CN108058744A - 一种两轮驱动汽车转向装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种两轮驱动汽车转向装置，包括方向盘、转向控制装置、轮毂电机和测速传感器，转向控制装置包括转轴、连杆、控制器、空心环和设于空心环内的两个半圆形弹簧，方向盘固定在转轴一端，转轴另一端与连杆一端相连，连杆另一端伸入到空心环内，转轴与空心环同轴线设置，伸入到空心环内的连杆端部设有将两个半圆形弹簧一端分开的第一挡板，空心环内侧设有供连杆绕其转轴转动的滑槽，空心环内还设有一个将两个半圆形弹簧另一端分开的第二挡板，第二挡板两侧分别设有一个压力传感器，给定方向盘一个转角，通过压力传感器计算出转角信号，之后通过控制器控制两个轮毂电机速度差来完成差速转向，本发明结构简单，转向精确稳定。

Description

一种两轮驱动汽车转向装置

技术领域

本发明属于交通运输工程领域，涉及一种汽车转向装置，具体涉及一种两轮驱动汽车转向装置。

背景技术

目前，汽车已经成为人们出行的最主要的工具之一，目前汽车多数采用的是燃油发动机来驱动汽车行驶，并且采用两轮驱动的方式。汽车行驶过程中转向是不可避免的，目前转向采用的通常是机械转向系统和动力转向系统，机械转向系统采用的是液压助力，由于依靠发动机动力来驱动油泵，能耗比较高，液压系统的管路结构非常复杂，各种控油液的阀门数量繁多，后期的保养维护需要成本，整套油路经常保持高压状态，使用寿命受到影响；动力转向系统采用的是电子助力的方式，虽然在结构上简化了许多，但稳定性不太牢靠，制造成本和维修成本更高。

发明内容

本发明的目的是针对现有的两轮驱动汽车无法将另外两个车轮更好地利用，提出了一种新的转向装置，可将汽车另外两个车轮进行更好的利用，这样可以使汽车结构更均匀。以后置驱动汽车为例，利用前轮转向。该装置的优点不需要通过液压传动，由电提供，结构简单，响应快，稳定性好，还可以实现能量回收。后期的维护主要在轮毂电机以及电池上，成本低。该装置的核心在于控制器，该装置需要设计一个完善的的控制系统，来实现对转向的控制。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种两轮驱动汽车转向装置，其特征在于：包括方向盘、转向控制装置、轮毂电机和对轮毂电机测速的测速传感器，所述转向控制装置包括转轴、连杆、控制器、空心环和设于空心环内的两个半圆形弹簧，所述方向盘固定在转轴一端，转轴另一端与连杆一端相连，连杆另一端伸入到空心环内，转轴与空心环同轴线设置，伸入到空心环内的连杆端部设有将两个半圆形弹簧一端分开的第一挡板，空心环内侧设有供连杆绕其转轴转动的滑槽，空心环内还设有一个将两个半圆形弹簧另一端分开的第二挡板，第二挡板两侧分别设有一个压力传感器，初始位置时，第一挡板和第二挡板分别位于空心环的12点钟位置和6点钟位置，其中第一挡板随着连杆转动而在空心环内转动，并压缩左侧或右侧的半圆形弹簧，第二挡板固定在空心环内，两个压力传感器采集的压力数据传递给控制器，通过控制器转换为方向盘的转角信号，之后结合两个轮毂电机的转速信号调整每个轮毂电机的转速，通过两个轮毂电机差速实现汽车转向控制。

作为改进，所述转向控制装置还包括蓄电池，所述蓄电池为控制器和轮毂电机供电，同时汽车制动时，通过轮毂电机回收的电能储存在蓄电池内。

作为改进，当两个轮毂电机中一个转速为零还不能满足方向盘转角所需速度差时，控制器控制转速为零的轮毂电机反转满足方向盘转角所需速度差。

作为改进，两个轮毂电机作为驱动轮，通过实时调整两个驱动轮的速度差来转向。

作为改进，两个轮毂电机作为汽车非驱动的前轮，汽车的两个后轮作为驱动轮，当需要转向时，调整两个轮毂电机相对速度来转向，当直行时，两个轮毂电机作为从动轮。

作为改进，所述测速传感器为霍尔传感器，通过霍尔传感器为控制器提供轮毂电机的转速信息和位置信息。

作为改进，所述轮毂电机选用永磁无刷电机。

本发明的有益效果是：

该装置方法适用于两轮驱动的汽车，驱动轮之外的两个安装轮毂电机，在直线行驶时，该轮毂电机不启动运行，轮毂电机和普通车轮一样由驱动轮带动前进，在需要转向的时候，为其中两个或一侧的轮毂电机提供动力，使得两个轮毂电机产生速度差，另一侧在转速下降的同时，可以将动能转化为电能，电动机变为发电机运行，给电池充电，这样不仅实现了转向的目的，还进行了一定的能量回收。

