CN110053660B - 一种用于电动轮驱动汽车的线控转向机构及其控制方法 - Google Patents

一种用于电动轮驱动汽车的线控转向机构及其控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于电动轮驱动汽车的线控转向机构，包括：电动轮，其同轴中心具有电机轴；转向节，其中心具有第一连接孔，所述第一连接孔内套设所述电机轴；凸起，其垂直设置在所述转向节上，所述凸起上设置第二连接孔；涡轮轴，其竖直固定在所述第二连接孔内；电机座，其设置在所述转向节上，与所述转向节能够相对转动；下横臂，其一端与车身连接，另一端与所述电机座铰接；转向电机，其设置在所述电机座上，所述转向电机的输出端设置蜗杆，所述蜗杆与所述涡轮轴啮合。本发明提供了一种用于电动轮驱动汽车的线控转向机构，采用电传连接，通过转向电机、蜗轮蜗杆结构直接驱动车轮转向。

Description

一种用于电动轮驱动汽车的线控转向机构及其控制方法
技术领域
本发明涉及汽车转向系统技术，具体涉及一种用于电动轮驱动汽车的线控转向机构及其控制方法。
背景技术
汽车转向系统是用来改变或保持汽车行驶或倒退方向的一系列装置。汽车转向系统的功能就是按照驾驶员的意愿控制汽车的行驶方向。汽车转向系统对汽车的行驶安全至关重要，因此汽车转向系统是汽车安全必须重视的系统。
现阶段汽车转向系统分为两大类：机械转向系统和动力转向系统。
机械转向系统以驾驶员的体力作为转向能源，其中所有传力件都是机械的。机械转向系统由转向操纵机构、转向器和转向传动机构三大部分组成。动力转向系统是兼用驾驶员体力和发动机动力为转向能源的转向系统。在正常情况下，汽车转向所需能量，只有一小部分由驾驶员提供，而大部分是由发动机通过动力转向装置提供的。但在动力转向装置失效时，一般还应当能由驾驶员独立承担汽车转向任务。因此，动力转向系是在机械转向系的基础上加设一套动力转向装置而形成的。但是由于人们对无人驾驶技术的不断探索，助力式转向结构不能满足未来智能车技术发展的需要。
发明内容
本发明为解决目前的技术不足之处，提供了一种用于电动轮驱动汽车的线控转向机构，采用电传连接，通过转向电机、蜗轮蜗杆结构直接驱动车轮转向；
本发明还提供一种用于电动轮驱动汽车的线控转向机构的控制方法，能够根据转向角度调节控制转向电机输出转速，使转向平稳、快速。
本发明提供的技术方案为：一种用于电动轮驱动汽车的线控转向机构，包括：
电动轮，其同轴中心具有电机轴；
转向节，其中心具有第一连接孔，所述第一连接孔内套设所述电机轴；
凸起，其垂直设置在所述转向节上，所述凸起上设置第二连接孔；
涡轮轴，其竖直固定在所述第二连接孔内；
电机座，其设置在所述转向节上，与所述转向节能够相对转动；
下横臂，其一端与车身连接，另一端与所述电机座铰接；
转向电机，其设置在所述电机座上，所述转向电机的输出端设置蜗杆，所述蜗杆与所述涡轮轴啮合。
优选的是，还包括：
上横臂，其平行于所述下横臂设置，所述上横臂的一端与车身连接，另一端与所述转向节铰接。
优选的是，
所述转向节的一端沿竖直方向设置第三连接孔；以及
还包括：球铰，其匹配设置在所述第三连接孔内，用于固定连接所述上横臂。
优选的是，
所述转向节的另一端竖直设置第四连接孔；
所述电机座中部设置通孔；以及
还包括：立轴，其匹配设置在所述第四连接孔和所述通孔内。
优选的是，
在所述转向节同侧设置两个第五连接孔；以及
还包括：制动卡钳，其通过所述第五连接孔固定在所述转向节侧面。
优选的是，还包括：
弹簧减震器，其一端固定在所述下横臂上，另一端固连车身。
优选的是，所述第二连接孔、所述第三连接孔和所述第四连接孔的中心共线。
优选的是，还包括：
制动盘，其同轴固定在所述电动轮的壳体上，与所述转向节同侧设置。
