一种车轮大行程调节转向的模块化底盘系统及其控制方法与流程

1.本发明属于汽车底盘技术领域，尤其涉及一种车轮大行程调节转向的模块化底盘系统及其控制方法。


背景技术：

2.目前，高性能越野车在复杂地形行驶时，为提高跨越沟壕和垂直墙体的能力，要求底盘系统在自由行程或是主动行程调节下具备足够的地面下压力来获得较好的驱动力；同时，在铺装路面行驶时，底盘可主动降低重心，让车辆具备高速行驶能力。目前的高性能越野车主要采用传统悬架导向臂配合油气弹簧来控制轮系的自由跳动行程和主动调节行程，受结构空间影响，随着轮系跳动行程的增加，导向臂引起的轮距变化较大，使得油气弹簧的主动调节行程受到限制，无法跨越较大沟壕和垂直墙面。悬架系统运动几何中最关键的2个运动指标就是车轮的跳动行程与车轮的转向角度，传统汽车车轮在跳动的过程中通常伴随着跳动转向，容易让车辆出现跑偏和失稳。
3.专利cn202111020226.4是一种导向臂与油气弹簧集成的结构，其转向机构设计在顶端，虽然可以实现较大的轮系行程调节，但是其固定机构在顶端，轮系举升后受力力臂增长，顶部安装面受力增加，不适合载重较大的车型；其次，转向装置为独立蜗轮蜗杆式且布置在顶部，占用较多顶部空间，不利于驾驶室及座椅等的布置；其次，采用独立车轮转向的机构，在左右车轮联动转向时存在控制误差和延迟，车辆高速行驶时存在安全隐患，且无法与传统梯形转向机构等进行匹配；其次，导向臂的导向点由油气弹簧外缸顶部和油气弹簧支撑杆底部两点组成，主动调节行程过大时会导致导向臂增长，因此主动调节长度较小。
4.通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：
5.(1)现有的汽车转向机构的轮系提升后受力力臂增长，顶部安装面受力增加，不适合载重较大的车型。
6.(2)现有的汽车转向机构占用较多顶部空间，不利于驾驶室及座椅等的布置。
7.(3)现有的汽车转向机构在左右车轮联动转向时存在控制误差和延迟，车辆高速行驶时存在安全隐患，且无法与传统梯形转向机构等进行匹配。
8.(4)现有的汽车转向机构在主动调节行程过大时会导致导向臂增长，主动调节长度较小。
9.解决以上问题及缺陷的难度为：从汽车设计经验看，该专利适用于无人车辆底盘及载重较低的铺装路面或专用路面。不适合载人车辆的驾驶室人机工程布置，同时，独立转向系统的车辆行驶速度较低，无法适应高速驾驶及非铺装路面的越野。
10.解决以上问题及缺陷的意义为：随着人类社会经济的持续发展，各国对自然灾害预警响应机制的完善及大自然探险爱好者的增多，提高了对高性能越野车的需求。本专利的意义在于提供一种车轮大行程调节转向的模块化底盘系统及其控制方法，可根据使用需求配置不同的转向系统，达到其高速行驶和极地地形的越野。


