| 专利名称： | 用于大角度转向轮的轮毂电机驱动汽车的双纵臂式悬架 | ||
| 专利名称(英文)： | For large angle steering wheel hub motor-driven automobile double-trailing arm suspension | ||
| 专利号： | CN201610036593.6 | 申请时间： | 20160120 |
| 公开号： | CN105539042A | 公开时间： | 20160504 |
| 申请人： | 武汉科技大学 | ||
| 申请地址： | 430081 湖北省武汉市青山区建设一路 | ||
| 发明人： | 严运兵; 沈琪; 叶刚; 许小伟; 郑志阳; 陈涛 | ||
| 分类号： | B60G3/20; B60G7/00 | 主分类号： | B60G3/20 |
| 代理机构： | 武汉科皓知识产权代理事务所(特殊普通合伙) 42222 | 代理人： | 温珊姗 |
| 摘要： | 本发明公开了一种用于大角度转向轮的轮毂电机驱动汽车的双纵臂式悬架，包括车轮(1)、轮毂电机(2)、制动系统总成、转向节(5)、上前控制臂(6)、上后控制臂(7)、下前控制臂(8)、下后控制臂(9)、减震器弹簧(10)和减震器阻尼器(11)；上前控制臂(6)、上后控制臂(7)、下前控制臂(8)、下后控制臂(9)的一端分别与转向节(5)相连，另一端分别通过吊耳与车架连接。本发明所述的双纵臂式悬架，通过设置合理的几何参数，巧妙地避开了与车架、车轮之间的干涉，轮胎最大转角可达90°，可实现万向行驶功能；采用本发明的结构，使得前控制臂与后控制臂延长线的虚拟交点构成了虚拟的主销轴线，虚拟的主销轴线靠近轮胎中心平面，使转向时半径不会改变过大、悬架定位参数变化较小。 | ||
| 摘要(英文)： | The invention discloses a steering wheel for large angle of the wheel hub motor-driven automobile double-trailing arm suspension, comprising a wheel (1), wheel hub motor (2), brake system assembly, the knuckle (5), ophoff control arm (6), after the control arm (7), the lower front control arm (8), the rear control arm (9), the shock absorber spring (10) and a shock absorber damper (11); ophoff control arm (6), after the control arm (7), the lower front control arm (8), the rear control arm (9) are respectively connected with one end of the steering knuckle (5) is connected, the other ends are respectively connected through the lug and the frame. The invention relates to a double vertical arm type suspension, through setting up the reasonable geometric parameter, skillfully evite with the frame, the interference between the wheel, tire the maximum turning angle can be up to 90 °, the universal driving function can be realized; adopt the structure of