CN113635722A - 一种适用于轮毂电机驱动虚拟轨道列车的半主动悬架系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种适用于轮毂电机驱动虚拟轨道列车的半主动悬架系统，包括电动轮磁流变悬置减振机构、悬架系统组件和转向执行机构,电动轮磁流变悬置减振机构与电动轮相连，电动轮磁流变悬置减振机构与悬架系统组件相连，悬架系统组件与车架相连，转向执行机构一端与悬架系统组件相连，另一端与车架相连；转向执行机构通过悬架系统组件控制电动轮磁流变悬置减振机构从而使电动轮转向。本发明所提供的一种适用于轮毂电机驱动虚拟轨道列车的半主动悬架系统通过对电动轮内磁流变体悬置的主动控制，实现了对磁流变体悬置的刚度、阻尼的实时调整，实现了轮毂驱动车辆电动轮内主动减振，提高了轮毂驱动车辆的乘坐舒适性及电动轮的使用寿命。

Description

一种适用于轮毂电机驱动虚拟轨道列车的半主动悬架系统
技术领域
本发明属于轨道列车技术领域，具体涉及一种适用于轮毂电机驱动虚拟轨道列车的半主动悬架系统。
背景技术
轮毂电机驱动虚拟轨道列车采用全轮轮毂电机驱动(3节车厢6轴12电机及以上编组)，无须铺设钢轨，直接在城市道路上设置虚拟导向轨道(巡线)，不破坏路面，全列由多节车厢铰接组成，具有轨迹跟随能力，可实现无人驾驶。虚拟轨道列车融合了城市轨道交通系统(尤其是有轨电车)载客量大、道路公共交通系统适应强、造价低、线路规划灵活两方面的优势，具有项目建设周期短，基础设施投资小，调度灵活的特点，是兼顾运能与成本全新的中运量城市公共交通系统解决方案。虚拟轨道列车不仅可以缓解一线大城市随着城市居住人口数量的逐年增加和汽车保有量提高带来的市域内交通压力，也可适宜于有限经济能力、较小空间尺度的二三线城市发展中运量、低成本的公共交通模式。
采用全轮轮毂电机驱动，使得底盘结构得到大大简化，动力分布在各个驱动轮内，省去了动力传动装置，提高了动力传动效率，有效提升了纯电动列车续航里程，同时留有更多设计余量用以提升车内乘坐空间。与此同时，由于驱动电机集成在驱动轮内，引发悬架布置空间不足，簧下质量增大车辆乘坐舒适性和操控性下降，电机寿命降低等问题，因此需要对悬架系统进行针对性匹配设计和优化。
发明内容
本发明的目的是解决上述问题，提供一种结构简单，操作方便，制造成本较低的适用于轮毂电机驱动虚拟轨道列车的半主动悬架系统。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种适用于轮毂电机驱动虚拟轨道列车的半主动悬架系统，包括电动轮磁流变悬置减振机构、悬架系统组件和转向执行机构,电动轮磁流变悬置减振机构与电动轮相连，电动轮磁流变悬置减振机构与悬架系统组件相连，悬架系统组件与车架相连，转向执行机构一端与悬架系统组件相连，另一端与车架相连；转向执行机构通过悬架系统组件控制电动轮磁流变悬置减振机构从而使电动轮转向。
优选地，所述电动轮磁流变悬置减振机构包括电机支撑轴、套筒平键、套筒、永磁体、磁流变弹性体、支架平键、磁流变悬置支架、电机定子和电机转子，套筒套设在电机支撑轴上并通过套筒平键相连，永磁体套设在套筒上，磁流变弹性体套设在永磁体上，磁流变悬置支架套设在磁流变弹性体上，电机定子套设在磁流变悬置支架上；支架平键位于磁流变悬置支架和电机定子之间，电机转子套设在电机定子的外表面。
