CN104029674A - 一种轮毂电机驱动型电动汽车辅助倒车及转弯系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种轮毂电机驱动型电动汽车辅助倒车及转弯系统。倒车雷达和成像设备大大增加了硬件成本。本发明包括左前轮毂电机驱动轮、右前轮毂电机驱动轮、左后轮毂电机驱动轮、右后轮毂电机驱动轮、转向装置、制动装置和控制系统；控制系统包括整车控制器、转角传感器、电压转换器T1、倒车辅助开关S5、转向辅助开关S6、电机正转控制继电器线圈KJ1、电机反转控制继电器线圈KJ2、继电器供电电源V2、电机正转控制继电器第一触点S1、电机正转控制继电器第二触点S2、电机反转控制继电器第一触点S3、电机反转控制继电器第二触点S4和熔丝R1。本发明辅助汽车在倒车入库或狭窄道路上调头时，减小车辆转向半径。

Description

一种轮毂电机驱动型电动汽车辅助倒车及转弯系统
技术领域
本发明属于电动汽车领域，涉及倒车及转弯系统，具体涉及一种轮毂电机驱动型电动汽车辅助倒车及转弯系统。
背景技术
随着汽车保有量的增多，交通拥堵日益严重，而且停车空间明显不足。在停车时由于空间有限，将车辆停放在指定的停车位上比较困难，而且可能会刮擦到别的车辆，使车辆受损。
为了改变汽车转向过程中的转弯半径，在部分内燃机汽车上采用了四轮转向技术和后轮随动转向技术，通过这些技术可以让后轮转动一定的角度实现车辆在运动过程中增大或者减小它的转弯半径。目前内燃机汽车采用的这些技术主要是通过倒车雷达和倒车成像影音技术等来实现辅助倒车功能。这类技术需要增加倒车雷达和成像设备等，大大增加了硬件成本。
轮毂电机驱动型电动汽车容易实现四轮独立驱动，而且能够在几乎不增加硬件成本的基础上通过分别控制四个车轮，实现小转弯半径下的倒车。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种轮毂电机驱动型电动汽车辅助倒车及转弯系统，汽车在倒车入库或狭窄道路上调头时，减小车辆转向半径。
本发明包括左前轮毂电机驱动轮、右前轮毂电机驱动轮、左后轮毂电机驱动轮、右后轮毂电机驱动轮、转向装置、制动装置和控制系统。
所述的转向装置包括转向管柱、方向盘、转向器和转向连杆。所述转向管柱的一端与方向盘固定，另一端通过转向器与转向连杆连接；所述转向连杆的左端与左前轮毂电机驱动轮固定，右端与右前轮毂电机驱动轮固定。
所述的制动装置包括制动线、制动杆、右后轮制动盘、传动轴、制动钳、左后轮制动盘和制动电机。所述制动电机的输出轴通过联轴器与传动轴连接；两根制动杆的一端均固定在传动轴上，另一端分别通过一根制动线与一个制动钳连接；一个制动钳与固定在左后轮毂电机驱动轮上的左后轮制动盘匹配设置，另一个制动钳与固定在右后轮毂电机驱动轮上的右后轮制动盘匹配设置。
所述的控制系统包括整车控制器、转角传感器、电压转换器T1、倒车辅助开关S5、转向辅助开关S6、电机正转控制继电器线圈KJ1、电机反转控制继电器线圈KJ2、继电器供电电源V2、电机正转控制继电器第一触点S1、电机正转控制继电器第二触点S2、电机反转控制继电器第一触点S3、电机反转控制继电器第二触点S4和熔丝R1；所述的整车控制器包括控制芯片U1、逻辑处理芯片U2和IGBT驱动芯片U3；控制芯片U1采用TMS320F2812芯片，逻辑处理芯片U2采用74HC芯片，IGBT驱动芯片U3采用IR2110芯片。所述的转角传感器设置在转向装置的转向管柱上。
