CN112498479A - 汽车转向角机构及包括其的汽车 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种汽车转向角机构及包括其的汽车，汽车转向角机构包括EPS转向机、转向拉杆与球头总成、减震器支柱、下摆臂和转向节，转向节呈一字型，转向节的上端部与车轮组件的上球头座总成连接，转向节的内侧部与车轮组件的下球头座总成连接，转向节的下端部与下摆臂的一端连接，下摆臂的另一端连接至车身；减震器支柱安装在转向节的外侧部上，转向拉杆与球头总成的一端与车轮组件连接，另一端与EPS转向机连接；EPS转向机驱动转向拉杆与球头总成，使得车轮组件沿着转向节的上球头点、下球头点构成的虚拟主销实现转动。本发明可实现多种特殊模式功能，代表性有：原地掉头、横向移动，斜向平移，超小转向半径转向，交叉驻车，绕某车轮定圆转动等。

Description

汽车转向角机构及包括其的汽车

技术领域

本发明涉及汽车结构领域，特别涉及一种汽车转向角机构及包括其的汽车。

背景技术

随着新能源汽车的快速发展，其主要技术是将燃油发动机替换成中央电机。整车结构和动力传动方式并未作出任何改变。同时，由于传统的悬架设计和转向系统，每个车轮没法实现独立转向，车辆转向半径大，在狭窄区域转弯，掉头等操作十分困难。

传统汽车由于传动轴结构和轮胎运动空间的限制，转向角设计一般在(-38°)～(+32°)之间。基于轮毂电机技术的90度转向模块已经有Protean、舍弗勒等公司开发并落地，但他们的方案存在很大缺陷。在制动，转向等工况下，车身局部区域承受超大扭力，而且他们的结构对于车轮参数的控制较差，簧下质量很大，影响操控和舒适性。

另外，传统汽车在遇到狭窄的停车位，入库难。市区部分路段非机动车与机动车混道行驶，避让不灵活，易剐蹭。丁字路口车流大，容易出现转弯车辆被堵在直行道上，变道困难。专用车辆在很多十字路口由于路道狭窄，转弯或掉头困难。救护车辆进入小区时因为路窄或转弯空间不足导致进出不便，不能及时赶到救援现场时常发生。

针对以上问题，车辆的转向灵活性，以及对行驶环境适应能力显得愈发重要。

随着轮毂电机技术的发展，出现了一种分布式驱动的新能源汽车，如何合理的设计悬架和转向系统，使轮毂电机和悬架，转向有效集成，并实现转向角度的增加，减小整车转弯半径，提升整车操控的灵活性，成为当前急需解决的问题。

有鉴于此，本领域技术人员研制了一种汽车转向角机构，以期克服上述技术问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中车辆的转向灵活性，以及对行驶环境适应能力有待提高的缺陷，提供一种汽车转向角机构及包括其的汽车。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：

一种汽车转向角机构，安装在车轮组件上，其特点在于，所述汽车转向角机构包括EPS转向机、转向拉杆与球头总成、减震器支柱、下摆臂和转向节，所述转向节呈一字型，所述转向节的上端部与所述车轮组件的上球头座总成连接，所述转向节的内侧部与所述车轮组件的下球头座总成连接，所述转向节的下端部与所述下摆臂的一端连接，所述下摆臂的另一端连接至车身；

所述减震器支柱安装在所述转向节的外侧部上，所述转向拉杆与球头总成的一端与所述车轮组件连接，另一端与所述EPS转向机连接；

所述EPS转向机驱动所述转向拉杆与球头总成，使得所述车轮组件沿着所述转向节的上球头点、下球头点构成的虚拟主销实现转动。

根据本发明的一个实施例，所述转向节的上端设置有一上球头座开档支架，所述车轮组件的轮毂电机上安装有一转接支架，所述转接支架上设有一上球头转接点，所述上球头座总成的一端与所述上球头转接点转动连接，另一端与所述上球头座开档支架转动连接。

