CN110588765A - 一种分布式驱动汽车四轮多模式转向系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种分布式驱动汽车四轮多模式转向系统及控制方法，转向系统由转向机构和转向操纵装置组成，转向机构包括转向车轮、转向节臂、转向直拉杆、转向横拉杆、梯形臂、转向器和转向摇臂，转向操纵装置包括齿条杆、活动齿轮一、活动齿轮二、固定齿轮一、固定齿轮二、位置传感器、固定齿轮轴、活动齿轮轴、拨叉槽、电磁拨叉和壳体。转向系统具体为对称分布的前轮转向系统与后轮转向系统，通过转向器和转向操纵装置可分别控制前转向车轮与后转向车轮的转角，实现正常转向、高速四轮转向、低速四轮转向、蟹行转向以及原地转向等若干种特殊转向模式。本发明的转向系统可根据需求自由切换转向模式，极大地提高车辆的灵活性。

Description

一种分布式驱动汽车四轮多模式转向系统及控制方法

技术领域

本发明涉及车辆转向技术领域，具体涉及一种分布式驱动汽车四轮多模式转向系统及控制方法。

背景技术

普通四轮车辆的转向均为两轮转向，虽然能够满足正常的行驶需求，但如今交通日易拥堵、道路状况愈加复杂，两轮转向的转向半径较大，在某些应用场合如停车库、狭窄路段等存在许多不便。

目前存在的四轮独立转向结构，通过四个独立的转向电机实现，且车轮与悬架的结构设计与布置方式较为复杂，不易实现。

发明内容

为解决上述已有技术的不足，本发明提出一种分布式驱动汽车四轮多模式转向系统及控制方法，保留了原有悬架结构与转向系统，仅增添前、后转向操纵装置，实现分布式驱动汽车的四轮多模式转向控制。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种分布式驱动汽车四轮多模式转向系统，包括结构相同且对称布置前轮转向系统与后轮转向系统，转向系统包括转向机构和转向操纵装置，转向操纵装置与转向机构中的左、右转向横拉杆铰接；所述转向操纵装置包括前转向操纵装置和后转向操纵装置，分别控制前轮转向系统和后轮转向系统。

上述技术方案中，所述前转向操纵装置包括左齿条杆和右齿条杆，左齿条杆与左转向横拉杆铰接，右齿条杆与右转向横拉杆铰接；所述左齿条杆和右齿条杆的齿条部分固定于齿条限位结构中，且可沿齿条限位结构轴向移动，齿条限位结构位于壳体内部，壳体内部固定有固定齿轮轴和活动齿轮轴；固定齿轮轴同轴心设有加工为一个整体的固定齿轮一和固定齿轮二，且可沿固定齿轮轴旋转但不能进行轴向运动，固定齿轮一与左齿条杆常啮合；活动齿轮轴同轴心设有加工为一个整体的活动齿轮一、活动齿轮二和拨叉槽，且可沿活动齿轮轴旋转和轴向移动，壳体上固定有与拨叉槽啮合的电磁拨叉，壳体上还设有位置传感器。

上述技术方案中，所述活动齿轮二的半径大于活动齿轮一的半径。

上述技术方案中，所述活动齿轮一与固定齿轮一半径相同，活动齿轮二和固定齿轮二半径相同。

上述技术方案中，所述后转向操纵装置还在壳体上设有锁止齿，且后转向操纵装置的活动齿轮一的轴向长度大于前转向操纵装置中的活动齿轮一。

一种分布式驱动汽车四轮多模式转向系统的控制方法，转向系统的转向动作从转向器发出，通过与转向器同侧的转向机构部分传递给转向操纵装置，由转向操纵装置中的齿轮组合传递到另一侧的转向机构部分，根据位置传感器反馈的转角信号构成闭环转向控制。

