一种基于电机驱动的汽车四轮独立转向机构的制作方法

本发明涉及汽车转向机构技术领域，具体为一种基于电机驱动的汽车四轮独立转向机构。

背景技术：

传统燃油车辆在使用过程中会产生了大量的有害废气，交通能源消耗也是造成局部环境污染和全球温室气体排放等环境问题的主要原因，因此石油资源的匮乏和人类保护环境的迫切性,以及随着人们生活水平的提高和汽车技术的进步，人们对于汽车的需求越来越精细,越来越复杂,这些因素都推动着汽车工业向电动化、智能化的方向发展，但汽车的转向机构依然存在一些不足，如下：

如专利号201610352299.6具有四轮轮边电机驱动和四轮独立转向的电动汽车底盘总成中对车轮的转向进行独立控制，并使每个车轮能够的撞向角度能够实现全方向自由旋转，但其在结构依然存在一些不足，如其驱动电机通过转向架与转向托臂相连接，为车轮提供动力，故跟随车轮的转向进行转动，且处于悬空的状态，在汽车行驶转向过程中，会产生一定的摆动力，使得车身产生晃动，降低车辆的行驶的平稳性，对驾驶产生一定的危害，同时，其转向过程直接有转向电机直接带动车轮进行转向，转向范围在0-90度自由切换，但在车辆行驶过程中，遇到紧急情况时，转向角度过大会造成车轮卡死，车辆速度过快会造成汽车侧翻，对驾驶员造成巨大的威胁，其无法对车轮转向的角度进行限定，并且其转向电机输出轴通过法兰盘连接转向架，故而在转向过程中，即使转向角度为90度，转向电机输出轴只旋转半圈，故而转向电机所受的转动扭矩十分巨大，容易烧坏电机，增加维修成本。

技术实现要素：

本发明提供了一种基于电机驱动的汽车四轮独立转向机构，具备多种转向模式，转向角度范围广的优点，解决了上述背景技术中的问题。

本发明提供如下技术方案：一种基于电机驱动的汽车四轮独立转向机构，包括车身和车轮，所述车轮的中部固定安装有固定轴，所述车身底部活动安装有驱动电机，所述驱动电机的活动轴固定连接有传输轴，所述传输轴的右端通过花键固定连接有固定型球笼式万向节，所述固定型球笼式万向节与车轮上固定轴的左端通过花键固定连接，所述车轮固定轴上且位于固定型球笼式万向节的右侧活动套接有活动套，所述活动套的底部活动套接有支撑板，所述支撑板的左端与车身固定连接，所述驱动电机的上表面固定安装有弧形板，所述车身的顶部且位于弧形板的上方固定安装有转向电机，所述转向电机的活动端固定连接有转动轴，所述转动轴的底端与车身的中部活动连接，所述转动轴上活动卡接有主动锥齿轮，所述车身的顶部且位于转向电机的右侧固定安装有活动限位构件，所述活动限位构件的中部固定安装有液压杆，所述液压杆的顶端固定安装有套筒，所述液压杆的套筒中活动套接有传动件，所述传动件的两端分别对称安装有中型锥齿轮，所述传动件左端的中型锥齿轮与主动锥齿轮啮合，所述活动套的上表面固定安装有锥齿轮二，所述锥齿轮二的上表面通过轴固定连接有锥齿轮一，所述传动件右端的中型锥齿轮与锥齿轮一啮合。

