本發(fā)明屬于電動(dòng)車(chē)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及電動(dòng)車(chē)輪轂轉(zhuǎn)向懸架系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

傳統(tǒng)燃油車(chē)對(duì)生態(tài)和環(huán)境帶來(lái)諸多負(fù)面影響，因此，清潔高效可持續(xù)的電能被寄予厚望。在此熱潮下，提升車(chē)輛電氣化水平，降低對(duì)傳統(tǒng)驅(qū)動(dòng)技術(shù)的依賴(lài)成為汽車(chē)工業(yè)的共識(shí)，其中輪轂電機(jī)便成為實(shí)現(xiàn)該愿景提供了一個(gè)極具潛力途徑。輪轂電機(jī)技術(shù)一改傳統(tǒng)汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)集中驅(qū)動(dòng)的模式為分布式驅(qū)動(dòng)，通過(guò)在車(chē)輪中加裝輪轂電機(jī)，來(lái)實(shí)現(xiàn)車(chē)輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)及轉(zhuǎn)向，省略了龐大且復(fù)雜的發(fā)動(dòng)機(jī)及傳動(dòng)系統(tǒng)，在結(jié)構(gòu)上有極大的簡(jiǎn)化，可實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)、制動(dòng)、轉(zhuǎn)向的協(xié)調(diào)控制，從而擁有更好的操控性能。然而，電機(jī)的橫向尺寸較大，輪內(nèi)安裝會(huì)嚴(yán)重壓縮懸架及轉(zhuǎn)向節(jié)的布置空間，致使難以獲得理想的懸架定位參數(shù)，從而引發(fā)懸架與電動(dòng)輪的適配問(wèn)題，其中主要是因?yàn)橹麂N(xiāo)偏距過(guò)大導(dǎo)致的；同時(shí)電機(jī)致簧下質(zhì)量過(guò)沉，輪胎在地面的附著效果也會(huì)變差。如果沿用傳統(tǒng)車(chē)輛的懸架結(jié)構(gòu)，必然會(huì)導(dǎo)致整車(chē)操縱穩(wěn)定性和行駛平順性的嚴(yán)重惡化，甚至引起底盤(pán)結(jié)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)干涉，產(chǎn)生行車(chē)安全問(wèn)題。因此，針對(duì)輪轂電機(jī)特點(diǎn)的懸架設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)就顯的緊迫和必要。

理想的汽車(chē)轉(zhuǎn)向控制是基于阿克曼轉(zhuǎn)向模型的，即汽車(chē)所有車(chē)輪同時(shí)圍繞著某一旋轉(zhuǎn)中心做純滾動(dòng)，這樣就可以避免輪胎與地面之間的滑動(dòng)磨耗，其事實(shí)也表明輪胎的磨損絕大部分是轉(zhuǎn)向時(shí)的滑動(dòng)摩擦引起；同時(shí)使所有車(chē)輪同時(shí)繞一旋轉(zhuǎn)中心做純滾動(dòng)，可以有效避免車(chē)輛的側(cè)翻、甩出道路等事故，從而提升操控穩(wěn)定性和安全性。理想的阿克曼轉(zhuǎn)向模型要求四輪能獨(dú)立大幅度轉(zhuǎn)向，且若輪胎接地印跡中心之間的輪距時(shí)刻保持不變，則可以避免引入補(bǔ)償運(yùn)算。中心轉(zhuǎn)向懸架可以確保輪胎接地印跡中心輪距為定值，但其主銷(xiāo)布置卻受制到輪內(nèi)空間的限制，尤其在電動(dòng)輪上電機(jī)橫向尺寸較大，通過(guò)主銷(xiāo)內(nèi)置實(shí)現(xiàn)中心轉(zhuǎn)向代價(jià)過(guò)大且不現(xiàn)實(shí)，因此其應(yīng)用受到較大限制；消除橫拉桿和轉(zhuǎn)向梯形雖然可以使車(chē)輪獨(dú)立大幅度偏轉(zhuǎn)，但由于車(chē)輪與車(chē)身之間缺乏可靠的機(jī)械硬連接，汽車(chē)轉(zhuǎn)向控制要面臨較大挑戰(zhàn)。

