CN101607529A - 高级智能电动车 - Google Patents

Abstract

一种高级智能电动车，采用ARM控制的一台或多台步进电机代替汽车发动机作为动力装置，能够指令每台步进电机以相同转速或不同转速工作。转向系统采用小型步进电机控制，并能够与动力步进电机协调动作，完成转弯。为了提高安全性能，配置光电测距仪、图像监控仪、指纹识别仪、无线电接收装置，能够采集电动车周围信息传给ARM分析判断，及时指令步进电机运转，驱动电动车起步、加速、定速、正常行驶，或者强制性减速、限速、制动，达到安全行驶目的。电动车使用的蓄电池分为使用组和备用组，两组蓄电池能够自动交换。备用组蓄电池由太阳能电池、车载发电机、风力发电机充电，也能够使用工业或民用交流电网的电力充电，为连续行驶更长里程提供储备电力。

Description

高级智能电动车

技术领域

本发明涉及一种利用太阳能电池及车载发电机、风力发电机给蓄电池充电，蓄电池的电力提供给步进电机驱动车辆行驶，同时提供给计算机最小系统ARM信息处理器(以下简称：ARM)、旋转编码器、光电测距仪、图像监控仪、无线电接收装置、指纹识别仪及视听设备、空调设备工作，构成零排放、绿色环保、低能高效的高级智能电动车(以下简称：电动车)，属于汽车工业。

背景技术

自从汽车发明到现在，车辆的动力主要使用发动机提供。由于，发动机的废气对环境污染较大，能量消耗与输出的比例不太合理，损耗大。近几年，发展起来的“电动汽车”，主要以直流电机为主要动力，或者采用发动机与交流或直流电动机作为混合动力。直流、交流电动机的输出转矩很小，并且电力消耗很大，只有在高速状态下，需要通过减速机构实现较高转矩输出。发动机亦是在较高转速时，才能够产生高转矩输出。在减速过程中，必然存在能量的损耗。无论是发动机、还是交流、直流电动机，作为车辆动力源，皆没有达到低能高效的境界。

发明内容

为了克服上述技术弱点，本发明设计一种使用步进电机作为车辆动力源，能够消耗最小能量，输出最大转矩。利用现有汽车的结构，去掉发动机、减速器、离合器(采用一台步进电机驱动两侧车轮，则保留差速器)，改装使用步进电机作为动力源。以ARM为信息智能处理中心，输出数字信息，指令步进电机运行，代替发动机来驱动车辆安全行驶。

车辆行驶，是利用滚动摩擦原理，实现位移。而位移的最大动力是起步力矩，需要大于运行数倍的转矩带动车轮旋转。这样，正好符合步进电机低速状态能够获得最大转矩的特性。使用步进电机驱动车轮，无需减速箱、离合器复杂的机械结构。用同步带及同步带轮，就能够实现驱动电动车的起步、运行。步进电机比其它电动机的工作电压低、电流小，极少的能耗，能够产生最大转矩。在低速(1800转/分钟以下)状态的电能到机械能的转换效率极高，是其它电动机所望尘莫及。还能够采用开环、闭环两种控制方法。开环控制方法简单，设备成本低廉。

步进电机，只能够接收数字信号控制运转，便于使用多种数字化信息控制。加速、减速始终能够带动负载实现同步位移。在输出转矩足够的条件下，不受负载物的运动惯量的干扰，精确定位。并且，步进电机的运动控制，能够在0.1秒以下时间内完成。就是说，步进电机在减速到停止转动，都能够同步加载输出转矩。步进电机这种特点，能够取代现有汽车的制动系统。当然，使用步进电机驱动四轮车辆，也能够加装制动系统，起着双保险的作用。使用步进电机驱动的电动车，可以使用壹台用作起步、运行，或多台同时起步、选择运行。由ARM发出控制信号，能够控制多台步进电机以相同转速或不同转速运行。这样，能够驾驶电动车做出多种复杂的特技动作：侧立行驶、直立行驶、原地掉头、原地旋转、左右漂移等。例如，将左后轮制动，向左打方向，就能够以左后轮为圆心作逆时针旋转。