优选地，所述电机定子上设置有线圈。
优选地，所述悬架系统组件包括主销组件、羊角组件、高度传感器总成、横向稳定杆、下摆臂、横向稳定杆垂臂、电磁阀式减振器、上摆臂和空气弹簧，主销组件穿设于羊角组件并与电动轮相连，羊角组件的顶部与空气弹簧相连，空气弹簧的上端与车架相连；羊角组件的上部与上摆臂的端部转动连接，上摆臂的另一端与车架转动连接；羊角组件的中部与横向稳定杆垂臂转动连接，横向稳定杆垂臂的另一端与横向稳定杆的端部转动连接；羊角组件的下部与下摆臂转动连接，下摆臂的另一端与车架转动连接；电磁阀式减振器上端与车架转动连接，电磁阀式减振器的下端与羊角组件转动连接；高度传感器总成与羊角组件相连。
优选地，所述主销组件包括衬套、销轴、轴承和垫片，羊角组件上设有羊角组件通孔，轴承位于羊角组件通孔内，销轴穿设于羊角组件通孔内并通过衬套和垫片进行固定。
优选地，所述轴承为推力圆柱滚子轴承。
优选地，所述转向执行机构包括转向节臂、转向横拉杆、转向动力臂、转向连杆和转角传感器，转向节臂与电动轮相连，转向节臂的另一端与转向横拉杆的端部转动连接，转向横拉杆的另一端与转向动力臂转动连接，转向动力臂与车架相连，转向连杆的端部与转向动力臂转动连接，转向连杆的另一端与车架相连，转角传感器与转向连杆相连。
本发明的有益效果是：
1、本发明所提供的一种适用于轮毂电机驱动虚拟轨道列车的半主动悬架系统通过对电动轮内磁流变体悬置的主动控制，实现了对磁流变体悬置的刚度、阻尼的实时调整，实现了轮毂驱动车辆电动轮内主动减振，提高了轮毂驱动车辆的乘坐舒适性及电动轮的使用寿命。
2、通过半主动悬架系统设计，采用的电磁阀式液压减振器可实现根据振动信号实时改变减振器阻尼，达到对来自路面及电动轮内的复合激励，解决了轮毂驱动虚拟轨道列车设计的双横臂悬架系统无法有效提升车辆乘坐舒适性的问题。
3、通过对空气弹簧的单气囊设计与多高度调节的主动控制，提高了虚拟轨道列车车辆各场景适应能力和适用性。
4、对悬架系统定位参数进行设计，保证了虚拟轨道列车的双向行驶无差别化以及行驶稳定性。
5、对空气弹簧内部以及主动减振器内部设计限位装置，一方面既保证了车辆在道路上行驶所必须的轮跳行程，同时也有效防止了车轮及悬架系统对车体的冲击。
6、悬架系统采用主动减振器与空气弹簧匹配设计和联合控制，一方面为悬架系统提供最佳的刚度和阻尼匹配，同时有效利用高度可调系统和阻尼可调系统各传感单元，使半主动悬架系统发挥最佳效果和成本控制。
附图说明
图1是本发明一种适用于轮毂电机驱动虚拟轨道列车的半主动悬架系统的结构示意图；
图2是本发明电动轮磁流变悬置减振机构的结构示意图；
图3是本发明悬架系统组件的结构示意图；
图4是本发明转向执行机构的结构示意图。
附图标记说明：1、电动轮磁流变悬置减振机构；2、悬架系统组件；3、转向执行机构；1-1、电机支撑轴；1-2、套筒平键；1-3、套筒；1-4、永磁体；1-5、磁流变弹性体；1-6、支架平键；1-7、磁流变悬置支架；1-8、电机定子；1-9、电机转子；2-1、主销组件；2-2、羊角组件；2-3、高度传感器总成；2-4、横向稳定杆；2-5、下摆臂；2-6、横向稳定杆垂臂；2-7、电磁阀式减振器；2-8、上摆臂；2-9、空气弹簧；3-1、转向节臂；3-2、转向横拉杆；3-3、转向动力臂；3-4、转向连杆；3-5、转角传感器。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的说明：
