CN110356220A

CN110356220A - 一种全数控集成车轮系统

Info

Publication number: CN110356220A
Application number: CN201910686342.6A
Authority: CN
Inventors: 不公告发明人
Original assignee: ZHANG ZHONG QIANG
Current assignee: ZHANG ZHONG QIANG
Priority date: 2019-07-29
Filing date: 2019-07-29
Publication date: 2019-10-22

Abstract

一种集合车轮动力单元、车轮悬架单元、车轮转向单元，至少其两单元以上容纳在车轮内部空间的集成车轮系统。车轮动力电机、悬架直线电机、转向电机都采用数控系统。极简布局，可靠安全。

Description

一种全数控集成车轮系统

技术领域

本发明涉及车轮特别是新能源电动车车轮、车辆动力系统、车辆悬架系统、车辆制动系统、车辆转向系统的构造和完全集中构造在车轮内部的集成车轮。

背景技术

本人已申请发明专利：201910622493.5。此发明是对集成车轮系统的机械架构论述。本发明是对集成车轮数控硬件平台的论述。

车辆控制系统是非常复杂的。简论如下：

动力传动方面：巡航控制ACCS，动力学控制VDC。

车辆制动方面：防抱死ABS。

车辆操纵方面：四轮转向4WS，主动侧倾ARC，车辆动力学VDC。

人机方面：车辆震动、平顺控制。

交通方面：智能控制、无人智能控制。

自测自修复系统：ECU。

以上所有控制对车辆的安全、方便、舒适都很重要。在传统车轮、底盘基础上实现以上控制成本高、设计难、结构也过复杂。

实施以上各类控制的硬件专利太多，这里不在列举。

本人是在发明专利申请：201910622493.5的基础上构建车辆控制系统硬件平台

发明内容

发明所要解决的问题

无论燃料传统车辆还是现有新能源车若全实现上述各类控制其核心是车轮。通过在底盘上设置各类控制平台再控制车轮是现有技术的基础。这种“间接”控制车轮缺陷是控制链长、集成难、发展瓶颈多。

全数字化控制是新能源车的发展方向，以实现智能化、无人化。

发明专利：201910622493.5实现了动力、转向、悬架、制动全功能设置在车轮内部，这样就易实现全数控集成车轮系统平台的构建。

实现全数控硬件通用平台的集成车轮是本发明的目的。

用于解决的技术方案

为解决上述问题，本发明的技术方案如下：

一种集合车轮动力单元、车轮悬架单元、车轮转向单元，至少其两单元以上容纳在车轮内部空间的集成车轮系统。

车轮动力单元其特征是由数控旋转电机组件组成。

车轮悬架单元其特征是由数控直线电机组件和弹簧或弹簧减震组成。

车轮转向单元其特征是由数控扭转电机组件组成。

右轮毂、左轮毂设置在轮圈两侧，左右轮毂内侧安装大轴承，大轴承内孔内侧安装具有较大容纳空间的壳型主轴。

壳型主轴，例如图1、2，其特征在于由大轴承内孔向大轴承外圈方向延伸内部空间设置，在其内部空间两侧设置滑动式主动悬架单元，滑动式主动悬架单元有直线电机组件和弹簧或弹簧悬架组成。

动力轮壳型主轴，例如图1、2，其特征是在其内部空间于车轮经向设置动力传动动力轴，动力轴一端安装小齿轮，与小齿轮啮合的大齿轮连接在左或右轮毂上。

上述车轮特征是壳型主轴其内部空间中部设置有可上下滑动的框式十字支撑组件，例如图5。

转向车轮的框式十字支撑组件，例如图5、图9，由竖向(车轮经向)框和横向(车轮轴向)框构成。二框十字交叉活动连接以实现车轮转向功能。框式十字支撑组件特征是竖向框两侧与数控直线电机组件连接，数控直线电机组件用弹簧或弹簧减震支撑而组成主动悬架，此主动悬架控制车身震动、姿态等。竖向框上下设置有轴颈，轴颈近端是转向轴承轴颈，远端轴颈与数控扭转电机转子连接。数控扭转电机组件安装在横向框上下部，其转子带动竖向框转动，从而带动车轮动力转向。横向框侧向横出与车架连接。

非转向车轮框式十字支撑组件，例如图11，其特征是竖向框横向直连车架。

数控旋转电机组件其特征是它竖向固定在框式十字支撑的中部框内，其电机转子与动力轴套联。电机转子驱动动力轴转动，动力轴依次带动小齿轮，大齿轮，轮毂，轮圈、轮胎旋转。数控旋转电机组件可沿动力轴上下滑动并驱动动力轴。

如上所述的车轮，壳型主轴外侧轴孔优选地有密封盘，如55，密封盘外侧有车轮三大数控驱动电机的外置冷却管网或格栅，密封盘内侧有车轮三大数控驱动电机的冷却动力系统，如冷却泵、压缩机等；密封盘内侧还设置有车轮的电子控制系统，其由必要的传感器(电子陀螺仪、胎压传感器、热电偶等)、芯片、数据处理器、线路板等组成。壳型主轴5内侧轴孔优选地用橡胶密封20来密封。

