CN110861456A - 一种用于线控转向车辆上的下横臂连接结构和转向结构及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于线控转向车辆上的下横臂连接结构，包括：转向节；转向电机座，其固定设置在所述转向节的一侧，所述转向电机座一侧开设有第一轴孔；下横臂，其一侧设置有两个支耳，所述支耳内部设置有第二轴孔；销轴，其同时穿过所述第二轴孔和所述第一轴孔，使所述下横臂与所述转向电机座转动连接；两个轴套，其分别套设在所述销轴的两端，两个第一轴承，其内圈分别对应套设在所述轴套的另一端上；两个压盖，其分别对应抵靠在在所述第一轴承的外圈上，并与所述第二轴孔固定连接，所述压盖上沿轴向方向开设有内螺纹孔；两个压紧螺栓。本结构能够在车轮跳动时，防止电机座与下横臂在车辆运动时产生间隙。

Description

一种用于线控转向车辆上的下横臂连接结构和转向结构及其 控制方法

技术领域

本发明涉及一种用于线控转向车辆上的下横臂连接结构和转向结构及其控制方法，属于汽车转向控制领域。

背景技术

线控转向即“Seer-By-Wire”，属于线控技术“X-By-wire”的一种。线控转向最早源于航天科技，源自航空驾驶的“Fly-By-Wire”，随后随着电子技术及控制技术的发展越来越多的人们开始研究线控转向在汽车领域的应用。

早在20世纪60年代，德国Kasselmann就尝试将机械转向系统用电子控制系统来替代，但受限于当时的科技水平未能成功。1990年，德国奔驰公司开始了线控转向的研究，并基于对线控转向的研究推出了一款F400Carving概念车。2000年，宝马公司推出了一款Z22概念车，通过适当的控制策略缩小了转向盘的转向角度，减少了驾驶员的操作难度。2010年，丰田公司推出了一款FT-EVⅡ概念车，通过旋钮和按键实现了车辆的加速、制动等功能。2015年英菲尼迪推出了全球首款应用了线控转向的量产车型Q50。

国内对线控转向的研究起步较晚，始于20世纪90年代。随着国家政策的推动，不少有实力的企业如一汽、东风等及各大科研单位加大了对线控转向车辆的研究，并产出了一系列的成果。

近年来随着人们对生活水平的要求提高及环境的不断恶化，汽车的节能、环保和安全主题被人们日益重视，受到了越来越多的关注，轮毂电机线控转向车辆展现出了广阔的前景。

发明内容

本发明设计开发了一种用于线控转向车辆上的下横臂连接结构，能够在车轮跳动时，通过第一轴承与压紧机构配合，使电机座绕销轴转动，防止电机座与下横臂在车辆运动时产生间隙，提高车辆运动时的稳定性。

本发明还设计开发了一种用于线控转向车辆上的转向结构，能够在汽车转向时通过转向电机直接带动转向节和车轮转动，转动灵活，转向角度大。

本发明还设计开发了一种用于线控转向车辆上的转向结构的控制方法，通过监测转向过程中行驶参数，并通过控制系统对车轮的实际转角进行控制，提高转向过程中车轮转向角度和的控制精度。

