角模块及车辆的制作方法

1.本实用新型涉及角模块技术领域，具体提供一种角模块及车辆。


背景技术：

2.随着科技的进步和互联网技术的发展，各行各业都在发生着剧变。汽车行业也经历着新一轮的技术革新。在这场技术革新中，“角模块”占据着重要地位。“角模块”集先进的动力、转向和悬挂技术于一体，能够减少大量的机械传动部件，优化整车布置空间，能够使每个车轮独立的转动，进而使车辆更灵活地转向、移动。此外，“角模块”具有更广泛的通用性，能够快捷地装配到各类合适的车辆上，从而有效简化整车的装配工序。
3.目前，现有技术中的一种角模块包括车轮、电磁制动器、悬挂结构、转向结构和轮毂电机。其中转向结构安装在汽车的下车体，电磁制动器及轮毂电机设置在车轮上，悬挂结构将转向结构与车轮相连，悬挂结构中的悬挂弹簧能够起到缓冲作用。在该角模块中，轮毂电机及电磁制动器均集中于车轮位置，因此其结构较为复杂，并且对散热的要求也较高。同时，车轮、电磁制动器及轮毂电机等部件均通过悬挂弹簧支撑悬挂，致使簧下质量较大、惯性较大。在运行过程中，过大的簧下质量使得悬挂的减振能力差，因此对轮毂电机的抗振性能要求较高。此外，该结构在转向时产生的侧向力会加速转向结构的磨损。当装配到车辆上时，车轮的振动使得整车舒适性差。并且由于电磁制动能力相对较弱，因此车速过高将出现制动时间较长、制动距离较长等安全问题。因此，目前的角模块存在减振能力差、散热要求高、可靠性不足等技术问题，致使整车的舒适性差、车速上限不高。


技术实现要素：

4.为了解决目前角模块的可靠性差、转速上限不高等技术问题，本实用新型提供了一种角模块。该角模块适于装配在车辆上，所述角模块包括：安装架，所述安装架与车辆的下车体相连；转向模块，所述转向模块包括固定部和能够相对于所述固定部转动的转动部，所述固定部与所述下车体相对固定连接；转动架，所述转动架安装在所述转动部和安装架之间并配置成能够在所述转动部的带动下相对于所述安装架转动；车轮，所述车轮包括轮轴和连接件，所述连接件套设在所述轮轴上并配置成允许所述轮轴相对于其转动；和连接杆，所述连接杆的一端与所述连接件铰接相连，另一端与所述转动架铰接相连。
5.在本实用新型中，转向模块的固定部与下车体相对固定连接，形成角模块与下车体之间的第一固定点。在此基础上，安装架与下车体相连，形成角模块与下车体之间的第二固定点。在本实用新型中，转动架安装在转向模块的转动部和安装架之间，因此转动架能够被以上两个固定点支撑。在角模块运行过程中，转动架能够在转向模块的驱动下绕自身旋转中心线转动，进而实现车轮的转向。在实际运行过程中，车轮会受到侧向力，该侧向力依次从车轮、连接件、连接杆传递至转动架上。由于该侧向力与转动架的旋转中心线存在夹角，因此容易导致转动架歪斜、磨损，甚至导致与转动架相连的转向模块损坏。本实用新型中的两个固定点能够从不同位置有效地支撑转动架，使得转动架稳定地绕旋转中心线旋
转，能够有效减缓甚至消除因侧向力导致的转动架的歪斜、磨损，以及转向模块的损坏，从而有效增强角模块的可靠性，在角模块的可靠性得到改善的情况下，角模块的最大行驶速度能够进一步提高。
6.在上述角模块的优选技术方案中，所述安装架包括第一安装部，所述第一安装部与所述转动架可转动地连接并布置在所述转动架的旋转中心线上。转动架与转向模块的转动部的连接处位于旋转中心线上。在该优选技术方案中，转动架与安装架的第一安装部的连接处也位于旋转中心线上。因此，在旋转中心线上至少存在两个彼此间隔的位置能够支撑转动架，从而有效地平衡连接杆传递至转动架上的侧向力，进一步提高角模块的可靠性。此外，该优选技术方案中的安装架结构精简，安装方便、空间占用小。
7.在上述角模块的优选技术方案中，所述安装架还包括与所述第一安装部相连的第二安装部，所述第二安装部与所述第一安装部之间具有预定夹角并与所述下车体固定相连。通过上述的配置，技术人员能够根据下车体的构造及实际安装情况将第二安装部与下车体的合适位置相连，因此，该第二安装部的设置能够提高角模块装配的灵活性及通用性。同时可根据车型调整预定夹角，使得第二安装部与下车体之间具有较大的装配面积，进而有效增大安装架与下车体之间的装配面积，使得安装架与下车体的装配更牢固、可靠。