如上所述的车轮，数控直线电机组件，例如图7，优选地由管式(棒式)直线电机动子、定子、电驱制动器、内置或外置直线编码器、压力传感器、热电偶等组成。

如上所述的车轮，数控扭转电机组件，例如图6，优选地由数控力矩直驱电机转子、定子、编码器、扭矩传感器、热电偶等组成。

如上所述的车轮，数控旋转电机组件，例如图8，优选地由数控伺服电机或数控直驱电机转子、定子、内置或外置编码器、电驱制动器、热电偶、扭矩传感器组成。

优选地，如1所述的集成车轮系统中壳型主轴5内缘起安装制动单元，如碟式制动单元7，或鼓式制动。

优选地，转向臂与竖向框连接，转向臂再连传统式转向机以实施车轮人工转向。

发明效果

1.实现了车轮转向、悬架、动力、制动全数字驱动控制，车辆各类控制系统很易实现且可集成化、微型化。

2.结构简单、合理、可靠，簧下重量轻。

3.车轮转向、制动采用机械和电驱双置式，车辆更加安全。

附图说明

附图编号

附图代号：

1.轮胎

2.右轮毂

3.左轮毂

4.大轴承

5.壳型主轴

6.动力轴(中轴)

7.刹车组件

8.轮圈

9.直线电机定子

10.小齿轮

11.大齿轮

12.转向车轮竖向框

14.横向框

17.转向轴承

18.弹簧或弹簧减震器

19.转向臂

20.橡胶密封

21.非转向轮竖向框

31.转向数控电机组件

61.悬架数控电机组件

91.动力数控电机组件

图1、图2是是壳型主轴5零件图。

图3是转向轮竖向框12。

图4是横向框14。

图5是转向轮框式十字支撑组件立体图。

图6是数控扭转电机组件。

图7是数控直线电机组件。

图8是数控动力电机组件。

图9是转向动力车轮中部零件结构图。

图10是转向动力车轮结构图。

图11是非转向轮竖向框结构图。

具体实施例

以下是本发明的实施例，并参图说明。本发明不限下述实施例，能够基于本领域从业人员的知识以实施的各种变更、改良应属本专利。

[实施例]

实施例是转向、动力全数控集成轮。

本发明有三大驱动电机：转向电机，悬架电机，动力电机。

图6转向电机组件31优选数控直驱力矩电机。一般有电机(力矩电机)定子313，DD电机，动子312，编码器和必要传感器如热电偶311组成。由于安全需求，一般成对配置。常识可知转向电机31也可适用直流电机、步进电机、伺服电机、超声波电机等。

图7悬架电机组件61优选管式(棒式)直线电机。一般有定子9，内置直线编码器的直线电机动子612，电驱制动器613，压力传感器614以及其他传感器等组成。由于直线电机功率越大动子612越长，车轮内部是园型空间长度受限，所以可以并排设置两组即4个或三组即6个等直线电机以增大功率。数控直线电机组件61和弹簧18直接构成主动悬架。常识可知直线电机61也可采用U型槽式直线电机、伺服驱动电缸、电驱直线滑台等。

图8是车轮动力数控电机组件91，优选伺服电机或数控直驱电机。一般有内置编码器的定子912，转子911，电驱制动器和热电偶913组成。常识可知动力电机91也可采用步进电机、直流电机、交流电机等。

本发明有三个较特殊的零件：壳型主轴5，竖向框12，横向框14。

图1、图2是壳型主轴5。51是动力轴6的端头轴承座套。52是直线电机定子固定座。53是车轮大轴承4的轴颈。54是外侧轴孔密封盘。55是车轮三大驱动电机的外置冷却管网或格栅。56是车轮三大驱动电机的冷却动力源，如冷却泵等。57是车轮的电子控制系统，一般有必要的传感器、芯片、数据处理器、线路板等。参考图10，壳型主轴5内侧轴孔用橡胶密封20来密封。

图3是竖向框12。121是转向轴承轴颈。126是转向电机31的驱动轴颈。123是直线电机组件61的安装板。

图4是横向框14。141是转向轴承17的轴套。142是车架连接立撑。143是车架连接横管。144是车架连接法兰。145是转向电机31安装座。

参照图9、图10论述本专利。

轮胎1安装在轮圈8上。轮圈8内两侧安装左右轮毂2、3。左右轮毂2、3套装大轴承4。大轴承4内圈安装壳型主轴5。

壳型主轴5内孔连接碟刹组件7的托架，本发明不细论述其余构造。明显地，左右轮毂3、2直接作为碟刹盘或碟刹盘底板最合理。这样刹车力很小并且简单可靠。

壳型主轴5中部安装动力轴6。动力轴6一端安装小齿轮10，小齿轮10啮合大齿轮11，大齿轮11固定在左轮毂上，这样动力轴6带动轮圈8、轮胎1转动。

壳型主轴5两侧安装悬架电机组件61，在悬架电机组件61下设置弹簧或弹簧减震18。这样就组成了车轮主动悬架。

壳型主轴中心附近设置框式十字支撑组件图5所示。框式十字支撑组件是由竖向(车轮经向)框12和横向(车轮轴向)框14构成。

图3是竖向框12。竖向框12两侧安装悬架电机组件，中部上下设置有转向轴承17的轴颈121。123是口字型框架，上下端有花键轴126。框式十字支撑组件组装后竖向框12与横向框14可交叉转动，使车轮转向。转向臂19设置在竖向框上。

