CN207106665U - 一种基于中性转向的电动汽车质心调节装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种基于中性转向的电动汽车质心调节装置，包括：动力电机；纵向驱动机构，用于驱动所述动力电机相对于车架前后移动；活动带轮，其包括同轴相对布置的第一活动锥盘和第二活动锥盘，所述第一活动锥盘与动力电机输出轴连接，在动力电机带动下旋转；固定带轮，其包括同轴相对布置的第一固定锥盘和第二固定锥盘，所述第一固定锥盘与驱动桥连接，以将动力传递给驱动桥；三角带，将动力从活动带轮传递给固定带轮；连接杆，第二活动锥盘能够沿连接杆上滑槽前后移动同时第二活动锥盘能够绕自身轴线旋转；所述第二固定锥盘与连接杆可旋转连接；横向驱动机构，用于驱动所述连接杆相对于车架左右移动。

Description

一种基于中性转向的电动汽车质心调节装置

技术领域

本实用新型属于汽车转向技术领域，特别涉及一种基于中性转向的电动汽车质心调节装置。

背景技术

根据汽车的稳态转向特性，可将汽车转向分为不足转向、中性转向和过多转向。当汽车为中性转向特性时，转向半径和行驶速度无关，可以提高操纵稳定性能。由于转向特性受到中性转向点与质心的相对位置有关，当中性转向点与质心重合时，汽车将表现为中性转向特性。但由于汽车质心位置受车辆结构本身、乘员位置和装载货物的位置影响，所以在汽车设计时很难做到使汽车始终保持中性转向特性。

若要对汽车的质心进行调整，需使汽车上的部件位置可调。但一般汽车的各个部件均是固定设置的，难以进行位置调节。即使某个部件的位置可以调节，那也需要这个部件的质量较大，才能使汽车质心的位置可调范围较大。如果可调部件的质量过小，即使它的位置能够调节，对质心位置的影响也不大。

在电动汽车中，动力电机的质量相对较大，如果动力电机的的前后位置能够调节，那么就会使汽车质心的位置发生变化。但动力电机需要通过传动系统将动力传递给驱动桥，而传动系统具有固定的输入端和输出端，正因为传动系统的限制，使动力电机的位置调节几乎不可能完成。

实用新型内容

本实用新型的目的是克服电动汽车质心难以调节的缺陷，提供一种基于中性转向的电动汽车质心调节装置。

本实用新型的另一个目的是解决动力电机前后移动后其动力难以传输给驱动桥的问题，通过锥形带轮的设计使动力电机始终将将动力传递给驱动桥。

本实用新型提供的技术方案为：

一种基于中性转向的电动汽车质心调节装置，其特征在于，包括：

动力电机；

纵向驱动机构，其与所述动力电机连接，以驱动所述动力电机相对于车架前后移动；

活动带轮，其包括同轴相对布置的第一活动锥盘和第二活动锥盘，所述第一活动锥盘与动力电机输出轴连接，在动力电机带动下旋转；

固定带轮，其包括同轴相对布置的第一固定锥盘和第二固定锥盘，所述第一固定锥盘与驱动桥连接，以将动力传递给驱动桥；

三角带，其成闭合环状，所述三角带两端分别套在活动带轮和固定带轮上，通过所述三角带将动力从活动带轮传递给固定带轮；

连接杆，其上设置有沿前后方向开设的滑槽，所述第二活动锥盘与滑槽相配合，以使第二活动锥盘能够沿所述滑槽前后移动，同时第二活动锥盘能够能够绕自身轴线旋转；所述第二固定锥盘与连接杆可旋转连接；

