CN109353407A - 一种全向行驶车辆模块化驱动转向系统及车辆 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种全向行驶车辆模块化驱动转向系统及车辆，属于电动汽车领域，该驱动转向系统包括悬架连杆、减震器、转向电机、减速器、角度传感器、车轮支架、车轮和驱动电机等。转向电机通过联轴器、减速器驱动车架带动车轮独立全向水平360°全向范围转向。通过角度传感器精确检测轮胎位置，实现快速精确地的转向控制。驱动电机安装于轮胎内直接驱动车轮转动。转向电机固定于车底盘上，降低了系统的等效簧下质量，减少共振以及来自路面的冲击和振动，改善汽车行驶的平稳性。该车辆采用本发明提供的全向行驶车辆模块化驱动转向系统。本发明具有结构简单可靠，并可实现车辆车轮进行独立全向转向与驱动，提高了转向系统的控制精度和响应速度。
Description
技术领域
本发明属于电动汽车转向技术领域，具体涉及一种全向行驶车辆模块化驱动转向系统及车辆。
背景技术
随着汽车技术的发展和人们生活水平的不断提高，汽车保有量正迅速增加。然而，伴随着汽车的大量增加，各城市的停车场、道路都出现了拥挤现象。目前大多数传统汽车都是前轮转向，后轮不参与转向，电动汽车大部分也沿用了这样的一种转向系统，导致转弯半径较大，转向不灵活，尤其在空间狭小的闹市区或者停车场，车辆的转向受到比较大的限制。给驾驶员在狭窄空间转向及泊车带来诸多不便。
而全向行驶车辆模块化驱动转向系统有效的解决了这一问题。全向行驶车辆模块化驱动转向系统车轮具有车轮独立全向转向并且汽车后轮也和前轮一样，具有一定的转向功能，不仅可以与前轮同方向转向，也可以与前轮反方向转向。相比于传统前轮转向(2WS)，车轮独立全向转向可以提高汽车高速行驶以及侧向风力作用下的操纵稳定性，改善低速时的操纵轻便性，提高了汽车的行驶安全性。同时减小汽车的转弯半径，或者无需转弯，实现任意的方向的直线移动，提高了泊车的灵活性，节省空间。在传统车轮转向汽车中，车轮转向装置的控制方式主要有机械控制式、液压控制式和电子线传控制式等。机械控制式车轮转向系统中，通过方向盘的转向操控行为并经过一系列传动装置传递至后轮转向机构，响应时间长、传动比和转角位置的控制精确度和灵活度差；而液压控制式车轮转向系统则由于需要液压泵、液压马达、液压阀、以及油箱、液压管路等元件组成，结构比较复杂、成本高，易于出现故障且维修困难；采用电子线传控制车轮转向系统的电动车辆则由于需要设计复杂的控制算法分别控制前轮转向和后轮转向，而且需要在前轮转向装置中增加路感反馈电机，“路感”的算法比较复杂。
综上所述，如何设计具有结构简单可靠、全向行驶车辆模块化驱动转向系统的汽车迫在眉睫。
发明内容
本发明为克服上述现有技术中的缺点，提供了一种全向行驶车辆模块化驱动转向系统及车辆。在显著降低悬架总成机械结构复杂度的同时，将悬架与车轮转向装置集成在一起，提高了装置的集成度和可靠性。每一个车轮均可实现独立360°全向水平转向。通过绝对值编码器可以实时的提供轮胎的精确转角，方便进行闭环转向控制。转向电机固定于车底盘上，降低了系统的等效簧下质量，减少共振以及来自路面的冲击和振动，改善汽车行驶的平稳性。
本发明采用如下技术方案来实现的：
一种全向行驶车辆模块化驱动转向系统，包括悬架连杆、减震器、转向电机、联轴器、减速器支架、减速器、转轴、角度传感器、车轮支架、驱动电机和车轮；其中，