所述控制芯片U1的62引脚与倒车辅助开关S5的一端连接，63引脚与转向辅助开关S6的一端连接；控制芯片U1的90引脚与制动踏板连接，91引脚与加速踏板连接，140引脚与转角传感器的输出端连接。倒车辅助开关S5及转向辅助开关S6的另一端、转角传感器的输入端与电压转换器T1的电压输出端正极连接，转换器T1的电压输出端负极与继电器供电电源V2的负极连接；继电器供电电源V2的正极与电机正转控制继电器线圈KJ1、电机反转控制继电器线圈KJ2的一端连接；电机正转控制继电器线圈KJ1的另一端与控制芯片U1的123引脚连接，电机反转控制继电器线圈KJ2的另一端与控制芯片U1的124引脚连接；转换器T1的电压输入端正极与整车蓄电池电源V1的正极、电机正转控制继电器第一触点S1的一端、电机反转控制继电器第一触点S3的一端连接，转换器T1的电压输入端负极与熔丝R1的一端、正转控制继电器第二触点S2的一端、电机反转控制继电器第二触点S4的一端连接；正转控制继电器第二触点S2的另一端与电机反转控制继电器第一触点S3的另一端、制动电机的电压输入端负极连接；电机反转控制继电器第二触点S4的另一端与电机正转控制继电器第一触点S1的另一端、制动电机的电压输入端正极连接；熔丝R1的另一端与整车蓄电池电源V1的负极连接。
所述控制芯片U1的92、93、94、95、98、101引脚与控制右前轮毂电机驱动轮的逻辑处理芯片U2的4、8、10、11、12、13引脚一一连接，连接顺序不限；控制芯片U1的45、46、47、48、49、50引脚与控制左前轮毂电机驱动轮的逻辑处理芯片U2的4、8、10、11、12、13引脚一一连接，连接顺序不限；控制芯片U1的20、22、25、26、28、29引脚与控制左后轮毂电机驱动轮的逻辑处理芯片U2的4、8、10、11、12、13引脚一一连接，连接顺序不限；控制芯片U1的34、35、40、41、150、151引脚与控制右后轮毂电机驱动轮的逻辑处理芯片U2的4、8、10、11、12、13引脚一一连接，连接顺序不限。控制芯片U1的53、55、102、104引脚分别与一个逻辑处理芯片U2的引脚连接，对每个逻辑处理芯片U2输入PWM信号。控制芯片U1的57、59、60引脚输入右前轮毂电机驱动轮的轮毂电机霍尔信号，61、71、72引脚输入右后轮毂电机驱动轮的轮毂电机霍尔信号，106、107、109引脚输入左前轮毂电机驱动轮的轮毂电机霍尔信号，116、117、122引脚输入左后轮毂电机驱动轮的轮毂电机霍尔信号。每个逻辑处理芯片U2的1、2、3、5、6、7引脚分别与一个IGBT驱动芯片U3的4、8、9、10、11、12引脚一一连接，连接顺序不限；左前轮毂电机驱动轮、右前轮毂电机驱动轮、左后轮毂电机驱动轮及右后轮毂电机驱动轮的轮毂电机的三相电源线分别与对应IGBT驱动芯片U3的1、2、3引脚连接；所有IGBT驱动芯片U3的14引脚接地。
所述的制动杆开设有制动拉线孔，所述制动拉线孔的侧壁开设有制动拉线槽口；所述制动线的头部设有紧定销轴，紧定销轴的直径大于制动线的直径；制动线由制动拉线槽口嵌入制动拉线孔内，紧定销轴压入制动拉线孔内。
本发明的有益效果是：
1、本发明能够明显地减小车辆的转向半径，提高轮毂电机驱动汽车的机动性，方便倒车和转向。
2、本发明可以实现四轮的独立制动，帮助转向。
3、本发明结构简单、操作方便、成本低。
附图说明
图1为本发明的系统结构图；
图2为本发明中制动杆与传动轴的装配示意图；
图3本发明中制动杆的结构剖视图；
图4本发明中控制系统的电路图；
图5为本发明中控制芯片的示意图；
图6为本发明中逻辑处理芯片与IGBT驱动芯片的连接示意图。
