CN108608846A - 前轮后轮分别协同转向车辆的底盘系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种前轮后轮分别协同转向车辆的底盘系统，所述底盘系统包括前轮转向系统、后轮转向系统、前轮转向电机、后轮转向电机、驱动电机、车轮、悬架和车架。前后轮转向系统分别与前后轮转向电机总成输出端连接，驱动电机固定在车架上，通过半轴驱动车轮进行转动。本发明实现了前轮后轮分别协同转向车辆底盘的设计，进而在实现普通轿车的所有行驶功能的基础上，增加后轮协同转向，在保证车辆稳定性的同时减小汽车的转弯半径，增加多种转向模式，并采用四轮独立驱动，提高整体效率和加速性能，同时尽可能地保留了与现行汽车悬架系统通用的接口与元件，实现了良好的可移植性。

Description

前轮后轮分别协同转向车辆的底盘系统

技术领域

本发明涉及车辆领域，尤其涉及一种前轮后轮分别协同转向车辆的底盘系统。

背景技术

现有的车辆转向系统，虽已从简单的纯机械式转向系统、液压动力转向系统、电动液压助力转向系统发展到更为节能及操纵性能更为优越的电动助力转向系统，改善了车辆转向力的控制特性，降低了驾驶员的转向负担，然而由于只有前轮主动转向，转弯半径很大，灵活性不足。

现有车辆多数仍采用集中式的动力布置，即只有一个电动机驱动两个或四个轮子。而随着电机技术的进步，电动车已经具备了四个车轮独立驱动的条件。采用独立驱动的优势在于可以取消传统限制车轮转向的车轴和连杆，这使得电动车具备了四个车轮独立转向的条件。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种前轮后轮分别协同转向车辆的底盘系统，所述底盘系统的转弯半径较小，灵活度较高。

根据本发明实施例的前轮后轮分别协同转向车辆的底盘系统，包括：车架、车轮、驱动电机、前轮转向系统、后轮转向系统、悬架和控制系统，所述车轮设在所述车架的底部，所述悬架连接在所述车架和所述车轮之间；其中，所述车轮为四个，每个所述车轮均采用一个独立的所述驱动电机来驱动行驶，位于所述车架前部的两个所述车轮通过前轮转向系统与前轮转向电机相连以同步转向，位于所述车架后部的两个所述车轮通过后轮转向系统与后轮转向电机相连以同步转向；所述控制系统包括：与所述每个驱动电机电连接的驱动电机驱动控制子系统、以及与所述前轮转向电机、所述后轮转向电机电连接的转向电机驱动控制子系统。

根据本发明实施例的前轮后轮分别系统转向车辆的底盘系统，由于两个前轮由前轮转向电机控制转向，两个后轮由后轮转向电机控制转向。底盘系统的结构前后对称布置，使两个后轮具备和两个前轮同样的转向能力，并将集中驱动变为独立驱动，在保证底盘系统结构稳定性的同时，实现了车辆转向和驱动的分布式控制，进而可以通过电传操纵实现车辆更加多样化的转向模式。本发明实施例的底盘系统可以进行两轮转向和四轮转向，极大地减小了转弯半径。此外，本发明还尽可能保留与传统汽车零部件的接口，保留现有车辆的悬架系统，便于尽快投入市场加工生产。

在一些实施例中，每个所述驱动电机均对应设置有用于测量转角和转速的第一检测件，每个所述驱动电机与所述车轮之间可设置减速器、也可不设置减速器，每个所述驱动电机均安装在所述车架的邻近对应所述车轮位置处，每个所述驱动电机与所述车轮之间均通过半轴连接驱动，每个所述车轮通过配置所述第一检测件、所述驱动电机、所述半轴实现独立驱动，所述第一检测件与所述驱动电机驱动控制子系统电连接。