优选的，所述弧形板的上表面固定开设有弧形齿条，所述弧形齿条两端之间的夹角为90度。

优选的，所述车身的底部开设有扇形活动卡槽，其扇形角度为180度。

优选的，所述主动锥齿轮上活动套接有连接套，所述连接套与传动件左端的中型锥齿轮活动套接。

优选的，所述锥齿轮一上开设的齿占四分之一半圆，所述锥齿轮二上开设的齿占两个八分之一半圆。

优选的，所述主动锥齿轮与传动件左端的中型锥齿轮传动比i1＝4，所述传动件右端锥齿轮与锥齿轮一的传动比i2＝2，所述锥齿轮二与锥齿轮一规格相同。

本发明具备以下有益效果：

1、通过驱动电机和球笼的设置，将车轮的动力传输与转向进行相对独立，在车轮进行0-45度范围内的转向时，驱动电机与车身保持相对静止，减少汽车零部件的晃动，增加汽车的平稳性，同时将驱动电机置于车身内部，防止外界砂石撞击驱动电机，导致驱动电机损坏，有利于提高对驱动电机的防护性。

2、通过锥齿轮一、锥齿轮二和弧形板上弧形齿的设置，将车轮的转向角度分为两个阶段，分别为0-45度和45-90度，进而使得汽车遇到紧急大角度转向时，其转动角度限制在45度以内，有效减小车轮突然卡死的几率，进而降低车辆侧翻发生率，并只在车辆需要转向45-90度的时候，且车速较慢的情况下，进行大角度的转向，确保车辆驾驶的安全性。

3、通过主动锥齿轮与传动件上中型锥齿轮和传动件上中型锥齿轮与锥齿轮一之间的传动比的设置，逐级减小圆周速率，提高传动的平稳性，增加转向安全性，同时减小转向电机的转动力矩，有效防止转向电机烧坏，提高转向电机的安全性，增加转向电机使用年限。

附图说明

图1为本发明结构正视示意图；

图2为本发明结构俯视示意图；

图3为本发明结构锥齿轮一俯视示意图；

图4为本发明结构锥齿轮二俯视示意图；

图5为本发明结构转动轴与主动锥齿轮安装示意图；

图6为本发明结构图1中a处放大示意图；

图7为本发明结构汽车模式一原理示意图；

图8为本发明结构汽车模式二原理示意图；

图9为本发明结构汽车模式三原理示意图；

图10为本发明结汽车模式四原理构示意图。

图中：1、车身；2、车轮；3、驱动电机；4、传输轴；5、固定型球笼式万向节；6、支撑板；7、活动套；8、弧形板；9、转向电机；10、转动轴；11、主动锥齿轮；12、连接套；13、活动限位构件；14、液压杆；15、传动件；16、锥齿轮二；17、锥齿轮一。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-10，一种基于电机驱动的汽车四轮独立转向机构，包括车身1和车轮2，车轮2的中部固定安装有固定轴，车身1底部活动安装有驱动电机3，驱动电机3的活动轴固定连接有传输轴4，传输轴4的右端通过花键固定连接有固定型球笼式万向节5，固定型球笼式万向节5与车轮2上固定轴的左端通过花键固定连接，车轮2固定轴上且位于固定型球笼式万向节5的右侧活动套接有活动套7，活动套7的底部活动套接有支撑板6，支撑板6的左端与车身1固定连接，驱动电机3的上表面固定安装有弧形板8，车身1的顶部且位于弧形板8的上方固定安装有转向电机9，转向电机9的活动端固定连接有转动轴10，转动轴10的底端与车身1的中部活动连接，转动轴10上活动卡接有主动锥齿轮11，车身1的顶部且位于转向电机9的右侧固定安装有活动限位构件13，活动限位构件13的中部固定安装有液压杆14，液压杆14的顶端固定安装有套筒，液压杆14的套筒中活动套接有传动件15，传动件15的两端分别对称安装有中型锥齿轮，传动件15左端的中型锥齿轮与主动锥齿轮11啮合，活动套7的上表面固定安装有锥齿轮二16，锥齿轮二16的上表面通过轴固定连接有锥齿轮一17，传动件15右端的中型锥齿轮与锥齿轮一17啮合。