8.在上述角模块的优选技术方案中，所述第二安装部朝向所述固定部延伸。通过上述的配置，能够有效减小角模块沿旋转中心线方向的尺寸，使得角模块的结构更紧凑。
9.在上述角模块的优选技术方案中，所述安装架还包括与所述第二安装部相连的第三安装部，所述固定部安装在所述第三安装部上以实现与所述下车体的相对固定连接。通过上述的配置，转向模块通过安装架与下车体实现相对固定连接，转向模块能够更好地与角模块集成一体。在将角模块装配到车辆上时，只需考虑安装架与下车体之间的连接即可实现角模块的装卸。该优选技术方案能够提高角模块的集成度，同时使角模块装卸更便捷。
10.在上述角模块的优选技术方案中，所述连接杆包括第一杆和第二杆，所述第一杆在竖直方向的高度高于所述轮轴，所述第二杆在竖直方向的高度低于所述轮轴。通过上述的配置，第一杆和第二杆能够在高低两个位置将转动架与车轮相连，使得转动架与车轮之间的传动更稳定，从而有效提高传动的可靠性。
11.在上述角模块的优选技术方案中，所述第一杆的一端与所述连接件铰接相连，所述第一杆的另一端分成两个叉臂，两个所述叉臂的端部分别与所述转动架的不同位置铰接相连。通过上述的配置，第一杆能够在转动架与车轮的上半部分之间形成多点连接，从而有效提高两者之间的传动可靠性。
12.在上述角模块的优选技术方案中，所述第二杆的一端与所述连接件铰接相连，所述第二杆的另一端分成两个叉臂，两个所述叉臂的端部分别与所述转动架的不同位置铰接相连。通过上述的配置，第二杆能够在转动架与车轮的下半部分之间形成多点连接，从而有效提高两者之间的传动可靠性。
13.在上述角模块的优选技术方案中，所述角模块还包括减震器，所述减震器的一端与所述第一杆或所述第二杆铰接相连，另一端与所述转动架铰接相连。通过上述的配置，减震器能够有效减缓角模块运行过程中车轮传递至转动架的震动及颠簸，起到减震效果，从而有效提高平稳性和舒适性。
14.在上述角模块的优选技术方案中，所述转向模块还包括转向电机，所述转向电机
通过蜗轮蜗杆与所述转动部相连并配置成能够驱动所述转动部相对于所述固定部转动。通过上述的配置，蜗轮蜗杆结构能够有效缩小转向模块的尺寸，使得角模块的集成度进一步提高。
15.在上述角模块的优选技术方案中，所述转动部能够相对于所述固定部在-90~+90度范围内转动。通过上述的配置，角模块具有足够的转动调节范围，同时能够在一定程度上降低角模块的结构复杂度及设计难度。
16.在上述角模块的优选技术方案中，所述角模块还包括驱动模块，所述驱动模块安装在所述转动架上并且包括轮边电机，所述轮边电机的电机轴通过传动轴与所述轮轴相连。通过上述的配置，使得角模块具有独立的驱动，具有更广泛的适用性。一个角模块能够实现独立作业，多个角模块能够实现多轮驱动协同作业。本优选技术方案中，轮边电机设置在车轮一侧，能够有效减小车轮处的结构复杂程度，从而降低设计难度及车轮处的散热要求。由于轮边电机设置在转动架上，远离地面及车轮，因此轮边电机的工作环境得以改善，能够有效降低轮边电机对防水、防尘、防震的要求，同时转动架能够对轮边电机提供防护。更突出地是，由于轮边电机通过转动架、转向模块安装在下车体上，因此角模块的簧下质量减小，车轮惯性减小。相应地，在行驶过程中，悬架减震能力增强，整车舒适性得以提升。
17.在上述角模块的优选技术方案中，所述驱动模块还包括齿轮箱，所述电机轴通过所述齿轮箱与所述传动轴相连。通过上述的配置，齿轮箱能够提供减速或变速效果，从而使轮边电机能够更长时间的维持在高效工作区。
18.在上述角模块的优选技术方案中，所述角模块还包括制动器，所述制动器集成在所述车轮上并与所述连接件相连。通过上述的配置，使得角模块具有足够的制动能力。
19.在上述角模块的优选技术方案中，所述制动器为液压制动器或气压制动器。通过上述的配置，液压制动器能够提供更好的制动效果，从而有效缩短制动时间及制动距离，为转速上限的提升及整车车速上限的提升提供安全保障，同时其能耗低于电磁制动器。
