CN210212516U - 一种电子转向总成及电动汽车 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种电子转向总成，涉及汽车设计技术领域。该电子转向总成包括：后桥，后桥设置有后轮转轴，后轮转轴通过汽车的动力系统驱使转动；前桥，前桥设有转向机构、左转轴座和右转轴座，转向机构的左右两侧分别设置左转轴座和右转轴座；转向机构能够带动左转轴座和右转轴座同时转向，且左转轴座上转轴的延长线与右转轴座上转轴的延长线始终与后轮转轴的延长线相交。本实用新型的电子转向总成，在前桥设置转向机构，而后桥由动力系统驱动行驶前进，将转向功能部件和驱动功能部件分拆布置，能够带来转向扭矩更大、负载能力更强、可靠性更高的效果。在此基础上，本实用新型还提供一种电动汽车。

Description

一种电子转向总成及电动汽车

技术领域

本实用新型涉及汽车设计技术领域，具体而言，涉及一种电子转向总成及电动汽车。

背景技术

目前市场上可行走的机器人由车轮驱动行驶或者设有可行走的腿脚。其中，可用于平稳负载的机器人通常设置四个车轮，而由两个前轮驱动行驶并负责转向，其转向方式一般为双轮差速转向。这种转向方式在大负载的情况下，存在力矩小、转向动力不足的现象，应用范围小。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种电子转向总成，其将转向机构和驱动系统分别设置在前桥和后桥，能够可靠地提升整车的转向扭矩，提高可行走电动机器人的最大负载、转向动力以及运载可靠性。

本实用新型的另一目的在于提供一种电动汽车，其能够尽可能大地降低悬架和底盘的质量，保证在足够扭矩的前提下，提高电动汽车的有效负载。

本实用新型的实施例是这样实现的：

一种电子转向总成，其包括：后桥，所述后桥设置有后轮转轴，所述后轮转轴通过汽车的动力系统驱使转动；前桥，所述前桥设有转向机构、左转轴座和右转轴座，所述转向机构的左右两侧分别设置所述左转轴座和所述右转轴座；所述转向机构能够带动所述左转轴座和所述右转轴座同时转向，且所述左转轴座上转轴的延长线与所述右转轴座上转轴的延长线始终与后轮转轴的延长线相交。

在本实用新型较佳的实施例中，所述转向机构包括减速机组、转向摆臂、第一拉杆、第二拉杆；所述减速机组安装于所述前桥，所述转向摆臂设置在所述减速机组上；所述左转轴座的前端设置第一扭力臂，后端设置第二扭力臂；所述右转轴座的后端设置第三扭力臂；所述左转轴座、所述转向摆臂和所述右转轴座均铰接于所述前桥，所述第一拉杆的一端铰接所述转向摆臂的自由端，所述第一拉杆的另一端铰接所述第一扭力臂；所述第二拉杆的一端铰接所述第二扭力臂，所述第二拉杆的另一端铰接所述第三扭力臂。其技术效果在于：利用多个部件的铰接关系和固定连接关系，减速机组能够带动转向摆臂实现左转轴座和右转轴座的同向摆动。

在本实用新型较佳的实施例中，所述第一扭力臂与所述左转轴座之间的交点到所述前桥中剖面的垂直距离，大于所述第二扭力臂与所述左转轴座之间的交点到所述前桥中剖面的垂直距离。其技术效果在于：设置不同的交点位置，使左前轮在转向摆臂驱动下偏转角度大于或者小于右前轮的偏转角度。

在本实用新型较佳的实施例中，所述第一扭力臂与所述左转轴座之间的交点到所述前桥中剖面的垂直距离，大于所述第三扭力臂与所述右转轴座之间的交点到所述前桥中剖面的垂直距离。其技术效果在于：通过不同的安装距离，使整个转向机构形成近似阿克曼梯形的结构设计，实现左转轴座和右转轴座不同的转向力臂，确保在转向摆臂摆动的过程中，左转轴的延长线和右转轴的延长线交汇于后轮转轴的延长线上。

在本实用新型较佳的实施例中，所述减速机组包括直齿减速机；所述直齿减速机连接所述转向摆臂并能够驱动所述转向摆臂摆动。其技术效果在于：直齿减速机传动直接，能减少扭力损耗并且压缩了设备的安装空间。

在本实用新型较佳的实施例中，所述直齿减速机的减速比为15:1至25:1。其技术效果在于：根据电动汽车、机器人的运转特性，可选择将减速比设定在15:1和25:1之间，优选设置为20:1。