与已有的转向装置相比：现在的汽车大多利用液压传动实现转向，液压传动系统结构非常复杂，响应慢，整套油路需要经常维持高压的状态，使用寿命受到影响，后期的保养维护需要成本。该转向装置利用电能，省去了液压传动装置，结构简单，响应快，可以实现快速转向。由于装置结构简单，轮毂电机选用永磁无刷电机，几乎无需维护保养，其他的也基本上不需要维护更换，因此后期维护成本低。

附图说明

图1本发明汽车转向装置结构框图。

图2汽车转向装置在汽车上主要布置图。

图3本发明汽车转向装置结构示意图。

图4为空心环半圆形弹簧和压力传感器安装示意图。

图中，1-方向盘，2-连杆，3-空心环，4-半圆形弹簧，5、6-压力传感器，7-控制器，8-传输线，9-转轴，10-第一挡板，11-第二挡板。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行举例说明。

如图3和图4所示，一种两轮驱动汽车转向装置，包括方向盘1、转向控制装置、轮毂电机和对轮毂电机测速的测速传感器，所述转向控制装置包括转轴9、连杆2、控制器7、空心环3和设于空心环3内的两个半圆形弹簧4，所述方向盘1固定在转轴9一端，转轴9另一端与连杆2一端相连，连杆2另一端伸入到空心环3内，转轴9与空心环3同轴线设置，伸入到空心环3内的连杆2端部设有将两个半圆形弹簧4一端分开的第一挡板10，空心环3内侧设有供连杆2绕其转轴9转动的滑槽，空心环3内还设有一个将两个半圆形弹簧4另一端分开的第二挡板11，第二挡板11两侧分别设有一个压力传感器，初始位置时，第一挡板10和第二挡板11分别位于空心环3的12点钟位置和6点钟位置，其中第一挡板10随着连杆2转动而在空心环3内转动，并压缩左侧或右侧的半圆形弹簧4，第二挡板11固定在空心环3内，两个压力传感器5、6采集的压力数据传递给控制器7，通过控制器7转换为方向盘1的转角信号，之后结合两个轮毂电机的转速信号调整每个轮毂电机的转速，通过两个轮毂电机差速实现汽车转向控制。

作为一种更优的实施例，所述转向控制装置还包括蓄电池，所述蓄电池为控制器7和轮毂电机供电，同时汽车制动时，通过轮毂电机回收的电能储存在蓄电池内。

作为一种更优的实施例，当两个轮毂电机中一个转速为零还不能满足方向盘1转角所需速度差时，控制器7控制转速为零的轮毂电机反转满足方向盘1转角所需速度差。

作为一种更优的实施例，两个轮毂电机作为驱动轮，通过实时调整两个驱动轮的速度差来转向。

作为一种更优的实施例，两个轮毂电机作为汽车非驱动的前轮，汽车的两个后轮作为驱动轮，当需要转向时，调整两个轮毂电机相对速度来转向，当直行时，两个轮毂电机作为从动轮。

作为一种更优的实施例，所述测速传感器为霍尔传感器，通过霍尔传感器为控制器提供轮毂电机的转速信息和位置信息。

作为一种更优的实施例，所述轮毂电机选用永磁无刷电机。

以前置后驱的汽车为例来说明：首先需要设计一个安装在控制器7内的控制系统，该控制系统利用现有已知技术设计，控制系统与轮毂电机进行信息交互，控制系统接收轮毂电机的转速信息和位置信息，并通过控制电池的电流输出量来控制轮毂电机的转速大小变化。方向盘1可以通过图3的方式与控制器7连接，方向盘1在左右旋转的时候，通过连杆2压缩在空心环3里面的半圆形弹簧4，由第二挡板11两侧的压力传感器来接受来自半圆形弹簧4的压力，压力传感器5、6通过传输线8向控制器7传递压力信号。控制器7通过压力信号计算出方向盘1的转角信号，通过转角信号控制两个轮毂电机转速产生速度差，到达转向的目的，比如，当方向盘1位于12点钟位置时，第一挡板10对两个半圆形弹簧4均没有挤压，两个压力传感器5、6检测的压力为零或者相等，当方向盘1逆时针转时，左侧的压力传感器5受到左侧的半圆形弹簧4挤压，左侧压力传感器5检测到压力，或者左侧压力传感器5压力增大，右侧压力传感器6压力减小，此时控制器7根据压力传感器5、6测得压力变化值判断方向盘1逆时针旋转的角度，然后通过转角大小控制左侧轮毂电机比右侧轮毂电机转速小，使汽车向左转向，并匹配相应速度差控制汽车向左转向的幅度；当方向盘1向顺时针转动时，右侧的压力传感器6受到右侧的半圆形弹簧4挤压，右侧压力传感器6检测到压力，或者右侧压力传感器6压力增大，左侧压力传感器5压力减小，此时控制器7根据压力传感器5、6测得压力变化值判断方向盘1顺针旋转的角度，然后通过转角大小控制右侧轮毂电机比左侧轮毂电机转速小，使汽车向右转向，并匹配相应速度差控制汽车向右转向的幅度。电池与控制器7、电池与轮毂电机由电线连接。轮毂电机作为前轮，因为电池和控制器7以及控制器7和方向盘1的转向装置都由传输线8连接，因此布置位置具有更好的灵活性，安置在合适的位置即可。

