一种大转角的双纵臂悬架一体化线控转向系统

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1.本发明涉及电动汽车底盘与转向领域，尤其是涉及一种大转角的双纵臂悬架一体化线控转向系统。

背景技术：

2.目前，独立转向、驱动一体化模块根据悬臂布置方式的不同分为横臂式、纵臂式以及直立式三类。
3.横臂式独立转向、驱动一体化模块结构主要基于麦弗逊悬架和双横臂悬架开发，与传统车辆悬架结构类似，与传统底盘、转向节等部件的适配性好，技术较为成熟，但是由于横摆臂的存在以及传动方式的限制，转角范围普遍无法达到
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90
°
，此外由于轮毂电机已占用了大部分轮内空间，横臂式一体化模块的主销偏移距较大。
4.纵臂式独立转向、驱动一体化模块目前应用于轮边驱动系统的开发案例中，主要考虑将传动机构集成于纵臂中，在解决轮边电机动力传递问题的同时，提升轮边驱动系统的集成度，但一般不具备转向功能。
5.直立式独立转向、驱动一体化模块构型的主要特点是转向电机布置于车轮上方，转向电机(或减速器、的输出轴线即为车轮主销，区别主要集中在弹簧减振器总成的布置位置及其形式、减速机构的形式，此类构型具有的优点为结构紧凑、集成度高、主销偏移距很小，甚至为零、可以实现车轮的
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90
°
转向、对车轮的轮内空间要求较小，但是垂向空间占用较大。此外，该模块仅通过顶端螺栓与车架相连，连接处会承受较大的弯矩作用。