进一步，所述转向控制包括正常转向、高速四轮转向、低速四轮转向、蟹行转向以及原地转向模式。

更进一步，所述转向控制具体为：电磁拨叉带动拨叉槽运动，实现活动齿轮与齿条、固定齿轮、锁止齿的啮合与脱离。

本发明提出的一种分布式驱动汽车四轮多模式转向系统及控制方法带来的有益效果如下：

1、本发明设计所述转向系统在现有的转向结构基础上仅增加一个转向操纵装置，无需改变底盘与悬架结构，结构简单、布置方便。

2、本发明设计的转向操纵装置具有结构简单、制作成本低、使用安全可靠、体积较小、维护方便等优点，普遍适用于多种车型的分布式驱动汽车之上。

3、本转向系统可实现汽车正常转向模式以及高速四轮多模式转向模式、低速四轮多模式转向模式、蟹行转向以及原地转向等若干种特殊转向模式，极大地提高车辆的灵活性。

附图说明

图1是本发明的转向系统结构示意图；

图2是前转向操纵装置的结构示意图；

图3是后转向操纵装置的结构示意图。

图中：1、前转向车轮；2、转向节臂；3、转向直拉杆；4、左转向横拉杆；5、前转向操纵装置；6、右转向横拉杆；7、右梯形臂；8、后转向操纵装置；9、转向器；10、转向摇臂；11、左梯形臂；12、后转向车轮；13、左齿条杆；14、活动齿轮一；15、固定齿轮一；16、齿条限位结构；17、右齿条杆；18、固定齿轮二；19、位置传感器；20、固定齿轮轴；21、活动齿轮轴；22、拨叉槽；23、电磁拨叉；24、活动齿轮二；25、壳体；26、锁止齿。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。

参照图1，本发明转向系统包括前轮转向系统与后轮转向系统，前轮转向系统与后轮转向系统结构相同且对称布置。转向系统由转向机构和转向操纵装置组成，转向机构包括转向车轮、转向节臂2、转向直拉杆3、左转向横拉杆4、右转向横拉杆6、右梯形臂7、转向器9、转向摇臂10和左梯形臂11。所述转向操纵装置包括前转向操纵装置5和后转向操纵装置8，分别控制前轮转向系统与后轮转向系统。以前轮转向系统为例，前转向操纵装置5分别与左转向横拉杆4、右转向横拉杆6一端铰接，左转向横拉杆4、右转向横拉杆6另一端分别与左梯形臂11、右梯形臂7一端铰接，在本发明实施例中，转向器9布置在左侧，转向器9通过转向摇臂10与转向直拉杆3一端铰接，转向直拉杆3另一端与转向节臂2一端铰接，左梯形臂11另一端、转向节臂2另一端、左侧转向节三者固定连接，右梯形臂7另一端与右侧转向节固定连接。

参照图2，前转向操纵装置5由左齿条杆13、活动齿轮一14、固定齿轮一15、齿条限位结构16(可通过将转向操纵装置的壳体25内部锻压出的齿条槽构成齿条限位结构)、右齿条杆17、固定齿轮二18、位置传感器19(按种类分可以是光电式或霍尔式，按定位方式分可以是位置是或增量式)、固定齿轮轴20、活动齿轮轴21、拨叉槽22、电磁拨叉23、活动齿轮二24和壳体25组成；其中活动齿轮一14与固定齿轮一15半径相同，活动齿轮二24和固定齿轮二18半径相同，且活动齿轮二24的半径大于活动齿轮一14的半径；所述左齿条杆13和右齿条杆17的齿条部分固定于齿条限位结构16中，且可沿齿条限位结构16轴向移动，左齿条杆13与左转向横拉杆4铰接，右齿条杆17与右转向横拉杆6铰接；壳体25内部固定有固定齿轮轴20和活动齿轮轴21；固定齿轮一15和固定齿轮二18加工为一个整体且与固定齿轮轴20同轴心，并且固定齿轮可沿固定齿轮轴20旋转但不能进行轴向运动，固定齿轮一15与左齿条杆13常啮合；活动齿轮一14、活动齿轮二24和拨叉槽22加工为一个整体且与活动齿轮轴21同轴心，并且可沿活动齿轮轴21旋转和轴向移动，电磁拨叉23固定在壳体25上，电磁拨叉23与拨叉槽22啮合，通过电磁拨叉23推动拨叉槽22使活动齿轮一14和活动齿轮二24沿活动齿轮轴21进行轴向移动，活动齿轮一14在轴向移动时，可以单独与右齿条杆17啮合，此时活动齿轮二24与固定齿轮二18啮合，活动齿轮一14还可与左齿条杆13、右齿条杆17同时啮合，此时活动齿轮二24与固定齿轮二18分离；位置传感器19固定在壳体25上用于检测齿条杆的齿条位置。