本发明提供的技术方案为：

一种用于线控转向车辆上下的横臂连接结构，包括：

转向节；

转向电机座，其固定设置在所述转向节的一侧，所述转向电机座一侧开设有第一轴孔；

下横臂，其一侧设置有两个支耳，所述支耳内部设置有第二轴孔；

销轴，其同时穿过所述第二轴孔和所述第一轴孔，使所述下横臂与所述转向电机座转动连接；

两个轴套，其分别套设在所述销轴的两端，并且所述轴套一端抵靠在所述第一轴孔的一端；

两个第一轴承，其内圈分别对应套设在所述轴套的另一端上；

两个压盖，其分别对应抵靠在在所述第一轴承的外圈上，并与所述第二轴孔固定连接，所述压盖上沿轴向方向开设有内螺纹孔；

两个压紧螺栓，其一端就有外螺纹，并分别匹配设置在所述内螺纹孔处，另一端抵靠在所述销轴的端面上。

优选的是，所述转向节的两端分别向外延伸形成第一延伸部和第二延伸部，所述转向电机座固定设置在所述第一延伸部上。

优选的是，所述转向电机座上还开设有凹槽；以及

还包括：第二轴承，其设置在所述转向电机座底部，所述第二轴承的轴承外圈与所述凹槽过盈配合，所述第二轴承的轴承内圈抵靠在所述第一延伸部上。

优选的是，所述第一轴承和所述第二轴承均为圆锥滚子轴承。

优选的是，所述转向电机的动力输出端穿过所述第二轴承后与所述第一延伸部固定连接。

优选的是，所述第一延伸部上开设有下孔，并且所述下孔内设置有键。

优选的是，所述转向电机的动力输出端上设置有键槽，并与所述键匹配设置，将所述转向电机的动力输出端与所述转向节固定。

优选的是，所述轴套的另一端上设置有台肩，所述第一轴承的内圈设置在所述台肩上。

一种用于线控转向车辆上的转向结构，其特征在于，使用所述的用于线控转向车辆上的下横臂连接结构，还包括：

转向电机，其固定设置在所述转向电机座上；

其中，所述转向电机的动力输出端穿过所述转向电机座后，与所述转向节固定连接。

一种用于线控转向车辆上的转向结构的控制方法，其特征在于，包括：

车辆转向时，将方向盘转角α、车速v输入到模糊控制器中，输出车轮的理论转角

将第i个控制过程中车轮的理论转角

和车轮的实际转角θ的偏差e、偏差变化率ec输入到PID控制器中，对车轮的实际转角θ进行误差补偿控制。

其中，所述方向盘转角α、所述车速v、所述车轮的理论转角

分为7个等级，所述偏差e和偏差变化率ec分为7个等级；

所述理论转角

和车轮的实际转角θ的偏差e的模糊论域为[-1,1]，定量化因子为1；所述偏差变化率ec的模糊论域为[-3,3]，定量化因子为1；

其中，所述转向电机在控制过程中工作电流的经验公式为：

式中，I_e为设定的工作电流，i为转向传动比，β为方向盘转角，θ为汽车质心偏角，L为减速箱输出轴长度，r为减速箱输出轴半径，m为汽车质量，v为汽车速度，t汽车行驶时间，C为补偿常数。

本发明所述的有益效果：本发明提出一种用于轮毂电机线控转向车辆下横臂的连接结构，该结构可以调节铰接处转向电机座与下横臂之间的间隙，保证转向电机座与下横臂连接处轴向间隙不发生改变，防止车辆运动时转向电机座与下横臂之间发生相对运动，提高车辆运动时的安全性、稳定性和平顺性。

本结构可以固定转向电机座与下横臂之间的轴向相对位置，防止由于下横臂连接处的制造误差、磨损变形等引起的间隙导致转向节与下横臂之前发生轴向移动、从而产生车轮抖动及转向角度不准确的问题，提高车辆运动时的性能。

附图说明

图1为本发明所述的线控转向车辆的转向系统的结构示意图。

图2为本发明所述的转向电机座与下横臂连接的结构示意图。

图3为本发明所述的转向电机座与下横臂连接结构的爆炸图。

图4为本发明所述的转向电机座与下横臂连接处的剖面示意图。

图5为本发明所述的转向电机座与下横臂连接处的局部放大示意图。

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1-5所示，本发明提供一种用于线控转向车辆上的下横臂连接结构，包括：转向节100、转向电机座200、下横臂400、弹簧减震器500、轮毂电机600、上横臂700。

如图1所示，转向节100的两端向转向节100的一侧延伸，形成第一延伸部110和第二延伸部120，转向节100的另一侧设置有轮毂电机600和制动钳610，转向电机座200固定设置在第一延伸部110上，第二延伸120上固定连接有上横臂700，电机座200一侧转动连接有下横臂400，上横臂700和下横臂400之间连接有弹簧减震器500。

如图2-5所示，在电机座200的一侧开设有第一轴孔220，在下横臂400朝向电机座200的一侧上设置有两个支耳410，在支耳410上，沿轴线方向开设有第二轴孔411。

在本发明中，作为一种优选，第二轴孔411为阶梯形结构。包括第一阶梯部、第二阶梯部和第三阶梯部，其中，第一阶梯部具有内螺纹，第一阶梯部、第二阶梯部以及第三阶梯部同轴设置并且直径依次减小。

