技术领域
[0001] 本
发明涉及车辆悬架技术领域，具体讲涉及一种基于
扭杆弹簧的机电悬架装置。
背景技术
[0002] 对于越野车辆而言，如何在各种恶劣的路况下，获得良好地行驶平顺性，一直是悬架技术研究和发展的重点。为了提高车辆的行驶平顺性，主动悬架、半主动悬架技术兴起并获得了发展。近年来，随着车辆电驱动技术、
电机技术、
电子控制技术的发展，电机逐渐成为了主动悬架执行器的核心元件，且电机与减速器的集成结构应用于
悬架系统，可实现悬架的主动或半主动控制。但是机电悬挂的机械能与
电能相互转换效率不高，致使车辆行驶平顺性降低，整车的越野行驶速度也会降低；在主动工况下，缺乏抑制车体振动的主动控制
力；在半主动工况下，
控制器控制电机
驱动器对发电能力的控制不明显，从而导致半主动悬架的功能未完全发挥，影响其
能量回收。
发明内容
[0003] 为了解决
现有技术中所存在的上述不足，本发明提供一种基于扭杆弹簧的机电悬架装置，所述装置包括平衡肘扭杆总成(1)以及通过
连杆总成(2)与所述平衡肘扭杆总成(1)活动连接的机电执行器总成(3)；
[0004] 所述平衡肘扭杆总成(1)连接车辆的负重轮(130)承受车体(110)的
载荷，实现对振动的缓冲，再通过所述连杆总成(2)将所述载荷传递给所述机电执行器总成(3)；
[0005] 所述机电执行器总成(3)将所述载荷转换为电能；
[0006] 所述载荷包括静载荷和动载荷。
[0007] 进一步的，所述平衡肘扭杆总成(1)包括活动连接的扭杆组件和平衡肘总成(a1)；
[0008] 所述机电执行器总成(3)包括同轴连接的
摇臂总成(C2)和与车体(110)连接的驱动组件；
[0009] 所述连杆总成(2)两端分别活动连接所述平衡肘总成(a1)和摇臂总成(C2)，且所述平衡肘总成(a1)、连杆总成(2)和摇臂总成(C2)的旋
转轴互相平行。
[0010] 进一步的，所述扭杆组件包括依次同轴设置的扭杆固定盘总成(a5)、扭杆(a4)、固定连接车体(110)的扭杆
支架(a2)及嵌套在所述扭杆(a4)上的支架外套；
[0011] 所述扭杆(a4)和扭杆支架(a2)与所述平衡肘总成(a1)分别活动连接。
[0012] 进一步的，所述平衡肘总成(a1)包括
过盈配合连接的负重轮轴(a11)与平衡肘(a13)，所述负重轮轴(a11)活动连接于负重轮(130)。
[0013] 进一步的，所述扭杆固定盘总成(a5)包括固定连接的扭杆固定盘(a51)和扭杆端盖(a52)，所述扭杆固定盘(a51)固定连接于车体(110)。
[0014] 进一步的，所述连杆总成(2)包括连杆(b2)，
[0015] 所述连杆(b2)一端与所述平衡肘(a13)连接，另一端与所述摇臂总成(C2)连接。
[0016] 进一步的，所述驱动组件包括同轴设置的：安装座总成(C1)、调节安装端盖总成(C3)、输出齿圈与端盖总成(C4)、电机端盖总成(C5)、液冷端口总成(C6)、
行星轮组
行星架总成(C7)和电机
转子总成(C8)；
[0017] 所述安装座总成(C1)固定连接于车体(110)；
[0018] 所述摇臂总成(C2)与所述安装座总成(C1)配合形成旋转副；
[0019] 所述输出齿圈与端盖总成(C4)固定连接所述摇臂总成(C2)和所述调整安装端盖总成(C3)；
[0020] 所述调整安装端盖总成(C3)与电机转子总成(C8)活动连接；
[0021] 所述电机端盖总成(C5)和所述液冷端口总成(C6)固定连接于所述安装座总成(C1)后端面，且所述电机端盖总成(C5)与电机转子总成(C8)活动连接；
[0022] 所述行星轮组行星架总成(C7)和所述电机转子总成(C8)活动连接于所述安装座总成(C1)。
