CN108859732B - 一种分布式轮毂驱动电动汽车底盘结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种分布式轮毂驱动电动汽车底盘新构型，其主要结构包括：轮毂驱动制动一体化集成系统、轮毂制动系统、后转向系统、后悬架系统、前转向系统、前悬架系统以及车架。轮毂电机安装在车轮里面，电机转子部分与制动系统通过螺栓连接，制动系统通过转向节与悬架系统的支撑轴和转向系统的转向拉杆相连接，前悬架通过A形臂与车架连接，后悬架通过减震弹簧的上底座与车架刚性连接。该底盘采用的是四轮转向结构，而且后轮采用的是电动助力独立转向，前悬架是麦弗逊式独立悬架，后悬架采用的是拖拽臂式独立悬架。

Description

一种分布式轮毂驱动电动汽车底盘结构

技术领域

本发明属于轮毂电动汽车底盘设计领域,涉及一种分布式轮毂电动汽车的新型底盘结构。

背景技术

随着环境污染问题日益严峻，人们对汽车的尾气排放的要求也越来越高，因此新能源汽车将是未来汽车领域的发展趋势。电动汽车作为新能源汽车的主要成员，其分布式轮毂电机驱动的电动汽车则是电动汽车研究的主要方向之一。由于分布式轮毂电动汽车与传统电动汽车在结构和总体布置上都存在很大差异，传统电动汽车的底盘结构含有电动机、差速器、减速器、传动轴等结构，电机与车轮之间需要经过差速器、减速器等结构而降低传动效率，而轮毂电机省却了传动轴、差速器等结构，增加了传动效率。传统电动汽车的底盘结构较为复杂，而轮毂电机驱动的电动汽车充分利用了轮毂内的空间，简化了整车的布置方式。因此传统汽车的底盘结构并不一定适用于分布式轮毂电动汽车。目前对适用于分布式轮毂电动汽车的底盘结构研究也越来越受到关注，而较多的都是对轮毂驱动系统的一体化集成系统进行设计，没有针对底盘结构的悬架系统以及转向系统等结构做出一定的设计与调整。所以，针对这种分布式轮毂电动汽车在此设计出了一种适合的底盘结构。

发明内容

本发明的目的在于设计出一种适用于轮毂驱动的电动汽车的底盘结构，该结构能够充分的利用轮毂内的空间，而且结构简单、可靠，造价费用低等优点，能够满足较大轮毂电机的布置空间。

本发明的目的通过如下技术方案实现：

该底盘结构主要包括：轮毂驱动制动一体化集成系统、车架、转向系统、悬架系统、轮毂制动系统等组成。上述轮毂驱动制动一体化集成系统包括：车轮、轮毂电机、制动器；上述转向系统包括：转向盘、转向拉杆、转向节、减速器、转向电机等组成；上述悬架系统包括：支撑轴、减振器、减震弹簧、A形臂、托臂等组成。

本发明是针对后轮驱动的轮毂电动汽车设计的，轮毂驱动制动一体化集成系统：汽车的两个后轮轮辋内安装两个轮毂电机，轮毂电机外转子部分与制动器通过螺栓紧固在一起，制动器外侧与转向节连接在一起；前悬架部分：前悬架是麦弗逊式独立悬架，其减震器与转向节连接，A形臂一端与转向节连接，另一端与吊耳通过螺栓连接，吊耳与车架刚性连接；后悬架部分：后悬架是拖拽臂式独立悬架，其支撑轴一端的凹形旋转元件与转向节旋转连接，另一端的凹形旋转元件与吊耳通过螺栓连接，吊耳与车架刚性连接，减震弹簧下底座与支撑轴刚性连接，上底座与车架刚性连接，减震器上端与车架刚性连接，下端与托臂刚性连接，托臂一端与车架通过吊耳刚性连接，另一端与支撑轴刚性连接；转向部分：前轮转向：A形臂和转向拉杆通过圆柱销连接，转向拉杆与齿轮齿条转向器相连，由方向盘控制其转向；后轮转向：后轮转向节与转向拉杆通过圆柱销连接，转向拉杆与减速器通过平键连接，减速器与转向电机相连，通过转向电机控制转向。

