CN110525512B - 一种基于麦弗逊悬架的线控转向机构及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于麦弗逊悬架的线控转向机构，包括：电机座；转向电机，其固定设置在所述电机座上；减速箱，其设置在所述电机座与所述转向电机之间，所述减速箱的动力输入轴与所述转向电机的动力输出轴连接；轮毂电机，其电机轴为定子，电机壳体为转子；转向节，其固定安装在所述电机轴上；其中，所述减速箱的动力输出轴穿过所述电机座，并且与所述转向节固定连接；两个下横臂；两个球铰总成，其一端与分别所述两个下横臂的一端连接，另一端分别与所述电机座连接；其中，所述两个下横臂的另一端分别与车身连接。同时，本发明还提供了一种基于麦弗逊悬架的线控转向机构的控制方法。

Description

一种基于麦弗逊悬架的线控转向机构及其控制方法

技术领域

本发明属于汽车转向系统与悬架系统技术领域，特别涉及一种基于麦弗逊悬架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。

因此，线控转向系统应运而生。汽车线控转向系统取消了转向盘与转向轮之间的机械连接，完全由电传实现转向，摆脱了传统转向系统的各种限制，不但可以自由设计汽车转向的力传递特性，而且可以设计汽车转向的角传递特性，给汽车转向特性的设计带来巨大的空间。

发明内容

本发明的目的之一是提供一种基于麦弗逊悬架的线控转向机构，其采用两个分开设置的下横臂，能够提高车辆在转向行驶过程中的稳定性；并且通过两个球铰总成连接下横臂和电机座，能够避免电机座与下横臂在转向时出现间隙，从而提高转向精度。

本发明的目的之二是提供一种基于麦弗逊悬架的线控转向机构的控制方法，根据汽车行驶速度v及方向盘转角θ控制转向电机的转速，进而调整车轮转向速度，以提高车辆转弯过程中的安全性。

本发明提供的技术方案为：

一种基于麦弗逊悬架的线控转向机构，包括：

电机座；

转向电机，其固定设置在所述电机座上；

减速箱，其设置在所述电机座与所述转向电机之间，所述减速箱的动力输入轴与所述转向电机的动力输出轴连接；

轮毂电机，其电机轴为定子，电机壳体为转子；

转向节，其固定安装在所述电机轴上；

其中，所述减速箱的动力输出轴穿过所述电机座，并且与所述转向节固定连接；

两个下横臂；

两个球铰总成，其一端与分别所述两个下横臂的一端连接，另一端分别与所述电机座连接；

其中，所述两个下横臂的另一端分别与车身连接。

优选的是，所述下横臂的一端开设有第一连接孔，所述电机座的一端开设有第二连接孔；

其中，所述第一连接孔与所述第二连接孔同轴设置；所述球铰总成的球头座通过过盈配合连接在所述第一连接孔中，所述球铰总成的球头销锥段通过锥孔配合连接在所述第二连接孔中。

优选的是，所述转向节上开设有第一键槽孔，所述轮毂电机的电机轴与所述第一键槽孔键连接。

优选的是，所述转向节上还开设有第二键槽孔，所述减速箱的动力输出轴与所述第二键槽孔键连接。

优选的是，所述的基于麦弗逊悬架的线控转向机构，其特征在于，还包括：弹簧减震器；

其中，所述转向节上具有连接套筒，所述连接套筒与所述第二键槽孔同轴设置；所述弹簧减震器的一端同轴设置在所述连接套筒中，并且与所述连接套筒固定连接，另一端与车身固定连接。

