一种分布式驱动电动汽车轮边集成系统的制作方法

本实用新型属于汽车底盘技术领域，适用于四轮独立驱动独立转向的分布式电动车辆，具体涉及一种分布式驱动电动汽车轮边集成系统。

背景技术：

随着资源紧缺与环境污染问题不断加深，以及电机驱动技术与电池技术的发展，目前电动车已经成为世界新能源汽车发展的主要方向，而电动车轮内驱动布置形式已经逐渐被人们看作是电动车发展的重要方向之一，相比于集中式驱动电动汽车，轮内驱动电动汽车直接将动力总成安装在轮内，取消了差速器、半轴等部件，具有结构紧凑，传动效率高的优势；另外，其各驱动轮转矩独立可控，同时配合独立转向系统，除实现前轮转向及四轮转向外，还能够完成原地转向，横向行驶等多样行驶模式。当下汽车智能化成为研究热点，电动车轮内驱动布置形式也更加受到瞩目。

虽然轮内驱动的电动车相比于传统汽车有着诸多优势，但是同时也存在着突出的问题。

首先：例如丹麦ecomove公司研发的分布式驱动电动车qbeakiii，其最高车速能达到120km/h，但在转向方面其受悬架结构限制，无法实现大转向角；美国宇航局(nasa)的专利us14/032470中的modularroboticvehicle(mrv)，其具备车辆原地转向与横向移动等功能，最高车速仅为64km/h。故可以看出，目前的轮内驱动独立转向电动汽车无法兼顾高速稳定性与高机动性。

上述问题的主要原因在于悬架所决定的车轮、主销定位参数与转向角要求存在着难以调和的矛盾：一方面，目前已成熟的独立悬架形式都采用连接主销下铰接点与车身两铰接点的下摆臂结构，为优化受力，下摆臂应有一定的张角；另一方面，为使转向轻便、制动稳定、减轻轮胎偏磨，主销穿地点在侧向上的偏置距离应尽量小甚至为负值，于是，要求主销下铰接点应尽可能地靠向车轮一侧。上述两方面因素使得车轮绕主销转动角度受限，在分布式驱动电动汽车高机动性的功能需求下，这些成熟的独立悬架形式已无法满足使用需求。

其次：例如：专利jp2013103665a、jp5483729b2以及ntn公司的专利cn102883936a所提出的独立转向机构虽能实现不同的独立转向功能需求，但其转向机构均安装连接在车轮上，即均属于簧下质量，其转向机构的布置对车辆的平顺性及操纵稳定性都会产生不利影响。

此外，传统的左右轮独立转向机构取消了方向盘与转向横拉杆的机械连接，所以，当一侧转向电机出现故障失去工作能力时，左右转向轮无法由独立运动转换为整体运动，这也将大大降低行驶安全性。

技术实现要素：

针对上述现有技术中存在的问题，本实用新型提供了一种分布式驱动电动汽车轮边集成系统，使轮内驱动独立转向电动汽车实现兼顾高速稳定性与高机动性。结合说明书附图，本实用新型的技术方案如下：

一种分布式驱动电动汽车轮边集成系统，分别安装在分布式电动车辆的转向轮内，由独立悬架机构、独立转向机构、动力驱动机构和制动机构组成，所述独立悬架机构包括转向节总成3、上连杆总成2、中间摆臂总成9、横向稳定杆总成16、下连杆总成8和弹簧减振器总成1；

