CN113183706A - 面向全矢量线控汽车的双纵臂式主动悬架系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种面向全矢量线控汽车的双纵臂式主动悬架系统，包括轮毂电机、转向节、双纵臂、转向臂、减振器、转角传感器、第一连杆和第二连杆。双纵臂包括上纵臂和下纵臂，上纵臂的一端通过第一鱼眼轴承及下纵臂的一端通过第二鱼眼轴承分别铰接于转向节；上纵臂的另一端及下纵臂的另一端分别枢转铰接于转向臂上；减振器上端枢转铰接于转向臂的上端，减振器下端枢转铰接于下纵臂上；转角传感器安装在转向臂上；第一连杆的一端与转角传感器的曲柄固定；第二连杆的一端与第一连杆的另一端枢转铰接，第二连杆的另一端通过第三鱼眼轴承铰接于下纵臂上。本发明能降低轮胎磨损，增加了车身高度调节范围，能解决簧下空间与四轮定位参数要求之间的矛盾。

Description

面向全矢量线控汽车的双纵臂式主动悬架系统
技术领域
本发明涉及汽车技术领域，尤其涉及一种面向全矢量线控汽车的双纵臂式主动悬架。
背景技术
自动驾驶技术的发展，对传统车辆底盘提出了更高的要求，全线控化、模块集成化、高机动灵活和安全冗余等特性正成为传统车辆底盘的主要发展趋势。如果一辆汽车能够实现所有车轮的三维度作用力均独立可控，那么就称为全矢量控制汽车，其可实现所有车轮纵向力、横向力和垂向力的独立可控，涵盖车辆最大的独立输入集合。全矢量线控底盘的执行机构由人类主导操纵转变为全线控系统，导致整个车辆底盘的总体布局需求发生了根本性的革命变化，对整车的总体设计需求提出了全新的挑战。全新的总体布局形式，也带来了全新的车辆动力学行为特性，从而影响到车辆动力学与控制系统的基础。
一体化电动轮模块作为全矢量线控底盘的关键组成部分，集传统车辆驱动系统、制动系统、转向系统和悬架系统于一身，高集成可拓展的模块化设计正成为智能移动平台的一种解决方案，其中，悬架系统作为直接影响车轮行驶性能的部分，具有十分重要的研究价值。悬架系统包括导向机构、弹性元件和阻尼器三个部分，其中，现有的导向机构多采用双横臂式，划分为等长和不等长两种类型。首先，不等长双横臂通过优化悬架硬点参数可使车轮定位参数在合理范围内变化，但将其作为空气弹簧的导向机构会造成车高大范围调节时的车轮大角度侧倾，在转向和高速行驶时造成车轮胎面边缘磨损严重以及减振器与车轮触碰，不利于行车安全。另外，等长双横臂结构在车轮跳动和车高调节时可获得零外倾角变化，可获得较为紧凑的电动轮结构和车高大范围调节设计需求，但等长双横臂式悬架在车轮出现轮跳状况时，纵向的位移会在等长双横臂的结构局限下，同时产生横向的位移，这会迫使轮距发生变化，且出现较大的轮胎侧偏角，会对传动机构造成磨损，不利于机构的长期稳定使用。
基于现有技术，部分采用全线控转向系统的车辆采用被动悬架，无法同时满足车辆行驶平顺性和操纵稳定性，此外在崎岖路面难以保证行驶通过性。一些技术采用双横臂作为悬架导向机构，占用较大的横向空间，在转向时加大车辆横向尺寸，不利于车辆通过狭小空间，此外对于双横臂式悬架，其存在的问题在于车身高度调节过程中，会造成车轮的外倾角、轮距的较大变化，存在车轮横向移动的情况，若车轮行驶路况属于高附着路面，当横向产生的力小于轮胎和路面之间的摩擦力时，所涉及的传动部件和机构都会造成损伤，长期的磨损不仅会对汽车的工作性能产生较大影响，同时对车辆的行驶安全性造成影响。