技术实现要素：

6.本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种大转角的双纵臂悬架一体化线控转向系统。
7.本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
8.一种大转角的双纵臂悬架一体化线控转向系统，该系统包括由上至下依次传动连接的转向电机、减速器、车轮转向转动副以及车轮，所述的车轮转向转动副分别通过上纵臂与下纵臂与车身连接。
9.所述的车轮转向转动副包括十字轴万向节、轴承/轴装配体、传动轴和转向节，所述的十字轴万向节上端与减速器的输出端传动连接，下端与传动轴上端传动连接，传动轴的下端在穿过轴承/轴装配体后与带动车轮转向的转向节固接。
10.所述的轴承/轴装配体由轴套以及分别设置在轴套内上下两端部处用以支撑传动轴的角接触轴承，所述的传动轴依次穿过两个角接触轴承内圈后与转向节固接。
11.所述的上纵臂一端分别通过一对球铰与轴套转动连接，另一端通过弹性橡胶衬套与车身转动连接。
12.所述的上纵臂中部分别通过一对连杆与减速器可转动的连接，所述的连杆上端通过上关节轴承与减速器连接，下端通过下关节轴承与上纵臂中部连接。
13.所述的下纵臂一端通过第二转动副与圆弧形连杆的下端转动连接，另一端通过弹性橡胶衬套与车身转动连接，所述的圆弧形连杆的上端与轴套固接。
14.所述的下纵臂中部通过第一转动副与弹簧阻尼减振器下端转动连接，所述的弹簧阻尼减振器上端与车身铰接。
15.所述的减速器采用蜗轮蜗杆减速器。
16.所述的减速器的输出轴线与车轮转向转动副的轴线均通过十字轴万向节的中心。
17.该转向系统实现车轮转向的具体传动过程为：
18.转向电机输出力矩，经过减速器放大后通过与减速器输出轴固连的十字轴万向节传递至传动轴，传动轴再将转向力矩输出到转向节上，使得车轮能够绕车轮转向转动副的轴线，即转向系统的转向主销轴线发生转动，从而实现线控四轮独立转向功能。
19.与现有技术相比，本发明具有以下优点：
20.1、本发明紧密结合当下“滑板式线控底盘”的前沿发展方向，提出了具有创新性的线控独立转向/驱动/悬架一体化底盘角模块设计方案。
21.2、转向电机与蜗轮蜗杆减速器相连，通过蜗轮蜗杆减速器形成换向功能，其输出转矩通过万向节传递至传动轴，驱动与传动轴相连的转向节以及与转向节相连的车轮转向，使用蜗轮蜗杆减速器的传动形式能够满足转向电机在大减速比条件下的高速转动情况。
22.3、结合了纵臂悬架线控转向、驱动一体化模块的优点，底盘横向空间利用率高；采用圆弧形连杆的悬架摆臂构型设计以及弹簧阻尼减振器与下纵臂连接的设计，对垂向空间占用较直立式独立转向、驱动一体化模块小。
23.4、传动轴与轴套间转动副的轴线，该轴线通过十字轴万向节的中心，该轴线也即系统的转向主销轴线。
24.5、传动轴嵌套于轴套内，轴套内部安装有角接触轴承(因其能同时承受轴向力以及径向力)用于支撑传动轴，转向节与传动轴均无法发生相对于轴套的轴向移动，只能发生绕主销轴线的转动。
25.6、主销偏移距为0，可以实现
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90
°
车轮转向，在大角度(
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90
°
)旋转过程中不会出现机构的运动干涉，满足线控独立转向、独立驱动全方位移动电动车辆的功能需求。
26.7、蜗轮蜗杆减速器布置在转向系统的顶端，与上纵臂之间通过四个关节轴承以及一对连杆相连，可以起到支撑作用，减速器对驱动车轮转动时所受到的反作用力矩的承载能力较好，同时，不再需要设计副车架等部件以用于安装蜗轮蜗杆减速器，具有轻量化的优点。
附图说明
27.图1为本发明的一体化线控转向系统的结构示意图。
28.图2为本发明的一体化线控转向系统在大转角转向(90
°
)时的结构示意图。
29.图3为本发明的一体化线控转向系统的机构原理图。
30.图中标记说明：
31.1、上关节轴承，2、连杆，3、下关节轴承，4、上纵臂，5、弹簧阻尼减振器， 6、下纵臂，7、第一转动副，8、第二转动副，9、车轮，10、圆弧形连杆，11、转向节，12、传动轴，13、球铰，
14、角接触轴承，15、轴套，16、转向电机，17、十字轴万向节，18、蜗轮蜗杆减速器，19、车身。
具体实施方式
32.下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
33.实施例
34.为了使得本发明的技术方案的目的、技术特征和技术效果更加清楚，下文中将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的实例方案进行清楚、完整地描述。
35.如图1所示，本发明提供一种新型大转角的双纵臂悬架一体化线控转向系统，该系统包括转向电机16、上纵臂4和下纵臂6以及用于带动车轮9转向的转向节 11，上纵臂4和下纵臂6分别与车身19连接，该转向系统还包括轴承/轴装配体、十字轴万向节17和圆弧形连杆10，转向节11与传动轴12下端固接，随传动轴12 共同转动进而带动车轮9转向，轴套15通过一对球铰13与上纵臂4连接，圆弧形连杆10上端与轴套15固连，下端与下纵臂6通过第二转动副8连接，弹簧阻尼减振器5上端与车身19连接，下端与下纵臂6通过第一转动副7转动连接，上纵臂 4和下纵臂6通过弹性橡胶衬套与车身19连接，十字轴万向节17的中心位于传动轴12与轴套15间转动副(车轮转向转动副)的轴线上。
36.本例中，转向电机16和蜗轮蜗杆减速器18布置在转向系统的顶端，通过两个上关节轴承1、两个连杆2以及两个下关节轴承3与上纵臂4连接。
37.转向电机16(本例中采用步进电机)和蜗轮蜗杆减速器18固连在十字轴万向节17上，其输出轴通过十字轴万向节17向传动轴12传递扭矩，驱动与传动轴12 相连的转向节11以及与转向节11相连的车轮9绕车轮转向转动副轴线转动，为实现这一点，蜗轮蜗杆减速器18输出轴线与车轮转向转动副的轴线均必须通过十字轴万向节17的中心，传动轴12与轴套15间转动副的轴线即系统的转向主销轴线，轴套15内部安装有角接触轴承14用于支撑传动轴12，传动轴12不能发生相对于轴套15的轴向移动，只能发生绕转向主销轴线的转动，轴套15与上纵臂4之间采用球铰13连接，上纵臂4和下纵臂6与车身19间的运动副均为转动副，具体可通过弹性橡胶衬套实现。
38.实现车轮转向的具体传动过程为：
39.转向电机16输出力矩，力矩经过蜗轮蜗杆减速器18放大后，通过与蜗轮蜗杆减速器18输出轴固连的十字轴万向节17传递至传动轴12，传动轴12再将转向力矩输出到转向节11上，使得车轮9能绕转向主销轴线发生转动，从而实现了线控四轮独立转向功能。
40.该结构方案在大转角转向(90
°
)时的结构示意图如图2所示，在车轮旋转或轮跳过程中均不会出现机构的运动干涉，且车轮在两个转向方向上的转角均可以达到90
°
，具有转向角度范围大的优势。
41.如图3所示，本系统在双纵臂悬架结构的基础上，在转向节11上添加了一个由轴承/轴装配体等部件形成的转动副，且该转动副通过可控的转向电机16以及蜗轮蜗杆减速器18进行控制，在不转向时，转向电机16不发生转动，此外，十字轴万向节17不仅是传递转向力矩的传动部件，其形成的转动副使得转向电机16以及蜗轮蜗杆减速器18在车轮发生轮跳运动导致减速器输出轴与转向主销轴不共线时仍能满足机构的自由度要求。
42.另外，与转向电机16相连的减速器采用蜗轮蜗杆减速器18，当回正力矩较大、转向电机16与蜗轮蜗杆减速器18总成的输出力矩无法保持车轮方向稳定时，采用该传动形式可
以实现自锁。