在一些实施例中，每个所述驱动电机均通过半轴与所述车轮相连，所述半轴包括连接所述驱动电机与所述车轮相连的万向节及短轴。

在一些实施例中，所述前轮转向电机和所述后轮转向电机上均设有用于测量转角和转速的第二检测件，所述第二检测件与所述转向电机驱动控制子系统电连接，所述前轮转向电机、所述后轮转向电机通过所述转向电机驱动控制子系统电连接的控制实现位于所述车架前部的两个所述车轮的协同转向，及位于所述车架后部的两个所述车轮的协同转向。

在一些实施例中，所述前轮转向系统和所述后轮转向系统均包括转向器和转向传动机构，所述前轮转向电机和所述后轮转向电机分别通过对应的所述转向器传递给对应的所述转向传动机构，由所述转向传动机构带动与其相连的两个所述车轮转动。

在一些实施例中，每个所述车轮对应设置有一个独立的刹车组件；所述控制系统还包括与所述刹车组件电连接的刹车控制子系统。

在一些实施例中，所述驱动电机驱动控制子系统包括：生成驱动电机控制信号的脚踏板、与车辆自主驾驶系统连接的通讯接口、电机控制器和下位机。

在一些实施例中，所述转向电机驱动控制子系统包括：生成车轮转向信号的方向盘、转向模式选择器、与车辆自主驾驶系统连接的通讯接口、电机控制器和下位机。

可选地，所述控制系统包括上位机，每个所述下位机与所述上位机通过通讯接口连接，并接受所述上位机的指令、反馈给所述上位机单轮的运动信息。

在一些实施例中，所述刹车控制子系统包括：刹车脚踏板、与所述刹车脚踏板联动的车轮驱动电源开关、以及由车辆自主驾驶系统控制的刹车控制装置。

在一些实施例中，所述驱动电机构造为电动发电一体机。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本发明实施例的前轮后轮分别系统转向车辆的底盘系统整体结构示意图。

图2是本发明实施例的前轮后轮分别系统转向车辆的前轮控制示意图。

图3是本发明实施例的前轮后轮分别系统转向车辆的后轮控制示意图。

附图标记：

分布式纯电动车的底盘系统100、车架1、悬架2、车轮3、半轴4、驱动电机5、驱动电机驱动控制子系统6、前轮转向系统7a、后轮转向系统7b、前轮转向电机8a、后轮转向电机8b、转向电机驱动控制子系统9、电池10、下位机11、上位机12、刹车组件13、转向器14、转向传动机构15。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面参考图1-图3描述根据本发明实施例的前轮后轮分别系统转向车辆的底盘系统100。

如图1所示，根据本发明实施例的前轮后轮分别协同转向车辆的底盘系统100包括车架1、车轮3、驱动电机5、前轮转向系统7a、后轮转向系统7b、悬架2和控制系统，车轮3设在车架1的底部，悬架2连接在车架1和车轮3之间。其中，车轮3为四个，每个车轮3均采用一个独立的驱动电机5来驱动行驶，位于车架1前部的两个车轮3通过前轮转向系统7a与前轮转向电机8a相连以同步转向，位于车架1后部的两个车轮3通过后轮转向系统7b与后轮转向电机8b相连以同步转向。另外，每个驱动电机5均通过半轴4与车轮3相连，每个车轮3对应设置有一个独立的刹车组件13。控制系统包括与每个驱动电机5电连接的驱动电机驱动控制子系统6、以及与前轮转向电机8a、后轮转向电机8b电连接的转向电机驱动控制子系统9。

可以理解的是，为方便描述，将位于车架1前部的两个车轮3称为前轮，将位于车架1后部的两个车轮3称为后轮。在本发明中两个前轮由前轮转向电机8a控制转向，两个后轮由后轮转向电机8b控制转向。底盘系统100的结构前后对称布置，使两个后轮具备和两个前轮同样的转向能力，并将集中驱动变为独立驱动，在保证底盘系统100结构稳定性的同时，实现了车辆转向和驱动的分布式控制，进而可以通过电传操纵实现车辆更加多样化的转向模式。本发明实施例的底盘系统100可以进行两轮转向和四轮转向，极大地减小了转弯半径。此外，因为两个前轮均受到前轮转向系统7a的机械约束，两个后轮均受到后轮转向系统7b机械约束从而不会因为车辆底盘自由度的增加而降低稳定性。同时，本发明还尽可能保留与传统汽车零部件的接口，保留现有车辆的悬架2系统，便于尽快投入市场加工生产。