其中，弧形板8的上表面固定开设有弧形齿条，弧形齿条两端之间的夹角为90度，在普通转向过程，只需要车轮2在45度到负45度旋转转向时，由转向电机9依次通过转动轴10、主动锥齿轮11和传动件15，将动力传输给锥齿轮一17，通过活动套7带动车轮2进行旋转，进而使汽车进行转向，但车轮2需要旋转超过45度时，由于达到固定型球笼式万向节5的传输极限，故而传动件15下降分别与弧形板8上弧形齿条和锥齿轮二16结合，分别带动驱动电机3与车轮2一起转动，增大车轮2可转动角度，使其转动角度最大可达到90度，进行更大的角度变换，缩小汽车的转向半径，使得汽车在较小的区域内，能够快速的实现转向。

其中，车身1的底部开设有扇形活动卡槽，其扇形角度为180度，保证弧形板8的活动余量，确保车轮2转向顺利进行，同时利用弧形板8对驱动电机3进行卡紧，防止其侧翻。

其中，主动锥齿轮11上活动套接有连接套12，连接套12与传动件15左端的中型锥齿轮活动套接，对主动锥齿轮11与传动件15左端的中型锥齿轮进行相对连接固定，保证两者之间的联动，当传动件15下降时，能够带动主动锥齿轮11在转动轴10上滑行并下降，对主动锥齿轮11在转动轴10上位置进行限定，减少主动锥齿轮11在传动过程中与传动件15的撞击，提高两者安全性。

其中，锥齿轮一17上开设的齿占四分之一半圆，锥齿轮二16上开设的齿占两个八分之一半圆，当传动件15与锥齿轮一17结合传动时，使锥齿轮一17能够逆时针和顺时针分别旋转45度，即到达传动终点，有效避免车轮2转动角度过大，造成固定型球笼式万向节5因为传输轴4和车轮2上的固定轴夹角过大，无法传递扭矩，造成车轮2停止转动，使车辆失控，对驾驶员造成危险，当传动件15与锥齿轮二16结合时，可使车轮2跟随驱动电机3一起转动，确保扭矩传递的同时，实现较大角度的转向。

其中，主动锥齿轮11与传动件15左端的中型锥齿轮传动比i1＝4，传动件15右端锥齿轮与锥齿轮一17的传动比i2＝2，锥齿轮二16与锥齿轮一17规格相同，当主动锥齿轮11转动一圈时，传动件15转动四分之一圈，则锥齿轮一17转动八分之一圈，通过逐级减小圆周速率，提高传动的平稳性，增加转向安全性。

工作原理，初始时，车轮2处于水平状态，由驱动电机3依次通过传输轴4和固定型球笼式万向节5传递扭矩，带动车轮2转动，使汽车呈直线行驶状态，当需要转向时，其一，如附图7所示，当只有汽车前面两轮进行角度的变换且角度变换均不超过45度，其转向过程为：由转向电机9依次通过转动轴10、主动锥齿轮11和传动件15，将动力传输给锥齿轮一17，通过活动套7带动车轮2进行旋转，进而使汽车进行转向，其二，如附图8所示，四轮都进行角度的变换且角度变换均不超过45度，但转向的方向相同，其工作原理同上，但汽车的转向半径缩短，其三，如附图9所示，四轮的转向角度均为90度，其工作原理为：先将车轮2逆时针旋转45后，利用液压杆14推动传动件15下降，使得传动件15右端的中型锥齿轮与锥齿轮二16结合，传动件15左端的中型锥齿轮与弧形板8上的互相齿条结合，使转向电机9进行反转，带动驱动电机3进行逆时针转动，同时通过传动件15与锥齿轮二16的传输，使得活动套7带动车轮2继续逆时针旋转45度后停止，此时，可进行侧方位停车，其四，如附图10所示，汽车前右轮与后左轮进行逆时针转动相同角度，汽车前左轮与后右轮进行顺时针转动相同角度，使得汽车转向中心为与四轮连接线的中心，使得汽车可进行原地转向。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

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