要在车轮外倾和车轮横向侧移间进行协调，极易造成车轮与减振器发生干涉以及车轮胎面磨损，车轮与路面接触面积减小，不利于行车安全，在使用空气弹簧实现底盘升降时，由于簧下空间横向尺寸的限制，无法实现大范围的车身升降，同时难以保证原始的四轮定位参数，极大的限制了悬架的使用性能。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种面向全矢量线控汽车的双纵臂式主动悬架系统，可以降低车轮胎面磨损，显著地增加了车身高度调节范围，能够解决簧下空间与四轮定位参数要求之间的矛盾。
根据本发明实施例的面向全矢量线控汽车的双纵臂式主动悬架系统，包括：
轮毂电机，所述轮毂电机固定在轮辋上；
转向节，所述转向节固定在所述轮毂电机上；
双纵臂，所述双纵臂包括上纵臂和下纵臂，所述上纵臂的一端通过第一鱼眼轴承铰接于所述转向节；所述下纵臂的一端通过第二鱼眼轴承铰接于所述转向节；
转向臂，所述转向臂竖向设置，所述上纵臂的另一端枢转铰接于所述转向臂上，所述下纵臂的另一端枢转铰接于所述转向臂上；所述转向臂的上端设有用于安装在转向模块上的转向模块安装部；
减振器，所述减振器由磁流变阻尼器和空气弹簧一体制造而成，所述减振器竖向设置，所述减振器的上端枢转铰接于所述转向臂的上端，所述减振器的下端枢转铰接于所述下纵臂上；
转角传感器，所述转角传感器安装在所述转向臂上，所述转角传感器上设有曲柄；
第一连杆，所述第一连杆的一端与所述曲柄固定连接；
第二连杆，所述第二连杆的一端与所述第一连杆的另一端枢转铰接，所述第二连杆的一端与所述第一连杆的另一端之间枢转铰接的枢转轴固定在所述减振器上，所述第二连杆的另一端通过第三鱼眼轴承铰接于所述下纵臂上。
根据本发明实施例的面向全矢量线控汽车的双纵臂式主动悬架系统，工作过程为：当空气弹簧内气压恒定时，双纵臂式主动悬架系统外部输入只有路面起伏，轮跳分析时转向臂固定不动，路面起伏带动车轮上下跳动，经转向节带动上纵臂和下纵臂相对于转向臂上下摆动，同时，下纵臂带动磁流变阻尼器的活塞往复移动，使得空气弹簧拉伸和压缩，运动过程中，车轮始终垂直与地面，在纵向平面车轮可前后滚动，在横向平面车轮无侧向运动，无外倾角。下纵臂的摆动带动第二连杆和第一连杆运动，使转角传感器的曲柄转动，转角传感器的曲柄角度变化可换算为悬架动挠度的变化。
当空气弹簧内充放气时，不考虑路面起伏输入，双纵臂式主动悬架系统外部输入只有空气弹簧内部压力变化，空气弹簧充气带动转向臂垂直上升，上纵臂和下纵臂绕转向臂摆动，通过转向节带动车轮在纵向平面内滚动。当空气弹簧放气，在重力作用下转向臂垂直下降，上纵臂和下纵臂绕转向臂摆动，通过转向节带动车轮在纵向平面内滚动。转向臂的上下移动与下纵臂的摆动，带动第二连杆和第一连杆运动，使转角传感器的曲柄转动，转角传感器的曲柄角度变化可换算为悬架高度变化。
本发明实施例的面向全矢量线控汽车的双纵臂式主动悬架系统，利用双纵臂结构作为车轮和转向模块的导向机构，解决了传统车辆双横臂结构作为空气弹簧导向机构存在的诸如簧下横向空间大、车轮外倾和轮距变化难以协调、底盘难以大范围升降、车轮胎面磨损严重、结构复杂等问题。结合空气弹簧和磁流变阻尼器，解决了在车轮跳动和底盘升降两种操纵模式下，将车辆轮距的变化转化为车辆轴距的变化的问题，以此可大大降低了车轮胎面磨损，降低了车架连接处的受力，同时使得底盘获得更大范围的举升，底盘可实现160mm的举升以及140mm的降低，同时减小了车轮模块的横向尺寸，进而协调簧下空间与四轮定位参数要求之间的存在矛盾。此外，设计360度线控转向系统，可使转向系统获得更好的减振效果，延长轴承、传感器等精密元件的使用寿命，最后使得车辆底盘具有多种操纵模式，扩展了整车可控范围，采用全矢量控制可使车辆行驶稳定性得到提升，为智能汽车新型底盘的发展奠定了坚实基础。