根据本发明实施例的前轮后轮分别系统转向车辆的底盘系统100，由于两个前轮由前轮转向电机8a控制转向，两个后轮由后轮转向电机8b控制转向。底盘系统100的结构前后对称布置，使两个后轮具备和两个前轮同样的转向能力，并将集中驱动变为独立驱动，在保证底盘系统100结构稳定性的同时，实现了车辆转向和驱动的分布式控制，进而可以通过电传操纵实现车辆更加多样化的转向模式。本发明实施例的底盘系统100可以进行两轮转向和四轮转向，极大地减小了转弯半径。此外，本发明还尽可能保留与传统汽车零部件的接口，保留现有车辆的悬架系统，便于尽快投入市场加工生产。

在一些实施例中，每个驱动电机5均通过半轴4与车轮3相连。可以理解的是，驱动电机5通过电机安装支架安装在车架1上，利用半轴4与车轮3相连以驱动车轮3。这种将电机置于轮边的方式，相比轮毂电机有较小的簧下质量，较小的车轮3转动惯量，对于车辆的性能有很大的提高。此外，这样的连接方式还省去了传统的驱动桥和差速器，降低了底盘重量，提高了传动效率，使整个车辆更加灵活。

这里需要说明的是，上文提到的“现有汽车中的车桥和传动轴”指的是，由惠有利著作的教材《汽车构造》(出版社：北京理工大学出版社)中第270页中所述的车桥和传动轴。

可选地，半轴4包括短轴和万向节，短轴将驱动电机5和车轮3总成连接，实现转矩的传递。万向节实现了变角度的动力传递，改变传动轴线方向，解决车轮3跳动带来的位差等问题。

在一些实施例中，每个驱动电机5上均设有用于测量转角和转速的第一检测件，第一检测件与驱动电机驱动控制子系统6电连接。由此，在汽车运行中可以对每个驱动电机5的运行状况进行检测。

需要说明的是，驱动电机5可以包括减速器与可以不包括减速器在这里不作具体限制。第一检测件可以为编码器或者由霍尔元件制成的用于测量转角和转速的传感器，但不限于此。

在一些实施例中，前轮转向电机8a上和后轮转向电机8b上均设有用于测量转角和转速的第二检测件，第二检测件与转向电机驱动控制子系统9电连接。由此，在汽车转向过程中可以对前轮转向电机8a或者后轮转向电机8b的运行状况进行检测。第二检测件可以为编码器或者由霍尔元件制成的用于测量转角和转速的传感器，但不限于此。

在一些实施例中，如图1所示，前轮转向系统7a和后轮转向系统7b均包括转向器14和转向传动机构15，前轮转向电机8a和后轮转向电机8b分别通过对应的转向器14传递给对应的转向传动机构15，由转向传动机构15带动与其相连的两个车轮3转动。

可以理解的是，前轮转向电机8a和后轮转向电机8b相互独立，且分别前后置于底盘系统100上，前轮转向电机8a和后轮转向电机8b分别通过对应的转向器14传递给对应的转向传动机构15，由转向传动机构15带动与其相连的两个车轮3转动。其中转向器14、转向传动机构15及其与车轮3连接部分的结构与传统车辆的结构基本相同，但是上述连接方式去掉了传统方向盘与转向器14的机械传动部分，而由转向电机直接驱动转向器14，实现电子线控转向，简化结构。

在一些实施例中，悬架2采用传统车辆的悬架2结构，由此使得本发明的底盘系统100可以快速投入市场成产及使用。需要说明的时，前轮和后轮的悬架2类型可以相同也可以不同，在这里不对前轮和后轮悬架2形式做出限定。

