專利名稱：獨立驅動、轉向和懸架系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及車輛底盤技術領域，特別涉及一種獨立驅動、轉向和懸架系統，尤其涉及一種具有大轉向角特性的獨立驅動、轉向和懸架系統。
背景技術：
現有車輛的轉向角多在±35°之間，某些特殊用途車輛的轉向角可達到±45°。轉向角主要受到幾個方面的限制。首先是傳動軸，其角度過大后傳動效率低，也存在著與相鄰零部件的干涉。其次是轉向器，特別是轉向橫拉桿的行程有限，也存在著與其它零部件干涉的問題。再者是懸架，特別是下擺臂，可能與車輪發生干涉。
為了滿足大轉向角特性的設計需求，必須對車輛的底盤系統進行全新的設計。首先，必須取消傳動軸，一個自然的想法是在車輪上安裝液壓馬達或者驅動電機，以便實現不需要傳動軸的獨立驅動。其次，對于車輛的轉向和懸架系統，必須考慮采用具有或者適應大轉向角特性的機構并進行布置，以實現相應的要求。美國專利US5154437提出了一種具有大轉向角的車輪獨立轉向裝置，其包括帶減速器的輪邊電機，在電機殼體近車身側的上部近乎垂直安裝有彈簧和導向支柱，其中可上下跳動的導向支柱通過花鍵布置在導向套筒內，導向套筒通過軸承可旋轉地支撐在車身上，導向套筒上部設置有齒輪與具有多對齒輪傳動的轉向機構相連，在導向支柱的下部和導向套筒之間設置了導向桿件。美國專利US5180180提出了一種具有大轉向角的車輪支撐裝置，其包括帶減速器的輪邊電機，在輪邊電機殼體近車身側的上部設置有一凸柱，通過軸承可旋轉地支撐在布置在輪邊電機后部上方的轉向節，轉向節一端通過球鉸與轉向橫拉桿相連，另一端通過球鉸和懸架下擺臂相連，轉向節還固接到彈簧減震器支柱的中下部位，彈簧減震器支柱的上部固連到車身，懸架下擺臂的另一端通過球鉸和車身相連。美國專利申請US2008/0073138 Al提出了一種車輪可變換位置的電動車輛，其車輪的輪距和軸距均可以根據要求變化。內部安裝了輪內電機的四個車輪安裝在四個可以相對車身轉動的長擺臂上，擺臂的轉動帶動車輪位置的變化。車輪的上下跳動帶動導向支柱在導向套筒內運動，導向套筒和具有多對齒輪傳動的轉向機構相連，導向支柱的上端通過球鉸和一擺臂相連，擺臂的另一端和固定在長擺臂上的彈簧減震器相連。美國專利US6102419提出一種電動汽車用的懸架系統，其車輪轉向角可以達到90°，因此易于在狹小空間內泊車。具有輪內電機的車輪通過轉向節可轉動地連接在布置在車輪上方的上擺臂，并通過連接在轉向節上部的轉向擺臂進行大轉角轉向，布置在車輪后側的彈簧減震器通過連桿和上擺臂相連接。上述公開的技術方案存在不少問題車輪轉向角在±35°之間的正常行駛工況下，懸架動力學特性不夠優良，為了兼顧大轉向角的要求不可避免地降低了正常行駛時的懸架動力學特性；轉向節或輪內電機殼體等零件的受力條件差；轉向機構需要提供較大的作用力并消耗較大的功率。
因此，還存在著提出一種在正常行駛工況下具有優良的懸架動力學特性、受力條件好、轉向作用力小且具有大轉向角特性的獨立驅動、轉向和懸架系統的需求。

發明內容