较大负载的车辆，可以配置多台步进电机，能够保证有足够的驱动力矩。使用不同传动比的同步带轮，能够实现驱动车轮产生最大转矩。起步可以使用主动轮与被动轮1∶5或更大的减速比，而正常行驶，则可以转换为1∶1或更小的减速比。按照130BYG250C步进电机的保持转矩40Nm来计算，使用1∶5的减速比，起步转矩能够达到180Nm，足以驱动普通的小型客车。例如1.5吨以上的电动车，使用两台以上的130BYG250C步进电机起步，正常行驶就能够转换为壹台或两台步进电机工作，驱动电动车高速行驶。通常，家用的四轮小型载客电动车，可以降低车身重量到500公斤左右，使用壹台130BYG250C步进电机，就可以完成起步、运行。最高时速能够达到140公里/小时。

在电源方面，本发明设计使用太阳能电池及车载发电机、风力发电机给蓄电池充电。将蓄电池分为两组，即使用组与备用组。使用组与备用组蓄电池是轮流交换的。当使用组蓄电池电力下降到需要充电时，由电压电流采集电路，将信号传到ARM运算分析，ARM指令继电器将备用组蓄电池转换为使用组蓄电池，使用组蓄电池则转换为备用组蓄电池。备用组蓄电池，以最大程度，保持充电状态。电动车停止时，在可见光的作用下，太阳能电池对蓄电池充电。电动车运行时，车载发电机、风力发电机与太阳能电池(需要可见光)，共同对备用组蓄电池充电。尤其在夜晚行驶，车载发电机、风力发电机对备用组蓄电池充电，能够保证行驶更长里程。这样，解决了以往电动车无法远行的难题。车载发电机与车轮传动轴连动，风力发电机是利用电动车前进时的气流带动发电机旋转。电动车上安装两个以上的发电机发电，对备用组蓄电池充电，确保有足够的持续电力源。又能够在电动车停驶时，使用工业或民用交流电，对蓄电池充电。

为了提高电动车的行驶安全性能，本发明设计了光电测距仪、图像监控仪实时采集电动车周围的信息，通过ARM分析判断，指令步进电机加速、减速、转弯或者制动。例如，车速为100公里/小时，安全车距要求为100米，前方的车辆距电动车的安全距离小于100米时，光电测距仪、图像监控仪采集到的信息，经过ARM分析判断，及时降低步进电机的转速，也就加大了电动车前方的安全距离。前方车辆紧急制动，电动车也随之自动进行紧急制动。很多情况下，驾驶员还没有反应过来，ARM就及时采取减速、制动措施。ARM的高速运算能力，极大提高电动车的行驶安全性能，有效避免车毁人亡的恶性交通事故，充分体现出ARM所具有的高级智能。

在传统的汽车方向控制系统中，增加数字化动力装置，使用步进电机作为打方向的动力源，由ARM发出控制指令控制方向。这样，不使用驾驶员驾方向盘的力量。驾驶员此时驾方向盘，只是改变旋转编码器的位移量，提供给ARM运算分析。ARM发出指令，控制小型步进电机，通过蜗杆推动蜗轮，驱动两侧车轮的方向连接杆，实现转弯。

