CN107651001A - 四轮独立驱动独立转向底盘总成结构及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种四轮独立驱动独立转向底盘总成结构及控制方法。底盘总成结构包括电动汽车的底盘及四个车轮，四个车轮的轮毂内侧面均安装有一个独立驱动机构和一个独立转向机构，四个独立转向机构分别固定在底盘的四个角落处。独立转向机构的转向电机转向减速器总成固定在底盘上，转向减速器的输出轴和转盘轴心相连，下控制臂连接转向电机转向减速器总成和转向节，连杆的两端分别通过球头螺钉连接转盘和转向节，转向节上安装有套有弹簧减振器的立柱，立柱上端和电动汽车车身相连。电动汽车的四个车轮各自独立地受安装在其轮毂内侧面的独立驱动机构及独立转向机构的控制。本发明汽车行驶模式多样，转向灵活性好，提高汽车的操纵稳定性和可靠性。

Description

四轮独立驱动独立转向底盘总成结构及控制方法

技术领域

本发明涉及电动汽车制造领域，尤其涉及一种四轮独立驱动独立转向底盘总成结构及控制方法。

背景技术

由于节能减排的需要，电动汽车越来越普及。目前，汽车驱动方式还是采用单一发动机或单一电动机提供动力源，通过机械传动系统传递给汽车的各个驱动轮。因为只有单一动力源，动力分配基本依赖于机械传动机构，所以不能做到精确控制每个车轮的驱动力。另外现有汽车的转向方式一般采用前轮四连杆机构，即通过转向操纵机构传递扭矩使汽车的两个前轮同向偏转，再通过差速器差速，使两个后轮适应前轮偏转实现被动转向。这种转向方式原理简单，技术成熟，但是在汽车中、高速行驶工况下易损坏侧向转向机构，且存在大侧向力导致导向杆卡死的问题，而且由于后轮不主动偏转，导致后轮的转向半径偏大，转向灵活性很低，易造成交通事故。

发明内容

本发明为了解决上述技术问题，提供一种四轮独立驱动独立转向底盘总成结构及控制方法，由四个驱动电机分别驱动电动汽车四个车轮的旋转，由四个转向电机分别控制电动汽车四个车轮的转向，汽车行驶模式多样，有很好的转向灵活性，解决汽车中、高速行驶工况下易损坏侧向转向机构的问题和大侧向力导致导向杆卡死的问题，提高电动汽车在中、高速行驶工况下的可靠性和安全性，且能精确控制每个车轮的驱动力，大大提高汽车的操纵稳定性，减少交通事故的发生。

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：本发明的四轮独立驱动独立转向底盘总成结构，包括电动汽车的底盘及和底盘相连的四个车轮，四个车轮的轮毂内侧面均安装有一个独立驱动机构和一个独立转向机构，四个独立转向机构分别固定在底盘的四个角落处。转向机构及驱动机构安装在轮毂内侧面，降低车轮总成垂直高度。本技术方案由四个驱动电机分别驱动电动汽车四个车轮的旋转，由四个转向电机分别控制电动汽车四个车轮的转向，解决汽车中、高速行驶工况下易损坏侧向转向机构的问题和大侧向力导致导向杆卡死的问题，提高电动汽车在中、高速行驶工况下的可靠性和安全性，且能精确控制每个车轮的驱动力，大大提高汽车的操纵稳定性和转向灵活性，减少交通事故的发生。

作为优选，所述的独立转向机构包括转向电机转向减速器总成、转盘、连杆、下控制臂和转向节，转向电机转向减速器总成固定在所述的底盘上，转向减速器的输出轴和转盘轴心相连，下控制臂连接转向电机转向减速器总成和转向节，连杆的一端通过球头螺钉连接在转盘的边缘，连杆的另一端通过球头螺钉和转向节相连，所述的转向节上安装有立柱，立柱的上端和电动汽车车身相连，立柱的上部套装有弹簧减振器。弹簧减振器的设置，减小汽车行驶过程中对车身造成的振动，提高乘坐的舒适性。当电动汽车车轮转向时，转向电机工作，带动转向减速器工作，转向减速器减速增扭后带动转盘旋转，转盘的旋转通过球头螺钉传递给连杆，连杆推拉转向节绕立柱作水平面旋转，转向节带动车轮转向。本技术方案中独立转向机构的布设结构，在电动汽车转向时能减小车轮的转向阻力。转向减速器具有较高的承载能力，故本技术方案中的转向机构可承受较大的侧向力。

