CN109664933B - 用于轮毂电机车辆的转向系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种用于轮毂电机车辆的转向系统，该转向系统能够在车辆弯道行驶时将安装在左车轮和右车轮处的轮毂电机的驱动转矩和速度控制成彼此不同，以产生用于弯道行驶的车轮的转向角，并且执行感测产生的转向角并将该转向角调节成期望的转向角的转向角控制。

Description

用于轮毂电机车辆的转向系统
技术领域
本发明涉及一种用于轮毂电机(in-wheel motor)车辆的转向系统。
背景技术
电动车辆是指根本不排放废气的环保车辆，并且包括：高压电池，为行驶供应能量；逆变器，将从高压电池输出的直流(DC)功率转换成交流(AC)功率；驱动电机，通过接收从逆变器供应的AC功率产生旋转力来驱动车辆，等等。电机的旋转动力通过减速器减速，然后通过驱动轴被传递到车轮，从而驱动电动车辆。
近来，由于可以省略诸如减速器或差速器的中间级中的传动系以减轻车辆的重量以及减少动力传递过程中的能量损失的优点，轮毂电机车辆已经受到关注，在轮毂电机车辆中电机直接嵌入在用于安装轮胎的车轮的轮辋部分中以将电机的功率直接传递到车轮。
同时，轮毂电机车辆的现有转向系统包括各种复杂的部件，诸如应用于具有内燃发动机的普通车辆、电动车辆、混合动力车辆等的连接到方向盘的转向轴和转向柱、向转向轴提供转向转矩的电动机、安装在转向轴的下端部的转向机构(齿条和齿轮)等等，从而导致组件可装配性下降、成本和重量增加等。
本背景技术部分中公开的上述信息仅用于增强对本发明背景的理解，因此上述信息可包括不构成本国技术领域内普通技术人员已知的现有技术的信息。
发明内容
本公开的实施例涉及一种用于轮毂电机车辆的转向系统。具体实施例涉及一种用于轮毂电机车辆的转向系统，该转向系统能够将安装在车辆左车轮和右车轮中的轮毂电机的转矩和速度控制成彼此不同并且调节转向角，从而容易地执行车辆的转向和弯道行驶。本发明的实施例可以解决与现有技术相关的上述问题。
例如，本发明的实施例提供一种用于轮毂电机车辆的转向系统，该转向系统能够在车辆弯道行驶时将安装在左车轮和右车轮上的轮毂电机的驱动转矩和转速控制成彼此不同以产生用于弯道行驶的车轮转向角，并执行感测产生的转向角并将转向角固定成期望转向角的转向角控制，从而容易地执行车辆的转向和弯道行驶。
一方面，本发明提供一种用于轮毂电机车辆的转向系统。方向盘转向角传感器感测方向盘转向角。控制器根据由方向盘转向角传感器感测的方向盘转向角将安装在左车轮和右车轮处的轮毂电机的驱动速度控制成彼此不同。转向控制模块感测由于轮毂电机的驱动速度差引起的左车轮和右车轮的速度差而产生的左车轮和右车轮的转向角，并通过控制器的转向角调节信号将左车轮和右车轮的转向角调节成对应于方向盘转向角的转向角。
在优选实施例中，转向控制模块可以包括滑柱轴，该滑柱轴固定到连接到左车轮和右车轮的转向节臂并且在左车轮和右车轮的转向角产生时以相同的转向角旋转。安装在滑柱轴上的角度传感器感测滑柱轴的旋转角作为转向角，并将感测的角度传输到控制器。阻尼装置连接在安装在滑柱轴的上端部上的轭部(yoke)和安装在车辆车身中的壳体之间。电子转向制动器安装在壳体中的滑柱轴上，以便以期望的转向角制动并固定滑柱轴。
在另一个优选实施例中，阻尼装置可以包括：第一杆，铰链连接到轭部的一个端部；第二杆，具有中空结构，第一杆容纳在该第二杆中并且该第二杆铰链联接到壳体；以及弹簧，被布置成在第一杆的支撑板和第二杆的支撑板之间可压缩和可拉伸。
在又一个优选实施例中，电子转向制动器可以包括：盘，安装在滑柱轴的上部上；以及电子卡钳，根据控制器的转向角调节信号向盘施加旋转摩擦力。
在又一个优选实施例中，转向系统可以进一步包括：车轮速度传感器，用于检查由安装在左车轮和右车轮处的轮毂电机的驱动速度差引起的左车轮和右车轮的速度差；以及偏航传感器，用于检查是否产生了由左车轮和右车轮的速度差引起的侧向力。