继承保留传统汽车的方向盘、加速踏板、制动踏板、档位手柄、驻车手刹的驾驶室结构，以便满足人们的驾驶习惯需要。没有离合器踏板。但是，这些部件，要增加或完全改为数控功能。例如，方向盘、制动踏板、驻车手刹可以保留原来的机械结构，要增加旋转编码器及开关装置，采集动作信号，传给ARM运算分析。也可以全部采用数控方法，使用步进电机驱动机械传动机构。加速踏板只带动旋转编码器，产生加速指令信号，提供给ARM。档位手柄，相当于多档开关，提供前进、后退或保持车速的开关信号给ARM。驻车手刹，能够起到驻车作用，又能够在驻车时切断动力电源，同时，打开ARM之中的防盗程序。防盗程序一旦开始，必须再次验证合法指纹及输入合法密码，才能够关闭防盗程序，ARM便许可驾驶电动车。在行驶途中，如果在路口遇到红灯等待，就不必要拉手刹，停车时步进电机加载，就能够自动驻车，杜绝了溜车现象。

随着信息化建设需要，ARM设置了通讯串口，便于车辆年检时验证电动车的技术参数及车辆管理信息。由于ARM的强大信息处理功能，具备参与公共交通安全集中管理的条件。可以由政府交管部门设置减速、限速的统一无线电信号，在人行道、交叉路口、限速路段等处发出，由车载无线电接收装置传输到ARM运算分析，ARM则发出强制减速、限速指令，及时调整步进电机的转速，达到减速或限速目的。这样，在需要减速、限速路段，电动车驾驶员也就彻底失去了违反交通法规的机会。真正实现安全驾驶，减少或避免交通事故发生。

附图说明

下面通过附图及实施例，对本发明进一步说明。

图1是本发明第一个实施例的壹台步进电机驱动的电动车传动结构图；图2是本发明第二个实施例的四台步进电机驱动的电动车传动结构图；图3是本发明第三个实施例可移动驾驶室的结构图。

图中：1、左前轮，2、左前轮差速器，3、从动同步带轮，4、前右半轴万向节，5前右半轴，6、右前轮，7、右前轮差速器，8、发电机，9、同步带，10、步进电机，11、前左半轴，12、前左半轴万向节，13、底盘悬架，14、主动同步带轮，15、后轮轴，16、左后轮，17、右后轮，18、左前轮，19、前左方向连接杆，20、左前轮的从动同步带轮，21、左前轮轴，22、蜗杆，23小型步进电机，24、右前轮轴，25、蜗轮，26、前右方向连接杆，27、右前轮，28、底盘前悬架，29、右前轮的从动同步带轮，30、同步带，31、主动同步带轮，32、控制右前轮的步进电机，33、主动同步带轮，34、控制右后轮的步进电机，35、同步带，36、控制左后轮的步进电机，37、底盘后悬架，38、右后轮，39、右后轮的从动同步带轮，40、右后轮轴，41、右后方向连接杆，42、小型步进电机，43、蜗轮，44、蜗杆，45、左后方向连接杆，46、发电机，47、左后方向，48、右后轮的从动同步带，49、同步带，50、主动同步带轮，51、控制左前轮的步进电机，52、主动同步带轮，53、同步带，54、可移动式支架，55、方向盘，56、控制方向旋转编码器，57、方向盘主轴，58、方向盘主轴固定轴承，59、控制加速旋转编码器，60、旋转编码器信号线，61、ARM机箱，62、加速踏板支架，63、加速踏板，64、旋转编码器信号线，65、旋转编码器信号线，66、ARM机箱液晶屏，67、制动踏板，68、电源线，69、蓄电池，70、制动踏板支架，71、控制减速及制动旋转编码器，72、制动踏板复位弹簧，73、加速踏板复位弹簧。

具体实施方式

图1，采用壹台步进电机驱动的电动车驱传动结构，步进电机(10)通过主动轮(14)、同步带(9)、从动轮(3)带动电动车前轮的左右半轴，同时带动发电机(8)发电。差速器(2)与(7)用于电动车转弯。

