专利名称：拉索传动三连杆悬架线控独立转向系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及线控转向车辆领域，特别涉及一种采用拉索传动、用于三连杆悬架的线控独立转向系统。
背景技术：
传统转向系统通过转向机构将驾驶员操纵方向盘的转向动作传给转向车轮，同时转向梯形机构保证转向时内外轮转角之间一定的函数关系。线控独立转向系统用控制信号代替方向盘与转向车轮之间原有的机械连接，由各自的控制信号独立地控制内外轮的转向动作。线控独立转向系统的优势在于，通过计算机控制，可以实现各个转向轮独立转向，进而改善汽车的机动性和操纵稳定性。该系统主要由方向盘总成、转向执行总成和主控制器组成。方向盘总成将驾驶员的转向意图转换成数字信号，传递给主控制器；同时接受主控制器送来的力矩信号，产生方向盘回正力矩，以提供路感信息；转向执行机构接受主控制器的命令，控制转向车轮转动，实现驾驶员的转向意图。三连杆独立悬架因其优异的性能而广泛用于现代汽车中，将线控转向系统应用于此种悬架将进一步改善汽车的操纵稳定性，形成三连杆悬架线控独立转向系统的技术平台。机电一体化线控独立转向机构系统结构方案及其控制策略是实现这一技术平台的关键技术。
实用新型内容本实用新型所要解决的技术问题是要提出基于拉索传动的三连杆悬架线控独立转向系统，具有车轮独立转向角度范围大、结构紧凑、工作可靠、装配方便、成本低廉。
·[0005]为了解决以上的技术问题，本实用新型提供了一种拉索传动三连杆悬架线控独立转向系统，包括车轮及车轴、主销、悬架连杆导向机构、转向电机及减速器和拉索传动机构，所述主销为双主销结构，即主主销和副主销；所述拉索传动机构通过采用两根拉索、两个拉索带轮和两根软管的形式，其中一个拉索带轮固联在主主销上，传递转向电机及其减速器的动力，实现车轮转向。所述双主销结构，主主销两端各有一个转动铰，主主销通过这两个转动铰与悬架连杆导向机构中的副主销铰接。所述拉索传动机构的两根拉索分别穿过软管，并固定在拉索带轮轮槽内，软管两端分别通过软管卡箍固定在副主销和车架上，传递转向动力，通过闭环控制方法补偿拉索弹性变形带来的附加转向，使车轮上下跳动时所引起的附加转向足够微小，消除附加转向。转向电机及减速器包括转向电机和电机减速器组成；拉索传动机构包括两根拉索、两个拉索带轮、两根软管和四个软管卡箍。其中，车轮与车轴联接，车轴与主主销固联，主主销两端分别各有一个转动铰，主主销通过转动铰与悬架连杆导向机构中的副主销铰接；三个铰固联在副主销，这些铰为球铰，或为转动铰，即副主销通过这三个铰与三根连杆一端相铰接；该三根连杆的另一端也是分别通过三个铰与车架相铰接，组成双主销结构的三连杆转向悬架机构系统，该机构系统满足两个自由度要求，即:一个是主主销轴线的转动自由度，即车轮转向；另一个是悬架连杆导向机构的上下跳动自由度，即车轮的上下跳动。这里以具有四个球铰和两个转动铰的悬架连杆导向机构为例:分为三种情况，第一种是副主销上具有三个球铰，即副主销通过三个球铰分别与三根连杆的一端相铰接；三根连杆中的一根连杆的另一端通过球铰与车架相铰接，另外两根连杆的另一端通过转动铰与车架相铰接；第二种副主销上具有两个转动铰，一个球铰，即副主销通过两个转动铰和一个球铰分别与三根连杆的一端相铰接；三根连杆的另一端分别通过球铰与车架相铰接；第三种是副主销上具有两个球铰和一个转动铰，即副主销分别通过两个球铰和一个转动铰与三根连杆的一端相铰接，一端与球铰相铰接的两根连杆，其中一根的另一端通过转动铰与车架相铰接，另一根的另一端通过球铰与车架相铰接，一端与转动相铰接的连杆的另一端通过球铰与车架相铰接。