CN104960435A - 车辆驱动/制动一体系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种车辆驱动/制动一体系统，它包括电动机，车辆的前面两个车轮或后面两个车轮或四个车轮分别各自对应设置一个电动机，电动机的输出轴直接与其对应的车轮的轮辋相连，以使电动机的运转直接带动车轮发生转动，各电动机分别与用于控制电动机使能、正转、反转及转速的电动机驱动电路连接，电动机驱动电路与车辆中设置的用于下达控制指令的车载中控系统连接，车载中控系统、电动机驱动电路由电源系统供电。本发明使得驾驶员可直接对任意车轮进行驱动、制动的灵活控制，操控灵敏性好，制动性能强，刹车距离被极大缩短，驾驶安全性得到提升，是车辆发展中的飞跃性突破。

Description

车辆驱动/制动一体系统

技术领域

本发明涉及一种将车辆驱动与制动合为一体的系统，属于车辆驱动与制动领域。

背景技术

自从人类第一辆汽车发明以来，车辆一直沿用“单一引擎输出动力经变速箱、传动系统控制车轮运转”这样的一种驱动架构。引擎可以分为很多种，无论是蒸汽发动机、内燃机，还是其它种类的发动机，从实际使用中可以看到，车辆的这种基本架构具有充分的合理性，从另一方面来说，其也是迫不得已的选择。

随着电动机技术及其配套产品的日益成熟，以及人类对环保要求的日益提高，目前在汽车市场上出现了电动引擎。这种电动引擎很好地解决了人们对环保的要求，但电动引擎应用于车辆中时，仍旧沿用的是已有的驱动架构，即“单一引擎→变速箱→传动系统→车轮”。

长期使用的这种驱动架构除了不言自明的复杂性之外，其对于车辆来说更存在如下缺陷：

第一，引擎输出的动力需要在经过变速箱、传动系统后才能到达车轮，动力传递的时间相对较长，因而存在动力输出延时的问题；

第二，目前的车辆对于单个车轮只能通过差速锁等复杂机械装置来实现非常有限的独立控制，因而存在操控性能差的缺点；

第三，目前的车辆没有设置对车轮输出反向制动力的装置，在刹车时最多只能让车轮停转，而不能通过车轮反转来增加制动能力，因而，目前车辆的刹车距离都较长。

发明内容

本发明的目的在于提供一种车辆驱动/制动一体系统，该车辆驱动/制动一体系统使得驾驶员可直接对任意车轮进行驱动、制动的灵活控制，操控灵敏性好，制动性能强，刹车距离被极大缩短，驾驶安全性得到提升，是车辆发展中的飞跃性突破。

为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种车辆驱动/制动一体系统，其特征在于：它包括电动机，车辆的前面两个车轮或后面两个车轮或四个车轮分别各自对应设置一个电动机，电动机的输出轴直接与其对应的车轮的轮辋相连，以使电动机的运转直接带动车轮发生转动，各电动机分别与用于控制电动机使能、正转、反转及转速的电动机驱动电路连接，电动机驱动电路与车辆中设置的用于下达控制指令的车载中控系统连接，车载中控系统、电动机驱动电路由电源系统供电。

所述车辆的相应子系统与所述车载中控系统连接，以使所述车载中控系统接收到相应子系统传送来的信号后向所述电动机驱动电路下达相应控制指令而使所述电动机驱动电路根据接收的控制指令来控制各所述电动机的运转。

所述子系统为驱动系统、刹车系统、前后驾驶方向控制系统和测速传感系统，其中：驱动系统、刹车系统、前后驾驶方向控制系统、测速传感系统分别与所述车载中控系统连接，以使所述车载中控系统接收到驱动系统传送来的驱动信号、刹车系统传送来的刹车信号、前后驾驶方向控制系统传送来的前后行驶方向信号、测速传感系统传送来的速度信号中的任一个或任几个信号后向所述电动机驱动电路下达相应控制指令而使所述电动机驱动电路根据接收的控制指令来控制各所述电动机的运转。

本发明的优点是：

1、在本发明中，电动机输出的动力直接传递给车轮，与现有车辆相比，动力无需再经过变速箱、传动系统，驾驶员下达的操作指令可以电流的速度直达车轮，使得动力传递迅速，且动力在传递过程中的能量损耗大大减少，提高了动力能源的使用效率，提高了操控的灵敏性。