在本实用新型较佳的实施例中，所述减速机组还包括无刷直流驱动器；所述无刷直流驱动器连接所述直齿减速机并能够带动所述直齿减速机运转。其技术效果在于：由于有刷电机采用机械换向，寿命短、噪声大、效率低且容易产生电火花，长期使用碳刷磨损严重，较易损坏。同时磨损产生了大量的碳粉尘，粉尘容易使轴承油加速干涸，电机噪声进一步增大。而无刷直流驱动器则避免了上述缺陷。

在本实用新型较佳的实施例中，还包括控制器和角度传感器；所述控制器和所述角度传感器均设置于所述前桥，所述角度传感器、所述控制器和所述减速机组依次电连接，所述角度传感器用于检测所述左转轴座和所述右转轴座的转动角度。其技术效果在于：控制器根据角度传感器监测的实时转向角度数据，改变前轮的偏转角度或者设定前轮所需转动的角度。

在本实用新型较佳的实施例中，所述角度传感器为旋转电位器。其技术效果在于：优选采用旋转电位器作为角度传感器，通过采集电阻值计算前轮的偏转角度，获取数值准确且快速。

一种电动汽车，其包括车轮、悬架、动力系统、车架以及上述的电子转向总成；所述车轮设置于所述后轮转轴、所述左转轴座和所述右转轴座，所述前桥、所述后桥通过所述悬架连接所述车架，所述动力系统设置于所述后桥，用于驱动所述后轮转轴转动。

本实用新型实施例的有益效果是：

1、电子转向总成在前桥设置转向机构，而后桥由动力系统驱动行驶前进，将转向功能部件和驱动功能部件分拆布置，能够带来转向扭矩更大、负载能力更强、可靠性更高的效果。

2、电动汽车设置了上述电子转向总成，在保证足够扭矩的前提下，尽可能大地降低了悬架和底盘的质量，提高了电动汽车的有效负载。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本实用新型实施例一、二提供的电子转向总成第一俯视图；

图2为本实用新型实施例一、二提供的电子转向总成左转时的俯视图；

图3为本实用新型实施例一、二提供的电子转向总成右转时的俯视图；

图4为本实用新型实施例一、二提供的电子转向总成中前桥的立体图；

图5为本实用新型实施例一、二提供的电子转向总成中前桥的俯视图；

图6为本实用新型实施例一、二提供的电子转向总成中转向机构的俯视图；

图7为本实用新型实施例二提供的电子转向总成的角度采集电路。

图中：100-后桥；110-后轮转轴；200-前桥；210-转向机构；211-减速机组；212-转向摆臂；213-第一拉杆；214-第二拉杆；220-左转轴座；230-右转轴座；300-车轮。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件能够以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

下面结合附图，对本实用新型的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

图1为本实用新型实施例一、二提供的电子转向总成第一俯视图；

图2为本实用新型实施例一、二提供的电子转向总成左转时的俯视图；

图3为本实用新型实施例一、二提供的电子转向总成右转时的俯视图；

图4为本实用新型实施例一、二提供的电子转向总成中前桥200的立体图；

图5为本实用新型实施例一、二提供的电子转向总成中前桥200的俯视图；

图6为本实用新型实施例一、二提供的电子转向总成中转向机构210的俯视图。

第一实施例：

请参照图1～图6，本实施例提供一种电子转向总成，其包括：

后桥100，后桥100设置有后轮转轴110，后轮转轴110通过汽车的动力系统驱使转动；前桥200，前桥200设有转向机构210、左转轴座220和右转轴座230。从后桥100向前桥200看，转向机构210的左右两侧分别设置左转轴座220和右转轴座230；转向机构210能够带动左转轴座220和右转轴座230同时转向，且左转轴座220上转轴的延长线与右转轴座230上转轴的延长线始终与后轮转轴110的延长线相交。

请参照图6，转向机构210包括减速机组211、转向摆臂212、第一拉杆213、第二拉杆214；减速机组211安装于前桥200，转向摆臂212设置在减速机组211上；左转轴座220的前端设置第一扭力臂，后端设置第二扭力臂；右转轴座230的后端设置第三扭力臂；左转轴座220、转向摆臂212和右转轴座230均铰接于前桥200，第一拉杆213的一端铰接转向摆臂212的自由端，第一拉杆213的另一端铰接第一扭力臂；第二拉杆214的一端铰接第二扭力臂，第二拉杆214的另一端铰接第三扭力臂。利用多个部件的铰接关系和固定连接关系，减速机组211能够带动转向摆臂212实现左转轴座220和右转轴座230的同向摆动。