减速器支架内侧相对于车底盘平行设置，转向电机安装固定在车底盘内侧，减速器安装在减速器支架外侧上，角度传感器安装于减速器上，车轮支架安装在减速器下方，并通过转轴依次将角度传感器、减速器与车轮支架连接在一起，车轮支架与驱动电机的转轴紧固连接，车轮与驱动电机紧固连接，进而通过车轮支架控制车轮转向，通过驱动电机带动车轮转动，角度传感器用于实时监测车轮的转角位置，并把数据发送至控制器，控制器控制车轮在360°全向范围内转向；
转向电机的电机轴伸出端通过联轴器与减速器连接，多个悬架连杆以及减震器的一端铰接在车底盘外侧上，另一端铰接在减速器支架内侧上。
本发明进一步的改进在于，多个悬架连杆以及减震器的一端通过安装座铰接在车底盘外侧上，另一端通过安装座铰接在减速器支架内侧上。
本发明进一步的改进在于，减震器采用橡皮减震器、弹簧减震器或空气式减震器。
本发明进一步的改进在于，联轴器采用弹性联轴器或万向联轴器。
本发明进一步的改进在于，角度传感器采用绝对值编码器或者旋转编码器。
本发明进一步的改进在于，多个悬架连杆通过铰接形成多连杆悬架，保证车轮按预定轨迹上下跳动。
本发明进一步的改进在于，转向电机和驱动电机采用无刷直流电动机、永磁同步电动机、伺服电动机、步进电动机或交流异步电动机。
本发明进一步的改进在于，减速器采用齿轮减速器、蜗杆减速器或行星齿轮减速器。
一种车辆，该车辆的驱动转向系统由3个上述全向行驶车辆模块化驱动转向系统与车底盘连接构成。
一种车辆，该车辆的驱动转向系统由4个上述全向行驶车辆模块化驱动转向系统与车底盘连接构成。
本发明具有如下有益的技术效果：
与现有技术相比，本发明所提供的全向行驶车辆模块化驱动转向系统是一种机电混合控制系统，具有以下优点：
(1)本发明与传统的车轮转向相比，去除了传统车轮转向汽车的机构复杂、质量大的机械连杆机构或者液压系统，结构简单、质量轻；(2)本发明可以使每一个车轮独立水平旋转360°全向，实现任意方向的直线运动以及原地旋转运动，提高了车轮转向的灵活性。(3)角度传感器直接与转向轴连接，便于实时检测四个车轮的水平旋转角度进行闭环驱动控制，简化了控制策略，提高了转向系统的控制精度和响应速度。(4)减速器具有自锁功能，地面所受颠簸振动不向上传递到转向电机上。(5)联轴器可以使转向电机固定于车底盘上，是减小系统的等效簧下质量，使车轮振动频率提高，减少共振以及来自路面的冲击和振动，改善汽车行驶的平顺性。
附图说明
图1为本发明一种全向行驶车辆模块化驱动转向系统的示意图。
图2为本发明一种全向行驶车辆模块化驱动转向系统结构运动简图。
图3为具有3个全向行驶车辆模块化驱动转向系统车辆实施例示意图。
图4为具有4个全向行驶车辆模块化驱动转向系统车辆实施例示意图。
附图标记说明：1为转向电机；2为车底盘；3为安装座；4为减震器；5为悬架连杆；6为联轴器；7为减速器支架；8为角度传感器；9为减速器；10为转轴；11为车轮支架；12为驱动电机；13为车轮；14为全向行驶车辆模块化驱动转向系统。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及实施例，对依据本发明提出的一种全向行驶车辆模块化驱动转向系统具体实施方式、结构、特征进行详细说明如下。
