CN204506399U - 一种行星齿轮电磁馈能式双横臂主动悬架 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种行星齿轮电磁馈能式双横臂主动悬架，以电机作为作动器，作动器通过行星齿轮减速增扭后通过螺旋弹簧与车架相连，通过推杆、下横臂与转向节相连。在车轮跳动过程中，传感器信号输入至整车控制器，整车控制器根据控制策略发出控制指令，并通过驱动电路放大后控制作动器发出作动力，减小不平路面对车辆振动系统产生的影响，进而改善车辆的舒适性、行驶安全性和悬架工作空间。该过程中，电机有时充当发电机将因不平路面产生的部分振动能量储存于车载电源中，有时充当电动机消耗车载电源电能并发出主动力。本实用新型的推杆与悬架铰接点位置可调，可适应不同轮边驱动系统布置与工作空间的要求，采用行星齿轮使结构更紧凑。

Description

一种行星齿轮电磁馈能式双横臂主动悬架

技术领域

本实用新型涉及一种车辆双横臂主动悬架，尤其是采用电机作为作动器，具有馈能作用并有利于轮边驱动系统布置的双横臂主动悬架。

背景技术

车辆悬架主要分为被动、半主动和主动悬架三大类。被动悬架因结构简单，成本较低，被广泛采用，但设计时只能折中于某种特定路面和速度下达到最优性能。半主动悬架结构相对简单，成本相对较低，能根据路面和车速变化调整悬架阻尼参数，能在一定程度上改善悬架性能。主动悬架能在不同路面和车速下提供不同的主动力，其实质等同于实时调整悬架的刚度和阻尼参数，能最大程度改善悬架性能，但因结构复杂，能耗和成本较高，其应用和推广受到很大的制约。

传统主动悬架常采用空气弹簧或液压作动器的形式，其工作需要巨大的能量输入，这在排放和节能要求日益严格的今天，显不适用。馈能式液压主动悬架结构复杂，且由振动回馈得到的液压能量难以储藏和应用。而传统汽车蓄电池电压低能量小，电动主动悬架的发展受到很大制约。在新能源汽车大力发展的今天，高压电池能够为电动作动器提供合适的能量来源，且同时能作为电动作动器再生电能的储存单元。因此，电动主动悬架引起了广泛的研究兴趣。

目前，电动主动悬架作动器的形式主要有直线电机式、电机和齿轮齿条式及电机和滚珠丝杆式。直线电机式主动悬架结构相对简单，但是作动器体积相对较大，而高性能电动车常采用分布式轮边或轮毂驱动的形式，轮边布置空间有限。电机和齿轮齿条式因齿轮齿条增速比不够，常需要其他增速机构，或采用更大的电机。滚珠丝杆有较高的正传动效率和逆效率，与之相配的电机可采用体积较小转速高的高功率密度电机，但滚珠丝杆的传动效率尤其是逆效率还是略低于齿轮传动，且整套作动器大小也较大。此外，这些主动悬架的结构设计多应用于麦弗逊悬架，而主动悬架常用于高性能豪华汽车，且双横臂悬架因其对于车轮定位参数的理想控制而备受青睐。

实用新型内容

本实用新型提出了一种行星齿轮电磁馈能式双横臂主动悬架，其目的在于可以以电机作为作动器，作动器通过行星齿轮减速增扭后通过螺旋弹簧与车架相连，通过推杆、下横臂与转向节相连。在车轮跳动过程中，传感器信号输入至整车控制器，整车控制器根据控制策略发出控制指令，并通过驱动电路放大后控制作动器发出作动力，减小不平路面对车辆振动系统产生的影响，进而改善车辆的舒适性、行驶安全性和悬架工作空间。该过程中，电机有时充当发电机将因不平路面产生的部分振动能量储存于车载电源中，有时充当电动机消耗车载电源电能并发出主动力。

