CN106240628A - 一种基于万向传动结构的线控四轮独立转向系统 - Google Patents

Abstract

本发明设计了一种基于万向传动结构的线控四轮独立转向系统。该系统由旋转电机(1)、减速器(2)、缓冲装置(3)、传动轴(4)、麦弗逊悬架系统(5)、旋转装置(6)、传动装置(8)及球笼万向节(9)组成。旋转电机(1)的动力过球笼万向节(8)及传动轴(4)输入到传动装置(8)中，通过其中的齿轮副(7)改变旋转运动的方向及大小，经由旋转装置(6)带动转向节转动，实现车轮的±90°转角。由于球笼万向节的等速性，输入转角与车轮转角的线性关系不随定位参数变化而改变，增加了控制系统抵抗外界干扰的能力，提升其鲁棒性。同时该结构通过传动装置(8)布置的外移减小主销内倾角，以增加行驶稳定性。

Description

一种基于万向传动结构的线控四轮独立转向系统

技术领域

本发明设计了一种基于万向传动结构的线控四轮独立转向系统，该转向系统适用于四轮独立驱动、制动、转向智能车辆，可实现各个车轮的±90°转角。属于汽车转向系统技术领域。

背景技术

随着汽车技术的发展，汽车的主动安全性受到越来越多的重视。四轮转向是实现主动安全性的方法之一。同时，四轮转向汽车可实现斜行、蟹行、原地转向等多种行动方式，具有较高的灵活性，适用于城市拥堵工况。因此，这就要求四个转向轮可实现±90°的转向。现有的四轮转向系统大多通过转向横拉杆实现转向过程，通过硬点设计实现了单边的90°转向，但是由于结构干涉问题无法实现转角±90°的变化。另外一些专利(CN103569197B)通过齿轮进行传动，与现有汽车技术区别较大，工程性较低，不易于应用。

本发明设计了一种基于万向传动结构的线控四轮独立转向系统。该系统通过万向传动结构及位于麦弗逊悬架转向节位置处的传动装置，将转矩直接作用于转向节处，带动其转动。由于其不受机械结构干涉的限制，可实现±90°的转角变化。该结构相关部件，如球笼万向节等均具有成熟的设计成品。同时，与传统麦弗逊悬架相比，相关结构布置使主销内倾角减小，使行驶的稳定性增加，同时减小轮胎的磨损。较小的主销内倾角亦可减小转向力矩，进而减小电机功率。

发明内容

本发明的目的是通过如下措施来实现四轮独立转向功能。通过相应的结构将转矩直接作用于转向节处，带动转向节旋转，实现转向过程。用于该过程中不涉及到机械结构上的干涉，因此可实现转角的±90°变化。为实现上述动作，通过万向传动结构进行动力的传递，通过置于转向节上的传动装置(8)进行动力的大小及方向的转换，最终完成整个转向过程。同时，由于传统麦弗逊悬架具有主销内倾角较大的特点，因此轮胎易磨损，同时转向力较大。本发明在实现功能的同时，通过结构布置使主销内倾角较小，提升了悬架系统的性能。

该基于液压系统的可变传动比转向系统，其组成包括旋转电机(1)、减速器(2)、缓冲装置(3)、传动轴(4)、麦弗逊悬架系统(5)、旋转装置(6)、齿轮副(7)、传动装置(8)及球笼万向节(9)。其中，旋转电机(1)与减速器(2)输入轴通过联轴器连接，减速器(2)的输出轴连接缓冲装置(3)；传动轴(4)两端串联有球笼万向节(9)，该万向传动结构一端与缓冲装置(3)连接，一端连接传动装置(8)。传动装置(8)内部为齿轮副(7)，通过该结构使旋转运动的大小及方向发生改变，并将动力传至旋转装置(6)处。旋转装置(6)与转向节连接，通过该装置带动其旋转。由于该转向系统结构没有传统结构中转向横拉杆的限制，因而可实现转向过程中的±90度变化。

技术方案中所述的缓冲装置(3)的材质为橡胶，形状为环形。缓冲装置(3)位于轴承座与轴承之间，实现二者的柔性连接。该装置可缓和轮跳时对系统的冲击，同时用于缓和系统工作时的振动。

技术方案中所述的传动装置(8)由壳体、齿轮副(7)组成。传动装置(8)的输入端与球笼万向节(9)相连，动力经此输入其中。传动装置(8)内主动齿轮与从动齿轮啮合组成齿轮副(7)。在齿轮副(7)的作用下，动力的大小及方向发生改变。

