CN109866563B - 一种用于商用车的轮毂电机的悬架装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于商用车的轮毂电机的悬架装置,包括导向机构和主动控制系统，所述导向机构为不等长双横臂结构，包括上横臂总成、下横臂总成和立柱总成，立柱总成和轮毂电机总成通过轴承连接，上横臂总成和下横臂总成的长度比在1:2和3：4之间，采用超短上横臂总成可在两侧轮毂之间提供大的平板空间；所述上横臂总成、下横臂总成与所述立柱总成采用销轴及对置式圆锥滚子轴承的结构和立柱总成连接，可承受大的载荷；所述主动控制系统包括空气弹簧总成、阻尼减振器总成、ECU和多个传感器，ECU通过传感器实时控制空气弹簧总成的刚度和阻尼减振器总成的阻尼，解决由于簧下质量增加导致整车行使平顺性变差的影响，同时提高整车操纵稳定性。

Description

一种用于商用车的轮毂电机的悬架装置

技术领域

本发明涉及悬架系统领域，尤其涉及一种用于商用车的轮毂电机的悬架装置。

背景技术

电动汽车作为汽车工业主要发展方向之一，其具有节能减排和噪音小的特点，各个汽车厂已量产各类型产品，其动力系统均是中央集中驱动的型式，将原发动机总成替换成电机，而将动力、传动和制动功能整合与车轮中的轮毂电机直接驱动技术是最具有潜力的发展方向，其可以省略减速器、差速器和传动轴等部件，实现轻量化减少整备质量，同时大大降低了机械损耗和节省了车内空间。同时，随着人们对汽车乘坐舒适性及安全性要求的提高，主动悬架技术也是今后的主要发展方向之一。

现今国内外也对轮毂电机直驱技术进行研究，由于将轮毂电机设置于轮毂的内侧造成了簧下质量的增加，从而导致整车的行驶平顺性变差，同时簧下质量的增加会导致动载荷变大也会增加车辆对道路路面的破坏；同时现今悬架横臂与转向节或立柱的连接的方式为球铰连接，这种连接方式只适用于小吨位的乘用车，动载荷变大也会影响该球铰连接的可靠性。

发明内容

有鉴于现有技术的上述不足，本发明的目的是提供一种用于商用车的轮毂电机的悬架装置，以解决由于簧下质量增加导致整车行使平顺性变差的影响；同时该悬架装置的结构占用的空间较小，以提供大的车内平板空间。

为实现上述目的，本发明提供一种用于商用车的轮毂电机的悬架装置，包括导向机构及主动控制系统，

所述导向机构包括上横臂总成、下横臂总成和立柱总成；所述立柱总成和轮毂电机总成通过轴承连接；所述上横臂总成的外侧和所述立柱总成的上部通过轴承连接，所述下横臂总成的外侧和所述立柱总成的下部连接，所述上横臂总成、下横臂总成的内侧和车身连接，所述上横臂总成和下横臂总成的长度比在1:2与3:4之间；

所述主动控制系统包括空气弹簧总成、阻尼减振器总成、ECU及多个传感器，所述空气弹簧总成的下端设置于所述立柱的上端，所述空气弹簧总成的上端和车身连接；所述阻尼减振器总成的下端和所述下横臂总成连接，所述阻尼减振器的上端和车身连接；

所述传感器为所述ECU提供输入参数，所述输入参数用于所述ECU调节所述空气弹簧总成的刚度和调节所述阻尼减振器总成的阻尼以适应整车在不同工况下的需求。

进一步的，所述上横臂总成和所述下横臂总成的长度比为9:16。

进一步的，所述上横臂总成的长度不大于270mm。

进一步的，所述导向机构还包括第一销轴、第一对置式圆锥滚子轴承和套筒，所述上横臂总成的外侧通过所述第一销轴和螺母与所述立柱总成的上部连接，所述立柱总成的内部采用所述第一对置式圆锥滚子轴承和套筒与所述第一销轴连接。