横向驱动机构，其与所述连接杆连接，以驱动所述连接杆相对于车架左右移动，进而带动所述第二活动锥盘和第二固定锥盘相对于车架左右移动。

优选的是，所述纵向驱动机构包括：

两个平行布置的导轨，所述导轨沿前后方向固定在车架上，所述动力电机与所述导轨相配合；

齿条，其与所述力电机固定连接；

齿轮，其与所述齿条啮合；

纵向驱动电机，其与所述齿轮连接，以驱动所述齿轮旋转。

优选的是，所述纵向驱动机构包括：

第一底座，其固定在车架上；

第一滑台，其与所述第一底座通过燕尾槽相配合，以使所述第一滑台能够相对于第一底座前后移动；所述第一滑台与动力电机固定连接；

第一丝杠，其两端可旋转支撑在所述第一底座上；

第一螺母，其固定在第一滑台上，并且所述第一螺母与所述第一丝杠啮合；

纵向驱动电机，其输出轴与所述第一丝杠同轴固定连接，以驱动所述第一丝杠旋转。

优选的是，所述横向驱动机构包括：

第二底座，其固定在车架上；

第二滑台，其与所述第一底座通过燕尾槽相配合，以使所述第二滑台能够相对于第二底座前后移动；所述第二滑台与连接杆固定连接；

第二丝杠，其两端可旋转支撑在所述第二底座上；

第二螺母，其固定在第二滑台上，并且所述第二螺母与所述第二丝杠啮合；

其中，所述第一丝杠与第二丝杠垂直布置，所述第一丝杠的一端固定有第一锥齿轮，所述第二丝杠的一端固定有第二锥齿轮，所述第一锥齿轮和第二锥齿轮相啮合。

优选的是，所述连接杆呈长杆状，其前端设置有沿前后方向开设的滑槽，后端设置有第一安装孔，所述滑槽上下两表面设置有沿前后方向延伸的凹槽，所述滑槽内设置有滑块，所述滑块上下两端设置有凸起，所述凸起与凹槽相配合，所述滑块上设置有第二安装孔，所述第二活动锥盘的转轴与第二安装孔可旋转连接，所述第二固定锥盘的转轴与第一安装孔可旋转连接。

优选的是，所述凸起为一排紧密排列的滚珠。

优选的是，所述第一安装孔内镶嵌有轴承，所述第二固定锥盘的转轴与所述轴承配合，并且所述第二固定锥盘的转轴通过轴肩和挡圈与所述轴承进行轴向固定。

优选的是，所述第二安装孔内镶嵌有轴承，所述第二活动锥盘的转轴与所述轴承配合，并且所述第二活动锥盘的转轴通过轴肩和挡圈与所述轴承进行轴向固定。

本实用新型的有益效果体现在以下方面：

1、本实用新型提供的基于中性转向的电动汽车质心调节装置，能够使包括动力电机在内可移动部件前后位置可调，从而调节汽车质心前后的位置，以使汽车质心前后的位置与汽车转向中性点前后的位置相同或接近，在汽车行驶过程中，当转向盘转角一定时，转弯半径将基本保持不变，实现了中性转向特性，从而提高了汽车的操纵稳定性。

2、本实用新型通过活动带轮和固定带轮的设置，即使动力电机的位置发生改变，仍能够将动力传递给驱动桥，保证车辆正常行驶。

3、本实用新型调节质心位置的同时，也重新分配了前后轴的垂直载荷，避免了因装载质量位置不同而导致的前后轴垂直载荷差别过大。

附图说明

图1为本实用新型所述的基于中性转向的电动汽车质心调节装置。

图2为本实用新型所述的纵向驱动机构结构示意图。

图3为另一实施例中纵向驱动机构结构示意图。

图4为本实用新型所述的活动带轮分解结构示意图。

图5为本实用新型所述的固定带轮分解结构示意图。

图6为本实用新型所述的三角带与活动带轮和固定带轮安装位置示意图。

图7为本实用新型所述的连接杆结构示意图。

图8为本实用新型所述的滑块结构示意图。

图9为纵向驱动机构和横向驱动机构公用驱动电机时结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

如图1所述，本实用新型提供了一种基于中性转向的电动汽车质心调节装置，动力电机110、纵向驱动机构120、活动带轮130、固定带轮140、三角带150、连接杆160、横向驱动机构170、前压力传感器以及后压力传感器。