根据本发明的一个实施例，所述转接支架上还设有一转向拉杆球头安装点，所述转向拉杆与球头总成的一端与所述转向拉杆球头安装点转动连接。

根据本发明的一个实施例，所述转向节的内侧部设置有向外凸出的下球头安装点，所述下球头座总成设置在所述车轮组件的轮毂电机上，所述下球头座总成与所述下球头安装点连接。

根据本发明的一个实施例，所述转向节的下端部设置有一下摆臂外点开档支架，所述下摆臂外点开档支架与所述下摆臂的一端连接。

根据本发明的一个实施例，所述下摆臂的一端的两侧外端采用衬套结构。

根据本发明的一个实施例，所述下摆臂呈向上拱起的Y字形结构。

根据本发明的一个实施例，所述转向节的外侧部上设置有减震器支柱安装结构，所述减震器支柱安装在所述减震器支柱安装结构上。

根据本发明的一个实施例，所述车轮相对所述转向节转动的转向角范围为90°至-38°。

一种汽车，其特点在于，所述汽车包括如上所述的汽车转向角机构。

本发明的积极进步效果在于：

本发明汽车转向角机构及包括其的汽车具有如下诸多有益效果：

一、所述汽车转向角机构继承了传统悬架的架构，通过重新设计机构的几何硬点，可以实现车轮束角90°至-38°范围的转向角；

二、所述汽车转向角机构中悬架结构是基于麦弗逊式演变的新结构，具有独立的旋转主销，车轮上下跳动时，车辆的行驶稳定性更好；

三、所述汽车转向角机构的每个零件受力情况更加优化，降低零件设计要求，减小开发成本；

四、所述汽车转向角机构的机构布置与零件设计极为紧凑，为了实现大转角功能，避让轮胎转动空间，将转向节设计成全新的结构形式；

五、所述汽车转向角机构开创性的集成了轮毂电机，制动器，转向机和悬架于一体，将车辆的核心动态功能集成在一个独立机构中，封装成模块化产品，实现独立的设计，分析，试验；

六、所述汽车转向角机构的多功能模块化设计有利于与整车的快速集成，减少整车研发周期。

七、所述汽车转向角机构和整车集成后，可实现多种特殊模式功能，代表性有：原地掉头、横向移动，斜向平移，超小转向半径转向，交叉驻车，绕某车轮定圆转动等。

附图说明

本发明上述的以及其他的特征、性质和优势将通过下面结合附图和实施例的描述而变的更加明显，在附图中相同的附图标记始终表示相同的特征，其中：

图1为本发明汽车转向角机构的结构示意图一。

图2为本发明汽车转向角机构的结构示意图二。

图3为本发明汽车转向角机构中车轮组件的结构示意图。

图4为本发明汽车转向角机构中转向节的结构示意图。

图5为本发明汽车转向角机构中下摆臂的结构示意图。

图6为本发明汽车转向角机构中EPS转向机和转向拉杆与球头总成的连接结构示意图。

图7为本发明汽车转向角机构进行垂直方向运动的状态示意图。

图8为本发明汽车转向角机构进行转向运动的状态示意图。

图9为本发明汽车转向角机构的车轮束角为90°的状态示意图。

图10为本发明汽车转向角机构的车轮束角为-38°的状态示意图。

图11为本发明汽车转向角机构处于同心圆转向模式下的状态示意图。

图12为本发明汽车转向角机构处于斜向移动模式下的状态示意图。

图13为本发明汽车转向角机构处于原地掉头模式下的状态示意图。

图14为本发明汽车转向角机构处于水平移动模式下的状态示意图。

图15为本发明汽车转向角机构处于对角线驻车模式下的状态示意图。

【附图标记】

车轮 10

轮毂电机 11

卡钳 12

制动盘 13

EPS转向机 20

转向拉杆与球头总成 30

减震器支柱 40

下摆臂 50

衬套结构 51

转向节 60

上球头座总成 14

下球头座总成 15

下球头座 151

下球头销 152

上球头座开档支架 61

上球头转接点 161

转接支架 16

转向拉杆球头安装点 162

下球头安装点 62

下摆臂外点开档支架 63

减震器支柱安装结构 64

具体实施方式

为让本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，以下结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明。