在又一个优选实施例中，在左车轮和右车轮的转向角通过转向控制模块被调节成对应于方向盘转向角的转向角之后，控制器可以将左侧轮毂电机和右侧轮毂电机的驱动速度控制成彼此不同，以用于车辆的弯道行驶。
下文讨论本发明的其它方面和优选实施例。
理解的是，本文所使用的术语“车辆”或“车辆的”或其它类似的术语包括通常的机动车辆，诸如包括运动型多用途车辆(SUV)、公共汽车、卡车、各种商用车辆的客车，包括各种船只和船舶，飞机等的水运工具船，并且包括混合动力车辆、电动车辆、插电式混合动力电动车辆、氢动力车辆和其他替代燃料(例如，来源于石油以外的资源的燃料)车辆。如本文所述，混合动力车辆是具有两个或更多个动力源的车辆，例如汽油动力车辆和电动车辆。
下文讨论本发明的上述和其它特征。
附图说明
现在将参照附图所示的某些示例性实施例来详细描述本发明的以上和其它特征，这些附图仅以示例的方式在下文中给出，并且因此不限制本发明，其中：
图1是说明根据本发明的实施例的用于轮毂电机车辆的转向系统的配置的视图；
图2和图3是说明根据本发明的实施例的用于轮毂电机车辆的转向系统的转向控制模块的安装位置的视图；
图4和图5是说明根据本发明的实施例的用于轮毂电机车辆的转向系统的转向控制模块的立体图；
图6、图7和图8是示出根据本发明的实施例的用于轮毂电机车辆的转向系统的转向控制模块的操作状态的立体图；
图9是说明根据本发明的实施例的用于轮毂电机车辆的转向系统的控制的视图；
图10是说明通过根据本发明的实施例的用于轮毂电机车辆的转向系统调节转向角后的弯道行驶控制的示意图；以及
图11是说明通过根据本发明的实施例的用于轮毂电机车辆的转向系统改变左车轮和右车轮的转向角基于的原理的平面图。
应该理解的是，附图不一定按比例绘制，呈现了说明本发明的基本原理的各种优选特征的稍微简化的表示。本文公开的本发明的具体设计特征，包括例如具体的尺寸、定向、位置和形状将部分地由特定的预期应用和使用环境来确定。
在附图中，附图标记在整个附图的多个图中指代本发明的相同或等同部件。
具体实施例
在下文中，现在将对本发明的各种实施例进行详细说明，各种实施例的示例在附图中示出并在下面进行描述。尽管将结合示例性实施例来描述本发明，但是将理解的是，本说明书并不旨在将本发明限制于那些示例性实施例。相反，本发明旨在不仅涵盖示例性实施例，而且涵盖可以包括在由所附权利要求限定的本发明的精神和范围内的各种替换、修改、等同以及其它实施例。
在下文中，将参照附图详细描述本发明的优选实施例。
图1说明根据本发明的用于轮毂电机车辆的转向系统。附图标记M(以及图11中的附图标记10)表示轮毂电机，以及附图标记B表示在行驶时用于制动的已知电子制动系统(EBS)。
轮毂电机M分别设置在左车轮和右车轮附近，并且将用于驱动的旋转动力直接传递到轮胎。
为了控制安装有轮毂电机10的车辆的转向和弯道行驶，首先需要感测根据驾驶员的方向盘的转向的转向角。
为此，感测方向盘转向角的方向盘转向角传感器12安装在方向盘的轴部分处，并且方向盘转向角传感器12感测的方向盘转向角被传输到控制器30。
控制器30根据方向盘转向角传感器12感测的方向盘转向角将安装在左车轮和右车轮处的轮毂电机10的驱动速度控制成彼此不同。
例如，根据控制器的控制信号对左右轮毂电机10施加不同的转矩，使得左右轮毂电机10可以以不同的旋转速度被驱动。
因此，通过左右轮毂电机10的驱动速度差产生左车轮和右车轮的速度差，并且如图11所示，通过左车轮和右车轮的速度差产生左车轮和右车轮在同一方向上执行角度旋转的转向角。
此时，当产生左车轮和右车轮执行角度旋转的转向角时，固定到连接到左车轮和右车轮的转向节臂的悬架的滑柱轴40也以相同的转向角旋转。
特别地，转向控制模块100安装在滑柱轴40上，该转向控制模块100感测由于因滑柱轴40的旋转角引起的左车轮和右车轮的速度差产生的左车轮和右车轮的转向角，并且将左车轮和右车轮的转向角控制成对应于方向盘转向角的转向角。