请参照图1～图6，第一扭力臂与左转轴座220之间的交点到前桥200中剖面的垂直距离，大于第二扭力臂与左转轴座220之间的交点到前桥200中剖面的垂直距离。请参照图3，第一扭力臂与左转轴座220之间的交点到前桥200中剖面的垂直距离，大于第三扭力臂与右转轴座230之间的交点到前桥200中剖面的垂直距离。通过不同的安装距离，使整个转向机构210形成近似阿克曼梯形的结构设计，实现左转轴座220和右转轴座230不同的转向力臂，确保在转向摆臂212摆动的过程中，左转轴的延长线和右转轴的延长线交汇于后轮转轴110的延长线上。

上述实施例的电子转向总成，在前桥200设置转向机构210，而后桥100由动力系统驱动行驶前进，将转向功能部件和驱动功能部件分拆布置，能够带来转向扭矩更大、负载能力更强、可靠性更高的效果。根据需要，左转轴座220和右转轴座230的最大转向角度范围设定为-40°～40°，其中，0°位置为正前方，负数角度为向左转动，正数角度为向右转动。当左转轴座220转向角度为-40°时，右转轴座230的转向角度为-31.5°，当右转轴座230转向角度为40°时，右转轴座230的转向角度为31.5°。

请参照图4，在上述实施例的基础上，减速机组211包括直齿减速机；直齿减速机连接转向摆臂212并能够驱动转向摆臂212摆动。

请参照图4，在上述实施例的基础上，直齿减速机的减速比为15:1至25:1，优选设置为20:1。

请参照图4，在上述实施例的基础上，减速机组211还包括无刷直流驱动器；无刷直流驱动器连接直齿减速机并能够带动直齿减速机运转。

第二实施例：

图7为本实用新型实施例二提供的电子转向总成的角度采集电路。请参照图1～图7，本实施例提供一种电子转向总成，其与第一实施例的电子转向总成大致相同，二者的区别在于本实施例的电子转向总成还包括控制器和角度传感器；控制器和角度传感器均设置于前桥200，角度传感器、控制器和减速机组211依次电连接，角度传感器用于检测左转轴座220和右转轴座230的转动角度。

请参照图7，角度传感器为旋转电位器。其中，旋转电位器通过采集电阻值计算角度。图中R1为串联限流电阻，R2为旋转电位器，V1采集输入电位器的电压，V2采集旋钮调节后的电压，角度与电位器阻值为线性关系，则电位器角度为：

其中θ为机械角度，R₂’为电位器电刷到GND的阻值，根据欧姆定律:

其中I为支路电流，则

θ为当前的角度。

上述实施例的电子转向总成，控制器能够根据角度传感器监测的实时转向角度数据，改变前轮的偏转角度或者设定前轮所需转动的角度。

另外，为了提高角度控制精准度，电子转向总成在角度控制中加入了角度补偿，首先估算电机当前的转速，再通过当前的转速计算出电机停止后的角度，再用此角度进行控制。来解决电机响应滞后的问题。

角度的变化是由电机拖动减速机旋转实现的，转向总成在角度控制时，需要在比较快的时间转动很小的距离。但电机在速度控制方面，加速、减速都有一个变化过程，在电机比较快速转动突然设置转速为0时，电机仍会转动一定的距离，如果不处理会在控制过程中出现比较严重超调现象。另一方面，电机加减速的时间是可以设置的数值，可以通过电机设置转速与电机控制器设置的加减速速度去估算电机真实的速度，并且将转速补偿到当前采集的角度中，再执行控制。

通过以下步骤估计电机的转速：

1.设置初始速度为0，如果检测到电机方向发生变化，则同样将速度设置为0。

2.根据比较上一时刻设定额电机转速(pwm_out)与计算到的真实转速(speed_real)，来判断当前的状态。

3.如果上一时刻设定的转速大于实际转速(pwm_out>speed_real)，则电机加速，但是速度不会大于设定的速度，则更新真实速度：

speed_real＝speed_real+Acc×Dt,speed_real<speed_set (0.5)

如果上一时刻设定的转速小于实际转速(pwm_out<speed_real)，则电机减速，但是速度不会小于设定的速度，则更新真实速度：

speed_real＝speed_real-Acc×Dt,speed_real>speed_set (0.6)

当设置的速度与当前速度差距比较大时，电机需要一个加速的过程才能到达，speed_real就是根据加速度估算出的当前速度，由此值可以去计算控制器停止输出后，电机会继续转动的角度，然后用这个角度补偿到当前的角度中参与控制，可以减小超调的现象。

