CN107444486A - 一种智能汽车用全向转向装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种智能汽车用全向转向装置，它由转向机构、驱动机构、制动机构以及减振机构组成；转向机构包括支撑架、转向电机、转向节；支撑架的一端紧固设置于车身上，另一端插置于转向节内，由花键轴与转向节连接；驱动机构采用盘式永磁无刷直流电机的工作原理，定子通过平键与电机轴盘固连；转子外侧通过螺栓紧固于轮辐上，转子内侧与制动机构的制动盘形成一体，制动盘边缘处设置有包含制动油缸及摩擦片的制动钳，形成制动机构；减振机构由磁流变阻尼器和减振弹簧组成，可使转向节相对电机轴盘上下运动，实现减振与缓冲。本发明使汽车既可实现大角度、原地转向，又可实现横向、斜向行驶，具有结构紧凑、可靠程度高等优点。

Description

一种智能汽车用全向转向装置
技术领域
本发明涉及一种转向装置，尤其涉及一种智能汽车用全向转向装置，属于智能汽车技术领域。
背景技术
现有智能汽车的车轮转向角度一般限制在25°～40°之间，因此在停放时要求较大的调整空间，而随着汽车数量的激增以及城市人口密度的逐步增大，原本有限的城市生活空间已变的更加紧张，因此急需开发一款智能汽车用全向转向装置以应对停车空间逐渐紧张的难题。
当前研究领域针对这一问题已有一些应对方案，如专利号为200810000129.7的专利文献中公开了一种电动汽车横向行进及顺逆时针旋转车身转向机械传动技术，专利号为201521090604.6的专利文献中公开了一种原地转向及横向行驶的轮毂电机电动汽车转向装置等，但这些技术手段皆采用传统机械转向装置，不仅占用空间较大，而且结构复杂，不利于大规模的推广应用。此外，专利号为201621307844.1的专利文献中公开了一种用于电动汽车车轮全方位转向的转换装置，其将阻尼器活塞杆与转向部分花键套连接在一起，并说明当活塞杆上下运动时，花键套也随之上下运动，但是当车辆受到较大路面激励时，其转向装置减速齿轮组可能发生脱齿现象，而丧失转向功能；同时又由于车辆采用电动车轮，非簧载质量较大，车辆整体稳定性能下降。
发明内容
为了解决上述技术所存在的不足之处，本发明提供了一种智能汽车用全向转向装置。
为了解决以上技术问题，本发明采用的技术方案是：一种智能汽车用全向转向装置，由转向机构、驱动机构、制动机构以及减振机构组成；转向机构包括支撑架、转向电机、转向节；支撑架的一端通过连接板紧固设置于车身上，另一端插置于转向节内并通过花键轴与转向节相连接；转向电机固定设置于支撑架上；转向电机的输出端设置有一号齿轮，一号齿轮位于支撑架的内部；
一号齿轮与二号齿轮相啮合；二号齿轮套置于花键轴上，通过花键轴、上轴套及下轴套，实现其径向以及轴向定位；转向电机的输出扭矩通过一号齿轮、二号齿轮后传递给花键轴，进而带动转向节旋转，满足汽车转向要求；
驱动机构包括电机轴盘、定子、转子；电机轴盘的右端紧固设置有轴盘端盖；轴盘端盖一端开设有打通的垂直滑槽，用于安装转向节；定子左右两侧置有电机轴套，以实现其轴向定位；定子通过平键与电机轴盘紧固相连，定子上缠绕有线圈；
定子的外侧套置有转子，转子靠近定子侧均固定设置有永磁磁铁；转子外侧通过螺栓紧固设置于轮辐上，并一起转动；转子的内侧与制动机构的制动盘形成一体，由圆锥滚子轴承Ⅰ、Ⅱ支撑于电机轴盘上。
电机轴盘上的圆锥滚子轴承Ⅰ、圆锥滚子轴承Ⅱ分别设置于电机轴套Ⅰ、Ⅱ的左端、右端；电机轴套Ⅰ、Ⅱ分别与圆锥滚子轴承Ⅰ、圆锥滚子轴承Ⅱ的内圈接触。
制动盘边缘处设置有包含制动油缸、摩擦片及制动钳体的制动钳；摩擦片固定于制动钳体及制动油缸上；制动钳体的右端通过螺栓连接在电机轴盘上，并且在制动油缸的推动下相对于电机轴盘轴向运动，当制动盘与摩擦片之间产生压力时，便产生摩擦力，从而达到刹车制动效果；制动盘、摩擦片、制动钳体以及制动油缸共同构成制动机构；
