CN106163837B - 牵引悬挂系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于具有框架的车辆的悬挂系统(20)，该悬挂系统包括：通过在地面上滚动而推进的元件(R，12)；适于向推进元件施加扭矩并且可以被互相独立地控制的两个单元(12a，12b)，其中，所述两个单元能够相对于推进元件相互独立地移动并且能够在相同的点(P)处刚性地连接到该框架。通过相对于推进元件移动一个或每一个单元，该推进元件和所述点之间的距离被改变。

Description

牵引悬挂系统

技术领域

本发明大体上涉及一种特别地是在电动汽车中的牵引悬挂系统。

背景技术

当汽车车轮在粗糙地面行进并且遇到洞或道路表面的一定变形时，其失去附着并且从地面上不规则地升起。悬挂系统必须抵消该作用，并且阻尼器吸收悬挂系统的跳动/振荡。

电动汽车的特性允许其更大的简化，简化如此之大使得最近几代牵引系统被直接移到了车轮中，因此车轮的重量增加了(到达约30Kg)，而汽车的总体重量甚至降低了。

由于悬挂系统的弹性力约为车辆的重量除以车轮的数量，车轮的动态行为被更少地控制，因为悬挂系统必须作用在更大的质量上。一些制造商通过增加平行于悬挂系统或取代悬挂系统的线性驱动器而再次获得稳定性，但是当初始目标是并且并将一直是减少复杂性时，通过增加复杂性(特别地是在控制系统中)看起来不足以解决问题。

发明内容

因此希望通过根据所附权利要求的系统和/或方法来解决这些问题中的一个或多个，其中从属权利要求限定有利的变型。

特别地，提出一种用于具有框架的车辆的悬挂系统，该悬挂系统包括：

-通过在地面上滚动而推进的元件(例如车轮或履带)；

-适于向推进元件施加扭矩的两个单元，这两个单元能够被互相独立地控制，其中，

所述两个元件能够彼此独立地相对于推进元件移动并且能够在相同的点刚性地连接到该框架(或连接到车辆体部)，

由此通过相对于推进元件(或滚动元件)移动一个或每一个单元来改变推进元件和所述点之间的距离。

该组件(见图2)允许将两个单元都用于将扭矩传送到推进元件和用于调节所述框架的高度(水平位置，level)或距离(例如相对于地面或相对于推进元件)。这导致了极大的紧凑性、高的功率密度、机械简化性和因此的可靠性、较少的重量和体积。也可以摆脱不产生扭矩的辅助驾驶来调节该高度。该系统的另一重要优点是其允许使用主动式悬架来装配汽车，该主动式悬架能够适用于车辆向道路的分配和驾驶环境，因此其更容易结合到最为普通的悬挂标准件，因此允许它在新的和已有的车辆上的安装。

当推进元件静止时，该系统仍然工作，因为由所述单元施加的对于所述扭矩的反作用力。为了将该系统转化为牵引系统，使由所述两个单元对于滚动元件施加的扭矩具有相同的方向就足够了。

所述两个单元相对于推进元件可移动，可调节它们相对于推进元件的位置，例如，通过控制由每个单元施加在推进元件上的扭矩或者通过辅助定位装置。对一个或每个单元的位置的调节转化为所述点的位置或高度的调节，因此为框架的位置或高度的调节。

优选地，一个或每一个单元可旋转地联接到推进元件，以便能够围绕推进元件的旋转轴线移动。

该解决方案允许该系统在车轮内的紧凑结合，并且完成到推进元件的简单且平衡的联接，特别是当所述单元相对于穿过所述旋转轴线(或在所述车轮的两侧上)的(在使用中例如为竖直的)平面基本对称地布置时。

