CN109878280B - 一种两栖电动汽车车轮位置转换装置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种两栖电动汽车车轮位置转换装置，包括：轮毂电机，其同轴中心具有电机轴；轮毂，其同轴固定在所述电机轴一端，所述轮毂的外部套设车轮；上支撑架，其一端垂直固定在所述轮毂电机壳体的一侧；下支撑架，其一端垂直固定在所述轮毂电机壳体的一侧，并且所述下支撑架与所述上支撑架间隔平行设置；两个横臂，其一端分别与所述支撑架的另一端对应铰接，所述横臂的另一端固定在车身；转向电机，其壳体固定设置在所述上支撑架上，所述转向电机的输出轴穿过所述上支撑架，并且与对应的所述横臂固连。本发明提供了一种两栖电动汽车车轮位置转换装置，可以对车轮实现转向，通过车轮旋转推进在水中前进。

Description

一种两栖电动汽车车轮位置转换装置及其控制方法

技术领域

本发明涉及交通工具领域，尤其涉及一种两栖电动汽车车轮位置转换装置及其控制方法。

背景技术

随着现代社会经济的高速发展，汽车在日常生活中已经不仅仅是一种交通工具，更是人们的一种生活方式。近些年以来，世界各地汽车保有量大幅增加，随之而来的便是能源的短缺、环境的污染等等一系列问题，这些都是全球汽车和能源产业需要面对的挑战。混合动力、纯电动、太阳能等新能源汽车已成为世界各个国家汽车厂商未来的发展方向，这其中电动汽车作为未来发展的主要方向之一，受到越来越多的重视和研究，而这其中轮毂电机驱动技术由于具有布局灵活使车体结构更简单、能量利用率高、可实现多种复杂驱动方式等优点被认为是最有潜力一项电动汽车技术。

水陆两栖车结合了车与船的双重性能，既可像汽车一样在陆地上行驶，又可以像船一样在水上浮渡。由于其具备卓越的水陆通行性能，可不受河流、积水的限制，渡江跨河，因而在交通运输上具有其特殊的意义。多用于军事、救灾、探测等专业领域，后也经开发改造用于旅游。

目前水陆两栖汽车在水中的动力装置一般是螺旋桨或依靠车轮划水前进。前者结构较为复杂，且螺旋桨尺寸较小，推进速度慢；后者虽然结简单，但效率更低，在水中前进速度更慢。

发明内容

本发明为解决目前的技术不足之处，提供了一种两栖电动汽车车轮位置转换装置，可以对车轮实现转向，通过车轮旋转推进在水中前进。

本发明还提供了一种两栖电动汽车车轮位置转换装置的控制方法，能够控制两栖电动汽车在水中行驶时的工作及转向情况，使其能够在水中更顺利地运行。

本发明提供的技术方案为：一种两栖电动汽车车轮位置转换装置，其特征在于，包括：

轮毂电机，其同轴中心具有电机轴；

轮毂，其同轴固定在所述电机轴一端，所述轮毂的外部套设车轮；

上支撑架，其一端垂直固定在所述轮毂电机壳体的一侧；

下支撑架，其一端垂直固定在所述轮毂电机壳体的一侧，并且所述下支撑架与所述上支撑架间隔平行设置；

两个横臂，其一端分别与所述支撑架的另一端对应铰接，所述横臂的另一端固定在车身；

转向电机，其壳体固定设置在所述上支撑架上，所述转向电机的输出轴穿过所述上支撑架，并且与对应的所述横臂固连。

优选的是，

所述横臂包括上横臂和下横臂；

其中，所述上支撑架设置在所述轮毂电机上方，与所述上横臂铰接；所述下支撑架设置在所述轮毂电机下方，与所述下横臂铰接；以及

所述转向电机固定在所述上支撑架的上方。

优选的是，还包括：

制动盘，其同轴固定在所述电机轴的另一端。

优选的是，还包括：

制动卡钳，其固定在所述轮毂电机的外壳上，与所述支撑架同侧设置。

优选的是，还包括：

连接臂，其一端与所述上横臂铰接，另一端固定在所述车身。

优选的是，还包括：

弹簧减震器，其固定在所述下横臂上。

优选的是，

所述连接臂与所述上横臂通过轴销铰接，所述上横臂可绕所述轴销转动。

一种两栖电动汽车车轮位置转换装置的控制方法，还包括：

在路面行驶时，转向电机不工作，电机制动器制动；

在水中行驶时，控制后轮的转向电机输出轴转动，使后轮在平方向旋转90°。

优选的是，还包括：

当两栖电动汽车在水中转向时，控制后轮的转向电机转动，使后轮随前轮改变转向角度。

优选的是，控制后轮转向时，控制转向电机的输出轴转速n满足：

式中，θ为转向时方向盘的转角，L为上横臂的长度，b为连接臂的长度，d为转向电机的输出轴长度，R为支撑架与轮毂电机中心的距离，G₁为转向电机的重力，G₂为轮毂电机的重力，G₃为车轮的重力，n₀为轮毂电机的基础转速。