目前，四輪獨(dú)立轉(zhuǎn)向輪轂電動(dòng)用轉(zhuǎn)向懸架裝置，較具有代表性的是米其林“主動(dòng)輪胎”技術(shù)，其將輪轂電機(jī)、減震器、阻尼、轉(zhuǎn)向裝置、制動(dòng)設(shè)備全部安裝在電動(dòng)輪的輪轂內(nèi)，輪胎主銷(xiāo)與地面保持垂直且經(jīng)過(guò)車(chē)輪中性面，這樣就保證輪胎接地印跡中心輪距保持不變。該裝置看似非常緊湊，但有限空間卻給輪轂內(nèi)的各種設(shè)備的布置安裝、散熱降溫、防塵防水等帶來(lái)了較大的挑戰(zhàn)；諸多構(gòu)件輪內(nèi)部布置對(duì)零部件的制造和安裝精度要求非常高，成本上不經(jīng)濟(jì)?！爸鲃?dòng)輪胎”技術(shù)將減震器安裝在輪轂內(nèi)，有一個(gè)非常明顯的缺陷就是減震彈簧動(dòng)容量不足，為了避免因?yàn)閺椈傻倪\(yùn)動(dòng)行程有限帶來(lái)的頻繁碰撞問(wèn)題，彈簧剛度將被設(shè)計(jì)的很大，于是生硬的懸架就降低乘坐舒適性；為了改善平順性，輪內(nèi)避震一般采用主動(dòng)減震技術(shù)，利用液壓根據(jù)外界路況主動(dòng)改變自身剛度。由于主動(dòng)懸架技術(shù)尚不成熟，控制實(shí)現(xiàn)復(fù)雜，可靠性和安全性也存在較多問(wèn)題；且在輪胎內(nèi)部安裝復(fù)雜的液壓系統(tǒng)，耐噪、壽命等技術(shù)問(wèn)題較為突出。與此同時(shí)，大量的器件安放在輪內(nèi)，簧下質(zhì)量過(guò)于集中，也會(huì)引發(fā)行車(chē)平順性問(wèn)題。該裝置開(kāi)發(fā)難度較高，目前仍處于試驗(yàn)研發(fā)狀態(tài)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明實(shí)施例所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于提供一種電動(dòng)車(chē)輪轂轉(zhuǎn)向懸架系統(tǒng)，旨在解決中心轉(zhuǎn)向懸架在電動(dòng)輪上的應(yīng)用問(wèn)題，用于簡(jiǎn)化基于阿克曼轉(zhuǎn)向模型的控制算法，以及現(xiàn)有技術(shù)中輪轂轉(zhuǎn)向懸架裝置的結(jié)構(gòu)所存在的安裝精度要求高造成的成本高以及減震彈簧動(dòng)容量不足所帶來(lái)的頻繁碰撞問(wèn)題。

本發(fā)明實(shí)施例是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種電動(dòng)車(chē)輪轂轉(zhuǎn)向懸架系統(tǒng)，包括執(zhí)行機(jī)構(gòu)和控制所述執(zhí)行機(jī)構(gòu)工作的控制系統(tǒng)，所述執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括電動(dòng)輪部件、懸掛裝置、轉(zhuǎn)向裝置以及安裝于車(chē)架上的連接部件；所述懸掛裝置包括減震器，所述懸掛裝置的下端與所述電動(dòng)輪部件的一側(cè)連接，所述減震器安裝于所述懸掛裝置上，所述轉(zhuǎn)向裝置安裝在所述懸掛裝置的上端，并位于所述電動(dòng)輪部件的上方，所述連接部件與轉(zhuǎn)向裝置固定連接，所述轉(zhuǎn)向裝置驅(qū)動(dòng)所述懸掛裝置和電動(dòng)輪部件一起轉(zhuǎn)向。