[0023] 进一步的，所述安装座总成(C1)包括：安装座(101)，和位于安装座(101)内侧的固定齿圈(102)；
[0024] 所述安装座(101)包括：固定车体(110)用的安装孔(c)和对摇臂总成(C2)
定位的凸台(d)。
[0025] 进一步的，所述摇臂总成(C2)包括：位于所述摇臂总成(C2)圆周的摇臂(201)和与所述连杆总成(2)连接处的销轴(202)；
[0026] 所述摇臂(201)包括轴向限位凸台(n)、销轴安装孔(p)和与输出齿圈总成的安装面(r)。
[0027] 进一步的，所述输出圈齿总成(C4)包括：输出齿圈(401)和环状分布于所述输出齿圈(401)径向外侧的输出齿圈螺钉；
[0028] 所述输出齿圈螺钉与所述摇臂总成(C2)的摇臂(201)固定连接；
[0029] 所述输出齿圈(401)与所述行星轮组行星架总成(C7)活动连接。
[0030] 进一步的，所述行星轮组行星架总成(C7)包括：行星架和环状设于所述行星架内的行星轮组(701)；
[0031] 所述行星轮组(701)包括：与所述输出圈齿总成(C4)的输出齿圈(401)活动连接的外侧行星轮(7002)和与所述电机转子总成(C8)活动连接的内侧行星轮(7003)。
[0032] 进一步的，所述电机转子总成(C8)包括：径向从内至外依次设置的
传感器轴
连接杆(801)、电机
输出轴(802)、
太阳轮(803)、电机转子(815)和平键(816)；
[0033] 所述传感器轴连接杆(801)固定连接所述调整安装端盖总成(C3)；
[0034] 所述内侧行星轮(7003)活动连接所述太阳轮(803)与所述电机输出轴(802)；所述电机输出轴(802)活动连接所述电机转子(815)；
[0035] 所述电机转子(815)通过所述平键(816)与电机输出轴(802)连接。
[0036] 进一步的，所述电机端盖总成(C5)包括固定连接的电机端盖(501)和
轴承(502)；
[0037] 所述电机端盖(501)固定连接于所述安装座总成(C1)后端面；
[0038] 所述轴承(502)固定连接电机输出轴的外圆面(w)。
[0039] 与现有技术相比，本发明的有益效果为：
[0040] (1)本发明提供的技术方案，通过采用扭杆与机电执行器并联形式的机电悬架来承受车体的静载荷和动载荷，实现对振动的缓冲，通过平衡肘总成、连杆总成和摇臂总成的连接实现了悬架的主动控制和振
动能量回收；
[0041] (2)本发明提供的技术方案，实现了电机与摇臂的同轴布置，且利用安装座总成安装悬架部件,实现了悬架的模
块化设计，结构紧凑，便于安装；
[0042] (3)本发明提供的技术方案，选用扭杆作为弹性元件，实现振动的缓冲，通过电机产生主动控制力矩，实现悬架的主动控制。该技术方案取得了较好的可靠性，而维护
费用较低；
[0043] (4)本发明提供的技术方案，悬架各部件
旋转轴平行布置，利于维修与保养。
附图说明
[0044] 图1基于扭杆弹簧的机电悬架组成图；
[0045] 图2A平衡肘扭杆总成组成图；
[0046] 图2B平衡肘扭杆总成组成局部放大图；
[0047] 图3平衡肘总成组成图；
[0048] 图4扭杆固定盘总成组成图；
[0049] 图5连杆总成组成图；
[0051] 图6B机电执行器总成背面图；
[0052] 图6C机电执行器总成剖面图；
[0053] 图7A安装座总成结构；
[0054] 图7B安装座总成结构剖面图；
[0056] 图8安装座结构；
[0057] 图9摇臂总成结构；
[0058] 图10调整安装端盖总成；
[0059] 图11输出齿圈总成；
[0060] 图12行星轮组行星架总成；