所述动力电机110为电动汽车提供动力。动力电机110与纵向驱动机构120连接，通过纵向驱动机构120带动动力电机110相对于车架前后移动。

如图2所示，所述纵向驱动机构120包括底座121和滑台122，所述底座121固定在车架上，所述滑台122设置在底座121上方，并且所述底座121和滑台122通过燕尾槽相配合，使滑台122能够相对于底座121前后直线运动。丝杠123从底座121上穿过，丝杠123的两端通过轴承支撑在底座121上。丝杠123与纵向驱动电机124连接，由纵向驱动电机124带动丝杠123旋转。螺母124固定在滑台122底部，所述螺母与丝杠123相配合，当纵向驱动电机124带动丝杠123正转或反转时，能够使滑台122相对于底座121向前或向后移动。动力电机110通过螺栓等方式固定在滑台122上，从而使纵向驱动机构120能够带动所述动力电机110相对于车架前后移动。

如图3所示，在另一实施例中，所述纵向驱动机构120还可以采用齿轮齿条机构，通过将动力电机110与两个平行固定在车架上的导轨125相配合，并在动力电机110上固定一齿条126，通过纵向驱动电机124带动一与齿条126啮合的齿轮127旋转，从而实现动力电机110相对于车架前后移动。

如图4、图6所示，所述活动带轮130包括同轴相对布置的第一活动锥盘131和第二活动锥盘132。所述第一活动锥盘131上设置有转轴133，转轴133和第一活动锥盘131为一体式。转轴133的左端通过联轴器与动力电机110的输出轴固定连接，使动力电机110能够带动第一活动锥盘131共同旋转。第二活动锥盘132上也设置转轴134，转轴134与第二活动锥盘132为一体式。转轴134为空心转轴，转轴133插入到空心转轴134内，使空心转轴134套设在转轴133外，当第一活动锥盘131随着动力电机110前后移动时，能够带动第二活动锥盘132一同前后移动，进而使第一活动锥盘131和第二活动锥盘132始终保持同轴。同时第二活动锥盘132还能够相对于第一活动锥盘131左右移动。第一活动锥盘131和第二活动锥盘132共同组成了活动带轮130。第一活动锥盘131和第二活动锥盘132内侧锥面的锥度、大小、形状均相同，三角带150套在第一活动锥盘131和第二活动锥盘132之间，使三角带150的两个侧面分别与第一活动锥盘131和第二活动锥盘132接触。由于第一活动锥盘131和第二活动锥盘132的内侧面均为锥面，并且第二活动锥盘132能够相对于第一活动锥盘131左右移动，即能够改变第一活动锥盘131和第二活动锥盘132之间的距离，因此，由第一活动锥盘131和第二活动锥盘132共同组成的活动带轮130其节圆直径也能够改变，当第一活动锥盘131和第二活动锥盘132之间的距离逐渐减小时，活动带轮130的节圆直径逐渐增大；反之，当第一活动锥盘131和第二活动锥盘132之间的距离逐渐增大时，活动带轮130的节圆直径逐渐减小。

如图5、图6所示，所述固定带轮140包括同轴相对布置的第一固定锥盘141和第二固定锥盘142。所述第一固定锥盘141上设置有转轴143，转轴143与第一固定锥盘141为一体式。转轴143的左端通过联轴器与驱动桥连接，以将第一固定锥盘141的动力传递给驱动桥。第一固定锥盘141只有一个绕自身旋转的自由度，既不能前后移动，也不能左右移动。第二固定锥盘142上也设置转轴144，转轴144与第二固定锥盘142为一体式。转轴144为空心转轴，转轴143插入到空心转轴144内，使空心转轴144套设在转轴143外，保证第一固定锥盘141和第二固定锥盘142始终同轴，同时第二固定锥盘142能够相对于第一固定锥盘141左右移动。第一固定锥盘141和第二固定锥盘142共同组成了固定带轮140。第一活动锥盘131、第二活动锥盘132、第一固定锥盘141和第二固定锥盘142内侧锥面的锥度、大小、形状均相同，三角带150套在第一固定锥盘141和第二固定锥盘142之间，使三角带150的两个侧面分别与第一固定锥盘141和第二固定锥盘142接触。由于第一固定锥盘141和第二固定锥盘142的内侧面均为锥面，并且第二固定锥盘142能够相对于第一固定锥盘141左右移动，即能够改变第一固定锥盘141和第二固定锥盘142之间的距离，因此，第一固定锥盘141和第二固定锥盘142共同组成的固定带轮140其节圆直径也能够改变，当第一固定锥盘141和第二固定锥盘142之间的距离逐渐减小时，固定带轮140的节圆直径逐渐增大；反之，当第一固定锥盘141和第二固定锥盘142之间的距离逐渐增大时，固定带轮140的节圆直径逐渐减小。