作为优选，所述的下控制臂呈弧形，下控制臂的一端通过球头和所述的转向电机转向减速器总成的侧面相连，下控制臂的另一端通过球头和所述的转向节相连，下控制臂的中部通过球头固定在电动汽车底盘上。

作为优选，所述的立柱上设有一个限位螺母，所述的弹簧减振器的上端设有橡胶块。橡胶块用来实现弹簧减振器在动载荷下的跳动行程，限位螺母用来限止弹簧减振器的最大跳动行程在一定范围内。

作为优选，所述的驱动机构包括驱动电机、柔性连轴节和所述的驱动减速器，所述的转向节上设有安装板，安装板上固定有电机支架，所述的驱动电机安装在电机支架上，驱动电机和电机支架之间设有减震垫，所述的转向节及安装板上设有相对应的通孔，柔性连轴节的一端和所述的驱动电机的输出轴相连，柔性连轴节的另一端穿过所述的转向节及安装板的通孔和所述的驱动减速器的输入轴相连，驱动减速器的输出轴和所述的轮毂相连，驱动减速器安装在轮毂内。采用柔性连轴节连接驱动电机和驱动减速器，避免采用刚性连接对驱动电机造成的损坏。减震垫的设置，减小汽车行驶带来的震动，对驱动电机起到保护作用。驾驶员踩下油门踏板，驱动电机输出扭矩，通过柔性连轴节将扭矩输入给驱动减速器，再由驱动减速器的输出轴将增扭后的力矩输送给车轮轮毂，带动车轮作垂直面旋转，实现电动汽车的前进或倒退。由四个驱动电机分别驱动电动汽车四个车轮的旋转，实现四轮独立驱动，能精确控制每个车轮的驱动力，大大提高汽车的操纵稳定性。

作为优选，所述的四轮独立驱动独立转向底盘总成结构包括制动机构，制动机构包括制动盘和制动钳，制动盘固定在所述的轮毂上，制动钳固定在所述的转向节上，制动钳的钳口对准所述的制动盘，制动钳和电动汽车刹车踏板相连。驾驶员踩下电动汽车刹车踏板，制动钳夹住制动盘，使车轮减速旋转或停止旋转，实现电动汽车的减速或制动。

作为优选，所述的底盘上设有控制电动汽车转向模式的遥杆手柄。驾驶员通过遥杆手柄控制电动汽车的转向模式。遥杆手柄和角度传感器相连，角度传感器再和控制器相连，控制器再和转向电机相连。电动汽车转向时，角度传感器采集遥杆手柄转角信息，输送给控制器，经控制器处理后，输出控制信号给转向电机。控制更加方便和灵活。

本发明的四轮独立驱动独立转向底盘总成结构的控制方法为：电动汽车的四个车轮各自独立地受安装在其轮毂内侧面的独立驱动机构及独立转向机构的控制，执行四轮独立转向方法和四轮独立驱动方法，使电动汽车实现前轮转向行驶模式、后轮转向行驶模式、原地打转行驶模式、蟹行行驶模式和斜行行驶模式。由四个驱动电机分别驱动电动汽车四个车轮的旋转，由四个转向电机分别控制电动汽车四个车轮的转向，汽车行驶模式多样，有很好的转向灵活性，可大大减少道路交通压力，行驶更加方便和灵活，且能精确控制每个车轮的驱动力，大大提高汽车的操纵稳定性，减少交通事故的发生。

作为优选，所述的独立转向机构包括转向电机转向减速器总成、转盘、连杆、下控制臂和转向节，转向电机转向减速器总成固定在所述的底盘上，转向减速器的输出轴和转盘轴心相连，下控制臂连接转向电机转向减速器总成和转向节，连杆的一端通过球头螺钉连接在转盘的边缘，连杆的另一端通过球头螺钉和转向节相连，所述的转向节上安装有立柱，立柱的上端和电动汽车车身相连，立柱的上部套装有弹簧减振器；所述的四轮独立转向方法为：当电动汽车车轮转向时，所述的转向电机工作，带动所述的转向减速器工作，转向减速器减速增扭后带动所述的转盘旋转，转盘的旋转通过所述的球头螺钉传递给所述的连杆，连杆推拉所述的转向节作水平面旋转，转向节带动车轮转向。由轮边独立转向机构分别控制每个车轮的转向方向，可以使电动汽车作正常的前行、倒退和转弯行驶外，还能作斜行行驶、蟹行行驶和原地旋转行驶。本技术方案由四个转向电机分别控制电动汽车四个车轮的转向，解决汽车中、高速行驶工况下易损坏侧向转向机构的问题和大侧向力导致导向杆卡死的问题，提高电动汽车在中、高速行驶工况下的可靠性和安全性，大大提高汽车的转向灵活性，减少交通事故的发生。

