本實用新型涉及交通工具領(lǐng)域，具體涉及一種用于電動汽車車輪全方位轉(zhuǎn)向的轉(zhuǎn)換裝置及可全方位轉(zhuǎn)向的電動汽車。

背景技術(shù)：

隨著現(xiàn)代社會經(jīng)濟的高速發(fā)展，汽車在日常生活中已經(jīng)不僅僅是一種交通工具，更是人們的一種生活方式。近些年以來，世界各地汽車保有量大幅增加，隨之而來的便是能源的短缺、環(huán)境的污染等等一系列問題，這些都是全球汽車和能源產(chǎn)業(yè)需要面對的挑戰(zhàn)。混合動力、純電動、太陽能等新能源汽車已成為世界各個國家汽車廠商未來的發(fā)展方向，這其中電動汽車作為未來發(fā)展的主要方向之一，受到越來越多的重視和研究，而這其中輪轂電機驅(qū)動技術(shù)由于具有布局靈活使車體結(jié)構(gòu)更簡單、能量利用率高、可實現(xiàn)多種復(fù)雜驅(qū)動方式等優(yōu)點被認為是最有潛力一項電動汽車技術(shù)。

目前，大部分傳統(tǒng)汽車采用的是兩輪轉(zhuǎn)向，其驅(qū)動輪與車架之間都是通過懸架裝置連接的，動力通過萬向傳動裝置傳遞給驅(qū)動輪。當轉(zhuǎn)向輪也負責驅(qū)動時，受萬向傳動裝置結(jié)構(gòu)限制，會限制車輪轉(zhuǎn)動角度，使得傳統(tǒng)汽車的泊車以及轉(zhuǎn)向調(diào)頭都需要較大的空間，這降低了空間的利用率，導(dǎo)致汽車在一些狹窄路段無法完成駕駛員預(yù)想的運動，同時容易造成交通的堵塞，不利于城市的交通。同時，雖然兩輪轉(zhuǎn)向容易控制，但在高速行駛中轉(zhuǎn)彎時的穩(wěn)定性差。也有少部分車采用四輪轉(zhuǎn)向，其能夠克服兩輪轉(zhuǎn)向的缺陷，但控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜且成本高，因此主要用于高檔轎車。

此外，對于四輪轉(zhuǎn)向并可以完成橫向行駛的汽車，雖然已有公司制造出試驗車，如EO 2，但其在如橫向行駛時必須先制動，完成車輪位置轉(zhuǎn)換再重新起步，這樣將使得行駛效率降低，同時并不能從根本上實現(xiàn)對復(fù)雜行駛路線的要求。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型設(shè)計開發(fā)了一種用于電動汽車車輪全方位轉(zhuǎn)向的轉(zhuǎn)換裝置，本實用新型的目的之一是解決現(xiàn)有電動汽車車輪中的轉(zhuǎn)向電機影響車輪減震效果以及減震彈簧壓縮長度的問題。

本實用新型的目的之二是解決現(xiàn)有技術(shù)中車輪轉(zhuǎn)動角度受限制以及完成車輪位置轉(zhuǎn)換時汽車需要完全制動的問題。

本實用新型設(shè)計開發(fā)了一種可全方位轉(zhuǎn)向的電動汽車，本實用新型的實用新型目的是提供一種無需制動就能夠完成車輪全方位偏轉(zhuǎn)以及原地轉(zhuǎn)向掉頭并且對車輪減震無影響的電動汽車。