图1，表示的是整个转向系统各个部位之间的联系，图2表示的是整个装置的大致分布图，具体布置方式不局限于此。此外，控制器7所需电量可以由电池去提供，或者另外配一个专用电池。该转向装置方法的突出优点在于结构简单，使用寿命长，响应快，应用范围广，无污染，几乎无需维护，安全性高，可实现能量回收。

该方法的转向装置，可以对现有汽车进行改装，因为现在汽车大部分采用的是两轮驱动，因此适用范围广。现在汽车大多采用的是液压传动方式，结构复杂，维护成本高，响应慢，该方法的装置从结构上的来说，比原有的转向装置简单，除了定期查看线路以确保安全之外，基本没有需要维护的地方，因此维护成本低，电的响应速度很快，也可以解决现有转向响应慢的问题，可以避免在遇到突发状况的时候来不及转向，减少交通事故的发生。按照该方法的转向装置，在转向过程中可以实现能量的回收，因为转向过程中控制器7通过电池为其中一侧提供电量，速度增加，另一侧由于阻力变大速度下降，下降的过程中可以使轮毂电机由电动机变为发电机为电池充电，这里利用了电机的可逆性原理。从安全性分析，原有的液压转向装置因为一直处在高压的状态，整个装置容易出现故障，在转向中容易出现失控的情况，需要经常维护保养；液压转向响应慢，在遇到突发事件时可能来不及转向，产生交通事故。因此安全隐患较大，尤其当速度较高的时候，对转向响应要求高。采用该种方法，不容易出现故障，响应速度快，安全性高。

该装置方法的作用过程:在汽车行驶过程中，方向盘1未转动之前，转向装置不起作用，轮毂电机像普通车轮一样由驱动轮带动，属于从动轮。需要转向的时候，转动方向盘1，由图3结构将转向信息传递给控制器7，此时控制器7通过接收的压力传感器5、6信号以及从轮毂电机处传来的速度与位置信息，经过分析，控制电池像其中输出合适的电量，其中一侧接收到来自电池的能量轮毂电机转动，另外一侧的轮毂电机在转向中速度会下降，可由电动机变为发电机为电池充电，实现能量的回收，这个在高速行驶中作用明显。当汽车方向盘1恢复的时候，该转向装置停止，轮毂电机又作为从动轮转动。

Claims (7)

1.一种两轮驱动汽车转向装置，其特征在于：包括方向盘、转向控制装置、轮毂电机和对轮毂电机测速的测速传感器，所述转向控制装置包括转轴、连杆、控制器、空心环和设于空心环内的两个半圆形弹簧，所述方向盘固定在转轴一端，转轴另一端与连杆一端相连，连杆另一端伸入到空心环内，转轴与空心环同轴线设置，伸入到空心环内的连杆端部设有将两个半圆形弹簧一端分开的第一挡板，空心环内侧设有供连杆绕其转轴转动的滑槽，空心环内还设有一个将两个半圆形弹簧另一端分开的第二挡板，第二挡板两侧分别设有一个压力传感器，初始位置时，第一挡板和第二挡板分别位于空心环的12点钟位置和6点钟位置，其中第一挡板随着连杆转动而在空心环内转动，并压缩左侧或右侧的半圆形弹簧，第二挡板固定在空心环内，两个压力传感器采集的压力数据传递给控制器，通过控制器转换为方向盘的转角信号，之后结合两个轮毂电机的转速信号调整每个轮毂电机的转速，通过两个轮毂电机差速实现汽车转向控制。

2.如权利要求1所述的一种两轮驱动汽车转向装置，其特征在于：所述转向控制装置还包括蓄电池，所述蓄电池为控制器和轮毂电机供电，同时汽车制动时，通过轮毂电机回收的电能储存在蓄电池内。

3.如权利要求2所述的一种两轮驱动汽车转向装置，其特征在于：当两个轮毂电机中一个转速为零还不能满足方向盘转角所需速度差时，控制器控制转速为零的轮毂电机反转满足方向盘转角所需速度差。

4.如权利要求2所述的一种两轮驱动汽车转向装置，其特征在于：两个轮毂电机作为驱动轮，通过实时调整两个驱动轮的速度差来转向。

5.如权利要求2所述的一种两轮驱动汽车转向装置，其特征在于：两个轮毂电机作为汽车非驱动的前轮，汽车的两个后轮作为驱动轮，当需要转向时，调整两个轮毂电机相对速度来转向，当直行时，两个轮毂电机作为从动轮。

6.如权利要求2所述的一种两轮驱动汽车转向装置，其特征在于：所述测速传感器为霍尔传感器，通过霍尔传感器为控制器提供轮毂电机的转速信息和位置信息。

7.如权利要求1至6任意一项所述的一种两轮驱动汽车转向装置，其特征在于：所述轮毂电机选用永磁无刷电机。