技术实现要素：

11.针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种车轮大行程调节转向的模块化底盘系统及其控制方法。
12.本发明是这样实现的，一种车轮大行程调节转向的模块化底盘系统包括：
13.缓冲模块，用于通过油气弹簧对车轮进行支撑并进行振动缓冲；
14.转向模块，用于通过转向臂将转向动力源和车轮连接，带动车轮进行转向动作；
15.转向动力源，用于通过转向动力组件提供转向动力。
16.进一步，所述油气弹簧设置有油气弹簧外缸体和套设在油气弹簧外缸体里侧的油气弹簧支撑杆，所述油气弹簧支撑杆下端与轮毂电机连接。
17.进一步，所述转向臂通过转向臂安装座安装在油气弹簧的油气弹簧外缸体下端，所述转向臂一端通过转轴与油气弹簧的油气弹簧支撑杆外侧下端连接，所述转向臂另一端通过转轴与转向动力源连接，所述转向臂下端设置有与转向臂安装座配合的固定盖板。
18.进一步，所述转向臂与转向臂安装座为滑动配合，所述转向臂上下两端分别设置有上端端面轴承和下端端面轴承。
19.进一步，所述油气弹簧外缸体底部开设有若干安装孔，所述转向臂安装座设有若干与安装孔对应的螺纹孔，所述转向臂安装座通过螺纹孔内穿设的螺栓与油气弹簧外缸体固联。
20.进一步，所述转向臂设置有依次通过销轴连接的转向节臂、上稳定臂和下稳定臂，所述转向节臂套设在转向臂安装座外侧，所述下稳定臂外端通过转轴与油气弹簧支撑杆外侧下端连接。
21.进一步，所述油气弹簧外缸体整个外结构面设置有车身安装支架，所述车身安装支架根据车布置空间进行安装匹配。
22.本发明的另一目的在于提供一种车轮大行程调节转向的模块化底盘系统的控制方法，所述车轮大行程调节转向的模块化底盘系统的控制方法包括：
23.步骤一，当车轮受到垂直载荷冲击时，路面的垂直冲击通过车轮与轮毂电机传递至油气弹簧支撑杆，并沿油气弹簧支撑杆的轴向通过油气弹簧内部油气液压均匀传递至油气弹簧外缸体，再由油气弹簧外缸体外侧的车身安装支架传递到车身；
24.步骤二，当车轮受到侧向载荷冲击时，路面的侧向冲击通过车轮与轮毂电机传递至油气弹簧支撑杆，再由油气弹簧支撑杆、上稳定臂与下稳定臂组成的三角稳定结构传导至油气弹簧外缸体，再由车身安装支架传递到车身；
25.步骤三，当车轮需要转向时，转向器通过转向节臂一端推动转向节臂绕油气弹簧轴线旋转，进而带动上稳定臂与下稳定臂联动，使油气弹簧支撑杆相对油气弹簧外缸体旋转，实现车轮的转向。
26.进一步，当转向动力源为齿轮齿条或循环球转向的阿克曼梯形转向几何时，左右车轮为联动转向；
27.转向时，转向推杆推动转向节臂，使转向节臂在转向臂安装座上旋转，进而带动上稳定臂、下稳定臂与油气弹簧支撑杆组成的动态三角稳定机构旋转，实现轮毂电机与车轮的旋转，实现整车的转向。
28.进一步，当转向动力源为电动推杆、液压推杆、齿轮或是蜗轮蜗杆机构时，可单轮
独立转向并实现原地转向，转向时推杆不受左右轮联动影响，可实现单轮更大角度的转向，进而实现原地转向。
29.结合上述的所有技术方案，本发明所具备的优点及积极效果为：
30.本发明将油气弹簧导向臂与转向节臂进行集成并布置在油气弹簧外缸体下部，整个悬架跳动和主动调节过程中转向节臂与车身始终相对静止，解决了车轮跳动转向的问题，同时，外缸体与车身的连接更充分，受力更好。
31.本发明将车轮跳动与车轮转向的运动几何进行分离，整个车轮跳动和主动调节过程中转向节臂与车身始终相对静止，解决了车轮跳动过程中的跳动转向问题，同时，转向系统只在车轮转向时存在空间运动，运动幅度小。因此，在不改变硬点的情况下，可匹配多种结构形式的转向机构且与悬架系统其他部件无运动干涉。
32.本发明结构简单，方便布置，安装受力分布均匀，车轮跳动与车轮转向运动相互独立，互不影响。适用于高性能越野车，为高性能越野车提供更好的越障能力和高速行驶稳定性。
33.本发明中的油气弹簧外缸均可设计固定点，受力更均匀，方便整车结构布置；
34.本发明中的转向机构布置在油气弹簧外缸下部，轮系运动过程中相对车身无上下运动，解决了车轮跳动引起的跳动转向问题，同时，转向节臂的机构与传统汽车一样，互换性高。可适配齿轮齿条转向器、循环球转向器等传统车型的阿克曼梯形转向几何系统，也可以适配电动推杆或蜗轮蜗杆这里新型的独立轮转向器；
35.本发明中的导向臂的控制点分别是油气弹簧外缸底部和油气弹簧支撑杆底部两点，相比导向臂的控制点分别在油气弹簧外缸上部和油气弹簧支撑杆底部两点的机构，在同等尺寸规格下，主动调节行程可增加一倍，其结构受力更好。
附图说明
36.为了更清楚地说明本技术实施例的技术方案，下面将对本技术实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下还可以根据这些附图获得其他的附图。
37.图1是本发明实施例提供的车轮大行程调节转向的模块化底盘系统的结构示意图。
38.图2是本发明实施例提供的图1中a部位的局部放大示意图。
39.图3是本发明实施例提供的车轮大行程调节转向的模块化底盘系统的爆炸图。
40.图中：1、油气弹簧外缸体；2、油气弹簧支撑杆；3、转向臂安装座；4、上端端面轴承；5、转向节臂；6、下端端面轴承；7、固定盖板；8、上稳定臂；9、下稳定臂；10、轮胎轮辋；11、轮毂电机；12、车身安装支架。