本實用新型提供的技術(shù)方案為：

一種用于電動汽車車輪全方位轉(zhuǎn)向的轉(zhuǎn)換裝置，包括：

車軸，其穿過輪轂電機的中心并且和輪轂電機的定子固定，車輪相對于所述車軸自由旋轉(zhuǎn)；

轉(zhuǎn)向支架，其固定連接所述車軸或其和所述車軸形成為一體；所述轉(zhuǎn)向支架具有兩個平行外伸腳；

電機基座，其設(shè)置在所述轉(zhuǎn)向支架的兩個外伸腳之間，并且具有容納空間；

減振液壓缸，其固定設(shè)置在所述電機基座和所述轉(zhuǎn)向支架的所述外伸腳之間；

減振液壓活塞桿，其穿過所述電機基座和所述減振液壓缸，并且固定在所述轉(zhuǎn)向支架的兩個外伸腳之間；

轉(zhuǎn)向電機，其設(shè)置在所述容納空間內(nèi)，能夠驅(qū)動所述減振液壓活塞桿旋轉(zhuǎn)。

優(yōu)選的是，所述減振液壓活塞桿的徑向周緣形成活塞，其上設(shè)置節(jié)流孔。

優(yōu)選的是，所述電機基座，其一端通過法蘭與車輪固定軸連接，另一端與所述轉(zhuǎn)向支架相連。

優(yōu)選的是，所述轉(zhuǎn)向機架以及所述電機基座之間設(shè)置彈簧。

優(yōu)選的是，所述減振液壓活塞桿外端與所述轉(zhuǎn)向機架相連，內(nèi)端穿過所述電機基座與花鍵套相連。

優(yōu)選的是，所述轉(zhuǎn)向電機的輸出端與所述花鍵套通過減速齒輪相嚙合進行傳動，進而帶動所述減振液壓活塞桿，再驅(qū)動所述轉(zhuǎn)向支架完成轉(zhuǎn)動。

優(yōu)選的是，所述減速齒輪與所述花鍵套的外齒均為直齒；以及

所述減振液壓活塞桿具有外花鍵，其與所述花鍵套的內(nèi)花鍵槽相配合。

優(yōu)選的是，所述輪轂電機的轉(zhuǎn)子與車輪輪輞相連接，并且在所述輪轂電機的轉(zhuǎn)子外側(cè)設(shè)置剎車盤。

一種可全方位轉(zhuǎn)向的電動汽車，包括所述的用于電動汽車車輪全方位轉(zhuǎn)向的轉(zhuǎn)換裝置。

本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比較所具有的有益效果：本實用新型克服了現(xiàn)有汽車轉(zhuǎn)彎半徑大，空間利用率低，高速轉(zhuǎn)彎時穩(wěn)定性差等不足，實現(xiàn)汽車可以在交通資源有限的地方更加靈活的行駛，并且可以在不需要制動的情況下完成全方位轉(zhuǎn)向行駛，同時運用輪轂電機驅(qū)動技術(shù)，具有穩(wěn)定性高、經(jīng)濟、安全、實用等優(yōu)點。

附圖說明

圖1為本實用新型車體側(cè)視圖。

圖2為本實用新型汽車前后行駛車輪結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為本實用新型汽車低速逆相位轉(zhuǎn)向車輪結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4為本實用新型汽車中速正常轉(zhuǎn)向車輪結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5為本實用新型汽車高速同相位轉(zhuǎn)向車輪結(jié)構(gòu)示意圖。

圖6為本實用新型橫向行駛車輪結(jié)構(gòu)示意圖。

圖7為本實用新型原地轉(zhuǎn)向車輪結(jié)構(gòu)示意圖。

圖8為本實用新型集成式車輪側(cè)視結(jié)構(gòu)剖視圖。

圖9為本實用新型集成式車輪正視圖。

圖10為本實用新型集成式懸架及轉(zhuǎn)向模塊圖示。

圖11為本實用新型所述的半主動式懸架局部結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本實用新型做進一步的詳細說明，以令本領(lǐng)域技術(shù)人員參照說明書文字能夠據(jù)以實施。

如圖1～圖7所示，本實用新型提供了一種用于電動汽車車輪全方位轉(zhuǎn)向的轉(zhuǎn)換裝置，其主體為對稱布置在車體前、后、左、右的四個集成式驅(qū)動及轉(zhuǎn)向車輪110，保證前后軸距與左右輪距近似相等，車輪110與底盤100上的對應(yīng)位置固定的車輪固定軸130通過螺栓進行連接，在車輪中轉(zhuǎn)向電機163的驅(qū)動下，由于其空間結(jié)構(gòu)的設(shè)計，車輪110可完成最大90°的偏轉(zhuǎn)，四個車輪110完全相同且獨立，通過控制可以使汽車在狹小空間進行全方向轉(zhuǎn)向行駛；車輪110上集成有輪轂電機140作為驅(qū)動裝置、轉(zhuǎn)向電機163、盤式制動器152、半主動式懸架162等，每個集成式車輪110與車體底盤100對應(yīng)位置上的法蘭盤170相連接，汽車整體采用輪轂電機140驅(qū)動，外觀與普通汽車完全相同，但四個車輪由于其特殊結(jié)構(gòu)均可單獨控制并實現(xiàn)最大90°的偏轉(zhuǎn)，使汽車可完成原地轉(zhuǎn)向、斜線及橫向行駛等運動。