图中：1、转向管柱，2、方向盘，3、转向器，4、转向连杆，5、左前轮毂电机驱动轮，6、右前轮毂电机驱动轮，7、左后轮毂电机驱动轮，8、右后轮毂电机驱动轮，9、制动线，10、制动杆，11、右后轮制动盘，12、传动轴，13、联轴器，14、制动钳，15、左后轮制动盘，16、制动电机，17、整车控制器，18、转角传感器，U1、控制芯片，U2、逻辑处理芯片，U3、IGBT驱动芯片，V1、整车蓄电池电源，V2、继电器供电电源，T1、电压转换器，S5、倒车辅助开关，S6、转向辅助开关，KJ1、电机正转控制继电器线圈，KJ2、电机反转控制继电器线圈，S1、电机正转控制继电器第一触点，S2、电机正转控制继电器第二触点，S3、电机反转控制继电器第一触点，S4、电机反转控制继电器第二触点，R1、熔丝。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步说明。
如图1所示，一种轮毂电机驱动型电动汽车辅助倒车及转弯系统，包括左前轮毂电机驱动轮5、右前轮毂电机驱动轮6、左后轮毂电机驱动轮7、右后轮毂电机驱动轮8、转向装置、制动装置和控制系统。
转向装置包括转向管柱1、方向盘2、转向器3和转向连杆4。转向管柱1的一端与方向盘2固定，另一端通过转向器3与转向连杆4连接；转向连杆4的左端与左前轮毂电机驱动轮5固定，右端与右前轮毂电机驱动轮6固定。驾驶员转动方向盘2时带动转向管柱1旋转，转向管柱1带动转向器3运动，转向器3带动转向连杆4从而带动左前轮毂电机驱动轮5和右前轮毂电机驱动轮6实现车辆的转向。
制动装置包括制动线9、制动杆10、右后轮制动盘11、传动轴12、制动钳14、左后轮制动盘15和制动电机16。制动电机16的输出轴通过联轴器13与传动轴12连接；两根制动杆10的一端均固定在传动轴12上，另一端分别通过一根制动线9与一个制动钳14连接；一个制动钳14与固定在左后轮毂电机驱动轮7上的左后轮制动盘15匹配设置，另一个制动钳14与固定在右后轮毂电机驱动轮8上的右后轮制动盘11匹配设置。
如图2和3所示，制动杆10开设有制动拉线孔10-1，制动拉线孔的侧壁开设有制动拉线槽口10-2；制动线9的头部设有紧定销轴9-1，紧定销轴9-1的直径大于制动线9的直径；制动线9由制动拉线槽口10-2嵌入制动拉线孔10-1内，紧定销轴9-1压入制动拉线孔10-1内。
如图1、4、5和6所示，控制系统包括整车控制器17、转角传感器18、电压转换器T1、倒车辅助开关S5、转向辅助开关S6、电机正转控制继电器线圈KJ1、电机反转控制继电器线圈KJ2、继电器供电电源V2、电机正转控制继电器第一触点S1、电机正转控制继电器第二触点S2、电机反转控制继电器第一触点S3、电机反转控制继电器第二触点S4和熔丝R1；整车控制器17包括控制芯片U1、逻辑处理芯片U2和IGBT驱动芯片U3；控制芯片U1采用TMS320F2812芯片，逻辑处理芯片U2采用74HC芯片，IGBT驱动芯片U3采用IR2110芯片。转角传感器18设置在转向装置的转向管柱1上。
控制芯片U1的62引脚与倒车辅助开关S5的一端连接，63引脚与转向辅助开关S6的一端连接；控制芯片U1的90引脚与制动踏板连接，91引脚与加速踏板连接，140引脚与转角传感器18的输出端连接，分别采集整车的制动、加速及转向信号。