图4是横向框14。口型框142上下端145有转向轴承17的座套141并安装转向电机组件31，转向电机组件31的转子带动竖框12的轴颈126转动，然后依次带动竖框12、悬架电机组件61、壳型主轴5、大轴承4、车轮转动，以实现车轮动力转向。

车轮动力电机组件91安装在竖向框12框内。转子911驱动动力轴6并上下可滑动，动力轴6带动车轮转动。

有人驾驶状态下，方向盘通过转向机带动转向臂19使车轮转向。转向电机组件31可为助转向。无人驾驶状态下，车辆控制中心发出信号，转向电机组件31使车轮转向，编码器311和车轮电子控制系统57反馈信号并一起控制车轮转向。

有人驾驶状态下，制动踏板通过制动组件7刹车。动力电机组件91可助力。无人驾驶状态下，车辆控制中心发出信号，动力电机组件91制动。动力电机组件91内置的编码器和车轮电子控制系统57反馈信号并一起控制车轮制动。

有人或无人驾驶状态下，车辆调速控制机构通过车辆控制中心和车轮控制系统57一起控制车轮转速。

直线电机组件61和弹簧18直接构成主动悬架。由于弹簧力抵消了车辆重力，直线电机组件61作用是提供车轮随地面弹跳和侧风、制动、转向等因素对弹簧托举力增减的再平衡能量。在驾驶员要求或车辆控制中心要求下，直线电机组件61根据压力传感器614和车轮控制系统57控制车身上下(ARC控制)或不上不下(无震动平顺控制)，以消除车轮弹跳对车身的影响，并可调整车身姿态，转向时也可内倾等。所以直线电机耗能并没有特别高，而效果将超出人们的预期。如将诞生无一丝颠簸感、摇摆感、仰俯感的车辆等。

通过以上论述，车轮的控制系统最简单化地转成了普通数控系统。数控系统常识可知，车辆的各类控制如ABS、4WS、ARC、VDC、平顺控制等很易实现，这里不再祥述。

普通数控系统精度在微米级，甚至更高，成本很高。车轮转向、动力、制动、悬架的驱动和控制精度可比数控精度低一两个数量级就行。低精度的数控电机和驱动器成本已较低了，所以新能源车采用数控成本并不高。随着新能源车数控元件大规模应用，成本将大大降低。

现普通新能源车前轮无动力，如上[0026]所述的车轮只需去掉动力轴6、小齿轮10、大齿轮11即是无动力转向前轮。

现普通新能源车后轮无转向，如上[0026]所述的车轮只需去掉横框14，竖框12改为图11所示非转向轮竖框21即可。

如上[0026]所述的车轮的部分技术应用，这里不再论述。依常识可适用。

如上[0026]所述的车轮各图没显示各种接线端口及导线连接等，这些不是本专利论述的要点，本人一概忽略。

本发明论述中的方向性词上下、左右、前后、内外、中侧等无特定指向仅供参考，因为三维空间原点人类无约定共识

本发明论述中连接、设置、有、固定、安装等机械联系的简单架构无特定指向仅供参考。

Claims

1.一种集合车轮动力单元、车轮悬架单元、车轮转向单元，至少其两单元以上容纳在车轮内部空间的集成车轮系统。

车轮动力单元其特征是由数控旋转电机组件组成。

车轮转向单元其特征是由数控扭转电机组件组成。

2.如1所述的车轮，壳型主轴外侧轴孔优选地有密封盘，如55，密封盘外侧有车轮三大数控驱动电机的外置冷却管网或格栅，密封盘内侧有车轮三大数控驱动电机的冷却动力系统，如冷却泵、压缩机等；密封盘内侧还设置有车轮的电子控制系统，其由必要的传感器(电子陀螺仪、胎压传感器、热电偶等)、芯片、数据处理器、线路板等组成。壳型主轴5内侧轴孔优选地用橡胶密封20来密封。

3.如1所述的车轮，数控直线电机组件，例如图7，优选地由管式(棒式)直线电机动子、定子、电驱制动器、内置或外置直线编码器、压力传感器、热电偶等组成。

4.如1所述的车轮，数控扭转电机组件，例如图6，优选地由数控力矩直驱电机转子、定子、编码器、扭矩传感器、热电偶等组成。

5.如1所述的车轮，数控旋转电机组件，例如图8，优选地由数控伺服电机或数控直驱电机转子、定子、内置或外置编码器、电驱制动器、热电偶、扭矩传感器组成。

6.优选地，如1所述的集成车轮系统中壳型主轴5内缘起安装制动单元，如碟式制动单元7，或鼓式制动。

7.优选地，转向臂与竖向框连接，转向臂再连传统式转向机以实施车轮人工转向。