有利地，悬架2结构为独立悬架2形式。

在一些实施例中，车轮3采用传统车轮3总成结构，由此使得底盘系统100可以快速投入市场成产及使用。需要说明的时，前轮和后轮的类型可以相同也可以不同，在这里不对前轮和后轮形式做出限定。需要额外说明的是，上文提到的“传统车轮3总成结构”指的是，由惠有利著作的教材《汽车构造》(出版社：北京理工大学出版社)中第280页中所述的车轮3总成的结构。

在一些实施例中，每个车轮3对应设置有一个独立的刹车组件13；控制系统还包括与刹车组件13电连接的刹车控制子系统。

具体地，刹车控制子系统包括刹车脚踏板、与刹车脚踏板联动的车轮3驱动电源开关、以及由车辆自主驾驶系统控制的刹车控制装置。

需要说明的是，本发明的刹车组件13是由现有车辆刹车组件13增加一个电动真空泵形成的，这样保留了现有车辆的刹车机械结构，使得本发明实施例的底盘系统100可以快速投入市场成产及使用。

有利地，刹车组件13选用盘式刹车组件13。

在一些实施例中，驱动电机驱动控制子系统6包括：生成驱动电机5控制信号的脚踏板、与车辆自主驾驶系统连接的通讯接口、电机控制器和下位机11。

在一些实施例中，转向电机驱动控制子系统9包括：生成车轮3转向信号的方向盘、转向模式选择器、与车辆自主驾驶系统连接的通讯接口、电机控制器和下位机11。

需要说明的是，下位机11可以是单片机、计算机或者嵌入式硬件系统等多种方式，在此不对下位机11的具体类型做出限定。

可选地，控制系统包括上位机12，每个下位机11与上位机12通过通讯接口连接，并接受上位机12的指令、反馈给上位机12单轮的运动信息。

在一些实施例中，驱动电机5构造为电动发电一体机。可以理解的是，驱动电机5具有能量回收功能，由此可以节约电能，绿色环保。

下面参考图1-图3描述本发明一个具体实施例的前轮后轮分别系统转向车辆的底盘系统100的具体结构。

下面参考图1-图3描述本发明一个具体实施例的前轮后轮分别系统转向车辆的底盘系统100的具体结构。

如图2所示，本实施例的盘系统包括车架1、四个车轮3、驱动电机5、前轮转向系统7a、后轮转向系统7b、前轮转向电机8a、后轮转向电机8b、悬架2、控制系统和电池10。车轮3设在车架1的底部，悬架2连接在车架1和车轮3之间。

四个车轮3分别与四个驱动电机5相连以实现四轮独立驱动，两个前轮通过前轮转向系统7a与前轮转向电机8a相连实现转向，两个后轮通过后轮转向系统7b与后轮转向电机8b相连实现转向

控制系统包括与四个驱动电机5电连接的驱动电机驱动控制子系统6、前轮转向电机8a及后轮转向电机8b电连接的转向电机驱动控制子系统9和与刹车组件13相连的刹车控制子系统。

驱动电机驱动控制子系统6包括生成驱动电机5控制信号的脚踏板、与车辆自主驾驶系统连接的通讯接口、电机控制器。转向电机驱动控制子系统9包括生成车轮3转向信号的方向盘、转向模式选择器、与车辆自主驾驶系统连接的通讯接口、电机控制器。刹车控制子系统包括刹车脚踏板、与刹车脚踏板联动的车轮3驱动电源开关、以及由车辆自主驾驶系统控制的刹车控制装置。

控制系统还包括与下位机11和上位机12，下位机11分别与驱动电机驱动控制子系统6和转向电机驱动控制子系统9之间存在电连接以控制四个车轮3的驱动和转向。下位机11与上位机12通过通讯接口连接，并接受上位机12的指令、反馈给上位机12每个车轮3的运动信息。

四个驱动电机5通过半轴4分别与四个车轮3相连，且每个驱动电机5上均设有用于测量转角和转速的第一检测件，第一检测件与驱动电机驱动控制子系统6电连接。

前轮转向系统7a和后轮转向系统7b均包括转向器14和转向传动机构15，前轮转向电机8a和后轮转向电机8b分别通过对应的转向器14传递给对应的转向传动机构15，由转向传动机构15带动与其相连的两个车轮3转动。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (11)