综上，本发明实施例的面向全矢量线控汽车的双纵臂式主动悬架系统，具有如下的优点：第一、该双纵臂式主动悬架系统将车轮的横向移动及侧倾转化为车辆轴距的变化，满足车身高度大范围调节，减少车轮的侧偏角以及轮距的变化，降低车轮胎面磨损。第二、该双纵臂式主动悬架系统显著地增加了车身高度调节范围。第三、该双纵臂式主动悬架系统解决了簧下空间与四轮定位参数要求之间的矛盾。
根据本发明的一些实施例，所述第一鱼眼轴承包括第一鱼眼孔和第一螺杆，所述第一鱼眼孔与所述转向节过盈连接，所述第一螺杆与所述上纵臂的一端螺纹连接固定；所述第二鱼眼轴承包括第二鱼眼孔和第二螺杆，所述第二鱼眼孔与所述转向节过盈连接，所述第二螺杆与所述下纵臂的一端螺纹连接固定。
根据本发明的一些实施例，所述下纵臂上固定有下吊耳，所述减振器的下端通过枢转铰接于所述下吊耳上。
根据本发明的一些实施例，所述减振器的上端固定有上吊耳，所述上吊耳通过枢转铰接于所述转向臂的上端。
根据本发明的一些实施例，所述转向模块安装部上设有安装孔。
根据本发明的一些实施例，所述转向臂上固定有转角传感器安装座，所述转角传感器安装在所述转角传感器安装座上。
根据本发明的一些实施例，所述上纵臂呈i型，所述下纵臂呈h型。
根据本发明的一些实施例，所述上纵臂在横向上位于所述轮辋与所述减振器之间。
根据本发明的一些实施例，所述转向节通过平键周向固定在所述轮毂电机上，所述转向节通过轮毂电机轴螺母径向固定在所述轮毂电机上。
根据本发明的一些实施例，还包括碟刹盘和制动卡钳，所述碟刹盘固定在所述轮毂电机上；所述制动卡钳固定在所述转向节上。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为本发明实施例的面向全矢量线控汽车的双纵臂式主动悬架系统的立体示意图。
图2为本发明实施例的面向全矢量线控汽车的双纵臂式主动悬架系统的侧面示意图。
附图标记：
双纵臂式主动悬架系统1000
轮胎1 轮毂电机2 轴螺母201 转向节3 上纵臂4 下纵臂5
第一鱼眼轴承6 第二鱼眼轴承7 转向臂8 转向模块安装部801 安装孔8011
减振器9 磁流变阻尼器901 空气弹簧902 转角传感器10 第一连杆11
第二连杆12 第三鱼眼轴承13 下吊耳14 上吊耳15 轮辋16
转角传感器安装座17 碟刹盘18 制动卡钳19 曲柄20
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
下面结合图1至图2来描述根据本发明实施例的面向全矢量线控汽车的双纵臂式主动悬架系统1000。
如图1和图2所示，根据本发明实施例的面向全矢量线控汽车的双纵臂式主动悬架系统1000，包括轮毂电机2、转向节3、双纵臂、转向臂8、减振器9、转角传感器10、第一连杆11和第二连杆12。
具体地，轮毂电机2固定在轮辋16上，其中，轮辋16用于与轮胎1固定一体，轮毂电机2可以通过螺栓固定在轮辋16上，轮毂电机2用于驱动车辆。
转向节3固定在轮毂电机2的转轴上，转向节3可以控制车轮随之偏转。
