CN106541986B - 一种双曲柄传动麦弗逊悬架线控独立转向系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种双曲柄传动麦弗逊悬架线控独立转向系统，包括车架、车轮及车轴、麦弗逊悬架连杆导向机构，转向电机和空间双曲柄传动机构。本发明优点是：有利于车辆的操纵稳定，通用性强；采用空间双曲柄机构，将电机输出动力高效传递至转向节，使其绕主销轴线转动实现转向；可通过调节连杆长度减少车轮跳动引起的车轮转动量；大幅度减少关键零部件种类，降低批量化制造成本；具有车轮独立转向角度范围大、结构简单、工作可靠、装配方便、成本低廉的优点。

Description

一种双曲柄传动麦弗逊悬架线控独立转向系统

技术领域

本发明涉及线控转向车辆领域，具体涉及一种采用双曲柄传动、用于麦弗逊悬架的线控独立转向系统。

背景技术

传统转向系统通过转向机构将驾驶员操纵方向盘的转向动作传给转向车轮，同时转向梯形机构保证转向时内外轮转角之间一定的函数关系，线控独立转向系统用控制信号代替方向盘与转向车轮之间原有的机械连接，由各自的控制信号独立地控制内外轮的转向动作。线控独立转向系统的优势在于，通过计算机控制，可以实现各个转向轮独立转向，进而改善汽车的机动性和操纵稳定性。该系统主要由方向盘总成、转向执行总成和主控制器组成。方向盘总成将驾驶员的转向意图转换成数字信号，传递给主控制器；同时接受主控制器送来的力矩信号，产生方向盘回正力矩，以提供路感信息；转向执行机构接受主控制器的命令，控制转向车轮转动，实现驾驶员的转向意图。

麦弗逊独立悬架因其优异的性能而广泛用于现代汽车中，将线控转向系统应用于此种悬架将进一步改善汽车的操纵稳定性，形成麦弗逊悬架线控独立转向系统的技术平台。机电一体化线控独立转向机构系统结构方案及其控制策略是实现这一技术平台的关键技术。

中国专利CN 203126938 U，也是采用了麦弗逊悬架，但是该方案存在一定的缺陷，即钢索具有一定的弹性，车轮在行驶过程中，可能由于钢索的拉伸与缩短，产生摆动，这对于行驶的汽车来说是非常的危险的。还有中国专利CN 203126939 U，虽然将电机及电机减速器集成在了主销上，取消了原来的较长的动力传动链，为悬架系统的弹性元件提供足够的空间布置，但是，该方案也存在一定的缺陷，即电机及减速器集成在了主销上，使其簧下质量增大，增大的车轮的相对动载荷，这对于汽车的操纵稳定性是极为不利的。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是要提供一种线控独立转向麦弗逊悬架导向机构系统，在尽量不改变原有麦弗逊悬架结构的情况下，实现车轮上下跳动时，能够传递电机扭矩到转向节，并减小车轮跳动附加转向。

为了解决以上的技术问题，本发明提供了一种双曲柄传动麦弗逊悬架线控独立转向系统，包括车架、车轮及车轴、麦弗逊悬架连杆导向机构，转向电机和空间双曲柄传动机构，所述转向电机固定在车架上，所述空间双曲柄机构为空间四连杆机构，包括输入曲柄和输出曲柄，分别与电机输出轴和减震器下部固连，所述两个曲柄之间曲柄由连杆通过球铰连接，可在车轮跳动的同时，传递电机输出的扭矩，转动转向节，实现车轮转向。

所述麦弗逊悬架连杆导向机构，在转向节与减震器之间还存在与之固连的曲柄结构。

所述电机还设有减速器，所述减速器包括但不局限于圆柱齿轮、行星齿轮减速器。

车轮与车轴联接，车轴固定在转向节中转动，麦弗逊悬架减震器的上端通过球铰与车架相铰接，下端与转向节固连，转向节下端通过球铰与连杆的一端相接，连杆的另一端通过转动铰与车架相铰接。

电机及减速器固定在车架上，电机输出轴与输入曲柄固连，输出曲柄固定在转向节和减震器之间，可使转向节绕轴线转动。输入曲柄与输出曲柄通过两个球铰和一个连杆相连，可在空间传递动力。此时，机构系统具有两个自由度，即：一个是沿主销轴线的转动，即车轮转向；另一个是悬架连杆导向机构的上下跳动，即车轮的上下跳动。驾驶员输出转向指令至主控制器，主控制器控制转向电机旋转，通过空间双曲柄机构传递扭矩到转向节，使车轮绕主销轴线旋转，实现大角度转向。由于电机及减速器固定在车架上，对麦弗逊悬架的簧下质量影响较小，有利于车辆的操纵稳定，此机构对麦弗逊悬架的改变较少，现有悬架可以通过加装曲柄完成改造，通用性强，成本低。此外，此机构可通过调节连杆长度减少车轮跳动引起的车轮转动量。