如圖8、圖9所示，集成式驅(qū)動及轉(zhuǎn)向車輪110，四組集成式車輪110完全相同且獨立，從輪輻一側(cè)向外依次集成有輪轂電機140、盤式制動器152、半主動式懸架162、轉(zhuǎn)向電機163；其中，車輪采用外轉(zhuǎn)子式輪轂電機140驅(qū)動，使用的是低速外轉(zhuǎn)子電機，無減速裝置，電機定子143與車軸131相固定，外轉(zhuǎn)子與車輪輪輞121相連接，永磁體144固定在外轉(zhuǎn)子上，電機控制器142對輪轂電機進行控制，對電磁繞組141通電，當輪轂電機140轉(zhuǎn)動時，動力直接輸出到車輪110，驅(qū)動車輪110旋轉(zhuǎn)，有效的提高了能量的利用率，車軸131另一端與轉(zhuǎn)向機架161固定。在輪轂電機140外側(cè)剎車盤151與電機外轉(zhuǎn)子相連，負責汽車制動的問題。

如圖8～圖11所示，集成式半主動懸架及轉(zhuǎn)向模塊，這里將汽車懸架系統(tǒng)和轉(zhuǎn)向系統(tǒng)集成一個模塊，由轉(zhuǎn)向機架161、半主動式懸架系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向電機基座160、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)組成，采用半主動式懸架系統(tǒng)以及線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)；

其中，在轉(zhuǎn)向電機基座160上下對稱布置有兩個半主動式懸架162，對稱安裝在轉(zhuǎn)向電機基座160及轉(zhuǎn)向機架161之間，可以通過電子控制單元ECU控制，改變懸架的阻尼系數(shù)，分別由彈性元件、減震器、導(dǎo)向機構(gòu)等組成，在半主動式懸架162的液壓缸內(nèi)部活塞上布置有節(jié)流孔162a，在轉(zhuǎn)向機架161與電機基座160之間還設(shè)置螺旋彈簧162c；在現(xiàn)有技術(shù)中，閥門162b移動可改變節(jié)流孔162a通道的節(jié)面積，在受到信號控制時，從而改變整個懸架系統(tǒng)的阻尼；其中，液壓減震器活塞桿166兩端均穿過液壓缸，外端與轉(zhuǎn)向機架161利用花鍵167連接，內(nèi)端同樣通過花鍵與花鍵套165相連接，這樣通過花鍵套165傳遞過來的轉(zhuǎn)動，可以通過活塞桿166傳遞到轉(zhuǎn)向機架161，轉(zhuǎn)向機架161與車軸131相連，當轉(zhuǎn)向電機基座160與車體200固定連接后，汽車行駛車輪受到震動沖擊時，車輪先將所受震動傳遞到轉(zhuǎn)向機架161，再經(jīng)過半主動懸架系統(tǒng)緩沖和衰減受到的震動，以使汽車具有良好的舒適性，因此由于懸架系統(tǒng)中彈性元件及減震器的緩沖、減震作用，當車輪受到?jīng)_擊震動時，可以有效的緩沖及衰減沖擊，減小車身200震動。

車輪110中集成的轉(zhuǎn)向驅(qū)動裝置，轉(zhuǎn)向電機163固定在轉(zhuǎn)向電機基座160內(nèi)，汽車整體采用線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，當方向盤轉(zhuǎn)動一定角度后，信號會傳遞至主控制器ECU，之后再傳遞到轉(zhuǎn)向電機163，通過轉(zhuǎn)向電機163的驅(qū)動使車輪110完成一定角度的偏轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)向電機163輸出端通過一組減速齒輪164將動力傳遞至花鍵套165，與花鍵套165相配合的是上下兩個液壓減震器活塞桿166的一端，活塞桿166的另一端通過花鍵167與轉(zhuǎn)向機架161相連，花鍵套165上的轉(zhuǎn)動運動便傳遞至轉(zhuǎn)向機架161，從而帶動車輪110實現(xiàn)偏轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)向電機基座160外端設(shè)置有法蘭盤170，與汽車底盤100對應(yīng)位置上車輪固定軸130的法蘭盤通過螺栓相固定。

