515）产生主动回正力矩，通过转向直拉杆（6519）带动转向机构（5），实现电动轮单元（2）的转向回正。

8.根据权利要求6所述的一种电动轮悬架主动回正控制系统，其特征在于：当所述驱动加载模块（65）采用液压执行机构时，包括转向油罐（6521）、流量控制阀（6522）、转向液压泵（6523）、溢流阀（6524）、单向阀（6525）、分配阀（6526）、方向盘（6527）、转角传感器（6528）、转向轴（6529）、转向控制阀（65210）、机械转向器（65211）、转向摇臂（65212）、转向直拉杆（65213）、转向动力缸（65214）、电子控制单元（65215）和转矩传感器（65216）；根据转矩、转角和车速信号，电子控制单元（65215）首先判断车辆是否处于回正状态，若处于回正状态，则电子控制单元（65215）输出控制信号给分配阀（6526），控制分配阀（6526）左右两侧的输出流量大小，对转向控制阀（65210）的阀体运动产生作用，产生主动回正力矩，通过转向直拉杆（65213）带动转向机构（5），实现电动轮单元（2）的转向回正。

9.根据权利要求6所述的一种电动轮悬架主动回正控制系统，其特征在于：所述主动回正力矩的计算过程为：

（一）根据内外轮的转角分别计算由虚拟主销运动产生的内外轮主销后倾拖距                                                、的变化,及初始状态主销不移动时的后倾拖距；

（二）根据车辆模型计算内外车轮载荷转移量；

（三）根据车轮转角及车辆状态计算轮胎侧偏角；根据轮胎模型结合载荷转移量，计算内外轮侧向力、及侧向力产生的回正力矩、；

（四）计算由于载荷转移和虚拟主销移动造成的回正力矩减小量：，作为主动回正控制的目标力矩。