转向电机壳体与车架固联，电机减速器壳体与车架固联，电机减速器输入端与转向电机轴固联，电机减速器输出端与一个拉索带轮固联，另一个拉索带轮固联在主主销上，两个软管卡箍安装在导向连杆机构中的副主销上，另外两个软管卡箍固定在车架上，两根软管分别安装在位于副主销和车架之间的软管卡箍之间，两根拉索分别穿过拉索软管，两端分别固定在位于主主销和电机减速器输出端上的拉索带轮的轮槽内，从而实现转向电机无论朝那个方向旋转，拉索都是拉着位于主主销上的拉索带轮旋转，实现转向。由于主主销和副主销是通过转动铰铰接的，两者之间无相对位移；软管固定在车架与主销之间，车轮上下跳动时，由于软管和拉索是柔性结构，能够避免附加转向的产生。从而解决了传统转向系统的转向干涉问题，提高了车辆的操纵稳定性。同时，在实际应用拉索式线控转向时，由于拉索具有弹性，转向时会产生弹性变形，车辆高速行驶时，可能引起转向不稳定，这里需要引入伺服刚度解决这个问题。此处的伺服刚度即为通过传感器采集转向角度，如果是由于拉索变形，使转向角度与方向盘角度指令不一致，则通过电机转动，补偿转向角度偏差，形成一个闭环控制，从而保证转向角严格按照转向盘角度指令，保证汽车的转向性能。本实用新型的有益效果是:I)本实用新型完全消除由于车轮上下跳动引发的附加转向或使这种附加转向足够微小，且机构设计、制作与装配简便；2)应用于四轮转 向汽车，便于使前后轮采用完全相同的独立悬架-转向轮模块化结构，从而大幅度减少关键零部件种类，降低批量化制造成本；3)具有车轮独立转向角度范围大、结构紧凑、工作可靠、装配方便、成本低廉的优点。
图1是本实用新型的一种拉索传动三连杆悬架线控独立转向系统原理图；图2是本实用新型另一种拉索传动三连杆悬架线控独立转向系统原理图；图3是本实用新型第三种拉索传动三连杆悬架线控独立转向系统原理图；图中标号说明:0—车架；I一车轮及车轴；[0020]101—车轮；102—车轴；2—主销；201—主主销；20A—转动铰；20B—转动铰；3—悬架连杆机构I ;301—连杆；302—连杆；303—连杆；304—副主销；30A—球铰；30B—球铰；30C—转动铰；30D—球铰；30E—转动铰；30F—球铰；4一转向电机及减速器；401—转向电机；402—电机减速器；5—拉索传动机构；501—拉索；502—拉索带轮；503一拉索；504—软管卡箍；
505—软管卡箍；506—软管；507—软管；508—拉索带轮；509—软管卡箍；510—软管卡箍；6—悬架连杆机构II ；601—连杆；602—连杆；603—连杆；604—副主销；60A—转动铰；60B—球铰；60C—球铰；60D—球铰；60E—球铰；60F—转动铰；7—悬架连杆机构III ；701—连杆；702—连杆；703—连杆；704—副主销；70A—转动铰；70B—球铰；70C—球铰；70D—球铰；70E—转动铰；70F—球铰。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型作具体描述。拉索传动线控转向可适用于任何类型的三连杆独立悬架构成拉索传动三连杆线控转向系统，这里将以三种不同的三连杆悬架为例阐述该实用新型的具体实施方式
。如图1所示，本实用新型提供了一种拉索传动三连杆悬架线控独立转向系统，包括车架O、车轮及车轴1、主销2、悬架连杆导向机构I 3、转向电机及减速器4和拉索传动机构5等。其中车轮及车轴I包括车轮101和车轴102 ;主销2包括主主销201和转动铰20A、20B成；悬架连杆导向机构I 3包括副主销304，连杆301、302、303，转动铰30C、30E，球铰30A、30B、30D、30F ;转向电机及减速器4包括转向电机401和电机减速器402 ;拉索传动机构5包括拉索501,503,拉索带轮502,508,软管506,507,软管卡箍504、505、509、510。