主销零偏置线控独立驱动与转向的汽车行走机构及电动车的制作方法

专利名称：主销零偏置线控独立驱动与转向的汽车行走机构及电动车的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种应用在车辆上的车辆行走机构，更具体地说，本实用新型涉 及一种轮边集成了驱动、转向与减震功能的车辆行走机构。同时，本实用新型还涉及一种应 用该种主销零偏置线控独立驱动与转向的汽车行走机构的电动车。
背景技术：
应用轮毂电机驱动的电动车采用传统汽车的悬架和转向系。这样的电动车机动灵 活性差，驾驶员必须具备相当的技术与复杂的操作才能在相对狭小的空间中移动车辆，同 时传统的悬架和转向系的设计是以牺牲车辆的动力性换来车辆的稳定性。随着线控技术以 及机电一体化的飞速发展，其在车辆方面的应用也日趋广泛，线控驱动，线控转向，线控制 动技术也逐渐完善。集成在轮边的驱动和转向综合机构将驱动与转向全部集成到每个车 轮，摆脱了传统转向机构与驱动机构中左右轮的机械连接，明显减小了机构的尺寸，并且可 以对每个车轮独立的施加驱动力矩和车轮转角，能方便的应用电控技术提高车辆的操纵稳 定性，并能实现横行、原地转向等运动模式，明显提高了车辆的机动性，使得泊车和狭小空 间的移动非常方便。目前实现车轮士90°转向的电动车上的悬架主要有以下两种1.澳大利亚 harvester :2007 年 7 月 7 日，在 EZE Corporation 官方主页 http // www. smartwheel. com. au 上发表的pdf文件harvester MS4 report,文件中所述的油气弹 簧悬架垂直布置在车轮正上方，转向电机及锥齿轮减速器布置在悬架中部车架上并对悬架 起定位支撑作用，悬架与锥齿轮间用两片钢片构成两个“V”型铰接连接。转向时，转向电机 发出的扭矩经减速器、“V”型片、悬架传至车轮。钢片的功能是实现车轮轴向上下移动又能 周向传递转向力矩。悬架是外伸梁结构，刚度较大、传动稳定。但“V”型片需传递较大扭矩， 力臂小，需要承受较大的剪切应力，易疲劳损坏。两“V”型片间采用铰链连接，存在间隙，影 响转向精度，降低车辆稳定性。而且整套机构尺寸庞大，难以在乘用车上应用。2.日本日产公司开发出PIV02电动概念车，该车应用轮毂电机驱动，转向电机布 置在车轮的上方。车轮可以实现士90°转向，但该机构应用MATEMO底盘系统，没有悬架，而 且整套机构采用悬臂梁布置，刚度小。3.中国专利申请号为2009100674643，公开号为CN101648573A，发明名称为“轮边 综合驱动与转向的汽车行走机构”。该案中提出的轮边综合驱动与转向的汽车行走机构中 悬架组件是设置在车轮的上方，转向组件通过两个“V”型片传递转矩，转向电机的转矩通过 蜗轮蜗杆机构传递到“V”型片上，这种设计使得轮边综合驱动与转向的汽车行走机构的尺 寸较大，加工和维护的难度较大，而且提高了车辆的重心，降低了车辆的稳定性。蜗轮蜗杆 机构正逆效率不等，应用在汽车的转向中会使车轮的回正性变坏，难以测量车轮的回正力 矩，降低车辆的操纵稳定性。该轮边综合驱动与转向的汽车行走机构的弹簧下质量较大，降 低了车辆的平顺性和操纵稳定性。发明内容本实用新型所要解决的技术问题是克服了现有技术存在机构复杂和车辆稳定性 低等问题，提供一种结构简单的汽车轮边具有独立驱动与能够实现车轮士90°转向的行走 机构。同时，本实用新型还提供一种应用该种主销零偏置线控独立驱动与转向的汽车行走 机构的电动车。为解决上述技术问题，本实用新型是采用如下技术方案实现的所述的主销零偏 置线控独立驱动与转向的汽车行走机构由车轮部件、悬架部件和转向部件组成。所述的转 向部件是由主销组件与转向立轴组件组成。所述的主销组件包括转向电机、减速器、减速器输出法兰盘、内花键法兰盘、主销 套筒、主销与编码盘。主销通过1号圆锥滚子轴承与2号圆锥滚子轴承安装在主销套筒中，主销下端的 轴肩和2号圆锥滚子轴承的内环的下端面相接触，2号圆锥滚子轴承的外环的上端面和主 销套筒内壁下部凸缘的下端面相接触，1号圆锥滚子轴承的外环的下端面和主销套筒内壁 中部凸缘的上端面相接触，1号圆锥滚子轴承的内环的上端面和圆锁紧螺母的下端面相接 触，转向电机和减速器依次固定连接在主销套筒的上端面上，减速器的输出端和减速器输 出法兰盘通过螺栓固定连接，减速器输出法兰盘和内花键法兰盘通过螺栓和定位销固定连 接，内花键法兰盘套装在主销的上端，编码盘套装在主销下端的过渡轴上，采用螺栓将主销 与编码盘和转向立轴组件固定连接，转向电机、减速器、主销套筒、主销和编码盘的轴对称 线共线。所述的转向立轴组件包括主转向臂、两根结构相同的转向立轴、上定距板与下定 距板。主转向臂的左端与主销最下端固定连接，主转向臂右端与两根结构相同的转向立 轴的上端固定连接，两根结构相同的转向立轴的轴对称线和主转向臂底端面垂直，上定距 板与下定距板分别固定连接在两根结构相同的转向立轴的中部与下端，两根结构相同的转 向立轴的轴对称线和主销的轴对称线平行。技术方案中所述的两根结构相同的转向立轴之间的上定距板的上表面和主转向 臂底端面之间固定连接一根斜焊接支承轴；所述的悬架部件包括上弹簧座、减振器、弹簧、 下弹簧座。上弹簧座固定连接在主转向臂的右端面上，下弹簧座固定连接在车轮部件中车 轮支架的右端面上。螺旋弹簧套装在减振器的周围，减振器的两端分别通过铰轴转动连接 在上弹簧座与下弹簧座上，螺旋弹簧的上端面与下端面分别和上弹簧座底面与下弹簧座的 上端面接触连接。