1.一种前轮后轮分别协同转向车辆的底盘系统，其特征在于，包括：车架、车轮、驱动电机、前轮转向系统、后轮转向系统、悬架和控制系统，所述车轮设在所述车架的底部，所述悬架连接在所述车架和所述车轮之间；其中，

所述车轮为四个，每个所述车轮均采用一个独立的所述驱动电机来驱动行驶，位于所述车架前部的两个所述车轮通过前轮转向系统与前轮转向电机相连以同步转向，位于所述车架后部的两个所述车轮通过后轮转向系统与后轮转向电机相连以同步转向；

所述控制系统包括：与所述每个驱动电机电连接的驱动电机驱动控制子系统、以及与所述前轮转向电机、所述后轮转向电机电连接的转向电机驱动控制子系统。

2.根据权利要求1所述的前轮后轮分别协同转向车辆的底盘系统，其特征在于，每个所述驱动电机均对应设置有用于测量转角和转速的第一检测件，每个所述驱动电机与所述车轮之间可设置减速器、也可不设置减速器，每个所述驱动电机均安装在所述车架的邻近对应所述车轮位置处，每个所述驱动电机与所述车轮之间均通过半轴连接驱动，每个所述车轮通过配置所述第一检测件、所述驱动电机、所述半轴实现独立驱动，所述第一检测件与所述驱动电机驱动控制子系统电连接。

3.根据权利要求1所述的前轮后轮分别协同转向车辆的底盘系统，其特征在于，每个所述驱动电机均通过半轴与所述车轮相连，所述半轴包括连接所述驱动电机与所述车轮相连的万向节及短轴。

4.根据权利要求1所述的前轮后轮分别协同转向车辆的底盘系统，其特征在于，所述前轮转向电机和所述后轮转向电机上均设有用于测量转角和转速的第二检测件，所述第二检测件与所述转向电机驱动控制子系统电连接，所述前轮转向电机、所述后轮转向电机通过所述转向电机驱动控制子系统电连接的控制实现位于所述车架前部的两个所述车轮的协同转向，及位于所述车架后部的两个所述车轮的协同转向。

5.根据权利要求1所述的前轮后轮分别协同转向车辆的底盘系统，其特征在于，所述前轮转向系统和所述后轮转向系统均包括转向器和转向传动机构，所述前轮转向电机和所述后轮转向电机分别通过对应的所述转向器传递给对应的所述转向传动机构，由所述转向传动机构带动与其相连的两个所述车轮转动。

6.根据权利要求1所述的前轮后轮分别协同转向车辆的底盘系统，其特征在于，每个所述车轮对应设置有一个独立的刹车组件；所述控制系统还包括与所述刹车组件电连接的刹车控制子系统。

7.根据权利要求1所述的前轮后轮分别协同转向车辆的底盘系统，其特征在于，所述驱动电机驱动控制子系统包括：生成驱动电机控制信号的脚踏板、与车辆自主驾驶系统连接的通讯接口、电机控制器和下位机。

8.根据权利要求1所述的前轮后轮分别协同转向车辆的底盘系统，其特征在于，所述转向电机驱动控制子系统包括：生成车轮转向信号的方向盘、转向模式选择器、与车辆自主驾驶系统连接的通讯接口、电机控制器和下位机。

9.根据权利要求7与8所述的前轮后轮分别协同转向车辆的底盘系统，其特征在于，所述控制系统包括上位机，每个所述下位机与所述上位机通过通讯接口连接，并接受所述上位机的指令、反馈给所述上位机单轮的运动信息。

10.根据权利要求6所述的前轮后轮分别协同转向车辆的底盘系统，其特征在于，所述刹车控制子系统包括：刹车脚踏板、与所述刹车脚踏板联动的车轮驱动电源开关、以及由车辆自主驾驶系统控制的刹车控制装置。

11.根据权利要求1所述的前轮后轮分别协同转向车辆的底盘系统，其特征在于，所述驱动电机构造为电动发电一体机。