进一步的，所述导向机构还包括第二销轴、第二对置式圆锥滚子轴承和轴用挡圈，所述下横臂总成外侧通过所述第二销轴和螺栓与所述立柱总成的下部连接，所述立柱总成的内部采用所述第二对置式圆锥滚子轴承和轴用挡圈与所述第二销轴连接。

进一步的，所述空气弹簧总成包括空气气囊和用于检测空气气囊压力的传感器，所述空气弹簧总成具有通过对所述空气气囊进行充放气来实现所述空气弹簧总成的刚度调节功能，和对所述空气气囊内的压力进行检测的功能，从而实现闭环控制。

进一步的，所述阻尼减振器总成包括减振器和用于检测减振器气室压力的传感器，所述阻尼减振器总成具有通过对所述减振器内部气室进行充放气来实现所述减振器的阻尼调节的功能，和对所述减振器气室内的压力进行检测，从而实现闭环控制。

基于上述技术方案，本发明至少具有以下有益效果：

本发明提供一种用于商用车的轮毂电机的悬架装置，其导向机构采用的是上下不等长双横臂结构，可大大节省车内空间，同时，导向机构的上、下横臂和立柱通过轴承连接，具有大的载荷，特别适用于大通道低地板式客车或需要大车内空间和平整地板的物流车；该悬架是具有实时可变刚度和阻尼的主动悬架结构，解决了由于簧下质量增加导致整车行使平顺性变差和动载荷增加对道路路面破坏的影响，同时提高了整车操纵稳定性。

附图说明

图1是本发明的一个较佳实施例的用于商用车的轮毂电机的悬架装置；

图2是本发明的ECU及传感器的连接示意图；

图3是本发明的上横臂总成和立柱总成连接结构的剖视图；

图4是本发明的上横臂总成和立柱总成连接结构的剖视图。

具体实施方式

为进一步说明各实施例，本发明提供有附图。这些附图为本发明揭露内容的一部分，其主要用以说明实施例，并可配合说明书的相关描述来解释实施例的运作原理。配合参考这些内容，本领域普通技术人员应能理解其他可能的实施方式以及本发明的优点。图中的组件并未按比例绘制，而类似的组件符号通常用来表示类似的组件。

现结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。

如图1-图4所示，本发明公开了一种用于商用车的轮毂电机的悬架装置的具体实施例，图1是商用车的轮毂及其悬架装置，包括驱动组件、制动组件、导向机构及主动控制系统；其中：驱动组件由车轮总成10与外转子轮毂电机总成20组成；制动组件包括制动盘94和制动卡钳90；导向结构由上横臂总成40、下横臂总成70和立柱总成80组成；主动控制系统包括空气弹簧总成30、可调阻尼减振器总成60、ECU100及多组传感器。

各结构总成的连接关系：

外转子轮毂电机总成20在车轮总成10内部固定连接；外转子轮毂电机总成20与立柱总成80采用花键连接，并用止动垫圈23和圆螺母22紧固；电机线束21从外转子轮毂电机总成20的芯轴中心穿出与整车的线路连接；制动盘94通过螺栓93固定在外转子轮毂电机总成20的外转子上；制动卡钳90通过螺栓91固定在立柱总成80上；

空气弹簧总成30的上端通过气囊上盖板31、螺栓32和进出气螺栓33固定在车身上，同时进出气螺栓33与整车气源相连；空气弹簧总成30的下端通过气囊下盖板34与立柱总成80通过限位块35固定连接，同时在气囊下盖板34设计有U型槽与立柱总成80配合以防止盖板转动和松动，限位块35又起到悬架跳动的限位作用；

可调阻尼减振器总成60的上端通过螺栓62和螺母61固定在车身上，可调阻尼减振器总成60下端通过螺栓63和螺母67固定在减振器支架64上，减振器支架64通过螺栓66固定在下横臂总成70上，减振器进出气口65与整车气源相连；