本發明的目的是為了克服上述現有技術中的缺點，提供一種具有大轉向角特性的獨立驅動、轉向和懸架系統。本發明提供一種獨立驅動、轉向和懸架系統，其包括輪內電機，其用于驅動車輪旋轉；輪轂單元，其用于支撐車輪和所述輪內電機旋轉；第一轉向節，其用于支撐所述輪轂單元，并可繞由第一主銷形成的第一主銷軸線轉動；彈簧減震器，其用于支撐車輪上下跳動；下橫臂，其用于車輪上下跳動時導向；第二轉向節，其用于支撐所述第一主銷，并可繞由彈簧減震器上支點和下橫臂球鉸形成的第二主銷軸線轉動；第一轉向執行器，其用于驅動所述第一轉向節轉動；以及第二轉向執行器，其用于驅動所述第二轉向節轉動。 根據本發明的獨立驅動、轉向和懸架系統，所述第一主銷安設在所述第一轉向節中。根據本發明的獨立驅動、轉向和懸架系統，所述第一轉向節的前部和所述輪轂單元相固接，所述第一轉向節的后部通過所述第一主銷和所述第二轉向節相連接；以及所述第二轉向節的上部和所述彈簧減震器的下部相固接，所述第二轉向節的下部通過下橫臂球鉸和所述下橫臂相連接。根據本發明的獨立驅動、轉向和懸架系統，所述第一轉向執行器支撐在所述第二轉向節上；以及所述第二轉向執行器支撐在車身上。根據本發明的獨立驅動、轉向和懸架系統，所述第一轉向執行器的輸出軸與所述第一主銷同軸相連接；以及所述第二轉向執行器通過轉向擺臂球鉸與固接在所述彈簧減震器中部的轉向擺臂相連接。根據本發明的獨立驅動、轉向和懸架系統，所述第一轉向執行器為角度執行器；以及所述第二轉向執行器為線性執行器。根據本發明的獨立驅動、轉向和懸架系統，所述第一轉向執行器可單獨實現的車輪轉向角范圍為±35° ;以及所述第二轉向執行器可單獨實現的車輪轉向角范圍為-10。 +60。。根據本發明的獨立驅動、轉向和懸架系統，在車輛正常行駛時，所述第二轉向節被所述第二轉向執行器鎖止在對應車輪轉向角為0°的零位，所述第一轉向執行器驅動所述第一轉向節帶動車輪轉向；以及在車輛進行大轉向角轉向時，所述第一轉向節被所述第一轉向執行器鎖止在對應車輪轉向角為+35°的位置，所述第二轉向執行器驅動所述第二轉向節帶動車輪轉向。根據本發明的獨立驅動、轉向和懸架系統，所述下橫臂布置在車輪轉動和上下跳動所形成的包絡體外。根據本發明的獨立驅動、轉向和懸架系統，所述獨立驅動、轉向和懸架系統還包括橫向穩定桿，其布置在車輪轉動和上下跳動所形成的包絡體外。根據本發明，可以得到一種在正常行駛工況下具有優良的懸架動力學特性、受力條件好、轉向作用力小且具有大轉向角特性的獨立驅動、轉向和懸架系統。


圖I是本發明的一具體實施例的前視示意圖。圖中1輪內電機；2車輪；3輪轂單元；4第一轉向節；41第一主銷；A第一主銷軸線；5轉向擺臂；51轉向擺臂球鉸；6彈簧減震器；7下橫臂；71下橫臂球鉸；8第二轉向節第二主銷軸線；9第一轉向執行器；10第二轉向執行器；11車身；WZ車輪接地垂線。
具體實施例方式為了能夠更清楚地理解本發明的技術內容，特舉以下實施例詳細說明。應理解，實施例僅是用于說明本發明，而不是對本發明的限制。圖I是本發明一具體實施例的前視示意圖。應該指出，為了簡化并更清楚地示意 本發明，圖上并未示出車輪定位參數。參考圖1，獨立驅動、轉向和懸架系統包括輪內電機1，其用于驅動車輪2旋轉；輪轂單元3，其用于支撐車輪2和輪內電機I旋轉；第一轉向節4，其用于支撐輪轂單元3，并可繞由第一主銷41形成的第一主銷軸線A轉動；彈簧減震器6，其用于支撐車輪2上下跳動；下橫臂7，其用于車輪2上下跳動時導向；第二轉向節8，其用于支撐第一主銷41，并可繞由彈簧減震器上支點61和下橫臂球鉸71形成的第二主銷軸線B轉動；第一轉向執行器9，其用于驅動第一轉向節4轉動；以及第二轉向執行器10，其用于驅動第二轉向節8轉動。第一主銷41安設在第一轉向節4中。第一轉向節4的前部和輪轂單元3相固接，第一轉向節4的后部通過第一主銷41和第二轉向節8相連接。第二轉向節8的上部和彈簧減震器6的下部相固接，第二轉向節8的下部通過下橫臂球鉸71和下橫臂7相連接。