2、本发明使驾驶员可单独对某一个车轮或几个车轮进行灵活控制，单个车轮独立驱动的方式使得车辆的操控更灵动，大大增强了车辆的操控性能，且车辆整体上更节能。

3、本发明可通过直接控制电动机反转而使车轮实现逆向转动，从而通过在车轮与路面之间主动产生反方向摩擦力的方式来提高制动效率，也就是说，本发明在刹车时突破了现有车辆的传统被动刹车方式，通过车轮逆转提高了制动效果，因而刹车距离被大大缩短。

4、本发明中棘轮的设计确保了车轮向某一方向转动时不会发生反转，从而保障了车辆驾驶的安全性。

5、随着人机交互技术的不断改进，语音指令、体感指令等交互技术已经逐步投入到车辆的实际应用中。面对不断新涌现出的交互技术，现有传统的车辆简单操控方式无法满足交互技术进一步对操控多样性的需求，而本发明设计的这种独立驱动方式可以很好地适应最新交互技术的需求，并可适用于无人驾驶车辆。

6、本发明可理解为是一种对动物运动体系的仿生，是对现有车辆控制思想的一种彻底的飞跃性突破。

7、本发明可适用于具有四个车轮的车辆外，还可适用于具有四个以上车轮的车辆。

附图说明

图1是本发明一较佳实施例的组成示意图。

具体实施方式

本发明车辆驱动/制动一体系统包括电动机20，车辆的前面两个车轮30或后面两个车轮30或整个全部四个车轮30分别各自对应设置一个电动机20，电动机20的输出轴直接与其对应的车轮30的轮辋相连，以使电动机20的运转直接带动车轮30发生转动，各电动机20的信号端口分别与用于控制电动机20使能、正转、反转及转速的电动机驱动电路40的相应控制信号端口连接，电动机驱动电路40的信号传输端口与车辆中设置的用于下达控制指令的车载中控系统10的相应信号端口连接，车载中控系统10、电动机驱动电路40由电源系统50供电，即车载中控系统10、电动机驱动电路40的供电端口分别与电源系统50的相应电源输出端口连接。

如图1，图中示出的是车辆的全部四个车轮30各自对应设置一个电动机20的情形。根据实际需求，也可仅对车辆前面的两个车轮30各自对应设置一个电动机20，即构成前驱驱动/制动，或者，可仅对车辆后面的两个车轮30各自对应设置一个电动机20，即构成后驱驱动/制动。当然，电动机20相对于车轮30的设置并不局限于此，例如也可对车辆中任意三个或其它数量的车轮30各自对应设置一个电动机20。

在本发明中，对于设置有电动机20的车轮30而言，该车轮30即为主动车轮，而对于未设置电动机20的车轮30而言，该车轮30即为被动车轮。

需要提及的是，本发明车辆驱动/制动一体系统的应用对象主要为具有四个车轮30的车辆。当然，本发明也可应用于具有四个以上车轮30的车辆。另外，本发明可适用于人工驾驶车辆外，还可适用于无人驾驶车辆。

在实际设计时，车辆的相应子系统与车载中控系统10连接，以使车载中控系统10接收到相应子系统传送来的信号后向电动机驱动电路40下达相应控制指令而使电动机驱动电路40根据接收的控制指令来控制各电动机20的运转。

较佳地，子系统可为驱动系统、刹车系统、前后驾驶方向控制系统、测速传感系统。具体来说，车辆中的驱动系统、刹车系统、前后驾驶方向控制系统、测速传感系统(图中未示出)的信号传输端口分别与车载中控系统10的相应信号端口连接，以使车载中控系统10接收到驱动系统传送来的驱动信号、刹车系统传送来的刹车信号、前后驾驶方向控制系统传送来的前后方向信号、测速传感系统传送来的速度信号中的任一个或任几个信号后向电动机驱动电路40下达相应控制指令而使电动机驱动电路40根据接收的控制指令来控制各电动机20的运转，进而电动机20带动车轮30进行相应转动。

在实际设计时，子系统还可为其它子系统，例如测温传感系统、测压传感系统等。车辆中的测温传感系统、测压传感系统(图中未示出)的信号传输端口可分别与车载中控系统10的相应信号端口连接，以使车载中控系统10接收到测温传感系统传送来的温度信号或测压传感系统传送来的压力信号后向电动机驱动电路40下达相应控制指令而使电动机驱动电路40根据接收的控制指令来控制各电动机20的运转，进而电动机20带动车轮30进行相应转动。