本实用新型的技术方案是：

一种行星齿轮电磁馈能式双横臂主动悬架，包括第一球铰、上横臂、第二球铰、电机、第一转动铰、齿圈、行星架、第三球铰、弹簧座、调整座、螺旋弹簧、第四球铰、车架、下横臂、第二转动铰、太阳轮、行星轮、第五球铰、第六球铰、转向节、推杆。

具体的连接方式为：上横臂通过第一转动铰与车架相连，下横臂通过第二转动铰与车架相连。上横臂通过第一球铰与转向节相连，下横臂通过第六球铰与转向节相连。下横臂通过第五球铰与推杆相连，推杆通过第二球铰与行星架相连，行星架通过第三球铰与弹簧座相连。螺旋弹簧一端支承在弹簧座上，另一端支承在调整座上。弹簧座一端通过第三球铰与行星架相连，另一端通过第四球铰与车架相连。行星架与行星轮通过转动副相连，行星轮与齿圈通过齿轮副啮合，齿圈与车架固连，行星轮与太阳轮通过齿轮副啮合，太阳轮与电机输出轴通过花键相连，电机与车架固连。

在车辆运行过程中，上横臂与转向节可绕第一球铰相对转动，上横臂与车架可绕第一转动铰相对转动；下横臂与转向节可绕第六球铰相对转动，下横臂与车架可绕第二转动铰相对转动；推杆与下横臂可绕第五球铰相对转动，推杆与行星架可绕第二球铰相对转动；行星架与弹簧座可绕第三球铰相对转动；弹簧座与车架可绕第四球铰相对转动。

在车辆运行过程中，车轮上下跳动带动转向节上下跳动，转向节上下跳动带动下横臂绕车架沿着第二转动铰轴线摆动，下横臂摆动带动推杆运动，从而带动行星架绕着太阳轮所在轴线转动。此时，传感器信号输入至整车控制器，整车控制器根据控制策略发出控制信号，控制信号经驱动电路放大后控制电机作动。当动力通过第六球铰由转向节传递到下横臂，经第五球铰由下横臂传递到推杆，经第二球铰由推杆传递到行星架，部分动力经由行星架带动螺旋弹簧拉伸或压缩；另一部分动力经由行星架传递到行星轮，再由行星轮传递到太阳轮，进而带动电机作动时，电机充当发电机。当电机动力通过花键递到太阳轮，再由行星轮传递到行星架，与螺旋弹簧力共同作用于行星架，再经第二球铰由行星架传递到推杆，经第五球铰由推杆传递到下横臂，经第六球铰由下横臂传递到转向节，从而调节转向节的垂向振动时，电机充当电动机。

当需要调节螺旋弹簧的初始力时，可通过转动调整座使调整座沿着弹簧座轴线移动，以改变螺旋弹簧的压缩量，从而改变螺旋弹簧的初始力。

本实用新型的系统结构原理为：1/4车辆振动系统由簧上质量、弹簧、作动器、簧下质量和轮胎组成；控制系统由传感器、整车控制器和驱动电路组成；汽车电源由汽车电池和超级电容并联组成，能兼顾汽车电池能量密度高和超级电容功率密度高的优点，提高驱动系统和储能效率，并延长汽车电池的使用寿命。当汽车行驶在不平路面时，传感器信号输入至整车控制器，整车控制器根据控制策略发出控制信号，控制信号经驱动电路放大后控制作动器作动从而改善车辆的舒适性、行驶安全性和悬架工作空间。同时回收部分系统振动能量。