销轴210的两端分别套设有轴套250，销轴210的一端穿过第二轴孔411和第一轴孔220后，将电机座200和下横臂400转动连接，轴套210的一端抵靠在第一轴孔220的端面上，轴套210的另一端设置有台肩，第一轴承260设置在轴肩上，第一轴承260的轴承内圈抵靠在台肩上，并与台肩过盈配合，在轴套210上，位于第二阶梯部内，设置有密封圈240，第一轴承260位于密封圈240上方。销轴210与第一轴孔220和轴套250之间为过渡配合。

压盖270具有外螺纹，能够与第一阶梯部的内螺纹相匹配，将压盖270与第一阶梯部相固定。压盖270设置在轴承260的顶部，并通过压盖270与第一阶梯部的配合将第一轴承260压紧，在压盖270的中心位置，沿轴向开设有内螺纹孔，压紧螺栓280的一端具有与内螺纹孔相匹配的外螺纹，压紧螺栓280的另一端依次穿过内螺纹孔和第一轴承260后，抵靠在销轴210的端面上。

在本发明中，作为一种优选，第一轴承260选用圆锥滚子轴承。

安装时，通过拧紧压盖270将第一轴承260压紧，进而通过第一轴承260将轴套250压紧，使轴套250的一端抵靠在电机座200第一轴孔220的端面上，从而固定电机座200与下横臂400之间的相对位置。通过将压紧螺栓280拧紧，能够固定销轴210在轴向的位置，防止在车辆行驶时销轴210左右晃动发出噪音。

安装时，第一轴承260和销轴210之间需要油脂润滑，增加润滑度，减小车辆运动时的噪音。在车轮挑动的过程中，电机座200与下横臂400之间会发生绕销轴210的转动，此时，轴套250、第一轴承260内圈和销轴210随电机座200的转动而转动，第一轴承260外圈、压盖270和压紧螺栓280保持一致。

与传统方法在转向电机座及下横臂上开出一个光滑通孔，销轴直接穿过转向电机座及下横臂的连接方法相比，该结构通过压盖270与第二轴孔411螺纹配合，将轴套250压紧，能够有效防止由于电机座200与下横臂400之间由于制造、摩擦等导致的间隙而时使电机座200与下横臂400之间在车辆运动时发生轴向位移，从而产生车轮抖动及转向角度不准确的问题，提高了车辆运动时的安全性、稳定性以及平顺性。

本发明还提供一种用于线控转向车辆上的转向结构，包括：转向节100、转向电机座200、转向电机300、下横臂400、弹簧减震器500、轮毂电机600、上横臂700。

如图1所示，转向节100的两端向转向节100的一侧延伸，形成第一延伸部110和第二延伸部120，转向节100的另一侧设置有轮毂电机600和制动钳610，转向电机座200固定设置在第一延伸部110上，转向电机300固定设置在电机座200上，第二延伸120上固定连接有上横臂700，电机座200一侧转动连接有下横臂400，上横臂700和下横臂400之间连接有弹簧减震器500。

上横臂700与转向节100的第二延伸部120通过球头销进行连接，转向电机300的动力输出端连接减速箱310，转向电机300与减速箱310通过螺栓进行固定连接，减速箱310与转向电机座200通过螺栓进行固定。

在转向电机座200的中心位置开设有凹槽230，转动轴承设置在凹槽230内，并且转动轴承的外圈与凹槽230过盈配合，转动轴承的内圈与第一延伸部110的顶部相抵靠，第一延伸部110上开设有下孔，其中，凹槽230、转动轴承以及下孔同轴设置，下孔内部设置有键，并在减速箱310的输出端上设置有键槽，使减速箱310的输出端依次穿过转动轴承内圈和下孔后，与第一延伸部110固定连接，通过转向电机300的转动可以带动转向节100的转动，进而带动车轮的转动。

在本发明中，作为一种优选，转动轴承选用圆锥滚子轴承。

如图2-5所示，在电机座200的一侧开设有第一轴孔220，在下横臂400朝向电机座200的一侧上设置有两个支耳410，在支耳410上，沿轴线方向开设有第二轴孔411。

在本发明中，作为一种优选，第二轴孔411为阶梯形结构。包括第一阶梯部、第二阶梯部和第三阶梯部，其中，第一阶梯部具有内螺纹，第一阶梯部、第二阶梯部以及第三阶梯部同轴设置并且直径依次减小。