一种用于电动轮驱动汽车的线控转向机构的控制方法，包括：
当方向盘转角θ＝0时，转向电机不工作；
当方向盘转角θ≠0时，控制转向电机输出端的蜗杆转动，使车轮在水平平方向旋转。
优选的是，当车辆转向时，控制转向电机的输出端的转速n满足：
式中，f为校正系数，θ为转向时方向盘的转角，L1为上横臂的长度，L2为下横臂的长度，b为上横臂和下横臂的间距，d为转向电机的蜗杆长度，R为涡轮轴与电动轮的距离，G1为转向电机的重力，G2为电动盘的重力，n0为轮毂电机的基础转速。
本发明所述的有益效果：
1、采用蜗轮蜗杆减速机构，通过适当设计可以实现系统的反向自锁，即蜗杆可以驱动涡轮转动，涡轮不能反过来驱动蜗杆。在车辆断电时，车轮可以锁止不转动。
2、系统集成度高，驱动、转向、制动系统集成在一个模块里，结构简单。
3、线控转向系统取消了各部件间的机械连接，采用电信号将各个部件联系起来，便于未来汽车智能化发展。
4、提供一种用于电动轮驱动汽车的线控转向机构的控制方法，能够根据转向角度调节控制转向电机输出转速，使转向平稳、快速。
附图说明
图1为本发明所述的用于电动轮驱动汽车的线控转向机构示意图。
图2为本发明所述的用于电动轮驱动汽车的线控转向机构的转向节示意图。
图3为本发明的用于电动轮驱动汽车的线控转向机构的电机座示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
如图1所示，本发明的一种用于电动轮驱动汽车的线控转向机构，包括：电动轮100，电动轮100的中心同轴设置电机轴，电机轴的末端具有螺纹，转向节200设置在电动轮100的一侧，具有与电动轮电机轴连接的驱动部以及与转向机构连接的转向部，转向节200中心具体第一连接孔251，电机轴通过平键配合与转向节200的驱动部的第一连接孔251连接，电动轮100的电机轴末端通过压紧螺母限位。如图2所示，在转向节200的中部设置凸起240，凸起240水平设置，凸起240上沿竖直方向设置第二连接孔252。涡轮轴220匹配设置在第二连接孔252内，蜗轮轴220的一端为键槽轴，另一端具有螺纹末端有螺纹，通过螺母紧固限位。电机座230设置在所述转向节200上，与所述转向节200能够相对转动；下横臂420的一端与车身连接，另一端通过轴销与所述电机座230铰接；下横臂420可以绕铰接点铰接。转向电机300设置在所述电机座230上，所述转向电机300的输出端设置蜗杆310，所述蜗杆310与所述涡轮轴220啮合。
上横臂410平行于所述下横臂420设置，所述上横臂410的一端与车身连接，另一端与所述转向节200铰接。
如图2所示，所述转向节200的一端沿竖直方向设置第三连接孔253；所述第三连接孔253内匹配设置球铰411，所述球铰411固定连接所述上横臂410。
所述转向节200的另一端设置第四连接孔254；如图3所示，在所述电机座230中部设置通孔231；立轴232匹配设置在所述第四连接孔254和所述通孔231内。立轴232穿过电机座230的通孔231和转向节200转向部的第四连接孔254，将二者连接，立轴232下端有螺纹，通过螺母紧固限位。
所述转向节200的一侧设置两个第五连接孔255；制动卡钳210通过螺栓连接固定在所述第五连接孔255上，固定在所述转向节200的侧面。
所述第二连接孔252、所述第三连接孔253和所述第四连接孔254的中心共线。
制动盘110同轴固定在所述电动轮的壳体上，与所述转向节同侧设置。制动盘随车轮旋转，制动卡钳位置固定。当车辆制动时，制动卡钳在液压力的推动下，夹紧制动盘，使制动盘连同车轮停止旋转，实现车辆制动。
弹簧减震器500的一端固定在所述下横臂420上，另一端固连车身。
一种用于电动轮驱动汽车的线控转向机构的控制方法，包括：
当方向盘转角θ＝0时，转向电机不工作；
