WO2015158066A1 - 一种电动汽车四轮独立转向底盘系统及其线控转向机构 - Google Patents

Abstract

一种电动汽车四轮独立转向底盘系统及其线控转向机构，其中线控转向机构包括两根转向拉杆（7）、转向动力单元和两组传动单元；转向拉杆（7）水平设置，其靠近车轮（9）的一端与悬架车轮总成的转向节（11）铰接，车轮（9）所在平面垂直于转向拉杆（7）时两根转向拉杆（7）相对于车轮（9）的竖直径向对称；转向动力单元与电动汽车的电子控制单元电连接，转向动力单元具有速比相同且动力输出方向相反的两级动力输出端；两组传动单元的动力输入端分别与转向动力单元的两级动力输出端连接，两组传动单元的动力输出端分别与两根转向拉杆（7）远离车轮（9）的一端连接，驱动转向拉杆（7）水平往复运动，带动车轮（9）摆动。所述电动汽车四轮独立转向底盘系统及其线控转向机构实现了车轮转向稳定性好、安全可靠、狭小空间内机动性好。

Description

一种电动汽车四轮独立转向底盘系统及其线控转向机构 技术领域

本发明属于电动汽车技术领域，特别涉及一种电动汽车四轮独立转向底 盘系统及其线控转向机构。 背景技术

为应对日益突出的燃油供求矛盾和环境污染问题，以电动汽车为主的新 能源汽车成为了国际汽车产业的发展方向。近些年， 随着电驱动技术和线控 技术的发展， 集成了轮毂电机和线传转向系统 （或称为线控转向系统，

Steering-By-Wire Systerm,简称 SBW)的高机动性电动车辆得到了极大的关 注。 其中， 线控转向系统是为了满足汽车的易操纵性设计发展而来的， 它是 继电动助力转向系统 （Electric Power Steering, 简称 EPS ) 后发展起来的新 一代转向系统， 具有比 EPS 操纵稳定性更好的特点， 它取消了转向盘与转 向轮之间的机械连接， 完全由电能实现转向， 彻底摆脱了传统转向系统所固 有的限制， 提高了汽车的安全性和驾驶的方便性。这类采用线控方式独立转 向装置的车辆， 可独立转动每个车轮， 实现原地转向及蟹行等功能， 大大提 高了车辆在狭小空间里的机动性。 目前， 现有的四轮独立转向技术， 多采用电动机通过减速装置直接驱动 转向主销， 实现大范围的车轮偏转角度， 以拓展车辆的机动性。 如中国专利 文献 CN103079932A公开了一种线控转向式转向装置，其构成为方向盘转向 装置尽可能紧凑地收纳在车辆的车轮罩内的程度，在设置有与转向输入装置 机械分离的方向盘转向装置并且基于来自转向输入装置的输入信号控制上 述方向盘转向装置的线控转向式转向装置中，上述方向盘转向装置构成为包 括： 经由齿轮盒固定于转向轮的转向节的方向盘转向电机、 固定于上臂的方 向盘转向轴、 固定于该方向盘转向轴的蜗轮、与上述蜗轮啮合的蜗杆和收纳 这些齿轮的齿轮盒。 再如中国专利文献 CN 103072627A公开了一种四轮独 立转向的电动底盘， 包括： 车轮、 电动轮毂、 转向轴套、 步进电机座、 转向 轴、 车架、 步进电机、 蜗轮蜗杆减速机构， 电动轮毂安装在轮胎中， 转向轴 套与车架之间通过悍接连接，转向轴通过一对圆锥滚子轴承与转向轴套配合， 转向轴与电动轮毂通过连接装置固定连接。但是上述这类采用驱动转向主销 使车轮偏转的方式， 需要将转向主销与减速装置等都设置在转向节上， 造成 车辆悬架系统结构复杂、零部件多以及在车上布置困难等问题， 同时也增加 了悬架系统的惯性质量， 影响车辆行驶的舒适性。 为此， 现有技术中又出现了一种可以采用虚转向主销的悬架系统， 如中 国专利文献 CN102085878A公开了一种线控转向装置，其在车辆转弯时，通 过使车轮向左或者向右转弯而执行转向操作， 包括： 拉杆， 具有枢接于车轮 的转向节的一端； 接合单元， 该接合单元可旋转的安装在车身的副车架， 与 该拉杆的另一端连接，并且将扭矩的旋转方向从第一旋转方向转换到与第一 旋转方向大体上垂直的第二旋转方向，以使该拉杆从接合单元可滑动地移动 并控制车轮的转向角度； 以及电动机单元， 该电动机单元固接于副车架， 并 根据车辆 ECU的控制信号提供扭矩给该接合单元， 该扭矩的旋转方向与所 述第一旋转方向相同或者与所述第一旋转方向相反。但是， 上述这种线控转 向系统采用单边拉杆推拉车轮使其转向， 车轮转向的平稳性较差， 影响驾驶 乘坐的舒适感和安全性， 另外上述结构采用的是皮带轮传动方式， 由于皮带 轮使用寿命较短， 需要经常更换维护， 不利于车辆的安全运行。 发明内容 为此，本发明所要解决的技术问题在于现有电动汽车四轮独立转向底盘 系统的线控转向装置转向稳定性较差、传动结构使用寿命较短、不利于车辆 安全运行， 进而提供一种车轮转向稳定性好、 安全可靠、 狭小空间内机动性 好的电动汽车四轮独立转向底盘系统及其线控转向机构。 为解决上述技术问题， 本发明采用的技术方案为： 一种电动汽车四轮独立转向底盘系统，包括线控转向机构和悬架车轮总 成； 所述悬架车轮总成包括安装于车轮内侧的转向节； 所述线控转向机构包 括，