现在将详细参考附图描述本发明的实施例。现在将详细参考本发明的优选实施例，其示例在附图中示出。在任何可能的情况下，在所有附图中将使用相同的标记来表示相同或相似的部分。

此外，尽管本发明中所使用的术语是从公知公用的术语中选择的，但是本发明说明书中所提及的一些术语可能是申请人按他或她的判断来选择的，其详细含义在本文的描述的相关部分中说明。

此外，要求不仅仅通过所使用的实际术语，而是还要通过每个术语所蕴含的意义来理解本发明。

图1为本发明汽车转向角机构的结构示意图一。图2为本发明汽车转向角机构的结构示意图二。图3为本发明汽车转向角机构中车轮组件的结构示意图。图4为本发明汽车转向角机构中转向节的结构示意图。图5为本发明汽车转向角机构中下摆臂的结构示意图。图6为本发明汽车转向角机构中EPS转向机和转向拉杆与球头总成的连接结构示意图。

如图1至图6所示，本发明公开了一种汽车转向角机构，安装在车轮组件上，所述车轮组件包括车轮10、轮毂电机11、卡钳12和制动盘13，轮毂电机11安装在车轮10的内侧，卡钳12和制动盘13安装在车轮10的外侧。所述汽车转向角机构包括EPS转向机20、转向拉杆与球头总成30、减震器支柱40、下摆臂50和转向节60，此处转向节60优选为呈一字型，转向节60的上端部与所述车轮组件的上球头座总成14连接，转向节60的内侧部与所述车轮组件的下球头座总成15连接，转向节60的下端部与下摆臂50的一端连接，下摆臂50的另一端连接至车身(图中未示)。

减震器支柱40安装在转向节60的外侧部上，转向拉杆与球头总成30的一端与所述车轮组件连接，另一端与EPS转向机20连接。EPS转向机20驱动转向拉杆与球头总成30，使得所述车轮组件沿着转向节60的上球头点、下球头点构成的虚拟主销实现转动。

这种结构可以使得车轮10相对转向节60转动的转向角范围优选地达到90°至-38°。

优选地，转向节60的上端设置有一上球头座开档支架61，所述车轮组件的轮毂电机11上安装有一转接支架16，转接支架16上设有一上球头转接点161，上球头座总成14的一端与上球头转接点161转动连接，另一端与上球头座开档支架61转动连接。

同时，在转接支架16上还设有一转向拉杆球头安装点162，转向拉杆与球头总成30的一端与转向拉杆球头安装点162转动连接。

进一步地，在转向节60的内侧部设置有向外凸出的下球头安装点62，下球头座总成15设置在所述车轮组件的轮毂电机11上，下球头座总成15与下球头安装点62连接。下球头座总成15包括下球头座151和下球头销152，通过下球头销153将下球头安装点62与下球头座151连接在一起。

优选地，在转向节60的下端部设置有一下摆臂外点开档支架63，下摆臂外点开档支架63与下摆臂50的一端连接。此处下摆臂50的一端的两侧外端采用衬套结构51。下摆臂50优选地呈向上拱起的Y字形结构，这样有利于增加离地间隙。

更进一步地，在转向节60的外侧部上设置有减震器支柱安装结构64，减震器支柱40安装在减震器支柱安装结构64上。

本发明还提供了一种汽车，其包括如上所述的汽车转向角机构。

根据上述结构描述，本发明汽车转向角机构在安装过程为：首先将卡钳12与制动盘13安装在轮毂电机11上，再与车轮10匹配安装后，整体固定在台架上。

将转接支架16与轮毂电机11上方的接口固定安装，将下球头座总成15与轮毂电机11下方的接口固定安装。

将转向节60下球头孔预装到下球头座总成15的球头销中，通过螺母锁紧。

将上球头座总成14的球头销插入到上球头转接点161的锥面孔中，通过螺母锁紧。

将上球头座总成14与转向节60匹配后，通过螺栓螺母固定锁紧。

将下摆臂50外衬套装入转向节60的下方开档支架里，通过螺栓螺母固定锁紧。

将减震器支柱40的下鱼尾板与转向节60的中间位置的孔位匹配，通过螺栓螺母固定锁紧。

将转向拉杆与球头总成30球头销插入与转接支架16的锥面孔中，通过螺母锁紧。

最后将转向拉杆与球头总成30与EPS转向机对接安装。

转向节60与对手件装配须知，上球头座开档支架61面上的孔公差设计要求较高，这两个孔需要吸收上下球头安装的误差偏移量，需保证球头座的安装刚度同时，也要防止装配累计误差导致最终零件安装产生的残余应力情况。