20.本实用新型还提供一种车辆，所述车辆包括：下车体和根据上述任一优选技术方案所述的角模块，所述角模块可拆卸地装配在所述下车体上。通过上述的配置，车辆内能够减少大量的机械传动部件，有效优化整车布置空间。此外，通过角模块的装卸即可实现车辆的组装，使得整车装配、维修及保养更简单、快捷、高效。
附图说明
21.下面结合附图来描述本实用新型的优选实施方式，附图中：
22.图1是本实用新型角模块的一种实施例的结构剖视图；
23.图2是本实用新型角模块的一种实施例的结构仰视示意图；
24.图3是本实用新型角模块的一种实施例中车轮跳动时的结构剖视图。
25.附图标记列表：
26.a、下车体；b、角模块；1、安装架；11、第一安装部；111、装配槽；12、第二安装部；13、第三安装部；2、转向模块；21、固定部；22、转动部；3、转动架；31、装配转轴；4、轮边电机；5、齿轮箱；51、输出轴；52、传动轴；6、车轮；61、车轴；62、连接件；621、第一连接臂；622、第二连接臂；71、第一杆；72、第二杆；8、减震器；81、阻尼器；82、螺旋弹簧。
具体实施方式
27.下面参照附图来描述本实用新型的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本实用新型的技术原理，并非旨在限制本实用新型的保护范围。
28.需要说明的是，在本实用新型的描述中，术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”和“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
29.此外，还需要说明的是，在本实用新型的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“装配”、“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
30.为了解决目前角模块的可靠性差、转速上限不高等技术问题，本实用新型提供一种角模块b。该角模块b适于装配在车辆上，角模块b包括：安装架1，安装架1与车辆的下车体a相连；转向模块2，转向模块2包括固定部21和能够相对于固定部21转动的转动部22，固定部21与下车体a相对固定连接；转动架3，转动架3安装在转动部22和安装架1之间并配置成能够在转动部22的带动下相对于安装架1转动；车轮6，车轮6包括轮轴61和连接件62，连接件62套设在轮轴61上并配置成允许轮轴61相对于其转动；和连接杆7，连接杆7的一端与连接件62铰接相连，另一端与转动架3铰接相连。
31.图1是本实用新型角模块的一种实施例的结构正视示意图；图2是本实用新型角模块的一种实施例的结构俯视示意图；图3是本实用新型角模块的一种实施例中车轮跳动时的结构示意图。如图1至图3所示，角模块b安装在车辆的下车体a上（图中未示出车辆整体结构）。在一种或多种实施例中,下车体a为车架。替代地，下车体a为底盘或其他合适的部件。如图1至图3所示，在一种或多种实施例中，角模块b包括安装架1、转向模块2、转动架3、连接杆7和车轮6。角模块b通过安装架1安装在下车体a上，转向模块2与安装架1相连，转动架3设置在转向模块2与安装架1之间，转动架3通过连接杆7与车轮6相连。转向模块2转动时通过转向架3及连接杆7的传动带动车轮6转向。
32.如图1至图3所示，在一种或多种实施例中，安装架1呈c型或]型并且具有第一安装部11、第二安装部12和第三安装部13。在一种或多种实施例中，第一安装部11、第二安装部12和第三安装部13一体成型的制作形成。可选地，第一安装部11和第三安装部13由第二安装部12上相对的两个端部分别以一定角度翻折延伸形成。替代地，第一安装部11、第二安装部12和第三安装部13之间通过焊接或其他合适的方式形成固连。在一种或多种实施例中，安装架1通过第二安装部12与下车体a紧固连接。替代地，安装架1通过第一安装部11与下车体a紧固连接。
33.如图1和图3所示，在一种或多种实施例中，第三安装部13由第二安装部12的一端垂直向外延伸形成，两者之间形成90度的预定夹角。替代地，该预定夹角可以为60度、120度或其他合适的角度。在一种或多种实施例中，转向模块2安装在第三安装部13上。转向模块2包括固定部21和转动部22。转向模块2通过固定部21与第三安装部13固定连接以实现与下