作为优选，所述的驱动机构包括驱动电机、柔性连轴节和所述的驱动减速器，所述的转向节上设有安装板，安装板上固定有电机支架，所述的驱动电机安装在电机支架上，驱动电机和电机支架之间设有减震垫，所述的转向节及安装板上设有相对应的通孔，柔性连轴节的一端和所述的驱动电机的输出轴相连，柔性连轴节的另一端穿过所述的转向节及安装板的通孔和所述的驱动减速器的输入轴相连，驱动减速器的输出轴和所述的轮毂相连，驱动减速器安装在轮毂内；所述的四轮独立驱动方法为：驾驶员踩下油门踏板，所述的驱动电机输出扭矩，通过所述的柔性连轴节将扭矩输入给所述的驱动减速器，再由驱动减速器的输出轴将增扭后的力矩输送给车轮轮毂，带动车轮作垂直面旋转，实现电动汽车的前进或倒退。实现电动汽车每个车轮的独立驱动，能精确控制每个车轮的驱动力，大大提高汽车的操纵稳定性。

作为优选，所述的控制方法包括车轮制动执行方法：驾驶员踩下电动汽车刹车踏板，所述的制动钳夹住所述的制动盘，使车轮减速旋转或停止旋转，实现电动汽车的减速或制动。

本发明的有益效果是：由四个驱动电机分别驱动电动汽车四个车轮的旋转，由四个转向电机分别控制电动汽车四个车轮的转向，汽车行驶模式多样，有很好的转向灵活性，可大大减少道路交通压力，行驶更加方便和灵活，解决汽车中、高速行驶工况下易损坏侧向转向机构的问题和大侧向力导致导向杆卡死的问题，提高电动汽车在中、高速行驶工况下的可靠性和安全性，且能精确控制每个车轮的驱动力，大大提高汽车的操纵稳定性，减少交通事故的发生。

附图说明

图1是本发明的一种立体结构示意图。

图2是本发明中安装有独立驱动机构和独立转向机构的车轮的一种立体结构示意图。

图3是本发明中独立转向机构的一种立体结构示意图。

图4是本发明中独立驱动机构的一种立体结构示意图。

图5是本发明中制动机构的一种立体结构示意图。

图6是本发明处于前轮转向行驶模式的一种俯视结构示意图。

图7是本发明处于后轮转向行驶模式的一种俯视结构示意图。

图8是本发明处于斜行行驶模式的一种俯视结构示意图。

图9是本发明处于蟹行行驶模式的一种俯视结构示意图。

图10是本发明处于原地打转行驶模式的一种俯视结构示意图。

图中1.轮毂，2.转向电机转向减速器总成，3.转盘，4.连杆，5.下控制臂，6.转向节，7.球头螺钉，8.安装板，9.电机支架，10.减震垫，11.驱动电机，12.柔性连轴节，13.驱动减速器，14.立柱，15.弹簧减振器，16.制动盘，17.制动钳，18.底盘，19.遥杆手柄。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

实施例：本实施例的四轮独立驱动独立转向底盘总成结构，如图1所示，包括电动汽车的底盘18及和底盘18相连的四个车轮，四个车轮的轮毂内侧面均安装有一个独立驱动机构和一个独立转向机构，四个独立转向机构分别固定在底盘18的四个角落处。底盘18上垂直安装有一个控制电动汽车转向模式的遥杆手柄19，遥杆手柄靠近电动汽车车头部位，遥杆手柄和两个前轮比较靠近。