减振器与弹簧的轴对称线和转向立轴组件中的两根结构相同的转向立轴 的轴对称线平行；所述的车轮部件包括轮毂电机、车轮和车轮支架。车轮固定连接在轮毂 电机的转子外壳上，轮毂电机的定子轴和车轮支架固定连接，车轮支架与转向立轴组件中 的两根结构相同的转向立轴滑动连接。车轮的中心平面和主销组件中的主销的轴对称线共 面。定子轴的轴对称线和主销组件中的主销的轴对称线垂直相交；所述的车轮支架与转向 立轴组件中的两根结构相同的转向立轴滑动连接是指车轮支架与两根结构相同的转向立 轴之间安装有滑动轴承。所述的电动车由车架、四套结构相同的主销零偏置线控独立驱动与转向的汽车行 走机构、电控系统和电源组成。[0015]四套结构相同的主销零偏置线控独立驱动与转向的汽车行走机构分别和车架中 两套结构相同的前部焊装连接部件与两套结构相同的后部焊装连接部件固定连接，固定连 接后的四套结构相同的主销零偏置线控独立驱动与转向的汽车行走机构中主销的轴对称 线垂直地面。电控系统和电源安装在车架的前端与后端。电控系统分别与四套结构相同的 主销零偏置线控独立驱动与转向的汽车行走机构中的转向电机与轮毂电机电线连接，电控 系统与电源电线连接。技术方案中所述的四套结构相同的主销零偏置线控独立驱动与转向的汽车行走 机构分别和车架中两套结构相同的前部焊装连接部件与两套结构相同的后部焊装连接部 件固定连接是指四套结构相同的主销零偏置线控独立驱动与转向的汽车行走机构中主销 套筒上的法兰盘和前部焊装连接部件与后部焊装连接部件的前部竖直安装板与后部竖直 安装板通过螺栓和定位销固定连接。在主销套筒上的法兰盘和车架上的前部焊装连接部 件与后部焊装连接部件的前部竖直安装板与后部竖直安装板之间加装调整主销倾角的斜 垫片；所述的电控系统包括中央控制器及显示器、转向控制部分、驱动控制部分与电源管理 器。所述的转向控制部分包括方向盘转向柱、力感电机、光电编码器、转向限位机构与4个 结构相同的转向电机控制器。光电编码器套装在方向盘转向柱上，方向盘转向柱的下端和 力感电机输出轴的一端固定连接，力感电机输出轴的另一端和转向限位机构固定连接。力 感电机与力感电机控制器电连接，力感电机控制器与光电编码器通过DAQ卡和中央控制器 及显示器电连接。4个结构相同的转向电机控制器通过CAN卡和中央控制器及显示器电连 接；所述的转向限位机构由A限位片、B限位片、2号B限位片、3号B限位片、转向随动轴、 限位板与限位螺钉组成。A限位片、B限位片、2号B限位片与3号B限位片依次由上至下叠 置在一起，并使A限位片上的方形通孔、B限位片、2号B限位片与3号B限位片上的圆形通 孔的轴对称线共线，转向随动轴上的细轴和方形轴分别插入B限位片、2号B限位片、3号B 限位片与A限位片上的圆形通孔和方形通孔里，转向随动轴上的细轴和B限位片、2号B限 位片与3号B限位片上的圆形通孔转动连接。转向随动轴上的方形轴和A限位片上的方形 通孔配合连接，3号B限位片的底面和安装有限位螺钉的限位板的上表面接触连接。与现有技术相比本实用新型的有益效果是1.本实用新型所述的主销零偏置线控独立驱动与转向的汽车行走机构通过转向 立轴的设置，将转向机构与悬架机构分离，从而避免了转向系与悬架机构在制动、转向等工 况下机械机构干涉的情况发生。2.本实用新型所述的主销零偏置线控独立驱动与转向的汽车行走机构较现有技 术的主销零偏置线控独立驱动与转向的汽车行走机构结构简单，加工、装配、维护与成本要 容易和低廉。3.可以使采用本实用新型所述的主销零偏置线控独立驱动与转向的汽车行走机 构的电动车能够实现四轮独立驱动与转向。电动车除去了传统车辆转向车轮之间的机械连 接(如转向横拉杆)机构，通过控制四个转向电机实现四个车轮转角的精确控制，进而实现 精准的阿克曼转向。4.由于本实用新型所述的主销零偏置线控独立驱动与转向的汽车行走机构采用 轮毂电机驱动，取消了传统车辆的传动系，可以满足驱动车轮实现车轮的士90°转向，进而 实现电动车的直行、斜行、横行及原地转动，赋予电动车更大的灵活性。[0022]5.由于本实用新型所述的主销零偏置线控独立驱动与转向的汽车行走机构中车 轮部件与转向部件高度集成，减轻了本实用新型所述的电动车的整车质量，并且使整车的 总布置有更大的设计空间。6.由于本实用新型所述的主销零偏置线控独立驱动与转向的汽车行走机构能够 实现主销零偏置，主销零偏置线控独立驱动与转向的汽车行走机构与传统车辆的转向机构 相比大大减小了转向过程中所需克服的回正力矩，从而节约了转向所需能量。7.由于本实用新型所述的主销零偏置线控独立驱动与转向的汽车行走机构采用 了轮毂电机，在不同控制信号下轮毂电机既具有可以驱动车轮转动的功能，又具有可以制 动车轮转动即起到刹车的作用，所以电动车节省了单独的刹车系统。
以下结合附图对本实用新型作进一步的说明


图1是本实用新型所述的主销零偏置线控独立驱动与转向的汽车行走机构直线 行驶工况时结构组成的主视图；图2是本实用新型所述的主销零偏置线控独立驱动与转向的汽车行走机构直线 行驶工况时剖去车轮的结构组成的左视图；图3是本实用新型所述的主销零偏置线控独立驱动与转向的汽车行走机构直线 行驶工况时结构组成的右视图；图4是本实用新型所述的主销零偏置线控独立驱动与转向的汽车行走机构中转 向部件的主销组件主视图上的全剖视图；图5是表示本实用新型所述的主销零偏置线控独立驱动与转向的汽车行走机构 中转向部件的编码盘结构主视图；图6是表示本实用新型所述的主销零偏置线控独立驱动与转向的汽车行走机构 中转向部件的编码盘工作原理的示意图；图7是本实用新型所述的电动车结构组成的轴测投影图；图8是本实用新型所述的电动车中车架结构组成的轴测投影图；图9是本实用新型所述的电动车中车架的前部焊装连接部件的轴测投影图；