相对于现有技术，本发明具有如下优点和有益效果：

(1)充分利用了轮毂内的空间，满足大尺寸轮毂电机的安装，结构简单，布置方便，相比较传统车车架造价费用低。

(2)采用四轮转向技术，使得驾驶员在操纵汽车转向时更加方便，而且后轮采用的是电动助力的独立转向，是汽车在对开路面下能保持一个较好的转向特性，提高了整车的操稳性。

附图说明

图1是实施例分布式轮毂驱动电动汽车的整体结构示意图：

图中：1.轮毂驱动制动一体化集成系统；2.后悬架；3.后转向；4.车架；

5.前转向；6.前悬架；7.轮毂制动系统

图2是实施例轮毂驱动制动一体化集成系统的结构图：

图中：2-1.车轮；2-2轮毂电机；2-3.制动器

图3是实施例后悬架的结构示意图；

图中：3-1.减震器；3-2.减震弹簧；3-3.转向节；3-4.支撑轴；3-5.吊耳；

3-6.托臂；3-7.底座；3-8.凹形旋转元件

图4是实施例后转向的结构示意图：

图中：4-1.减速器；4-2.转向拉杆；4-3.齿轮齿条转向器；4-4.转向电机

图5是实施例电动汽车后轮的结构总图；

图6是实施例电动汽车轮毂制动系统结构图；

图中：6-1.车轮；6-2.制动器

图7是实施例电动汽车前轮转向与前悬架的结构总图；

图中：7-1.方向盘；7-2.转向拉杆；7-3.转向节；7-4.A形臂；7-5.吊耳；7-6.齿轮齿条转向器；7-7.减震器；7-8.轮毂制动系统

具体实施方式

下面结合附图对本实施例的连接方式做详细描述。

图1包括轮毂驱动制动一体化集成系统1、后悬架2、后转向3、车架4、前转向5、前悬架6和轮毂制动系统7等构成。

图2是轮毂驱动制动一体化集成系统1的结构图，由车轮2-1、轮毂电机2-2、以及制动器2-3组成，车轮2-1与轮毂电机2-2通过螺栓固定连接，轮毂电机2-2的外转子与制动器2-3螺栓连接。

图3是后悬架2的结构图，主要由减震器3-1、减震弹簧3-2、转向节3-3、支撑轴3-4、吊耳3-5、托臂3-6、底座3-7、凹形旋转元件3-8等组成，转向节3-3与支撑轴3-4的凹形旋转元件3-8连接，减振元件3-2通过底座3-7固定在支撑轴3-4上，减震器3-1与托臂3-6相连，托臂3-6与支撑轴3-4刚性连接。

图4是后转向3的结构图，主要由减速器4-1、转向拉杆4-2、齿轮齿条转向器4-3以及转向电机4-4等组成，转向拉杆4-2与齿轮齿条转向器4-3连接，齿轮齿条转向器4-3与减速器4-1通过平键连接，转向电机4-4与减速器通过平键连接，经减速器4-1减速，为后轮转向提供助力。

图6是轮毂制动系统结构图，主要由车轮6-1和制动器6-2组成，车轮6-1与制动器6-2是通过螺栓连接的。

图7是前轮转向和制动结构总图，主要由方向盘7-1、转向拉杆7-2、转向节7-3、A形臂7-4、吊耳7-5、齿轮齿条转向器7-6、减震器7-7和轮毂制动系统7-8组成，轮毂制动系统7-8的制动器6-2与转向节7-3连接，转向节7-3上端用螺栓连接减震器7-7，下端与转向拉杆7-2和A形臂7-4连接，A形臂7-4与吊耳7-5用螺栓连接，吊耳7-5固定在车架上，转向拉按7-2连接齿轮齿条转向器7-6，齿轮齿条转向器7-6与方向盘7-1连接，组成了前轮转向与制动系统。

轮毂驱动制动一体化集成系统1的制动器2-3与后悬架2的转向节3-3刚性连接，后悬架2的转向节3-3与后转向3上的转向拉杆4-2连接，通过转向电机控制转向拉杆4-2拉动转向节3-3，使得轮毂驱动制动一体化集成系统1绕着凹形元件3-8发生转动，从而实现独立转向功能。后悬架2的凹形旋转元件3-8通过吊耳3-5与车架4刚性连接，吊耳3-5与凹形旋转元件3-8螺栓旋转连接，减震弹簧3-2通过上底座3-7与车架4刚性连接，托臂3-6通过吊耳与车架4刚性连接。轮毂驱动制动一体化集成系统1通过凹形旋转元件3-8与吊耳3-5的旋转实现车轮独立跳动，车架4与减震弹簧连接的上方用来放置轮毂电机控制器，托臂3-6的前方车架用来放置电池。

本发明的实施例提供了一种基于后轮驱动的分布式轮毂电动汽车一种底盘结构，解决了分布式轮毂电动汽车在空间布置不足的缺陷，同时使用四轮独立转向机构，提高了分布式轮毂电动汽车的转向性能，增加了转向的灵活性。

为实现上述目的，首先确定了一种拖拽臂式独立悬架结构，这种结构节约了后轮轮距的空间，同时因其结构简单，增加了制动器、轮毂电机等结构的布置的方便性。其确定方式：首先确定所需车型的基本参数，针对该车型计算悬架的KC特性，确定合适的减震器2-1和减震弹簧2-2，其计算公式如下：

依据轿车的相关参数和汽车对前、后悬架的偏频、静挠度及动挠度的要求，对悬架系统的刚度进行设计

其中：m_s为簧载质量；n为悬架的偏频。

其中：c：阻尼系数；k悬架刚度；m：单轮簧上质量；ξ阻尼比。

计算减振元件的安装尺寸：

其中：i为弹簧圈数；G为弹簧剪切模量；d为弹簧丝经；D为弹簧中经；K_t为弹簧的要求刚度。

L₀＝L_w+f'_c (5)

