CN106335542B - 四轮独立转向机构及工作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种四轮独立转向机构及工作方法，属于汽车领域。该机构包括步进电机、减速器、减速齿轮副、转向传动轴、缓震弹簧、转向连接机构等。电机的转向力矩经过减速机构传递到转向传动轴，通过球接触转向节为车轮总成提供转向力矩。该结构的转向电机、减速器均集成于转向连接机构中。本发明结构紧凑，转向机构新颖，转向灵活，缓震弹簧的使用提高了车辆行驶的舒适性和稳定性，同时对四轮独立驱动、独立制动和独立转向电动轮汽车的研发和设计具有重要意义。

Description

四轮独立转向机构及工作方法
技术领域
本发明涉及汽车领域，特别是涉及一种四轮独立转向机构及工作方法。
背景技术
伴随着以电动汽车为主的新能源汽车和智能汽车的不断发展，越来越多的智能集成化技术应用于电动汽车领域，传统的汽车转向***因其复杂的机械结构，已经逐渐无法适应其日益集成化和智能化控制的发展需要。
目前国内现有的四轮独立转向技术，多以独立的转向电机通过减速机构驱动转向轴，直接驱动转向主销，实现较大范围的转向角度偏转。如中国专利文献CN103072627A公开了一种四轮独立转向的电动底盘，其结构为步进电机通过步进电机座连接在车架，步进电机通过平键与蜗轮蜗杆减速机构连接，蜗轮蜗杆减速机构与转向轴通过联轴器连接，转向轴通过一对圆锥滚子轴承与转向轴套配合，转向轴套与车架焊接连接，同时转向轴与电动轮毂固定连接。上述转向机构布置跨度较大，造成车身的整体设计较为困难，存在不足。
发明内容
本发明旨在提供一种四轮独立转向机构，应用于四轮独立转向汽车。
一种四轮独立转向机构，其特征在于：包括转向连接机构机身和机体盖；转向连接机构机身内安装有步进电机、减速器、电机减速器总成传动齿轮、转向传动轴连接齿轮、转向传动轴；所述转向传动轴通过一对圆锥滚子轴承安装于转向连接机构机身内，转向传动轴连接齿轮安装于转向传动轴上；所述步进电机与转向连接机构机身固定连接，减速器与步进电机的输出轴相连；所述电机减速器总成传动齿轮与转向传动轴连接齿轮啮合；上述转向传动轴的两端伸出转向连接机构机身，并通过球接触转向节结构连接在车轮总成的上下连接板耳之间；同时位于转向连接机构机身与上连接板耳之间，转向连接机构机身与下连接板耳之间的转向传动轴上均安装有缓震弹簧；转向连接机构机身一方面通过铰接方式与汽车车架连接，其铰接轴线与转向传动轴轴线垂直；另一方面通过悬架减震***与汽车车架连接。
所述四轮独立转向机构的工作方法,其特征在于：所述步进电机的转向力矩经过减速器、电机减速器总成传动齿轮、转向传动轴连接齿轮、转向传动轴传递到车轮，实现车轮转向；悬架减震***提供车轮垂直方向的减振；缓震弹簧配合转向传动轴的球接触转向节结构，在车轮受到较大侧向冲击力时可以实现车轮在轴线不变情况下的左右摆动。
上述四轮独立转向机构中，所述动力单元包括步进电机、减速器、所述步进电机固接于转向连接机构的机身，与电动汽车的电子控制单元连接，所述步进电机的额定功率根据整车参数和机动性设计要求确定。
上述四轮独立转向机构中，所述转向连接机构内集成步进电机、减速器、电机减速器总成传动齿轮、转向传动轴连接齿轮、转向传动轴、圆锥滚子轴承，各部件紧凑连接，该转向连接机构可以将汽车的行驶动力传递到车架，同时可以相对车架上下跳动，配合弹簧减震***缓冲车轮在不平路面因垂向载荷引起的上下跳动，同时该转向连接机构体积较小，可以实现车轮的灵活转向，各部件连接紧凑，使车身的整体设计更加容易。