图10是本实用新型所述的电动车中车架的前部焊装连接部件采用若干杆件通过 螺栓、夹紧块和焊接方式将其固定安装在车架本体前部右侧的轴测投影图；
图11是本实用新型所述的电动车中车架的后部焊装连接部件的轴测投影图；
图12是本实用新型所述的电动车中车架的后部焊装连接部件采用若干杆件通过 螺栓、夹紧块和焊接方式将其固定安装在车架本体后部右侧的轴测投影图；
图13是本实用新型所述的电动车中电控系统结构原理的示意框图；
图14是本实用新型所述的电动车中安装在转向立柱下端的转向限位机构中的转 向随动轴(倒置位置)的轴测投影图；
图15是本实用新型所述的电动车中安装在转向立柱下端的转向限位机构中的A 限位片的轴测投影图；
图16是本实用新型所述的电动车中安装在转向立柱下端的转向限位机构中的B 限位片(倒置位置)的轴测投影图；[0042]
图17是本实用新型所述的电动车中安装在转向立柱下端的转向限位机构当方向 盘顺时针转动时最终工况的轴测投影图；
图18是本实用新型所述的电动车中安装在转向立柱下端的转向限位机构当方向 盘逆时针转动时最终工况的轴测投影图；图中1.转向电机，2.减速器，3.减速器输出法兰盘，4.内花键法兰盘，5.主销 套筒，6.主销，7.编码盘，8.主转向臂，9.斜焊接支撑轴，10.上弹簧座，11.减振器，12.转 向立轴，13.弹簧，14.下弹簧座，15.橡胶防尘套，16.轮毂电机，17.轮毂，18.车轮，19.上 定距板，20.上缓冲块，21.滑动轴承，22.车轮支架，23.下缓冲块，24.下定距板，25.光电 传感器，26.中央控制器及显示器，27.主销零偏置线控独立驱动与转向的汽车行走机构， 28.车架，29.锂动力电池组，30.转向电机控制器，31. DC-DC转换器，32.轮毂电机控制器， 33.前部纵杆，34.前部支杆，35.前部竖直安装板，36.后部车架安装板，37.后部支杆， 38.后部竖直安装板，39.转向随动轴，40.A限位片，41.B限位片，42.2号B限位片，43.3号 B限位片。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型作详细的描述参阅
图1，所述的主销零偏置线控独立驱动与转向的汽车行走机构由车轮部件、悬 架部件和转向部件组成。其中转向部件是由主销组件与转向立轴组件组成。参阅图3，所述的主销组件包括转向电机1、减速器2、减速器输出法兰盘3、内花键 法兰盘4、主销套筒5、主销6、编码盘7、光电传感器25、两个(实施例中采用型号为33207 和33208的)圆锥滚子轴承(1号圆锥滚子轴承与2号圆锥滚子轴承)与两个结构相同的 圆锁紧螺母。所述的主销套筒5是一圆筒件，在主销套筒5内壁的中部与下部分别设置有用于 安装圆锥滚子轴承的凸缘。中部凸缘的上端面与下部凸缘的下端面分别与圆锥滚子轴承的 外轴承环的端面接触连接。主销套筒5右侧外壁上设置的矩形法兰盘，矩形法兰盘加工有 6个安装螺栓和定位销的盲孔。所述的主销6是一轴类结构件，主销6呈阶梯轴式结构，主销6的上端为直径最小 端，其上设置有花键槽，紧接着是加工有螺纹的一段，再接着是安装1号圆锥滚子轴承的一 段轴。主销6的下端设置有直径最大和转向立轴组件相连接的圆形法兰盘，法兰盘上均布 有安装螺栓的通孔，法兰盘的上端面紧接着是一段过渡轴，该过渡轴连接着法兰盘和一段 安装2号圆锥滚子轴承的轴，过渡轴和安装2号圆锥滚子轴承的轴所形成的轴肩和2号圆 锥滚子轴承的内环的下端面相接触，主销6的最下端，即法兰盘下端面紧接着是一段和转 向立轴组件相连接时的配装轴(插入与其相连接件的孔内)。参阅图4至图6，所述的编码盘7是一平板件，是由两个直径不同的半圆沿着直径 对接组成，两个直径不同的半圆对接后同处一个平面内，两个直径不同的半圆的圆心同心， 在编码盘7的中心处设置一个用于套装在主销6上的通孔，在编码盘7上均布有和主销6 的法兰盘上结构相同的安装螺栓的通孔。编码盘7套装在主销6上，和主销6上的法兰盘 的上端面相邻，光电传感器25和编码盘7配装(光电传感器25固定在主销套筒5外壁的 下端)，在影响光电传感器25输出信号的圆环范围内，形成180°不透光而另180°透光的工况。主销套筒5通过自身右侧外壁上设置的矩形法兰盘和6个螺栓和2个定位销固定 连接在车架上，固定连接在车架上的主销套筒5的轴对称线处于垂直状态，在主销套筒5上 的法兰盘与车架上的两配合面之间可加装斜垫片来调整主销6的倾角，再通过两个定位销 实现主销套筒5和车架的精确定位。主销6通过一正一反装置的1号圆锥滚子轴承与2号 圆锥滚子轴承竖直安装在主销套筒5中，主销6下端的过渡轴处的轴肩和2号圆锥滚子轴 承的内环的下端面相接触，2号圆锥滚子轴承的外环的上端面和主销套筒5内壁下部凸缘 的下端面相接触，1号圆锥滚子轴承的外环的下端面和主销套筒5内壁中部凸缘的上端面 相接触，1号圆锥滚子轴承的内环的上端面和两个圆锁紧螺母中的一个的下端面相接触，这 样主销6在主销套筒5内实现了轴向固定，并且达到主销6与主销套筒5的轴对称线共线。 转向电机1和减速器2依次固定连接在主销套筒5的上端面上，减速器的输出端和减速器 输出法兰盘3通过螺栓固定连接。