轉(zhuǎn)向系統(tǒng)包括轉(zhuǎn)向電機163、傳動齒輪164、花鍵套165以及活塞桿166，轉(zhuǎn)向電機163固定在電機基座160內(nèi)部，輸出端與花鍵套165通過一組減速齒輪164相嚙合進行傳動；駕駛員操控汽車轉(zhuǎn)向時，轉(zhuǎn)向電機163會接收主控制器ECU的信號進行轉(zhuǎn)動，并通過一對減速齒輪164傳動至花鍵套165，花鍵套165帶動與其嚙合的活塞桿166，再驅(qū)動轉(zhuǎn)向機架161完成轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)向機架161與車輪110相連，便可帶動車輪110完成偏轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)向機架161旋轉(zhuǎn)不與電機基座160干涉。在轉(zhuǎn)向電機163的驅(qū)動下，可使車輪110最大完成90°的偏轉(zhuǎn)。在轉(zhuǎn)向電機基座160外側(cè)設(shè)置有法蘭盤170，可與汽車底盤100上車輪固定軸130的法蘭盤通過螺栓相連接，以固定車輪110位置；通過將轉(zhuǎn)向電機163固定在電機基座160內(nèi)部的設(shè)計，減少了轉(zhuǎn)向系統(tǒng)對半主動懸架162的影響，從而有效的減少了轉(zhuǎn)向電機163影響車輪減震效果以及影響減震彈簧162c壓縮長度的問題。

在本實施例中，半主動式懸架162、轉(zhuǎn)向電機163、傳動齒輪164、花鍵套165以及活塞桿166組成部分在車輛行駛過程中分為減振部分以及轉(zhuǎn)向部分；

其中，轉(zhuǎn)向電機基座160通過法蘭盤170固定在車體上，轉(zhuǎn)向電機163固定在電機基座160的內(nèi)部空間中，轉(zhuǎn)向電機163的輸出軸上固定設(shè)置有齒輪164，齒輪164始終和花鍵套165的外齒嚙合，齒輪164和花鍵套165的外齒均為直齒，且其傳動比大于1，為減速傳動。兩個活塞桿166沿著軸向同軸固定在一起形成一體，活塞桿166具有外花鍵與花鍵套165的內(nèi)花鍵槽相配合。由于活塞桿166端部的外花鍵長度有限，當活塞桿166上下運動時，花鍵套165也會隨之一起上下運動。

當車輪受到的震動通過車軸130傳遞到轉(zhuǎn)向機架161時，轉(zhuǎn)向機架161的震動帶動與其固定的活塞桿166上下運動，從而帶動液壓缸中的固定在活塞桿上的活塞進行運動，活塞桿166的徑向周緣形成活塞，活塞上設(shè)置節(jié)流孔162a，通過液壓缸中液壓油流過節(jié)流孔162a，形成阻尼力，吸收震動的能量。壓縮或者拉伸分別設(shè)置在電機基座160和轉(zhuǎn)向機架161之間的兩個彈簧162c，由于電機基座160是固定不動的，所以實際半主動式懸架162總是一端壓縮一端伸長，當轉(zhuǎn)向機架161向下運動時，上方半主動式懸架162的彈簧162c被壓縮，活塞桿166被向下推，下方半主動式懸架162的彈簧162c被向下拉伸，活塞桿166以及花鍵套165也向下運動，花鍵套165和與其外齒嚙合的齒輪164產(chǎn)生相對滑動，此時轉(zhuǎn)向電機163、齒輪164與電機基座160由于與車體相連保持固定不動。

轉(zhuǎn)向電機163驅(qū)動齒輪164旋轉(zhuǎn)，通過齒輪164嚙合花鍵套165外齒使花鍵套165轉(zhuǎn)動，花鍵套165通過花鍵配合驅(qū)動活塞桿166旋轉(zhuǎn)，活塞桿166的外端與轉(zhuǎn)向機架161固定連接，從而帶動轉(zhuǎn)向機架161旋轉(zhuǎn)進而帶動車軸偏轉(zhuǎn)。即使在花鍵套165相對于齒輪164軸向運動時，其之間的傳動關(guān)系并不會改變，齒輪164仍然能夠帶動活塞套165的旋轉(zhuǎn)。

如圖1～7所示，本實用新型還提供一種可全方位轉(zhuǎn)向的電動汽車，包括本實用新型中提供的轉(zhuǎn)換裝置，從而克服了現(xiàn)有汽車轉(zhuǎn)彎半徑大，空間利用率低，高速轉(zhuǎn)彎時穩(wěn)定性差等不足，實現(xiàn)汽車可以在交通資源有限的地方更加靈活的行駛，可實現(xiàn)四輪獨立驅(qū)動、轉(zhuǎn)向，并且可以在不需要制動的情況下完成直線、斜向、橫向行駛等的自由切換的全方位轉(zhuǎn)向行駛，以及原地轉(zhuǎn)向掉頭，便于汽車在狹小空間等特殊情況行駛，并且運用輪轂電機驅(qū)動技術(shù)，具有穩(wěn)定性高、經(jīng)濟、安全、實用等優(yōu)點，提高了傳動效率及汽車行駛穩(wěn)定性，大大減少了對環(huán)境的污染。