倒车辅助开关S5及转向辅助开关S6的另一端、转角传感器18的输入端与电压转换器T1的电压输出端正极连接，转换器T1的电压输出端负极与继电器供电电源V2的负极连接；继电器供电电源V2的正极与电机正转控制继电器线圈KJ1、电机反转控制继电器线圈KJ2的一端连接；电机正转控制继电器线圈KJ1的另一端与控制芯片U1的123引脚连接，电机反转控制继电器线圈KJ2的另一端与控制芯片U1的124引脚连接；转换器T1的电压输入端正极与整车蓄电池电源V1的正极、电机正转控制继电器第一触点S1的一端、电机反转控制继电器第一触点S3的一端连接，转换器T1的电压输入端负极与熔丝R1的一端、正转控制继电器第二触点S2的一端、电机反转控制继电器第二触点S4的一端连接；正转控制继电器第二触点S2的另一端与电机反转控制继电器第一触点S3的另一端、制动电机16的电压输入端负极连接；电机反转控制继电器第二触点S4的另一端与电机正转控制继电器第一触点S1的另一端、制动电机16的电压输入端正极连接；熔丝R1的另一端与整车蓄电池电源V1的负极连接。
控制芯片U1的92、93、94、95、98、101引脚与控制右前轮毂电机驱动轮6的逻辑处理芯片U2的4、8、10、11、12、13引脚一一连接，连接顺序不限；控制芯片U1的45、46、47、48、49、50引脚与控制左前轮毂电机驱动轮5的逻辑处理芯片U2的4、8、10、11、12、13引脚一一连接，连接顺序不限；控制芯片U1的20、22、25、26、28、29引脚与控制左后轮毂电机驱动轮7的逻辑处理芯片U2的4、8、10、11、12、13引脚一一连接，连接顺序不限；控制芯片U1的34、35、40、41、150、151引脚与控制右后轮毂电机驱动轮8的逻辑处理芯片U2的4、8、10、11、12、13引脚一一连接，连接顺序不限。控制芯片U1的53、55、102、104引脚分别与一个逻辑处理芯片U2的9引脚连接，对每个逻辑处理芯片U2输入PWM信号。控制芯片U1的57、59、60引脚输入右前轮毂电机驱动轮6的轮毂电机霍尔信号，61、71、72引脚输入右后轮毂电机驱动轮8的轮毂电机霍尔信号，106、107、109引脚输入左前轮毂电机驱动轮5的轮毂电机霍尔信号，116、117、122引脚输入左后轮毂电机驱动轮7的轮毂电机霍尔信号。每个逻辑处理芯片U2的1、2、3、5、6、7引脚分别与一个IGBT驱动芯片U3的4、8、9、10、11、12引脚一一连接，连接顺序不限；左前轮毂电机驱动轮5、右前轮毂电机驱动轮6、左后轮毂电机驱动轮7及右后轮毂电机驱动轮8的轮毂电机的三相电源线分别与对应IGBT驱动芯片U3的1、2、3引脚连接；所有IGBT驱动芯片U3的14引脚接地。
该轮毂电机驱动型电动汽车辅助倒车及转弯系统的工作原理；
当车辆停住准备倒车时，驾驶员按下仪表盘上的倒车辅助开关S5，发给整车控制器17倒车指令，进行倒车辅助。车辆运行在辅助倒车系统状态下，驾驶员转动方向盘2，转角传感器18检测到转向信号，传给整车控制器17，整车控制器17采集转向辅助信号、加速信号和转角信号，进行计算分析。当方向盘2向右转的时候，整车控制器17检测到右转信号，给制动电机16正转信号，使得制动电机16正转，拉紧右边的制动线9，左边的制动线9处于放松状态，从而给右后轮毂电机驱动轮8制动力，左后轮毂电机驱动轮7处于自由状态，同时整车控制器17给控制左后轮毂电机驱动轮7的逻辑处理芯片U2输出信号，驱动左后轮毂电机驱动轮7反转，由于右后轮毂电机驱动轮8被制动，则左后轮毂电机驱动轮7就以右后轮毂电机驱动轮8为圆心运动，带动左前轮毂电机驱动轮5和右前轮毂电机驱动轮6一起使汽车转向，从而达到原地倒车的目的，大大减小转向半径，帮助驾驶员倒车，调头。同理，当向左转方向盘2时，整车控制器17接受转向信号，控制制动电机16反转，拉紧左边的制动线9，放松右边的制动线9，从而给左后轮毂电机驱动轮7制动力，右后轮毂电机驱动轮8自由，同时整车控制器17给控制右后轮毂电机驱动轮8的逻辑处理芯片U2输出信号，驱动右后轮毂电机驱动轮8反转，实现原地倒车。
