CN104773200A - 一种基于轮毂电机的电动汽车全方位转向系统 - Google Patents

一种基于轮毂电机的电动汽车全方位转向系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于轮毂电机的电动汽车全方位转向系统:包括中央控制系统，车架、方向盘、车架左前、右前、左后、右后的车轮，其特征在于：所述的车架通过固定在轮毂电机定子上的悬架座与轮毂电机相连接，轮毂电机的转子与车轮的轮毂固定连接,轮毂电机的转子上安装有带制动卡钳的刹车片；所述的车轮均通过与悬架座相连的独立转向机构和联动转向机构配合完成转向运动。采用该全方位转向系统的电动车辆能够实现零半径转向和横向行驶，车辆的转向灵活性好，泊车等的操作更加简单，节约了能源和城市车位空间。

Description

一种基于轮毂电机的电动汽车全方位转向系统
技术领域
本发明涉及一种基于轮毂电机的电动汽车全方位转向系统。
背景技术
截止2013年底，我国汽车保有量已超过1.37亿辆，石油需求大幅增加，石油对外依存度逐渐升高，国家面临的能源安全挑战越来越严峻；同时中国汽车能源系统的效率平均比于国际先进水平低10％以上，而快速的工业化导致了污染加重，全国多个主要大中城市连续出现雾霾天气，对人民群众的生产生活造成了严重的影响。为了解决面临的能源和环境问题，国家确立了发展新能源汽车的中长期发展规划。同时汽车拥有量的增长，导致道路行驶拥堵，停车泊车位置紧张，而传统汽车由于转向横杆的存在，前轮的转向角被限制在-35°—+35°之间，转向灵活性较差，移库式泊车操作较困难，完成泊车需要的空间较大，时间较长，造成一定的能源浪费和城市车位空间的浪费。
发明的内容
本发明的目的就是提供一种基于轮毂电机的电动汽车全方位转向系统，采用该转向系统的电动车不但能够完成正常行驶运动和转向，还可以根据需要在狭窄空间泊车或转弯时能够完成零半径转向运动和横向行驶运动，提高了车辆的转向灵活性，使泊车等的操作更加简单，节约了能源和城市车位空间。
本发明实现其发明目的所采用的技术方案是：一种基于轮毂电机的电动汽车全方位转向装置:包括中央控制系统1，车架2、方向盘6、 车架左前、右前、左后、右后的车轮14，车架2通过固定在轮毂电机19定子上的悬架座5与轮毂电机19相连接，轮毂电机19的转子与车轮14的轮毂固定连接,轮毂电机19的转子上安装有带制动卡钳19B的刹车片19C；所述的车轮14均通过与悬架座5相连的独立转向机构和联动转向机构配合完成转向运动；
所述的独立转向机构的组成为：安装在车架2上的带减速器的转向电机10，转向电机10输出轴上安装有转向驱动齿轮9；所述的驱动齿轮9与车架2导槽内的驱动齿条7相啮合，驱动齿条7的外端通过球头销18与转向横杆8一端相连接；所述的转向横杆8的另一端通过球头销18与悬架座5外侧上方的转向臂相连。
所述的联动转向结构的组成为：转向轴11安装在方向盘6中心孔上，扭矩传感器21安装在转向轴11的顶端，转向小齿轮12安装在转向轴11的末端，与转向小齿轮12啮合的转向齿条3，二转向横拉杆均通过球头销18与转向齿条3中部相连，转向横拉杆二16套装在转向横拉杆一17上；二转向横拉杆均通过球头销与悬架座外侧下方的转向臂相连；转向横拉杆一17为空心套筒，套筒末端内设置有卡槽，转向横拉杆二16末端外部均固定有电磁锁20，电磁锁20张开后卡合在转向横拉杆一17卡槽内，将转向横拉杆一17与转向横拉二16锁定为一个整体，所述的电磁锁20的控制端、扭矩传感器21均与中央控制系统1相连。
四个轮毂电机19、四个转向电机10、均通过各自的电机驱动器19A、10A与中央控制系统1电连接。
电磁锁20将转向横拉杆一17与转向横拉杆二16锁定为一个整体和解除锁定的具体结构是：楔形锁止块20A在压簧20B的推动下向外运动卡合在转向横拉杆一17的卡槽内，楔形铁块20C在楔形锁止块20A的推动下向右运动，将转向横拉杆一17与转向横拉杆二16锁定为一个整体；硅钢片20D通电产生磁力，楔形铁块20C在磁力的吸附作用下向左移动，楔形锁止块20A在楔形铁块20C的推动下克服压簧20B的弹力向下运动，转向横拉杆一17与转向横拉杆二16解除锁定。
本发明的工作过程和原理是：
当驾驶员驾驶配有本发明的转向系统的车辆时，驾驶员可以根据实际的路况选择相应的驾驶模式，包括常规转向模式、零半径转向模式、横向移动模式。
在常规转向模式下，中央控制系统控制电磁锁不带电，左、右转向横拉杆一、二锁定为一个整体，驾驶员转动方向盘带动转向小齿轮旋转，转向齿条与转向小齿轮相互啮合，将转向小齿轮的旋转运动转化为转向齿条的直线运动，转向齿条带动左右转向横杆运动，从而完成两前轮的转向控制；同时中央控制系统接收并分析转矩传感器的信号，控制前轮两个独立转向电机驱动器通过相应的独立转向机构推动两前轮转向，实现转向助力功能，减轻驾驶员的操作力；此时后轮两个独立转向电机处于锁定状态。同时中央控制系统通过转角传感器获取转向角度，中央控制系统根据获取的转向角信号给四个轮毂电机的驱动控制器发送相应控制信号来控制各个轮毂电机的转速，各轮毂电 机带动车轮以给定的速度旋转实现车轮的差速运动，从而保证车辆的平稳转向。