所述上连杆总成2一端铰接在转向节总成3顶部，另一端连接在车身上；

所述中间摆臂总成9一端铰接在转向节总成3中部，另一端连接在车身上；

所述横向稳定杆总成16和弹簧减振器总成1均分别连接在中间摆臂总成9上；

所述下连杆总成8一端铰接在转向节总成3底部，下连杆总成8另一端连接在车身上。

进一步地，所述转向节总成3由转向节上连接体303和转向节下连接体309组成；

在转向节上连接体303的顶部固定有转向节上球头301，用于连接上连杆总成2；

在转向节上连接体303下端与转向节下连接体309相连接处固定有转向节中间球头311，用于连接中间摆臂总成9；

所述转向节下连接体309中部开有圆筒状的安装孔，用于安装动力传动机构；

在所述转向节下连接体309外侧固定有转向节侧向球头310，用于连接独立转向机构的转向横拉杆总成14；

在所述转向节下连接体309底部固定有转向节下球头306，用于连接下连杆总成8；

在所述转向节下连接体309外侧，并靠近车辆外侧的一侧设有两个上下对称的转向节外部螺栓孔305，用于连接制动机构。

进一步地，所述中间摆臂总成9由摆臂杆901、摆臂杆球头座902、第一摆臂杆轴承安装座9031、第二摆臂杆轴承安装座9032、摆臂杆球铰904和摆臂杆螺栓905组成；

所述摆臂杆901为“a”型焊接结构；

所述摆臂杆球头座902固定设置在摆臂杆901顶部，摆臂杆901通过摆臂杆球头座902与转向节总成3中部铰接；

第一摆臂杆轴承安装座9031和第二摆臂杆轴承安装座9032分别固定设置在摆臂杆901尾部两端，摆臂杆901分别通过第一摆臂杆轴承安装座9031和第二摆臂杆轴承安装座9032以及相应的橡胶衬套或杆端关节轴承与车身相连；

摆臂杆球铰904位于摆臂杆901中部，并固定安装在摆臂杆901靠近车辆中心一侧的杆体上，横向稳定杆总成16通过摆臂杆球铰904连接在摆臂杆901上；

摆臂杆螺栓905设置在摆臂杆901中部杆体连接处的支架上，弹簧减振器总成1通过摆臂杆螺栓905安装在摆臂杆901上。

进一步地，所述独立转向机构包括转向电机11、蜗轮蜗杆减速器10、转向横拉杆总成14、转向摇臂15、转向球头17、转向轴承座18、转向支撑座19、中央拉杆12和锁止液压缸13；

所述转向电机11通过转向支撑座19连接在车身上；

所述转向电机11的输出轴与蜗轮蜗杆减速器10的蜗杆端同轴固连，蜗轮蜗杆减速器10的蜗轮轴端通过轴承与转向轴承座18相连，进而连接在车身上；

转向摇臂15的一端与蜗轮蜗杆减速器10的蜗轮轴1003固连，转向球头17固定设置在转向摇臂15的另一端，用于与转向横拉杆总成14一端相连，转向横拉杆总成14的另一端铰接在转向节总成3上；

中央拉杆12的一端铰接在转向摇臂15的中部，中央拉杆12的另一端铰接在车辆横向另一侧车轮对应的转向摇臂15中部，锁止液压缸13沿轴向安装在中央拉杆12上。

进一步地，所述动力驱动机构包括驱动电机7、减速器5和联轴器20；

所述驱动电机7的输出轴与减速器5的输入轴同轴连接，且驱动电机7与减速器5均安装在转向节总成3上，减速器5的输出端通过联轴器20与车轮4相连。

更进一步地，所述减速器5采用二级ngw行星减速器。

进一步地，所述制动机构采用钳盘式制动器，所述钳盘式制动器的制动钳6固定连接在转向节总成3上。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于：

1、本实用新型所述分布式驱动电动汽车轮边集成系统的独立悬架机构结构简单可靠，能够兼顾汽车的高速稳定性与高机动性，能够保证悬架几何运动学特性，使悬架几何运动学参数的动态变化满足要求，同时实现车轮内侧90°的独立大转向角，具有与双横臂悬架接近的变化趋势与范围，与双横臂悬架车辆的相关性能相差无几。

2、本实用新型所述分布式驱动电动汽车轮边集成系统的独立转向机构绝大部分属于簧上质量，从而改善了汽车的垂向性能及行驶平顺性。

3、本实用新型所述分布式驱动电动汽车轮边集成系统的独立转向机构中使用摇臂拉杆机构配合液压锁止机构，不仅能够通过主动控制方法控制车轮转角，提高操纵稳定性，也能够满足汽车高机动性要求与多种转向模式的需求。