此处EPS转向机20的功能说明：该转向机的传动齿条中间是断开的，左右齿条各匹配一只EPS电机，这样左右车轮的转向控制完全解耦，每个车轮的转向由对应的EPS电机控制，进而实现整车每个车轮的独立转向。

本发明汽车转向角机构具有如下结构特点：其保留了传统悬架结构，机构受力合理。主销与车轮的相对位置固定，主销参数变化更加稳定。所述汽车转向角机构可以实现+90°至-38°转角变化。转向机左右解耦，每个车轮由独立的EPS驱动。所述汽车转向角机构的结构布置紧凑，机舱空间余量大。

本发明汽车转向角机构的工作原理为：在轮毂电机外壳体上设计三个球头硬点，其中上下点构成主销，中间点为转向拉杆外球头硬点。构成主销的上下球头安装在一字型转向节上，一字型转向节再与减震器支柱和下摆臂构成导向机构。转向机齿条中间断开，左右解耦。每个车轮有独立的EPS驱动电机推动转向拉杆，实现车轮转角变化。

图7为本发明汽车转向角机构进行垂直方向运动的状态示意图。

如图7所示，本发明汽车转向角机构完成安装后，首先垂直方向运动：下摆臂50与车身安装的两个衬套在一个旋转轴上，虚线P1为旋转轴，减震器压缩，转向节60在下摆臂50和减震器的引导下向上运动，轮毂电机11和车轮10与转向节60连接，所以车轮10也整体向上移动。

图8为本发明汽车转向角机构进行转向运动的状态示意图。图9为本发明汽车转向角机构的车轮束角为90°的状态示意图。图10为本发明汽车转向角机构的车轮束角为-38°的状态示意图。

如图8至图10所示，本发明汽车转向角机构进行转向运动：上球头座总成14和下球头座总成15中各有一个球头，两个球头的效果构成一根旋转轴轮毂电机与车轮可以绕这根轴转动。当转向机工作后，转向机中的齿条拉动转向拉杆，转向拉杆与转接支架16是球头连接的，而转接支架16与轮毂电机11固定连接，所以最终效果是转向拉杆拽动车轮绕着两个球头构成的旋转轴转动。

图11为本发明汽车转向角机构处于同心圆转向模式下的状态示意图。

如图11所示，本发明汽车转向角机构处于同心圆转向模式下时：转向角模块最大特点是每个车轮的转向都是独立的，有专门的EPS进行转向控制。当前后左侧车轮转向后，前后轮基于轮心引出的法线交点与前后右轮基于轮心引出的法线交点重合时，车辆处于同心圆转向模式。

图12为本发明汽车转向角机构处于斜向移动模式下的状态示意图。

如图12所示，本发明汽车转向角机构处于斜向移动模式下时：当四个车轮转角方向平行时，车辆处于斜向移动模式。

图13为本发明汽车转向角机构处于原地掉头模式下的状态示意图。

如图13所示，本发明汽车转向角机构处于原地掉头模式下时：当四个车轮转动后，基于车轮方向过轮心的法线会相交于一点，通过控制每个车轮的驱动力方向，实现车辆的原地转动。

图14为本发明汽车转向角机构处于水平移动模式下的状态示意图。

如图14所示，本发明汽车转向角机构处于水平移动模式下时：当四个车轮达到最大外转角90度时，四个车轮处于水平状态，通过控制每个车轮的驱动力方向，实现车辆的水平移动。

图15为本发明汽车转向角机构处于对角线驻车模式下的状态示意图。

如图15所示，本发明汽车转向角机构处于对角线驻车模式下时：当四个车轮在EPS的控制下，两个前轮呈现外八字，两个后轮呈现内八字，此时车辆的每个车轮相互约束对方，不能转动，从而实现驻车功能。