41.图4是本发明实施例提供的转向节臂的不同实施例的结构示意图。
42.图5是本发明实施例提供的油气弹簧无调节额载示意图。
43.图6是本发明实施例提供的主动调节200mm时的额载示意图。
44.图7是本发明实施例提供的主动调节400mm时的额载示意图。
45.图8是本发明实施例提供的采用液压推杆机构直行的转向系统示意图。
46.图9是本发明实施例提供的采用液压推杆机构常规转弯的转向系统示意图。
47.图10是本发明实施例提供的采用液压推杆机构原地转弯的转向系统示意图。
48.图11是本发明实施例提供的上导向臂布置在油气弹簧外缸体上部或底部，在结构强度和功能相同的情况下上导向臂布置在油气弹簧底部，可减轻导向臂的质量和长度50％左右示意图。
49.图12是本发明实施例提供的左右油气弹簧布置图。
具体实施方式
50.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
51.针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种车轮大行程调节转向的模块化底盘系统及其控制方法，下面结合附图对本发明作详细的描述。
52.如图1至图3所示，本发明实施例提供的车轮大行程调节转向的模块化底盘系统包括油气弹簧和转向臂。
53.油气弹簧分为油气弹簧外缸体1和油气弹簧支撑杆2，其中油气弹簧外缸体1整个外结构面可设车身安装支架12，根据车布置空间进行安装匹配，同时，在油气弹簧外缸体1底部设有转向臂安装座安装孔；油气弹簧支撑杆2一端与油气弹簧外缸体1连接，另一端与轮毂电机11连接。轮胎轮辋10与轮毂电机11通过轮毂螺栓进行连接。
54.转向臂安装座3设有螺纹孔，通过螺栓与油气弹簧外缸体1固联，转向臂安装座3内孔与油气弹簧支撑杆2设有间隙，保证油气弹簧支撑杆2运动过程与转向臂安装座3无相对摩擦；
55.转向节臂5内孔与油气弹簧支撑杆2为滑动配合，上下轴向设有端面轴承，并通过固定盖板7夹紧，使转向节臂5可绕油气弹簧轴向旋转。转向节臂5绕旋转中心设有两条力臂，一端与上稳定臂8通过螺栓连接，一端连接转向动力源；当转向动力源为齿轮齿条、循环球转向等传统车型的阿克曼梯形转向几何时，左右车轮为联动转向；当转向动力源为电动推杆、液压推杆或是齿轮机构时，可实现单轮独立转向机构；
56.上稳定臂8一端通过销轴连接下稳定臂9，下稳定臂9与油气弹簧支撑杆2通过销轴连接，使油气弹簧支撑杆、上稳定臂和下稳定臂组成一个动态三角稳定结构。进而提高油气弹簧支撑杆的载重和抗冲击能力；
57.本发明的工作原理是：
58.油气弹簧在车轮跳动过程主要承受路面载荷，同时，油气弹簧支撑杆可主动伸缩，对车轮行程进行调节，使车辆跨越更险峻的地形；上稳定臂8、下稳定臂9与油气弹簧支撑杆2组成动态三角稳定结构，可增强车轮沿油气弹簧轴向的垂直抗冲击能力和径向的抗冲击能力，并将其传导至油气弹簧外缸体。
59.当转向动力源为齿轮齿条、循环球转向等传统车型的阿克曼梯形转向几何时，左右车轮为联动转向，转向响应快，高速稳定性好。转向时，转向推杆推动转向节臂，使转向节臂在转向臂安装座上旋转，进而带动上稳定臂、下稳定臂与油气弹簧支撑杆组成的动态三角稳定机构旋转，从而实现轮毂电机与车轮的旋转，实现整车的转向。
60.当转向动力源为电动推杆、液压推杆、齿轮或是蜗轮蜗杆机构时，可单轮独立转向并实现原地转向，车辆机动性强。转向时推杆不受左右轮联动影响，可实现单轮更大角度的转向，进而实现原地转向；其中，转向动力源改为齿轮或蜗轮蜗杆机构时，转向节臂应按图4所示，将其外圈改为齿轮或蜗轮机构，同时配合齿轮电机或蜗杆电机进行传力。转向时，电机端部的齿轮或蜗杆转动，带动转向臂沿油气弹簧支撑杆轴线旋转，进而带动上稳定臂、下稳定臂与油气弹簧支撑杆组成的动态三角稳定机构旋转，从而实现轮毂电机与车轮的旋转，实现整车的转向。整个过程中，转向臂安装座3、上端端面轴承4、下端端面轴承6、固定盖板7对转向节臂5起定位作用，保持转向系统的轻便灵活。
61.当车轮受到垂直载荷冲击时，路面的垂直冲击通过车轮与轮毂电机11传递至油气弹簧支撑杆2，并沿杆的轴向通过油气弹簧内部油气液压均匀传递至油气弹簧外缸体1，再由油气弹簧外缸体1外侧的车身安装支架12传递到车身；
62.当车轮受到侧向载荷冲击时，路面的侧向冲击通过车轮与轮毂电机11传递至油气弹簧支撑杆2，再由油气弹簧支撑杆2、上稳定臂8与下稳定臂9组成的三角稳定结构传导至油气弹簧外缸体1，再由车身安装支架12传递到车身；
63.当车轮需要转向时，转向器通过转向节臂5一端推动转向节臂绕油气弹簧轴线旋转，进而带动上稳定臂8与下稳定臂9联动，使油气弹簧支撑杆2相对油气弹簧外缸体1旋转，实现车轮的转向。整个过程中，转向臂安装座3、端面轴承及固定盖板7对转向节臂5起定位作用，保持转向的轻便灵活。
64.如图11所示，上导向臂布置在油气弹簧外缸体上部或底部，在结构强度和功能相同的情况下上导向臂布置在油气弹簧底部，可减轻导向臂的质量和长度50％左右。
65.如图12所示，左右油气弹簧暂用的布置空间极少，不影响驾驶室与人机工程的设计，通用性强。
66.以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。