進(jìn)一步地，所述電動(dòng)輪部件包括輪胎、電機(jī)殼、輪轂、輪轂電機(jī)、電磁制動(dòng)器、霍爾傳感器碼盤(pán)、電磁制動(dòng)片以及霍爾傳感器；

所述輪胎安裝在所述輪轂上，所述電機(jī)殼固定在所述輪轂內(nèi)，所述輪轂電機(jī)安裝在所述電機(jī)殼內(nèi)，所述輪轂電機(jī)的轉(zhuǎn)子與所述電機(jī)殼固定在一起相對(duì)于所述輪轂電機(jī)的定子做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，所述電機(jī)殼安裝在所述輪轂內(nèi)，所述輪轂電機(jī)的輸出軸固定安裝在所述懸掛裝置下端，所述電磁制動(dòng)器及電磁制動(dòng)片固定在所述輪轂電機(jī)的輸出軸上，所述霍爾傳感器碼盤(pán)穿過(guò)所述輪轂電機(jī)的輸出軸安裝在所述電機(jī)殼上，所述霍爾傳感器安放于所述懸掛裝置底部。

進(jìn)一步地，所述懸掛裝置還包括兩個(gè)阻尼、懸架臂以及連接盤(pán)，所述的兩個(gè)阻尼和減震器的上端均固定安裝在所述懸架臂的一端，所述懸架臂的另一端與所述轉(zhuǎn)向裝置固定連接，所述的兩個(gè)阻尼和減震器的下端均固定安裝在所述連接盤(pán)上，所述連接盤(pán)與所述輪轂電機(jī)的輸出軸通過(guò)軸孔配合相互固定。

進(jìn)一步地，所述轉(zhuǎn)向裝置包括凸臺(tái)軸、圓錐滾子軸承、推力軸承、齒輪減速器、步進(jìn)電機(jī)以及圓臺(tái)；

所述步進(jìn)電機(jī)的輸出軸與所述齒輪減速器傳動(dòng)連接，所述圓臺(tái)與齒輪減速器固定連接，所述凸臺(tái)軸插置于所述圓臺(tái)內(nèi)，并且其上端與所述齒輪減速器的輸出軸傳動(dòng)連接，所述凸臺(tái)軸的下端與所述懸架臂固定連接，所述圓錐滾子軸承和推力軸承的外圈均與所述圓臺(tái)過(guò)盈配合，所述圓錐滾子軸承和推力軸承的內(nèi)圈均與所述凸臺(tái)軸過(guò)盈配合，所述圓臺(tái)固定安裝于所述連接部件上，所述凸臺(tái)軸的中心軸線(xiàn)穿過(guò)所述輪胎中性面。

進(jìn)一步地，所述連接部件包括基座和螺栓，所述圓臺(tái)通過(guò)所述螺栓緊固于所述基座一端，所述基座的另一端固定于車(chē)架上。

進(jìn)一步地，所述控制系統(tǒng)包括光電編碼器、驅(qū)動(dòng)器、控制器、路感電機(jī)、轉(zhuǎn)角傳感器、扭矩傳感器、方向盤(pán)、電子加速踏板以及電子制動(dòng)踏板；

所述轉(zhuǎn)向裝置通過(guò)所述光電編碼器連接所述控制器，所述控制器通過(guò)所述驅(qū)動(dòng)器連接所述轉(zhuǎn)向裝置，所述轉(zhuǎn)角傳感器與扭矩傳感器均同軸置于所述方向盤(pán)轉(zhuǎn)向柱上，并與所述控制器連接，所述路感電機(jī)通過(guò)所述驅(qū)動(dòng)器連接所述控制器，所述電動(dòng)輪部件通過(guò)所述驅(qū)動(dòng)器連接所述控制器，所述電子加速踏板與電子制動(dòng)踏板均與所述控制器連接。