悬架行程传感器50通过螺栓51与可调阻尼减振器总成60固定；

上横臂总成40内侧安装有上悬架衬套42，上横臂总成40通过上悬架衬套42、螺栓41与车身固定；上横臂总成40外侧通过销轴44和六角开槽螺母43与立柱总成80的上部连接，具体的，在立柱总成80的内部设置有对置式圆锥滚子轴承81和套筒83，立柱总成80通过对置式圆锥滚子轴承81和套筒83与销轴44连接，同时在圆锥滚子轴承81的外部设计有油封82以防止润滑脂泄漏；

下横臂总成70内侧安装有下悬架衬套71，下横臂总成70通过下悬架衬套71、螺栓72与车身固定；下横臂总成70外侧通过销轴74和螺栓73与立柱总成80的下部连接，在立柱总成80的内部设置有对置式圆锥滚子轴承77和轴用挡圈76，立柱总成80通过对置式圆锥滚子轴承77和轴用挡圈76与销轴74连接，同时在圆锥滚子轴承77的外部设计有油封75以防止润滑脂泄漏；

上横臂总成40、下横臂总成70和立柱总成80采用对置式圆锥滚子轴承与销轴的配合连接。圆锥滚子轴承可以分离，由内圈与滚子、保持架一起组成的组件和外圈可以分别安装，对置式圆锥滚子轴承可承受大的径向载荷和轴向载荷，对置式圆锥滚子轴承所承受的双向轴向载荷会相互抵消，以避免立柱的轴向偏摆。

立柱总成80上安装有簧下三轴线加速度传感器(未示出)，ECU100固定在车身上，通过轮毂电机转速线束108、空气弹簧压力线束105、悬架行程线束106、簧下三轴线加速度线束110、车身六轴加速度线束101、车速线束102、转向角度线束103、油门开度线束104、减振器气室压力线束111及制动压力线束109采集各输入参数。

上横臂总成40和车身的侧方连接，下横臂总成70和车身的底部连接，上横臂总成40的长度影响到商用车的轮毂间的平整地板空间的宽窄。该实施例中，上横臂总成40和下横臂总成70的长度比控制为：1:2到3:4之间。更优的，经过实际测试后，在上述范围中，将上横臂总成和下横臂总成长度比选择为9:16，同时上横臂总成40的长度不大于270mm，适用于大通道低地板式客车或需要大车内空间和大平整地板的物流车，较低的重心有助于提高整车的操纵稳定性。

功能说明：

驱动组件由车轮总成10与外转子轮毂电机总成20组成，车轮总成10起到支撑整车载荷和传递驱动力的作用，外转子轮毂电机总成20单电机结构紧凑，能够安装在车轮总成10内部，且单电机能够提供大于等于1000N.m的扭矩，使整车有足够的动力性；

所述的制动组件通过制动盘94和制动卡钳90的闭合起到行车制动和驻车制动的作用；

导向机构由上横臂总成40、下横臂总成70和立柱总成80共同构成，以保证悬架的跳动几何在理想的范围内，保证车辆的操稳性及减少磨胎现象，同时上、下横臂与立柱的连接采用销轴74及对置式圆锥滚子轴承77的结构，该结构与通常的球铰连接的方式相比可承受较大的载荷以满足商用车大载荷的需求，球铰的连接方式在承受较大载荷的情况下，长期使用后球铰的球头与球座容易产生间隙，从而产生车轮的偏摆使整车的操稳性下降，需定期的进行更换，甚至可能是球头脱落，影响整车的安全性，故本结构具有较高的可靠性及安全性；并且该导向机构采用的是上下不等长双横臂结构，上横臂为超短结构，上下横臂比值经过优化，从而可大大节省车内空间，特别适用于大通道低地板式客车或需要大车内空间和平整地板的物流车。