参见图1，本发明提供的一种全向行驶车辆模块化驱动转向系统，包括：悬架连杆5、减震器4、转向电机1、联轴器6、减速器9、安装座3、转轴10、角度传感器8、车轮支架11、车轮13和驱动电机12。转向电机1安装固定于车底盘2内侧，转向电机1的电机轴伸出端通过联轴器6与减速器9连接。其中转向电机1固定在车底盘2上，有效的降低了等效簧下质量，减少共振以及来自路面的冲击和振动，改善汽车行驶的平稳性。减速器9安装在减速器支架7上，角度传感器8直接安装于减速器9上，通过转轴10将角度传感器8、减速器9与车轮支架11连接在一起。角度传感器8实时监测车轮13的转角位置，并把数据发回控制器，控制车轮13在360°全向范围内转向。车轮支架11与驱动电机12转轴紧固连接，车轮13与驱动电机12紧固连接，进而通过车轮支架11控制车轮13转向，通过驱动电机12直接带动车轮13转动。多个悬架连杆5一端通过安装座3铰接在车底盘2上，另一端通过安装座3铰接在减速器支架7上。减震器4的两端也分别通过安装座铰接在车底盘2与减速器支架7上。其中多个悬架连杆5铰接在车底盘2上，有效的降低了等效簧下质量，增强了汽车行驶的平稳性。
所述联轴器6与减震器4可伸缩，通过悬架连杆5共同抬高车底盘2。
所述减速器9可以是现有技术中多种类型，如齿轮减速器、蜗杆减速器和行星齿轮减速器等。
所述角度传感器8可以是现有技术中多种类型，如绝对值编码器、旋转变压器等角度测量传感器等。
所述悬架连杆5通过铰接形成多连杆悬架，保证车轮按预定轨迹上下跳动。
所述转向电机1和驱动电机12可为无刷直流电动机、永磁同步电动机、伺服电动机、步进电动机、交流异步电动机等多种类型电机。
所述减震器4可以是现有技术中多种类型减速器，如橡皮减震器、弹簧减震器、空气式减震器等。
所述联轴器6可以是现有技术中多种类型联轴器，如弹性联轴器、万向联轴器等。
参见图1与图2，本发明的实施例如下：
步进电机安装于车底盘2内侧，通过控制脉冲总数和脉冲频率控制步进电机的转角和转速，电机轴伸出端通过可伸缩十字万向联轴器与蜗轮蜗杆减速器中的蜗杆连接，进而控制车轮13转向。
车底盘2与蜗轮蜗杆减速器支架上分别固定安装若干安装座3，悬架连杆5两端分别铰接在安装座3上，进而一端铰接在车底盘2上，另一端铰接在蜗轮蜗杆减速器支架上。
同样地，空气减震器两端也分别铰接在安装座3，进而一端铰接在车底盘2上，另一端铰接在蜗轮蜗杆减速器支架上，对颠簸路况进行减振缓冲，降低车底盘2的振动。
蜗轮蜗杆减速器固定在蜗轮蜗杆减速器支架上，蜗杆端通过可伸缩十字万向联轴器与步进电机连接，蜗轮与转轴10连接，通过转轴10带动车轮13转向。
绝对值旋转编码器固定在蜗轮蜗杆减速器上，编码器轴通过弹性联轴器与转轴连接，进而实现对车轮转角的实时精确测量。
车轮支架11一端与转轴10连接，一端与轮毂电机轴连接。
轮毂电机一端与车轮车架11固定连接，一端与车轮13连接，轮毂电机驱动车辆行驶。
上述步进电机、轮毂电机和绝对值旋转编码器均由车辆车载电源供电。
上述减震器4可为橡皮减震器、弹簧减震器、空气式减震器等。本发明优选但不限于使用空气式减震器。
上述联轴器6可为现有技术中多种类型联轴器，如弹性联轴器、万向联轴器等。本发明优选但不限于使用可伸缩十字万向联轴器。
上述角度传感器8可为绝对值编码器、旋转变压器等角度测量传感器。本发明优选但不限于使用绝对值旋转编码器。
上述悬架连杆5通过铰接形成多连杆悬架，保证车轮13按预定轨迹上下跳动；
上述转向电机1和驱动电机12可为无刷直流电动机、永磁同步电动机、伺服电动机、步进电动机、交流异步电动机等多种类型电机。本发明优选但不限于使用步进电机用作转向电机1；本发明优选但不限于使用无刷直流式轮毂电机作为驱动电机。
上述减速器9可以是现有技术中多种类型减速器齿轮减速器、蜗杆减速器和行星齿轮减速器等。本发明优选但不限于使用蜗轮蜗杆减速器，具有自锁功能，地面所受颠簸振动不向上传递到转向电机1上。
上述联轴器6可以是现有技术中多种类型联轴器，如弹性联轴器、万向联轴器等。本发明优选但不限于使用可伸缩十字万向联轴器。