减速器输出法兰盘3和内花键法兰盘4通过螺栓和定位 销固定连接。内花键法兰盘4的内花键孔套装在主销6的上端，内花键法兰盘4的内花键 孔和主销6上端的外花键相啮合以传递转向电机1的转矩。编码盘7套装在主销6下端的 过渡轴上，其和主销6下端的法兰盘上端面相邻。采用同一组螺栓将主销6与编码盘7 (主 销组件)和转向立轴组件固定连接，连接时在编码盘7下端面与主销6下端的法兰盘上端 面之间加一垫圈。前面已说过，编码盘7外圆周的一半为180°不透光的环形结构区，编码 盘7外圆周的另一半为180°透光的环形结构区，光电传感器25通过采集透光和不透光的 跳变确定车轮的绝对位置以实现转向电机1的初始化。转向电机1、减速器2、主销套筒5、 主销6和编码盘7的轴对称线共线。转向电机控制器以上电时的车轮18的位置作为转向电机1本次工作的参考零位 置，但是因无法保证上电后的车轮18位置即是车辆直线行驶时车轮18所要保证的正确位 置，因此，需要在上电后调节转向电机1转动一定的角度，使车轮平面与车身纵轴线平行， 使车辆能够直线行驶。参阅图6，说明转向部件中编码盘7的工作原理，X轴为车身纵轴线，即车辆直线行 驶时的方向，X为上电初始时刻的车轮平面位置，编码盘7由透光到不透光的两个过渡边缘 在车轮平面内(由装配保证)。光电传感器25的位置在安装时与X轴存在角度b。光电传 感器25在不被编码盘7遮住时输出低电压，被编码盘7遮住时输出高电压。设上电的初始 位置车轮与X轴偏离角度为a+b，其中a为随机值，且上电初始时刻为未知，b随光电传感 器电路的安装位置而确定，所以为常值。上电后使车轮逆时针转动，直至编码盘7的边缘经 过光电传感器25感光部位将其遮住，使光电传感器电路输出电压发生跳变，即车轮停止转 动，并记录此时所转过的角度a。因此，发送指令使电机转动位置为a+b，即可使车轮平面χ 与车身纵轴线X平行，从而完成上电后的车轮位置初始化。参阅
图1与图2，所述的转向立轴组件包括主转向臂8、两根结构相同的转向立轴 12，斜焊接支撑轴9、上定距板19、下定距板M。所述的主转向臂8是一长方体形结构件，主转向臂8的左端设置1个与主销6最 下端的配装轴配装的1号通孔，主转向臂8的右端设置2个结构相同的分别与两根结构相 同的转向立轴12的上端配装的2号通孔，3个通孔呈等腰三角形式布置，3个通孔的轴对称 线相互平行且同垂直于主转向臂8的上端面。[0056]所述的两根结构相同的转向立轴12的上下端为直径最小部分，且其上加工有螺 纹，上端往下是直径增大的用于与主转向臂8右端的2个结构相同的2号通孔配装的配装 轴，紧接着是一个1号凸缘，1号凸缘的上端面和主转向臂8的下端面相接触。1号凸缘的 下面即在两根结构相同的转向立轴12的中间部分设置了 2号凸缘，2号凸缘的下面是安装 上定距板19的一段轴，2号凸缘的下端面和上定距板19的上端面相接触，再用2个螺母定 位。两根结构相同的转向立轴12下端螺纹部分往上是安装下定距板M的一段轴，安装下 定距板M部分往上是安装车轮支架22的一段轴，安装车轮支架22的轴的直径大于安装下 定距板M的轴的直径，所以在两者之间形成一个轴肩，安装后的下定距板对的上端面和这 个轴肩的下端面相接触，再用螺母将下定距板M紧固定位。安装后的车轮支架22可以在 两根结构相同的转向立轴12上自由地上下移动。所述的上定距板19与下定距板M长条形结构件，在上定距板19与下定距板M 的两端分别加工一个和转向立轴12配装的通孔，上定距板19与下定距板M两端通孔的轴 对称线相互平行，并且上定距板19与下定距板M两端通孔的中心距和主转向臂8右端的2 个结构相同的2号通孔的中心距相等，顾名思义上定距板19与下定距板M是起定距作用 的，即限定安装在上定距板19与下定距板M之间的车轮支架22在两根结构相同的转向立 轴12上自由地上下移动的位置。主转向臂8左端设置的1号通孔与主销6最下端的配装轴套装连接，再采用一组 螺栓通过主销6下端的法兰盘将两者固定。主转向臂8的右端设置的2个结构相同的2号 通孔分别与两根结构相同的转向立轴12的上端套装，再用螺母紧固定位，两根结构相同的 转向立轴12竖直布置，两根结构相同的转向立轴12的轴对称线和主转向臂8底端面垂直。 上定距板19与下定距板M分别固定连接在两根结构相同的转向立轴12的中部与下端，保 证结构相同的转向立轴12的间距不变。两根结构相同的转向立轴12之间的上定距板19 的上表面和主转向臂8底端面之间固定连接一根斜焊接支承轴9，使得主转向臂8、两根结 构相同的转向立轴12与斜焊接支承轴9构成一个三角形结构，增强转向立轴组件的强度和 刚度。两根结构相同的转向立轴12的下半部分是滑动部分，和车轮支架22滑动连接。两 根结构相同的转向立轴12起导向作用，传递除垂向力以外的所有的力和力矩。两根结构相 同的转向立轴12的轴对称线和主销6的轴对称线平行。转向部件中的转向电机1通过正逆效率相等的减速器2带动主销6转向，进而带 动车轮18转向，转向时与主销6连接的所有组件和部件均参与转向，可以实现单个车轮18 任意角度的转向。参阅