上述四轮独立转向机构中，所述动力单元通过电机减速器总成传动齿轮带动转向传动轴连接齿轮，齿轮连接的传动功率和速度的适用范围广，传动效率高，结构紧凑，工作可靠。
上述四轮独立转向机构中，所述转向传动轴通过一对圆锥滚子轴承固定在转向连接机构的机身内，圆锥滚子轴承可以承受大的径向载荷和轴向载荷，承载能力更好，转向传动轴的上下两端分别与上下连接板耳通过球接触转向节结构连接，将转向力矩传递到车轮。
上述四轮独立转向机构中，所述缓震弹簧位于转向连接机构机身与上连接板耳之间和转向连接机构机身与下连接板耳之间的转向传动轴上，配合所述球接触转向节结构能够缓冲车轮在高速或大角度转向时垂向力和侧向力的冲击。
技术方案中所述的缓震弹簧可以起到一级缓震的作用，配合悬架减震***构成二级减震，所述悬架减震***配合转向连接机构与车架的转动副，可以满足车轮在不平路面下因垂向载荷引起的上下跳动。
本发明是一种四轮独立转向机构，转向机构新颖，各部件连接紧凑，转向灵活，可以实现四轮独立转向，使车身的整体设计更加容易，缓震弹簧配合球接触转向节结构，提高车辆行驶的舒适性和稳定性。应用于四轮独立转向电动汽车，结合线控智能集成控制技术，不仅能够实现良好转向功能和转向特性，同时，为底盘电控***的集成化发展和智能化发展提供更好的物理平台。
附图说明
附图1是该四轮独立轮控转向机构的结构示意图；
附图2是该四轮独立轮控转向机构的局部结构剖视图；
附图3是该转向连接机构的部分俯视图；
图中标号名称：1是转向连接机构机身，2是车架，3是筒式减震器，4是螺旋弹簧，5是弹簧支撑座，6是转向连接机构机体盖，7是车轮总成，8是缓震弹簧，9是上连接板耳，10是步进电机，11是减速器，12是电机减速器总成齿轮连接平键，13是转向连接机构机体盖螺栓，14是转向传动轴，15是转向传动轴齿轮限位块，16是机体盖与机身间隙调整垫圈，17是圆锥滚子轴承，18是下连接板耳，19是圆锥滚子轴承定位螺母，20是转向传动轴齿轮连接平键，21是球接触转向节结构，22是电机减速器总成齿轮轴，23是转向连接机构机体与车架连接孔，24是转向连接机构螺纹孔，25是电机减速器总成传动齿轮，26是转向传动轴连接齿轮。
具体实施方式
下面结合附图1、2、3对本发明提供的技术方案进行更为详细的阐述，这些实施例的实际结构及装配情况被显示在附图中并描述如下。在本发明的基础上还可以做出其他形式的变化或改动，在这里也无法对所有的实施方式予以穷举。将本发明的任一技术手段替换或将本发明任意多个技术特征相互组合而得到的技术方案均在本发明的保护范围之内。
如图1所示，在本实施例中转向连接机构与车架2铰接，悬架减震***上端与车架2连接，下端与转向连接机构连接，转向传动轴14通过上连接板耳9和下连接板耳18与车轮总成7连接，所述车轮总成7内集成轮毂电机和电子制动机构，汽车驱动力通过转向连接机构将驱动力矩传递到车架2，实现车轮行驶，每个步进电机10独立驱动一个车轮，通过转向连接机构将转向力矩传递到车轮7，实现四轮独立转向。
