CN205706844U - 一种轮毂电动汽车四轮独立线控转向装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种轮毂电动汽车四轮独立线控转向装置其包括输入组件、控制组件、执行组件及连接组件；该输入组件与该执行组件分别与该控制组件连接，该连接组件连接在该执行组件的下端；该输入组件用于输入转角转向指令，将该转角转向指令传递至该控制组件，所述控制组件接收到所述转角转向指令后控制所述执行组件进行转向；所述连接组件用于将所述控制组件及所述执行组件连接至车架上。上述结构，不仅操控稳定性及舒适性佳、传动效率高、抗噪性能好、使用寿命长，而且能实现四轮独立转向，提高汽车机动性能，并大幅度减轻转向时轮胎与地面因滑动所造成的磨损，同时能显著提升车辆转向的主动安全性。

Description

一种轮毂电动汽车四轮独立线控转向装置

技术领域

本实用新型属于电动汽车技术领域，尤其涉及一种可以驱动电动汽车的车轮独立转向的轮毂电动汽车四轮独立线控转向装置。

背景技术

汽车工业的高速发展以及人们对于汽车使用需求的不断增加，带动了汽车产量和保有量的持续上升，从而加剧了人们目前普遍关注的能源问题和环境问题。纯电动汽车具有低噪声、无污染、能量来源多样化、能量效率高的特点，是解决城市中汽车问题的重要途径。同时，随着电力电子控制技术及计算机技术的不断发展，电气化、智能化无疑是未来汽车的发展方向，发展纯电动汽车对调整我国产业结构、提高重点领域的创新能力和市场竞争能力，促进经济社会协调发展产生深远影响。

目前，大部分电动汽车采用单个电机作为整车驱动源，将传统燃油汽车的发动机由电动机替代，仍采用原有的燃油汽车的机械传动系统、制动系统、转向系统、助力系统等。然而，采用原有燃油汽车的机械传动系统，其传动效率低，使得车辆自重较大、能耗较高，不利于能源使用效率的提高。传统燃油的制动系统在车辆刹车过程中，将车辆的动能通过制动部件之间的摩擦转化为热能，造成能源的浪费。此外，采用单一电机驱动的电动汽车不能实现对驱动车轮的直接主动控制，不利于操控性及安全性的提升，限制了电驱动优势的发挥。再则，大部分电动汽车的电池为铅酸蓄电池且装于后部行李舱中，其自重较大，压缩了车内可利用空间，且使整车的质心后移，造成汽车操控稳定恶化。最后，现阶段电动助力转向系统(Electric power steering简称EPS or EPAS)是基于涡轮蜗杆式传动的转向机构并依靠电动机产生助力的系统。而蜗轮蜗杆传动是利用摩擦传动，承载能力小，传动效率偏低，致使发热量较大，且蜗轮蜗杆式转向装置对机械安装及调试要求较高。此外，转向绝大数情况是小幅度偏转，频繁的往复摩擦少数几个蜗齿，会加速转向机构的破坏，耐久抗噪性能较差。

另外，传统的汽车转向系统以人力作为汽车转向执行机构的全部或者部分力量源，通过车身与轮胎之间的转向横拉杆及转向梯形结构等硬性机械构件，实现汽车车轮的同侧偏转，藉此实现汽车的转向操作。期间，前轮作为转向主动轮随驾驶员扭动方向盘的方向进行偏转，而后轮与车身并不发生相对偏转运动，只是作为随动轮跟随前轮运动趋势，完成整个汽车的转向操作。