销轴210的两端分别套设有轴套250，销轴210的一端穿过第二轴孔411和第一轴孔220后，将电机座200和下横臂400转动连接，轴套210的一端抵靠在第一轴孔220的端面上，轴套210的另一端设置有台肩，第一轴承260设置在轴肩上，第一轴承260的轴承内圈抵靠在台肩上，并与台肩过盈配合，在轴套210上，位于第二阶梯部内，设置有密封圈240，第一轴承260位于密封圈240上方。销轴210与第一轴孔220和轴套250之间为过渡配合。

压盖270具有外螺纹，能够与第一阶梯部的内螺纹相匹配，将压盖270与第一阶梯部相固定。压盖270设置在轴承260的顶部，并通过压盖270与第一阶梯部的配合将第一轴承260压紧，在压盖270的中心位置，沿轴向开设有内螺纹孔，压紧螺栓280的一端具有与内螺纹孔相匹配的外螺纹，压紧螺栓280的另一端依次穿过内螺纹孔和第一轴承260后，抵靠在销轴210的端面上。

在本发明中，作为一种优选，第一轴承260选用圆锥滚子轴承。

安装时，通过拧紧压盖270将第一轴承260压紧，进而通过第一轴承260将轴套250压紧，使轴套250的一端抵靠在电机座200第一轴孔220的端面上，从而固定电机座200与下横臂400之间的相对位置。通过将压紧螺栓280拧紧，能够固定销轴210在轴向的位置，防止在车辆行驶时销轴210左右晃动发出噪音。

安装时，第一轴承260和销轴210之间需要油脂润滑，增加润滑度，减小车辆运动时的噪音。在车轮挑动的过程中，电机座200与下横臂400之间会发生绕销轴210的转动，此时，轴套250、第一轴承260内圈和销轴210随电机座200的转动而转动，第一轴承260外圈、压盖270和压紧螺栓280保持一致。

本发明还提供一种用于线控转向车辆上的转向结构的控制方法，通过监测转向过程中行驶参数，并通过控制系统对车轮的实际转角进行控制，提高转向过程中车轮转角的控制精度和效率。

转向电机500主要通过位置、速度以及电流三种控制方法之一来控制其转动，根据不同的需求选择不同的控制模式，在车辆正常行驶时一般选用电流环控制，在车轮准备90度转向时进入位置环控制。

当驾驶员转动方向盘时，转角传感器测得驾驶员转过方向盘的角度，并传递相应转角信号到控制系统。控制系统根据车速信号等信息处理输入的方向盘转角信号后得出车轮应当转过的角度，并将相应信号传递到转向电机控制器。转向电机控制器采用模糊PID控制，具体如下：

车辆转向时，将方向盘转角α、车速v输入到模糊控制器中，输出车轮的理论转角

将第i个控制过程中车轮的理论转角

和车轮的实际转角θ的偏差e、偏差变化率ec输入到PID控制器中，通过PID控制器对车轮的实际转角θ进行误差补偿控制。

其中，方向盘转角α、车速v、车轮的理论转角

分为7个等级，偏差e和偏差变化率ec分为7个等级：PB(正大)，PM(正中)，PS(正小)，ZR(零)，NS(负小)，NM(负中)，NB(负大)。

理论转角

和车轮的实际转角θ的偏差e的模糊论域为[-1,1]，定量化因子为1；偏差变化率ec的模糊论域为[-1,1]，定量化因子为1；

车轮的实际转角θ通过PID控制器进行控制，在第i个控制过程时，根据轮的理论转角

和车轮的实际转角θ的偏差e、偏差变化率ec，与控制器中的比例系数K_P、积分系数K_I和微分系数K_D进行线性组合构成控制量，对车轮的实际转角进行校正，PID的控制算式为

比例环节K_P的作用是提高系统响应速度，积分环节K_I的作用为消除系统的静态误差，微分环节K_D的作用为改善系统的动态特性。通过转向电机位置传感器测得车轮转过的角度后与控制系统计算的理论值进行反馈对比，保证车轮转角适当。