两根转向拉杆， 水平设置， 其靠近所述车轮的一端与所述转向节铰接， 所 述车轮所在平面垂直于所述转向拉杆时两根所述转向拉杆相对于所述车轮 的竖直径向对称， 所述车轮的轮辋内设置有轮毂电机；

转向动力单元，设置于底盘车架上，与所述电动汽车的电子控制单元电连 接，所述转向动力单元具有速比相同且动力输出方向相反的两级动力输出端; 两组传动单元，两组所述传动单元的动力输入端分别与所述转向动力单元 的两级动力输出端连接，两组所述传动单元的动力输出端分别与两根所述转 向拉杆远离所述车轮的一端连接， 以驱动所述转向拉杆水平往复运动， 进而 带动所述车轮摆动。

上述电动汽车四轮独立转向底盘系统中，所述传动单元包括滚珠丝杠和 通过螺纹套装于所述滚珠丝杠上的滑块，所述滚珠丝杠通过支座安装于所述 底盘车架上，所述滚珠丝杠远离所述车轮的一端与所述转向动力单元的动力 输出端连接， 所述滑块与所述转向拉杆远离所述车轮的一端铰接， 所述滚珠 丝杠的旋转运动带动所述滑块沿所述滚珠丝杠的长度方向往复滑动，进而带 动所述转向拉杆水平往复运动。

上述电动汽车四轮独立转向底盘系统中， 所述支座上设置有导轨， 所述 滚珠丝杠的旋转运动带动所述滑块沿所述导轨往复滑动，所述导轨的长度方 向与所述滚珠丝杠的长度方向平行。

上述电动汽车四轮独立转向底盘系统中，所述转向动力单元包括转向电 机和连接所述转向电机输出轴的减速器，所述减速器具有速比相同且旋转方 向相反的两级动力输出端，所述减速器的两级动力输出端将扭矩分别输出给 两个所述滚珠丝杆。

上述电动汽车四轮独立转向底盘系统中，所述减速器与所述滚珠丝杆之 间通过联轴器连接。

上述电动汽车四轮独立转向底盘系统中，所述转向电机根据所述电子控 制单元的控制信号提供相应的扭矩。 上述电动汽车四轮独立转向底盘系统中，所述转向拉杆靠近所述车轮的 一端通过第一球铰与所述转向节铰接，所述转向拉杆远离所述车轮的一端通 过第二球铰与所述滑块铰接。