当车辆在低速准备转向时，驾驶员按下转向辅助开关S6，发给整车控制器17转向指令，进行低速转向辅助。车辆运行在低速转向辅助系统状态下，驾驶员转动方向盘2，转角传感器18检测到转向信号，传给整车控制器17，整车控制器17采集转向辅助信号、加速信号和转角信号，进行计算分析。当方向盘2向右转的时候，整车控制器17检测到右转信号，给制动电机16正转信号，使得制动电机16正转，拉紧右边的制动线9，左边的制动线9处于放松状态，从而给右后轮毂电机驱动轮8制动力，左后轮毂电机驱动轮7处于自由状态，同时整车控制器17给控制左后轮毂电机驱动轮7的逻辑处理芯片U2输出信号，驱动左后轮毂电机驱动轮7继续正转，由于右后轮毂电机驱动轮8被制动，则左后轮毂电机驱动轮7就以右后轮毂电机驱动轮8为圆心运动，带动左前轮毂电机驱动轮5和右前轮毂电机驱动轮6一起使汽车转向，从而达到原地转向的目的，大大减小转向半径，帮助驾驶员转向。同理，当向左转方向盘2时，整车控制器17接受转向信号，控制制动电机16反转，拉紧左边的制动线9，放松右边的制动线9，从而给左后轮毂电机驱动轮7制动力，右后轮毂电机驱动轮8自由，同时整车控制器17给控制右后轮毂电机驱动轮8的逻辑处理芯片U2输出信号，驱动右后轮毂电机驱动轮8继续正转，实现原地转向。
当车辆在高速行驶转向时，驾驶员转动方向盘2转向，转角传感器18将转向角度信号传递给整车控制器17，整车控制器17根据加速信号和转角信号，控制轮毂电机提高转速，从而加大高速转向时的转向半径，提高车辆高速行驶的操纵稳定性。
控制芯片U1接收倒车辅助信号、加速信号和转角信号，进行处理运算后，控制制动电机16实现正转和反转；控制芯片U1通过与逻辑处理芯片U2通讯，向IGBT驱动芯片U3发出指令，控制左前轮毂电机驱动轮5、右前轮毂电机驱动轮6、左后轮毂电机驱动轮7及右后轮毂电机驱动轮8运行。
该轮毂电机驱动型电动汽车辅助倒车及转弯系统可以结合ABS实现四轮的独立制动，当汽车的四个轮子处于不同的道路条件时能够分别对四个轮子实现制动，充分地利用路面附着力，防止车轮滑转。

Claims (2)

1. 一种轮毂电机驱动型电动汽车辅助倒车及转弯系统，包括左前轮毂电机驱动轮、右前轮毂电机驱动轮、左后轮毂电机驱动轮、右后轮毂电机驱动轮、转向装置、制动装置和控制系统，其特征在于：
所述的转向装置包括转向管柱、方向盘、转向器和转向连杆；所述转向管柱的一端与方向盘固定，另一端通过转向器与转向连杆连接；所述转向连杆的左端与左前轮毂电机驱动轮固定，右端与右前轮毂电机驱动轮固定；
所述的制动装置包括制动线、制动杆、右后轮制动盘、传动轴、制动钳、左后轮制动盘和制动电机；所述制动电机的输出轴通过联轴器与传动轴连接；两根制动杆的一端均固定在传动轴上，另一端分别通过一根制动线与一个制动钳连接；一个制动钳与固定在左后轮毂电机驱动轮上的左后轮制动盘匹配设置，另一个制动钳与固定在右后轮毂电机驱动轮上的右后轮制动盘匹配设置；
所述的控制系统包括整车控制器、转角传感器、电压转换器T1、倒车辅助开关S5、转向辅助开关S6、电机正转控制继电器线圈KJ1、电机反转控制继电器线圈KJ2、继电器供电电源V2、电机正转控制继电器第一触点S1、电机正转控制继电器第二触点S2、电机反转控制继电器第一触点S3、电机反转控制继电器第二触点S4和熔丝R1；所述的整车控制器包括控制芯片U1、逻辑处理芯片U2和IGBT驱动芯片U3；控制芯片U1采用TMS320F2812芯片，逻辑处理芯片U2采用74HC芯片，IGBT驱动芯片U3采用IR2110芯片；所述的转角传感器设置在转向装置的转向管柱上；
