一种转向机构与悬架集成的线控转向装置及汽车

摘要

本发明公开了一种转向机构与悬架集成的线控转向装置，包括：转向电机；减速机构，其连接所述转向电机的输出端；滑柱轴，其连接所述减速机构；滑柱轴套筒，其与所述滑柱轴通过滑动旋转衬套配合安装，使所述滑柱轴与所述滑柱轴套能够沿轴向相对滑动并且沿径向同时转动；其中，所述滑柱轴套筒的下端外部与车轮的轮毂电机外壳通过转向节连接，使所述轮毂电机与所述滑柱轴同步转动。本发明公开了一种汽车。本发明在设计上能够达到汽车整车性能要求，特别是为大型重载汽车采用线控转向提供更好的方案，具有结构简单，占用空间小、技术实现容易，同时方便与整车实现集成的优点。

权利要求

1.一种转向机构与悬架集成的线控转向装置，其特征在于，包括：转向电机；以及

减速机构，其连接所述转向电机的输出端；

减振器滑柱轴，其通过万向节连接所述减速机构，并且所述减振器滑动轴上沿轴向方向设置多个第一滑动槽；

减振器套筒，其上部一段长度内设置内环，所述内环和减振器套筒内壁之间设置轴向循环轨道；所述内环沿着轴向设置多个第二滑动槽；

滚珠，其设置在所述循环轨道内，能够在所述循环轨道中滚动，并且所述滚珠能够部分凸出所述第二滑动槽；

所述减振器滑柱轴穿过到所述内环，所述第一滑动槽和所述第二滑动槽位置一一对应形成容纳空间，所述滚珠凸出所述第二滑动槽的部分位于所述第一滑动槽内；

所述减振器套筒的下端与转向节连接；

其中，通过滚珠在所述容纳空间的滚动使所述减振器滑柱轴能够相对于所述减振器套筒沿轴向滑动，并且当所述减振器滑柱轴旋转时，能够带动所述减振器套筒旋转。

2.如权利要求1所述的转向机构与悬架集成的线控转向装置，其特征在于，所述减速机构包括：蜗杆，其与所述转向电机的输出端相连；

涡轮，其与所述蜗杆相配合；

传动轴，其与所述涡轮相连接，并且所述蜗杆与所述滑柱轴通过万向节相连。

3.如权利要求1或2所述的转向机构与悬架集成的线控转向装置，其特征在于，还包括；

连接板总成，其与车体固定连接；

螺旋弹簧，其上端通过螺旋弹簧上托盘支撑在所述连接板总成上，下端通过螺旋弹簧下托盘支撑在所述减振器套筒上。

4.如权利要求3所述的转向机构与悬架集成的线控转向装置，其特征在于，所述螺旋弹簧下托盘通过所述减振器套筒外部的轴肩支撑在所述减振器套筒上。

5.如权利要求4所述的转向机构与悬架集成的线控转向装置，其特征在于，还包括：密封塞，其分别设置在所述减振器套筒的两端。

6.如权利要求5所述的转向机构与悬架集成的线控转向装置，其特征在于，还包括：缓冲块，其安装在所述螺旋弹簧上托盘内部；以及防尘罩，其安装在所述缓冲块与所述密封塞之间。

7.如权利要求6所述的转向机构与悬架集成的线控转向装置，其特征在于，还包括：滚珠保持架，其安装在所述内环与所述减振器套筒内壁之间，并且通过锁止环与所述减振器套筒连接，所述滚珠保持架上有滚珠通槽；

滑动限位块，其可拆卸的固定在所述滑柱轴下端。

8.如权利要求7所述的转向机构与悬架集成的线控转向装置，其特征在于，所述转向节下部设置端盖，其通过螺钉与所述滑柱轴套筒下部的密封塞连接。

9.如权利要求1、2、4-8中任一项所述的转向机构与悬架集成的线控转向装置，其特征在于，还包括：悬架下摆臂，其通过球头销与轮毂电机的电机壳上的球头销支座连接。

10.一种汽车，其特征在于，包括使用如权利要求1-9所述的转向机构与悬架集成的线控转向装置。

说明书

一种转向机构与悬架集成的线控转向装置及汽车

技术领域

[0001] 本发明涉及汽车线控转向领域，具体涉及一种转向机构与悬架集成的线控转向装置及汽车。

背景技术

[0002] 线控转向源于1972年应用在航天科技上的电传操纵系统，随着电子技术、计算机技术的不断发展，各大汽车公司纷纷展开线控转向技术的研究。在欧洲，1998年，德国ZF公司进行了线控转向系统的研发，Fiat、Volvo、Daimler-Chrysler和Ford Europe等汽车公司和Vienna、Chalmers等大学联合发起的“Brite-Eu Ram‘X-by-wire’计划”，致力于对线控转向系统实现性、可靠性和安全性的研究。