[0061] 图13A电机转子总成；
[0062] 图13B电机转子总成剖面；
[0063] 图14电机端盖总成；
[0064] 图15液冷端口总成；
[0065] 图16机电悬架液冷示意图；
[0066] 图17机电悬架装车示意图；
[0067] 其中，1平衡肘扭杆总成；2连杆总成；3机电执行器总成；a1平衡肘总成；a2扭杆支架；a3支架外套；a4扭杆；a5扭杆固定盘总成；a6轴向定位板；a7
垫圈；a8调整垫；a11负重轮轴；a12密封环；a13平衡肘；a14挡油盘；a51扭杆固定盘；a52扭杆端盖；C1安装座总成；C2摇臂总成；C3调节安装端盖总成；C4输出齿圈与端盖总成；C5电机端盖总成；C6液冷端口总成；C7行星轮组行星架总成；C8电机转子总成；100基于扭杆弹簧的机电悬架装置；101安装座；
102固定齿圈；103耐磨垫圈；104轴承；105轴承
锁母；106
冷却液套；107电机
定子；108定子起拔环；109导
水块；110车体；120上限位器；130负重轮；140
履带；201摇臂；202连接销轴；203薄壁轴承；204端面密封；301调整安装端盖；302O形圈；303旋转
密封圈；b1挡圈；b2连杆；b3关节轴承；b4调整安装端盖的内孔；401输出齿圈；402密封垫；403端盖；404耐磨垫；405轴承；406镙塞；501电机端盖；502轴承；503密封上盖板；504电机出线密封塞；505密封下盖板；
506传感器出线密封塞；601液冷端口体；602快速接头；6001进液口；6002出液口；701行星轮组；702内侧行星架；703外侧行星架；7001内侧行星轮；7002外侧行星轮；7003行星轮轴；801传感器轴连接杆；802电机输出轴；803太阳轮；804连接杆
支撑体；805
联轴器；806
角位移传感器；807轴承固定端盖；808轴承；809传感器安装座；810轴套支撑环；811轴承外档圈；812轴承内档圈；813外档圈；814锁紧档圈；815电机转子；816平键；T1连接杆；T2
花键；T3定位槽；a安装座的圆形平面；b安装座外圆；c安装孔；d凸台；e内孔；f
散热片；g冷却液道；h进液口；i出液口；j矩形沉槽；k豁口；n轴向限位凸台；p销轴安装孔；r输出齿圈总成的安装面；x电机输出轴的内孔面；w电机输出轴的外圆面；t传感器安装座的定位凸台；z电机端盖的凹槽。
具体实施方式
[0068] 为了更好地理解本发明，下面结合
说明书附图对本发明的内容做进一步的说明。
[0069] 如图1所示，本发明提供的一种基于扭杆弹簧的机电悬架装置主要由平衡肘扭杆总成1、连杆总成2、机电执行器总成3等组成。
[0070] 如图2A所示，平衡肘扭杆总成1主要由平衡肘总成a1和扭杆组件组成，扭杆组件包括扭杆支架a2、支架外套a3、扭杆a4、扭杆固定盘总成a5、轴向定位板a6、垫圈a7、调整垫a8、以及相关轴承、螺钉等附件组成，其功能是实现与负重轮的连接，承受车体110的静载荷和动载荷，实现对振动的缓冲。
[0071] 如图2B所示，扭杆支架a2通过螺钉固定安装到车体110上，支架外套a3套在扭杆支架的外侧，起到保护作用。平衡肘总成a1通过轴承与扭杆支架a2连接，形成旋转副。平衡肘总成a1与扭杆a4通过花键相连接。轴向定位板a6压在垫圈a7上，在垫圈a7与扭杆a4端面之间装有调节垫a8。轴向定位板a6、垫圈a7、调节垫a8通过螺钉紧固在扭杆的端面上。轴向定位板a6上部有偏心孔，轴向定位板a6安装在在平衡肘的定位槽T3内，轴向定位板a6的作用是防止扭杆的轴向窜动。
[0072] 如图3所示，平衡肘总成由负重轮轴a11、密封环a12、平衡肘a13、挡油盘a14组成。负重轮轴a11通过盈配合与平衡肘a13连接，同时负重轮轴端面