參考圖1，第一主銷軸線A明顯地更靠近車輪接地垂線WZ，因此，可以消除轉矩轉向，即因為左右車輪驅動轉矩的不同而帶來的車輛轉向，而這能夠顯著地提高采用輪內電機I的分布式驅動系統的失效容錯能力。例如，在一側輪內電機I出現故障導致其輸出轉矩減小的情況下，仍可保持車輛的直線行駛穩定性。顯然，第一主銷軸線A主要用于保證車輛正常行駛時所需的懸架系統動力學特性，第二主銷軸線B主要用于保證大轉向角時所需的懸架系統運動學特性，即可以將車輪2轉到所需的高達90°的轉向角。第一轉向執行器9支撐在第二轉向節8上，第二轉向執行器10支撐在車身11上。第一轉向執行器9的輸出軸與第一主銷41同軸相連接，第二轉向執行器10通過轉向擺臂球鉸51與固接在彈簧減震器6中部的轉向擺臂5相連接。第一轉向執行器9為角度執行器，第二轉向執行器10為線性執行器。第一轉向執行器9采用角度執行器是因為其布置在輪內的狹小空間內，缺少足夠的力臂來實現大的轉向作用力矩。此外，由于第一主銷軸線A接近車輪接地垂線WZ，所需的轉向作用力矩也較小，因此，只要采用角度執行器即可滿足轉向力矩的要求。第二轉向執行器10采用線性執行器，而且支撐在車身11上，可占用的空間較大，可以采用較大的執行器來提供所需的轉向作用力，或者采用較長的轉向擺臂10來滿足轉向力矩的要求。第二主銷軸線B離車輪接地垂線WZ稍遠，需要的轉向作用力較大，但車輛進行大轉向角轉向的工況不多，因此，第二轉向執行器10消耗的功率也較少。
第一轉向執行器9可單獨實現的車輪轉向角范圍為±35°，第二轉向執行器10可單獨實現的車輪轉向角范圍為-10° +60°。在車輛正常行駛時，第二轉向節8被第二轉向執行器10鎖止在對應車輪轉向角為0°的零位，第一轉向執行器9驅動第一轉向節4帶動車輪2轉向。在車輛進行大轉向角轉向時，第一轉向節4被第一轉向執行器9鎖止在對應車輪轉向角為+35°的位置，第二轉向執行器10驅動第二轉向節8帶動車輪2轉向。因此，第一轉向節4和第二轉向節8的轉動疊加后可以實現的車輪轉向角范圍-35° +95°。在本發明中，高達90°的大轉向角是依靠第一轉向節4和第二轉向節8的轉動疊加來實現的，在正常行駛時并不需要大轉向角，只依靠第一轉向節4的轉動來實現轉向，因此，簡化了懸架系統的設計，確保了車輛正常行駛時懸架系統的動力學特性。與現有懸架系統相比，本發明的懸架系統是福特公司發明的RevoKnuckle懸架系統和MacPherson懸架系統的綜合,不同的是不必考慮傳動軸的布置,此外轉向機構也根本不同。顯而易見的是，所述系統的受力條件不會比現有懸架系統的差，彈簧減震器6的布置 也可以直接參考現有懸架系統的。此外，車輪2的定位參數也可以直接參考相關懸架系統的。下橫臂7布置在車輪2轉動和上下跳動所形成的包絡體外。這是顯然的，特別是下橫臂7的前部，應避免與轉向角達到90°的車輪內側干涉。目前，MacPherson懸架的下橫臂7的設計趨勢符合這一要求，當然也可以具有其它的類似三角形的形狀。通常，懸架系統還包括橫向穩定桿，其布置也與下橫臂7的要求一樣，即布置在車輪2轉動和上下跳動所形成的包絡體外，避免與車輪發生干涉。由于橫向穩定桿的布置非常靈活，可以輕松滿足此要求，因此，在本發明中不再贅述。因此，根據本發明，可以得到一種在正常行駛工況下具有優良的懸架動力學特性、受力條件好、轉向作用力小且具有大轉向角特性的獨立驅動、轉向和懸架系統。本發明并不局限于上述實施例，而是覆蓋在不脫離本發明的精神和范圍的情況下所進行的所有改變和修改。這些改變和修改不應被認為是脫離了本發明的精神和范圍，并且所有諸如對于本領域技術人員來說顯而易見的修改均應被包括在所附權利要求的范圍內。