车轮101与车轴102联接，车轴102与主主销201固联，主主销201两端分别各有一个转动铰20A，20B的销轴固联，转动铰20A、20B外壳与悬架连杆导向机构I 3中的副主销304固联，即主主销201通过转动铰20A、20B与悬架连杆导向机构I 3中的副主销304铰接；球铰30A、30B、30F的壳体分别与副主销304固联，同时，球铰30A、30B、30F的销轴分别与连杆301、302、303 —端固联，即副主销304通过球铰30A、30B、30F分别与连杆301、302、303的一端相铰接；连杆301的另一端与转动铰30C销轴固联，转动铰30C的壳体与车架0固联，即连杆301的另一端通过转动铰30C与车架0相固联；连杆302的另一端与球铰30D的销轴固联，球铰30D的壳体与车架固联，即连杆302的另一端通过球铰30D与车架0相铰接；连杆303的另一端与转动铰30E的壳体固联，转动铰30E的销轴与车架0固联，即连杆303的另一端与通过转动铰30E与车架0相铰接。由机构原理图可知，该独立悬架有4个球铰，4个转动铰，2个连杆封闭链，I个局部自由度，则通过计算获得该转向悬架的自由度为:F=3 X 4+2 X 1+1 X 1-2 X 6-1 X 1=2即可得该悬架系统具有两个自由度，一个是沿主主销201轴线的转动，即车轮转向；另一个是悬架连杆导向机构3的上下跳动，即车轮的上下跳动。转向电机401壳体与车架0固联；电机减速器402壳体与车架0固联，电机减速器402输入端与转向电机401轴固联，电机减速器402输出端与拉索带轮502固联，拉索带轮508固联在主主销201上，软管卡箍510、509安装在悬架连杆导向机构3中的副主销304上，软管卡箍504、505固定在车架上，软管506、507分别安装在位于副主销304和车架0之间的软管卡箍510、505之间 和软管卡箍509、505之间，拉索501、503分别穿过软管506、507，两端分别固定在位于主主销201和电机减速器402输出端上的拉索带轮508、502的轮槽内，从而实现转向电机401无论朝那个方向旋转，拉索501和503都是拉着位于主主销201上的拉索带轮508旋转，实现转向。由于主主销201和副主销304是通过转动铰20A、20B铰接的，两者之间在车轮上下跳动时，无相对位移，软管506、507固定在车架0与副主销304之间，车轮101上下跳动时，由于软管506、507和拉索501、503的柔性结构，能够避免附加转向的产生，从而，弥补了传统转向系统的转向干涉现象问题，提高了车辆的操纵稳定性。如图2所示，本实用新型提供了一种拉索传动三连杆悬架线控独立转向系统，包括车架O、车轮及车轴1、主销2、悬架连杆导向机构II 6、转向电机及减速器4和拉索机构5等。其中车轮包括车轴I由车轮101和车轴102 ;主销2包括主主销201和转动铰20A、20B ；悬架连杆导向机构II 6包括副主销604，连杆601、602、603，转动铰60A、60F，球铰60B、60C、60D、60E ;转向电机及减速器4包括转向电机401和电机减速器402 ;拉索传动机构5包括拉索 501、503，拉索带轮 502、508，软管 506、507，软管卡箍 504、505、509、510。车轮101与车轴102联接，车轴102与主主销201固联，主主销201两端分别各有一个转动铰20A，20B的销轴固联，转动铰20A、20B外壳与悬架连杆导向机构II 6中的副主销604固联，即主主销201通过转动铰20A、20B与悬架连杆导向机构II 6中的副主销604铰接；转动铰60A、60F和球铰60B的壳体分别与副主销604固联，同时，转动铰60A、60F和球铰60B的销轴分别与连杆601、603、602的一端固联，即副主销604通过转动铰60A、60F和球铰60B分别与连杆601、603、602的一端相铰接，连杆601的另一端与球铰60C的销轴固联，球铰60C的壳体与车架O固联，即连杆601的另一端通过球铰60B与车架0相铰接；连杆603的另一端与球铰60E的销轴固联，球铰60E的壳体与车架0固联，即连杆603的另一端通过球铰60E与车架0相铰接；连杆602的另一端与球铰60D的销轴固联，球铰60D壳体与车架固联，即连杆602的另一端通过球铰60D与车架0相铰接，组成一套三连杆独立悬架。