图1与图3，所述的悬架部件包括上弹簧座10、减振器11、弹簧13、下弹簧座 14。上弹簧座10采用螺栓固定连接在主转向臂8右端面的中间位置上，下弹簧座14 采用螺栓固定连接在车轮支架22右端面的中间位置上，螺旋弹簧13套装在减振器11的周 围，减振器11的两端分别通过铰轴转动连接在上弹簧座10与下弹簧座14上，螺旋弹簧13 的上下端面和上弹簧座10底面与下弹簧座14的上端面接触连接，且螺旋弹簧13与减振器 11的轴对称线是同轴布置。弹簧13和减振器11传递车轮18和车架之间的垂向力，并起缓 冲和减震的作用。螺旋弹簧13与减振器11的轴对称线和两根结构相同的转向立轴12的 轴对称线平行。悬架部件中的减振器11与弹簧13的轴对称线和主销6的轴对称线平行。[0062]参阅
图1与图2，所述的车轮部件包括橡胶防尘套15、轮毂电机16、车轮18、滑动 轴承21、上缓冲块20、车轮支架22和下缓冲块23。所述的车轮支架22是一长方体形结构件，在车轮支架22上端面的两端分别加工 一个和两根结构相同的转向立轴12套装的竖直通孔，竖直通孔内镶有滑动轴承21以减小 摩擦，在车轮支架22左(前)端面上并在两个竖直通孔的正中间加工一个通孔，该通孔的 轴对称线和车轮支架22上的两个竖直通孔的轴对称线垂直交叉。车轮支架22通过其上的 两个竖直通孔套装在两根结构相同的转向立轴12的下半部分上。为了起到缓冲作用，上缓 冲块20与下缓冲块23分别固定在上定距板19的下端面与下定距板M的上端面上。车轮 支架22通过其上的通孔并借助于键与螺母和轮毂电机16的定子轴固定连接。车轮18通 过轮毂17固定连接在轮毂电机16的转子外壳的左端面上，车轮18可以绕定子轴旋转。车 轮18上的轮胎的中心平面(该中心平面与定子轴的轴对称线垂直相交)和主销6的轴对 称线共面而呈零偏置主销6。定子轴的轴对称线和主销6的轴对称线垂直相交。定子轴的 轴对称线和转向立轴组件中的两根结构相同的转向立轴12的轴对称线垂直交叉。轮毂电 机16提供电动车驱动和制动的力矩。车轮支架22可以沿着转向立轴12上、下滑动，车轮 支架22上的两个竖直通孔内均镶有滑动轴承以减小摩擦，转向立轴12中起滑动导轨作用 的部分的周围套装橡胶防尘套15。车轮支架22上下跳动到极限外置时可碰触到固定连接 在上定距板与下定距板上的起缓冲定位作用的上缓冲块20与下缓冲块23。本实用新型所述的主销零偏置线控独立驱动与转向的汽车行走机构固定安装 (在车架上)后，其中的主销6的轴对称线垂直地面。参阅图7，本实用新型所述的电动车主要由车架观、四套结构相同的主销零偏置 线控独立驱动与转向的汽车行走机构27、电控系统和电源五部分组成。车架观由车架本体和焊装连接部件组成，主要作用是固定安装组成本实用新型 所述的电动车的其它各组成部分，并承受来自车内与车外的各种载荷，所以车架观本身首 先应具有一定的刚度和强度，在此基础上还要考虑车型的美观。所述的车架本体是整车的装配基体，用于人员乘坐和搭载电控设备，同时承受来 自车内外的各种载荷，因此它应该具有足够的强度和刚度。本实施例中采用的是永康市威 仕达五金制造厂生产的用于越野卡丁车的卡丁车架，该车架为使用钢管焊接制成的桁架结 构。参阅图9至
图12，所述的焊装连接部件又分为前部焊装连接部件与后部焊装连接 部件。前部焊装连接部件与后部焊装连接部件均由型钢(方管钢或圆管钢)件与板材件焊 接组成，即由前部纵杆33、3根结构相同的前部支杆34与前部竖直安装板35制成前部焊装 连接部件，由后部车架安装板36、3至4根结构相同的后部支杆37与后部竖直安装板38制 成后部焊装连接部件，然后采用若干杆件通过螺栓、夹紧块或/和焊接方式将其固定安装 在车架本体前部的两侧与后部的两侧。焊接加工前部焊装连接部件与后部焊装连接部件时 要保证与主销套筒5上法兰盘安装面相接触的前部竖直安装板35与后部竖直安装板38的 安装平面满足平面度的要求，将前部焊装连接部件与后部焊装连接部件固定安装在车架本 体(的各杆件)上时，要保证前部焊装连接部件与后部焊装连接部件中与主销套筒5上法 兰盘安装面相接触的前部竖直安装板35与后部竖直安装板38处于垂直状态。主销6的定 位参数可通过在主销套筒5上法兰盘安装面和前部焊装连接部件、后部焊装连接部件中与主销套筒5上法兰盘安装面相接触的前部竖直安装板35与后部竖直安装板38之间加装不 同斜度的垫片来调整。参阅
图1，组成本实用新型所述的电动车的主销零偏置线控独立驱动与转向的汽 车行走机构27已在前面详细叙述过，此处不再赘述。四套结构相同的主销零偏置线控独立驱动与转向的汽车行走机构27分别和车架 28中两套结构相同的前部焊装连接部件与两套结构相同的后部焊装连接部件固定连接，即 主销零偏置线控独立驱动与转向的汽车行走机构27中主销套筒5自身右侧外壁上的矩形 法兰盘安装面和前部焊装连接部件与后部焊装连接部件的竖直安装平面通过螺栓和定位 销固定连接，固定连接后的四套结构相同的主销零偏置线控独立驱动与转向的汽车行走机 构27中主销6的轴对称线垂直地面。电控系统和电源安装在车架观的前端与后端，电控 系统分别与四套结构相同的主销零偏置线控独立驱动与转向的汽车行走机构27中的转向 电机1与轮毂电机16电线连接，电控系统与电源也是电线连接。参阅