转向技术发展至今，人力始终无法摆脱作为部分执行动力源的角色，为了解决转向沉重等影响驾驶舒适性的问题，往往引入转向助力装置。无论是电动助力机构，还是液压助力机构，都较大程度的复杂了转向系统的结构，带来了转向系统成本高及可靠性低的问题；同时复杂的转向杆件使底盘的布置工作也面临较大的困难，转向横拉杆结构与悬架叉臂结构之间易发生运动不协调而产生干涉现象，影响轮胎定位参数的稳定性，从而危机汽车的操控稳定性。另外，因受制于转向梯形的几何约束，车轮只能同侧同角度偏转，使汽车失去更多运动可能性，制约了汽车最小转弯半径的减小，限制了汽车的通过性；此外，在转向中，后轮不发生偏转，只起到随动作用，无法实现理想的阿克曼转向模型，车轮不可避免会产生滑移，导致轮胎的加速磨损。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题在于提供一种轮毂电动汽车四轮独立线控转向装置，旨在其不仅操控稳定性佳、传动效率高、抗噪性能好、使用寿命长，而且采用四轮独立转向，能更好地满足阿克曼转向模型，大幅度减轻转向时轮胎与地面因滑动所造成的磨损，提升车辆的安全性。

本实用新型是这样实现的，一种轮毂电动汽车四轮独立线控转向装置，其包括输入组件、控制组件、执行组件及连接组件；所述输入组件与所述控制组件连接，所述控制组件的另一侧与所述执行组件的上端编码器连接，所述执行组件与所述连接组件连接；所述输入组件用于向电动汽车输入转角转向指令，并将所述转向指令传递至所述控制组件；所述控制组件接收到所述转角转向指令后控制所述执行组件进行转向；所述连接组件用于将所述控制组件及所述执行组件连接至车架上。

进一步地，前述的输入组件包括方向盘、转角传感器、转向柱、路感电机及连接线路；所述方向盘连接在所述转向柱的上端，所述路感电机连接在所述转向柱的下端，所述转角传感器套设在所述转向柱靠近所述方向盘的位置；所述方向盘、所述转角传感器及所述转向柱同轴设置并保持严格同步转动；所述转角传感器用于获取所述方向盘的转角变化，并将捕获的角度信息传递给所述控制组件；所述连接线路用于所述方向盘、所述转角传感器及所述路感电机的电极信号连接。

进一步地，前述的控制组件包括转向控制器、连接电路及光电编码器；所述转向控制器及所述光电编码器之间通过所述连接线路连接实现信息交互；所述转向控制器通过所述连接电路与所述转角传感器连接以接收所述转角传感器获取的转角信息，并输出最优执行指令以控制协调汽车四轮转向；所述光电编码器监测汽车四个车轮的实际转向角变化，并实时向所述转向控制器反馈所述转向角的数值，用以实现转向闭环精准控制修正。

进一步地，前述的执行组件包括凸台轴、圆锥滚子轴承、第一螺钉、齿轮减速器、平键、推力轴承、第二螺钉、紧固片、上盖、螺母、紧固螺栓、步进电机及圆台；所述圆台、所述圆锥滚子轴承、所述推力轴承、所述紧固片及所述上盖依次从下至上轴向固定在所述凸台轴上；所述圆锥滚子轴承的内圈采用过盈配合方式径向固定在所述凸台轴上并与所述凸台轴同步转动，所述圆锥滚子轴承的外圈亦采用过盈配合方式固定至所述圆台下端的轴孔中并与所述圆台之间保持相对静止；所述齿轮减速器的输出轴通过所述平键与所述凸台轴顶部的开孔连接；所述推力轴承收容在所述圆台的轴孔中，所述紧固片通过所述第一螺钉固定在所述凸台轴的顶部，而所述紧固片的其余部分压紧在所述推力轴承上；所述上盖通过所述第二螺钉固定在所述圆台的上端，所述步进电机通过所述螺母及所述紧固螺栓固定在减速器的上端，与所述圆台及所述上盖保持相对静止。

进一步地，前述的圆锥滚子轴承设置在所述圆台的下端轴孔中，所述推力轴承设置在所述圆台的上端轴孔中，且二个轴承保持同轴。

进一步地，前述的齿轮减速器的输出轴与所述凸台轴保持共轴设置。

进一步地，前述的连接组件包括第一螺栓、紧固螺钉、悬架连接臂、第二螺栓及转向夹紧横臂；所述悬架连接臂通过所述第二螺栓固定在所述凸台轴的下端，且与所述悬架连接臂同步转动；所述转向夹紧横臂通过所述紧固螺钉固定夹持在所述圆台上，所述转向夹紧横臂的基座通过所述第一螺栓及与所述第一螺栓相配合的螺母连接到所述车架上，所述转向夹紧横臂、所述圆台及所述车架三者之间保持相对静止。