[0003] 在亚洲，日本丰田公司于2010年推出了FT-EVⅡ线控转向概念车，此款概念车通过旋钮和按键实现对车辆转向、加速及制动的控制；2015年，英菲尼迪推出了全球首款采用线控转向的量产车型——Q50；目前英菲尼迪Q50全系车型均配备了DAS线控转向技术。

[0004] 为避免电子系统失灵而导致方向盘无法实现转向，英菲尼迪为Q50的转向传动部分保留了机械传动件，中间有一个常开离合器，断电的时候才会自动合上，所以就算DAS系统失灵，驾驶者也能正常驾驶车辆。

[0005] 国内线控转向技术的研究始于上世纪90年代。近年，随着国家电动汽车2025计划的实施，东风、一汽、长安、吉利、广汽等汽车集团和有雄厚实力的研究机构纷纷展开了线控转向系统及其相关的研究工作，各零部件厂商也开始配合整车厂对汽车智能化控制零部件技术进行研究。

[0006] 线控转向系统取消了传统的机械式转向装置，转向器与转向柱之间无机械连接。整个系统主要由转向盘位置传感器、路感模拟电机、转向执行机构、转向ECU、车轮转角传感器以及自动防故障系统、电源等辅助系统组成。

[0007] 当前线控转向机构多是在传统转向机构的基础上增加了线控转向装置，这种线控转向方式一方面增加了线控结构的复杂程度，另一方面使得增加线控转向装置后占用了更大的底盘空间。值得一提的是，这种在传统转向装置基础上衍生出来的线控转向装置仍然没有将左右转向轮的转角解耦，也就不能实现每个车轮转角的独立自由控制。这正是限制车辆转向灵活性的一个原因。

[0008] 近年围绕汽车节能、环保和安全的主题日益受到政府以及各大汽车厂商们的关注。混合动力电动汽车(HEV)、燃料电池电动汽车(FCEV)、尤其是轮毂电机驱动的纯电动汽车等新型电动汽车的逐步推广应用为线控转向系统的应用带来了广阔的应用前景。

发明内容

[0009] 基于现有技术中的技术问题，本发明设计开发了一种转向机构与悬架集成的线控转向装置。本发明的发明目的是解决重载车辆传统转向机构占用空间大，转向轴滑动摩擦大以及转向轻便性与灵敏性不可兼顾的问题。