参照图2至图5，转向控制模块100包括：角度传感器110，安装在滑柱轴40上并且感测滑柱轴40的旋转角作为转向角并将感测的角度传输到控制器30；阻尼装置120，连接在安装在滑柱轴40的上端部上的轭部121和安装在车辆车身中的壳体44之间；以及电子转向制动器130，安装在壳体44中的滑柱轴40上，以便以期望的转向角制动并固定滑柱轴40。
阻尼装置120缓冲和抵消滑柱轴40旋转时的振动等，并且提供弹性恢复力，以在左车轮和右车轮产生转向角时恢复左车轮和右车轮为直线行驶。
为此，阻尼装置120包括：轭部121，以压配的方式紧固到滑柱轴40的上端部的外径；第一杆123，铰链连接到形成在轭部121的一个端部处的突出端122；第二杆124，具有中空结构，第一杆123可以进入该第二杆124中并且该第二杆铰链联接到壳体44；以及弹簧125，被设置成在形成在第一杆123的中部处的支撑板123-1和形成在第二杆124的中部处的支撑板124-1之间可压缩和可拉伸。
因此，当产生左车轮和右车轮执行角度旋转的转向角且滑柱轴40也如上所述以相同的转向角旋转时，角度传感器110感测滑柱轴40的旋转角作为转向角，并将感测的角度传输到控制器30。
同时，当滑柱轴40旋转时，轭部121在相同的方向上一起旋转。
参照图6，当轭部121沿逆时针方向旋转时(例如，在车辆左转时)，第一杆123从第二杆124中抽出，同时弹簧125被拉伸。参照图8，当轭部121沿顺时针方向旋转时(例如，在车辆右转时)，第一杆123插入到第二杆124中，并且同时弹簧125被压缩。
此时，通过拉伸和压缩弹簧125引起的弹性恢复力被施加到轭部121和滑柱轴40，使得左车轮和右车轮处于它们被布置成直线行驶的状态(转向角为零的状态)，从而提高了左车轮和右车轮返回到直行状态时的可恢复性。
另一方面，在左车轮和右车轮中未产生转向角的车辆直线行驶状态下，如图7所示，滑柱轴40和轭部121也保持原来的位置，并且弹簧120被保持在无负载状态。
同时，控制器比较由角度传感器110感测的滑柱轴40的转向角(＝左车轮和右车轮的转向角)和由方向盘转向角传感器12感测的方向盘转向角，并且如果滑柱轴40的转向角与方向盘转向角一致，则控制器向转向控制模块100的电子转向制动器130发送转向角调节信号，该转向角调节信号指示将左车轮和右车轮的转向角调节成对应于方向盘转向角的转向角。
为此，电子转向制动器130包括：盘132，安装在滑柱轴40的上部上；以及电子卡钳134，安装在壳体44的内侧部分，以根据控制器30的转向角调节信号向盘132施加旋转摩擦力。
为了参考，操作方法类似于用于制动车辆的电子制动系统的操作方法的电子转向制动器用作电子转向制动器130。
因此，当电子转向制动器130的电子夹钳134根据控制器30的转向角调节信号与盘132摩擦接触时，滑柱轴40在对应于方向盘转向角的转向角处停止并固定。结果，左车轮和右车轮的转向角也被调节成对应于方向盘转向角的转向角。
这里，将在下面描述用于包括上述部件的根据本发明的轮毂电机车辆的转向系统的操作流程。
图9是说明根据本发明的实施例的用于轮毂电机车辆的转向系统的控制的视图。
首先，当驾驶员操纵方向盘转预定的角度来控制车辆的转向和弯道行驶时，方向盘转向角传感器12感测方向盘转向角并将感测的角度传输到控制器30。
然后，控制器根据由方向盘转向角传感器12感测的方向盘转向角来将安装在左车轮和右车轮处的轮毂电机10的驱动速度控制成彼此不同。
因此，左右轮毂电机10的驱动速度差产生左车轮和右车轮的速度差，并且左车轮和右车轮的速度差产生左车轮和右车轮在相同方向上执行角度旋转的转向角。
此时，控制器30可以通过接收安装在左车轮和右车轮上的车轮速度传感器42的感测信号来检查实际上是否产生了左车轮和右车轮的速度差，作为用于通过控制器30检查在通过控制器30的指令将左右轮毂电机的驱动速度控制成彼此不同时实际上是否产生了左车轮和右车轮的速度差的一种失效保护程序。
此外，通过接收偏航传感器46的感测信号可以检查是否产生了由于左车轮和右车轮的速度差引起的侧向力，作为用于通过控制器30检查实际是否产生了由于左车轮和右车轮的速度差引起的侧向力的一种失效保护程序。
