CN111231579A - 一种全轮驱动式电动客车转向驱动桥 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电动客车车桥技术领域，具体涉及一种全轮驱动式电动客车转向驱动桥，每个轮毂的内孔通过深沟球轴承固定在转向羊角空心轴的外侧面上，转向羊角空心轴上横向开设有第一通孔，转向羊角空心轴的端面上固定有行星架，行星架上横向设置有与第一通孔相通的第二通孔，第一通孔和第二通孔内设置有传动半轴外段，传动半轴外段伸出第二通孔的一端连接行星齿轮减速器。本发明采用分布式轮边驱动，并配有一套转向机构，采用双横臂独立悬架的同时也能实现大空间低地板，优化了底盘的布置。采用这种结构，代替了轮毂电机不成熟的分布式驱动的方式，克服了双横臂独立悬架空间布置困难的缺点，可实现客车全轮驱动、全轮转向。

Description

一种全轮驱动式电动客车转向驱动桥

技术领域

本发明涉及电动客车车桥技术领域，具体涉及一种全轮驱动式电动客车转向驱动桥。

背景技术

目前大型电动客车的底盘技术是基于传统的燃油车底盘改造而来，为了能较好的适应传统燃油车底盘，在设计时一般都采用后置后驱，前桥为转向桥，后桥为驱动桥；而后桥在设计时，一般也仅仅是将主减速器前端的输入轴直接与电机连接，电机安装在车架上，即单电机驱动方式，电机轴线一般沿客车纵向方向放置，经过准双曲面齿轮减速器、差速器将动力传递给左右两边的半轴；为了能有效驱动载重量较大的客车，单电机的体积较大，且为了获得较大的传动比，提高输出扭矩，准双曲面齿轮减速器的体积也较大，这导致现有的电动客车的传动系结构较大；难以用于低地板式客车上。

另一方面，为了减小电机的体积，随着电机控制技术的成熟，已有相应的双电机驱动方式或轮毂电机驱动方式，双电机一般是并排横向布置在底盘中央位置，电机输出端通过减速器连接传动半轴，由于减速器有一定体积，因此电机无法放置在悬架附近，只能放置在底盘中央位置，占据了底盘中央较大的空间，无法用于低地板式客车，而采用轮毂电机的方式下，电机的散热效果不佳，且增大了簧下质量，降低了客车的舒适性和操控性。

目前，非独立悬架由于结构简单、能承受较大扭力、耐用、空间布置方便、易实现客车低地板等优点在客车上应用广泛。而独立悬架其操控性和舒适性都优于非独立悬架，但是由于结构复杂导致空间布置困难，如采用双横臂独立悬架的情况下想实现客车低地板，需将电机靠近车轮一侧，留出中央位置布置车身，在电机尺寸较大的情况下，再按传统形式布置半轴，会导致半轴结构不能满足汽车上下跳动行程和行驶要求，难以实现低地板，在客车上使用较少。

如今，最新型的电动客车设计时，为了减小转弯半径，提高机动性能，已经出现了全轮均有转向的结构，但是该结构仍然采用传统燃油车的转向方式，即转向动力源在前桥，前桥与后桥之间设置机械式转向连杆，后桥辅助转向，结构较为复杂，且用于转向的连杆较多，重量、体积较大。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种结构紧凑、可用于低地板客车的新型全轮驱动式电动客车转向驱动桥。

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：

本发明公开了一种全轮驱动式电动客车转向驱动桥，包括相对应的两个车轮和固定在车轮内的轮毂，每个所述轮毂的内孔通过深沟球轴承固定在转向羊角的空心轴的外侧面上，所述转向羊角的空心轴上横向开设有第一通孔，所述转向羊角空心轴的端面上固定有行星架，所述行星架上横向设置有与所述第一通孔相通且对应的第二通孔，所述第一通孔和第二通孔内设置有传动半轴外段，所述传动半轴外段伸出所述第二通孔的一端与所述行星架的另一端分别连接行星齿轮减速器；所述传动半轴外段的另一端位于所述第一通孔内且通过球笼万向节连接有伸缩式传动半轴中段，所述传动半轴中段通过三销轴万向节连接有传动半轴内段，所述传动半轴内段的内端通过花键连接驱动电机的输出轴。