4、本实用新型所述分布式驱动电动汽车轮边集成系统的独立转向机构中使用摇臂拉杆机构配合液压锁止机构具有电子控制系统失效保护功能，提高了汽车在行驶过程中的安全性。

附图说明

图1为本实用新型所述分布式驱动电动汽车轮边集成系统的结构示意图；

图2是本实用新型所述分布式驱动电动汽车轮边集成系统中，转向节总成的结构示意图；

图3是本实用新型所述分布式驱动电动汽车轮边集成系统中，中间摆臂总成的结构示意图；

图4是本实用新型所述分布式驱动电动汽车轮边集成系统中，上连杆总成的结构示意图；

图5是本实用新型所述分布式驱动电动汽车轮边集成系统中，下连杆总成的结构示意图；

图6是本实用新型所述分布式驱动电动汽车轮边集成系统中，转向横拉杆总成的结构示意图；

图7是采用本实用新型所述分布式驱动电动汽车轮边集成系统的车辆中，左右轮之间的独立转向机构连接结构示意图；

图8是本实用新型所述分布式驱动电动汽车轮边集成系统中，蜗轮蜗杆减速器结构示意图；

图9是本实用新型所述分布式驱动电动汽车轮边集成系统中，蜗轮蜗杆减速器的蜗轮蜗杆配合示意图；

图10是本实用新型所述分布式驱动电动汽车轮边集成系统中，车轮动力传动机构的结构示意图；

图11是本实用新型所述分布式驱动电动汽车轮边集成系统中，二级ngw行星减速器的结构示意图。

图中：

1弹簧减振器总成，2上连杆总成，3转向节总成，

4车轮，5减速器，6制动钳，

7驱动电机，8下连杆总成，9中间摆臂总成，

10蜗轮蜗杆减速器，11转向电机，12中央拉杆，

13锁止液压缸，14转向横拉杆总成，15转向摇臂，

16横向稳定杆总成；17转向球头，18转向轴承座，

19转向支撑座，20联轴器；

201上连杆轴承安装座，202上连杆，203上连杆球头座；

301转向节上球头，302第一转向节螺栓，303转向节上连接体，

304第二转向节螺栓，305转向节外部螺栓孔，306转向节下球头，

307第三转向节螺栓，308转向节内部螺栓孔，309转向节下连接体，

310转向节侧向球头，311转向节中间球头；

5011第一级行星架，5012第一级太阳轮，5013第一级行星轮，

5014第一级内齿圈，5021第二级行星架，5022第二级太阳轮，

5023第二级行星轮，5024第二级内齿圈；

801下连杆轴承安装座，802下连杆，803下连杆球头座；

901摆臂杆，902摆臂杆球头座，9031第一摆臂杆轴承安装座，

9032第二摆臂杆轴承安装座，904摆臂杆球铰，905摆臂杆螺栓；

1001蜗杆，1002蜗轮，1003蜗轮轴，

1004紧固螺栓；

1401第一横拉杆球头座，1402横拉杆，1403第二横拉杆球头座，

具体实施方式

为清楚、完整地描述本实用新型所述技术方案及其具体工作过程，结合说明书附图，本实用新型的具体实施方式如下：

如图1所示，本实用新型公开了一种分布式驱动电动汽车轮边集成系统，所述分布式驱动电动汽车轮边集成系统由：独立悬架机构、独立转向机构、动力传动机构以及制动机构组成。所述分布式驱动电动汽车轮边集成系统对应安装在相应的转向轮处，本具体实施方式，以车辆的左前轮对应安装的分布式驱动电动汽车轮边集成系统为例进行阐述，需要说明的是，在描述过程中，没有特指的“前、后、左、右、内、外”均为车辆的“前、后、左、右、内、外”。