上述电动汽车四轮独立转向底盘系统中，所述悬架车轮总成采用双横臂 独立悬架， 还包括上横臂、 下横臂及减振器， 所述上横臂和所述下横臂与车 体安装固定， 所述减振器安装在所述下横臂上。

一种上述电动汽车四轮独立转向底盘系统的线控转向机构，所述线控转 向机构包括，

两根转向拉杆， 水平设置， 其靠近所述车轮的一端与所述转向节铰接， 所 述车轮所在平面垂直于所述转向拉杆时两根所述转向拉杆相对于所述车轮 的竖直径向对称， 所述车轮的轮辋内设置有轮毂电机；

转向动力单元，设置于底盘车架上，与所述电动汽车的电子控制单元电连 接，所述转向动力单元具有速比相同且动力输出方向相反的两级动力输出端; 两组传动单元，两组所述传动单元的动力输入端分别与所述转向动力单元 的两级动力输出端连接，两组所述传动单元的动力输出端分别与两根所述转 向拉杆远离所述车轮的一端连接， 以驱动所述转向拉杆水平往复运动， 进而 带动所述车轮摆动。

上述线控转向机构中，所述传动单元包括滚珠丝杠和通过螺纹套装于所 述滚珠丝杠上的滑块， 所述滚珠丝杠通过支座安装于所述底盘车架上， 所述 滚珠丝杠远离所述车轮的一端与所述转向动力单元的动力输出端连接，所述 滑块与所述转向拉杆远离所述车轮的一端铰接，所述滚珠丝杠的旋转运动带 动所述滑块沿所述滚珠丝杠的长度方向往复滑动，进而带动所述转向拉杆水 平往复运动。 本发明所述的技术方案相比现有技术具有以下优点：

( 1 )本发明提供的电动汽车四轮独立转向底盘系统及其线控转向机构， 包括线控转向机构和悬架车轮总成， 其中线控转向机构包括两根转向拉杆、 转向动力单元和两组传动单元，两组传动单元的动力输出端分别与两根转向 拉杆远离车轮的一端连接， 以驱动转向拉杆水平往复运动， 进而带动车轮摆 动。 上述底盘系统结构简单、 安全可靠， 能够实现车轮的独立转向， 车轮转 向稳定性好， 能够满足在狭小空间内的机动性。

( 2 )本发明提供的电动汽车四轮独立转向底盘系统及其线控转向机构， 采用虚转向主销， 使悬架车轮总成结构紧凑、 体积缩小， 转向驱动力不直接 沿着主销传递，不会增加悬架系统的惯性质量，不会影响车辆行驶的舒适性。

( 3 )本发明提供的电动汽车四轮独立转向底盘系统及其线控转向机构， 通过采用双向输出减速器， 可消除传动齿轮的转向回差， 提高转向控制精度 及安全可靠性。

(4 )本发明提供的电动汽车四轮独立转向底盘系统及其线控转向机构， 其中传动单元包括滚珠丝杠和通过螺纹套装于滚珠丝杠上的滑块，滚珠丝杠 通过支座安装于底盘车架上，滚珠丝杠的旋转运动带动滑块沿滚珠丝杠的长 度方向往复滑动，进而带动转向拉杆水平往复运动。上述传动单元结构简单、 设计合理、 易于实现。

( 5 )本发明提供的电动汽车四轮独立转向底盘系统及其线控转向机构， 在支座上设置有导轨， 滑块在滚珠丝杠的带动下沿导轨往复滑动， 导轨的长 度方向与滚珠丝杠的长度方向平行， 使滑块的往复运动更加稳定可靠， 确保 车轮转向的安全平稳。