由于三角带150成闭合环状，并且其分别套在活动带轮130和固定带轮140上，通过三角带150将动力从活动带轮130传递给固定带轮140。

如图1、图4、图5所示，第一活动锥盘131和第一固定锥盘141在汽车左右方向上的位置相同，连接杆160的两端分别与第二活动锥盘132和第二固定锥盘142连接，并且连接杆160沿汽车前后方向布置，进而保证第二活动锥盘132和第二固定锥盘142在汽车左右方向上的位置也相同。因此，活动带轮130和固定带轮140的节圆直径也相同，两个带轮之间的传动比始终为1。在忽略了传动过程中的能量损耗后，动力电机110将输出的转矩和转速1：1的传递给驱动桥。所述驱动桥包括减速器180和差速器190。

如图7、图8所示，所述连接杆160呈长杆状，其前端设置有沿前后方向开设的滑槽161，在连接杆160的后端设置有第一安装孔162。滑槽161上下两表面设置有沿前后方向延伸的凹槽163，在滑槽161内设置有滑块164，所述滑块164的上下两端设置有凸起165，所述凸起165与凹槽163相配合，使凸起165卡入到凹槽163内，从而使滑块164能够沿着滑槽161前后移动。作为一种优选的，所述凸起165为一排紧密排列的滚珠。在滑块164上设置有第二安装孔166，在所述第二安装孔165内镶嵌有第一轴承，所述第一轴承与第二活动锥盘132上的转轴134相配合，并且转轴134通过轴肩和挡圈与第一轴承进行轴向定位，从而使第二活动锥盘132与滑块164之间没有左右的相对运动。

所述第一安装孔162内镶嵌有第二轴承，所述第二轴承与第二固定锥盘142上的转轴144相配合，并且转轴144通过轴肩和挡圈与第二轴承进行轴向定位，从而使第二固定锥盘142与连接杆160之间没有左右的相对运动。

横向驱动机构170与连接杆160连接，用于驱动所述连接杆160左右移动，进而带动第二活动锥盘132和第二固定锥盘142一同左右移动。

所述横向驱动机构170的结构与纵向驱动机构120相同，布置方向与纵向驱动机构120垂直。横向驱动机构170也包括底座、滑台、丝杠、螺母以及横向驱动电机。通过横向驱动电机带动丝杠旋转，进而使滑台相对于底座左右移动。连接杆160固定在滑台上，从而使横向驱动机构170当纵向驱动机构120能够带动连接杆160左右移动，进而带动第二活动锥盘132和第二固定锥盘142一同左右移动。

初始位置时，三角带150套在活动带轮130和固定带轮140上并且处于张紧状态，使活动带轮130和固定带轮140之间能够进行动力传递。

当纵向驱动机构120带动动力电机110连同活动带轮130向后移动一定距离时，活动带轮130和固定带轮140之间的距离减小，三角带150会变松弛。此时横向驱动机构170带动连接杆160向左移动，进而使第二活动锥盘132和第二固定锥盘142同时向左移动，使活动带轮130和固定带轮140的节圆直径同时增大，进而将三角带150再次张紧。因此，只要纵向驱动机构120和横向驱动机构170同时工作，并且保证动力电机110向后移动的距离和连接杆160向左移动的距离保持特定的比例关系，就能够保证三角带150始终处于张紧的状态。