优选的，所述转向羊角空心轴的外侧面上、位于所述深沟球轴承的外侧套设有刹车盘，所述刹车盘通过螺栓与所述轮毂固定。

优选的，所述行星齿轮减速器包括内齿圈，所述内齿圈的内端面通过法兰与所述轮毂连接，所述内齿圈的中心处设置有太阳轮，所述太阳轮与所述传动半轴外段固定连接，所述太阳轮与内齿圈之间啮合有若干个行星轮，所述行星轮与所述行星架转动连接。

优选的，所述传动半轴外段设置在所述第一通孔的轴心处，所述第一通孔的孔径大于所述传动半轴外段的直径，使所述传动半轴中段上下移动一定角度后与所述第一通孔的内壁相离。

优选的，所述转向羊角的羊角上端和下端分别通过球头销转动连接有上叉臂和下叉臂。

优选的，所述转向羊角的羊角上端和下端分别通过T型节转动连接有上叉臂和下叉臂，所述T型节与所述上叉臂和下叉臂的A字型端点转动连接。

优选的，所述转向羊角下端的侧面固定有转向节臂，所述转向节臂远离所述转向羊角外的一端通过球铰连接有横向设置的拉杆，所述拉杆的另一端通过球铰连接有L型摆臂，两个所述L型摆臂对称设置。

优选的，相对称的两个所述L型摆臂的中部通过球铰连接有中继杆，两个所述L型摆臂靠近中继杆球铰的位置与车架铰接。

优选的，其中一个所述L型摆臂的另一端垂直连接有摇臂轴，所述摇臂轴的另一端横向连接有转向摇臂，所述转向摇臂的另一端通过垂直设置的花键套连接有转向器。

优选的，所述转向羊角的内壁上开设有弧形槽，所述弧形槽上设置有护罩，所述弧形槽内设置有若干个弹簧，所述弹簧的另一端与所述护罩的内壁固定；所述弧形槽设置在所述转向羊角的上端和下端与空心轴的连接处。

本发明具备以下有益效果：

1.本发明采用分布式轮边驱动，并配有一套转向机构，将减速器整合在车轮之中，转向羊角的开孔相对于一般车辆更大，这样可以将传动半轴外段、传动半轴中段均布置在转向羊角之中，优化悬架的空间布置，使驱动桥中央的位置可以设置车身结构，在采用双横臂独立悬架和使用较大尺寸电机的情况下也能实现客车低板，提升乘客舒适性的同时也方便乘客上下车。采用这种结构，代替了轮毂电机不成熟的分布式驱动的方式，克服了双横臂独立悬架空间布置困难的缺点，可实现客车全轮驱动、全轮转向。

2.本发明可实现大客车的全轮分布式驱动、全轮转向，提高了客车的动力性和机动性能。该结构也适用于轿车和卡车，在使用较大尺寸的电机时采用本发明的方案，可以优化底盘悬架的空间布置，提升车辆行驶性能。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为图1的主视图；

图3为图1的俯视图；

图4为车轮内部剖视图；

图5为转向羊角另一设置方式结构示意图；

图6为车轮向上跳动时运动干涉校核示意图；

图中：车轮1、轮毂2、深沟球轴承3、转向羊角4、第一通孔5、行星架6、传动半轴外段7、行星齿轮减速器8、球笼万向节9、传动半轴中段10、三销轴万向节11、传动半轴内段12、驱动电机13、刹车盘14、内齿圈81、太阳轮82、行星轮83、T型节15、上叉臂16、下叉臂17、转向节臂18、拉杆19、L型摆臂20、中继杆21、摇臂轴22、转向摇臂23、转向器24、弧形槽25、护罩26、弹簧27。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

若未特别指明，实施举例中所用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段。

参考图1-图4，本发明公开了一种全轮驱动式电动客车转向驱动桥，包括相对称的两个车轮1和固定在车轮1内的轮毂2，每个车轮1和轮毂2上的结构是相同的。每个轮毂2的内孔通过深沟球轴承3固定在转向羊角4的空心轴的外侧面上，转向羊角4包括其空心轴部分以及固定在空心轴上的羊角上端和羊角下端。转向羊角4空心轴的外侧面上、位于深沟球轴承3的外侧套设有刹车盘14，刹车盘14通过螺栓与轮毂2固定，这里的外侧面指的是朝向另一车轮1的侧面。