( 6 )本发明提供的电动汽车四轮独立转向底盘系统及其线控转向机构， 其中转向动力单元包括转向电机和连接转向电机输出轴的减速器，减速器具 有速比相同且旋转方向相反的两级动力输出端，使两个滚珠丝杠转动方向相 反， 车轮在两根转向拉杆一个推一个拉的作用下摆动转向， 上述设计通过采 用双向输出减速器， 可消除转向回差， 提高转向控制精度,能够使得车轮转 向更加平稳安全， 增加车辆行驶的安全性和舒适性。

(7 )本发明提供的电动汽车四轮独立转向底盘系统及其线控转向机构， 转向电机据电子控制单元的控制信号提供相应的扭矩，使车轮的转向控制更 加精确可靠， 提高驾驶安全性能。

( 8 )本发明提供的电动汽车四轮独立转向底盘系统及其线控转向机构， 其中车轮的轮辋内设置有轮毂电机， 可实现车辆的分散驱动， 可独立转动每 个车轮， 实现原地转向及蟹行等功能。 附图说明

为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施 例并结合附图， 对本发明作进一步详细的说明， 其中

图 1是本发明电动汽车四轮独立转向底盘系统的立体示意图；

图 2是本发明电动汽车四轮独立转向底盘系统的局部放大立体图； 图 3图 2的俯视图。 图中附图标记表示为： 1-转向电机， 2-减速器， 3-滑块， 4-滚珠丝杆， 5- 支座， 6-下横臂， 7-转向拉杆， 8-第一球铰， 9-车轮， 10-轮毂电机， 11 -转向 节， 12-上横臂， 13-减振器， 14-导轨， 15-第二球铰， 16-联轴器。 具体实施方式 下文中将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是， 在 不冲突的情况下， 本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。 如图 1所示，是本发明电动汽车四轮独立转向底盘系统及其线控转向机 构的优选实施例，所述电动汽车四轮独立转向底盘系统包括线控转向机构和 悬架车轮总成。 如图 2和 3所示，在本实施例中所述悬架车轮总成采用双横臂独立悬架， 包括上横臂 12、 下横臂 6、 减振器 13以及转向节 11， 所述上横臂 12和所 述下横臂 6与车体安装固定， 所述减振器 13安装在所述下横臂 6上， 所述 转向节 11安装于车轮 9的内侧。 所述线控转向机构包括转向动力单元、两组传动单元和两根转向拉杆 7。 两根所述转向拉杆 7均水平设置，所述转向拉杆 7靠近所述车轮 9的一 端与所述转向节 11铰接， 所述车轮 9所在平面垂直于所述转向拉杆 7时两 根所述转向拉杆 7相对于所述车轮 9的竖直径向对称，所述车轮 9的轮辋内 设置有轮毂电机 10。 具体地， 所述转向拉杆 7靠近所述车轮 9的一端通过 第一球铰 8与所述转向节 11铰接， 所述转向拉杆 7远离所述车轮 9的一端 通过第二球铰 15与所述滑块 3铰接。 两组所述传动单元的动力输入端分别与所述转向动力单元的两级动力 输出端连接，两组所述传动单元的动力输出端分别与两根所述转向拉杆 7远 离所述车轮 9的一端连接， 以驱动所述转向拉杆 7水平往复运动， 进而带动 所述车轮 9摆动。在本实施例中， 所述传动单元包括滚珠丝杠 4和通过螺纹 套装于所述滚珠丝杠 4上的滑块 3， 所述滚珠丝杠 4通过支座 5安装于所述 底盘车架上，所述滚珠丝杠 4远离所述车轮 9的一端与所述转向动力单元的 动力输出端连接，所述滑块 3与所述转向拉杆 7远离所述车轮 9的一端铰接， 所述滚珠丝杠 4的旋转运动带动所述滑块 3沿所述滚珠丝杠 4的长度方向往 复滑动， 进而带动所述转向拉杆 7水平往复运动。所述支座 5上设置有导轨 14， 所述滚珠丝杠 4的旋转运动带动所述滑块 3沿所述导轨 14往复滑动， 所述导轨 14的长度方向与所述滚珠丝杠 4的长度方向平行。 所述转向动力单元设置于底盘车架上， 与所述电动汽车的电子控制单 元电（即 ECU, Electronic Control Unit, 又称"行车电脑"、 "车载电脑"等） 连接，所述转向动力单元具有速比相同且动力输出方向相反的两级动力输出