所述主动控制系统由可调刚度的空气弹簧总成30、可调阻尼减振器总成60、ECU100及各传感器组成，传感器主要为ECU提供输入参数，主要的输入参数有：轮毂电机转速、空气弹簧压力、减振器气室压力、悬架行程、簧下三轴线加速度、车身六轴加速度、车速、转向角度、油门开度及制动压力等，各输入参数通过ECU的计算调节空气弹簧总成30中的空气弹簧和可调阻尼减振器总成60中的减振器气室中的气体容积及压力以适应整车在不同工况下的需求；可调刚度空气弹簧总成30是通过对空气气囊进行充放气来实现弹簧的刚度调节，同时又对空气气囊内的压力进行检测，从而实现闭环控制，比如当车辆高速稳态过弯时，此时由于离心力的作用外侧车轮载荷增大，车身会向外倾斜，此时ECU100检测到参数，对外悬架的气囊进行充气，增加空气弹簧刚度，减小车身的外倾，从而保持车身的水平，保证乘员的舒适性；同样，可调阻尼减振器总成60是通过对调整减振器内部气室进行充放气来实现空气弹簧的刚度调节，同时又对气室内的压力进行检测，从而实现闭环控制，比如当车辆遇紧急情况突然转弯时，这种工况有可能会造成翻车事故，严重影响乘客或货物的安全性，当发生这种情况时ECU100就会发出指令对减振器气室进行充气，提高减振器的阻尼，以防止车身过度倾斜造成翻车事故；因此通过ECU100实时调整空气弹簧刚度和减振器阻尼可有效改善由于簧下质量增加对整车行使平顺性的影响，同时也提高整车的操纵稳定性。

尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本发明，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围内，在形式上和细节上可以对本发明做出各种变化，均为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种用于商用车的轮毂电机的悬架装置，包括导向机构及主动控制系统，其特征在于：

所述导向机构包括上横臂总成、下横臂总成和立柱总成；所述立柱总成和轮毂电机总成通过轴承连接；所述上横臂总成的外侧和所述立柱总成的上部通过轴承连接，所述下横臂总成的外侧和所述立柱总成的下部通过轴承连接，所述上横臂总成、下横臂总成的内侧与车身连接，所述上横臂总成和所述下横臂总成的长度比处于1/2与3/4之间；

所述主动控制系统包括空气弹簧总成、阻尼减振器总成、ECU及多个传感器，所述空气弹簧总成的下端设置于所述立柱总成的上端，所述空气弹簧总成的上端和车身连接；所述阻尼减振器总成的下端和所述下横臂总成连接，所述阻尼减振器的上端和车身连接；

所述传感器为所述ECU提供输入参数，所述输入参数用于所述ECU调节所述空气弹簧总成的刚度和调节所述阻尼减振器总成的阻尼以适应整车在不同工况下的需求；

所述上横臂总成和下横臂总成的长度比为9:16；

所述上横臂总成的长度不大于270mm；

所述导向机构还包括第一销轴、第一对置式圆锥滚子轴承和套筒，所述上横臂总成的外侧通过所述第一销轴和螺母与所述立柱总成的上部连接，所述立柱总成的内部采用所述第一对置式圆锥滚子轴承和套筒与所述第一销轴连接；

所述导向机构还包括第二销轴、第二对置式圆锥滚子轴承和轴用挡圈，所述下横臂总成外侧通过所述第二销轴和螺栓与所述立柱总成的下部连接，所述立柱总成的内部采用所述第二对置式圆锥滚子轴承和轴用挡圈与所述第二销轴连接。

2.如权利要求1所述的悬架装置，其特征在于：所述空气弹簧总成包括空气气囊和用于检测空气气囊压力的传感器，所述空气弹簧总成具有通过对所述空气气囊进行充放气来实现所述空气弹簧的刚度调节功能，和对所述空气气囊内的压力进行检测的功能，从而实现闭环控制。

3.如权利要求1所述的悬架装置，其特征在于：所述阻尼减振器总成包括减振器和用于检测减振器气室压力的传感器，所述阻尼减振器总成具有通过对所述减振器内部气室进行充放气来实现所述阻尼减振器的阻尼调节的功能，和对所述减振器气室内的压力进行检测，从而实现闭环控制。