双纵臂包括上纵臂4和下纵臂5；也就是说，上纵臂4和下纵臂5均是沿着车子的纵向(即前后方向)延伸且在上下方向间隔开地设置，上纵臂4位于下纵臂5的上方，上纵臂4和下纵臂5构成双纵臂。上纵臂4的一端通过第一鱼眼轴承6铰接于转向节3；下纵臂5的一端通过第二鱼眼轴承7铰接于转向节3；转向臂8竖向设置在上纵臂4的另一端以及下纵臂5的另一端处，上纵臂4的另一端枢转铰接于转向臂8上，下纵臂5的另一端枢转铰接于转向臂8上；转向臂8的上端设有用于安装在转向模块上的转向模块安装部801；可以理解的是，上纵臂4的一端通过第一鱼眼轴承6铰接于转向节3且另一端可以通过螺栓枢转铰接于转向臂8上，下纵臂5的一端通过第二鱼眼轴承7铰接于转向节3且另一端通过螺栓枢转铰接于转向臂8上，其中，转向臂8竖向设置，转向臂8的上端设有转向模块安装部801，转向模块安装部801可以与转向模块安装固定。
减振器9由磁流变阻尼器901和空气弹簧902一体制造而成，减振器9竖向设置，减振器9的上端枢转铰接于转向臂8的上端，减振器9的下端枢转铰接于下纵臂5上；可以理解的是，磁流变阻尼器901是一种主动智能减振装置，其工作原理是通过改磁流变阻尼器901内部磁场的强弱来控制输出阻尼力的大小，只需通过控制器，对输出电流的大小进行控制，即可实现对磁流变阻尼器901的调节，其具有阻尼力连续可调，宽频减振效果好，能耗小、响应速度快(毫秒级内)、性能稳定、结构简单、寿命长等优势。空气弹簧902具有非常好的抗振能力，它可以精确地进行高度调节，并且可以实现保护产生振动的机械结构零件，因此，减振器9由磁流变阻尼器901和空气弹簧902一体制造而成，兼具磁流变阻尼器901和空气弹簧902的优势，结构紧凑。
转角传感器10安装在转向臂8上，转角传感器10上设有曲柄20；第一连杆11的一端与曲柄20固定连接；第二连杆12的一端与第一连杆11的另一端枢转铰接，例如可以为螺栓枢转交接，第二连杆12的一端与第一连杆11的另一端之间枢转铰接的枢转轴固定在减振器9上，第二连杆12的另一端通过第三鱼眼轴承13铰接于下纵臂5上。
根据本发明实施例的面向全矢量线控汽车的双纵臂式主动悬架系统1000，工作过程为：当空气弹簧902内气压恒定时，双纵臂式主动悬架系统1000外部输入只有路面起伏，轮跳分析时转向臂8固定不动，路面起伏带动车轮上下跳动，经转向节3带动上纵臂4和下纵臂5相对于转向臂8上下摆动，同时，下纵臂5带动磁流变阻尼器901的活塞往复移动，使得空气弹簧902拉伸和压缩，运动过程中，车轮始终垂直与地面，在纵向平面车轮可前后滚动，在横向平面车轮无侧向运动，无外倾角。下纵臂5的摆动带动第二连杆12和第一连杆11运动，使转角传感器10的曲柄20转动，转角传感器10的曲柄20角度变化可换算为悬架动挠度的变化。
当空气弹簧902内充放气时，不考虑路面起伏输入，双纵臂式主动悬架系统1000外部输入只有空气弹簧902内部压力变化，空气弹簧902充气带动转向臂8垂直上升，上纵臂4和下纵臂5绕转向臂8摆动，通过转向节3带动车轮在纵向平面内滚动。当空气弹簧902放气，在重力作用下转向臂8垂直下降，上纵臂4和下纵臂5绕转向臂8摆动，通过转向节3带动车轮在纵向平面内滚动。转向臂8的上下移动与下纵臂5的摆动，带动第二连杆12和第一连杆11运动，使转角传感器10的曲柄20转动，转角传感器10的曲柄20角度变化可换算为悬架高度变化。