图13，电控系统包括中央控制器及显示器沈、转向控制部分、驱动控制部分、 电源管理器。转向控制部分中的方向盘和驱动控制部分的电子油门踏板、电子刹车踏板实 时采集驾驶员的驾驶输入。并将采集到的命令信号发送给中央控制器，中央控制器经过处 理分析，再将执行命令分别发送给转向控制部分和驱动控制部分的各个电机控制器，由电 机控制器分别控制各自的电机运动，完成一次指令控制，通过上述过程的不断循环，实现车 辆的正常行驶。电源管理器的主要作用是实时监测电池组的状态，并提供充电监控和保护。其中转向控制部分包括方向盘转向柱、力感电机、光电编码器、转向限位机构与4 个结构相同的转向电机控制器30。光电编码器套装在和方向盘相连接的转向柱上，转向柱 的下端和力感电机输出轴的一端固定连接，力感电机输出轴的另一端和转向限位机构固定 连接。车轮位置初始化电路的电压输出端，电子油门的模拟量电压信号线，电子制动踏 板模拟量电压信号线，均与数据采集卡的各模拟量采集端口相连。光电编码器的数字输出 信号与数据采集卡的数字采集端口电连接。四台轮毂电机控制器以及电源管理器和PCI 上的CAN卡端口一连接成总线型结构，轮毂电机控制器与轮毂电机的连接按说明书接线即 可。四台转向电机控制器与PCI上的CAN卡端口二构成总线型结构，转向电机控制器的CAN 接口与J8端口相连，其余的接线部分均按说明书连接即可。电控系统的核心为中央控制器，实际上中央控制器上集成有DAQ (数据采集)卡和 CAN卡，而且中央控制器连接有触摸显示屏，以作为人机交互界面。数据采集卡分别与各个数据采集设备相连接，包括电子制动踏板和电子油门踏 板、用于采集方向盘转角的光电编码器、用于车轮位置初始化的光电传感器电路，同时数据 采集卡与力感电机控制器相连接，力感电机控制器与力感电机相连接，即数据采集卡为力 感电机控制器提供模拟电压信号，力感电机控制器给力感电机发送转矩指令。中央控制器和轮毂电机控制器与转向电机控制器之间通过CAN网络实现通信，中 央控制器中CAN卡上有两个端口，端口 一采用2. OB底层协议与四台轮毂电机控制器32及 BMS电源管理器构成CAN总线网络，端口 二采用CANOpen协议并作为主站分别与四台转向电 机控制器30相连。本实用新型所述的电动车加速或勻速行驶时，驾驶员通过控制电子油门踏板开度来控制车速。由电子油门踏板的开度不同所产生的模拟量信号，通过数据采集卡发送给中 央控制器，中央控制器通过计算得出各个驱动车轮所对应的驱动转矩，并通过CAN网络发 送给相应的轮毂电机控制器32，轮毂电机控制器32控制轮毂电机18发出相应的转矩以实 现车辆的加速和勻速行驶。本实用新型所述的电动车减速或制动时，驾驶员通过控制电子制动踏板的刹车开 度来控制制动力矩。由电子制动踏板的刹车开度所产生的模拟量信号，通过数据采集卡发 送给中央控制器，中央控制器通过计算得出各个驱动车轮所对应的制动转矩，并发通过CAN 网络送给相应的轮毂电机控制器32，轮毂电机控制器32控制轮毂电机18发出相应的制动 转矩以实现车辆的减速和制动。为提高制动的可靠性并保证安全，本实用新型所述的电动车还在各驱动轮上加装 了盘式液压制动装置，以保证电子制动失效情况下可以实现机械制动，并且液压制动可以 实现驻车制动。本实用新型所述的电动车转向时，光电编码器获取方向盘的转角信号，并通过数 据采集卡发送给中央控制器，中央控制器根据采集方向盘的转角和方向计算出左右转向电 机所需转角并通过CANOpen网络发送给转向电机控制器30，转向电机控制器30负责控制各 个转向电机1达到相应的角度。同时，中央控制器还根据行驶工况的不同，计算出当前状态 下的方向盘回正力矩，并通过数据采集卡，以模拟量的形式发送给力感电机控制器，力感电 机控制器控制力感电机产生相应的力矩，以在方向盘上产生力感。方向盘下端的转向限位机构参阅
图17，目前现有车辆的方向盘圈数都是有限的(如3. 5圈)，为使本实用新型 所述的电动车的操纵性能尽可能接近现有车辆，同时保证驾驶安全，对于本实用新型所述 的电动车的方向盘也需要转向限位机构。本实用新型所述的电动车的转向限位机构由A限 位片40、B限位片41、2号B限位片42、3号B限位片、转向随动轴39、限位板、限位螺钉与 固定螺栓组成。参阅
图14，所述的转向随动轴39 —端是细轴，另一端粗轴，细轴与粗轴之间依次 设置有方形轴(体)和圆形盘，细轴、方形轴(体)、圆形盘与粗轴的轴对称线共线。粗轴的 端面上并在其轴对称线上设置一个和转向柱下端连接的力感电机输出轴连接的圆形盲孔， 圆形盲孔的侧壁上沿径向设置有安装定位销的通孔，方形轴(体)和A限位片40上的方形 通孔配装，细轴和B限位片41、2号B限位片42与3号B限位片43上的圆形通孔相配装。参阅
图15，所述的A限位片40是一板件，具体地说，A限位片40 —端设置成小矩 形板，另一端是设置成大矩形板，两者之间由等腰梯形板过渡连接并做成一体的板类结构 件；在大矩形板的中心处设置一个和转向随动轴39中方形轴(体)配装的方形通孔。参阅
图16，所述的B限位片41、2号B限位片42与3号B限位片43是结构完全相 同的三个零件，基本也属于板件，每一个零件的小端设置成小矩形板，另一端是设置成大矩 形板，两者之间由等腰梯形板过渡连接并做成一体的板类结构件；在大矩形板的中心处设 置一个和转向随动轴中的细轴配装的圆形通孔。在小端底面(按工作位置说是上表面)设 置一个限位块，其高度小于大矩形板的厚度。参阅
图17与