图2，采用四台步进电机驱动的电动车结构，四台步进电机(32)、(34)、(36)、(51)，在直行时的转速相同，通过同步带(53)、(30)、(35)、(49)分别带动左前轮(18)、右前轮(27)、右后轮(38)、左后轮(47)。在电动车转弯时，两侧的车轮转速将会不同。例如，左转弯，左侧的前轮(18)与后轮(47)，会减速。减速的数值，由ARM采集控制方向旋转编码器的数值，确定转弯半径的大小成一定比例。为了方便驾驶，电动车的前后都能够控制方向。蜗轮(25)与蜗轮(43)，就是旋转的角度来控制方向。由于，蜗轮蜗杆有自锁功能，即蜗杆没有驱动力，蜗轮无法转动。因此，使用一头方向，而另外一头的方向能够自锁。在车轮轴上装配的发电机(46)，电动车行驶过程中，始终给备用组蓄电池充电。

图3，驾驶室为可移动的结构，可移动支架(54)，装有方向盘、加速踏板、减速踏板的组件，实现驾驶室可移动。控制方向的编码器(56)、控制加速的旋转编码器(59)、制动与减速的旋转编码器(71)的所有信号线、电源线，都能够使用接插件，与ARM连接。极大地方便交换车头、车尾，换向驾驶。

Claims (10)

1、一种高级智能电动车，以蓄电池为电源，并且将蓄电池分为使用组与备用组，采用由太阳能电池、车载发电机、风力发电机对备用组蓄电池充电；ARM运算处理车载的光电测距仪、图像监控仪、旋转编码器、指纹识别仪、无线电接收装置采集的相关信号，指令步进电机加速、减速、转向、制动。其特征是：ARM产生的智能信号，能够控制一台或多台步进电机驱动电动车行驶，并有车载发电机、风力发电机、太阳能电池共同或单独对备用蓄电池充电，又能够使用工业或民用交流电充电。

2、根据权利要求1所述的高级智能电动车，其特征是：由步进电机通过同步带、同步带轮驱动的车轮组件，能够无限制数量扩展，其转速能够相同，也可不同。

3、根据权利要求1所述的高级智能电动车，其特征是：采用两台以上步进电机驱动电动车，由位于方向盘中轴的旋转编码器采集转弯半径的数据，经过ARM分析后，指令转弯内侧车轮的步进电机，适当减速，产生转弯差速。

4、根据权利要求1所述的高级智能电动车，其特征是：加速踏板与制动踏板，分别安装旋转编码器，采集加速、减速、制动的信号给ARM运算分析，发出指令控制步进电机，驱动电动车行驶或制动。

5、根据权利要求1所述的高级智能电动车，其特征是：档位手柄置于前进档，踩踏加速踏板加速过程中，档位手柄从前进档拨到定速档位，车速能够保持当前速度不变，脚踏制动踏板时定速功能立即解除。

6、根据权利要求1所述的高级智能电动车，其特征是：驻车手刹拉到位时，ARM内置的防盗程序立即起动，关闭所有驱动步进电机的程序，必须输入合法指纹及合法密码后即解除防盗程序，才许可驾驶电动车。

7、根据权利要求1所述的高级智能电动车，其特征是：车载光电测距仪、图像监控仪、无线电接收装置，能够实时采集电动车周围的信息，由ARM运算分析后，指令步进电机在任何工作状态下，强制减速、限速、制动，保障电动车安全行驶。

8、根据权利要求1所述的高级智能电动车，其特征是：左右两侧车轮的转向连接杆与使用小型步进电机驱动的蜗杆、蜗轮组件连接，由ARM接收方向盘的旋转编码器信息，控制小型步进电机运动，实现转向。

9、根据权利要求1所述的高级智能电动车，其特征是：方向盘、加速踏板、减速踏板连同各自的旋转编码器，安装在能够移动的支架上，信号线与电源线用接插件和ARM连接，可以将车头、车尾轮换，换向驾驶电动车。

10、根据权利要求1所述的高级智能电动车，其特征是：电动车的使用组蓄电池，能够被自动监测电压电流参数，ARM适时发出指令，将使用组蓄电池与备用组蓄电池自动交换。

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