本发明实施例的面向全矢量线控汽车的双纵臂式主动悬架系统1000，利用双纵臂结构作为车轮和转向模块的导向机构，解决了传统车辆双横臂结构作为空气弹簧902导向机构存在的诸如簧下横向空间大、车轮外倾和轮距变化难以协调、底盘难以大范围升降、车轮胎1面磨损严重、结构复杂等问题。结合空气弹簧902和磁流变阻尼器901，解决了在车轮跳动和底盘升降两种操纵模式下，将车辆轮距的变化转化为车辆轴距的变化的问题，以此可大大降低了车轮胎1面磨损，降低了车架连接处的受力，同时使得底盘获得更大范围的举升，底盘可实现160mm的举升以及140mm的降低，同时减小了车轮模块的横向尺寸，进而协调簧下空间与四轮定位参数要求之间的存在矛盾。此外，设计360度线控转向系统，可使转向系统获得更好的减振效果，延长轴承、传感器等精密元件的使用寿命，最后使得车辆底盘具有多种操纵模式，扩展了整车可控范围，采用全矢量控制可使车辆行驶稳定性得到提升，为智能汽车新型底盘的发展奠定了坚实基础。
综上，本发明实施例的面向全矢量线控汽车的双纵臂式主动悬架系统1000，具有如下的优点：第一、该双纵臂式主动悬架系统1000将车轮的横向移动及侧倾转化为车辆轴距的变化，满足车身高度大范围调节，减少车轮的侧偏角以及轮距的变化，降低车轮胎1面磨损。第二、该双纵臂式主动悬架系统1000显著地增加了车身高度调节范围。第三、该双纵臂式主动悬架系统1000解决了簧下空间与四轮定位参数要求之间的矛盾。
根据本发明的一些实施例，第一鱼眼轴承6包括第一鱼眼孔和第一螺杆，第一鱼眼孔与转向节3过盈连接，该过盈连接承载能力强且能承受一定冲击力，第一螺杆与上纵臂4的一端螺纹连接固定，该螺纹连接结构简单，连接可靠且装拆方便；第二鱼眼轴承7包括第二鱼眼孔和第二螺杆，第二鱼眼孔与转向节3过盈连接，该过盈连接承载能力强且能承受一定冲击力，第二螺杆与下纵臂5的一端螺纹连接固定，该螺纹连接结构简单，连接可靠且装拆方便。
根据本发明的一些实施例，下纵臂5上固定有下吊耳14，具体地，下吊耳14可以焊接固定在下纵臂5上；减振器9的下端通过枢转铰接于下吊耳14上，具体地，减振器9的下端可以通过螺栓枢转交接于下吊耳14上。通过设置下吊耳14，可以方便减振器9与下纵臂5的安装连接。
根据本发明的一些实施例，减振器9的上端固定有上吊耳15，例如，上吊耳15可以通过螺栓固定在减振器9上；上吊耳15通过枢转铰接于转向臂8的上端，例如，上吊耳15可以通过螺栓枢转交接于转向臂8的上端。通过设置上吊耳15，可以方便减振器9与上纵臂4的安装连接。
根据本发明的一些实施例，转向模块安装部801上设有安装孔8011，这样方便将转向模块安装部801固定安装在转向模块上，连接可靠，拆装方便。
根据本发明的一些实施例，转向臂8上固定有转角传感器安装座17，例如转角传感器安装座17通过螺栓固定在转向臂8上，转角传感器10安装在转角传感器安装座17上，例如转角传感器10通过螺栓固定在转角传感器安装座17上。通过设置转角传感器安装座17，可以方便地将转角传感器10固定在转向臂8上。
根据本发明的一些实施例，上纵臂4呈i型，结构简单；下纵臂5呈h型，结构简单且便于减振器9的安装。
根据本发明的一些实施例，上纵臂4在横向上(即车子的左右方向上)位于轮辋16与减振器9之间，这样，布局结构好。
根据本发明的一些实施例，转向节3通过平键周向固定在轮毂电机2上，可以防止转向节3相对与轮毂电机2发生周向移动；转向节3通过轮毂电机2的轴螺母201径向固定在轮毂电机2上，可以防止转向节3相对于轮毂电机2发生径向移动。