技术方案中所述的旋转装置(6)与从动齿轮同轴连接，经过齿轮副(7)的作用，从电机及减速器(2)处传来动力的大小及方向发生改变，并最终输入旋转装置(6)中。旋转装置(6)将转矩直接作用于转向节处，带动其余车轮共同旋转，实现±90°转向过程。

技术方案中的线控四轮独立转向系统通过电子控制单元进行各个转角的精确控制。方向盘转角信号及相关传感器信号传入电子控制单元中，电子控制单元通过计算得到最佳的四轮转向角，分别使四个车轮独立转向。在低速工况下，为使转向动作灵活，前后轮转角方向异向；高速工况下，为便于稳定性控制，前后轮转角方向同向。同时，在相关控制下，该线控四轮独立转向系统可实现斜行、蟹行、原地转向等动作。

技术方案中的线控四轮独立转向系统，与传统的以转向横拉杆带动转向节进行转向的转向系统相比，由于球笼万向节(9)的等速性，电机输出的转速与转向节转动的转速成线性关系，因此可实现对四轮转角的精确控制。同时，在轮跳等工况下，传统转向系统的硬点发生变化，这使得相同的齿条行程下车轮的转角发生了变化。在控制过程中造成了控制的误差。本发明通过球笼万向节(9)及传动轴(4)的应用，使得轮跳时电机转角与车轮转角比值不发生变化，因此减少了控制过程中的误差，增加了系统的鲁棒性。

技术方案中的线控四轮独立转向系统，其中相关结构的布置使麦弗逊悬架的主销内倾角与传统麦弗逊悬架相比得到减小，这使得轮胎磨损程度较小，转向力减小，同时增加了车辆的行驶稳定性。

附图说明

附图给出了一种基于万向传动结构的线控四轮独立转向系统的机构示意图

图1是本发明基于万向传动结构的线控四轮独立转向系统的三维轴测图

图2是本发明基于万向传动结构的线控四轮独立转向系统的动力路线图

图3是本发明基于万向传动结构的线控四轮独立转向系统的传动装置及旋转装置的三维轴测图

图4是本发明基于万向传动结构的线控四轮独立转向系统的电路控制图

具体实施方式

参照如图所示发明，基于万向传动结构的线控四轮独立转向系统。该装置由以下部分组成：旋转电机(1)、减速器(2)、缓冲装置(3)、传动轴(4)、麦弗逊悬架系统(5)、旋转装置(6)、齿轮副(7)、传动装置(8)及球笼万向节(9)。

参照附图1所示，电机的旋转运动经减速器(2)减速后输入万向传动结构中。该结构由传动轴(4)及球笼万向节(9)组成。之后，动力经此输入至传动装置(8)中。传动装置(8)作为麦弗逊悬架的一部分布置于转向节之上。传动装置(8)内布置有齿轮副(7)，通过齿轮副(7)对动力的大小及方向进行改变。齿轮副(7)带动旋转装置(6)运动，旋转装置(6)与转向节上端通过联轴器连接，进而带动转向节即转向车轮进行运动。如附图1所示，由于该四轮独立转向系统没有转向横拉杆的限制，因而可实现±90°的转向过程。

参照附图2所示，为基于万向传动结构的线控四轮独立转向系统的动力路线图。其中黑色箭头为动力传动的方向。动力由旋转电机(1)输出，经由减速器(2)、缓冲装置(3)、两个球笼万向节(9)、传动轴(4)、传动装置(8)、齿轮副(7)、旋转装置(6)，最后将转矩作用于转向节使其运动，实现转向功能。由动力传递路线知，转向系统输出受系统参数的变化小，同时，由于球笼万向节(9)具有等速性，轮跳时硬点参数的变化不影响输入转角与车轮转角的线性关系，这增加了控制系统抵抗干扰的能力，提升系统鲁棒性。

参照附图3所示，为基于万向传动结构的线控四轮独立转向系统的传动装置(8)及旋转装置(6)的三维轴测图。传动装置(8)由壳体及齿轮副(7)组成；传动装置(8)的输入端与球笼万向节(9)相连，动力经此输入主动齿轮中。主动齿轮与从动齿轮啮合组成齿轮副(7)；在齿轮副(7)的作用下，动力的大小及方向发生改变，并最终输入旋转装置(6)中。旋转装置(6)串联于从动齿轮处，由从动齿轮带动旋转装置(6)转动。