由机构原理图可知，该独立悬架有4个球铰，4个转动铰，2个连杆封闭链，I个局部自由度，则通过计算获得该转向悬架的自由度为:F=3 X 4+2 X 1+1 X 1-2 X 6-1 X 1=2即可得该悬架系统具有两个自由度，一个是沿主主销201轴线的转动，即车轮转向；另一个是悬架连杆导向机构II 6的上下跳动，即车轮的上下跳动。转向电机401壳体与车架0固联；电机减速器402壳体与车架0固联，电机减速器402输入端与转向电机401轴固联，电机减速器402输出端与拉索带轮502固联，拉索带轮508固联在主主销201上，软管卡箍510、509安装在悬架连杆导向机构II 6中的副主销604上，软管卡箍504、505固定在车架上，软管506、507分别安装在位于副主销604和车架0之间的软管卡箍510、505之间和软管卡箍509、505之间，拉索501、503分别穿过软管506、507，两端分别固定在位于主主销201和电机减速器402输出端上的拉索带轮508、502的轮槽内，从而实现转向电机401无论朝那个方向旋转，拉索501和503都是拉着位于主主销201上的拉索带轮508旋转 ，实现转向。由于主主销201和副主销604是通过转动铰20A、20B铰接的，两者之间在车轮上下跳动时，无相对位移，软管506、507固定在车架0与副主销604之间，车轮101上下跳动时，由于软管506、507和拉索501、503的柔性结构，能够避免附加转向的产生，从而，弥补了传统转向系统的转向干涉现象问题，提高了车辆的操纵稳定性。如图3所示，本实用新型提供了一种拉索传动三连杆悬架线控独立转向系统，包括车架O、车轮及车轴1、主销2、悬架连杆导向机构III 7、转向电机及减速器4和拉索机构5等。其中车轮及车轴I包括车轮101和车轴102 ;主销2包括主主销201和转动铰20A、20B ；悬架连杆导向机构III7包括副主销704，连杆701、702、703，转动铰70A、70E，球铰70B、70C、70D、70F ;转向电机及减速器4包括转向电机401和电机减速器402 ;拉索传动机构5包括拉索 501、503，拉索带轮 502、508，软管 506、507，软管卡箍 504、505、509、510。转动铰70A、球铰70B、70F的壳体分别与副主销704固联，转动铰70A、球铰70B、70F的销轴分别与连杆701、702、703的一端固联，即副主销704通过转动铰70A、球铰70B、70F分别与连杆701、702、703的一端的一端相铰接；连杆701的另一端与球铰70C的销轴固联，球铰70C的壳体与车架0固联，即连杆701的另一端通过球铰70C与车架0相铰接；连杆702的另一端与球铰70D的销轴固联，球铰70D的壳体与车架0固联，即连杆702的另一端通过球铰70D与车架0相铰接；连杆703的另一端与转动铰70E的壳体固联，转动铰70E的销轴与车架0固联，即连杆703通过转动铰70E与车架0相铰接；组成一套三连杆独立悬架。由机构原理图可知，该独立悬架有4个球铰，4个转动铰，2个连杆封闭链，I个局部自由度，则通过计算获得该转向悬架的自由度为:F=3 X 4+2 X 1+1 X 1-2 X 6-1 X 1=2即可得该悬架系统具有两个自由度，一个是沿主主销201轴线的转动，即车轮转向；另一个是悬架连杆导向机构III 7的上下跳动，即车轮的上下跳动。