其中：L₀是车身在静平衡位置时弹簧的长度，等于弹簧底座到车架的距离减去车身最小允许间隙；f_c'为弹簧静挠度。

L_w＝L_db+δ_min (6)

其中：L_db是螺旋弹簧的底座到车架的距离,δ_min为车身最小允许间隙。

依据前面求得的螺旋弹簧的长度L₀、安装圈数i′、实际有效圈数i和螺旋弹簧的丝径d来确定螺旋弹簧的节距，即

螺旋弹簧的自由长度为：

L＝nt+d (8)

其中：L为弹簧总长度；n为弹簧圈数。

确定尺寸后，根据所选车辆的基本尺寸确定支撑轴2-4的长度，支撑轴2-4的一端与转向节2-3圆柱销连接，用做后轮转向的旋转支撑点，支撑轴2-4的另一端通过吊耳2-5与车架4连接，支撑轴2-4与吊耳之间为螺栓旋转连接，可以实现后轮左右轮的单独跳动，提高了汽车行驶的操纵稳定性。

四轮转向的实现方式：前轮转向是齿轮齿条式转向器，驾驶员控制方向盘，经齿轮齿条转向器将旋转运动的力转换为水平运动的力，从而牵引转向拉杆使得前轮转向；而后轮转向采用的是电动助力转向，由两个独立的电机分别控制两个车轮转向，CPU将前轮采集到的转向信息传递给后轮转向电机，转向电机经减速器、齿轮齿条转向器传递给转向拉杆，转向拉杆拉动转向节使得车轮转向。这种结构能使车辆在对开路面上保持一个较好的转向性能，而且由于该实施例是后驱的分布式轮毂电机电动汽车，因此后轮的质量较大，而电动助力转向能够使得驾驶员在转向时比较轻松，同时每个车轮又是单独转向，故增加了车辆的转向灵敏性。

Claims (6)

1.一种分布式轮毂驱动电动汽车底盘结构，主要包括：轮毂驱动制动一体化集成系统、前悬架系统、后悬架系统、前转向系统、后转向系统以及底盘架；其主要特征在于，所述的电动汽车是后驱的，其轮毂驱动制动一体化集成系统主要包括：车轮、轮毂电机、制动器；车轮与轮毂电机通过螺栓连接，制动器与轮毂电机外转子螺栓连接；后悬架系统包括：转向节、支撑轴、减震弹簧、减震器、吊耳、托臂、凹形旋转元件；转向节的上下两端与支撑轴的凹形旋转元件连接，支撑轴另一端的凹形旋转元件与吊耳通过螺栓连接，吊耳与底盘架刚性连接，减震弹簧通过下底座与支撑轴刚性连接，与底盘架通过上底座刚性连接，减震器下端与托臂刚性连接，上端与底盘架连接，托臂与支撑轴刚性连接，通过吊耳与底盘架连接，轮毂驱动制动一体化集成系统的制动器与后悬架系统的转向节刚性连接，一侧的轮毂驱动制动一体化集成系统跳动时，支撑轴会随着轮毂驱动制动一体化集成系统跳动，使得减震器和减震弹簧压缩起到减震作用，而与底盘架连接的凹形旋转元件会绕吊耳通过螺栓旋转，吊耳与底盘架刚性连接，因此就不会引起另一侧车轮的跳动，从而实现悬架的独立性能；后转向系统包括：两个转向拉杆、两个齿轮齿条转向器、两个减速器和转向电机；转向拉杆一端与转向节相连，另一端与齿轮齿条转向器相连，齿轮齿条转向器与减速器通过平键连接，减速器与转向电机相连，汽车转向时，转向电机通过减速器降低转速，将旋转运动通过齿轮齿条转向器转化成移动运动，齿轮齿条转向器拉动转向拉杆使得转向节与轮毂驱动制动一体化集成系统绕着凹形旋转元件转动，从而可以实现车轮的独立转向；而前悬架系统以及前转向系统的安装与传统汽车的安装方式相同。

2.根据权利要求1所述的分布式轮毂驱动电动汽车底盘结构，其特征在于：所述后悬架的尺寸可以根据目标车型的尺寸进行设计，满足不同车型分布式轮毂驱动电动汽车的使用。

3.根据权利要求1所述的分布式轮毂驱动电动汽车底盘结构，其特征在于：所述底盘架的距地高度可以根据不同车型的需要改变。

4.根据权利要求1所述的分布式轮毂驱动电动汽车底盘结构，其特征在于：所述转向节与支撑轴的连接可以是圆柱销旋转连接，也可以是轴承连接。

5.根据权利要求1所述的分布式轮毂驱动电动汽车底盘结构，其特征在于：所述支撑轴与底盘架之间是通过吊耳的螺栓旋转连接实现车辆行驶过程中左右车轮的单独跳动。

6.根据权利要求1所述的分布式轮毂驱动电动汽车底盘结构，其特征在于：所述的制动器形式可以是电磁式，也可以是液压式的。

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