优选地，一个或每一个单元包括电动马达，一种紧凑且容易被集成在例如车轮中的装置。为了实现电动马达，优选一个或每一个单元包括适于与安装在所述推进元件上的磁性部件协作的电子绕组，或者相反，以便由电磁感应产生扭矩。特别地，以相互交叉的方式，磁性部件围绕所述旋转轴线以梳齿形布置径向地安装，并且所述绕组可以以梳齿形布置在磁体之间布置。该构型保证了紧凑性、高的扭矩传输和密度、低的绕组磁通量泄露和被迫冷却。

优选地，一个或每一个元件的绕组与钟状件结合，所述钟状件通过刚性臂与所述点连接。

为了控制所述点的高度，一个或每一个单元(或该系统)包括电子电路，该电子电路适于驱动所述单元的绕组并且调节该单元围绕推进元件的角度位置。因此，该马达的电磁结构用于使其也执行定位所述单元的功能。例如通过反相器或相关的反馈回路，电动马达的扭矩和位置都能够被控制。

还提出了一种用于改变车辆的框架与该车辆的在地面上滚动的推进元件的距离的方法，其中，

–在推进元件上在两个不同的(有区别的)点处施加扭矩，这两个点刚性地连接到所述框架，

–改变这两个点相对于推进元件的位置。

本文所描述的用于系统的变型也是所述方法的阶段的变型，并且为了简洁起见，不再重复。同样也适用于所述方法的优点。

附图说明

从下面参照附图进行的对驱动车轮的优选实施例的描述中，本发明的优点将更加明显，在附图中：

图1和图2示出了原理的框图；

图3示出了驱动车轮的简化框图；

图4示出了驱动车轮的主视图；

图5示出了沿图4的VII-VII平面的竖向剖视图；

图6示出了图4的车轮的三维视图；

图7示出了图4中的单独构件的竖向剖视图；

图8示出了定子的侧视图；

图9示出了图8的定子的主视图；

图10示出了8的环C5的放大视图；

图11示出了图7中的环C6的放大视图。

在附图中，相同的数字表示相同或概念地相似的部件。

具体实施方式

为了理解本发明的操作，基本原理在图1中示出。系统10包括轨道12，在该轨道上并且相对于该轨道，两个单元12a、12b能以相对速度va、vb滑动。轨道具有零基准REF，相对于该基准，单元12a、12b分别相距距离Da、Db。速度va、vb和/或距离Da、Db可由控制装置(未示出)独立地调节。

每个单元12a、12b分别通过刚性臂14a、14b与相同的点P连接。点P相对于单元12a、12b处于高度h。

当速度va、vb不相等时，速度差将使单元12a、12b在轨道12上相距更近或更远，并且因此高度h变化。因此，通过控制速度va、vb和/或距离Da、Db，可以控制高度h。

注意到在系统10中，对高度h的控制独立于(i)轨道12相对于观测者的可能运动以及(ii)单元12a、12b和轨道12之间的接触的类型(例如滑动或滚动接触或任意类型)。

现在想像以圆形包覆所述轨道12，获得图2的系统20。轨道12成为车轮或汽车的轮缘(轮圈)R，并且在其上安装有两个单元12a、12b，这些单元适于相互独立地向所述车轮R赋予扭矩，例如，使其转动的同向扭矩(见箭头F)。单元12a、12b可围绕车轮R的轴线独立地转动并且在点Pa、Pb处与刚性臂14a、14b铰接，所述刚性臂14a、14b汇聚至单个点P，该点与所述汽车的框架一体的并且相对于所述车轮R的轴线处于高度h处。

两个控制器Ca、Cb独立地驱动和操作由每一单元12a、12b向所述车轮R施加的扭矩，并且因此独立地驱动和操作每一单元12a、12b的角度位置。

通过控制扭矩和/或控制所述单元12a、12b相对于车轮R的位置，控制器Ca、Cb不仅能够确定车轮R的速度，还能够确定单元12a、12b的相对位置并且因此确定高度h。当单元12a、12b已经移动为彼此靠近时，点P的高度h2处的不同位置以虚线示出。

注意到在系统20中，对高度h的控制独立于轮3的运动和单元12a、12b向轮R传输扭矩的路径(它们可以包括与轮R上的齿系接合的齿轮或传送带、如蒸汽链中的活塞、或磁性或静电吸引或排斥装置)。