[0066]转向电机401壳体与车架0固联；电机减速器402壳体与车架0固联，电机减速器402输入端与转向电机401轴固联，电机减速器402输出端与拉索带轮502固联，拉索带轮508固联在主主销201上，软管卡箍510、509安装在悬架连杆导向机构III 7中的副主销704上，软管卡箍504、505固定在车架上，软管506、507分别安装在位于副主销704和车架0之间的软管卡箍510、505之间和软管卡箍509、505之间，拉索501、503分别穿过软管506、507，两端分别固定在位于主主销201和电机减速器402输出端上的拉索带轮508、502的轮槽内，从而实现转向电机401无论朝那个方向旋转，拉索501和503都是拉着位于主主销201上的拉索带轮508旋转，实现转向。由于主主销201和副主销704是通过转动铰20A、20B铰接的，两者之间在车轮上下跳动时，无相对位移，软管506、507固定在车架0与副主销704之间，车轮101上下跳动时，由于软管506、507和拉索501、503的柔性结构，能够避免附加转向的产生，从而，弥补了传统转向系统的转向干涉现象问题，提高了车辆的操纵稳定性。本实用新型的实施例用于四轮转向汽车，可以采用四个结构完全相同的独立悬架-转向模块，其中，三连杆悬架导向机构的主主销201两端分别通过转动铰20A、20B与副主销相铰接，可使主主销201绕其轴线转向；同时由于由于软管506、507和拉索501、503的柔性结构，使得车轮101相对车架0的上下跳动将不会引起主主销201的附加转动或产生的附加转动足够微小。转向时，驾驶员的转向意图通过主控制器传递至转向电机401，转向电机401的转向力矩经过电机减速器402放大之后，通过拉索传递转向执行从动轮508，使车轮101产生绕主主销201转动 的动作。通过转向主主销201上的转角传感器实时监测车轮转角是否达到预期值，将转向轮的转角误差不断地反馈到伺服电机的控制器，修正转向动作，最终达到期望的车轮转角，完成转向动作。
权利要求1.一种拉索传动三连杆悬架线控独立转向系统，包括车轮及车轴、主销、悬架连杆导向机构、转向电机及减速器和拉索传动机构，其特征在于:所述主销为双主销结构，即主主销和副主销；所述拉索传动机构通过采用两根拉索、两个拉索带轮和两根软管的形式，其中一个拉索带轮固联在主主销上，传递转向电机及其减速器的动力，实现车轮转向。
2.根据权利要求书I所述的拉索传动三连杆悬架线控独立转向系统，其特征在于:所述双主销结构，主主销两端各有一个转动铰，主主销通过这两个转动铰与悬架连杆导向机构中的副主销铰接，其中悬架连杆导向机构的自由度为1，即车轮上下跳动自由度。
3.根据权利要求书I所述的拉索传动三连杆悬架线控独立转向系统，其特征在于:所述拉索传动机构的两根拉索分别穿过软管，并固定在拉索带轮轮槽内，软管两端分别通过软管卡箍固定在副主销和车架上，传递转向动力，通过闭环控制方法补偿拉索弹性变形带来的附加转向，使车 轮上下跳动时所引起的附加转向足够微小，消除附加转向。
专利摘要本实用新型公开一种拉索传动三连杆悬架线控独立转向系统，包括车架、车轮及车轴、主销、悬架连杆导向机构、转向电机及减速器和拉索传动机构，所述主销为双主销结构，即主主销和副主销；所述拉索传动机构通过采用两根拉索、两个拉索带轮和两根软管的形式，其中一个拉索带轮固联在主主销上，传递转向电机及其减速器的动力，实现车轮转向。本实用新型的优点是完全消除由于车轮上下跳动引发的附加转向或使这种附加转向足够微小，具有车轮独立转向角度范围大、结构紧凑、工作可靠、装配方便、成本低廉的优点。
文档编号B62D7/16GK203126948SQ201320082009
公开日2013年8月14日 申请日期2013年2月22日 优先权日2013年2月22日
发明者陈辛波, 黄露, 梁栋, 来鑫, 武晓俊, 刘林晶 申请人:同济大学