本发明所述的有益效果：本发明提供了一种两栖电动汽车车轮位置转换装置，可以将后轮在水平方向上向后旋转90度，在水中前进时后轮可作为推进器使用，实现水路切换使用；本发明去掉了传统的螺旋桨或泵推进系统，简化了车辆结构。本发明还提供了一种两栖电动汽车车轮位置转换装置的控制方法，能够控制两栖电动汽车在水中行驶时的工作及转向情况，使其能够在水中更顺利地运行。

附图说明

图1为本发明的两栖电动汽车车轮位置转换装置的结构示意图。

图2为本发明的安装了车轮位置转换装置的两栖电动汽车的结构简图。

图3为本发明的安装了车轮位置转换装置的两栖电动汽车在水中前进状态的后视图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

如图1所示，本发明的两栖电动汽车车轮位置转换装置包括：轮毂电机110，其中部具有电机轴111，电机轴111垂直穿过轮毂电机110的中心，两端延伸至轮毂电机110的两侧面，由轮毂电机110控制其转动。轮毂120同轴固定在电机轴111的一端，车轮121套设在轮毂120的外部。两个支撑架(130和140)设置在轮毂电机110的同侧，对称设置在轮毂电机110一端面的上下端，并且一端垂直固定在轮毂电机110的侧面，与轮毂120不在同一侧。支撑架的另一端铰接连接横臂(131和141)的一端，横臂的另一端与汽车车身固定。在位于上方的支撑架130上设置转向电机150，转向电机150的壳体通过螺钉固定设置在上方的所述支撑架130上，输出轴穿过对应的所述支撑架130，与对应的所述横臂131固连。

所述支撑架包括上支撑架130和下支撑架140；所述横臂包括上横臂131和下横臂141；其中，所述上支撑架130设置在所述轮毂电机110上方，与所述上横臂131铰接；所述下支撑架140设置在所述轮毂电机下方，与所述下支横臂141铰接；上支撑架130上设置通孔，所述转向电机150固定在所述上支撑架130的上方，输出轴下端穿过上支撑架130的通孔，通过键连与上横臂131固定。下支承架140上有设置锥形孔，锥形孔内设置球铰，下横臂141通过球铰与下支承架140连接。

在另一实施例中，制动盘160同轴固定在所述电机轴111的另一端，随车轮旋转。

在另一实施例中，制动卡钳170固定在所述轮毂电机110的外壳上，与所述支撑架同侧设置，相对车轮保持静止。

在另一实施例中，连接臂132的一端与所述上横臂131铰接，另一端固定在所述车身。

在另一实施例中，弹簧减震器180固定在所述下横臂141上，作为汽车的阻尼元件和弹性元件。

在另一实施例中，所述轮毂120的轮辐为螺旋桨片状。

在另一实施例中，所述连接臂132与所述上横臂131通过轴销铰接，所述上横臂可绕所述轴销转动，可以实现上下跳动。

在另一实施例中，所述转向电机150的上端设置电机制动器，保证断电时转向动力部件静止。

在另一实施例中，所述转向电机150为伺服电机。

本发明还提供了一种两栖电动汽车车轮位置转换装置的控制方法，包括：

在路面行驶时，转向电机不工作，电机制动器制动；

在水中行驶时，控制后轮的转向电机输出轴转动，使后轮在平方向旋转90°。

当两栖电动汽车在水中转向时，控制后轮的转向电机转动，使后轮随前轮改变转向角度。

控制后轮转向时，控制转向电机的输出轴转速n满足：

θ为转向时方向盘的转角，单位为°；L为上横臂的长度，单位为cm；b为连接臂的长度，单位为cm；d为转向电机的输出轴长度，单位为cm；R为支撑架与轮毂电机中心的距离，单位为cm；G₁为转向电机的重力，单位为N；G₂为轮毂电机的重力，单位为N；G₃为车轮的重力，单位为N；n₀为轮毂电机的基础转速，单位为r/s。方向盘转角为设置在方向盘处的转角传感器测得，转向电机的输出轴长度、支撑架与轮毂电机中心的距离、转向电机的重力、轮毂电机的重力和车轮的重力为提前测得输入控制器的参数。