焊接到平衡肘上。密封环a12实现负重轮总成的
润滑油的密封。档油盘实现对扭杆支架润滑油的密封。平衡肘的特征T1实现与连杆成的连接，形成旋转副；平衡肘的特征T2花键实现与扭杆的连接；平衡肘的特征T3定位槽用于安装轴向定位板。
[0073] 如图4所示，扭杆固定盘总成a5由扭杆固定盘a51、扭杆端盖a52组成。扭杆a4与扭杆固定盘a51通过花键连接，扭杆端盖a52通过螺钉紧固在扭杆端面上。扭杆固定盘a51通过螺钉固定在车体110上。
[0074] 如图5所示，连杆总成2由挡圈b1、连杆b2、关节轴承b3组成。连杆b2一端与平衡肘连接，另一端与摇臂连接，实现力矩的传递。
[0075] 如图6A所示，机电执行器总成3由摇臂总成C2和驱动组件组成，驱动组件包括安装座总成C1、调节安装端盖总成C3、输出齿圈与端盖总成C4、电机端盖总成C5、液冷端口总成C6、行星轮组行星架总成C7、电机转子总成C8等组成。
[0076] 如图6B、6C所示，为实现机电执行器各部件的固定连接，整个机电执行器通过安装座总成C1固定到车体110上。摇臂总成C2通过薄壁轴承与安装座的外圆b配合形成旋转副。输出齿圈与端盖总成C4通过螺钉与摇臂连接。调整安装端盖总成C3通过孔b4与电机转子总成C8的传感器轴连接杆801连接，同时通过螺钉与输出齿圈总成连接。电机端盖总成C5通过螺钉固定在安装座后端面上，通过轴承径向支撑电机定子，同时通过定位槽与电机转子及输出轴总成连接，起到径向定位作用。液冷端口总成C6通过螺钉固定在安装座后端面上，其上的进出液口与安装座上进出液口相对应。行星轮组行星架总成C7分别与太阳轮803、固定齿圈102和输出齿圈401相
啮合，传递转矩。
[0077] 如图7A-7C所示，安装座总成C1是将机电执行器整体固定到车体110上的关键部件，其它部件，安装座总成承受空
气弹簧对车体110的承载力、冲击力，还承受摇臂的径向力。
[0078] 安装座总成C1由安装座101、固定齿圈102、耐磨垫圈103、轴承104、轴承锁母105、冷却液套106、电机定子107、定子起拔环108、导水块109等组成。电机定子107与安装座101内孔之间是过盈配合，过盈量为0.05mm至0.07mm，在安装时需要专用工装，利用压力机压入电机定子107，直至与定子起拔环108紧密
接触为止。定子起拔环108的作用是为电机定子提供轴向限位，同时便于将电机定子从内孔中拆出。定子起拔环108预先置入安装座101内孔，当需要维修电机定子时，利用工装与定子起拔环108的
螺纹连接后，可将电机定子107从安装座内孔中拔出，从而利于机电悬架电机的维修保养。固定齿圈102与安装座101内孔是之间为过盈配合，过盈量为0.03至0.05mm，安装时需要专用工装，利用压力机压入固定齿圈102。固定齿圈102与行星轮组行星架总成C7的行星轮组相啮合。轴承锁母105实现摇臂总成与安装座外圆b之间的薄壁
圆锥滚子轴承定位。
[0079] 如图8所示，安装座101的圆形平面a，用于与摇臂总成C2的端面密封相配合；安装座的外圆b与摇臂总成C2的轴承相配合；安装座的安装孔c内穿螺钉，将机电执行器总成整体固定到车体110上。安装座上的凸台d用于对摇臂总成C2的轴承进行轴向限位，起到在轴上固定摇臂的作用。安装座的内孔e用于安装电机定子、固定齿圈、定子起拔环、耐磨垫圈等，并设计相应的定位凸台或沉槽。
[0080] 安装座上设计有散热片f，用于电机散热，在散热片与散热片之间，或散热片与安装座凸沿之间为冷却液道g，冷却液在冷却液道中流过；安装座上设计有进液口h和出液口i，进液口、出液口与液冷端口总成的进液口和出液压相对齐；安装座上设计有矩形沉槽j用于安装导水块。安装座上设计有豁口k,用于连通相邻的冷却液道。