this invention, the front control arm and the control arm of the virtual intersection of the extension line of the virtual a kingpin axis a, to virtual a kingpin axis to the central plane of the tire, so that the steering will not change too large radius, suspension location parameter change is small. | ||
1.用于大角度转向轮的轮毂电机驱动汽车的双纵臂式悬架，其特征在 于：包括车轮(1)、轮毂电机(2)、制动系统总成、转向节(5)、上前控制臂 (6)、上后控制臂(7)、下前控制臂(8)、下后控制臂(9)、减震器弹簧(10) 和减震器阻尼器(11)； 所述制动系统总成和转向节(5)均与轮毂电机(2)的输出轴相连； 上前控制臂(6)、上后控制臂(7)、下前控制臂(8)、下后控制臂(9)的 一端分别与转向节(5)相连，另一端分别通过吊耳与车架连接；上前控制臂 (6)、上后控制臂(7)、下前控制臂(8)、下后控制臂(9)为四根单独控制的 连杆式控制臂，所述上前控制臂(6)、上后控制臂(7)和车架、转向节(5) 构成一个自由度为1的全铰四杆机构，所述下前控制臂(8)、下后控制臂(9) 和车架、转向节(5)构成一个自由度为1的全铰四杆机构；上前控制臂(6) 与上后控制臂(7)的延长线交于一虚拟铰接点，下前控制臂(8)与下后控制 臂(9)的延长线交于另一虚拟铰接点，两个虚拟铰接点的连线构成虚拟的主 销； 所述减震器弹簧(10)套装在减震器阻尼器(11)上，构成减震器总成， 减震器总成一端安装在转向节(5)上，另一端安装于车架上。
2.如权利要求1所述的双纵臂式悬架，其特征在于：所述上前控制臂 (6)、上后控制臂(7)、下前控制臂(8)、下后控制臂(9)，由钢管、螺纹杆 (13)和杆端关节轴承(12)组成，两螺纹杆(13)一侧与钢管相连，两螺纹杆 (13)另一侧设置有杆端关节轴承(12)，杆端关节轴承(12)上套有紧固螺母 (15)。
3.如权利要求1所述的双纵臂式悬架，其特征在于：上前控制臂(6)、 上后控制臂(7)、下前控制臂(8)、下后控制臂(9)与转向节(5)连接端的紧 固螺栓(16)上还设置有锥形垫片(17)。
1.用于大角度转向轮的轮毂电机驱动汽车的双纵臂式悬架，其特征在 于：包括车轮(1)、轮毂电机(2)、制动系统总成、转向节(5)、上前控制臂 (6)、上后控制臂(7)、下前控制臂(8)、下后控制臂(9)、减震器弹簧(10) 和减震器阻尼器(11)； 所述制动系统总成和转向节(5)均与轮毂电机(2)的输出轴相连； 上前控制臂(6)、上后控制臂(7)、下前控制臂(8)、下后控制臂(9)的 一端分别与转向节(5)相连，另一端分别通过吊耳与车架连接；上前控制臂 (6)、上后控制臂(7)、下前控制臂(8)、下后控制臂(9)为四根单独控制的 连杆式控制臂，所述上前控制臂(6)、上后控制臂(7)和车架、转向节(5) 构成一个自由度为1的全铰四杆机构，所述下前控制臂(8)、下后控制臂(9) 和车架、转向节(5)构成一个自由度为1的全铰四杆机构；上前控制臂(6) 与上后控制臂(7)的延长线交于一虚拟铰接点，下前控制臂(8)与下后控制 臂(9)的延长线交于另一虚拟铰接点，两个虚拟铰接点的连线构成虚拟的主 销； 所述减震器弹簧(10)套装在减震器阻尼器(11)上，构成减震器总成， 减震器总成一端安装在转向节(5)上，另一端安装于车架上。
2.如权利要求1所述的双纵臂式悬架，其特征在于：所述上前控制臂 (6)、上后控制臂(7)、下前控制臂(8)、下后控制臂(9)，由钢管、螺纹杆 (13)和杆端关节轴承(12)组成，两螺纹杆(13)一侧与钢管相连，两螺纹杆 (13)另一侧设置有杆端关节轴承(12)，杆端关节轴承(12)上套有紧固螺母 (15)。