车体a的相对固定连接。在一种或多种实施例中，固定部21与转动部22通过面支撑脂润滑的方式实现支撑和相对转动。替代地，固定部21和转动部22之间通过转轴相连。在一种或多种实施例中，在固定部21 上设有转向电机和蜗杆，在转动部22上设有与蜗杆匹配的蜗轮，转向电机能够通过蜗杆蜗轮结构控制转动部22绕旋转中心线转动。容易想到地是，转向电机还可以通过传动带、齿轮组或其他合适的结构控制转动部22绕旋转中心线转动。在一种或多种实施例中，转动部22能够相对于固定部21在-90~+90度范围内转动。
34.容易理解地是，转向模块2的固定部21也可以直接安装在下车体a上，相应地，安装架1可以省去第三安装部13，此时安装架1呈l型。在一种或多种实施例中，呈l型的安装架1中的第二安装部12朝向固定部21延伸。替代地，根据实际安装需要，第二安装部12朝其他合适的方向延伸以更好地与下车体a形成固定连接。在一种或多种实施例中，在转向模块2的固定部21直接安装在下车体a上的情况下，安装架1可以通过第一安装部11与下车体a紧固连接。该情况下，安装架1可以省去第二安装部12和第三安装部13，以简化安装架1的结构。
35.如图1和图3所示，在一种或多种实施例中，转动架3固定安装在转动部22的下方。转动架3包括彼此固连的顶架、与顶架相对的底架以及连接在顶架与底架之间的侧架。在一种或多种实施例中，顶架固定在转动部22的下表面，底架与第一安装部11可转动地连接。在一种或多种实施例中，第一安装部11布置在转动架3的旋转中心线上。可选地，第一安装部11与第二安装部12垂直，两者之间的预定夹角为90度。替代地，该预定夹角为80度、100度或其他合适的角度。在一种或多种实施例中，在第一安装部11上设有沿旋转中心线延伸的装配槽111，相应地，在底架上设有与该装配槽111匹配的装配转轴31，该装配转轴31的轴线与旋转中心线共线。在转动架3绕旋转中心线转动的过程中，该装配转轴31在装配槽111中转动。替代地，底架与第一安装部11之间还可以通过匹配的转动环结构、转动滑槽滑扣结构、转动轴承结构或其他合适的结构形成可转动地连接。在一种或多种实施例中，转动架3通过侧架与连接杆7的一端铰接。替代地，转动架3还可以通过顶架或底架与连接杆7的一端铰接相连。
36.如图1至图3所示，连接杆7的另一端与车轮6相连。车轮6包括制动器、轮轴61及套设在轮轴61上的连接件62。该连接件62允许轮轴61相对于连接件62自身转动。在一种或多种实施例中，制动器集成在车轮6上并与连接件62相连。可选地，制动器为液压制动器。替代地制动器为气压制动器或其他合适类型的制动器。在一种或多种实施例中，该连接件62具有第一连接臂621和第二连接臂622。可选地，第一连接臂621位于轮轴61的上方，第二连接臂622位于轮轴61的下方。如图1至图3所示，在一种或多种实施例中，第一连接臂621通过连接杆7中的第一杆71与转动架3相连，第二连接臂622通过连接杆7中的第二杆72与转动架3相连。相应地，第一杆71位于轮轴61的上方，第二杆72位于轮轴61的下方。如图2所示，在一种或多种实施例中，第一杆71的一端与第一连接臂621铰接相连后，其另一端分成两个叉臂（如图2中阴影部分所示），两个叉臂的端部分别与转动架3的不同位置铰接相连。在一种或多种实施例中，第二杆72的一端与第二连接臂622铰接相连后，其另一端分成两个叉臂（如图2中阴影部分所示），两个叉臂的端部分别与转动架3的不同位置铰接相连。容易理解地是，根据车型不同及实际需要，第一杆71和第二杆72的数量可以有多个，每个杆分别连接在连接件62和转动架3之间，以此形成多连杆结构。替代地，连接杆可采用麦弗逊连杆结构。
37.如图1和图3所示，在一种或多种实施例中，在转动架3上安装有轮边电机4。该轮边