图18，A限位片40、B限位片41、2号B限位片42与3号B限位片43 依次由上至下叠置在一起，并使A限位片40上的方形通孔、B限位片41、2号B限位片42与3号B限位片43上的圆形通孔的轴对称线共线。转向随动轴39上的细轴和方形轴(体) 分别插入B限位片41、2号B限位片42、3号B限位片43与A限位片40上的圆形通孔和方 形通孔里，使得转向随动轴39上的细轴和B限位片41、2号B限位片42与3号B限位片 43上的圆形通孔转动连接，使得转向随动轴39上的方形轴(体)和A限位片40上的方形 通孔配合连接，当转向随动轴39转动时，A限位片40随转向随动轴39同时转动，B限位片 41、2号B限位片42与3号B限位片43不转动。转向随动轴39上的盲孔和力感电机输出 轴的一端连接，并通过定位销锁紧，力感电机输出轴的另一端和转向柱的底端固定连接。转 向随动轴39将A限位片40、B限位片41、2号B限位片42与3号B限位片43压紧并通过 3号B限位片43的底面和安装有限位螺钉的限位板的上表面接触连接，限位板通过布置在 其四周的螺栓和力感电机的外壳固定连接。实现
图17中所表示的最终工况的过程为当转 向控制部分的方向盘处于逆时针转动终点位置后，方向盘顺时针转动时，转向随动轴39随 着方向盘并带动A限位片40顺时针转动，转向随动轴39转动第一圈时，首先通过A限位片 40拨动B限位片41转动，转向随动轴39转动第二圈时，通过A限位片40与B限位片41拨 动2号B限位片42转动，转向随动轴39转动第三圈时，通过A限位片40、B限位片41与2 号B限位片42拨动3号B限位片43转动，直至最下边的3号B限位片43被安装在限位板 上的限位螺钉挡住为止，方向盘不能再继续转动，即呈现
图17中所表示的当方向盘顺时针 转动三圈后转向限位机构最终的工况。同理，
图18中表示的是当方向盘逆时针转动三圈后 转向限位机构最终的工况。电源部分主要包括锂动力电池组四和若干DC-DC转换器31。其作用是为整车各 用电器提供电力，因为各用电器所需电压不尽相同，由DC-DC转换器31将锂动力电池组四 的电压转换成各用电器所需电压。本实用新型所述的主销零偏置线控独立驱动与转向的汽车行走机构及电动车中 驱动部分的轮毂电机18及轮毂电机控制器32采用上海安乃达驱动技术有限公司生产的型 号为AM046. 1002轮毂电机及配套控制器；电子油门踏板和电子制动踏板采用厦门捷欧汽 车电子有限公司生产的型号为J_DS62X(BC)的电子踏板；转向电机1采用型号为maXORE40 的有刷直流转向电机；转向电机控制器采用maxon的型号为EP0S70-10的控制器；光电编 码器采用型号为A-ZKT-D100H30的中空增量光电编码器；力感电机采北京勇光高特电机 厂生产的型号为130LYX06的电机；锂动力电池组四采用深圳雷天3. SVUOOAh电池单体 (38节)串联组成；电源管理器采用广州益维电动汽车有限公司生产的38串锂电池管理 系统、DC-DC转换器31采用北京昂华伟业科技有限公司的型号为AH-EVD-12048和型号为 AH-EVD-12012的DC-DC转换器；弹簧13和减振器11采用奥拓汽车后悬架的弹簧和减振器， 车轮采用12寸汽车车轮和型号为145/70R12的轮胎。本电动车实例中各部分的设备选择 仅适用于此车型，当对本实用新型所述的主销零偏置线控独立驱动与转向的汽车行走机构 及电动车的设计需求如载客量，动力性，能源经济性等有所改变时，可根据不同的要求来 选择或设计合适的零部件类型，但技术方案中的组成、各组成部分的位置关系与各组成部 分的连接关系不变，都在本实用新型所述技术方案的保护范围内。
权利要求1.一种主销零偏置线控独立驱动与转向的汽车行走机构，由车轮部件、悬架部件和转 向部件组成，其特征在于，所述的转向部件是由主销组件与转向立轴组件组成；所述的主销组件包括转向电机(1)、减速器O)、减速器输出法兰盘(3)、内花键法兰盘 (4)、主销套筒(5)、主销(6)与编码盘(7)；主销(6)通过1号圆锥滚子轴承与2号圆锥滚子轴承安装在主销套筒(5)中，主销(6) 下端的轴肩和2号圆锥滚子轴承的内环的下端面相接触，2号圆锥滚子轴承的外环的上端 面和主销套筒(5)内壁下部凸缘的下端面相接触，1号圆锥滚子轴承的外环的下端面和主 销套筒(5)内壁中部凸缘的上端面相接触，1号圆锥滚子轴承的内环的上端面和圆锁紧螺 母的下端面相接触，转向电机(1)和减速器( 依次固定连接在主销套筒( 的上端面上， 减速器O)的输出端和减速器输出法兰盘C3)通过螺栓固定连接，减速器输出法兰盘(3) 和内花键法兰盘(4)通过螺栓和定位销固定连接，内花键法兰盘(4)套装在主销(6)的上 端，编码盘(7)套装在主销(6)下端的过渡轴上，采用螺栓将主销(6)与编码盘(7)和转向 立轴组件固定连接，转向电机(1)、减速器( 、主销套筒( 、主销(6)和编码盘(7)的轴对 称线共线；所述的转向立轴组件包括主转向臂(8)、两根结构相同的转向立轴(12)、上定距板 (19)与下定距板(24)；主转向臂(8)的左端与主销(6)最下端固定连接，主转向臂(8)右端与两根结构相同 的转向立轴(12)的上端固定连接，两根结构相同的转向立轴(12)的轴对称线和主转向臂 (8)底端面垂直，上定距板(19)与下定距板04)分别固定连接在两根结构相同的转向立 轴(12)的中部与下端，两根结构相同的转向立轴(12)的轴对称线和主销(6)的轴对称线 平行。
2.按照权利要求1所述的主销零偏置线控独立驱动与转向的汽车行走机构，其特征是 两根结构相同的转向立轴(12)之间的上定距板(19)的上表面和主转向臂(8)底端面之间 固定连接一根斜焊接支承轴(9)。