优选的是，所述电机座的两侧同轴嵌入式设置有两个轴承，所述减速箱的动力输出轴匹配支撑在所述两个轴承中。

优选的是，所述的基于麦弗逊悬架的线控转向机构，还包括：

制动盘，其固定连接在所述电机壳体上，并且与所述电机轴同轴设置；

制动卡钳，其固定连接在所述转向节上。

一种基于麦弗逊悬架的线控转向机构的控制方法，使用所述的基于麦弗逊悬架的线控转向机构，包括如下步骤：

步骤一、在汽车转弯过程中，采集汽车行驶速度v及方向盘转角θ；

步骤二、根据所述汽车行驶速度v及方向盘转角θ控制转向电机的转速为：

式中，ξ为校正系数，n₀为转向电机的基准转速，θ₀为基准方向盘转角；v₀为基准汽车行驶速度，I为减速箱的减速比。

优选的是，所述的基于麦弗逊悬架的线控转向机构的控制方法，还包括根据汽车行驶速度，确定校正系数；其中：

当v≤30Km/h时，ξ＝0.95～0.99；

当v＞30Km/h时，

式中，L为汽车的车身长度，L_min为设定的车身长度最小值，L_max为设定的车身长度最大值，m为整车质量，m₀为基准整车质量。

本发明的有益效果是：

(1)本发明提供的基于麦弗逊悬架的线控转向机构，采用两个分开设置的下横臂，能够提高车辆在转向行驶过程中的稳定性。

(2)本发明提供的基于麦弗逊悬架的线控转向机构，通过两个球铰总成连接下横臂和电机座，能够避免电机座与下横臂在转向时出现间隙，从而提高转向精度。

(3)本发明提供的基于麦弗逊悬架的线控转向机构，在制造过程中就可以保证转向节的连接套筒与第二键槽孔同轴，将弹簧减震器固定在连接套筒中，从而降低了设计、装配的难度。

(4)本发明提供的基于麦弗逊悬架的线控转向机构的控制方法，能够根据汽车行驶速度v及方向盘转角θ控制转向电机的转速，进而调整车轮转向速度，以提高车辆转弯过程中的安全性。

附图说明

图1为本发明所述的基于麦弗逊悬架的线控转向机构的示意图。

图2为本发明所述的转向节的结构示意图。

图3为本发明所述的电机座的结构示意图。

图4为本发明所述的下横臂的结构示意图。

图5为本发明所述的球铰总成的结构示意图。

图6为本发明所述的电机座与下横臂的连接方式示意图。

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1-3所示，本发明提供了一种基于麦弗逊悬架的线控转向机构，主要包括：电动轮100、转向节110、电机座120、转向电机130、减速箱140、两个下横臂150、球铰总成160、弹簧减震器总成170、制动盘180及制动卡钳190。

电动轮100由车轮和轮毂电机组成，轮毂电机的电机轴为定子，电机壳体为转子，轮毂电机壳体带动车轮转动，所述电机轴与所述车轮同轴设置；转向节110中心具有键槽孔111，键槽孔111内套设所述电机轴；所述电机轴通过平键与键槽孔111配合，形成固定连接；同时，在电机轴的末端具有螺纹，并且通过螺母紧固限位，防止电机轴与转向节110之间发生轴向移动；电机座120设置在转向节110上，并且电机座120与转向节110能够相对转动。电机座120上固定设置有减速箱140，减速箱140内部设置有行星齿轮结构、蜗轮蜗杆结构或锥齿轮结构；转向电机130设置在减速箱140上，其中，减速箱140的动力输入轴与转向电机130的动力输出轴连接，减速箱140的动力输出轴下端穿过电机座120，并且与转向节110固定连接。两个下横臂150平行设置，下横臂150的一端与车身连接，另一端与电机座120通过球铰总成160铰接。其中，转向电机130为安装有制动装置的伺服电机，在不工作时可以实现自锁。采用两个分开设置的下横臂，能够提高车辆的行驶稳定性。