角度补偿为：当前角度位置+当前速度停止后减速过程转动的角度，

以下为加入补偿角度的过程：

deg_est＝deg_cur+speed_real×dt×0.5 (0.7)

PID控制

PID控制器由比例单元(P)、积分单元(I)和微分单元(D)组成。其输入e(t)与输出u(t)的关系为：

式中积分的上下限分别是0和t因此它的传递函数为：

其中kp为比例系数；TI为积分时间常数；TD为微分时间常数。PID控制的基础是比例控制；积分控制可消除稳态误差,但可能增加超调；微分控制可加快大惯性系统响应速度以及减弱超调趋势。由于转向系统转动到位后即可停止不再输出，所以不存在稳态误差,并且受响应速度以及惯性影响较大,主要解决响应速度与超调的问题,所以使用PD控制器。

out＝Kp×err+kd×err_d (0.10)

err＝deg_set-deg_est (0.11)

第三实施例：

本实施例提供一种电动汽车，其包括车轮300、悬架、动力系统、车架以及如上述的电子转向总成；车轮300设置于后轮转轴110、左转轴座220和右转轴座230，前桥200、后桥100通过悬架连接车架，动力系统设置于后桥100，用于驱动后轮转轴110转动。

上述实施例的电动汽车，设置了上述电子转向总成，在保证足够扭矩的前提下，尽可能大地降低了悬架和底盘的质量，提高了电动汽车的有效负载。

以上仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。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、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电子转向总成，其特征在于，包括：

后桥，所述后桥设置有后轮转轴，所述后轮转轴通过汽车的动力系统驱使转动；

前桥，所述前桥设有转向机构、左转轴座和右转轴座，所述转向机构的左右两侧分别设置所述左转轴座和所述右转轴座；

所述转向机构能够带动所述左转轴座和所述右转轴座同时转向，且所述左转轴座上转轴的延长线与所述右转轴座上转轴的延长线始终与后轮转轴的延长线相交。

2.根据权利要求1所述的电子转向总成，其特征在于，所述转向机构包括减速机组、转向摆臂、第一拉杆、第二拉杆；

所述减速机组安装于所述前桥，所述转向摆臂设置在所述减速机组上；

所述左转轴座的前端设置第一扭力臂，后端设置第二扭力臂；所述右转轴座的后端设置第三扭力臂；

所述左转轴座、所述转向摆臂和所述右转轴座均铰接于所述前桥，所述第一拉杆的一端铰接所述转向摆臂的自由端，所述第一拉杆的另一端铰接所述第一扭力臂；

所述第二拉杆的一端铰接所述第二扭力臂，所述第二拉杆的另一端铰接所述第三扭力臂。

3.根据权利要求2所述的电子转向总成，其特征在于，所述第一扭力臂与所述左转轴座之间的交点到所述前桥中剖面的垂直距离，大于所述第二扭力臂与所述左转轴座之间的交点到所述前桥中剖面的垂直距离。

4.根据权利要求2所述的电子转向总成，其特征在于，所述第一扭力臂与所述左转轴座之间的交点到所述前桥中剖面的垂直距离，大于所述第三扭力臂与所述右转轴座之间的交点到所述前桥中剖面的垂直距离。

5.根据权利要求2所述的电子转向总成，其特征在于，所述减速机组包括直齿减速机；所述直齿减速机连接所述转向摆臂并能够驱动所述转向摆臂摆动。

6.根据权利要求5所述的电子转向总成，其特征在于，所述直齿减速机的减速比为15:1至25:1。

7.根据权利要求5所述的电子转向总成，其特征在于，所述减速机组还包括无刷直流驱动器；所述无刷直流驱动器连接所述直齿减速机并能够带动所述直齿减速机运转。

8.根据权利要求2所述的电子转向总成，其特征在于，还包括控制器和角度传感器；所述控制器和所述角度传感器均设置于所述前桥，所述角度传感器、所述控制器和所述减速机组依次电连接，所述角度传感器用于检测所述左转轴座和所述右转轴座的转动角度。

9.根据权利要求8所述的电子转向总成，其特征在于，所述角度传感器为旋转电位器。

10.一种电动汽车，其特征在于，包括车轮、悬架、动力系统、车架以及如权利要求1～9任一项所述的电子转向总成；所述车轮设置于所述后轮转轴、所述左转轴座和所述右转轴座，所述前桥、所述后桥通过所述悬架连接所述车架，所述动力系统设置于所述后桥，用于驱动所述后轮转轴转动。

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