零半径转向模式下，首先中央控制系统控制电磁锁带电，左、右转向横拉杆一、二解除锁定，转向横拉杆二能相对于转向横拉杆一自由移动；之后中央控制系统给四个独立转向电机驱动器发送相应的控制信号，控制每个独立转向电机转动相应的角度，使各个车轮完成转向角度值为α＝arctan L/d的转向(其中L表示车辆轴距，d表示车辆轮距)，此时各个车轮的轴心线指向车辆的几何中心；中央控制系统根据驾驶员要完成左旋或右旋控制命令，给各个轮毂电机驱动控制器发送相应的控制信号控制各个轮毂电机的转动方向，轮毂电机带动车轮以给定的方向旋转实现零半径转向，当车辆进行右旋零半径转向时，各个车轮的速度方向如图6所示，反之则可进行左旋零半径转向。
横向移动模式下，同样首先中央控制系统控制电磁锁带电，左、右转向横拉杆一、二解除锁定，转向横拉杆二能相对于转向横拉杆一自由移动；之后中央控制系统给四个独立转向电机驱动器发送相应的控制信号，控制每个独立转向电机转动相应的角度，使各个车轮完成转向角度值为90°的转向，各个车轮与车辆的纵向轴向成垂直方向；中央控制系统根据驾驶员要完成左移或右移的控制命令，给各个轮毂电机驱动控制器发送相应的控制信号控制各个轮毂电机的转动方向，轮毂电机带动车轮以给定的方向旋转实现横向移动，当车辆向右横向移动时，各个车轮的速度方向如图7所示，反之则可向左横向移动。
与现有的技术相比，本发明的有益效果是：
一、本发明基于轮毂电机的电动车多模式转向装置，采用轮毂电机进行四轮驱动，其四个车轮的转速和转矩能够实现独立控制，在转向过程中能够实现最优的差速转向运动的转速和转矩分配，不但节约了能源，更提高车辆的转向安全性。
二、该转向系统的四个车轮能够独立控制转向，车轮的转向角度范围扩大为-35°—+90°，使车辆能够实现四轮转向、零半径转向、横向移动，大大的提高了车辆的操作灵活性，降低了泊车等的操作难度，节约了能源和城市车位空间。
三、该转向系统采用基于轮毂电机的四轮驱动技术，传统车辆的变速机构和传动机构被省去，降低了机械传动的损耗，使底盘结构大大简化，整个重量大大减轻，同时底盘空间布置更加灵活，可以实现整车最优的配重比，更加的节能环保。
附图说明
图1是本发明实施例的俯视结构示意图；
图2是本发明实施例的去掉一个车轮后视结构示意图；
图3是本发明实施例的电磁锁不带电的工作状态剖视图；
图4是本发明实施例的电磁锁带电的工作状态剖视图；
图5是本发明实施例的电路原理示意图；
图6是本发明实施例的实现零半径转向模式的原理示意图；
图7是本发明实施例的实现横向移动模式的原理示意图。
具体实施方式
图1-5示出，本发明的一种具体实施方式是，一种基于轮毂电机 的电动汽车全方位转向系统:包括中央控制系统1，车架2、方向盘6、车架左前、右前、左后、右后的车轮14，其特征在于：所述的车架2通过固定在轮毂电机19定子上的悬架座5与轮毂电机19相连接，轮毂电机的转子与车轮的轮毂固定连接,轮毂电机的转子上安装有带制动卡钳19B的刹车片19C；所述的车轮均通过与悬架座5相连的独立转向机构和联动转向机构配合完成转向运动；
所述的独立转向机构的组成为：安装在车架2上的带减速器的转向电机10，与转向电机输出轴上安装有转向驱动齿轮9；所述的驱动齿轮与车架导槽内的驱动齿条7相啮合，驱动齿条的外端通过球头销18与转向横杆8)＝一端相连接；所述的转向横杆的另一端通过球头销与悬架座外侧上方的转向臂相连。
所述的联动转向结构的组成为：转向轴11安装在方向盘6中心孔上，扭矩传感器21安装在转向轴11的顶端，转向小齿轮12安装在转向轴11的末端，与转向小齿轮相啮合的转向齿条3，左、右转向横拉杆均通过球头销18与转向齿条3中部相连，转向横拉杆二16套装在转向横拉杆一17上，左、右转向横拉杆均通过球头销18与悬架座外侧下方的转向臂相连；转向横拉杆一17为空心套筒，套筒末端内设置有卡槽，转向横拉杆二16末端外部均固定有电磁锁20，电磁锁的张开后卡合在转向横拉杆一17卡槽内，将转向横拉杆一与转向横拉二16锁定为一个整体，所述的电磁锁20的控制端、扭矩传感器21均与中央控制系统1相连。
电磁锁20将转向横拉杆一17与转向横拉杆二16锁定为一个整 体和解除锁定的具体结构是：楔形锁止块20A在压簧20B的推动下向外运动卡合在转向横拉杆一17的卡槽内，楔形铁块20C在楔形锁止块20A的推动下向右运动，将转向横拉杆一17与转向横拉杆二16锁定为一个整体；硅钢片20D通电产生磁力，楔形铁块20C在磁力的吸附作用下向左移动，楔形锁止块20A在楔形铁块20C的推动下克服压簧20B的弹力向下运动，转向横拉杆一17与转向横拉杆二16解除锁定。
所述的四个轮毂电机19、四个转向电机10、均通过各自的电机驱动器19A、10A与中央控制系统电连接。
本例的悬架座5上方固定安装有传感器支座15，角度传感器4的输出轴与传感器支座15相连接，角度传感器4的外壳固定在安装在传感器支架18上；所述的角度传感器4与中央控制系统电连接。