转向羊角4的空心轴上横向开设有第一通孔5，转向羊角4空心轴的端面上通过法兰固定有行星架6，使得行星架6固定不动。行星架6上横向设置有与第一通孔5相通且对应的第二通孔，第二通孔的孔径小于第一通孔5的孔径。第一通孔5和第二通孔内设置有传动半轴外段7，传动半轴外段7伸出第二通孔的一端与行星架6的另一端分别连接行星齿轮减速器8；传动半轴外段7的另一端位于第一通孔5内且通过球笼万向节9连接有伸缩式传动半轴中段10，即传动半轴中段10可伸缩，其外端通过球笼万向节9与传动半轴外段7的内端连接。传动半轴中段10通过三销轴万向节11连接有传动半轴内段12，即传动半轴内段12的外端通过三销轴万向节11与传动半轴中段10的内端连接。传动半轴内段12的内端通过花键连接驱动电机13的输出轴，驱动电机13水平设置在上叉臂16和下叉臂17之间，且驱动电机13的壳体通过卡箍或法兰与车架连接。传动半轴外段7设置在第一通孔5和第二通孔的轴心处，相当于传动半轴内段12也位于转向羊角4的羊角上端和下端之间的空心位置处且在中心。传动半轴外段7能够在第二通孔内转动，第一通孔5的孔径大于传动半轴外段7的直径，使传动半轴中段10上下移动42°范围内与第一通孔5的内壁相离。应该理解的是：传动半轴中段10通过球笼万向节9能够向上转动42°和向下转动42°，使得传动半轴外段7、三销轴万向节11与轮毂2一起上下跳动时不与转向羊角4发生干涉。

行星齿轮减速器8与行星架6和传动半轴外段7连接方式为：行星齿轮减速器8包括内齿圈81，内齿圈81的内端面通过法兰与轮毂2连接，内齿圈81的中心处设置有太阳轮82，太阳轮82与传动半轴外段7固定连接，太阳轮82与内齿圈81之间啮合有若干个行星轮83，行星轮83与行星架6转动连接。即传动半轴外段7穿过转向羊角4的空心轴以及行星架6后，通过花键与太阳轮82的转轴连接。

转向羊角4的羊角上端和下端分别通过球头销转动连接有上叉臂16和下叉臂17。具体为：球头销与上叉臂16和下叉臂17的A字型端点转动连接，使转向羊角4可以绕上叉臂16和下叉臂17的A字型端点转动，上叉臂16和下叉臂17的另一端分别与车架铰接；为了提高承载能力，可将球头销替换为T型节15。转向羊角4下端的侧面固定有转向节臂18，转向节臂18远离转向羊角4外的一端通过球铰连接有横向设置的拉杆19，拉杆19的另一端通过球铰连接有L型摆臂20，两个L型摆臂20对称设置。相对称的两个L型摆臂20的中部通过球铰连接有中继杆21，两个L型摆臂20靠近中继杆21球铰的位置与车架铰接，即中继杆21通过球铰将两个L型摆臂20连接在一起。其中一个L型摆臂20的另一端垂直连接有摇臂轴22，摇臂轴22的另一端横向连接有转向摇臂23，转向摇臂23的另一端通过垂直设置的花键套连接有转向器24。

需要说明的是：每个单独的转向驱动桥包括用螺栓等连接方式安装在车架上的转向电机，(或者连接液压助力转向机构或液压杆作动机构)转向电机的输出轴与安装在车架上的循环球式转向器24的输入端连接，转向器24的输出轴通过花键套接在转向摇臂23一端所设置的花键孔中，转向摇臂23的另一端通过螺栓或插销与摇臂轴22竖直固定。沿汽车纵向中心平面对称设置两个L型摆臂20，而摇臂轴22的另一端则其中一个水平放置的L型摆臂20一端通过螺栓或插销连接，两个L型摆臂20的中部与车架铰接。