图2的方案的另一优点在于，在臂14a、14b上传输的单元12a、12b上的反作用力具有相对的方向，因此它们在点P处抵消。因此，每一单元12a、12b可以在轮R上施加扭矩，而不产生不稳定应力或内应力。

为将该系统20集成在其中牵引力被局限在车轮上的电动汽车中，可以有利地使用图3的车轮30的方案。

轮缘32可以围绕轴线X旋转并且具有中心轮毂34，从该中心轮毂处磁体36径向地延伸，该磁体以类似梳齿的形式布置，所述磁体的从N极到S极的磁场线平行于轴线X。围绕轮毂34安装有能围绕轴线X彼此独立地旋转的两个圆形钟状件40、50，所述圆形钟状件承载有与所述磁体36以交错的方式布置的绕组42、52。

绕组42、52由独立的反相器(未示出并且安装在钟状件40、50上)供电并且与磁体36一起形成电动马达的结构，优选地为圆形自身封闭的无铁芯线性马达。借助于反相器，各钟状件40、50和相关的绕组42、52均能够通过在磁体36上的磁性反作用力而在轮毂34上施加扭矩。由每一反相器所施加的扭矩被独立地控制，并且每一反相器具有已知的信号和定位反馈回路，所述定位反馈回路也允许控制每一钟状件40、50关于轴线X的角度位置。

每一钟状件40、50与一刚性元件44、54形成一体，所述刚性元件44、54从车轮30中伸出并且在点Pa、Pb处与同等于图2的臂14a、14b的刚性臂连接。

因此可以理解的是，图3的结构是紧凑型的实现并且完全地集成在图2的方案的车轮中。

图4-7示出了机动化的车轮或通过在地面上滚动而推进的等同元件的结构性示例。

图4示出了例如实践图3的方案的缩减，为了简化起见，它还保留了用于概念相似的部件的相同的附图标记。在图4中，可以看到固定到轮毂34并且以梳齿形式布置的五个磁体或磁性环36，在磁体36之间有四个环形绕组：从第一钟状件40延伸的标记为42的两个，从第二钟状件50延伸的标记为52的两个。绕组42、52在彼此平行的平面上并且相对于轴线X径向地布置。

在附图中，由C标记的轴承是值得注意的，钟状件40、50安装在该轴承上以使得它们能够围绕轴线X、相对于轮毂34彼此独立地转动。钟状件14、50例如是具有圆形边缘的盘或绕组与其成一体的环。

每一钟状件40、50从内侧朝向悬架72向所述车轮的外侧延伸(见图5-7)，并且各自具有销90、94，所述销90、94上分别设置有刚性臂80、82(见图4-6)，所述刚性臂80、82具有臂14a、14b的功能。事实上，臂80、82向块体84会聚并且固定到该块体84上，进而固定到车辆框架(未示出)。悬架72包括已知的叉形件，在所述叉形件的端部旋转地安装轮毂34，所述轮毂34也由第二叉形件74保持就位。已知的阻尼器78将叉形件76连接到框架。

绕组42、52与磁体36协作以作为电动马达，以在轮毂34上施加相同方向的扭矩，然后施加到轮胎(未示出)，所述轮胎将该扭矩释放到底面以用于使车辆前进。绕组42、52可以借助于例如反相器(未示出)或类似的电子回路而彼此独立地控制。

车轮的磁性部分即磁体36的位置可以与绕组42、52互换。

根据在车轮上所希望的功率磁体36和绕组42、52的数目可以变化。

图8-9示出了图7中的电动马达的结构的定子96的结构；特别地，其示出了定子96如何容纳多个磁体36(仅仅示出了一些)。磁体36相对于轴线X(并且相对于轮毂34)沿着径向方向布置,并且通过圆形冠99支承，所述圆形冠将磁体容纳在互补的贯通开口中，以使得在所述冠99的相对面上暴露。每一磁体36是板状，所述板的主要表面(与厚度正交)显示不同的磁极并且是不同磁极的底座/源头。换言之，磁场线LN基本垂直于所述主要表面从磁体36出来。