[0081] 如图9所示，摇臂总成C2由摇臂201、连接销轴202、薄壁轴承203、端面密封204及相关的密封和
紧固件组成。
[0082] 摇臂201上设计有轴向限位凸台n，用于薄壁轴承的轴向安装定位；摇臂上设计有销轴安装孔p，用于安装销轴；摇臂上设计有输出齿圈总成的安装面r，用于与输出齿圈总成连接。
[0083] 摇臂总成C2主要作用：通过薄壁轴承203与安装座的外圆b形成旋转配合，使摇臂能够实现绕安装座外圆的中
心轴旋转；摇臂与输出齿圈连接，从而电机产生的力矩能够通过减速器传递到摇臂上。
[0084] 如图10所示，,调整安装端盖总成C3由调整安装端盖301、O形圈302、旋转密封圈303以及螺钉组成。调整安装端盖总成安装到输出齿圈上，其中O形圈起到密封作用。调整安装端盖的旋转密封圈与电机转子总成的电机输出轴802的内孔面x配合，起到密封作用。调整安装端盖的内孔b4与电机转子总成的传感器轴连接杆801相配合。
[0085] 如图11所示，,输出齿圈与端盖总成C4主要由输出齿圈401、密封垫402、端盖403、耐磨垫404、轴承405、螺塞406等组成。输出齿圈通过螺钉与摇臂连接，用于传递转矩。密封垫贴合在摇臂的安装面r，实现输出齿圈总成与摇臂总成之间的密封。端盖通过螺钉紧固在输出齿圈上，中间有O形圈密封。耐磨垫安装在端盖上，起到对行星轮组行星架总成的轴向限位作用。轴承的内径与电机输出轴相配合，起到支承电机输出轴的作用。
[0086] 如图12所示，行星轮组行星架总成C7主要由行星轮组701、内侧行星架702、外侧行星架703组成。四个行星轮组装在内外侧行星架之间。内侧行星架与外侧行星架通过螺钉紧固在一起。行星轮组主要由内侧行星轮7001、外侧行星轮7002、行星轮轴7003组成。内侧行星轮与太阳轮啮合，同时与固定齿圈啮合；外侧行星轮与输出齿圈啮合。
[0087] 如图13A-13B所示，电机转子总成C8主要由传感器轴连接杆801、电机输出轴802、太阳轮803、连接杆支撑体804、联轴器805、角位移传感器806、轴承固定端盖807、轴承808、传感器安装座809、轴套支撑环810、轴承外档圈811、轴承内档圈812、外档圈813、锁紧档圈814、电机转子815和平键816等组成。
[0088] 电机输出轴的内孔面x与调整安装端盖的旋转密封相配合。角位移传感器固定在传感器安装座上，传感器轴通过联轴器与传感器轴连接杆相连接。传感器轴连接杆与调整安装端盖的内孔b4相配合。传感器安装座的定位凸台t与电机端盖的凹槽z相配合。这样当摇臂相对安装座旋转时，由于调整安装端盖与摇臂是固连的，电机端盖与安装座是固连的，所以，角位移传感器测得摇臂相对于安装座的转角
信号。电机输出轴的外圆面w与电机端盖总成轴承的内径相配合。
[0089] 如图14所示，电机端盖总成C5主要由电机端盖501、轴承502、密封上盖板503、电机出线密封塞504、密封下盖板505、传感器出线密封塞506等组成。电机端盖的凹槽z与传感器安装座的定位凸台t相配合。电机端盖通过螺钉固定在安装座总成的后端面上。实现安装座总成的后部密封与电机定子的轴向定位。轴承502与电机输出轴的外圆面w相配合，起到径向支撑电机转子总成的作用。
[0090] 如图15所示，液冷端口总成C6由液冷端口体601、快速接头602及密封垫螺钉组成。液冷端口体通过螺钉紧固到安装座后端面上，在液冷端口体与安装座之间有密封，防止冷却液
泄漏。快速接头可以与液冷管路快速插拔。液冷端口体有进液口6001和出液口6002与安装座上的孔相对。