本發(fā)明實(shí)施例與現(xiàn)有技術(shù)相比，有益效果在于：本發(fā)明將減震器安裝于電動(dòng)輪部件之外，空間充裕，便于布置，避免電動(dòng)輪部件的結(jié)構(gòu)過(guò)于緊湊而造成安裝精度要求高，導(dǎo)致成本高以及減震彈簧動(dòng)容量不足導(dǎo)致頻繁碰撞的問(wèn)題，另外，轉(zhuǎn)向裝置位于電動(dòng)輪部件上方，可使電動(dòng)輪部件可以進(jìn)行大幅度轉(zhuǎn)向，電動(dòng)車(chē)輛可以實(shí)現(xiàn)全方位運(yùn)動(dòng)，提升車(chē)輛的機(jī)動(dòng)性能；通過(guò)轉(zhuǎn)向裝置外置實(shí)現(xiàn)中心轉(zhuǎn)向懸架在電動(dòng)輪上的應(yīng)用，可時(shí)刻保持兩側(cè)輪胎接地印跡保持不變，對(duì)簡(jiǎn)化四輪轉(zhuǎn)向控制算法貢獻(xiàn)較大，同時(shí)可極大減輕車(chē)輪滑移造成的輪胎磨損。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明提供的電動(dòng)車(chē)輪轂轉(zhuǎn)向懸架系統(tǒng)一較佳實(shí)施例示意圖；

圖2是圖1中的執(zhí)行機(jī)構(gòu)側(cè)視結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是圖1中的A區(qū)域放大示意圖；

圖4是圖1中的B區(qū)域放大剖視示意圖；

圖5是圖1中的懸掛裝置示意圖。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

如圖1所示，是本發(fā)明實(shí)施例的一種電動(dòng)車(chē)輪轂轉(zhuǎn)向懸架系統(tǒng)，該轉(zhuǎn)向懸架系統(tǒng)包括執(zhí)行機(jī)構(gòu)和控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)工作的控制系統(tǒng)。其中，執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括電動(dòng)輪部件1、懸掛裝置2、轉(zhuǎn)向裝置3以及安裝于車(chē)架(圖中未示出)上的連接部件4。懸掛裝置2包括減震器21，懸掛裝置2的下端與電動(dòng)輪部件1的一側(cè)連接，減震器21安裝于懸掛裝置2上，轉(zhuǎn)向裝置3安裝在懸掛裝置2的上端一側(cè)，并位于電動(dòng)輪部件1的正上方。連接部件4與轉(zhuǎn)向裝置3固定連接，轉(zhuǎn)向裝置3驅(qū)動(dòng)懸掛裝置2和電動(dòng)輪部件1一起轉(zhuǎn)向，其中懸掛裝置2繞轉(zhuǎn)向裝置3做圓弧運(yùn)動(dòng)，電動(dòng)輪部件1繞自身的中心軸線(xiàn)旋轉(zhuǎn)?？刂葡到y(tǒng)5包括光電編碼器51、驅(qū)動(dòng)器52、控制器53、路感電機(jī)54、轉(zhuǎn)角傳感器55、扭矩傳感器56、方向盤(pán)57、電子加速踏板58以及電子制動(dòng)踏板59。轉(zhuǎn)向裝置3通過(guò)光電編碼器51連接控制器53，光電編碼器51用于檢測(cè)反饋車(chē)輪實(shí)際轉(zhuǎn)角?？刂破?3通過(guò)驅(qū)動(dòng)器52連接轉(zhuǎn)向裝置3，轉(zhuǎn)角傳感器55與扭矩傳感器56均同軸置于方向盤(pán)57轉(zhuǎn)向柱上，并與控制器53連接，路感電機(jī)54通過(guò)驅(qū)動(dòng)器52連接控制器53，電動(dòng)輪部件1通過(guò)驅(qū)動(dòng)器52連接控制器53，轉(zhuǎn)向裝置3利用轉(zhuǎn)角傳感器55與扭矩傳感器56實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向信息輸入，并通過(guò)控制器53對(duì)駕駛意圖進(jìn)行研判，再通過(guò)轉(zhuǎn)向裝置3輸出轉(zhuǎn)向操作，最后利用光電編碼器51反饋車(chē)輪的轉(zhuǎn)向角，從而完成轉(zhuǎn)向的閉環(huán)精準(zhǔn)修正。電子加速踏板58與電子制動(dòng)踏板59均與控制器53連接，實(shí)現(xiàn)對(duì)加速和制動(dòng)信號(hào)的采集，實(shí)現(xiàn)整車(chē)輪速的閉環(huán)控制。