¾。 在本实施例中， 所述转向动力单元的具体结构为： 所述转向动力单元包 括转向电机 1和连接所述转向电机 1输出轴的减速器 2; 所述转向电机 1根 据所述电子控制单元的控制信号提供相应的扭矩；所述减速器 2具有速比相 同且旋转方向相反的两级动力输出端，所述减速器 2的两级动力输出端将扭 矩分别输出给两个所述滚珠丝杆 4， 所述减速器 2与所述滚珠丝杆 4之间通 过联轴器 16连接。 本发明通过采用双向输出减速器， 可消除转向回差， 提 高转向控制精度及安全可靠性。 当驾驶者需要车辆转弯时， 驾驶者转动方向盘， 与所述方向盘连接的角 度传感器检测所述方向盘转动的角度并将该角度信息传送给所述电子控制 单元， 所述电子控制单元计算出所述车轮 9需要转向的相应角度， 并将指令 发送给所述转向电机 1， 所述转向电机 1的动力传递给所述滚珠丝杠 4， 两 个所述滑块 3分别沿着两条所述导轨 14做方向相反的移动， 推动通过所述 第二球铰 15相连接的所述转向拉杆 7， 驱动两根所述转向拉杆 7朝相反方 向做水平移动， 进而带动所述车轮 9摆动转向。 显然， 上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例， 而并非对实施方式 的限定。对于所属领域的普通技术人员来说， 在上述说明的基础上还可以做 出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。 而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之 中。

Claims

权 利 要 求 书

1. 一种电动汽车四轮独立转向底盘系统， 其特征在于： 包括线控转向 机构和悬架车轮总成； 所述悬架车轮总成包括安装于车轮（9) 内侧的转向节

( 11 ); 所述线控转向机构包括，

两根转向拉杆 （7)， 水平设置， 其靠近所述车轮 （9) 的一端与所述 转向节 （11 ) 铰接， 所述车轮 （9) 所在平面垂直于所述转向拉杆 （7 ) 时两 根所述转向拉杆 （7 ) 相对于所述车轮 （9) 的竖直径向对称， 所述车轮 （9) 的轮辋内设置有轮毂电机 （10);

转向动力单元， 设置于底盘车架上， 与所述电动汽车的电子控制单 元电连接， 所述转向动力单元具有速比相同且动力输出方向相反的两级动力 输出端；

两组传动单元， 两组所述传动单元的动力输入端分别与所述转向动 力单元的两级动力输出端连接， 两组所述传动单元的动力输出端分别与两根 所述转向拉杆（7)远离所述车轮（9)的一端连接， 以驱动所述转向拉杆（7 ) 水平往复运动， 进而带动所述车轮 （9) 摆动。

2. 根据权利要求 1 所述的电动汽车四轮独立转向底盘系统， 其特征在 于： 所述传动单元包括滚珠丝杠 （4) 和通过螺纹套装于所述滚珠丝杠 （4) 上的滑块 （3 )， 所述滚珠丝杠 （4) 通过支座 （5 ) 安装于所述底盘车架上， 所述滚珠丝杠 （4) 远离所述车轮 （9) 的一端与所述转向动力单元的动力输 出端连接， 所述滑块 （3 ) 与所述转向拉杆 （7) 远离所述车轮 （9) 的一端铰 接， 所述滚珠丝杠 （4) 的旋转运动带动所述滑块 （3 ) 沿所述滚珠丝杠 （4) 的长度方向往复滑动， 进而带动所述转向拉杆 （7 ) 水平往复运动。