Claims (2)

1.一种基于轮毂电机的电动汽车全方位转向系统，包括中央控制系统(1)，车架(2)、方向盘(6)、车架左前、右前、左后、右后的车轮(14)以及转向执行机构，其特征在于，所述的车架(2)通过固定在轮毂电机(19)定子上的悬架座(5)与轮毂电机(19)相连接，轮毂电机(19)的转子与车轮(14)的轮毂固定连接,轮毂电机(19)的转子上安装有带制动卡钳(19B)的刹车片(19C)；所述的车轮(14)均通过与悬架座(5)相连的独立转向机构和联动转向机构配合完成转向运动；
所述的独立转向机构的组成为：安装在车架(2)上的带减速器的转向电机(10)，转向电机(10)输出轴上安装有转向驱动齿轮(9)；所述的驱动齿轮(9)与车架(2)导槽内的驱动齿条(7)相啮合，驱动齿条(7)的外端通过球头销(18)与转向横杆(8)一端相连接；所述的转向横杆(8)的另一端通过球头销(18)与悬架座(5)外侧上方的转向臂相连；
所述的联动转向结构的组成为：转向轴(11)安装在方向盘(6)中心孔上，扭矩传感器(21)安装在转向轴(11)的顶端，转向小齿轮(12)安装在转向轴(11)的末端，与转向小齿轮(12)相啮合的转向齿条(3)，二转向横拉杆(17和16)均通过球头销(18)与转向齿条(3)中部相连，转向横拉杆二(16)套装在转向横拉杆一(17)上，二转向横拉杆均通过球头销分别与悬架座外侧下方的转向臂相连；转向横拉杆一(17)为空心套筒，套筒末端内设置有卡槽，转向横拉杆二(16)末端外部均固定有电磁锁(20)，电磁锁(20)张开后卡 合在转向横拉杆一(17)卡槽内，将转向横拉杆一(17)与转向横拉二(16)锁定为一个整体，所述的电磁锁(20)的控制端、扭矩传感器(21)均与中央控制系统(1)相连；
四个轮毂电机(19)、四个转向电机(10)、均通过各自的电机驱动器(19A)、(10A)与中央控制系统(1)电连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于轮毂电机的电动汽车全方位转向系统，其特征在于：所述的悬架座(5)上方固定安装有传感器支座(15)，角度传感器(4)的输出轴与传感器支座(15)相连接，角度传感器(4)的外壳固定在安装在传感器支架(18)上；所述的角度传感器(4)与中央控制系统(1)电连接。
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