如圖2所示，汽車前后直線行駛時，四個車輪中輪轂電機140進行工作，以驅(qū)動車輪110旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)向電機163不工作，各個車輪110方向保持與車身200方向平行，圖中右前輪虛線圓弧表示車輪在旋轉(zhuǎn)過程中的最大旋轉(zhuǎn)半徑，其并不與車體其他部位發(fā)生干涉。

如圖3～圖6所示，當駕駛員希望車輛向左或向右轉(zhuǎn)向時，駕駛員轉(zhuǎn)動方向盤，方向盤的轉(zhuǎn)角信號以及車輪輪速信號將由傳感器傳輸?shù)街骺刂破鱁CU中進行處理分析，并根據(jù)結(jié)果分別控制四個對應(yīng)車輪110中的轉(zhuǎn)向電機163，以控制車輪110的偏轉(zhuǎn)。當車速較低時，采用逆相位轉(zhuǎn)向，在車輪110中轉(zhuǎn)向電機163的驅(qū)動下，兩前輪轉(zhuǎn)動方向與方向盤轉(zhuǎn)動方向相同，與兩后輪轉(zhuǎn)動方向相反，減小了車輛的轉(zhuǎn)彎半徑，增加其在狹小空間的機動性；當汽車處于中速行駛時，采用最普遍的兩輪轉(zhuǎn)向模式，兩后輪轉(zhuǎn)向電機163不工作，兩前輪轉(zhuǎn)向電機163根據(jù)信號進行相應(yīng)的偏轉(zhuǎn)；當汽車處于高速行駛時，采用同相位轉(zhuǎn)向，即四個車輪110的偏轉(zhuǎn)方向與方向盤轉(zhuǎn)動方向均相同，此時車身200與行駛方向的偏轉(zhuǎn)角減小，減少了汽車調(diào)整行駛轉(zhuǎn)向時的旋轉(zhuǎn)和側(cè)滑，提高汽車整體操縱穩(wěn)定性；此外，在行駛過程中，也可以人為選擇同相位轉(zhuǎn)向模式，使四個車輪110偏轉(zhuǎn)方向始終與方向盤轉(zhuǎn)動方向相同，當汽車轉(zhuǎn)彎時，車輪110偏轉(zhuǎn)但車身200的方向不發(fā)生改變，在此情況下，可完成斜向行駛，若將方向盤轉(zhuǎn)至轉(zhuǎn)向最大處，即四個車輪110將處于最大偏轉(zhuǎn)位置，如圖6所示，此時汽車可以完成橫向行駛，在狹窄的地點輕松泊車。

在一些情況下需要原地轉(zhuǎn)向時，可以通過分別控制四個車輪110中的轉(zhuǎn)向電機163，使右前輪和左后輪逆時針旋轉(zhuǎn)45°，右后輪和左前輪順時針旋轉(zhuǎn)45°，如圖7所示，踩下油門踏板，右前輪和右后輪中輪轂電機140驅(qū)動車輪向前運動，左前輪和左后輪中輪轂電機140驅(qū)動車輪向后運動，此時車體便可逆時針原地轉(zhuǎn)向。需要注意的是，本例中所設(shè)計的電動汽車，前后軸距與左右輪距近似相等，保證四個車輪偏轉(zhuǎn)后可以使車身200繞同一旋轉(zhuǎn)中心進行旋轉(zhuǎn)，此外在對車輪偏轉(zhuǎn)進行控制時須保證兩前輪之間或者兩后輪之間，車輪中轉(zhuǎn)向電機驅(qū)動的偏轉(zhuǎn)角度在數(shù)值上必須相等。

盡管本實用新型的實施方案已公開如上，但其并不僅僅限于說明書和實施方式中所列運用，它完全可以被適用于各種適合本實用新型的領(lǐng)域，對于熟悉本領(lǐng)域的人員而言，可容易地實現(xiàn)另外的修改，因此在不背離權(quán)利要求及等同范圍所限定的一般概念下，本實用新型并不限于特定的細節(jié)和這里示出與描述的圖例。