如图2和3所示，在本实施例中转向连接机构包括机身1和机体盖6两部分，机体盖6与机身1螺栓连接，通过调整垫圈16可以调节间隙，为转向传动轴14的安装提供余量，所述转向连接机构集成步进电机10、减速器11、电机减速器总成传动齿轮25、转向传动轴连接齿轮26、转向传动轴14、圆锥滚子轴承17，所述步进电机10与转向连接机构机身1固定连接，所述电机减速器总成传动齿轮25与转向传动轴连接齿轮26啮合，转向传动轴连接齿轮26通过平键20与转向传动轴14连接，所述转向传动轴14通过一对圆锥滚子轴承17由定位螺母19固定在转向连接机构的机身1内，定位螺母19与转向连接机构的机身1螺纹连接，所述步进电机10的转向力矩经过减速器11、电机减速器总成传动齿轮25、转向传动轴连接齿轮26、转向传动轴14传递到车轮，实现车轮转向。
如图2所示，在本实施例中球接触转向节结构21由转向传动轴14的端部圆球和上下连接板耳两部分组成，端部圆球内设有弧槽形轨道，连接板耳内部设计有半球形圆槽，转向传动轴14的端部圆球与连接板耳之间留有间隙，当车轮在不平路面上跳动时依然可以稳定传递扭矩，所述缓震弹簧8作为第一级减震结构，包括上下两个部分，上缓震弹簧的顶部与上连接板耳9连接，底部连接在转向连接机构的机体盖6，下缓震弹簧的顶部与转向连接机构的机身1连接，底部与下连接板耳18连接，配合球接触转向节21既可以缓冲车轮在高速或大角度转向时垂向力和侧向力的冲击，又可以实现车轮在轴线不变情况下的左右摆动。
当驾驶者驾驶汽车转弯时，通过转动方向盘给整车电子控制单元一个转向信号，控制步进电机10输出转矩，通过扭矩传递齿轮将动力传递给转向传动轴14，所述转向传动轴14的转向力矩由球接触转向节21传递到车轮总成7，实现车轮精确转向。

Claims (3)

1.一种四轮独立转向机构，其特征在于：
包括转向连接机构机身（1）和机体盖（6）；转向连接机构机身（1）内安装有步进电机（10）、减速器（11）、电机减速器总成传动齿轮（25）、转向传动轴连接齿轮（26）、转向传动轴（14）；
所述转向传动轴（14）通过一对圆锥滚子轴承（17）安装于转向连接机构机身（1）内，转向传动轴连接齿轮（26）安装于转向传动轴（14）上；所述步进电机（10）与转向连接机构机身（1）固定连接，减速器（11）与步进电机（10）的输出轴相连；所述电机减速器总成传动齿轮（25）与转向传动轴连接齿轮（26）啮合；
上述转向传动轴（14）的两端伸出转向连接机构机身（1），并通过球接触转向节结构（21）连接在车轮总成（7）的上下连接板耳之间；同时位于转向连接机构机身（1）与上连接板耳（9）之间，转向连接机构机身（1）与下连接板耳（18）之间的转向传动轴（14）上均安装有缓震弹簧（8）；
转向连接机构机身（1）一方面通过铰接方式与汽车车架（2）连接，其铰接轴线与转向传动轴（14）轴线垂直；另一方面通过悬架减震***与汽车车架（2）连接。
2.根据权利要求1所述的四轮独立转向机构，其特征在于：
上述悬架减震***包括筒式减速器（3）及套于筒式减速器（3）外的螺旋弹簧（4）。
3.根据权利要求1所述四轮独立转向机构的工作方法,其特征在于：
所述步进电机（10）的转向力矩经过减速器（11）、电机减速器总成传动齿轮（25）、转向传动轴连接齿轮（26）、转向传动轴（14）传递到车轮，实现车轮转向；
悬架减震***提供车轮垂直方向的减振；
缓震弹簧（8）配合转向传动轴（14）的球接触转向节结构（21），可以实现车轮在受到较大侧向冲击力时车轮轴线不变情况下的左右摆动。
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