进一步的，参考图5，为了避免车辆由于技术状况不良，使用条件恶劣导致在极端情况下传动半轴中段10可能会对转向羊角4的内壁造成碰撞，故在转向羊角4的内壁上开设有弧形槽25，弧形槽25上设置有护罩26，弧形槽25内设置有若干个弹簧27，弹簧27的另一端与护罩26的内壁固定；弧形槽25设置在转向羊角4的上端和下端与空心轴的连接处。从而使得传动半轴中段10有一个缓冲，不会对转向羊角4的内壁造成刚性碰撞。护罩26可以是橡胶材料或塑料材料制作而成，弹簧27可以是螺旋弹簧，也可以是薄钢片制作而成的波浪状型片状弹簧，也可以是空气弹簧或橡胶弹簧，弹簧27可以与弧形槽25焊接连接，也可以在弧形槽25上设置凹槽，将弹簧27的一段卡入凹槽内。应该理解的是：弧形槽25开设在转向羊角4的内壁上，并且在转向羊角4的羊角上端与其空心轴的连接处，以及羊角下端与其空心轴的连接处，弧形槽25的具体形状可根据实际情况进行设置。

具体行驶过程为：汽车正常直线行驶时，驱动电机13输出的动力，依次经过传动半轴内段12、三销轴万向节11、传动半轴中段10、球笼万向节9、传动半轴外段7、太阳轮82、行星轮83、内齿圈81、轮毂2、车轮1，实现驱动汽车行驶；行星齿轮减速器8的行星架6固定不动，太阳轮82做输入，内齿圈81做输出，实现了减速增大扭矩的效果；转向羊角4空心轴外侧面上套设的刹车盘，实现制动。

当汽车行驶在不平路面时，车轮1会发生上下跳动，转向羊角4、与轮毂2固连的部件都会随车轮1一起上下跳动，驱动电机13安装在车架上，可以认为车架在垂向上不动，上叉臂16、下叉臂17与转向羊角4是通过T型节15连接，车轮1跳动时上叉臂16、下叉臂17会绕着T型节15上下摆动；此时传动半轴外段7与车轮1一起跳动，传动半轴内段12与驱动电机13输出轴相连，固定不动，球笼万向节9与三销轴万向节11的相对位置会发生变化，传动半轴中段10相对于水平位置会偏转一定角度，且其长度随三销轴万向节11的转动也会发生变化，适应车轮1相对于车身上下跳动，转向羊角4的空心轴开孔较大，因此孔内的传动半轴外段7、球笼万向节9、传动半轴中段10与转向羊角4的空心轴开孔不会发生运动干涉。

当车轮1上下跳动时，转向羊角4以及球笼万向节9均会随车轮1一起运动，如附图6所示的，为了便于分析传动半轴的运动干涉，暂不考虑悬架的运动，将车轮1看作不动，则驱动电机13以及传动半轴内段12、三销轴万向节11，传动半轴中段10运动，其中虚线部分表示车轮1上跳时传动半轴中段10、三销轴万向节11以及传动半轴内段12的运动位置。

根据球笼万向节9两端传动半轴外段和传动半轴中段的夹角最大不超过42°以及车轮1转向时车轮偏转角一般为30°～40°，设传动半轴中段10的最大转角为θ＝30°，要求的车轮1上下跳动量H＝90mm，则可伸缩式传动半轴中段10的长度L以及可伸缩量ΔL为：

驱动电机13的安装位置位于上叉臂16和下叉臂17之间的垂面处，由双叉臂悬架参数和布置驱动电机13的尺寸可以确定三销轴万向节11的布置位置，三销轴万向节11离转向羊角4内侧垂直距离为d，根据已求得的传动半轴中段10的长度L可以确定球笼万向节9的布置位置，设球笼万向节9布置位置离转向羊角4内端距离为D，传动半轴中段10半径为r，转向羊角4内孔半径R：

D＝L-d，R＝(L-d)tan θ+r。

通过上述公式，可以得到传动半轴中段10的长度和可伸缩量、球笼万向节11的布置位置，转向羊角4内孔尺寸，根据计算可以并避免传动半轴中段10运动时与转向羊角4内孔发生运动干涉。