本实用新型与现有技术相比，有益效果在于：本实用新型实施例提供的轮毂电动汽车四轮独立线控转向装置，通过采用分布式电机独立拖动车轮转向，摒弃传统转向装置的转向横拉杆、转向梯形机构等与车轮之间的硬连接，通过四个电机各控制一个车轮的转角，因此车轮之间的转角摆脱传统的几何约束关系，不仅实现了汽车四个车轮的独立转向，而且赋予了车轮更多运动自由，为实现理想的阿克曼转向模型提供可能；另外，取消了硬连接，大大简化了机械结构，避免因悬架叉臂与横拉杆之间发生运动而产生的干涉所导致的使行驶中车轮的定位参数波动更小，确保车辆操控稳定性，较大程度减轻轮胎的磨耗和简化车辆基于阿克曼转向模型的控制算法；同时，由于转向输入到转向输出是间接的，期间控制器可对驾驶员的转向意图进行辨识以选择最优执行方式，有效避免紧急情况下大幅度转向带来的甩尾、侧翻等安全事故，显著提升汽车安全性。

附图说明

图1是本实用新型实施例提供的电动汽车四轮独立线控转向装置的结构示意图。

图2是图1中的电动汽车四轮独立线控转向装置的剖面结构示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

请参阅图1及图2所示，本实用新型提供的轮毂电动汽车四轮独立线控转向装置用于驱动电动汽车的车轮独立进行转向，所述轮毂电动汽车四轮独立线控转向装置包括输入组件100、控制组件200、执行组件300及连接组件400。所述输入组件100与所述控制组件200连接，所述控制组件200的另一侧与所述执行组件300的上端连接，所述执行组件300的下端与所述连接组件400连接。所述输入组件100用于向电动汽车输入转向指令，并将所述转向指令传递至所述控制组件200。所述控制组件200接收到所述转向指令控制执行组件300进行转向。所述连接组件400用于将所述控制组件200及所述执行组件300连接至车架(未图示)上。

所述输入组件100包括方向盘10、转角传感器11、转向柱12、路感电机13及连接线路(未图示)。所述方向盘10连接在所述转向柱12的上端，所述路感电机13连接在所述转向柱12的下端，所述转角传感器11套设在所述转向柱12靠近所述方向盘10的位置。在本实施例中，所述方向盘10、所述转角传感器11及所述转向柱12同轴设置并保持严格同步转动。所述转角传感器12用于获取所述方向盘10的转角变化，并将捕获的角度信息传递给所述控制组件200；所述连接线路用于所述方向盘10、所述转角传感器11及所述路感电机13的电极信号连接。

所述控制组件200包括转向控制器20、连接电路21及光电编码器22。所述转向控制器20及所述光电编码器22之间通过所述连接电路21连接实现信息交互。其中，所述转向控制器20与所述转角传感器12连接以接收所述转角传感器12获取的转角信息，并据此输出最优执行指令，从而控制协调汽车转向。与此同时，所述光电编码器22监测所述方向盘10的实际转向角，并实时向所述转向控制器20反馈所述转向角的数值，用以实现转向闭环精准控制修正。

所述执行组件300包括凸台轴30、圆锥滚子轴承31、第一螺钉32、齿轮减速器33、平键34、推力轴承35、第二螺钉36、紧固片37、上盖38、螺母39、紧固螺栓301、步进电机302及圆台303。其中，所述圆台303、所述圆锥滚子轴承31、所述推力轴承35、所述紧固片37及所述上盖38依次从下至上轴向固定在所述凸台轴30上。所述圆锥滚子轴承31的内圈采用过盈配合方式固定在所述凸台轴30上并与所述凸台轴30同步转动，所述圆锥滚子轴承31的外圈亦采用过盈配合方式固定至所述圆台303下端的轴孔中并与所述圆台303之间保持相对静止。所述齿轮减速器33的输出轴通过所述平键34与所述凸台轴30顶部的开孔(未标号)连接。所述推力轴承35收容在所述圆台303上端轴孔(未标号)中，同时所述紧固片37通过所述第一螺钉32固定在所述凸台轴30的顶部，而所述紧固片37的其余部分压紧在所述推力轴承35上。所述上盖38通过所述第二螺钉36固定在所述圆台303的上端，所述齿轮减速器33下端通过所述螺钉(图中未标出)固定在所述上盖38上。所述步进电机302通过所述螺母39及所述紧固螺栓301固定所述齿轮减速器33的上端，最后所述齿轮减速器33的下端再通过螺钉(图中未标号)固定在所述上盖38上，实现所述步进电机302与所述齿轮减速器33及所述上盖38的相对静止。