减振机构包括两套对称布置的磁流变阻尼器、悬架弹簧；磁流变阻尼器和悬架弹簧整合在一起并通过磁流变阻尼器的上端盖和下端凸台实现对悬架弹簧的安装定位；磁流变阻尼器的靠近轮缘一端通过卡套与电机轴盘固定连接、靠近车轮轮轴一端通过螺栓紧固于转向节上。
二号齿轮的上端、下端分别设置有上轴套、下轴套；上轴套、下轴套均套置于花键轴上，用于实现二号齿轮的垂向定位。
二号齿轮的直径大于一号齿轮的直径，以实现降速增扭的作用。
圆锥滚子轴承Ⅰ的内圈通过双圆螺母限制其向左移动、外圈通过转子外侧向下延伸而出的凸块限制其向右移动；圆锥滚子轴承Ⅱ的外圈通过转子内侧向下延伸而出的凸块限制其向左移动、内圈通过套置于电机轴盘上的卡簧限制其向右移动。
转向节安装端的两个滑块穿过轴盘端盖上开设的垂直滑槽，且转向节安装端滑块尺寸大于滑槽宽度，当车轮受到不平路面激励时，可使转向节在磁流变阻尼器和悬架弹簧的作用下，相对电机轴盘上下运动，实现减振与缓冲。
本发明将驱动机构、制动机构以及减振机构集成于车轮之中，并通过集成车轮与转向机构相配合，除了能够满足车辆正常行驶工况下各种性能要求以外，同时也可以为车辆提供更大的角度转向，甚至原地转向，并能够实现车辆横向行驶、斜向行驶的功能。此外，本发明具有结构紧凑、传动高效、可靠程度高、非簧载质量小等优点，极大的简化了车辆底盘构造，增加整车乘坐空间。
附图说明
图1为本发明的剖面结构示意图。
图2为图1去除转向架构的右侧面视图。
图3为车轮直行状态示意图。
图4为车轮横行状态示意图。
图5为车轮转向或斜行状态示意图。
图中：1、车身；2、连接板；3、支撑架；4、一号齿轮；5、二号齿轮；6、花键轴；7、转向节；8、电机轴盘；9、卡簧；10、圆锥滚子轴承Ⅱ；11、平键；12、圆锥滚子轴承Ⅰ；13、电机轴套Ⅰ；14、电机轴套Ⅱ；15、定子；16、转子；17、永磁磁铁；18、轮辐；19、制动钳体；20、摩擦片；21、制动盘；22、制动油缸；23、卡套；24、上端盖；25、磁流变阻尼器；26、悬架弹簧；27、轴盘端盖；28、下端凸台；29、上轴套；30、下轴套；31、转向电机。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1～5所示，一种智能汽车用全向转向装置由转向机构、驱动机构、制动机构以及减振机构组成；驱动机构、制动机构以及减振机构均集成在汽车车轮中，由转向机构充当车轮与支撑架的连接部分，并能满足车辆转向要求。
转向机构包括支撑架3、转向电机31、转向节7；支撑架3的一端通过连接板2紧固设置于车身1上，另一端插置于转向节7内并通过花键轴6与转向节7相连接，可带动转向节7转动，实现车轮在90°范围的转向；转向电机31固定设置于支撑架3上；转向电机31的输出端设置有一号齿轮4，一号齿轮4位于支撑架3的内部；
一号齿轮4与二号齿轮5相啮合；二号齿轮5套置于花键轴6上，通过花键轴6、上轴套29及下轴套30，实现其径向以及轴向定位；转向电机31的输出扭矩通过一号齿轮4、二号齿轮5后传递给花键轴6，进而带动转向节7旋转，满足汽车转向要求；转向机构在满足车辆正常行驶工况下转向要求的前提下，亦能实现车辆大角度转向、横向行驶甚至任意方向行驶等功能。
驱动机构包括电机轴盘8、定子15、转子16；该机构采用盘式永磁无刷直流电机的工作原理，电机轴盘8的右端紧固设置有轴盘端盖27；轴盘端盖27上开设有一端打通的垂直滑槽，用于安装转向节7，且转向节7安装端滑块尺寸大于滑槽宽度，当车轮受到路面激励而上下跳动时，转向节7可在滑槽中上下运动；由于转向节7与减振机构的连接，其运动幅度及频率逐渐降低，从而衰减车身振动；
定子15左右两侧置有电机轴套Ⅰ13、电机轴套Ⅱ14，以实现其轴向定位；定子15通过平键11与电机轴盘8紧固相连，定子15上缠绕有线圈；