综上所述，本发明汽车转向角机构融合有轮毂电机驱动系统，制动系统，悬架系统和转向系统。该机构可实现车轮上下跳动、车轮Toe-in90°和Toe-out38°转向角、轮毂电机驱动和制动功能。将此机构分别集成到整车的四个角落，便可实现多种行驶及转向等功能。

本发明汽车转向角机构及包括其的汽车具有如下诸多有益效果：

一、所述汽车转向角机构继承了传统悬架的架构，通过重新设计机构的几何硬点，可以实现车轮束角90°至-38°范围的转向角；

二、所述汽车转向角机构中悬架结构是基于麦弗逊式演变的新结构，具有独立的旋转主销，车轮上下跳动时，车辆的行驶稳定性更好；

三、所述汽车转向角机构的每个零件受力情况更加优化，降低零件设计要求，减小开发成本；

四、所述汽车转向角机构的机构布置与零件设计极为紧凑，为了实现大转角功能，避让轮胎转动空间，将转向节设计成全新的结构形式；

五、所述汽车转向角机构开创性的集成了轮毂电机，制动器，转向机和悬架于一体，将车辆的核心动态功能集成在一个独立机构中，封装成模块化产品，实现独立的设计，分析，试验；

六、所述汽车转向角机构的多功能模块化设计有利于与整车的快速集成，减少整车研发周期。

七、所述汽车转向角机构和整车集成后，可实现多种特殊模式功能，代表性有：原地掉头、横向移动，斜向平移，超小转向半径转向，交叉驻车，绕某车轮定圆转动等。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式作出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种汽车转向角机构，安装在车轮组件上，其特征在于，所述汽车转向角机构包括EPS转向机、转向拉杆与球头总成、减震器支柱、下摆臂和转向节，所述转向节呈一字型，所述转向节的上端部与所述车轮组件的上球头座总成连接，所述转向节的内侧部与所述车轮组件的下球头座总成连接，所述转向节的下端部与所述下摆臂的一端连接，所述下摆臂的另一端连接至车身；

所述减震器支柱安装在所述转向节的外侧部上，所述转向拉杆与球头总成的一端与所述车轮组件连接，另一端与所述EPS转向机连接；

所述EPS转向机驱动所述转向拉杆与球头总成，使得所述车轮组件沿着所述转向节的上球头点、下球头点构成的虚拟主销实现转动。

2.如权利要求1所述的汽车转向角机构，其特征在于，所述转向节的上端设置有一上球头座开档支架，所述车轮组件的轮毂电机上安装有一转接支架，所述转接支架上设有一上球头转接点，所述上球头座总成的一端与所述上球头转接点转动连接，另一端与所述上球头座开档支架转动连接。

3.如权利要求2所述的汽车转向角机构，其特征在于，所述转接支架上还设有一转向拉杆球头安装点，所述转向拉杆与球头总成的一端与所述转向拉杆球头安装点转动连接。

4.如权利要求1所述的汽车转向角机构，其特征在于，所述转向节的内侧部设置有向外凸出的下球头安装点，所述下球头座总成设置在所述车轮组件的轮毂电机上，所述下球头座总成与所述下球头安装点连接。

5.如权利要求1所述的汽车转向角机构，其特征在于，所述转向节的下端部设置有一下摆臂外点开档支架，所述下摆臂外点开档支架与所述下摆臂的一端连接。

6.如权利要求5所述的汽车转向角机构，其特征在于，所述下摆臂的一端的两侧外端采用衬套结构。

7.如权利要求6所述的汽车转向角机构，其特征在于，所述下摆臂呈向上拱起的Y字形结构。

8.如权利要求1所述的汽车转向角机构，其特征在于，所述转向节的外侧部上设置有减震器支柱安装结构，所述减震器支柱安装在所述减震器支柱安装结构上。

9.如权利要求1所述的汽车转向角机构，其特征在于，所述车轮相对所述转向节转动的转向角范围为90°至-38°。

10.一种汽车，其特征在于，所述汽车包括如权利要求1-9任意一项所述的汽车转向角机构。

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