在实际设计时，电动机20可为直流电动机或交流电动机，当然并不局限于此。

当电动机20选用为直流电动机时，电源系统50可包括蓄电池。

当电动机20选用为交流电动机时，电源系统50可包括蓄电池且电动机驱动电路40中设有将直流电变为电动机20所需交流电的电流逆变器。

在实际设计时，为了增加车辆安全性能，车轮30的轮辋上可设有一排凸起，与凸起相对应设有在车辆前进、车轮30正向转动时确保车轮30不发生反向转动的棘轮(图中未示出)，棘轮与棘轮驱动系统(图中未示出)连接。

在本发明中，车轮30、电动机20、棘轮、棘轮驱动系统以及车辆中的驱动系统、刹车系统、前后驾驶方向控制系统、测速传感系统、测温传感系统、测压传感系统等子系统均为本领域的已有设备或系统，车载中控系统10、电动机驱动电路40、电源系统50均为本领域的熟知技术，故其具体构成不在这里详述。

一般地，驱动系统包括驱动踏板(相当于现有车辆的油门踏板)，刹车系统包括刹车踏板，前后驾驶方向控制系统包括前后方向控制杆，测速传感系统包括设于车轮30处的速度传感器，测温传感系统包括设于车轮30内的温度传感器，测压传感系统包括设于车轮30内的压力传感器。

前进驱动时，驾驶员通过控制前后方向控制杆以及踩踏驱动踏板，向车载中控系统10传送前进信号和驱动信号(不同的踩踏程度传送给车载中控系统10的驱动信号不同)，从而车载中控系统10向电动机驱动电路40下达相应控制指令，电动机驱动电路40根据接收的控制指令来控制各电动机20以相应转速正转，于是电动机20直接带动车轮30正向转动，车辆前进。

前进制动时，驾驶员通过踩踏刹车踏板，向车载中控系统10传送刹车信号，从而车载中控系统10向电动机驱动电路40下达相应控制指令，电动机驱动电路40根据接收的控制指令来控制各电动机20以相应转速反转，电动机20直接带动车轮30反向转动，于是车辆实现快速刹车，与现有车辆相比，刹车距离被大大缩短。

后退驱动时，驾驶员通过控制前后方向控制杆以及踩踏驱动踏板，向车载中控系统10传送后退信号和驱动信号(不同的踩踏程度传送给车载中控系统10的驱动信号不同)，从而车载中控系统10向电动机驱动电路40下达相应控制指令，电动机驱动电路40根据接收的控制指令来控制各电动机20以相应转速反转，于是电动机20直接带动车轮30反向转动，车辆后退。

后退制动时，驾驶员通过踩踏刹车踏板，向车载中控系统10传送刹车信号，从而车载中控系统10向电动机驱动电路40下达相应控制指令，电动机驱动电路40根据接收的控制指令来控制各电动机20以相应转速正转，电动机20直接带动车轮30正向转动，于是车辆实现快速刹车。

需要提及的是，在前进与后退的刹车过程中，车载中控系统10通过速度传感器传送来的速度信号，来判断此时车辆的速度。当判断出车辆速度下降为0时，车载中控系统10便会向电动机驱动电路40下达相应控制指令，使电动机驱动电路40控制各电动机20停止运转(电动机20不使能)，于是车轮30停止转动，有效防止了实现刹车后车辆朝与此时行驶方向相反的方向发生误动作。

在实际驾驶过程中，车载中控系统10还会接收其它子系统(如测温传感系统、测压传感系统等)传送来的信号，以根据这些信号向电动机驱动电路40下达相应控制指令，从而来控制各电动机20进行正转、反转或停止运转，进而来控制车轮30的正向转动、反向转动、停止转动。

需要提及的是，当车辆前进时，驾驶者可通过操控棘轮驱动系统，使棘轮伸出，于是棘轮与轮辋上的一排凸起相对且相距一定间隙，此时正向转动的车轮30在棘轮与凸起的限制下只能正向转动而不能发生反向转动，凸起的设置使得车轮30在棘轮的制约下只能朝正向转动，从而确保了车辆驾驶的安全性。当车辆后退时，驾驶者可通过操控棘轮驱动系统，使棘轮缩回，车轮30不再受棘轮的制约。

在实际设计中，也可对车轮30设计或不设计在车辆后退、车轮30反向转动时确保车轮不发生正向转动的棘轮以及在轮辋上与该棘轮相对应的凸起。

本发明的优点是：

1、在本发明中，电动机输出的动力直接传递给车轮，与现有车辆相比，动力无需再经过变速箱、传动系统，驾驶员下达的操作指令可以电流的速度直达车轮，使得动力传递迅速，且动力在传递过程中的能量损耗大大减少，提高了动力能源的使用效率，提高了操控的灵敏性。