参照图3，后转向操纵装置8在保留前转向操纵装置5所有部件的基础上增加锁止齿26结构，且后转向操纵装置8中的活动齿轮一14的轴向长度尺寸根据需求稍有增加。

参照图1、图2、图3，本发明转向系统可实现正常转向、高速四轮转向、低速四轮转向、蟹行转向以及原地转向等若干种特殊转向模式，转向系统具体控制过程如下：

转向系统的转向动作从转向器9发出，先后通过转向摇臂10、转向直拉杆3、转向节臂2(通过左转向节输出到左转向车轮)、左梯形臂11、左转向横拉杆4传递给转向操纵装置，并通过转向操纵装置中的齿轮组合传递到右转向横拉杆6、右梯形臂7，再通过右转向节输出到右转向车轮，根据位置传感器19反馈的转角信号构成闭环转向控制系统。

正常转向模式：此转向模式下，汽车后轮转向系统锁定，只通过前轮转向系统实现汽车转向操作，后转向操纵装置8中的电磁拨叉23推动拨叉槽22向靠近电磁拨叉23方向移动，使活动齿轮一14与左齿条杆13和右齿条杆17的齿条同时啮合，活动齿轮二24与固定齿轮二18脱离且与锁止结构26的齿啮合，后轮转向系统被锁止；前转向操纵装置5中的电磁拨叉23推动拨叉槽22向靠近电磁拨叉23方向移动，使活动齿轮一14同时与左齿条杆13和右齿条杆17的齿条同时啮合，活动齿轮二24与固定齿轮二18脱离，此时前转向操纵装置中的左齿条杆13和右齿条杆17同方向同步移动，固定齿轮一15和固定齿轮二18随左齿条杆13空转。如果从原地转向模式切入正常转向模式，首先需要根据位置传感器19(可通过增量式位置传感器19检测固定齿轮二18的旋转角度，间接估算齿条位置或通过位置式位置传感器19直接检测齿条位置)反馈的齿条位置使转向系统复位(能够使汽车保持正常直线行驶的齿条位置)，然后再进行上述操作步骤。

高速四轮转向模式：后转向操纵装置8中的电磁拨叉23推动拨叉槽22使活动齿轮一14与左齿条杆13和右齿条杆17的齿条同时啮合，活动齿轮二24位于固定齿轮二18和锁止结构26中间，同时与固定齿轮二18、锁止结构26脱离；前转向操纵装置5中的拨叉槽22位置与正常转向模式下的相同，此时转向系统根据车速在前转向车轮1发生转向的同时，使后转向车轮12向前转向车轮1相同的方向发生相应角度的转向(刘战芳.四轮转向汽车技术研究[J].城市车辆，2007(04):27-29)，通过位置传感器19检测汽车前后转向角。

低速四轮转向模式：此模式下，转向系统前转向操纵装置5和后转向操纵装置8中的拨叉槽22位置与高速四轮多模式转向模式下的相同，此时转向系统在前轮发生转向的同时，使后轮向前轮转向方向相反的方向发生相应角度的转向。

蟹行转向模式：此模式下转向系统前转向操纵装置5和后转向操纵装置8中的拨叉槽22位置与高速四轮多模式转向模式下的相同，此时转向系统使前轮与后轮向相同的方向发生相同角度的转向，汽车可沿任意方向进行平移。