在本实施例中，在转向节110的下端，开设有键槽孔112，减速箱140的动力输出轴与键槽孔112通过平键配合，形成固定连接；电机座120在与键槽孔112相对应的位置处开设有一个通孔121，电机座120的上下表面与通孔121同轴线设置有两个凹槽122，两个凹槽122中分别安装有锥轴承120a，减速箱140的动力输出轴从通孔121中穿过，末端延伸至键槽孔112下方；减速箱140的动力输出轴同时支撑在两个凹槽122的锥轴承120a中，减速箱140的动力输出轴末端(下端)具有螺纹，通过螺母紧固限位；从而实现转向节110和电机座120的相对转动。电机座120的上下两面处均装有轴承，能够有效减少与减速箱140的动力输出轴的滑动摩擦。

转向节110上端具有连接套筒113，连接套筒113与键槽孔112同轴设置；所述弹簧减震器总成170的下端同轴焊接在连接套筒113中，弹簧减震器总成170上端与车身固定连接。弹簧减震器总成170吐过通过螺栓与转向节上端连接，在装配过程中不易保证共轴线。而采用连接套筒的连接方式，在制造过程中就可以保证转向节的连接套筒113与键槽孔112共轴线，弹簧减震器总成170套置于连接套筒113中，并通过焊接固定，即可保证弹簧减震器总成170与键槽孔112共轴线，此轴线即为主销轴线。从而降低了设计、装配的难度。

同时，在转向节110的右侧开设有两个制动卡钳连接孔114a、114b，制动卡钳190通过两个制动卡钳连接孔114a、114b固定在所述转向节110的侧面，制动盘180通过螺栓固定在电动轮100的轮毂电机壳体上，随电动轮100转动而转动。

如图4-6所示，下横臂150的一端开设有连接孔151，另一端开设有连接孔152，其中连接孔151与连接孔152的轴线方向垂直。电机座120的一端开设有两个连接孔123和124；连接孔123和连接孔124分别与两个下横臂150的连接孔151同轴设置，球铰总成160包括球头座161和球头销162；球头座161通过过盈配合连接在连接孔151中，所述球头销162的锥段通过锥孔配合连接在连接孔123中和连接孔124中，球头销162的上端通过螺母紧固。两个球铰总成160的球头旋转中心的连线即为电机座120与下横臂150相对转动的轴线，可以实现车轮上下跳动。下横臂150的另一端通过连接孔152与车身铰接。

如果下横臂150与电机座120通过销轴连接，为保证下横臂150与电机座120之间能够上下跳动，销轴需要沿水平方向设置；电机座和下横臂连接处(在水平方向上)会出现间隙，转向时车轮产生摆动，有转角误差。采用两个球铰总成160连接下横臂150和电机座120，能够避免转角误差，提高转向精度。

所述基于麦弗逊悬架的线控转向机构的工作原理为：当驾驶员意图使车辆保持一个固定方向行驶时，转向电机130不工作，转向电机的制动装置起作用，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130工作，动力经减速箱140内的减速机构传递给减速箱140的动力输出轴，减速箱140的动力输出轴通过平键将力传递给转向节110的键槽孔112，从而带动转向节110转动。车轮和制动部分固定安装在转向节110上，因此，实现了车轮绕弹簧减震器总成170和转向节110的连接孔112的公共轴线转动。在不平路面上行驶时，弹簧减震器总成170，连接电机座120和下横臂150的球铰总成160可以使车轮上下跳动。

同时，本发明还提供了一种基于麦弗逊悬架的线控转向机构的控制方法，包括如下步骤：

步骤一、在汽车转弯过程中，通过速度传感器采集汽车行驶速度v及通过方向盘转角传感器采集方向盘转角θ；并将采集到的信息传输至汽车的ECU；

步骤二、汽车的ECU根据所述汽车行驶速度v及方向盘转角θ控制转向电机的转速为：

式中，ξ为校正系数，n₀为转向电机的基准转速，θ₀为基准方向盘转角，单位：度；v₀为基准汽车行驶速度，单位：Km/h，I为减速箱的减速比。

其中，n₀＝2000～2500r/min，θ₀＝360～400度，v₀＝40～50Km/h。

在另一个实施例中，还包括：根据汽车行驶速度，确定校正系数；其中：

当v≤30Km/h时，ξ＝0.95～0.99；

当v＞30Km/h时，

式中，L为汽车的车身长度，单位：m；L_min为设定的车身长度最小值，单位：m；L_max为设定的车身长度最大值，单位：m；m为整车质量，单位：Kg；m₀为基准整车质量，单位：Kg。整车质量m可以通过在汽车上安装重量传感器进行检测，并传输至汽车的ECU，其它参数可设定后预先储存在汽车EUC的存储模块中。