2、本发明使驾驶员可单独对某一个车轮或几个车轮进行灵活控制，单个车轮独立驱动的方式使得车辆的操控更灵动，大大增强了车辆的操控性能，且车辆整体上更节能。

3、本发明可通过直接控制电动机反转而使车轮实现逆向转动，从而通过在车轮与路面之间主动产生反方向摩擦力的方式来提高制动效率，也就是说，本发明在刹车时突破了现有车辆的传统被动刹车方式，通过车轮逆转提高了制动效果，因而刹车距离被大大缩短。

4、本发明中棘轮的设计确保了车轮向某一方向转动时不会发生反转，从而保障了车辆驾驶的安全性。

5、随着人机交互技术的不断改进，语音指令、体感指令等交互技术已经逐步投入到车辆的实际应用中。面对不断新涌现出的交互技术，现有传统的车辆简单操控方式无法满足交互技术进一步对操控多样性的需求，而本发明设计的这种独立驱动方式可以很好地适应最新交互技术的需求，并可适用于无人驾驶车辆。

6、本发明可理解为是一种对动物运动体系的仿生，是对现有车辆控制思想的一种彻底的飞跃性突破。

7、本发明可适用于具有四个车轮的车辆外，还可适用于具有四个以上车轮的车辆。

以上所述是本发明的较佳实施例及其所运用的技术原理，对于本领域的技术人员来说，在不背离本发明的精神和范围的情况下，任何基于本发明技术方案基础上的等效变换、简单替换等显而易见的改变，均属于本发明保护范围之内。

Claims (8)

1.一种车辆驱动/制动一体系统，其特征在于：它包括电动机，车辆的前面两个车轮或后面两个车轮或四个车轮分别各自对应设置一个电动机，电动机的输出轴直接与其对应的车轮的轮辋相连，以使电动机的运转直接带动车轮发生转动，各电动机分别与用于控制电动机使能、正转、反转及转速的电动机驱动电路连接，电动机驱动电路与车辆中设置的用于下达控制指令的车载中控系统连接，车载中控系统、电动机驱动电路由电源系统供电。

2.如权利要求1所述的车辆驱动/制动一体系统，其特征在于：

所述车辆的相应子系统与所述车载中控系统连接，以使所述车载中控系统接收到相应子系统传送来的信号后向所述电动机驱动电路下达相应控制指令而使所述电动机驱动电路根据接收的控制指令来控制各所述电动机的运转。

3.如权利要求2所述的车辆驱动/制动一体系统，其特征在于：

所述子系统为驱动系统、刹车系统、前后驾驶方向控制系统和测速传感系统，其中：驱动系统、刹车系统、前后驾驶方向控制系统、测速传感系统分别与所述车载中控系统连接，以使所述车载中控系统接收到驱动系统传送来的驱动信号、刹车系统传送来的刹车信号、前后驾驶方向控制系统传送来的前后行驶方向信号、测速传感系统传送来的速度信号中的任一个或任几个信号后向所述电动机驱动电路下达相应控制指令而使所述电动机驱动电路根据接收的控制指令来控制各所述电动机的运转。

4.如权利要求3所述的车辆驱动/制动一体系统，其特征在于：

所述驱动系统包括驱动踏板，所述刹车系统包括刹车踏板，所述前后驾驶方向控制系统包括前后方向控制杆，所述测速传感系统包括设于所述车轮处的速度传感器。

5.如权利要求1至4中任一项所述的车辆驱动/制动一体系统，其特征在于：

所述电动机为直流电动机或交流电动机。

6.如权利要求5所述的车辆驱动/制动一体系统，其特征在于：

当所述电动机为直流电动机时，所述电源系统包括蓄电池。

7.如权利要求5所述的车辆驱动/制动一体系统，其特征在于：

当所述电动机为交流电动机时，所述电源系统包括蓄电池且所述电动机驱动电路中设有将直流电变为所述电动机所需交流电的电流逆变器。

8.如权利要求1至4中任一项所述的车辆驱动/制动一体系统，其特征在于：

所述车轮的所述轮辋上设有一排凸起，与凸起相对应设有在所述车辆前进、所述车轮正向转动时确保所述车轮不发生反向转动的棘轮，棘轮与棘轮驱动系统连接。