如图2、图3所示，每个车轮的轮毂1内侧面安装有一个独立转向机构、一个独立驱动机构和制动机构。如图3所示，独立转向机构包括转向电机转向减速器总成2、转盘3、连杆4、下控制臂5和转向节6，转向电机转向减速器总成2固定在电动汽车底盘18上，转向减速器的输出轴和转盘3轴心相连，下控制臂5连接转向电机转向减速器总成1和转向节6，连杆4的一端通过球头螺钉7连接在转盘3的边缘，连杆的另一端通过球头螺钉和转向节6相连，下控制臂5呈弧形，下控制臂的一端通过球头和转向电机转向减速器总成2的侧面相连，下控制臂的另一端通过球头和转向节6相连，下控制臂的中部通过球头固定在电动汽车底盘上，转向节6和车轮轮面平行。转向节6上安装有立柱14，立柱的上端和电动汽车车身相连，立柱的上部套装有弹簧减振器15，弹簧减振器15的上端和车身安装部位之间安装有一个橡胶块，立柱上还安装有一个限位螺母。遥杆手柄19和角度传感器相连，角度传感器再和控制器相连，控制器再和转向电机相连。独立驱动机构安装在转向节6上，如图4所示，独立驱动机构包括驱动电机11、柔性连轴节12和驱动减速器13，转向节6上固定有安装板8，安装板上固定有电机支架9，驱动电机11安装在电机支架9上，驱动电机11和电机支架9之间有一减震垫10，转向节6及安装板8上均有相对应的通孔，柔性连轴节12的一端和驱动电机11的输出轴相连，柔性连轴节的另一端穿过转向节6及安装板8的通孔和驱动减速器13的输入轴相连，驱动减速器的输出轴和电动汽车车轮轮毂相连，驱动减速器13安装在轮毂1内。转向节垂直于电动汽车车架，驱动电机的输出轴和轮毂轴线平行。如图5所示，制动机构包括制动盘16和制动钳17，制动盘16紧固在轮毂1上，制动钳固定在转向节6上，制动钳17的钳口对准制动盘16，制动钳和电动汽车刹车踏板相连。

上述四轮独立驱动独立转向底盘总成结构的控制方法为：电动汽车的四个车轮各自独立地受安装在其轮毂内侧面的独立驱动机构及独立转向机构的控制，执行四轮独立转向方法、四轮独立驱动方法和制动方法，使电动汽车实现前轮转向行驶模式、后轮转向行驶模式、原地打转行驶模式、蟹行行驶模式和斜行行驶模式。

四轮独立转向方法：当电动汽车车轮转向时，转向电机工作，带动转向减速器工作，转向减速器减速增扭后带动转盘旋转，转盘的旋转通过球头螺钉传递给连杆，连杆推拉转向节的一侧使转向节作水平面旋转，转向节带动车轮转向。电动汽车每个轮子上均安装有这个转向机构，实现电动汽车每个车轮的独立转向。控制每个车轮的转向方向，可以使电动汽车作正常的前行、倒退和转弯行驶外，还能作斜行行驶、蟹行行驶和原地旋转行驶。

四轮独立驱动方法：驾驶员踩下油门踏板，驱动电机输出扭矩，通过柔性连轴节将扭矩输入给驱动减速器，再由驱动减速器的输出轴将增扭后的力矩输送给车轮轮毂，带动车轮作垂直面旋转。电动汽车每个轮子上均安装有这个驱动机构，实现电动汽车每个车轮的独立驱动，驱动轮子前进或倒退，实现电动汽车的行驶。

制动方法：驾驶员踩下电动汽车刹车踏板，制动钳夹住制动盘，使车轮减速旋转或停止旋转，实现电动汽车的减速或制动。

前轮转向行驶模式如图6所示，前轮转向，后轮不转向。

后轮转向行驶模式如图7所示，前轮不转向，后轮转向。

斜行行驶模式如图8所示，四个车轮转向角度相同，电动汽车可向斜前方直线行驶。

蟹行行驶模式如图9所示，四个车轮都呈左右横向设置，电动汽车可向左或向右横向行驶。

原地打转行驶模式如图10所示，电动汽车以自身中心为轴心原地旋转。

本发明由四个驱动电机分别驱动电动汽车四个车轮的旋转，由四个转向电机分别控制电动汽车四个车轮的转向，汽车行驶模式多样，有很好的转向灵活性，可大大减少道路交通压力，行驶更加方便和灵活，解决汽车中、高速行驶工况下易损坏侧向转向机构的问题和大侧向力导致导向杆卡死的问题，提高电动汽车在中、高速行驶工况下的可靠性和安全性，且能精确控制每个车轮的驱动力，大大提高汽车的操纵稳定性，减少交通事故的发生。

Claims (10)

1.一种四轮独立驱动独立转向底盘总成结构，其特征在于包括电动汽车的底盘及和底盘相连的四个车轮，四个车轮的轮毂内侧面均安装有一个独立驱动机构和一个独立转向机构，四个独立转向机构分别固定在底盘的四个角落处。