如图2-3所示为安装了车轮位置转换装置的两栖电动汽车的结构图和在水中行驶时的后方视图，两栖电动汽车车轮位置100安装在车身200的后轮处，车轮121通过轮毂、轮毂电机110、支撑架以及横臂与车身200连接，前轮为正常的现有车轮210。

当车辆在正常路面工况下，转向电机150不工作，电机制动器工作，锁止整个装置。车辆行驶时，轮毂电机110的电机轴转动，从而带动固连在其端部的车轮121转动。当车辆遇到不平路面时，车轮上下跳动，上横臂131和连接臂132可以通过之间的轴销相对转对，实现上下跳动。下横臂141与下支承架140之间通过球铰连接，也可以实现上下跳动。

当车辆在水中行驶工况下，车辆后轮在水平方向向后旋转90°，状态如图3所示。具体工作方式如下：驾驶员操作控制器(控制器控制连接转向电机)，转向电机150接受指令转动，其输出轴与上横臂131固连，保持静止；其转向动力部件旋转，同时带动与其固连的上支承架130转动。上支承架130与轮毂电机110的壳体固连，因此带动车轮转动。车轮位置转换装置的外形尺寸以及车身后轮部位经过设计，可以实现后轮向后旋转90度且不发生干涉。当后轮旋转到位后，带有螺旋桨形状轮辐的车轮121随轮毂电机110的电机轴转动，在水中产生向后的推力，实现两栖电动汽车在水中行驶。需要转向时，调整后轮角度，改变推力方向，即可实现水中转向。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (5)

1.一种两栖电动汽车车轮位置转换装置的控制方法，其特征在于，所述两栖电动汽车车轮位置转换装置，包括：

轮毂电机，其同轴中心具有电机轴；

轮毂，其同轴固定在所述电机轴一端，所述轮毂的外部套设车轮；

上支撑架，其一端垂直固定在所述轮毂电机壳体的一侧；

下支撑架，其一端垂直固定在所述轮毂电机壳体的一侧，并且所述下支撑架与所述上支撑架间隔平行设置；

两个横臂，其一端分别与所述支撑架的另一端对应铰接，所述横臂的另一端固定在车身；

转向电机，其壳体固定设置在所述上支撑架上，所述转向电机的输出轴穿过所述上支撑架，并且与对应的所述横臂固连；

所述两个横臂包括上横臂和下横臂；

其中，所述上支撑架设置在所述轮毂电机上方，与所述上横臂铰接；所述下支撑架设置在所述轮毂电机下方，与所述下横臂铰接；以及

所述转向电机固定在所述上支撑架的上方；

连接臂，其一端与所述上横臂铰接，另一端固定在所述车身；

所述两栖电动汽车车轮位置转换装置的控制方法，包括：

在路面行驶时，转向电机不工作，电机制动器制动；

在水中行驶时，控制后轮的转向电机输出轴转动，使后轮在平方向旋转90°；

当两栖电动汽车在水中转向时，控制后轮的转向电机转动，使后轮随前轮改变转向角度；

控制后轮转向时，控制转向电机的输出轴转速n满足：

式中，θ为转向时方向盘的转角，L为上横臂的长度，b为连接臂的长度，d为转向电机的输出轴长度，R为支撑架与轮毂电机中心的距离，G₁为转向电机的重力，G₂为轮毂电机的重力，G₃为车轮的重力，n₀为轮毂电机的基础转速。

2.根据权利要求1所述的两栖电动汽车车轮位置转换装置的控制方法，其特征在于，还包括：

制动盘，其同轴固定在所述电机轴的另一端。

3.根据权利要求2所述的两栖电动汽车车轮位置转换装置的控制方法，其特征在于，还包括：

制动卡钳，其固定在所述轮毂电机的外壳上，与所述支撑架同侧设置。

4.根据权利要求3所述的两栖电动汽车车轮位置转换装置的控制方法，其特征在于，还包括：

弹簧减震器，其固定在所述下横臂上。

5.根据权利要求4所述的两栖电动汽车车轮位置转换装置的控制方法，其特征在于，

所述连接臂与所述上横臂通过轴销铰接，所述上横臂可绕所述轴销转动。