与现有技术相比，本实用新型的卓越功效在于：

（1）推杆与悬架铰接点位置可调，可适应不同轮边驱动系统布置与工作空间的要求，且采用行星齿轮使系统结构更紧凑。

（2）根据主动悬架控制策略控制作动器作动，有效改善车辆乘坐舒适性、行驶安全性和悬架工作空间。

（3）部分工况下作动器充当发电机，有效减少主动悬架能耗，某些工况甚至能够回馈能量，增加新能源汽车续驶里程。

（4）相较于被动悬架和半主动悬架，本实用新型能更大程度改善悬架性能；而新能源汽车的高压电池能够为电动作动器提供合适的能量来源，并能作为电动作动器再生电能的储存单元；此外，双横臂悬架因其对于车轮定位参数的理想控制较传统麦弗逊式主动悬架性能更优。

附图说明

图1 本实用新型结构示意图；

图2 本实用新型系统原理图。

附图中标号说明：

1——第一球铰；    2——上横臂；         3——第二球铰；

4——电机；        5——第一转动铰；     6——齿圈；

7——行星架；      8——第三球铰；       9——弹簧座；

10——调整座；     11——螺旋弹簧；      12——第四球铰；

13——车架；       14——下横臂；        15——第二转动铰；

16——太阳轮；     17——行星轮；        18——第五球铰；

19——第六球铰；   20——转向节；        21——推杆。

具体实施方式

下面结合附图和实施实例对本发明进一步说明。

如附图1所示，一种行星齿轮电磁馈能式双横臂主动悬架，包括第一球铰1、上横臂2、第二球铰3、电机4、第一转动铰5、齿圈6、行星架7、第三球铰8、弹簧座9、调整座10、螺旋弹簧11、第四球铰12、车架13、下横臂14、第二转动铰15、太阳轮16、行星轮17、第五球铰18、第六球铰19、转向节20、推杆21。

上横臂2通过第一转动铰5与车架13相连，下横臂14通过第二转动铰15与车架13相连。上横臂2通过第一球铰1与转向节20相连，下横臂14通过第六球铰19与转向节20相连。下横臂14通过第五球铰18与推杆21相连，推杆21通过第二球铰3与行星架7相连，行星架7通过第三球铰8与弹簧座9相连。螺旋弹簧11一端支承在弹簧座9上，另一端支承在调整座10上。弹簧座9一端通过第三球铰8与行星架7相连，另一端通过第四球铰12与车架13相连。行星架7与行星轮17通过转动副相连，行星轮17与齿圈6通过齿轮副啮合，齿圈6与车架13固连，行星轮17与太阳轮16通过齿轮副啮合，太阳轮16与电机4输出轴通过花键（图中未示出）相连，电机4与车架13固连。

在车辆运行过程中，上横臂2与转向节20可绕第一球铰1相对转动，上横臂2与车架13可绕第一转动铰5相对转动；下横臂14与转向节20可绕第六球铰19相对转动，下横臂14与车架13可绕第二转动铰15相对转动；推杆21与下横臂14可绕第五球铰18相对转动，推杆21与行星架7可绕第二球铰3相对转动；行星架7与弹簧座9可绕第三球铰8相对转动；弹簧座9与车架13可绕第四球铰12相对转动。

在车辆运行过程中，车轮上下跳动带动转向节20上下跳动，转向节20上下跳动带动下横臂14绕车架13沿着第二转动铰15轴线摆动，下横臂14摆动带动推杆21运动，从而带动行星架7绕着太阳轮16所在轴线转动。此时，传感器信号输入至整车控制器，整车控制器根据控制策略发出控制信号，控制信号经驱动电路放大后控制电机作动。当动力通过第六球铰19由转向节20传递到下横臂14，经第五球铰18由下横臂14传递到推杆21，经第二球铰3由推杆21传递到行星架7。部分动力经由行星架7带动螺旋弹簧11拉伸或压缩；另一部分动力经由行星架7传递到行星轮17，再由行星轮17传递到太阳轮16，进而带动电机4作动时，电机4充当发电机。当电机动力通过花键（图中未示出）递到太阳轮16，再由行星轮17传递到行星架7，与螺旋弹簧力共同作用于行星架7，再经第二球铰3由行星架7传递到推杆21，经第五球铰18由推杆21传递到下横臂14，经第六球铰19由下横臂14传递到转向节20，从而调节转向节20的垂向振动时，电机4充当电动机。