3.按照权利要求1所述的主销零偏置线控独立驱动与转向的汽车行走机构，其特征在 于，所述的悬架部件包括上弹簧座(10)、减振器(11)、弹簧(13)、下弹簧座(14)；上弹簧座(10)固定连接在主转向臂(8)的右端面上，下弹簧座(14)固定连接在车轮 部件中车轮支架0 的右端面上，螺旋弹簧(1 套装在减振器(11)的周围，减振器(11) 的两端分别通过铰轴转动连接在上弹簧座(10)与下弹簧座(14)上，螺旋弹簧(1 的上 端面与下端面分别和上弹簧座(10)底面与下弹簧座(14)的上端面接触连接，减振器(11) 与弹簧(13)的轴对称线和转向立轴组件中的两根结构相同的转向立轴(12)的轴对称线平 行。
4.按照权利要求1所述的主销零偏置线控独立驱动与转向的汽车行走机构，其特征在 于，所述的车轮部件包括轮毂电机(16)、车轮(18)和车轮支架02)；车轮(18)固定连接在轮毂电机(16)的转子外壳上，轮毂电机(16)的定子轴和车轮支 架0 固定连接，车轮支架0 与转向立轴组件中的两根结构相同的转向立轴(1 滑动 连接，车轮(18)的中心平面和主销组件中的主销(6)的轴对称线共面，定子轴的轴对称线 和主销组件中的主销(6)的轴对称线垂直相交。
5.按照权利要求4所述的主销零偏置线控独立驱动与转向的汽车行走机构，其特征在于，所述的车轮支架02)与转向立轴组件中的两根结构相同的转向立轴(12)滑动连接是 指车轮支架02)与两根结构相同的转向立轴(12)之间安装有滑动轴承01)。
6.一种采用权利要求1所述的主销零偏置线控独立驱动与转向的汽车行走机构的电 动车，其特征在于，所述的电动车由车架( )、四套结构相同的主销零偏置线控独立驱动与 转向的汽车行走机构(27)、电控系统和电源组成；四套结构相同的主销零偏置线控独立驱动与转向的汽车行走机构07)分别和车架 (28)中两套结构相同的前部焊装连接部件与两套结构相同的后部焊装连接部件固定连接， 固定连接后的四套结构相同的主销零偏置线控独立驱动与转向的汽车行走机构07)中主 销(6)的轴对称线垂直地面，电控系统和电源安装在车架08)的前端与后端，电控系统分 别与四套结构相同的主销零偏置线控独立驱动与转向的汽车行走机构07)中的转向电机 ⑴与轮毂电机(16)电线连接，电控系统与电源电线连接。
7.按照权利要求6所述的采用权利要求1所述的主销零偏置线控独立驱动与转向的汽 车行走机构的电动车，其特征在于，所述的四套结构相同的主销零偏置线控独立驱动与转 向的汽车行走机构(XT)分别和车架08)中两套结构相同的前部焊装连接部件与两套结构 相同的后部焊装连接部件固定连接是指四套结构相同的主销零偏置线控独立驱动与转向 的汽车行走机构(XT)中主销套筒( 上的法兰盘和前部焊装连接部件与后部焊装连接部 件的前部竖直安装板(3 与后部竖直安装板(38)通过螺栓和定位销固定连接；在主销套筒( 上的法兰盘和车架08)上的前部焊装连接部件与后部焊装连接部件 的前部竖直安装板(35)与后部竖直安装板(38)之间加装调整主销(6)倾角的斜垫片。
8.按照权利要求6所述的电动车，其特征在于，所述的电控系统包括中央控制器及显 示器(26)、转向控制部分、驱动控制部分与电源管理器；所述的转向控制部分包括方向盘转向柱、力感电机、光电编码器、转向限位机构与4个 结构相同的转向电机控制器(30)；光电编码器套装在方向盘转向柱上，方向盘转向柱的下端和力感电机输出轴的一端固 定连接，力感电机输出轴的另一端和转向限位机构固定连接，力感电机与力感电机控制器 电连接，力感电机控制器与光电编码器通过DAQ卡和中央控制器及显示器06)电连接，4个 结构相同的转向电机控制器(30)通过CAN卡和中央控制器及显示器06)电连接。
9.按照权利要求8所述的电动车，其特征在于，所述的转向限位机构由A限位片(40)、 B限位片(41)、2号B限位片(42)、3号B限位片(43)、转向随动轴(39)、限位板与限位螺钉 组成；A限位片GO)、B限位片Gl)、2号B限位片02)与3号B限位片03)依次由上至下 叠置在一起，并使A限位片00)上的方形通孔、B限位片、2号B限位片02)与3号B 限位片G3)上的圆形通孔的轴对称线共线，转向随动轴(39)上的细轴和方形轴分别插入 B限位片(41)、2号B限位片(42)、3号B限位片(43)与A限位片(40)上的圆形通孔和方 形通孔里，转向随动轴(39)上的细轴和B限位片、2号B限位片02)与3号B限位片 (43)上的圆形通孔转动连接，转向随动轴(39)上的方形轴和A限位片00)上的方形通孔 配合连接，3号B限位片的底面和安装有限位螺钉的限位板的上表面接触连接。
专利摘要本实用新型公开了一种主销零偏置线控独立驱动与转向的汽车行走机构及电动车。克服机构复杂和车辆稳定性低的问题。该机构由转向部件、悬架部件和车轮部件组成。转向部件由主销组件与转向立轴组件组成。主销组件包括转向电机(1)、减速器(2)、减速器输出法兰盘(3)、主销套筒(5)、主销(6)与编码盘(7)；转向立轴组件包括主转向臂(8)、转向立轴(12)、上定距板(19)与下定距板(24)。悬架部件包括上弹簧座(10)、减振器(11)、弹簧(13)与下弹簧座(14)。车轮部件包括轮毂电机(16)、车轮(18)与车轮支架(22)。电动车由车架(28)、主销零偏置线控独立驱动与转向的汽车行走机构和电控系统组成。
文档编号B60G15/00GK201842130SQ20102056607
公开日2011年5月25日 申请日期2010年10月19日 优先权日2010年10月19日
发明者伍家麟, 吴玉洁, 孙吴龙, 孙海洋, 崔文锋, 张立增, 彭立恩, 朱琳, 李陆浩, 洪峰, 田长安, 管欣, 詹军, 赵鼎 申请人:吉林大学