如图1所示，所述独立悬架机构包括：转向节总成3、上连杆总成2、中间摆臂总成9、横向稳定杆总成16、下连杆总成8和弹簧减振器总成1。其中，上连杆总成2一端铰接在转向节总成3顶部，上连杆总成2另一端连接在车身上，中间摆臂总成9一端铰接在转向节总成3中部，中间摆臂总成9另一端均连接在车身上，横向稳定杆总成16和弹簧减振器总成1均分别铰接在中间摆臂总成9上，且横向稳定杆总成16位于靠近车辆中心一侧的位置上(即中间摆臂总成9的右后方)，所述下连杆总成8一端铰接在转向节总成3底部，下连杆总成8另一端连接在车身上。

如图2所示，所述转向节总成3沿竖直方向设置在车轮内侧，由转向节上连接体303和转向节下连接体309组成。所述转向节上连接体303自下至上向车辆内侧弯折，以避让车轮，避免发生干涉；在转向节上连接体303的顶部通过第一转向节螺栓固定连接有转向节上球头301，用于连接上连杆总成；在转向节上连接体303下端与转向节下连接体309相连接处通过两个第二转向节螺栓304固定连接有一个球头支架，在球头支架上固定安装有转向节中间球头311，用于连接中间摆臂总成；所述转向节下连接体309中部开有圆筒状的安装孔，在安装孔内沿上沿圆周方向均匀开有一圈转向节内部螺栓孔308，用于安装动力传动机构中的驱动电机和减速器；在所述转向节下连接体309外侧，并靠近车辆内侧的一侧上方(即转向节下连接体后侧上方)固定安装有转向节侧向球头310，用于安装转向横拉杆总成；在所述转向节下连接体309底部通过第三转向节螺栓307固定安装有转向节下球头306，用于连接下连杆总成；在所述转向节下连接体309外侧，并靠近车辆外侧的一侧设有两个上下对称的转向节外部螺栓孔305，用于连接制动钳；

如图4所示，所述上连杆总成2沿水平方向设置在转向节总成3的顶部内侧，由上连杆202、上连杆轴承安装座201和上连杆球头座203组成。所述上连杆轴承安装座201固定设置在上连杆202一端，上连杆202通过上连杆轴承安装座201和相应的橡胶衬套或杆端关节轴承与车身相连；上连杆球头座203固定设置在上连杆202另一端，上连杆202通过上连杆球头座203与转向节总成3顶部的转向节上球头301铰接。

如图3所示，中间摆臂总成9沿水平方向设置在转向节中部内侧，由摆臂杆901、摆臂杆球头座902、第一摆臂杆轴承安装座9031、第二摆臂杆轴承安装座9032、摆臂杆球铰904和摆臂杆螺栓905组成。所述摆臂杆901为“a”型焊接结构；所述摆臂杆球头座902固定设置在摆臂杆901顶部，摆臂杆901通过摆臂杆球头座902与转向节总成3中部的转向节中间球头311铰接；第一摆臂杆轴承安装座9031和第二摆臂杆轴承安装座9032分别固定设置在摆臂杆901尾部两端，摆臂杆901分别通过第一摆臂杆轴承安装座9031和第二摆臂杆轴承安装座9032以及相应的橡胶衬套或杆端关节轴承与车身相连；摆臂杆球铰904位于摆臂杆901中部，并固定安装在摆臂杆901靠近车辆中心一侧的杆体上，横向稳定杆总成16通过摆臂杆球铰904连接在摆臂杆901上，如图1所示，图中显示的横向稳定杆总成16的一端铰接在车辆左前轮对应的摆臂杆901上，而图中未显示的横向稳定杆总成16的另一端铰接在车辆右前轮对应的摆臂杆901上，设置横向稳定杆总成16实现防止车辆侧倾；摆臂杆螺栓905设置在摆臂杆901中部杆体连接处的支架上，弹簧减振器总成1通过摆臂杆螺栓905安装在摆臂杆901上，在实现减振的同时还能避免产生共振。

如图5所示，所述下连杆总成8沿水平方向设置在转向节总成3的底部内侧，由下连杆802、下连杆轴承安装座801和下连杆球头座803组成。所述下连杆轴承安装座801固定设置在下连杆802一端，下连杆802通过下连杆轴承安装座801和相应的橡胶衬套或杆端关节轴承与车身相连；下连杆球头座803固定设置在下连杆802另一端，下连杆802通过下连杆球头座803与转向节总成3底部的转向节下球头306铰接。