在本实施例中，所述圆锥滚子轴承31设置在所述圆台303的下端轴孔中，所述推力轴承35设置在所述圆台303的上端轴孔中。通过所述圆锥滚子轴承31及所述推力轴承35的配合协调使用，从而改善所述圆锥滚子轴承31及所述推力轴承35的受载状况，增加所述转向装置的轴向及径向承载能力。所述圆锥滚子轴承31及所述推力轴承35构成所述转向装置的回转防脱对中机构，能更好地适应电动汽车行驶中因振动冲击所造成的径向及轴向动载荷，进一步提升电动汽车在转向过程中的可靠性及稳定性。

在本实施例中，采用双轴承保证了所述齿轮减速器33的输出轴与所述凸台轴30的共轴设置，即两轴具有对中性，不仅有效减少偏磨现象，而且还能保证所述凸台轴30不会轴向脱落，增加所述转向装置整体的可靠性。另外，通过所述上盖38、所述螺钉(图中未标出)实现了所述圆台303与所述齿轮减速器33之间的连接，并利用所述齿轮减速器33来实现所述步进电机302的减速增扭。当所述步进电机302接收到所述转向控制器20发出的脉冲信息时，通过所述齿轮减速器33的减速增扭作用后将扭矩输出，同时拖动与所述悬架连接臂42连接的车轮同时发生偏转，从而实现转向。

可以理解，所述步进电机302还可以替换成伺服电机。所述齿轮减速器33及圆锥滚子轴承31及所述推力轴承35可以使用涡轮蜗杆等附属相关构件取代，只要能实现可靠及时地转向即可。

所述连接组件400包括第一螺栓40、紧固螺钉41、悬架连接臂42、第二螺栓43及转向夹紧横臂44。所述悬架连接臂42通过第二螺栓43固定在所述凸台轴30的下端，且所述圆台303承载在所述悬架连接臂42上。所述转向夹紧横臂44的夹紧箍(未标号)夹持在所述转向组件300的圆台303上，并通过所述紧固螺钉41进一步加固，以增加所述转向夹紧横臂44的轴向承载能力。所述转向夹紧横臂44的基座(未标号)通过所述第一螺栓40及与所述第一螺栓40相配合的螺母(未标号)连接到所述车架上，从而使所述转向夹紧横臂44、所述圆台303及所述车架三者之间保持相对静止。

本实用新型实施例提供的电动汽车四轮独立线控转向装置，通过采用分布式电机独立拖动车轮转向，摒弃传统转向装置的转向横拉杆、转向梯形机构等与车轮之间的硬连接，通过四个电机各控制一个车轮的转角，因此车轮之间的转角摆脱传统的几何约束关系，不仅实现了汽车四个车轮的独立转向，而且赋予了车轮更多运动自由，为实现理想的阿克曼转向模型提供可能；另外，取消了硬连接，大大简化了机械结构，避免了因悬架叉臂与横拉杆之间发生运动而产生的干涉所述导致的使行驶中车轮的定位参数波动更小，确保车辆操控稳定性，较大程度减轻轮胎的磨耗和简化车辆基于阿克曼转向模型的控制算法；同时，由于转向输入到转向输出是间接的，期间控制器可对驾驶员的转向意图进行辨识以选择最优执行方式，有效避免紧急情况下大幅度转向带来的甩尾、侧翻等安全事故，显著提升汽车安全性。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种轮毂电动汽车四轮独立线控转向装置，用于实现电动汽车的四轮独立转向，其特征在于：所述轮毂电动汽车四轮独立线控转向装置包括输入组件、控制组件、执行组件及连接组件；所述输入组件与所述控制组件连接，所述控制组件的另一侧与所述执行组件的上端编码器连接，所述执行组件与所述连接组件连接；所述输入组件用于向电动汽车输入转角转向指令，并将所述转向指令传递至所述控制组件；所述控制组件接收到所述转角转向指令后控制所述执行组件进行转向；所述连接组件用于将所述控制组件及所述执行组件连接至车架上。