3.如权利要求1所述的双纵臂式悬架，其特征在于：上前控制臂(6)、 上后控制臂(7)、下前控制臂(8)、下后控制臂(9)与转向节(5)连接端的紧 固螺栓(16)上还设置有锥形垫片(17)。
翻译：技术领域
本发明涉及电动汽车技术领域，具体来说涉及一种用于大角度转向轮 的轮毂电机驱动汽车的双纵臂式悬架。
背景技术
能源短缺、环境污染、气候变暖是全球汽车和能源产业面临的共同挑 战，节能与新能源汽车已成为各个国家汽车工业未来的发展方向，而电动 汽车作为未来发展的主要方向之一，受到各个国家的高度重视，其中以轮 毂电机直接驱动的电动汽车是电动汽车技术中最具发展潜力的。
轮毂电机驱动技术巧妙地将动力、传动和制动功能整合于轮辋中，但 由于上述结构占用了轮内空间，导致了传统汽车悬架转向节无法布置，减 震器、弹簧与电机干涉，如果为了保留传统汽车悬架结构，将整个悬架系 统向车辆内侧平移，则主销偏距会增大，造成车辆转向时转弯半径变化偏 大、车辆跳动时四轮定位参数变化偏大等带来的一系列不良影响。
另一方面，一般汽车转向时轮胎的最大转角在30°到40°之间，由于 不能实现大的转向角，在复杂狭窄的道路工况下难以灵活移动与行驶。
专利号为201420659879.6的实用新型专利提及了一种轮毂电机驱动 电动车的多节臂悬架，但由于上控制臂的存在，不适用于转向轮。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术存在的不足，提供一种用于大角度转向 轮的轮毂电机驱动汽车的双纵臂式悬架，转向时两根控制臂形成的虚拟铰 接点会随之变化，使轮胎转动时绕的轴时刻变化，减小主销偏距，减少轮 胎的磨损；同时，本发明配合特定的转向结构，可实现电动汽车的大角度 转向而不干涉。
本发明用于大角度转向轮的轮毂电机驱动汽车的双纵臂式悬架，包括 车轮1、轮毂电机2、制动系统总成、转向节5、上前控制臂6、上后控制 臂7、下前控制臂8、下后控制臂9、减震器弹簧10和减震器阻尼器11；
所述制动系统总成和转向节5均与轮毂电机2的输出轴相连；
上前控制臂6、上后控制臂7、下前控制臂8、下后控制臂9的一端分 别与转向节5相连，另一端分别通过吊耳与车架连接；上前控制臂6、上 后控制臂7、下前控制臂8、下后控制臂9为四根单独控制的连杆式控制臂， 所述上前控制臂6、上后控制臂7和车架、转向节5构成一个自由度为1 的全铰四杆机构，所述下前控制臂8、下后控制臂9和车架、转向节5构 成一个自由度为1的全铰四杆机构；上前控制臂6与上后控制臂7的延长 线交于一虚拟铰接点，下前控制臂8与下后控制臂9的延长线交于另一虚 拟铰接点，两个虚拟铰接点的连线构成虚拟的主销；
所述减震器弹簧10套装在减震器阻尼器11上，构成减震器总成，减 震器总成一端安装在转向节5上，另一端安装于车架上。
所述上前控制臂6、上后控制臂7、下前控制臂8、下后控制臂9，由 钢管、螺纹杆13和杆端关节轴承12组成，两螺纹杆13一侧与钢管相连， 两螺纹杆13另一侧设置有杆端关节轴承12，杆端关节轴承12上套有紧固 螺母15。
上前控制臂6、上后控制臂7、下前控制臂8、下后控制臂9与转向节 5连接端的紧固螺栓16上还设置有锥形垫片17。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
1、本发明双纵臂式悬架，通过设置合理的几何参数，巧妙地避开了与 车架、车轮之间的干涉，可实现万向行驶功能；
2、本发明双纵臂式悬架，由于上前控制臂、上后控制臂、下前控制臂、 下后控制臂两端各安装有杆端关节轴承，与转向节、车架采用球面副连接， 上前控制臂、上后控制臂与转向节、车架构成一个全铰四杆机构，具有一 个自由度；同理，下前控制臂、下后控制臂与转向节、车架也构成一个全 铰四杆机构。采用这样的结构，使得前控制臂与后控制臂延长线的虚拟交 点构成了虚拟的主销轴线，虚拟的主销轴线靠近轮胎中心平面，使转向时 转向半径不会改变过大、悬架定位参数变化较小等。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图；
图2为本发明的俯视图；
图3为本发明的拆分示意图；