如上所述，所述独立悬架机构以双横臂悬架为原型，对原有的双横臂悬架中的叉形下控制臂进行拆分，将限制车轮实现大转向角的一根连杆沿主销位置向上移动至较高点处，使得转向节主销下铰接点与车身仅通过一根连杆连接，为车轮让出转向空间，使转向轮能够获得向车身内侧90°的极限转向角，实现横向移动与原地转向行驶模式；由上、下连杆联接转向节主销上、下铰接点与车身，转向节中间球铰、上、下连杆及转向横拉杆共同限制了转向节的全部自由度。于是，在实现大转向角的同时，悬架几何动态参数变化满足要求，特别是主销穿地点在侧向方向上的偏置距离小。此外，所述独立悬架配以横向稳定杆，进一步保证了车辆的操纵稳定性。且由于轮内驱动系统的驱动部分在车轮转向和车轮跳动时可能发生干涉，于是将弹簧减振器与横向稳定杆铰接于中间摆臂的摆臂杆上，为车轮的转向与跳动让出空间。

如图1、图7和图8所示，所述独立转向机构包括：转向电机11、蜗轮蜗杆减速器10、转向横拉杆总成14、转向摇臂15、转向球头17、转向轴承座18、转向支撑座19、中央拉杆12和锁止液压缸13。其中，转向电机11通过转向支撑座19连接在车身上，转向电机11的输出轴与蜗轮蜗杆减速器10的蜗杆端同轴固连，蜗轮蜗杆减速器10的蜗轮轴端通过轴承与转向轴承座18相连，从而连接在车身上，转向摇臂15与蜗轮蜗杆减速器10的蜗轮轴1003垂直设置，转向摇臂15的一端固连在蜗轮轴1003上，转向球头17固定设置在转向摇臂15的另一端，用于与转向横拉杆总成14一端相连，转向横拉杆总成14的另一端铰接在转向节总成3上，如图7所示，中央拉杆12的一端铰接在转向摇臂15的中部，中央拉杆12的另一端铰接在横向另一侧车轮(即右前轮)轮内驱动系统对应的转向摇臂15中部，锁止液压缸13沿轴向安装在中央拉杆12上。在转向电机11的带动下，蜗轮蜗杆减速器10将动力传递至转向摇臂15，转向摇臂15一方面带动转向横拉杆总成14摆动并伸缩，进而通过转向节总成3带动车轮4沿转向主销旋转实现车辆转向，转向摇臂15另一方面通过中央拉杆12和锁止液压缸13与车辆横向另一侧(即右前轮一侧)的转向摇臂15相连，当车辆一侧车轮内的独立转向机构对应的电子控制系统(图中未给出)失效时，锁止液压缸13将车辆横向两侧的独立转向机构锁止，使车辆仍具备转向能力。

如图8和图9所示，所述蜗轮蜗杆减速器10主要由蜗杆1001、蜗轮1002和蜗轮轴1003组成，蜗杆1001和蜗轮1002均设置安装在蜗轮蜗杆减速器10的外壳体内部，蜗轮蜗杆减速器10的外壳体通过紧固螺栓1004固定，且蜗轮蜗杆减速器10的外壳体与转向支撑座19固定连接，蜗轮蜗杆减速器10的蜗杆1001与转向电机11的输出轴同轴固连，蜗轮1002通过花键安装在蜗轮轴1003上，蜗轮1002与蜗杆1001相啮合实现动力传递，蜗轮轴1003的轴端通过轴承与转向轴承座18相连，从而连接在车身上，蜗轮轴1003还与转向摇臂15一端相连，转向电机11输出的转向力通过蜗轮蜗杆减速器10传递至转向摇臂15，进而向转向横拉杆总成14传递。