电机可以是直流电机，也可以是交流电机。该轮边电机4的电机轴与一个齿轮箱5相连。该齿轮箱5可以是变速箱，也可以是减速箱。如图1所示，在一种或多种实施例中，齿轮箱5的输出轴51通过传动轴52与车轮6的轮轴61相连。具体地，传动轴52为万向传动轴，其两端分别通过花键与输出轴51和轮轴61相连。容易理解地是，当轮边电机4不需要变速或减速时，可以省去齿轮箱5，相应地，轮边电机的电机轴直接通过传动轴52与轮轴61相连。
38.如图1至图3所示，在一种或多种实施例中，在连接杆7与转动架3之间安装有减震器8。减震器8包括阻尼器81和套设在阻尼器81上的螺旋弹簧。阻尼器81的一端与转动架3铰接相连，阻尼器81的另一端与第二杆72铰接相连。替代地，阻尼器81的另一端铰接连接在第一杆71上。容易理解地是，在其他一些实施例中，减震器8包括阻尼器81和空气弹簧。可选地，阻尼器81的一端与转动架3铰接相连，阻尼器81的另一端与第二杆72铰接相连，并且空气弹簧的一端与转动架3相连，另一端与其中一个连接杆7相连。
39.本实用新型的角模块b能够可拆卸地装配在车辆上。在一种或多种实施例中，该车辆属于乘用车。替代地，该车辆属于商用车、特种车辆或其他合适的车辆类型。在一种或多种实施例中，该车辆为电动汽车。替代地，该车辆为混动车、燃油车、氢能车或其他合适的车辆。在一种或多种实施例中，在车辆的前部和后部分别装配两个角模块b，每个角模块b上均配置有轮边电机4以实现车辆的四轮驱动。替代地，仅位于车辆前部或后部的两个角模块b配置有轮边电机4，以实现车辆的前轮驱动或后轮驱动。在一种或多种实施例中，角模块b中不配置轮边电机4，角模块b作为转向轮装配在混动车、燃油车、氢能车或其他合适车辆的前部或后部。在一种或多种实施例中，减震器8包括空气弹簧时，通过主动控制空气弹簧的伸缩能够改善整车的舒适性及通过性。
40.以形成四轮驱动的车辆为例来分析单个角模块的工作过程：在一种或多种实施例中，整车在直行时，螺旋弹簧82被压缩至平衡位置，转向模块2锁定，使得车轮6维持直行所需的角度，传动轴52处于水平位置。轮边电机4通过传动轴52驱动车轮6转动，实现整车的直行功能。整车制动时，通过制动器使车轮6的转速降低，车轮6与地面间的制动力通过连接杆7、转动架3及安装架1传递到下车体a，实现整车减速停车。
41.如图3所示，在车轮遇到减速带等凸起物时，车轮6向上跳动，连接杆7随车轮6的跳动而上下摆动。该过程中，连接杆7的两端分别相对于连接件62、转动架3转动，该转动轴线垂直于纸面方向、与车轮6行进方向平行。连接杆7摆动过程中螺旋弹簧82起支撑作用，阻尼器81往复伸缩消耗车轮6跳动能量，由此实现减震效果。由于本实用新型中的簧下仅悬挂车轮6、连接件62等部件，轮边电机4、转动架3等部件均由下车体支撑，因此簧下质量较小、车轮惯性较小，减震器8能够更高效的减震，因此整车的舒适性更佳。
42.整车在转向时，转向模块2解除锁定，转向电机通过蜗轮蜗杆结构驱动转动部22绕旋转中心线转动合适角度，转动架3随之同步转动，转动架3通过各连接杆7传动带动车轮6转动，实现整车的转向功能。容易理解地是，车轮6的转动角度由转向电机的转动圈数控制。由于簧下质量较小，车轮6能够更轻松、快速的转向，因此整车的操纵性能好。
43.车轮6在转向时与地面摩擦会产生侧向力，该侧向力依次通过连接件62、连接杆7传递至转动架3上。在一种或多种实施例中，转动架3的两端分别与转动部22及第一安装部11相连，以转向模块2的受力分析为例，连接杆7上的侧向力对其产生的力矩能够被第一安装部11上的力产生的力矩有效平衡，于是转向模块2上受到的合力矩较小，转动部22与固定
部21之间的磨损较小。因此在整车转向时，转向模块2受侧向力的影响较小，角模块b的可靠性、安全性得以提高。
44.至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本实用新型的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本实用新型的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本实用新型的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本实用新型的保护范围之内。