参见图3，为本发明一种全向行驶车辆模块化驱动转向系统在车辆中的一种具体应用场景。其中14为全向行驶车辆模块化驱动转向系统，2为车底盘。所述车辆驱动转向系统由3个全向行驶车辆模块化驱动转向系统与车底盘2连接构成。
参见图4，为本发明一种全向行驶车辆模块化驱动转向系统在车辆中的一种具体应用场景。其中14为全向行驶车辆模块化驱动转向系统，2为车底盘。所述车辆驱动转向系统由4个全向行驶车辆模块化驱动转向系统与车底盘2连接构成。
以上所述仅是本发明的一些具体实施例，并非对本发明作任何限制，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种全向行驶车辆模块化驱动转向系统，其特征在于，包括悬架连杆(5)、减震器(4)、转向电机(1)、联轴器(6)、减速器支架(7)、减速器(9)、转轴(10)、角度传感器(8)、车轮支架(11)、驱动电机(12)和车轮(13)；其中，
减速器支架(7)内侧相对于车底盘(2)平行设置，转向电机(1)安装固定在车底盘(2)内侧，减速器(2)安装在减速器支架(7)外侧上，角度传感器(8)安装于减速器(9)上，车轮支架(11)安装在减速器(9)下方，并通过转轴(10)依次将角度传感器(8)、减速器(9)与车轮支架(11)连接在一起，车轮支架(11)与驱动电机(12)的转轴(10)紧固连接，车轮(13)与驱动电机(12)紧固连接，进而通过车轮支架(11)控制车轮(13)转向，通过驱动电机(12)带动车轮(13)转动，角度传感器(8)用于实时监测车轮(13)的转角位置，并把数据发送至控制器，控制器控制车轮(13)在360°全向范围内转向；
转向电机(1)的电机轴伸出端通过联轴器(6)与减速器(9)连接，多个悬架连杆(5)以及减震器(4)的一端铰接在车底盘(2)外侧上，另一端铰接在减速器支架(7)内侧上。
2.根据权利要求1所述的全向行驶车辆模块化驱动转向系统，其特征在于，多个悬架连杆(5)以及减震器(4)的一端通过安装座(3)铰接在车底盘(2)外侧上，另一端通过安装座(3)铰接在减速器支架(7)内侧上。
3.根据权利要求1或2所述的全向行驶车辆模块化驱动转向系统，其特征在于，减震器(4)采用橡皮减震器、弹簧减震器或空气式减震器。
4.根据权利要求1或2所述的全向行驶车辆模块化驱动转向系统，其特征在于，联轴器(6)采用弹性联轴器或万向联轴器。
5.根据权利要求1或2所述的全向行驶车辆模块化驱动转向系统，其特征在于，角度传感器(8)采用绝对值编码器或者旋转编码器。
6.根据权利要求1或2所述的全向行驶车辆模块化驱动转向系统，其特征在于，多个悬架连杆(5)通过铰接形成多连杆悬架，保证车轮(13)按预定轨迹上下跳动。
7.根据权利要求1或2所述的全向行驶车辆模块化驱动转向系统，其特征在于，转向电机(1)和驱动电机(12)采用无刷直流电动机、永磁同步电动机、伺服电动机、步进电动机或交流异步电动机。
8.根据权利要求1或2所述的全向行驶车辆模块化驱动转向系统，其特征在于，减速器(9)采用齿轮减速器、蜗杆减速器或行星齿轮减速器。
9.一种车辆，其特征在于，该车辆的驱动转向系统由3个权利要求1至8中任一项所述的全向行驶车辆模块化驱动转向系统(14)与车底盘(2)连接构成。
10.一种车辆，其特征在于，该车辆的驱动转向系统由4个权利要求1至8中任一项所述的全向行驶车辆模块化驱动转向系统(14)与车底盘(2)连接构成。
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