图10以虚线示出了磁体36的极性，其中北极用N标记，南极用S标记(也在图11中)，示出了示例性磁场线LN。磁体36安装成使转子96的每一面都具有磁体36，该磁体具有与相邻磁体36相反的磁极。也就是说，例如沿着圆形冠99顺时针行进，首先遇到具有北极的磁体36，然后是具有南极的磁体36，然后是具有北极的磁体36，以此类推。图9示出了用于四个磁体的磁极序列。

在图11中示出了磁场的磁场线LN，所述磁场线在磁体36和绕组42、52之间发展。

在圆形冠上交替分布的单个绕组42、52在两个定子96之间可旋转地放置。相对于这两个定子，在绕组42、52的一侧上安装在定子96上的磁体36的N极的磁场线LN会聚，并且在相同绕组42、52的相对侧，在定子96上出现的磁体36的S极的磁场线LN会聚。

可以看出，磁性装置十分紧凑并且磁场线LN很少离散。这允许具有用于牵引和刹车两者的较高能量密度和较高扭矩的电动马达，对于具有嵌入式驱动设备的车轮这是理想的有利的。

Claims (12)

1.一种悬挂系统(20)，它用于具有框架的车辆并且包括：

适于在地面上滚动的推进元件(R，12)；

适于朝相同的转动方向对推进元件施加扭矩以使其围绕旋转轴线(X)转动而移动所述车辆的两个单元(12a，12b)，其中，所述两个单元

能被相互独立地控制以施加扭矩至所述推进元件、

能互相独立地相对于推进元件移动、并且

能在一个相同的点(P)处刚性地连接到该框架，

使得能通过相对于推进元件移动一个或每一个单元来改变该推进元件与所述点之间的距离。

2.如权利要求1所述的系统，其中，一个或每一个单元旋转地联接到推进元件，以便能够围绕该推进元件的旋转轴线(X)移动。

3.如权利要求2所述的系统，其中，所述单元相对于穿过所述旋转轴线的平面对称地布置。

4.如权利要求3所述的系统，其中，所述平面在使用中为竖直的平面。

5.如权利要求1-4中任一项所述的系统，其中，一个或每一个单元包括电动马达。

6.如权利要求1-4中任一项所述的系统，其中，一个或每一个单元包括适于与安装在推进元件上的磁性部件(36)协作的电绕组(42，52)，或者一个或每一个单元包括适于与安装在推进元件上的电绕组(42，52)协作的磁性部件(36)，以产生用于电磁感应的扭矩。

7.如权利要求6所述的系统，其中，以交错的方式，磁性部件(36)以梳齿形布置围绕所述旋转轴线径向地安装，并且所述绕组以梳齿形布置布置在磁体之间。

8.如权利要求7所述的系统，其中，一个或每一个单元的绕组与钟状元件(44，54)一体地形成，所述钟状元件通过刚性臂(80，82)与所述点连接。

9.如权利要求7所述的系统，包括用于一个或每一个单元的电子电路(Ca，Cb)，该电子电路适于驱动该单元的绕组并且调节围绕推进元件的角度位置。

10.如前述权利要求1-4中任一项所述的系统，其中，这些单元相对于推进元件的旋转轴线(X)基本对称地布置。

11.用于改变车辆的框架与该车辆的在地面上滚动的推进元件的距离(q)的方法，其中，

-在推进元件上在两个不同的点(Pa，Pb)处施加扭矩，这些点刚性地连接到所述框架，

-改变这两个点相对于推进元件的位置。

12.根据权利要求11所述的方法，其中，在所述两个不同的点(Pa，Pb)处施加至推进元件上的扭矩具有相同的转动方向，以使所述推进元件围绕旋转轴线(X)转动而驱动车辆。