当方向盘转角θ≠0时，控制转向电机输出端的蜗杆转动，使车轮在水平平方向旋转。
当车辆转向时，控制转向电机的输出端的转速n满足：
式中，f为校正系数，θ为转向时方向盘的转角，单位为°；L1为上横臂的长度，单位为cm；L2为下横臂的长度，单位为cm；b为上横臂和下横臂的间距，单位为cm；d为转向电机的蜗杆长度，单位为cm；R为涡轮轴与电动轮的距离，单位为cm；G1为转向电机的重力，单位为N；G2为电动盘的重力，单位为N；n0为轮毂电机的基础转速，单位为r/s。
当驾驶员意图使车辆保持一个固定方向行驶时，转向电机300不工作，由于蜗轮蜗杆具有自锁特性，即涡轮轴220不能带动蜗杆310旋转，车辆此时不会改变原有行驶方向。当驾驶员意图改变车辆行驶方向时，转向电机300工作，其输出轴蜗杆310转动，带动与之啮合的涡轮轴220旋转。蜗轮轴220通过平键固定在转向节200转向部的第二连接孔252上，蜗轮轴220旋转带动转向节200绕第二连接孔252、第三连接孔253、第四连接孔254轴线转动，此轴线即为主销轴线。与转向节200固连的电动轮100随之转动，实现车辆转向。球铰411和立轴232保证了车轮可以绕主销轴线转动。转向过程中，电机座230、上横臂410和下横臂420与车身保持相对静止。在不平路面上行驶时，球铰411，连接电机座230和下横臂420的销轴可以使车轮上下跳动。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (4)

1.一种用于电动轮驱动汽车的线控转向机构的控制方法，其特征在于，
所述用于电动轮驱动汽车的线控转向机构，包括：
电动轮，其同轴中心具有电机轴；
转向节，其中心具有第一连接孔，所述第一连接孔内套设所述电机轴；
凸起，其垂直设置在所述转向节上，所述凸起上设置第二连接孔；
涡轮轴，其竖直固定在所述第二连接孔内；
电机座，其设置在所述转向节上，与所述转向节能够相对转动；
下横臂，其一端与车身连接，另一端与所述电机座铰接；
转向电机，其设置在所述电机座上，所述转向电机的输出端设置蜗杆，所述蜗杆与所述涡轮轴啮合；
上横臂，其平行于所述下横臂设置，所述上横臂的一端与车身连接，另一端与所述转向节铰接；
所述转向节的一端沿竖直方向设置第三连接孔；以及
球铰，其匹配设置在所述第三连接孔内，用于固定连接所述上横臂；
所述转向节的另一端竖直设置第四连接孔；
所述电机座中部设置通孔；以及
立轴，其匹配设置在所述第四连接孔和所述通孔内；
所述第二连接孔、所述第三连接孔和所述第四连接孔的中心共线；
所述用于电动轮驱动汽车的线控转向机构的控制方法，包括：
当方向盘转角θ＝0时，转向电机不工作；
当方向盘转角θ≠0时，控制转向电机输出端的蜗杆转动，使车轮在水平平方向旋转；
当车辆转向时，控制转向电机的输出端的转速n满足：
式中，f为校正系数，θ为转向时方向盘的转角，L1为上横臂的长度，L2为下横臂的长度，d为转向电机的蜗杆长度，R为涡轮轴与电动轮的距离，G1为转向电机的重力，G2为电动轮的重力，n0为电动轮的基础转速。
2.根据权利要求1所述的用于电动轮驱动汽车的线控转向机构的控制方法，其特征在于，
在所述转向节同侧设置两个第五连接孔；以及
还包括：制动卡钳，其通过所述第五连接孔固定在所述转向节侧面。
3.根据权利要求2所述的用于电动轮驱动汽车的线控转向机构的控制方法，其特征在于，还包括：
弹簧减震器，其一端固定在所述下横臂上，另一端固连车身。
4.根据权利要求3所述的用于电动轮驱动汽车的线控转向机构的控制方法，其特征在于，还包括：
制动盘，其同轴固定在所述电动轮的壳体上，与所述转向节同侧设置。
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