同理，当纵向驱动机构120带动动力电机110连同活动带轮130向前移动一定距离时，横向驱动机构170同时驱动连接杆160向右移动一定距离，就能够保证三角带150始终处于张紧的状态。

如图9所示，在另一实施例中，所述纵向驱动机构120和横向驱动机构170共同由一个驱动电机来驱动，即只使用纵向驱动电机124，而取消横向驱动电机。纵向驱动电机124的输出轴直接驱动纵向驱动机构120中的丝杠旋转。由于纵向驱动机构120中的丝杠与横向驱动机构170中的丝杠相垂直，因此，在纵向驱动电机124的输出轴上同轴固定第一锥齿轮128，在横向驱动机构170中的丝杠上同轴固定第二锥齿轮129，并且使第一锥齿轮128和第二锥齿轮129啮合。通过对第一锥齿轮128和第二锥齿轮129的齿数比的设计，保证动力电机110和连接杆160移动的距离呈特定的比例关系，保证在动力电机110前后移动的过程中，三角带150始终处于张紧的状态，进而保证动力电机110的输出的动力始终能够传递给驱动桥。

根据转向中性点位置计算公式，能够计算出转向中性点距汽车前轴的距离a_m为：

式中，k₁、k₂分别为前、后轮的侧偏刚度，L为汽车轴距。k₁、k₂均是能根据现有手段获取的，因此k₁、k₂和L均为已知参数。由上式可知转向中性点距汽车前轴的距离a_m是一具体值。

由于动力电机110的质量相对较大，通过使动力电机110前后移动，能够使电动汽车的质心位置发生在前后位置发生变化。汽车转向中性点可根据当前轮胎侧偏刚度计算得出，可以认为是已知量，那么通过使动力电机110前后移动来改变汽车的质心前后方向的位置，使汽车的质心前后方向的位置与汽车转向中性点前后方向的位置相同，从而能够提高转向时的操纵稳定性能。

通过在汽车前轴与悬架的连接处安装前压力传感器，能够测量出前轴上的负载质量m_f；通过在汽车后轴与悬架的连接处安装后压力传感器，能够测量出后轴上的负载质量m_r。通过这两个传感器的测量值，就能够轻易计算此时电动汽车中质心在前后方向的位置。通过理论计算的方法，在已知每个部件的质量和位置后，也能够轻易计算出汽车质心的位置。此时调节动力电机110和同活动带轮130前后方向的位置，就能够使电动汽车质心在前后方向的位置与转向中性点前后方向的位置重合或者尽量接近。

汽车在出厂时，根据不同乘员的位置和后备箱物品的重量，预先设定几个动力电机110和活动带轮130的最佳位置，如给定单个乘员的体重为75kg，当前排坐两个乘员，后排没有乘员，后备没有箱物品时，将此时动力电机110和活动带轮130处在前后方向的最佳位置设定为位置1。类似的，将其他乘员乘坐情况和后备箱物品放置情况下，动力电机110和活动带轮130处在前后方向的最佳位置设定位置2、位置3等等。当电动汽车启动时，驾驶员可以根据乘员和后备箱物品的情况，参照预设的条件，找到相应的最佳位置，然后通过按动调节按钮或者通过预设的驱动程序等方式，使动力电机110和活动带轮130移动到该最佳位置。

尽管本实用新型的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用。它完全可以被适用于各种适合本实用新型的领域。对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改。因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本实用新型并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (8)