本发明的有益效果是：

1）电机及减速器固定在车架上，对麦弗逊悬架的簧下质量影响较小，有利于车辆的操纵稳定，此机构对麦弗逊悬架的改变较少，现有悬架可以通过加装曲柄完成改造，通用性强。

2）采用空间双曲柄机构，将电机输出动力高效传递至转向节，使其绕主销轴线转动实现转向；可通过调节连杆长度减少车轮跳动引起的车轮转动量。

3）应用于四轮转向汽车，便于使前后轮采用完全相同的独立悬架，转向轮模块化结构，从而大幅度减少关键零部件种类，降低批量化制造成本。

4）具有车轮独立转向角度范围大、结构简单、工作可靠、装配方便、成本低廉的优点。

附图说明

图1是本发明一种双曲柄传动麦弗逊悬架线控独立转向系统的原理图。

附图标记说明：

0车架；1车轮及车轴；101车轮；102车轴；2麦弗逊悬架；201转动铰；202下摆臂；20A球铰；203转向节；204主销轴线；205减震器；20B球铰；3电机及传动机构；301转向电机及减速器；302输入曲柄；30A球铰；303连杆；30B球铰；304输出曲柄。

具体实施方式

请参阅附图1所示，对本发明作具体描述。

如图1所示，发明机构提供了一种双曲柄传动麦弗逊悬架线控独立转向系统，包括车架0、车轮及车轴1、麦弗逊悬架2、电机及传动机构3。其中，车轮及车轴1包括车轮101和车轴102；麦弗逊悬架2包括转动铰201、下摆臂202、球铰20A、转向节203、减震器205、球铰20B；电机及传动机构3包括转向电机及减速器301、输入曲柄302、球铰30A、连杆303、球铰30B、输出曲柄304。

车轮101与车轴102联接，车轴102固定在转向节203中转动，麦弗逊悬架减震器204的上端通过球铰20B与车架0相铰接，下端与转向节203固连，转向节203下端通过球铰20A与下摆臂202的一端相接，下摆臂202的另一端通过转动铰201与车架0相铰接。电机及减速器301固定在车架0上，电机输出轴与输入曲柄302固连，输出曲柄304固定在转向节203和减震器205之间，可使转向节203绕主销轴线204转动。输入曲柄302通过球铰30A与连杆303相连，连杆303通过球铰30B与输出曲柄304相连，可在空间传递动力。

由机构原理图可知，该机构包括5个活动构件：下摆臂202、输出曲柄304、连杆303、输入曲柄302、减震器205（上滑柱），在此说明减震器205下滑柱、输出曲柄304与转向节203为固接关系，视为一个部件，转向电机及减速器301的转子与输入曲柄302为固接关系，视为一个部件，转向电机及减速器301的定子与车架0为固接关系，视为一个部件。该机构的运动副包括：球铰20A、球铰20B、球铰30A、球铰30B、转动铰201、减震器上下滑柱移动副、转向电机及减速器301定子与转子转动副。该线控转向悬架的自由度为：F=6×5-5×3-3×4=3，由于球铰30A与球铰30B通过连杆303直接相连，在沿连杆转动方向存在一个虚约束，需要去除，故最终线控转向悬架的自由度为2。即：一个是沿主销轴线的转动，即车轮转向；另一个是悬架连杆导向机构的上下跳动。

转向时，驾驶员输出转向指令至主控制器，主控制器控制转向电机及减速器301旋转，转向电机的转向力矩经过齿轮减速器放大之后，经过空间连杆机构的传递，使车轮101绕主销轴线204旋转，通过减震器205上的转角传感器实时监测车轮转角是否达到预期值，将转向轮的转角误差不断地反馈到伺服电机的控制器，修正转向动力及角度，最终达到期望的车轮转角，完成转向动作。

Claims (3)

1.一种双曲柄传动麦弗逊悬架线控独立转向系统，其特征在于：包括车、车轮、车轴、麦弗逊悬架、电机及传动机构，所述麦弗逊悬架包括转动铰、下摆臂、球铰A、转向节、减震器、球铰B，电机及传动机构包括转向电机及减速器、输入曲柄、球铰C、连杆、球铰D、输出曲柄，车轮与车轴联接，车轴固定在转向节中转动，麦弗逊悬架减震器的上端通过球铰B与车架相铰接，下端与转向节固连，转向节下端通过球铰A与下摆臂的一端相接，下摆臂的另一端通过转动铰与车架相铰接，电机及减速器固定在车架上，电机输出轴与输入曲柄固连，输出曲柄固定在转向节和减震器之间，可使转向节绕主销轴线转动，输入曲柄通过球铰C与连杆相连，连杆通过球铰D与输出曲柄相连，可在空间传递动力。

2.根据权利要求1所述的一种双曲柄传动麦弗逊悬架线控独立转向系统，其特征在于：所述麦弗逊悬架，在转向节与减震器之间还存在与之固连的曲柄结构。

3.根据权利要求1所述的一种双曲柄传动麦弗逊悬架线控独立转向系统，其特征在于：所述减速器是圆柱齿轮或行星齿轮减速器。