客车转向时，前桥、后桥均为转向驱动桥，且两个转向驱动桥中的转向结构由各自的转向电机驱动，分别带动各自转向驱动桥上的转向摇臂23、摇臂轴22、L型摆臂20、中继杆21、拉杆19、转向节臂18、转向羊角4动作，使得转向轮偏转，由于前桥、后桥均是转向桥，因此四轮均可以进行偏转，使得客车的转弯半径比传统客车更小；各个车轮的偏转的角度可由拉杆19、转向节臂18的尺寸计算得出。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种全轮驱动式电动客车转向驱动桥，包括相对应的两个车轮(1)和固定在车轮(1)内的轮毂(2)，其特征在于：每个所述轮毂(2)的内孔通过深沟球轴承(3)固定在转向羊角(4)的空心轴的外侧面上，所述转向羊角(4)的空心轴上横向开设有第一通孔(5)，所述转向羊角(4)空心轴的端面上固定有行星架(6)，所述行星架(6)上横向设置有与所述第一通孔(5)相通且对应的第二通孔，所述第一通孔(5)和第二通孔内设置有传动半轴外段(7)，所述传动半轴外段(7)伸出所述第二通孔的一端与所述行星架(6)的另一端分别连接行星齿轮减速器(8)；所述传动半轴外段(7)的另一端位于所述第一通孔(5)内且通过球笼万向节(9)连接有伸缩式传动半轴中段(10)，所述传动半轴中段(10)通过三销轴万向节(11)连接有传动半轴内段(12)，所述传动半轴内段(12)的内端通过花键连接驱动电机(13)的输出轴。

2.根据权利要求1所述的一种全轮驱动式电动客车转向驱动桥，其特征在于：所述转向羊角(4)空心轴的外侧面上、位于所述深沟球轴承(3)的外侧套设有刹车盘(14)，所述刹车盘(14)通过螺栓与所述轮毂(2)固定。

3.根据权利要求1所述的一种全轮驱动式电动客车转向驱动桥，其特征在于：所述行星齿轮减速器(8)包括内齿圈(81)，所述内齿圈(81)的内端面通过法兰与所述轮毂(2)连接，所述内齿圈(81)的中心处设置有太阳轮(82)，所述太阳轮(82)与所述传动半轴外段(7)固定连接，所述太阳轮(82)与内齿圈(81)之间啮合有若干个行星轮(83)，所述行星轮(83)与所述行星架(6)转动连接。

4.根据权利要求1所述的一种全轮驱动式电动客车转向驱动桥，其特征在于：所述传动半轴外段(7)设置在所述第一通孔(5)的轴心处，所述第一通孔(5)的孔径大于所述传动半轴外段(7)的直径，使所述传动半轴中段(10)上下移动一定角度后与所述第一通孔(5)的内壁不干涉。

5.根据权利要求1所述的一种全轮驱动式电动客车转向驱动桥，其特征在于：所述转向羊角(4)的羊角上端和下端分别通过球头销转动连接有上叉臂(16)和下叉臂(17)。

6.根据权利要求1所述的一种全轮驱动式电动客车转向驱动桥，其特征在于：所述转向羊角(4)的羊角上端和下端分别通过T型节(15)转动连接有上叉臂(16)和下叉臂(17)，所述T型节(15)与所述上叉臂(16)和下叉臂(17)的A字型端点转动连接。

7.根据权利要求5所述的一种全轮驱动式电动客车转向驱动桥，其特征在于：所述转向羊角(4)下端的侧面固定有转向节臂(18)，所述转向节臂(18)远离所述转向羊角(4)外的一端通过球铰连接有横向设置的拉杆(19)，所述拉杆(19)的另一端通过球铰连接有L型摆臂(20)，两个所述L型摆臂(20)对称设置。

8.根据权利要求7所述的一种全轮驱动式电动客车转向驱动桥，其特征在于：相对称的两个所述L型摆臂(20)的中部通过球铰连接有中继杆(21)，两个所述L型摆臂(20)靠近中继杆(21)球铰的位置与车架铰接。

9.根据权利要求8所述的一种全轮驱动式电动客车转向驱动桥，其特征在于：其中一个所述L型摆臂(20)的另一端垂直连接有摇臂轴(22)，所述摇臂轴(22)的另一端横向连接有转向摇臂(23)，所述转向摇臂(23)的另一端通过垂直设置的花键套连接有转向器(24)。

10.根据权利要求1～9任一项所述的一种全轮驱动式电动客车转向驱动桥，其特征在于：所述转向羊角(4)的内壁上开设有弧形槽(25)，所述弧形槽(25)上设置有护罩(26)，所述弧形槽(25)内设置有若干个弹簧(27)，所述弹簧(27)的另一端与所述护罩(26)的内壁固定；所述弧形槽(25)设置在所述转向羊角(4)的上端和下端与空心轴的连接处。

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