如上所述，本实用新型所述的轮内驱动系统的独立转向机构中，采用蜗轮蜗杆减速器10作为转向减速机构，由于蜗轮蜗杆机构的特性，蜗轮1002只需要转动半圈便可实现车轮大转向角，使得减速机构结构轻便，转向减速过程快捷。

如图6所示，所述转向横拉杆总成14由第一横拉杆球头座1401、横拉杆1402和第二横拉杆球头座1403组成。第一横拉杆球头座1401固定设置在横拉杆1402的一端，横拉杆1402通过第一横拉杆球头座1401与转向球头17铰接，第二横拉杆球头座1403固定设置在横拉杆1402的另一端，横拉杆1402通过第二横拉杆球头座1403铰接在转向节总成3的转向节侧向球头310上，经转向电机11输出的转向力依次经蜗轮蜗杆减速器10和转向摇臂15传递至转向横拉杆总成14，进而通过转向横拉杆总成14控制转向节总成3带动车轮转向，并对车轮转向起到助理作用。

如上所述，如图7所示，车辆横向两侧车轮对应的独立转向机构之间通过中央拉杆12和锁止液压缸13相连，中央拉杆12两端分别与转向摇臂15铰接，轻型的锁止液压缸13沿轴向安装在中央拉杆12上，所述锁止液压缸13外接液压系统(图中未显示)，该液压系统包括蓄能器、电磁阀和补偿油缸等。当车辆两车轮侧对应的电子控制系统均正常工作时，锁止液压缸13的缸筒与活塞随着对应连接的转向摇臂15运动，当车辆任意一侧车轮对应的电子控制系统失效时，锁止液压缸13将被锁止，使得车辆另一侧车轮对应的独立转向机构亦被锁止，使车辆仍然具备转向能力。当锁止液压缸13未被锁止，所述独立转向机构正常工作时，满足阿克曼关系；当锁止液压缸13被锁止，所述独立转向机构仍设计有一定的阿克曼转向关系，以降低正常工作时液体在锁止液压缸13内的流动产生的阻力。

此外，所述独立转向机构还配备液压驱动系统，在汽车原地转向，横向移动时辅助两侧车轮反相位的转动，以降低独立转向机构的工作负担。

如图1和图10所示，所述动力传动机构包括：驱动电机7、减速器5和联轴器20；其中，所述驱动电机7的输出轴与减速器5的输入轴同轴连接，且驱动电机7与减速器5安装在转向节总成3的转向节下连接体309中部安装孔内，并通过紧固螺栓与转向节下连接体309固定连接，减速器5的输出端通过联轴器20与车轮4相连，实现动力输出至车轮4，进而带动车轮4旋转。

所述驱动电机7选用amk公司生产的dd5-10-15pow型高功率密度电机，重量3.55kg；所述减速器5的设计重量约7.5kg；驱动电机7与减速器5的重量大大减轻，改善了非簧载质量增大所带来的不良影响。

如图11所示，所述减速器5采用二级ngw行星减速器，其内分布有第一级行星齿轮减速机构与第二级行星齿轮减速机构；第一级行星齿轮减速机构包括第一级行星架5011、第一级太阳轮5012、第一级行星轮5013和第一级内齿圈5014，第二级行星齿轮减速机构包括第二级行星架5021、第二级太阳轮5022、第二级行星轮5023和第二级内齿圈5024。当驱动电机7开始运行时，带动第一级太阳轮5012旋转，进而带动第一级行星轮5013转动，由于第一级内齿圈5014固定不动，故第一级行星架5011被驱动作输出运动，第一级行星轮5013在第一级行星架5011上既自转又作公转，第一级行星架5011将动力输入第二级太阳轮5022，重复上述工作过程，通过第二级行星架5021上设置的花键轴与联轴器20相连，输出驱动力矩到车轮4。

如图1所示，所述制动机构采用钳盘式制动器，所述钳盘式制动器的制动钳6通过上下两个螺栓连接在转向节总成3的转向节下连接体309的转向节外部螺栓孔305内。

如上所述，所述动力传动机构和制动机构均集成安装在转向节总成3上，结构集成度较高，并减小了簧下质量。