請(qǐng)一同參閱圖3所示，本發(fā)明實(shí)施例的電動(dòng)輪部件1包括輪胎11、電機(jī)殼12、電機(jī)殼蓋13、輪轂14、輪轂電機(jī)15、霍爾傳感器碼盤(pán)16、電磁制動(dòng)器17、電磁制動(dòng)片18以及霍爾傳感器19。其中，輪胎11安裝在輪轂14上，電機(jī)殼12通過(guò)螺栓固定安裝在輪轂14上，輪轂電機(jī)15安裝在電機(jī)殼12內(nèi)，電機(jī)殼12安裝在輪轂14內(nèi)，輪轂電機(jī)15的輸出軸固定安裝在懸掛裝置2下端，輪轂電機(jī)15的轉(zhuǎn)子與電機(jī)殼12固定在一起相對(duì)于輪轂電機(jī)15的定子做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，輪轂電機(jī)15的定子與懸掛裝置2保持相對(duì)靜止。電機(jī)殼蓋13通過(guò)螺釘安裝在電機(jī)殼12上，為輪轂電機(jī)15提供密閉和清潔的工作環(huán)境。電磁制動(dòng)器17及電磁制動(dòng)片19固定在輪轂電機(jī)15的輸出軸上，電磁制動(dòng)器17與電磁制動(dòng)片18同軸設(shè)置，用電制動(dòng)取代傳統(tǒng)液壓剎車(chē)，減輕了簧下質(zhì)量集中現(xiàn)象?；魻杺鞲衅鞔a盤(pán)16穿過(guò)輪轂電機(jī)15的輸出軸安裝在電機(jī)殼12上，霍爾傳感器19安放于懸掛裝置2底部，通過(guò)磁脈沖編碼技術(shù)實(shí)現(xiàn)輪速的實(shí)時(shí)反饋。

請(qǐng)一同參閱圖5所示，本發(fā)明實(shí)施例的懸掛裝置2還包括兩個(gè)阻尼22、懸架臂23以及連接盤(pán)24。兩個(gè)阻尼22和減震器21的上端均固定安裝在懸架臂23的一端，本實(shí)施例中的減震器21為絞牙減震器。懸架臂23的另一端與轉(zhuǎn)向裝置3固定連接，兩個(gè)阻尼22和減震器21的下端均固定安裝在連接盤(pán)24上，連接盤(pán)24與輪轂電機(jī)15的輸出軸通過(guò)軸孔配合相互固定。