權利要求
1.一種獨立驅動、轉向和懸架系統，其特征在于，包括 輪內電機，其用于驅動車輪旋轉； 輪轂單元，其用于支撐車輪和所述輪內電機旋轉； 第一轉向節，其用于支撐所述輪轂單元，并可繞由第一主銷形成的第一主銷軸線轉動； 彈簧減震器，其用于支撐車輪上下跳動； 下橫臂，其用于車輪上下跳動時導向； 第二轉向節，其用于支撐所述第一主銷，并可繞由彈簧減震器上支點和下橫臂球鉸形成的第二主銷軸線轉動； 第一轉向執行器，其用于驅動所述第一轉向節轉動；以及 第二轉向執行器，其用于驅動所述第二轉向節轉動。
2.根據權利要求I所述的獨立驅動、轉向和懸架系統，其特征在于， 所述第一主銷安設在所述第一轉向節中。
3.根據權利要求I所述的獨立驅動、轉向和懸架系統，其特征在于， 所述第一轉向節的前部和所述輪轂單元相固接，所述第一轉向節的后部通過所述第一主銷和所述第二轉向節相連接；以及 所述第二轉向節的上部和所述彈簧減震器的下部相固接，所述第二轉向節的下部通過下橫臂球鉸和所述下橫臂相連接。
4.根據權利要求I所述的獨立驅動、轉向和懸架系統，其特征在于， 所述第一轉向執行器支撐在所述第二轉向節上；以及 所述第二轉向執行器支撐在車身上。
5.根據權利要求I所述的獨立驅動、轉向和懸架系統，其特征在于， 所述第一轉向執行器的輸出軸與所述第一主銷同軸相連接；以及 所述第二轉向執行器通過轉向擺臂球鉸與固接在所述彈簧減震器中部的轉向擺臂相連接。
6.根據權利要求I所述的獨立驅動、轉向和懸架系統，其特征在于， 所述第一轉向執行器為角度執行器；以及 所述第二轉向執行器為線性執行器。
7.根據權利要求I所述的獨立驅動、轉向和懸架系統，其特征在于， 所述第一轉向執行器可單獨實現的車輪轉向角范圍為±35° ;以及 所述第二轉向執行器可單獨實現的車輪轉向角范圍為-10° +60°。
8.根據權利要求I所述的獨立驅動、轉向和懸架系統，其特征在于， 在車輛正常行駛時，所述第二轉向節被所述第二轉向執行器鎖止在對應車輪轉向角為0°的零位，所述第一轉向執行器驅動所述第一轉向節帶動車輪轉向；以及 在車輛進行大轉向角轉向時，所述第一轉向節被所述第一轉向執行器鎖止在對應車輪轉向角為+35°的位置，所述第二轉向執行器驅動所述第二轉向節帶動車輪轉向。
9.根據權利要求I所述的獨立驅動、轉向和懸架系統，其特征在于， 所述下橫臂布置在車輪轉動和上下跳動所形成的包絡體外。
10.根據權利要求I所述的獨立驅動、轉向和懸架系統，其特征在于，所述獨立驅動、轉向和懸架系統還包括橫向穩定桿，其布置在車輪轉動和上下跳動所 形成的包絡體外。
全文摘要
本發明提供了一種獨立驅動、轉向和懸架系統，其包括輪內電機，其用于驅動車輪旋轉；輪轂單元，其用于支撐車輪和所述輪內電機旋轉；第一轉向節，其用于支撐所述輪轂單元，并可繞由第一主銷形成的第一主銷軸線轉動；彈簧減震器，其用于支撐車輪上下跳動；下橫臂，其用于車輪上下跳動時導向；第二轉向節，其用于支撐所述第一主銷，并可繞由彈簧減震器上支點和下橫臂球鉸形成的第二主銷軸線轉動；第一轉向執行器，其用于驅動所述第一轉向節轉動；以及第二轉向執行器，其用于驅動所述第二轉向節轉動。
文檔編號B62D7/00GK102717696SQ20121020659
公開日2012年10月10日 申請日期2012年6月21日 優先權日2012年6月21日
發明者夏承鋼, 孫江明 申請人:上海中科深江電動車輛有限公司