如图1到图4所示，本发明提供的一种适用于轮毂电机驱动虚拟轨道列车的半主动悬架系统，包括电动轮磁流变悬置减振机构1、悬架系统组件2和转向执行机构3,电动轮磁流变悬置减振机构1与电动轮相连，电动轮磁流变悬置减振机构1与悬架系统组件2相连，悬架系统组件2与车架相连，转向执行机构3一端与悬架系统组件2相连，另一端与车架相连；转向执行机构3通过悬架系统组件2控制电动轮磁流变悬置减振机构1从而使电动轮转向。
如图2所示，电动轮磁流变悬置减振机构1包括电机支撑轴1-1、套筒平键1-2、套筒1-3、永磁体1-4、磁流变弹性体1-5、支架平键1-6、磁流变悬置支架1-7、电机定子1-8和电机转子1-9。套筒1-3套设在电机支撑轴1-1上并通过套筒平键1-2相连，永磁体1-4套设在套筒1-3上，磁流变弹性体1-5套设在永磁体1-4上，磁流变悬置支架1-7套设在磁流变弹性体1-5上，电机定子1-8套设在磁流变悬置支架1-7上。支架平键1-6位于磁流变悬置支架1-7和电机定子1-8之间，电机转子1-9套设在电机定子1-8的外表面。
电机支撑轴1-1通过套筒平键1-2与套筒1-3相连，永磁体1-4的截面呈环状结构，且套设在套筒1-3上。电机定子1-8的内表面设有电机定子凹槽，磁流变悬置支架1-7上设有磁流变悬置支架凹槽，支架平键1-6位于电机定子凹槽和磁流变悬置支架凹槽内。在本实施例中支架平键1-6的数量为四，且对称均匀呈环状分布在磁流变悬置支架1-7上。
电机定子1-8上设置有线圈，通电后经过线圈的电磁感应效应产生磁场，磁流变弹性体1-5会在磁场作用下表现出一定的磁致特性，比如其储能模量和剪切模量会随着磁场增加而增大，线圈呈环状分布在电机定子1-8上。电机转子1-9位于电机定子1-8的外表面，电机转子1-9通过螺栓与电动轮的轮毂相连。
如图3所示，悬架系统组件2包括主销组件2-1、羊角组件2-2、高度传感器总成2-3、横向稳定杆2-4、下摆臂2-5、横向稳定杆垂臂2-6、电磁阀式减振器2-7、上摆臂2-8和空气弹簧2-9，主销组件2-1穿设于羊角组件2-2并与电动轮相连，羊角组件2-2的顶部与空气弹簧2-9通过螺栓相连，空气弹簧2-9的上端与车架通过螺栓相连。羊角组件2-2的上部与上摆臂2-8的端部转动连接，上摆臂2-8的另一端与车架转动连接。羊角组件2-2的中部与横向稳定杆垂臂2-6转动连接，横向稳定杆垂臂2-6的另一端与横向稳定杆2-4的端部转动连接。羊角组件2-2的下部与下摆臂2-5转动连接，下摆臂2-5的另一端与车架转动连接。电磁阀式减振器2-7上端与车架通过螺栓转动连接，电磁阀式减振器2-7的下端与羊角组件2-2转动连接。高度传感器总成2-3与羊角组件2-2相连，高度传感器总成2-3为现有成熟技术设备。
主销组件2-1包括衬套、销轴、轴承和垫片，羊角组件2-2为连接件，羊角组件2-2上设有羊角组件通孔和羊角组件连接孔，轴承位于羊角组件通孔内，销轴穿设于羊角组件通孔内并通过衬套和垫片进行固定。