原地转向模式：此模式下转向系统前转向操纵装置5和后转向操纵装置8中的电磁拨叉23都将拨叉槽22推向远离电磁拨叉23的方向，使活动齿轮一14与右齿条杆17的齿条啮合，与左齿条杆13的齿条脱离，活动齿轮二24与固定齿轮二18啮合，后转向操纵装置8中的活动齿轮24与锁止结构26脱离，此时左齿条杆13与右齿条杆17通过齿轮组合实现反方向同步移动，使前左转向车轮与后右转向车轮向右转向、前右转向车轮与后左转向车轮向左转向，基于阿克曼理论使四轮转向中心重合，四个驱动轮沿转向中心向相同旋转方向驱动，实现车辆原地转向。如果从本发明其他转向模式切入正常转向模式，首先需要根据位置传感器19反馈的齿条位置使转向系统复位，然后再进行上述操作步骤。

以上说明只是本发明转向系统可实现的几种最典型转向模式，应当指出，本转向系统还可以实现其他若干种转向模式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种分布式驱动汽车四轮多模式转向系统，其特征在于，包括结构相同且对称布置前轮转向系统与后轮转向系统，转向系统包括转向机构和转向操纵装置，转向操纵装置与转向机构中的左、右转向横拉杆铰接；所述转向操纵装置包括前转向操纵装置(5)和后转向操纵装置(8)，分别控制前轮转向系统和后轮转向系统。

2.如权利要求1所述的分布式驱动汽车四轮多模式转向系统，其特征在于，所述前转向操纵装置(5)包括左齿条杆(13)和右齿条杆(17)，左齿条杆(13)与左转向横拉杆铰接，右齿条杆(17)与右转向横拉杆铰接；所述左齿条杆(13)和右齿条杆(17)的齿条部分固定于齿条限位结构(16)中，且可沿齿条限位结构(16)轴向移动，齿条限位结构(16)位于壳体(25)内部，壳体(25)内部固定有固定齿轮轴(20)和活动齿轮轴(21)；固定齿轮轴(20)同轴心设有加工为一个整体的固定齿轮一(15)和固定齿轮二(18)，且可沿固定齿轮轴(20)旋转但不能进行轴向运动，固定齿轮一(15)与左齿条杆(13)常啮合；活动齿轮轴(21)同轴心设有加工为一个整体的活动齿轮一(14)、活动齿轮二(24)和拨叉槽(22)，且可沿活动齿轮轴(21)旋转和轴向移动，壳体(25)上固定有与拨叉槽(22)啮合的电磁拨叉(23)，壳体(25)上还设有位置传感器(19)。

3.根据权利要求2所述的分布式驱动汽车四轮多模式转向系统，其特征在于，所述活动齿轮二(24)的半径大于活动齿轮一(14)的半径。

4.根据权利要求3所述的分布式驱动汽车四轮多模式转向系统，其特征在于，所述活动齿轮一(14)与固定齿轮一(15)半径相同，活动齿轮二(24)和固定齿轮二(18)半径相同。

5.根据权利要求2所述的分布式驱动汽车四轮多模式转向系统，其特征在于，所述后转向操纵装置(8)还在壳体上设有锁止齿(26)，且后转向操纵装置的活动齿轮一的轴向长度大于前转向操纵装置中的活动齿轮一。

6.一种分布式驱动汽车四轮多模式转向系统的控制方法，其特征在于，转向系统的转向动作从转向器(9)发出，通过与转向器(9)同侧的转向机构部分传递给转向操纵装置，由转向操纵装置中的齿轮组合传递到另一侧的转向机构部分，根据位置传感器(19)反馈的转角信号构成闭环转向控制。

7.根据权利要求6所述的分布式驱动汽车四轮多模式转向系统的控制方法，其特征在于，所述转向控制包括正常转向、高速四轮转向、低速四轮转向、蟹行转向以及原地转向模式。

8.根据权利要求7所述的分布式驱动汽车四轮多模式转向系统的控制方法，其特征在于，所述转向控制具体为：电磁拨叉(23)带动拨叉槽(22)运动，实现活动齿轮与齿条、固定齿轮、锁止齿的啮合与脱离。