請(qǐng)一同參閱圖4所示，本發(fā)明實(shí)施例的轉(zhuǎn)向裝置3包括凸臺(tái)軸31、圓錐滾子軸承32、推力軸承33、齒輪減速器34、步進(jìn)電機(jī)36以及圓臺(tái)37。步進(jìn)電機(jī)36的輸出軸與齒輪減速器34傳動(dòng)連接，以降低步進(jìn)電機(jī)36的旋轉(zhuǎn)速度。圓臺(tái)37與齒輪減速器34固定連接，凸臺(tái)軸31插置于圓臺(tái)37內(nèi)，并且其上端與齒輪減速器34的輸出軸傳動(dòng)連接，凸臺(tái)軸31的下端與懸架臂23固定連接。圓錐滾子軸承32和推力軸承33的外圈均與圓臺(tái)37過(guò)盈配合，圓錐滾子軸承32和推力軸承33的內(nèi)圈均與凸臺(tái)軸31過(guò)盈配合，圓臺(tái)37固定安裝于連接部件4上，凸臺(tái)軸31的中心軸線(xiàn)穿過(guò)輪胎11中性面。這樣，步進(jìn)電機(jī)36驅(qū)動(dòng)齒輪減速器34工作，齒輪減速器34驅(qū)動(dòng)凸臺(tái)軸31帶動(dòng)懸架臂23繞凸臺(tái)軸31的中心軸線(xiàn)旋轉(zhuǎn)，從而使輪胎11繞凸臺(tái)軸31的中心軸線(xiàn)(轉(zhuǎn)向中心線(xiàn))進(jìn)行轉(zhuǎn)向。上述的轉(zhuǎn)向懸架系統(tǒng)的轉(zhuǎn)向裝置3通過(guò)懸掛裝置2安裝于電動(dòng)輪部件1的正上方，形成一個(gè)虛擬主銷(xiāo)，同時(shí)該虛擬主銷(xiāo)穿過(guò)輪胎11中性面而垂直于地面，從而使轉(zhuǎn)向中心線(xiàn)穿過(guò)輪胎11接地印跡中心，構(gòu)成中心轉(zhuǎn)向懸架系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)中心轉(zhuǎn)向的功能。

請(qǐng)一同參閱圖2所示，本發(fā)明實(shí)施例的連接部件4包括基座41和螺栓42，圓臺(tái)37通過(guò)螺栓緊固于基座41一端，基座41的另一端固定于車(chē)架上，使車(chē)架、圓臺(tái)37與基座41保持相對(duì)靜止，保證執(zhí)行機(jī)構(gòu)連接的穩(wěn)定性。

綜上所述，本發(fā)明實(shí)施例的電動(dòng)車(chē)輪轂轉(zhuǎn)向懸架系統(tǒng)具有如下優(yōu)點(diǎn)：

(1)懸掛裝置2上的減震器21和阻尼22均設(shè)置在輪轂14外，空間充裕，便于布置，同時(shí)對(duì)器件的散熱防污沒(méi)有特殊要求，耐燥性好；并且減震器21的減震彈簧有較長(zhǎng)的伸縮空間，相同的動(dòng)容量下，減震彈簧的剛度可以較小，可較好地提升乘坐舒適性，避免了因采用尚不成熟的主動(dòng)避震技術(shù)而帶來(lái)結(jié)構(gòu)復(fù)雜化和機(jī)構(gòu)可靠性問(wèn)題。

(2)轉(zhuǎn)向裝置3與連接部件4位于輪胎上方，有效避免了轉(zhuǎn)向時(shí)部件之間產(chǎn)生相互干涉，實(shí)現(xiàn)輪胎大幅度轉(zhuǎn)向，使車(chē)輛具備蟹行移動(dòng)等全方位機(jī)動(dòng)性能。

(3)轉(zhuǎn)向裝置3的凸臺(tái)軸31的旋轉(zhuǎn)中心線(xiàn)穿過(guò)輪胎11中性面，即轉(zhuǎn)向中心線(xiàn)與車(chē)輪虛擬主銷(xiāo)始終重合，理論上主銷(xiāo)偏距為零，從而構(gòu)成中心式轉(zhuǎn)向懸架系統(tǒng)，能較大程度減輕輪胎11的磨損和簡(jiǎn)化車(chē)輛基于阿克曼轉(zhuǎn)向模型的控制算法，避免引入復(fù)雜的補(bǔ)償運(yùn)算。

(4)電動(dòng)輪部件1、懸掛裝置2、轉(zhuǎn)向裝置3及連接部件4采用模塊化設(shè)計(jì)，降低各大裝置的耦合影響，減少部件設(shè)計(jì)的約束，可實(shí)現(xiàn)整車(chē)前后懸架系統(tǒng)的通用化，減少整車(chē)關(guān)鍵零部件數(shù)量，降低設(shè)計(jì)制造的難度和成本。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。