图4为本发明大角度转向时车轮中心运动轨迹；
图5为现有技术双纵臂式悬架应用于轮毂电机驱动的电动车上时的大 角度转向时车轮中心运动轨迹。
图中，1为车轮，2为轮毂电机，3为制动盘，4为制动卡钳，5为转 向节，6为上前控制臂，7为上后控制臂，8为下前控制臂，9为下后控制 臂，10为减震器弹簧，11为减震器阻尼器，12为杆端关节轴承，13为螺 纹杆，14为转向节臂安装耳，15为紧固螺母，16为紧固螺栓，17为锥形 垫片。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行进一步说明。如图1-图5所示，用于大角 度转向轮的轮毂电机驱动汽车的双纵臂式悬架，包括车轮1、轮毂电机2、 制动系统总成、转向节5、上前控制臂6、上后控制臂7、下前控制臂8、 下后控制臂9、减震器弹簧10、减震器阻尼器11、杆端关节轴承12和螺 纹杆13。
本实施例中制动系统总成包括制动盘3和制动卡钳4，但不限于此种盘 式制动，也可为鼓式制动。
所述的上前控制臂6、上后控制臂7、下前控制臂8、下后控制臂9，是 将钢管与一小段螺纹杆13焊接在一起，再将杆端关节轴承12套上紧固螺 母15后旋入螺纹杆13中，钢管两端均采用此方式处理，控制臂一端用紧 固螺栓16安装在转向节5的转向节臂安装耳14上，并且为了使车轮1可 以达到一定的跳动量，采取了在安装孔间垫入锥形垫片17的方式，控制臂 另一端用同样的方式安装在吊耳上，吊耳焊接于车架上。四只控制臂均采 用这样的安装方式。减震器弹簧10套在减震器阻尼器11上，减震器阻尼 器11一端固定在转向节5上，另一端固定在车架的吊耳上。
本发明巧妙地应用了全铰四杆机构自由度为1的特性。现结合图4加以 说明。上前控制臂AB、上后控制臂CD与转向节BC、车架AD构成一个四杆 机构，这里四根杆的长度均不变，由于车架为固定件，故该四杆机构有3 根杆为活动构件，又因为杆与杆之间采用杆端关节轴承连接，所以各构件 间共构成了4个低副和0个高副，于是此四杆机构的自由度为：
F＝3×3-2×4-0＝1
同理，下前控制臂8、下后控制臂9与转向节5、车架也构成一个自由度为 1的全铰四杆机构。这个自由度为1的四杆机构在具有一个原动件时可以 获得确定的运动。上前控制臂AB、上后控制臂CD与转向节BC、车架AD的 长度关系满足：
DC+AD＞AB+BC
DC-AD＜AB+BC
且封闭回路ABCD满足矢量方程：
满足上述关系，即可实现车轮的大角度转向而不与车轮、车架干涉。一般 汽车转向时轮胎的最大转角在30°到40°之间，而本发明可实现轮胎最大 转向角为90°，如图4所示。
可以模拟出当车轮大角度转向时，车轮中心点运动时产生的轨迹，如图 4所示；直接将现有双纵臂式悬架应用于轮毂电机驱动电动车上，当车轮 大角度转向时，车轮中心点的运动轨迹如图5所示。通过比较图4和图5， 可以发现，图4所示的车轮中心运动范围远远小于图5所示的车轮中心运 动范围。
进一步，上前控制臂6与上后控制臂7的延长线形成了虚拟的铰接点， 下前控制臂8与下后控制臂9的延长线也形成了虚拟的铰接点，两个虚拟 铰接点的连线即为虚拟的主销，与直接应用现有双纵臂式悬架相比，本发 明的主销更靠近车轮中心面，大大减小了主销偏距，即本发明所采用的悬 架，运用于轮毂电机驱动电动车时，能有效地减少轮胎磨损，转向时转向 半径不会改变过大，主销偏距的减小使得车轮在跳动时悬架定位参数变化 较小等。
上述对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应 用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以很容易地对这些实施例做出各 种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性 的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明 的揭示，对于本发明做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。