定子15的外侧套置有转子16，转子16靠近定子15侧均固定设置有永磁磁铁17；转子16外侧通过螺栓紧固设置于轮辐18上，并一起转动；转子16的内侧与制动机构的制动盘21形成一体，转子由圆锥滚子轴承Ⅰ(12)、Ⅱ(10)支撑在电机轴盘上。
电机轴盘8上还套置有圆锥滚子轴承Ⅰ12、圆锥滚子轴承Ⅱ10；圆锥滚子轴承Ⅰ12、圆锥滚子轴承Ⅱ10分别设置于电机轴套Ⅰ13、电机轴套Ⅱ14的左端、右端；电机轴套Ⅰ13、电机轴套Ⅱ14分别与圆锥滚子轴承Ⅰ12、圆锥滚子轴承Ⅱ10的内圈接触；转子16通过圆锥滚子轴承Ⅰ12、圆锥滚子轴承Ⅱ10与电机轴盘8相连接，并且通过控制转子转向来实现车辆前进或者倒退行驶。
制动盘21与转子16内侧为一体结构，只是位置与所起的功能不同；当转子16转动时，制动盘21随着一起转动；而当制动盘21受到摩擦力作用产生制动时，可实现转子16制动的目的，并同时降低汽车车速；
制动盘21两侧设置有包含制动油缸22、摩擦片20及制动钳体19的制动钳；所述摩擦片20分别固定于制动钳体19及制动油缸22上；所述制动钳体19的右端通过螺栓连接在电机轴盘8上，并且在制动油缸22的推动下相对于电机轴盘8轴向运动，当制动盘21与摩擦片20之间产生压力时，便产生摩擦力，从而达到刹车制动效果；制动钳体19、摩擦片20、制动盘21以及制动油缸22共同构成制动机构；该机构采用浮钳盘式制动器工作原理。
减振机构包括两套对称布置的磁流变阻尼器25、悬架弹簧26；磁流变阻尼器25和悬架弹簧26整合在一起，二者共同作用来实现车辆减振、平稳运行；悬架弹簧26通过磁流变阻尼器25的上端盖24和下端凸台28实现对其安装定位。磁流变阻尼器25靠近轮缘的一端通过卡套23与电机轴盘8固定连接、靠近车轮轮轴的一端通过螺栓紧固于转向节7上，可以有效降低车辆非簧载质量，提高整车稳定性以及乘坐舒适性。当车辆受到路面激励时，可通过悬架弹簧26和磁流变阻尼器25对振动能量的衰减消耗，以使车辆平顺行驶。
此外，减振机构可根据车辆行驶状况控制磁流变阻尼器25阻尼的大小以及悬架弹簧26的伸缩，来耗散、衰减车辆振动能量，提高车辆的乘适性。
二号齿轮5的上端、下端分别设置有上轴套29、下轴套30；上轴套29、下轴套30均套置于花键轴6上，用于实现二号齿轮5的垂向定位。
二号齿轮5的直径大于一号齿轮4的直径；由于二者的直径不同，其啮合传动具有降低转速、增大扭矩的作用，使对电机的控制更容易实现。
圆锥滚子轴承Ⅰ12的内圈通过双圆螺母限制其向左移动、外圈通过转子16外侧向下延伸而出的凸块限制其向右移动；圆锥滚子轴承Ⅱ10的外圈通过转子16内侧向下延伸而出的凸块限制其向左移动、内圈通过套置于电机轴盘8上的卡簧9限制其向右移动。
本发明采用轮毂电机技术、全向转向技术以及电动轮与半主动悬架整合技术，在满足车辆在正常行驶工况各种性能要求的前提下，同时也可以为车辆提供更大的角度转向，甚至原地转向，并能够实现车辆横向行驶、斜向行驶的功能。动力部件动作皆由整车控制器对车辆状态传感器发送的信息进行判断处理所发出的命令控制。轮毂电机采用分布式控制，加速响应快，节省能源，并可以通过控制工作电机的数目，满足车辆四轮驱动、前轮驱动或者后轮驱动的工作要求，更进一步实现节约能源的目的。本装置将驱动机构、制动机构和减振机构集成在汽车车轮中，在降低车辆非簧载质量并增强整车稳定性能的前提下，极大的简化了车辆底盘结构，使其拥有更大的车载空间，车身布置的设计自由度大大改观。
上述实施方式并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的技术方案范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也均属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种智能汽车用全向转向装置，其特征在于：它由转向机构、驱动机构、制动机构以及减振机构组成；所述转向机构包括支撑架(3)、转向电机(31)、转向节(7)；所述支撑架(3)的一端通过连接板(2)紧固设置于车身(1)上，另一端插置于转向节(7)内并通过花键轴(6)与转向节(7)相连接；所述转向电机(31)固定设置于支撑架(3)上；转向电机(31)的输出端设置有一号齿轮(4)，一号齿轮(4)位于支撑架(3)的内部；