在本实施例中，轴承为推力圆柱滚子轴承，上摆臂2-8和下摆臂2-5通过螺栓安装在车架上，上摆臂2-8和下摆臂2-5通过连接轴与羊角组件2-2相连。羊角组件连接孔包括羊角组件上连接孔、羊角组件中连接孔和羊角组件下连接孔，上摆臂2-8上设有上摆臂孔，连接轴依次穿过上摆臂孔与羊角组件上连接孔将上摆臂2-8与羊角组件2-2的上部转动连接。下摆臂2-5上设有下摆臂孔，连接轴依次穿过下摆臂孔和羊角组件下连接孔将下摆臂2-5和羊角组件2-2转动连接。
如图4所示，转向执行机构3包括转向节臂3-1、转向横拉杆3-2、转向动力臂3-3、转向连杆3-4和转角传感器3-5，转向节臂3-1与电动轮相连，转向节臂3-1的另一端与转向横拉杆3-2的端部转动连接，转向横拉杆3-2的另一端与转向动力臂3-3转动连接，转向动力臂3-3与车架相连，转向连杆3-4的端部与转向动力臂3-3转动连接，转向连杆3-4的另一端与车架相连，转角传感器3-5与转向连杆3-4相连。
在本实施例中，转向横拉杆3-2连接转向节臂3-1和转向动力臂3-3，转向动力臂3-3通过螺栓安装在车架上，同时转向动力节臂3-3上留有两个孔位，可实现与自动转向油缸以及手动转向助力机构同时连接，从而实现即可手动转向，也可直接控制油缸进行自动转向。通过转向连杆3-4球头上的自带螺栓与锥孔配合连接转向连杆组件，转向连杆3-4另一侧连接右侧转向执行机构，从而实现右侧转向执行机构中与之对应的车轮随动。转角传感器3-5用于测量转向杆3-4转动的角度，来反映电动轮转动的角度大小。
当车辆行驶在较为恶劣的路面上时，集成在电动轮内部的电动轮磁流变悬置减振机构1可以通过对磁流变弹性体1-5的主动控制从而对磁流变悬置的阻尼及刚度的调整，实现对来自路面的激励的主动抑制。此时，车辆的悬架系统组件2可以通过传感器测得的振动信号，经过半主动悬架系统控制器计算，输出对应电流，对电磁阀式减振器2-7的阻尼系数进行修改，达到对来自电动轮及路面的多向振动激励的抑制。
在车辆需要采用不同车身姿态通过路面或者处于维修等特殊工况时，驾驶员可以通过按下驾驶室内的调整车身高度的按钮，系统监测到改变车身高度的信号后，可通过高度传感器总成2-3测得的高度信号反馈给驾驶员此时车身所处高度，并根据相应指令对空气弹簧2-9进行充放气，对空簧的刚度进行调整，改变车身的高度。
本发明中的电动轮磁流变悬置减振机构、悬架系统主件和转向执行机构共同构成本发明的轮毂电机驱动虚拟轨道列车的半主动悬架系统。在车辆行驶在不同路面时，电动轮内的磁流变悬置减振机构可以通过改变电流从而实现对磁流变悬置的阻尼及刚度的调整、并且电磁阀式减振器可通过测得的振动信号实时调节阻尼系数来达到对路面激励的抑制，复合了这两种减振装置的系统可以有效提升驾乘人员乘坐舒适性。在汽车正常运行过程中，车辆悬架可以根据路况及车况所需通过调节空气弹簧气压，实现车身高度的升降。
本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种适用于轮毂电机驱动虚拟轨道列车的半主动悬架系统，其特征在于：包括电动轮磁流变悬置减振机构(1)、悬架系统组件(2)和转向执行机构(3),电动轮磁流变悬置减振机构(1)与电动轮相连，电动轮磁流变悬置减振机构(1)与悬架系统组件(2)相连，悬架系统组件(2)与车架相连，转向执行机构(3)一端与悬架系统组件(2)相连，另一端与车架相连；转向执行机构(3)通过悬架系统组件(2)控制电动轮磁流变悬置减振机构(1)从而使电动轮转向。