所述控制芯片U1的62引脚与倒车辅助开关S5的一端连接，63引脚与转向辅助开关S6的一端连接；控制芯片U1的90引脚与制动踏板连接，91引脚与加速踏板连接，140引脚与转角传感器的输出端连接；倒车辅助开关S5及转向辅助开关S6的另一端、转角传感器的输入端与电压转换器T1的电压输出端正极连接，转换器T1的电压输出端负极与继电器供电电源V2的负极连接；继电器供电电源V2的正极与电机正转控制继电器线圈KJ1、电机反转控制继电器线圈KJ2的一端连接；电机正转控制继电器线圈KJ1的另一端与控制芯片U1的123引脚连接，电机反转控制继电器线圈KJ2的另一端与控制芯片U1的124引脚连接；转换器T1的电压输入端正极与整车蓄电池电源V1的正极、电机正转控制继电器第一触点S1的一端、电机反转控制继电器第一触点S3的一端连接，转换器T1的电压输入端负极与熔丝R1的一端、正转控制继电器第二触点S2的一端、电机反转控制继电器第二触点S4的一端连接；正转控制继电器第二触点S2的另一端与电机反转控制继电器第一触点S3的另一端、制动电机的电压输入端负极连接；电机反转控制继电器第二触点S4的另一端与电机正转控制继电器第一触点S1的另一端、制动电机的电压输入端正极连接；熔丝R1的另一端与整车蓄电池电源V1的负极连接；
所述控制芯片U1的92、93、94、95、98、101引脚与控制右前轮毂电机驱动轮的逻辑处理芯片U2的4、8、10、11、12、13引脚一一连接，连接顺序不限；控制芯片U1的45、46、47、48、49、50引脚与控制左前轮毂电机驱动轮的逻辑处理芯片U2的4、8、10、11、12、13引脚一一连接，连接顺序不限；控制芯片U1的20、22、25、26、28、29引脚与控制左后轮毂电机驱动轮的逻辑处理芯片U2的4、8、10、11、12、13引脚一一连接，连接顺序不限；控制芯片U1的34、35、40、41、150、151引脚与控制右后轮毂电机驱动轮的逻辑处理芯片U2的4、8、10、11、12、13引脚一一连接，连接顺序不限；控制芯片U1的53、55、102、104引脚分别与一个逻辑处理芯片U2的引脚连接，对每个逻辑处理芯片U2输入PWM信号；控制芯片U1的57、59、60引脚输入右前轮毂电机驱动轮的轮毂电机霍尔信号，61、71、72引脚输入右后轮毂电机驱动轮的轮毂电机霍尔信号，106、107、109引脚输入左前轮毂电机驱动轮的轮毂电机霍尔信号，116、117、122引脚输入左后轮毂电机驱动轮的轮毂电机霍尔信号；每个逻辑处理芯片U2的1、2、3、5、6、7引脚分别与一个IGBT驱动芯片U3的4、8、9、10、11、12引脚一一连接，连接顺序不限；左前轮毂电机驱动轮、右前轮毂电机驱动轮、左后轮毂电机驱动轮及右后轮毂电机驱动轮的轮毂电机的三相电源线分别与对应IGBT驱动芯片U3的1、2、3引脚连接；所有IGBT驱动芯片U3的14引脚接地。
2.根据权利要求1所述的一种轮毂电机驱动型电动汽车辅助倒车及转弯系统，其特征在于：所述的制动杆开设有制动拉线孔，所述制动拉线孔的侧壁开设有制动拉线槽口；所述制动线的头部设有紧定销轴，紧定销轴的直径大于制动线的直径；制动线由制动拉线槽口嵌入制动拉线孔内，紧定销轴压入制动拉线孔内。
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