2.根据权利要求1所述的四轮独立驱动独立转向底盘总成结构，其特征在于所述的独立转向机构包括转向电机转向减速器总成、转盘、连杆、下控制臂和转向节，转向电机转向减速器总成固定在所述的底盘上，转向减速器的输出轴和转盘轴心相连，下控制臂连接转向电机转向减速器总成和转向节，连杆的一端通过球头螺钉连接在转盘的边缘，连杆的另一端通过球头螺钉和转向节相连，所述的转向节上安装有立柱，立柱的上端和电动汽车车身相连，立柱的上部套装有弹簧减振器。

3.根据权利要求2所述的四轮独立驱动独立转向底盘总成结构，其特征在于所述的下控制臂呈弧形，下控制臂的一端通过球头和所述的转向电机转向减速器总成的侧面相连，下控制臂的另一端通过球头和所述的转向节相连，下控制臂的中部通过球头固定在所述的底盘上。

4.根据权利要求2或3所述的四轮独立驱动独立转向底盘总成结构，其特征在于所述的立柱上设有一个限位螺母，所述的弹簧减振器的上端设有橡胶块。

5.根据权利要求2所述的四轮独立驱动独立转向底盘总成结构，其特征在于所述的驱动机构包括驱动电机、柔性连轴节和所述的驱动减速器，所述的转向节上设有安装板，安装板上固定有电机支架，所述的驱动电机安装在电机支架上，驱动电机和电机支架之间设有减震垫，所述的转向节及安装板上设有相对应的通孔，柔性连轴节的一端和所述的驱动电机的输出轴相连，柔性连轴节的另一端穿过所述的转向节及安装板的通孔和所述的驱动减速器的输入轴相连，驱动减速器的输出轴和所述的轮毂相连，驱动减速器安装在轮毂内。

6.根据权利要求2或5所述的四轮独立驱动独立转向底盘总成结构，其特征在于包括制动机构，制动机构包括制动盘和制动钳，制动盘固定在所述的轮毂上，制动钳固定在所述的转向节上，制动钳的钳口对准所述的制动盘，制动钳和电动汽车刹车踏板相连。

7.根据权利要求1或2或5所述的四轮独立驱动独立转向底盘总成结构，其特征在于所述的底盘上设有控制电动汽车转向模式的遥杆手柄。

8.一种如权利要求1所述的四轮独立驱动独立转向底盘总成结构的控制方法，其特征在于电动汽车的四个车轮各自独立地受安装在其轮毂内侧面的独立驱动机构及独立转向机构的控制，执行四轮独立转向方法和四轮独立驱动方法，使电动汽车实现前轮转向行驶模式、后轮转向行驶模式、原地打转行驶模式、蟹行行驶模式和斜行行驶模式。

9.根据权利要求8所述的四轮独立驱动独立转向底盘总成结构的控制方法，其特征在于所述的独立转向机构包括转向电机转向减速器总成、转盘、连杆、下控制臂和转向节，转向电机转向减速器总成固定在所述的底盘上，转向减速器的输出轴和转盘轴心相连，下控制臂连接转向电机转向减速器总成和转向节，连杆的一端通过球头螺钉连接在转盘的边缘，连杆的另一端通过球头螺钉和转向节相连，所述的转向节上安装有立柱，立柱的上端和电动汽车车身相连，立柱的上部套装有弹簧减振器；所述的四轮独立转向方法为：当电动汽车车轮转向时，所述的转向电机工作，带动所述的转向减速器工作，转向减速器减速增扭后带动所述的转盘旋转，转盘的旋转通过所述的球头螺钉传递给所述的连杆，连杆推拉所述的转向节作水平面旋转，转向节带动车轮转向。

10.根据权利要求8所述的四轮独立驱动独立转向底盘总成结构的控制方法，其特征在于所述的驱动机构包括驱动电机、柔性连轴节和所述的驱动减速器，所述的转向节上设有安装板，安装板上固定有电机支架，所述的驱动电机安装在电机支架上，驱动电机和电机支架之间设有减震垫，所述的转向节及安装板上设有相对应的通孔，柔性连轴节的一端和所述的驱动电机的输出轴相连，柔性连轴节的另一端穿过所述的转向节及安装板的通孔和所述的驱动减速器的输入轴相连，驱动减速器的输出轴和所述的轮毂相连，驱动减速器安装在轮毂内；所述的四轮独立驱动方法为：驾驶员踩下油门踏板，所述的驱动电机输出扭矩，通过所述的柔性连轴节将扭矩输入给所述的驱动减速器，再由驱动减速器的输出轴将增扭后的力矩输送给车轮轮毂，带动车轮作垂直面旋转，实现电动汽车的前进或倒退。