参照附图4所示，为基于万向传动结构的线控四轮独立转向系统的电路控制图。方向盘转角信号及相关传感器信号传入电子控制单元中，电子控制单元通过计算得到最佳的四轮转向角，分别使四个车轮独立转向。低速时，控制前后轮转角方向异向，使转向动作灵活；高速时，控制前后轮转角方向同向，便于稳定性控制。同时，在相关控制下，该线控四轮独立转向系统可实现斜行、蟹行、原地转向等动作，具有极高的灵活性，适用于城市拥堵的工况下。

Claims (7)

1.一种基于万向传动结构的线控四轮独立转向系统，其组成包括旋转电机(1)、减速器(2)、缓冲装置(3)、传动轴(4)、麦弗逊悬架系统(5)、旋转装置(6)、齿轮副(7)、传动装置(8)及球笼万向节(9)；其特征在于，旋转电机(1)与减速器(2)输入轴通过联轴器连接，减速器(2)的输出轴连接缓冲装置(3)；传动轴(4)两端串联有球笼万向节(9)，该万向传动结构一端与缓冲装置(3)连接，一端连接传动装置(8)；传动装置(8)内部为齿轮副(7)，通过该结构使旋转运动的大小及方向发生改变，并将动力传至旋转装置(6)处；旋转装置(6)与转向节连接，通过该装置带动其旋转；由于该转向系统结构没有传统结构中转向横拉杆的限制，因而可实现转向过程中车轮转角的±90度变化。

2.按照权利要求1所述的基于万向传动结构的线控四轮独立转向系统，其特征在于：所述缓冲装置(3)由橡胶制成，形状为环形；装于轴承座之中，使轴承与轴承座之间柔性连接；该装置用于缓和轮跳时对系统的冲击，同时用于缓和系统工作时的振动。

3.按照权利要求1所述的基于万向传动结构的线控四轮独立转向系统，其特征在于：所述传动装置(8)由壳体及齿轮副(7)组成；传动装置(8)的输入端与球笼万向节(9)相连，动力经此输入主动齿轮中；主动齿轮与从动齿轮啮合组成齿轮副(7)；在齿轮副(7)的作用下，动力的大小及方向发生改变，并最终输入旋转装置(6)中；输入转角与车轮转角的关系为线性关系。

4.按照权利要求1所述的基于万向传动结构的线控四轮独立转向系统，其特征在于：所述旋转装置(6)串联于从动齿轮处；动力传至齿轮副(7)后，由从动齿轮带动旋转装置(6)转动；旋转装置(6)通过球铰与转向节连接；旋转装置(6)的转动带动转向节转动，实现车轮的±90°转角；在这一过程中，旋转装置(6)为施力构件，转向节及其连接的轮毂总成为受力构件。

5.按照权利要求1所述的基于万向传动结构的线控四轮独立转向系统，其特征在于：所述基于万向传动结构的线控四轮独立转向系统的转向过程动力由旋转电机(1)输出，经由减速器(2)，缓冲装置(3)、两个球笼万向节(9)、传动轴(4)、传动装置(8)、齿轮副(7)、旋转装置(6)，最后带动转向节运动，实现转向功能；由动力传递路线知，转向系统输出受系统参数的变化小，同时，由于球笼万向节(9)的等速性，输入转角与车轮转角的线性关系不随定位参数变化而改变，这增加了控制系统抵抗外界干扰的能力，提升系统鲁棒性。

6.按照权利要求1所述的基于万向传动结构的线控四轮独立转向系统，其特征在于：所述基于万向传动结构的线控四轮独立转向系统中，为改善麦弗逊悬架主销倾角较大的情况，将传动装置(8)布置的外移以减小主销内倾角；使行驶的稳定性增加，同时减小轮胎的磨损；较小的主销内倾角亦可减小转向力矩，进而减小电机功率。

7.按照权利要求1所述的基于万向传动结构的线控四轮独立转向系统，其特征在于：所述基于万向传动结构的线控四轮独立转向系统中，方向盘转角信号及相关传感器信号传入电子控制单元中，电子控制单元通过计算得到最佳的四轮转向角，分别使四个车轮独立转向；在相关控制下，该线控四轮独立转向系统同样可实现斜行、蟹行、原地转向等动作。