技术特征：

1.一种大转角的双纵臂悬架一体化线控转向系统，其特征在于，该系统包括由上至下依次传动连接的转向电机(16)、减速器、车轮转向转动副以及车轮(9)，所述的车轮转向转动副分别通过上纵臂(4)与下纵臂(6)与车身连接。2.根据权利要求1所述的一种大转角的双纵臂悬架一体化线控转向系统，其特征在于，所述的车轮转向转动副包括十字轴万向节(17)、轴承/轴装配体、传动轴(12)和转向节(11)，所述的十字轴万向节(17)上端与减速器的输出端传动连接，下端与传动轴(12)上端传动连接，传动轴(12)的下端在穿过轴承/轴装配体后与带动车轮(9)转向的转向节(11)固接。3.根据权利要求2所述的一种大转角的双纵臂悬架一体化线控转向系统，其特征在于，所述的轴承/轴装配体由轴套(15)以及分别设置在轴套(15)内上下两端部处用以支撑传动轴(12)的角接触轴承(14)，所述的传动轴(12)依次穿过两个角接触轴承(14)内圈后与转向节(11)固接。4.根据权利要求3所述的一种大转角的双纵臂悬架一体化线控转向系统，其特征在于，所述的上纵臂(4)一端分别通过一对球铰(13)与轴套(15)转动连接，另一端通过弹性橡胶衬套与车身(19)转动连接。5.根据权利要求3所述的一种大转角的双纵臂悬架一体化线控转向系统，其特征在于，所述的上纵臂(4)中部分别通过一对连杆(2)与减速器可转动的连接，所述的连杆(2)上端通过上关节轴承(1)与减速器连接，下端通过下关节轴承(3)与上纵臂(4)中部连接。6.根据权利要求3所述的一种大转角的双纵臂悬架一体化线控转向系统，其特征在于，所述的下纵臂(6)一端通过第二转动副(8)与圆弧形连杆(10)的下端转动连接，另一端通过弹性橡胶衬套与车身(19)转动连接，所述的圆弧形连杆(10)的上端与轴套(15)固接。7.根据权利要求6所述的一种大转角的双纵臂悬架一体化线控转向系统，其特征在于，所述的下纵臂(6)中部通过第一转动副(7)与弹簧阻尼减振器(5)下端转动连接，所述的弹簧阻尼减振器(5)上端与车身(19)铰接。8.根据权利要求1所述的一种大转角的双纵臂悬架一体化线控转向系统，其特征在于，所述的减速器采用蜗轮蜗杆减速器(18)。9.根据权利要求2所述的一种大转角的双纵臂悬架一体化线控转向系统，其特征在于，所述的减速器的输出轴线与车轮转向转动副的轴线均通过十字轴万向节(17)的中心。10.根据权利要求9所述的一种大转角的双纵臂悬架一体化线控转向系统，其特征在于，该转向系统实现车轮(9)转向的具体传动过程为：转向电机(16)输出力矩，经过减速器放大后通过与减速器输出轴固连的十字轴万向节(17)传递至传动轴(12)，传动轴(12)再将转向力矩输出到转向节(11)上，使得车轮(9)能够绕车轮转向转动副的轴线，即转向系统的转向主销轴线发生转动，从而实现线控四轮独立转向功能。

技术总结

本发明涉及一种大转角的双纵臂悬架一体化线控转向系统，该系统包括由上至下依次传动连接的转向电机、减速器、车轮转向转动副以及车轮，所述的车轮转向转动副分别通过上纵臂与下纵臂与车身连接。与现有技术相比，本发明具有满足转向电机在大减速比条件下的高速转动情况、空间利用率高、垂向空间占用小、有效限制转向节相对于轴套的轴向移动、实现