1.一种基于中性转向的电动汽车质心调节装置，其特征在于，包括：

动力电机；

纵向驱动机构，其与所述动力电机连接，以驱动所述动力电机相对于车架前后移动；

活动带轮，其包括同轴相对布置的第一活动锥盘和第二活动锥盘，所述第一活动锥盘与动力电机输出轴连接，在动力电机带动下旋转；

固定带轮，其包括同轴相对布置的第一固定锥盘和第二固定锥盘，所述第一固定锥盘与驱动桥连接，以将动力传递给驱动桥；

三角带，其成闭合环状，所述三角带两端分别套在活动带轮和固定带轮上，通过所述三角带将动力从活动带轮传递给固定带轮；

连接杆，其上设置有沿前后方向开设的滑槽，所述第二活动锥盘与滑槽相配合，以使第二活动锥盘能够沿所述滑槽前后移动，同时第二活动锥盘能够能够绕自身轴线旋转；所述第二固定锥盘与连接杆可旋转连接；

横向驱动机构，其与所述连接杆连接，以驱动所述连接杆相对于车架左右移动，进而带动所述第二活动锥盘和第二固定锥盘相对于车架左右移动。

2.根据权利要求1所述的基于中性转向的电动汽车质心调节装置，其特征在于，所述纵向驱动机构包括：

两个平行布置的导轨，所述导轨沿前后方向固定在车架上，所述动力电机与所述导轨相配合；

齿条，其与所述力电机固定连接；

齿轮，其与所述齿条啮合；

纵向驱动电机，其与所述齿轮连接，以驱动所述齿轮旋转。

3.根据权利要求1所述的基于中性转向的电动汽车质心调节装置，其特征在于，所述纵向驱动机构包括：

第一底座，其固定在车架上；

第一滑台，其与所述第一底座通过燕尾槽相配合，以使所述第一滑台能够相对于第一底座前后移动；所述第一滑台与动力电机固定连接；

第一丝杠，其两端可旋转支撑在所述第一底座上；

第一螺母，其固定在第一滑台上，并且所述第一螺母与所述第一丝杠啮合；

纵向驱动电机，其输出轴与所述第一丝杠同轴固定连接，以驱动所述第一丝杠旋转。

4.根据权利要求3所述的基于中性转向的电动汽车质心调节装置，其特征在于，所述横向驱动机构包括：

第二底座，其固定在车架上；

第二滑台，其与所述第一底座通过燕尾槽相配合，以使所述第二滑台能够相对于第二底座前后移动；所述第二滑台与连接杆固定连接；

第二丝杠，其两端可旋转支撑在所述第二底座上；

第二螺母，其固定在第二滑台上，并且所述第二螺母与所述第二丝杠啮合；

其中，所述第一丝杠与第二丝杠垂直布置，所述第一丝杠的一端固定有第一锥齿轮，所述第二丝杠的一端固定有第二锥齿轮，所述第一锥齿轮和第二锥齿轮相啮合。

5.根据权利要求1所述的基于中性转向的电动汽车质心调节装置，其特征在于，所述连接杆呈长杆状，其前端设置有沿前后方向开设的滑槽，后端设置有第一安装孔，所述滑槽上下两表面设置有沿前后方向延伸的凹槽，所述滑槽内设置有滑块，所述滑块上下两端设置有凸起，所述凸起与凹槽相配合，所述滑块上设置有第二安装孔，所述第二活动锥盘的转轴与第二安装孔可旋转连接，所述第二固定锥盘的转轴与第一安装孔可旋转连接。

6.根据权利要求5所述的基于中性转向的电动汽车质心调节装置，其特征在于，所述凸起为一排紧密排列的滚珠。

7.根据权利要求6所述的基于中性转向的电动汽车质心调节装置，其特征在于，所述第一安装孔内镶嵌有轴承，所述第二固定锥盘的转轴与所述轴承配合，并且所述第二固定锥盘的转轴通过轴肩和挡圈与所述轴承进行轴向固定。

8.根据权利要求6所述的基于中性转向的电动汽车质心调节装置，其特征在于，所述第二安装孔内镶嵌有轴承，所述第二活动锥盘的转轴与所述轴承配合，并且所述第二活动锥盘的转轴通过轴肩和挡圈与所述轴承进行轴向固定。