当需要调节螺旋弹簧的初始力时，可通过转动调整座10使调整座10沿着弹簧座9轴线移动，以改变螺旋弹簧11的压缩量，从而改变螺旋弹簧11的初始力。

考虑所述行星齿轮电磁馈能式双横臂主动悬架的系统结构原理，如图2系统结构原理所示：1/4车辆振动系统由簧上质量、弹簧、作动器和簧下质量组成；控制系统由传感器、整车控制器和驱动电路组成；汽车电源由汽车电池和超级电容并联组成，能兼顾汽车电池能量密度高和超级电容功率密度高的优点，提高驱动系统和储能效率，并延长汽车电池的使用寿命。当汽车行驶在不平路面时，传感器信号输入至整车控制器，整车控制器根据控制策略发出控制信号，控制信号经驱动电路放大后控制作动器作动从而改善车辆的舒适性、行驶安全性和悬架工作空间。同时回收部分系统振动能量。

Claims (3)

1.一种行星齿轮电磁馈能式双横臂主动悬架，包括第一球铰、上横臂、第二球铰、电机、第一转动铰、齿圈、行星架、第三球铰、弹簧座、调整座、螺旋弹簧、第四球铰、车架、下横臂、第二转动铰、太阳轮、行星轮、第五球铰、第六球铰、转向节、推杆，其特征在于：上横臂通过第一转动铰与车架相连，下横臂通过第二转动铰与车架相连；上横臂通过第一球铰与转向节相连，下横臂通过第六球铰与转向节相连；下横臂通过第五球铰与推杆相连，推杆通过第二球铰与行星架相连，行星架通过第三球铰与弹簧座相连；螺旋弹簧一端支承在弹簧座上，另一端支承在调整座上；弹簧座一端通过第三球铰与行星架相连，另一端通过第四球铰与车架相连；行星架与行星轮通过转动副相连，行星轮与齿圈通过齿轮副啮合，齿圈与车架固连，行星轮与太阳轮通过齿轮副啮合，太阳轮与电机输出轴通过花键相连，电机与车架固连。

2.根据权利要求1所述的一种行星齿轮电磁馈能式双横臂主动悬架，其特征在于：上横臂与转向节可绕第一球铰相对转动，上横臂与车架可绕第一转动铰相对转动；下横臂与转向节可绕第六球铰相对转动，下横臂与车架可绕第二转动铰相对转动；推杆与下横臂可绕第五球铰相对转动，推杆与行星架可绕第二球铰相对转动；行星架与弹簧座可绕第三球铰相对转动；弹簧座与车架可绕第四球铰相对转动。

3.根据权利要求1所述的一种行星齿轮电磁馈能式双横臂主动悬架，其特征在于：在车辆运行过程中，车轮上下跳动带动转向节上下跳动，转向节上下跳动带动下横臂绕车架沿着第二转动铰轴线摆动，下横臂摆动带动推杆运动，从而带动行星架绕着太阳轮所在轴线转动；此时，传感器信号输入至整车控制器，整车控制器根据控制策略发出控制信号，控制信号经驱动电路放大后控制电机作动；当动力通过第六球铰由转向节传递到下横臂，经第五球铰由下横臂传递到推杆，经第二球铰由推杆传递到行星架；部分动力经由行星架带动螺旋弹簧拉伸或压缩；另一部分动力经由行星架传递到行星轮，再由行星轮传递到太阳轮，进而带动电机作动时，电机充当发电机；当电机动力通过花键递到太阳轮，再由行星轮传递到行星架，与螺旋弹簧力共同作用于行星架，再经第二球铰由行星架传递到推杆，经第五球铰由推杆传递到下横臂，经第六球铰由下横臂传递到转向节，从而调节转向节的垂向振动时，电机充当电动机。