2.根据权利要求1所述的一种适用于轮毂电机驱动虚拟轨道列车的半主动悬架系统，其特征在于：所述电动轮磁流变悬置减振机构(1)包括电机支撑轴(1-1)、套筒平键(1-2)、套筒(1-3)、永磁体(1-4)、磁流变弹性体(1-5)、支架平键(1-6)、磁流变悬置支架(1-7)、电机定子(1-8)和电机转子(1-9)，套筒(1-3)套设在电机支撑轴(1-1)上并通过套筒平键(1-2)相连，永磁体(1-4)套设在套筒(1-3)上，磁流变弹性体(1-5)套设在永磁体(1-4)上，磁流变悬置支架(1-7)套设在磁流变弹性体(1-5)上，电机定子(1-8)套设在磁流变悬置支架(1-7)上；支架平键(1-6)位于磁流变悬置支架(1-7)和电机定子(1-8)之间，电机转子(1-9)套设在电机定子(1-8)的外表面。
3.根据权利要求2所述的一种适用于轮毂电机驱动虚拟轨道列车的半主动悬架系统，其特征在于：所述电机定子(1-8)上设置有线圈。
4.根据权利要求1所述的一种适用于轮毂电机驱动虚拟轨道列车的半主动悬架系统，其特征在于：所述悬架系统组件(2)包括主销组件(2-1)、羊角组件(2-2)、高度传感器总成(2-3)、横向稳定杆(2-4)、下摆臂(2-5)、横向稳定杆垂臂(2-6)、电磁阀式减振器(2-7)、上摆臂(2-8)和空气弹簧(2-9)，主销组件(2-1)穿设于羊角组件(2-2)并与电动轮相连，羊角组件(2-2)的顶部与空气弹簧(2-9)相连，空气弹簧(2-9)的上端与车架相连；羊角组件(2-2)的上部与上摆臂(2-8)的端部转动连接，上摆臂(2-8)的另一端与车架转动连接；羊角组件(2-2)的中部与横向稳定杆垂臂(2-6)转动连接，横向稳定杆垂臂(2-6)的另一端与横向稳定杆(2-4)的端部转动连接；羊角组件(2-2)的下部与下摆臂(2-5)转动连接，下摆臂(2-5)的另一端与车架转动连接；电磁阀式减振器(2-7)上端与车架转动连接，电磁阀式减振器(2-7)的下端与羊角组件(2-2)转动连接；高度传感器总成(2-3)与羊角组件(2-2)相连。
5.根据权利要求4所述的一种适用于轮毂电机驱动虚拟轨道列车的半主动悬架系统，其特征在于：所述主销组件(2-1)包括衬套、销轴、轴承和垫片，羊角组件(2-2)上设有羊角组件通孔，轴承位于羊角组件通孔内，销轴穿设于羊角组件通孔内并通过衬套和垫片进行固定。
6.根据权利要求5所述的一种适用于轮毂电机驱动虚拟轨道列车的半主动悬架系统，其特征在于：所述轴承为推力圆柱滚子轴承。
7.根据权利要求1所述的一种适用于轮毂电机驱动虚拟轨道列车的半主动悬架系统，其特征在于：所述转向执行机构(3)包括转向节臂(3-1)、转向横拉杆(3-2)、转向动力臂(3-3)、转向连杆(3-4)和转角传感器(3-5)，转向节臂(3-1)与电动轮相连，转向节臂(3-1)的另一端与转向横拉杆(3-2)的端部转动连接，转向横拉杆(3-2)的另一端与转向动力臂(3-3)转动连接，转向动力臂(3-3)与车架相连，转向连杆(3-4)的端部与转向动力臂(3-3)转动连接，转向连杆(3-4)的另一端与车架相连，转角传感器(3-5)与转向连杆(3-4)相连。
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