根据本发明的一些实施例，还包括碟刹盘18和制动卡钳19，碟刹盘18固定在轮毂电机2上；制动卡钳19固定在转向节3上。可以理解的是，通过设置碟刹盘18和制动卡钳19，可以对车轮进行有效的制动。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种面向全矢量线控汽车的双纵臂式主动悬架系统，其特征在于，包括：
轮毂电机，所述轮毂电机固定在轮辋上；
转向节，所述转向节固定在所述轮毂电机上；
双纵臂，所述双纵臂包括上纵臂和下纵臂，所述上纵臂的一端通过第一鱼眼轴承铰接于所述转向节；所述下纵臂的一端通过第二鱼眼轴承铰接于所述转向节；
转向臂，所述转向臂竖向设置，所述上纵臂的另一端枢转铰接于所述转向臂上，所述下纵臂的另一端枢转铰接于所述转向臂上；所述转向臂的上端设有用于安装在转向模块上的转向模块安装部；
减振器，所述减振器由磁流变阻尼器和空气弹簧一体制造而成，所述减振器竖向设置，所述减振器的上端枢转铰接于所述转向臂的上端，所述减振器的下端枢转铰接于所述下纵臂上；
转角传感器，所述转角传感器安装在所述转向臂上，所述转角传感器上设有曲柄；
第一连杆，所述第一连杆的一端与所述曲柄固定连接；
第二连杆，所述第二连杆的一端与所述第一连杆的另一端枢转铰接，所述第二连杆的一端与所述第一连杆的另一端之间枢转铰接的枢转轴固定在所述减振器上，所述第二连杆的另一端通过第三鱼眼轴承铰接于所述下纵臂上。
2.根据权利要求1所述的面向全矢量线控汽车的双纵臂式主动悬架系统，其特征在于，所述第一鱼眼轴承包括第一鱼眼孔和第一螺杆，所述第一鱼眼孔与所述转向节过盈连接，所述第一螺杆与所述上纵臂的一端螺纹连接固定；所述第二鱼眼轴承包括第二鱼眼孔和第二螺杆，所述第二鱼眼孔与所述转向节过盈连接，所述第二螺杆与所述下纵臂的一端螺纹连接固定。
3.根据权利要求1所述的面向全矢量线控汽车的双纵臂式主动悬架系统，其特征在于，所述下纵臂上固定有下吊耳，所述减振器的下端通过枢转铰接于所述下吊耳上。
4.根据权利要求1所述的面向全矢量线控汽车的双纵臂式主动悬架系统，其特征在于，所述减振器的上端固定有上吊耳，所述上吊耳通过枢转铰接于所述转向臂的上端。
5.根据权利要求1所述的面向全矢量线控汽车的双纵臂式主动悬架系统，其特征在于，所述转向模块安装部上设有安装孔。
6.根据权利要求1所述的面向全矢量线控汽车的双纵臂式主动悬架系统，其特征在于，所述转向臂上固定有转角传感器安装座，所述转角传感器安装在所述转角传感器安装座上。
7.根据权利要求1所述的面向全矢量线控汽车的双纵臂式主动悬架系统，其特征在于，所述上纵臂呈i型，所述下纵臂呈h型。
8.根据权利要求1所述的面向全矢量线控汽车的双纵臂式主动悬架系统，其特征在于，所述上纵臂在横向上位于所述轮辋与所述减振器之间。
9.根据权利要求1所述的面向全矢量线控汽车的双纵臂式主动悬架系统，其特征在于，所述转向节通过平键周向固定在所述轮毂电机上，所述转向节通过轮毂电机轴螺母径向固定在所述轮毂电机上。
10.根据权利要求1所述的面向全矢量线控汽车的双纵臂式主动悬架系统，其特征在于，还包括碟刹盘和制动卡钳，所述碟刹盘固定在所述轮毂电机上；所述制动卡钳固定在所述转向节上。
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