[0010] 本发明还设计开发了一种汽车。本发明的发明目的是解决重载车辆传统转向机构占用空间大的问题。

[0011] 本发明提供的技术方案为：

[0012] 一种转向机构与悬架集成的线控转向装置，包括：

[0013] 转向电机；以及

[0014] 减速机构，其连接所述转向电机的输出端；

[0015] 减振器滑柱轴，其通过万向节连接所述减速机构，并且所述减振器滑动轴上沿轴向方向设置多个第一滑动槽；

[0016] 减振器套筒，其上部一段长度内设置内环，所述内环和减振器套筒内壁之间设置轴向循环轨道；所述内环沿着轴向设置多个第二滑动槽；

[0017] 滚珠，其设置在所述循环轨道内，能够在所述循环轨道中滚动，并且所述滚珠能够部分凸出所述第二滑动槽；

[0018] 所述减振器滑柱轴穿过到所述内环，所述第一滑动槽和所述第二滑动槽位置一一对应形成容纳空间，所述滚珠凸出所述第二滑动槽的部分位于所述第一滑动槽内；

[0019] 所述减振器套筒的下端与转向节连接；

[0020] 其中，通过滚珠在所述容纳空间的滚动使所述减振器滑柱轴能够相对于所述减振器套筒沿轴向滑动，并且当所述减振器滑柱轴旋转时，能够带动所述减振器套筒旋转。

[0021] 优选的是，所述减速机构包括：

[0022] 蜗杆，其与所述转向电机的输出端相连；

[0023] 涡轮，其与所述蜗杆相配合；

[0024] 传动轴，其与所述涡轮相连接，并且所述蜗杆与所述滑柱轴通过万向节相连。

[0025] 优选的是，还包括；

[0026] 连接板总成，其与车体固定连接；

[0027] 螺旋弹簧，其上端通过螺旋弹簧上托盘支撑在所述连接板总成上，下端通过螺旋弹簧下托盘支撑在所述减振器套筒上。

[0028] 优选的是，所述螺旋弹簧下托盘通过所述减振器套筒外部的轴肩支撑在所述减振器套筒上。

[0029] 优选的是，还包括：密封塞，其分别设置在所述减振器套筒的两端。

[0030] 优选的是，还包括：缓冲块，其安装在所述螺旋弹簧上托盘内部；以及[0031] 防尘罩，其安装在所述缓冲块与所述密封塞之间。

[0032] 优选的是，还包括：

[0033] 滚珠保持架，其安装在所述内环与所述减振器套筒内壁之间，并且通过锁止环与所述减振器套筒连接，所述滚珠保持架上有滚珠通槽；

[0034] 滑动限位块，其可拆卸的固定在所述滑柱轴下端。

[0035] 优选的是，所述转向节下部设置端盖，其通过螺钉与所述滑柱轴套筒下部的密封塞连接。

[0036] 优选的是，还包括：悬架下摆臂，其通过球头销与轮毂电机的电机壳上的球头销支座连接。

[0037] 一种汽车，包括使用所述的转向机构与悬架集成的线控转向装置。

[0038] 本发明与现有技术相比较所具有的有益效果：

[0039] 1、本发明所述的转向机构与悬架集成的线控转向装置通过对转向机构和悬架的集成实现了汽车的线控转向技术，解决了汽车的转向机构与悬架的一体化集成问题；

[0040] 2、本发明所述的转向机构与悬架集成的线控转向装置，通过对转向机构和悬架的集成，实现了转向轮转向的单独控制，将车轮之间的转向解耦，使得转向轻便性和灵活性更好实现；

[0041] 3、本发明所述的转向机构与悬架集成的线控转向装置，通过采用蜗轮蜗杆减速器对转向电机进行输出增扭，实现了重载车辆的线控转向，充分满足车辆行驶和原地转向时的转向力需求。

附图说明

[0042] 图1为本发明所述转向机构与悬架集成的线控转向装置的主视图。

[0043] 图2为本发明所述转向机构与悬架集成的线控转向装置的滑柱轴主视图。

[0044] 图3为本发明所述转向机构与悬架集成的线控转向装置的滑柱轴左视图。

[0045] 图4为本发明所述转向机构与悬架集成的线控转向装置的滑柱轴套筒主视图。

[0046] 图5为本发明所述转向机构与悬架集成的线控转向装置的滑柱轴套筒左视图。

[0047] 图6为本发明所述转向机构与悬架集成的线控转向装置滑动旋转衬套的主视图。

[0048] 图7为本发明所述转向机构与悬架集成的线控转向装置的滑动旋转衬套的剖视图。

[0049] 图8为本发明所述转向机构与悬架集成的线控转向装置的滑动旋转衬套的轴视图。

[0050] 图9为本发明所述转向机构与悬架集成的线控转向装置的连接板总成及隔振块总成剖视图。

具体实施方式

[0051] 下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

[0052] 与电动助力转向相比，本发明装置省去了复杂的转向助力机构或液压控制单元，结构更加简单，转向控制器的信号驱动转向电机转动，经过与转向电机输出端相连的蜗轮蜗杆机构的减速后，蜗轮通过万向节带动滑柱总成转动，从而带动转向节转动，实现车轮独立转向控制。解决了传统转向机构占用空间大、需要转向助力的问题。本发明在设计上能够达到汽车整车性能要求，特别是为大型重载汽车采用线控转向提供更好的方案，具有结构简单，占用空间小、技术实现容易，同时方便与整车实现集成的优点。

[0053] 本发明装置包括：车轮20、转向电机1、蜗轮蜗杆减速机构、万向节27、螺旋弹簧7、滑柱总成、转向节15、球头销18和下横臂16；其中，蜗轮蜗杆减速机构包括蜗杆31和蜗轮30；滑柱总成包括滑柱轴25、滑柱轴套筒12、滑动旋转衬套和限位块13。

[0054] 本发明还包括一种汽车，使用本发明的转向机构与悬架集成的装置进行转向。

[0055] 如图1所示，为实现上述功能，本发明提供了一种汽车线控转向集成装置。本发明所述的集成装置是指将悬架与转向机构集成于一体的装置。装置采用麦弗逊式悬架结构，滑柱轴套筒12和下摆臂16分别与轮毂电机定子上的安装点连接，替代传统转向系统中的转向节。线控转向电机1与蜗轮蜗杆减速器30、31相连接，蜗轮30通过万向节27与滑柱结构的滑柱轴25相连。滑柱轴25与滑柱轴套筒12采用滑动旋转衬套结构配合，实现滑柱轴25与滑柱轴套筒12在沿轴向相对滑动的同时也能沿径向一同转动，从而带动车轮20转向。