3. 根据权利要求 2所述的电动汽车四轮独立转向底盘系统， 其特征在 于： 所述支座 （5 ) 上设置有导轨 （14)， 所述滚珠丝杠 （4) 的旋转运动带动 所述滑块 （3 ) 沿所述导轨 （14) 往复滑动， 所述导轨 （14) 的长度方向与所 述滚珠丝杠 （4) 的长度方向平行。

4. 根据权利要求 1-3任一所述的电动汽车四轮独立转向底盘系统，其特 征在于： 所述转向动力单元包括转向电机 （1 ) 和连接所述转向电机 （1 ) 输 出轴的减速器 （2)， 所述减速器（2) 具有速比相同且旋转方向相反的两级动 力输出端， 所述减速器 （2) 的两级动力输出端将扭矩分别输出给两个所述滚 珠丝杆 （4)。

5. 根据权利要求 4所述的电动汽车四轮独立转向底盘系统， 其特征在 于： 所述减速器 （2) 与所述滚珠丝杆 （4) 之间通过联轴器 （16) 连接。

6. 根据权利要求 4或 5所述的电动汽车四轮独立转向底盘系统， 其特 征在于： 所述转向电机 （1 ) 根据所述电子控制单元的控制信号提供相应的扭 矩。

7. 根据权利要求 1-6任一所述的电动汽车四轮独立转向底盘系统，其特 征在于： 所述转向拉杆 （7) 靠近所述车轮 （9) 的一端通过第一球铰 （8) 与 所述转向节 （11 ) 铰接， 所述转向拉杆 （7 ) 远离所述车轮 （9 ) 的一端通过 第二球铰 （15 ) 与所述滑块 （3 ) 铰接。

8. 根据权利要求 1-7任一所述的电动汽车四轮独立转向底盘系统，其特 征在于： 所述悬架车轮总成采用双横臂独立悬架， 还包括上横臂 （12)、 下横 臂 （6) 及减振器 （13 )， 所述上横臂 （12) 和所述下横臂 （6) 与车体安装固 定， 所述减振器 （13 ) 安装在所述下横臂 （6) 上。 9. 一种上述权利要求 1-8 任一所述电动汽车四轮独立转向底盘系统的 线控转向机构， 其特征在于： 所述线控转向机构包括，

两根转向拉杆 （7)， 水平设置， 其靠近所述车轮（9) 的一端与所述 转向节 （11 ) 铰接， 所述车轮 （9) 所在平面垂直于所述转向拉杆 （7 ) 时两 根所述转向拉杆 （7 ) 相对于所述车轮 （9) 的竖直径向对称， 所述车轮 （9) 的轮辋内设置有轮毂电机 （10);

转向动力单元， 设置于底盘车架上， 与所述电动汽车的电子控制单 元电连接， 所述转向动力单元具有速比相同且动力输出方向相反的两级动力 输出端；

两组传动单元， 两组所述传动单元的动力输入端分别与所述转向动 力单元的两级动力输出端连接， 两组所述传动单元的动力输出端分别与两根 所述转向拉杆（7)远离所述车轮（9)的一端连接， 以驱动所述转向拉杆（7 ) 水平往复运动， 进而带动所述车轮 （9) 摆动。

10. 根据权利要求 9所述的线控转向机构， 其特征在于： 所述传动单元 包括滚珠丝杠 （4) 和通过螺纹套装于所述滚珠丝杠 （4) 上的滑块 （3 )， 所 述滚珠丝杠 （4) 通过支座 （5 ) 安装于所述底盘车架上， 所述滚珠丝杠 （4) 远离所述车轮（9) 的一端与所述转向动力单元的动力输出端连接， 所述滑块 (3 )与所述转向拉杆（7)远离所述车轮（9)的一端铰接，所述滚珠丝杠（4) 的旋转运动带动所述滑块 （3 ) 沿所述滚珠丝杠 （4) 的长度方向往复滑动， 进而带动所述转向拉杆 （7 ) 水平往复运动。