如上所述，当产生左车轮和右车轮执行角度旋转的转向角时，紧固到连接到左车轮和右车轮的转向节臂的悬架的滑柱轴40也以相同的转向角旋转，并且角度传感器110感测滑柱轴40的旋转角的变化作为转向角，并且将感测的角度传输到控制器30。
接下来，控制器30比较由角度传感器110感测的滑柱轴40的转向角(＝左车轮和右车轮的转向角)和由方向盘转向角传感器12感测的方向盘转向角，如果滑柱轴40的转向角与方向盘转向角一致，则控制器30向转向控制模块100的电子转向制动器130传输转向角调节信号，该转向角调节信号指示将左车轮和右车轮的转向角调节成对应于方向盘转向角的转向角。
因此，当电子转向制动器130的电子夹钳134根据控制器30的转向角调节信号与盘132摩擦接触时，滑柱轴40在对应于方向盘转向角的转向角处停止并固定。结果，通过滑柱轴40的固定，左车轮和右车轮的转向角也被调节成对应于方向盘转向角的转向角。
随后，在左车轮和右车轮的转向角被调节成对应于方向盘转向角的转向角之后，控制器30将左右轮毂电机10的驱动速度以及由此产生的左车轮和右车轮的旋转速度控制成彼此不同，用以稳定车辆的弯道行驶。例如，如图10所示，当车辆右转时，控制左车轮的旋转速度比右车轮的旋转速度快，从而实现车辆稳定的弯道行驶。
本发明提供以下效果。
首先，通过分别安装在左车轮和右车轮处的轮毂电机的旋转速度差执行转向，并且通过安装在滑柱上的单独的转向控制模块来控制相应改变的车轮的转向角，从而容易地执行车辆的转向和弯道行驶。
其次，不包括构成现有转向系统的各种复杂的部件，诸如将转向转矩提供给转向轴的电动机、安装在转向轴的下端部的转向机构(齿条和齿轮)等，从而最大限度地降低成本并减轻重量，并有助于通过减轻重量来提高燃料效率。
第三，通过移除转向机构、用于转向的电动机等等，可以确保用于包装中的其他部件的组装和使用空间。

Claims (17)

1.一种用于轮毂电机车辆的转向系统，所述转向系统包括：
方向盘转向角传感器，被配置成感测方向盘转向角；
控制器，被配置成根据由所述方向盘转向角传感器感测的所述方向盘转向角来将安装在左车轮和右车轮处的轮毂电机的驱动速度控制成彼此不同；以及
转向控制模块，被配置成感测由于所述轮毂电机的驱动速度差引起的所述左车轮和右车轮的速度差而产生的左车轮和右车轮的转向角，并且根据所述控制器的转向角调节信号将所述左车轮和右车轮的转向角调节成对应于所述方向盘转向角的转向角，
其中，所述转向控制模块包括：
滑柱轴，固定到连接到所述左车轮和所述右车轮的转向节臂上，当所述左车轮和右车轮的转向角产生时，所述滑柱轴以相同的转向角旋转；
角度传感器，安装在所述滑柱轴上，所述角度传感器被配置成感测所述滑柱轴的旋转角作为所述转向角，并且将所感测的角度传输到所述控制器；
阻尼装置，连接在安装在所述滑柱轴的上端部上的轭部和安装在车辆车身中的壳体之间；以及
电子转向制动器，安装在所述壳体中的滑柱轴上以便以期望的转向角制动并固定所述滑柱轴。
2.根据权利要求1所述的转向系统，其中，所述阻尼装置包括：
第一杆，铰链连接到所述轭部的一个端部；
第二杆，具有中空结构，所述第一杆容纳在所述第二杆中，所述第二杆铰链联接到所述壳体；以及
弹簧，被布置成在所述第一杆的支撑板和所述第二杆的支撑板之间可压缩和可拉伸。
3.根据权利要求1所述的转向系统，其中，所述电子转向制动器包括：
盘，安装在所述滑柱轴的上部上；以及
电子卡钳，被配置成根据所述控制器的转向角调节信号向所述盘施加旋转摩擦力。
4.根据权利要求1所述的转向系统，进一步包括车轮速度传感器，所述车轮速度传感器被配置成检查由安装在所述左车轮和所述右车轮处的所述轮毂电机的驱动速度差引起的所述左车轮和右车轮的速度差。
5.根据权利要求1所述的转向系统，进一步包括偏航传感器，所述偏航传感器被配置成检查是否产生了由所述左车轮和右车轮的速度差引起的侧向力。