[0056] 转向电机1的输出端是蜗杆31，蜗轮30通过传动轴28与万向节27连接并将扭矩传给万向节27；万向节27通过平键与滑柱轴25顶部连接，用以传递蜗轮30到滑柱轴25的扭矩；螺旋弹簧7的上部通过螺旋弹簧上托盘4支撑在连接板总成2上，而连接板总成2是与车体固定连接的。螺旋弹簧上托盘4内有前缓冲块5，缓冲块5与滑柱轴套筒上密封塞8之间有一个防尘罩6；螺旋弹簧7通过螺旋弹簧下托盘11支撑在滑柱轴套筒12上面，螺旋弹簧下托盘11通过滑柱轴套筒外部的轴肩支撑在滑柱轴套筒12上。

[0057] 滑柱总成机构由滑柱轴25、滑柱轴套筒12、限位块13以及滑动旋转衬套组成。其中所述滑动旋转衬套外筒和所述滑柱轴套筒12的上部做成一体；滑柱轴套筒12和滑柱轴25之间有一个滚珠保持架10，其上有滚珠通槽；滑柱轴套筒12内壁上有引导滚珠滚动的滚珠循环轨道；滑柱轴25沿轴向开有滚珠滑动槽，保证滑柱轴25滑动和滚动时钢球的正常滚动；通过滚珠9在滚珠滑动槽和滚珠循环轨道内的配合作为着力点，使滑柱轴25转动的同时带动滑柱轴套筒12一起转动，并且通过滚珠9在滑柱轴25沿轴向的滚珠滑动槽和滑柱轴套筒12的滚珠循环轨道内的滚动，使滑柱轴25与滑柱轴套筒12之间实现相对滑动，并且有效的减少滑柱轴25与滑柱轴套筒12的摩擦力，提高滑柱轴25与滑柱轴套筒12的使用寿命。同时，所述滑柱轴25下端带有滑动限位块13，限位块13通过限位块螺母14与滑柱轴25连接在一起，避免滑柱轴25行程过大时脱离滑动旋转衬套；其中所述的保持架10通过上下各一个锁止环24与滑柱轴套筒12连接，避免保持架10的轴向滑动；滑柱轴套筒12下端外表面有花键，通过花键与电机壳外部的转向节15连接，并一同转动。

[0058] 滑柱轴套筒12最下面是密封塞23，通过外螺纹与滑柱轴套筒12连接，用来密封滑柱轴套筒12下部。转向节15下部有一个端盖21，通过螺钉22与滑柱轴套筒下部的密封塞23连接，用于限制滑柱轴套筒12与转向节15之间的轴向移动。滑柱轴套筒12上部也有一个通过螺纹连接的密封塞8，用于滑柱轴25和滑柱轴套筒12上部的密封。

[0059] 悬架下摆臂16通过球头销18与电机壳上的球头销支座19连接，实现车轮20上下跳动及沿主销的转动。

[0060] 本发明还提供了一种汽车，使用本发明所述的线控转向装置进行汽车转向。

[0061] 实施例

[0062] 下面再结合附图1～9对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书能够据以实施。

[0063] 如附图1所示，本发明所述的转向机构与悬架集成的线控转向装置采用麦弗逊式悬架结构，线控转向电机1与蜗轮蜗杆减速器30、31相连接，蜗轮30通过传动轴28与万向节27连接并将扭矩传给万向节27；万向节27通过平键与滑柱轴25顶部连接，用以传递蜗轮30到滑柱轴25的扭矩；螺旋弹簧7的上部通过螺旋弹簧上托盘4支撑在连接板总成2上，而连接板总成2是与车体通过螺栓固定连接的。螺旋弹簧上托盘4内有前缓冲块5，前缓冲块5与滑柱轴套筒上密封塞8之间有一个防尘罩6；螺旋弹簧7通过螺旋弹簧下托盘11支撑在滑柱轴套筒12上面，螺旋弹簧下托盘11通过滑柱轴套筒外部的轴肩支撑在滑柱轴套筒12上。滑柱总成机构由滑柱轴25、滑柱轴套筒12以及滑动旋转衬套组成；其中所述滑动旋转衬套外筒和所述滑柱轴套筒12的上部做成一体；滑柱轴套筒12和滑柱轴25之间有一个滚珠保持架
10，其上有滚珠通槽；滑柱轴套筒12内壁上有引导滚珠滚动的循环轨道；滑柱轴25沿轴向开有滚珠滑动槽，保证滑柱轴25滑动和滚动时钢球的正常滚动。通过滚珠9在滚珠滑动槽和滚珠循环轨道内的配合作为着力点，使滑柱轴25转动的同时带动滑柱轴套筒12一起转动，并且通过滚珠9在滑柱轴25沿轴向的滚珠滑动槽和滑柱轴套筒12的滚珠循环轨道内的滚动，使滑柱轴25与滑柱轴套筒12之间实现相对滑动，并且有效的减少滑柱轴25与滑柱轴套筒12的摩擦力，提高滑柱轴25与滑柱轴套筒12的使用寿命。同时，所述滑柱轴25下端带有滑动限位块13，限位块13通过限位块螺母14与滑柱轴25连接在一起，避免滑柱轴25行程过大时脱离滑动旋转衬套；其中所述的保持架10通过上下各一个锁止环24与滑柱轴套筒12连接，避免保持架10的轴向滑动；滑柱轴套筒12下端外表面有花键，通过花键与电机壳外部的转向节15连接，并一同转动。悬架下摆臂16通过球头销18与电机壳上的球头销支座19连接。