其中，L_min＝3～3.5m；L_max＝6～6.5m，m₀＝1500～1800kg。

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 (7)

1.一种基于麦弗逊悬架的线控转向机构的控制方法，其特征在于，所述的基于麦弗逊悬架的线控转向机构，包括：

电机座；

转向电机，其固定设置在所述电机座上；

减速箱，其设置在所述电机座与所述转向电机之间，所述减速箱的动力输入轴与所述转向电机的动力输出轴连接；

轮毂电机，其电机轴为定子，电机壳体为转子；

转向节，其固定安装在所述电机轴上；

其中，所述减速箱的动力输出轴穿过所述电机座，并且与所述转向节固定连接；

两个下横臂；

两个球铰总成，其一端分别与所述两个下横臂的一端连接，另一端分别与所述电机座连接；

其中，所述两个下横臂的另一端分别与车身连接；

所述的控制方法包括如下步骤：

步骤一、在汽车转弯过程中，采集汽车行驶速度v及方向盘转角θ；

步骤二、根据所述汽车行驶速度v及方向盘转角θ控制转向电机的转速为：

式中，ξ为校正系数，n₀为转向电机的基准转速，θ₀为基准方向盘转角；v₀为基准汽车行驶速度，I为减速箱的减速比；

还包括根据汽车行驶速度，确定校正系数；其中：

当v≤30Km/h时，ξ＝0.95～0.99；

当v＞30Km/h时，

式中，L为汽车的车身长度，L_min为设定的车身长度最小值，L_max为设定的车身长度最大值，m为整车质量，m₀为基准整车质量。

2.根据权利要求1所述的基于麦弗逊悬架的线控转向机构的控制方法，其特征在于，所述下横臂的一端开设有第一连接孔，所述电机座的一端开设有第二连接孔；

其中，所述第一连接孔与所述第二连接孔同轴设置；所述球铰总成的球头座通过过盈配合连接在所述第一连接孔中，所述球铰总成的球头销锥段通过锥孔配合连接在所述第二连接孔中。

3.根据权利要求2所述的基于麦弗逊悬架的线控转向机构的控制方法，其特征在于，所述转向节上开设有第一键槽孔，所述轮毂电机的电机轴与所述第一键槽孔键连接。

4.根据权利要求3所述的基于麦弗逊悬架的线控转向机构的控制方法，其特征在于，所述转向节上还开设有第二键槽孔，所述减速箱的动力输出轴与所述第二键槽孔键连接。

5.根据权利要求4所述的基于麦弗逊悬架的线控转向机构的控制方法，其特征在于，所述的基于麦弗逊悬架的线控转向机构还包括：弹簧减震器；

其中，所述转向节上具有连接套筒，所述连接套筒与所述第二键槽孔同轴设置；所述弹簧减震器的一端同轴设置在所述连接套筒中，并且与所述连接套筒固定连接，另一端与车身固定连接。

6.根据权利要求4或5所述的基于麦弗逊悬架的线控转向机构的控制方法，其特征在于，所述电机座的两侧同轴嵌入式设置有两个轴承，所述减速箱的动力输出轴匹配支撑在所述两个轴承中。

7.根据权利要求6所述的基于麦弗逊悬架的线控转向机构的控制方法，其特征在于，所述的基于麦弗逊悬架的线控转向机构还包括：

制动盘，其固定连接在所述电机壳体上，并且与所述电机轴同轴设置；

制动卡钳，其固定连接在所述转向节上。

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