6.根据权利要求1所述的转向系统，其中，在通过所述转向控制模块将所述左车轮和右车轮的转向角调节成对应于所述方向盘转向角的转向角之后，所述驱动速度被控制，所述控制器被配置成将安装在所述左车轮和所述右车轮处的轮毂电机的驱动速度控制成彼此不同，以用于所述车辆的弯道行驶。
7.一种车辆，包括：
车辆车身；
方向盘，在所述车辆车身内；
方向盘转向角传感器，被配置成感测方向盘转向角；
左车轮和右车轮，附接在所述车辆车身上；
第一轮毂电机，安装在所述左车轮处；
第二轮毂电机，安装在所述右车轮处；
控制器，被配置成根据所述方向盘转向角传感器感测的所述方向盘转向角来将所述第一轮毂电机和所述第二轮毂电机的驱动速度控制成彼此不同；以及
转向控制模块，被配置成感测由于所述第一轮毂电机和所述第二轮毂电机的驱动速度差引起的所述左车轮和右车轮的速度差产生的所述左车轮和右车轮的转向角，并且根据所述控制器的转向角调节信号将所述左车轮和右车轮的转向角调节成对应于所述方向盘转向角对应的转向角，
其中，所述转向控制模块包括：
滑柱轴，固定到连接到所述左车轮和所述右车轮的转向节臂上，当产生所述左车轮和右车轮的转向角时，所述滑柱轴以相同的转向角旋转；
角度传感器，安装在所述滑柱轴上，所述角度传感器被配置成感测所述滑柱轴的旋转角作为所述转向角，并且将所述感测的角度传输到所述控制器；
阻尼装置，连接在安装在所述滑柱轴的上端部上的轭部和安装在车辆车身中的壳体之间；以及
电子转向制动器，安装在所述壳体中的滑柱轴上以便以期望的转向角制动并固定所述滑柱轴。
8.根据权利要求7所述的车辆，其中，所述阻尼装置包括：
第一杆，铰链连接到所述轭部的一个端部；
第二杆，具有中空结构，所述第一杆容纳在所述第二杆中，所述第二杆铰链联接到所述壳体；以及
弹簧，被布置成在所述第一杆的支撑板和所述第二杆的支撑板之间可压缩和可拉伸。
9.根据权利要求7所述的车辆，其中，所述电子转向制动器包括：
盘，安装在所述滑柱轴的上部上；以及
电子卡钳，被配置成通过所述控制器的转向角调节信号向所述盘施加旋转摩擦力。
10.根据权利要求7所述的车辆，进一步包括车轮速度传感器，所述车轮速度传感器被配置成检查由安装在所述左车轮的第一轮毂电机和所述右车轮处的第二轮毂电机的驱动速度差引起的所述左车轮和右车轮的速度差。
11.根据权利要求7所述的车辆，进一步包括偏航传感器，所述偏航传感器被配置成检查是否产生了由所述左车轮和右车轮的速度差引起的侧向力。
12.根据权利要求7所述的车辆，其中，在通过所述转向控制模块将所述左车轮和右车轮的转向角调节成对应于所述方向盘转向角的转向角之后，所述驱动速度被控制，所述控制器被配置成将所述第一轮毂电机和所述第二轮毂电机的驱动速度控制成彼此不同，以用于所述车辆的弯道行驶。
13.一种轮毂电机车辆的操作方法，所述轮毂电机车辆包括如权利要求1-6中任一项所述的转向系统，所述方法包括：
感测方向盘转向角；
根据所感测的方向盘转向角来将安装在所述车辆的左车轮和右车轮处的轮毂电机的驱动速度控制成彼此不同；
感测由于所述轮毂电机的驱动速度差引起的所述左车轮和右车轮的速度差而产生的所述左车轮和右车轮的转向角；以及
将所述左车轮和右车轮的转向角调节成对应于所述方向盘转向角的转向角。
14.根据权利要求13所述的方法，其中控制所述驱动速度包括产生转向角调节信号，所述左车轮和右车轮的转向角根据所述转向角调节信号来调节。
15.根据权利要求13所述的方法，进一步包括检查由安装在所述左车轮和所述右车轮处的轮毂电机的驱动速度差引起的所述左车轮和右车轮的速度差。
16.根据权利要求13所述的方法，进一步包括检查是否产生了由所述左车轮和右车轮的速度差引起的侧向力。
17.根据权利要求13所述的方法，其中，在所述左车轮和右车轮的转向角被调节成对应于所述方向盘转向角的转向角之后，所述驱动速度被控制，安装在所述左车轮和所述右车轮处的轮毂电机的驱动速度被控制成彼此不同，以用于所述车辆的弯道行驶。
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