[0064] 如附图2、图3所示为本发明的滑柱轴25结构部分，滑柱轴25右端是键槽结构，跟万向节27的键槽连接；同时右端有一段螺纹，是滑柱轴25与车体连接总成2连接螺母的配合螺纹，用于滑柱轴25与车体的轴向固定；滑柱轴中间的轴肩用于轴向固定时的定位；轴肩左端通体开有滚珠槽，开槽数目与滑动旋转衬套上的滚子槽数相同；最左端是滑柱轴限位块螺母14连接螺纹。

[0065] 如附图4、图5所示为本发明的滑柱轴套筒12结构部分，滑柱轴套筒右端与滑动旋转衬套的外筒部分做成一体，并且内壁上有滚珠滑道和保持架10的锁止环24开槽；滑柱轴套筒12的右端口是上密封塞8连接螺纹，右边第一个轴肩是螺旋弹簧下托盘11的支撑轴肩；最左边的轴肩是滑柱轴套筒12与转向节15的支撑轴肩；滑柱轴套筒12左端口也是一个螺纹孔结构，通过螺纹与滑柱轴套筒下密封23上的外螺纹连接。滑动旋转衬套A的具体结构图如图6。

[0066] 如图6所示，滚珠在滑柱轴套筒12端部的轨道沿着套筒的圆周方向呈圆弧形，使得滚珠在槽内循环且不影响滑柱轴的轴向运动。

[0067] 如附图6、图7、图8所示为滑柱轴套筒12上部滑动旋转衬套的结构部分，滑动旋转衬套装置的外筒结构12a与滑柱轴套筒做成一体；滚珠9沿着滚珠槽滚动；滚珠保持架10上有滚珠保持通槽；保持架锁止环24用于保持架10和滚珠9的轴向固定和锁止。通过滚珠9在滚珠滑动槽和滚珠循环轨道内的配合作为着力点，使滑柱轴25转动的同时带动滑柱轴套筒12一起转动，并且通过滚珠9在滑柱轴25沿轴向的滚珠滑动槽和滑柱轴套筒12的滚珠循环轨道内的滚动，使滑柱轴25与滑柱轴套筒12之间实现相对滑动，并且有效的减少滑柱轴25与滑柱轴套筒12的摩擦力，提高滑柱轴25与滑柱轴套筒12的使用寿命。

[0068] 如附图9所示为连接板总成2及隔振块总成装置3的剖视图结构，上部的滑柱轴螺母26用于滑柱轴25相对于连接板总成2的轴向固定，连接板总成2与车体通过螺栓固定，隔振块总成3带有一个平面轴承，使得滑柱轴25和滑柱轴上托盘4能够相对于隔振块总成3转动。

[0069] 具体工作方式

[0070] 下面结合附图1对本发明工作过程进行详细描述：

[0071] 如图1所示，本发明所述转向机构与悬架集成的线控转向装置整体上是将转向机构和悬架集成到一起的，并通过变形的转向节15与车轮20连接。转向电机1转动后，通过蜗杆31带动蜗轮30转动，蜗轮30通过传动轴28带动万向节27转动，万向节27通过平键带动滑柱轴25转动，滑柱轴25通过滑动旋转衬套带动滑柱轴套筒12转动，滑柱轴套筒12通过其下部的外花键与转向节15相连，将扭矩传给转向节臂，从而驱动车轮20转动。当车轮20上下跳动时，车轮20通过球头销18可以实现相对于下摆臂16的转动；车轮20上跳，螺旋弹簧7压缩，滑柱轴25相对滑柱轴套筒12向下滑动，反之则向上滑动。

[0072] 尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。