2.如权利要求1所述的轮毂电动汽车四轮独立线控转向装置，其特征在于：所述输入组件包括方向盘、转角传感器、转向柱、路感电机及连接线路；所述方向盘连接在所述转向柱的上端，所述路感电机连接在所述转向柱的下端，所述转角传感器套设在所述转向柱靠近所述方向盘的位置；所述方向盘、所述转角传感器及所述转向柱同轴设置并保持严格同步转动；所述转角传感器用于获取所述方向盘的转角变化，并将捕获的角度信息传递给所述控制组件；所述连接线路用于所述方向盘、所述转角传感器及所述路感电机的电极信号连接。

3.如权利要求2所述的轮毂电动汽车四轮独立线控转向装置，其特征在于，所述控制组件包括转向控制器、连接电路及光电编码器；所述转向控制器及所述光电编码器之间通过所述连接线路连接实现信息交互；所述转向控制器通过所述连接电路与所述转角传感器连接以接收所述转角传感器获取的转角信息，并输出最优执行指令以控制协调汽车四轮转向；所述光电编码器监测汽车四个车轮的实际转向角变化，并实时向所述转向控制器反馈所述转向角的数值，用以实现转向闭环精准控制修正。

4.如权利要求3所述的轮毂电动汽车四轮独立线控转向装置，其特征在于，所述执行组件包括凸台轴、圆锥滚子轴承、第一螺钉、齿轮减速器、平键、推力轴承、第二螺钉、紧固片、上盖、螺母、紧固螺栓、步进电机及圆台；所述圆台、所述圆锥滚子轴承、所述推力轴承、所述紧固片及所述上盖依次从下至上轴向固定在所述凸台轴上；所述圆锥滚子轴承的内圈采用过盈配合方式径向固定在所述凸台轴上并与所述凸台轴同步转动，所述圆锥滚子轴承的外圈亦采用过盈配合方式固定至所述圆台上并与所述圆台之间保持相对静止；所述齿轮减速器的输出轴通过所述平键与所述凸台轴顶部的开孔连接；所述推力轴承收容在所述圆台的轴孔中，所述紧固片通过所述第一螺钉固定在所述凸台轴的顶部，而所述紧固片的其余部分压紧在所述推力轴承上；所述上盖通过所述第二螺钉固定在所述圆台的上端；所述步进电机通过所述螺母及所述紧固螺栓固定在减速器的上端，与所述圆台及所述上盖保持相对静止。

5.如权利要求4所述的电动汽车四轮独立线控转向装置，其特征在于，所述圆锥滚子轴承设置在所述圆台的下端轴孔中，所述推力轴承设置在所述圆台的上端轴孔中，且二个轴承保持同轴。

6.如权利要求5所述的电动汽车四轮独立线控转向装置，其特征在于，所述齿轮减速器的输出轴与所述凸台轴保持共轴设置。

7.如权利要求6所述的电动汽车四轮独立线控转向装置，其特征在于，所述连接组件包括第一螺栓、紧固螺钉、悬架连接臂、第二螺栓及转向夹紧横臂；所述悬架连接臂通过所述第二螺栓固定在所述凸台轴的下端，且与所述悬架连接臂同步转动；所述转向夹紧横臂通过所述紧固螺钉固定夹持在所述圆台上，所述转向夹紧横臂的基座通过所述第一螺栓及与所述第一螺栓相配合的螺母连接到所述车架上，所述转向夹紧横臂、所述圆台及所述车架三者之间保持相对静止。