[0091] 如图16所示，同轴式机电悬架装置的冷却液循环原理，如图13所示。外部液冷系统通过液冷端口总成10进出液的快速接头602与安装座101的冷却液道相连通。如图所示，冷却液通过快速接头602进入液冷端口，之后通过安装座后端面的进液口进入导液块109，经导液块导流进入安装座的环形的液道，冷却液流转近一周后，流至导水块
侧壁并通过环形液道之间的豁口进入下一个液道，如此循环，直至冷却液流至安装座的出液口，之后冷却液通过液冷端口的出液孔的快速接头602流出。冷却液带走电机定子传给安装座的热量，从而使电机的定子得到冷却。
[0092] 如图17所示，悬架用于缓冲和衰减路面传递到车体110上的振动和冲击，在悬架100上方的车体110上布置上限位器120、悬架与负重轮130连接，负重轮下方为履带140。履带在路面上。当车辆静止时，扭杆产生支撑车体110的力，电机不工作。
[0093] 摇臂通过薄壁轴承和安装座的外圆b形成旋转配合，使摇臂能够实现绕安装座外圆的中心轴旋转；通过平衡肘的负重轮轴连接负重轮，从而支撑车体110，传递力；平衡肘通过花键与扭杆连接，实现弹性缓冲作用；摇臂与输出齿圈连接，从而使电机产生的力矩能够通过减速器传递到摇臂上并通过上限位120，实现悬挂的上限位功能。
[0094] 悬架装置采用
螺栓固定于车体110外侧，可实现主动、半主动两种控
制模式，当两种控制模式均失效后，可通过扭杆缓冲和减振，此时相当于被动悬架。悬架上下限位的保护原理：在车体110上布置上限位器120、对悬架向上运动进行保护，当悬架向上运动超过设定的行程时，平衡肘与限位器120发生撞击，过大的力由限位器承受，防止悬架受损。
[0095] 角位移传感器固定在传感器安装座上，传感器轴通过联轴器与传感器轴连接杆相连接。传感器轴连接杆与调整安装端盖的内孔b4相配合。传感器安装座的定位凸台t与电机端盖的凹槽z相配合。这样当摇臂相对安装座旋转时，由于调整安装端盖与摇臂是固连的，电机端盖与安装座是固连的，所以，角位移传感器测得摇臂相对于安装座的转角信号。
[0096] 主动控制模式时机电悬架的工作原理：当车辆在路面上行驶时，扭杆为缓冲振动的作用。主动控制模式时电机在外部驱动器和控制器的控制下，产生使摇臂上下摇动的力矩，从而使悬架带动平衡肘与负重轮上下运动，以此为适应路面的变化，尽可能减小车体受到的振动与冲击。机电悬架的电机转子通过平键与电机输出轴连接，太阳轮通过花键与电机输出轴连接。电机的输出转矩通过平键传递给电机输出轴，然后通过太阳轮传递给内侧行星轮，最终通过输出齿圈传递给摇臂。为了实现电机的高转速、低
扭矩转换成摇臂的低转速、大扭矩输出，电机的动力通过电机输出轴、传递给太阳轮,之后由太阳轮输入给行星轮组，经减速后，由输出齿圈带动摇臂输出，实现降速增扭。
[0097] 半主动控制模式时机电悬架的工作原理：此时电机相当于发电机。当车辆在路面上行驶时，扭杆为缓冲振动的作用，路面传递给履带、负重轮、和平衡肘的上下振动，通过摇臂传递给输出齿圈，进而通过行星轮组与行星架总成，传递给太阳轮，形成增速减扭的效果，太阳轮带动电机输出轴旋转，从而使电机(此时相当于发电机)发电。这样路面传递给负重轮的振动，大部分转
化成发出的电能，通过存储发出的电能，实现振动能量的回收。
[0098] 被动悬架时的工作原理：当两种模式均失效后，可通过扭杆缓冲。此时相当于被动悬架。当悬架在主动、半主动、被动状态工作时，机电执行器内部的磁阻，以及此时机电悬架内部
摩擦力，均产生阻尼效果，可衰减部分车体振动。
[0099] 以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和
变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。