所述一号齿轮(4)与二号齿轮(5)相啮合；所述二号齿轮(5)套置于花键轴(6)上，通过花键轴(6)、上轴套(29)及下轴套(30)，实现其径向以及轴向定位；所述转向电机(31)的输出扭矩通过一号齿轮(4)、二号齿轮(5)后传递给花键轴(6)，进而带动转向节(7)旋转，满足汽车转向要求；
所述驱动机构包括电机轴盘(8)、定子(15)、转子(16)；所述电机轴盘(8)的右端紧固设置有轴盘端盖(27)；所述轴盘端盖(27)上开设有打通的垂直滑槽，用于安装转向节(7)；定子(15)的左右两侧装有电机轴套Ⅰ(13)、电机轴套Ⅱ(14)，以实现其轴向定位；定子(15)通过平键(11)与电机轴盘(8)紧固相连；定子(15)上缠绕有线圈；
所述定子(15)的外侧设置有转子(16)，转子(16)靠近定子(15)侧均固定设置有永磁磁铁(17)；所述转子(16)的外侧通过螺栓紧固于轮辐(18)上，与轮辐(18)一起转动，并通过圆锥滚子轴承Ⅰ(12)、圆锥滚子轴承Ⅱ(10)支承于电机轴盘(8)上；
所述电机轴盘(8)支撑圆锥滚子轴承Ⅰ(12)、圆锥滚子轴承Ⅱ(10)；所述圆锥滚子轴承Ⅰ(12)、圆锥滚子轴承Ⅱ(10)分别设置于电机轴套Ⅰ(13)、电机轴套Ⅱ(14)的左端、右端；电机轴套Ⅰ(13)、电机轴套Ⅱ(14)分别与圆锥滚子轴承Ⅰ(12)、圆锥滚子轴承Ⅱ(10)的内圈接触；
所述转子(16)的内侧与制动机构的制动盘(21)形成一体；制动盘(21)边缘处设置有包含制动油缸(22)、摩擦片(20)及制动钳体(19)的制动钳；所述摩擦片(20)固定于制动钳体(19)及制动油缸(22)上；所述制动钳体(19)的右端通过螺栓连接在电机轴盘(8)上，并且在制动油缸(22)的推动下相对于电机轴盘(8)轴向运动，当制动盘(21)与摩擦片(20)之间产生压力时，便产生摩擦力，从而达到刹车制动效果；所述制动钳体(19)、摩擦片(20)、制动盘(21)以及制动油缸(22)共同构成制动机构；
所述减振机构包括两套对称布置的磁流变阻尼器(25)、悬架弹簧(26)；所述磁流变阻尼器(25)和悬架弹簧(26)整合在一起并通过磁流变阻尼器的上端盖(24)和下端凸台(28)实现对悬架弹簧(26)的安装定位；所述磁流变阻尼器(25)靠近轮缘一端通过卡套(23)与电机轴盘(8)固定连接、靠近车轮轮轴一端通过螺栓紧固于转向节(7)上。
2.根据权利要求1所述的智能汽车用全向转向装置，其特征在于：所述二号齿轮(5)的上端、下端分别设置有上轴套(29)、下轴套(30)；所述上轴套(29)、下轴套(30)均套置于花键轴(6)上，用于实现二号齿轮(5)的轴向定位。
3.根据权利要求1或2所述的智能汽车用全向转向装置，其特征在于：所述二号齿轮(5)的直径大于一号齿轮(4)的直径。
4.根据权利要求1所述的智能汽车用全向转向装置，其特征在于：所述圆锥滚子轴承Ⅰ(12)的内圈通过双圆螺母限制其向左移动、外圈通过转子(16)的凸块限制其向右移动；所述圆锥滚子轴承Ⅱ(10)的外圈通过转子(16)的凸块限制其向左移动、内圈通过套置于电机轴盘(8)上的卡簧(9)限制其向右移动。
5.根据权利要求1所述的智能汽车用全向转向装置，其特征在于：所述转向节(7)安装端的两个滑块穿过轴盘端盖(27)上开设的垂直滑槽，且转向节(7)安装端滑块尺寸大于滑槽宽度。
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