在控制过程中，通过控制转向电机300的电流控制转向电机300转动的角度，转向电机300在控制过程中工作电流的经验公式为：

其中，I_e为设定的工作电流，单位为A，i为转向传动比，β为方向盘转角，单位为°，θ为汽车质心偏角，单位为°，L为减速箱输出轴长度，单位为mm，r为减速箱输出轴半径，单位为mm，m为汽车质量，单位为kg，v为汽车速度，单位为m/s，t汽车行驶时间，单位为s，C为补偿常数。

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 (10)

1.一种用于线控转向车辆上的下横臂连接结构，其特征在于，包括：

转向节；

转向电机座，其固定设置在所述转向节的一侧，所述转向电机座一侧开设有第一轴孔；

下横臂，其一侧设置有两个支耳，所述支耳内部设置有第二轴孔；

销轴，其同时穿过所述第二轴孔和所述第一轴孔，使所述下横臂与所述转向电机座转动连接；

两个轴套，其分别套设在所述销轴的两端，并且所述轴套一端抵靠在所述第一轴孔的一端；

两个第一轴承，其内圈分别对应套设在所述轴套的另一端上；

两个压盖，其分别对应抵靠在在所述第一轴承的外圈上，并与所述第二轴孔固定连接，所述压盖上沿轴向方向开设有内螺纹孔；

两个压紧螺栓，其一端就有外螺纹，并分别匹配设置在所述内螺纹孔处，另一端抵靠在所述销轴的端面上。

2.根据权利要求1所述的用于线控转向车辆上的下横臂连接结构，其特征在于，所述转向节的两端分别向外延伸形成第一延伸部和第二延伸部，所述转向电机座固定设置在所述第一延伸部上。

3.根据权利要求2所述的用于线控转向车辆上的下横臂连接结构，其特征在于，所述转向电机座上还开设有凹槽；以及

还包括：第二轴承，其设置在所述转向电机座底部，所述第二轴承的轴承外圈与所述凹槽过盈配合，所述第二轴承的轴承内圈抵靠在所述第一延伸部上。

4.根据权利要求3所述的用于线控转向车辆上的下横臂连接结构，其特征在于，所述第一轴承和所述第二轴承均为圆锥滚子轴承。

5.根据权利要求4所述的用于线控转向车辆上的下横臂连接结构，其特征在于，所述转向电机的动力输出端穿过所述第二轴承后与所述第一延伸部固定连接。

6.根据权利要求5所述的用于线控转向车辆上的下横臂连接结构，其特征在于，所述第一延伸部上开设有下孔，并且所述下孔内设置有键。

7.根据权利要求6所述的用于线控转向车辆上的下横臂连接结构，其特征在于，所述转向电机的动力输出端上设置有键槽，并与所述键匹配设置，将所述转向电机的动力输出端与所述转向节固定。

8.根据权利要求7所述的用于线控转向车辆上的下横臂连接结构，其特征在于，所述轴套的另一端上设置有台肩，所述第一轴承的内圈设置在所述台肩上。

9.一种用于线控转向车辆上的转向结构，其特征在于，使用如权利要求1-8任意一项所述的用于线控转向车辆上的下横臂连接结构，还包括：

转向电机，其固定设置在所述转向电机座上；

其中，所述转向电机的动力输出端穿过所述转向电机座后，与所述转向节固定连接。

10.一种用于线控转向车辆上的转向结构的控制方法，其特征在于，包括：

车辆转向时，将方向盘转角α、车速v输入到模糊控制器中，输出车轮的理论转角

将第i个控制过程中车轮的理论转角

和车轮的实际转角θ的偏差e、偏差变化率ec输入到PID控制器中，对车轮的实际转角θ进行误差补偿控制。

其中，所述方向盘转角α、所述车速v、所述车轮的理论转角

分为7个等级，所述偏差e和偏差变化率ec分为7个等级；

所述理论转角

和车轮的实际转角θ的偏差e的模糊论域为[-1,1]，定量化因子为1；所述偏差变化率ec的模糊论域为[-3,3]，定量化因子为1；

其中，所述转向电机在控制过程中工作电流的经验公式为：

式中，I_e为设定的工作电流，i为转向传动比，β为方向盘转角，θ为汽车质心偏角，L为减速箱输出轴长度，r为减速箱输出轴半径，m为汽车质量，v为汽车速度，t汽车行驶时间，C为补偿常数。

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