CN111232052B - 一种用于四轮独立驱动电动汽车的四轮转向方法 - Google Patents

一种用于四轮独立驱动电动汽车的四轮转向方法 Download PDF

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Abstract

本发明公布了一种用于四轮独立驱动电动汽车的新的四轮转向方式；所述向方式结合了传统的前轮转向系统和后轮的差动转向系统。后轮的差动转向方式是通过控制左右车轮的驱动电机的驱动力不同，产生驱动力差，从而驱动车轮绕其主销转动产生后轮转向角，以体现四轮转向的优势。四轮转向系统可以极大提高车辆的高速转向时操纵稳定性和低速转向的机动性。采用后轮转向可以取消复杂的转向机构，结构简单，提高车辆的空间利用性。对于极限工况，由于车轮的回正力矩很小，极小的驱动力矩差就可能产生极大的转向角。在后轮的转向横拉杆处安装有离合装置，可以自动调节结合压紧度以产生摩擦力矩用于克服过多的驱动力矩差，从而得到期望的后轮转向角。

Description

一种用于四轮独立驱动电动汽车的四轮转向方法
技术领域
本发明属于汽车转向控制技术领域，尤其涉及一种用于四轮独立驱动电动汽车的四轮转向方法。
背景技术
现代交通系统的不断发展以及汽车的日益普及，一方面带来了出行的便利性以及推动了汽车技术的发展；另一方面也导致了交通事故的多发，时刻威胁着人们的生命和财产安全。汽车主动安全性能的提高可以有效地减少交通事故的发生率。因此，汽车的主动安全性能日益受到研究者以及各大汽车制造商的重视。人们对于主动安全性能的要求越来越高，传统的前轮转向已经不能满足要求。而四轮转向是实现汽车主动安全性的有效方法之一，对其深入研究具有深刻的现实意义。
四轮转向相对于传统的前轮转向，能够有效地提高车辆的主动安全性能。在高速时，其可以减小质心侧偏角，很大程度上改善侧向加速度以及横摆角速度的瞬态响应性能，可以提高汽车的操纵稳定性；低速时，它可以减小汽车的转弯半径，提高汽车的机动性。
目前应用于汽车上的四轮转向系统，其后轮转向系统需要安装转向电机以及例如齿轮齿条的转向机构，结构比较复杂，并且占用空间。随着四轮独立驱动电动汽车的发展，为汽车的四轮转向系统的实现带来了新的可能。由于四轮独立驱动电动汽车的每个车轮的驱动力独立可控，通过差动驱动左右车轮，使两侧车轮驱动力不同，将产生一横摆力矩。此横摆力矩可以用于改善汽车的操纵稳定性。另一方面，这一横摆力矩可以作用于转向系统，使车轮绕其主销转动，从而产生车轮转向角。这一转向方式被称为差动转向。目前的研究主要将其作为一种前轮主动转向的助力或者在前轮的线控转向故障时作为一种容错方式，但差动转向也可以作为单一的转向方式作为后轮转向的一种机制。
综上所述，四轮转向在提高车辆主动安全性上具有现实研究价值和巨大的市场前景。四轮独立驱动电动汽车的发展也为四轮转向系统提出来新的可能。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于：针对上述传统前轮转向汽车已不能满足主动安全性能的要求的现状以及差动转向在四轮独立驱动电动汽车上应用的可行性，所以提供了一种新的用于四轮独立驱动电动汽车的转向方式，结合传统的前轮和后轮差动转向；其目的在于实现提高汽车低速转向机动性以及高速操作稳定性。
本发明的一种用于四轮独立驱动汽车的四轮转向方法，该转向方式将传统的前轮转向与后轮的差动转向相结合，简化了转向系统的复杂程度以及提高了汽车的空间利用率。
本发明采用以下技术方案：
一种用于四轮独立驱动电动汽车的四轮转向方法，该转向方式将前轮传统转向方式和后轮差动转向方式结合在一起，体现四轮转向的性能优势。后轮差动转向是通过控制车辆两边车轮的驱动力不同，产生驱动力矩差。这一驱动力矩差作用于后轮转向系统，使车轮绕各自的主销转动，从而产生后轮转向角。在后轮转向的转向横拉杆上安装离合装置，该离合装置可以自动调节压紧力，从而产生期望的摩擦力矩。
在后轮转向角过大时，所述离合装置调节压紧度，产生的摩擦力矩克服过大的驱动力矩差，以减小后轮转向角使其趋近于期望值。
本发明的进一步改进在于：其中左右后轮可独立驱动，控制左右轮的驱动力不同，所产生的驱动力矩差作用于后轮转向系统，可以驱动后轮绕各自的主销转动。驱动力矩差越大，产生的后轮转向角就越大。
本发明进一步改进在于：所述左右后轮之间安装有转向梯形，并在转向系统的横拉杆处安装有可以自动调节和转向横拉杆之间摩擦力的离合装置。离合装置可以自动调节和转向横拉杆之间的压紧力，产生大小可控的摩擦力矩。
其中摩擦力矩与后轮的驱动力矩差的方向相反，可以平衡由于差动产生的一部分驱动力矩差，减小驱动车轮转动的总力矩，已得到期望的后轮转向角。
当离合装置将转向横拉杆完全抱死，横拉杆不能左右移动，即后轮将不能产生转向角，此时车辆相当于传统前轮转向车辆。在一些极限工况下，车轮的回正力矩很小甚至为零，很小的驱动力矩差就有可能产生很大的转向角。此时，离合装置自动调节和转向横拉杆之间的摩擦力，平衡过大的驱动力矩差，使后轮转向角趋近于期望值。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
(1)本发明将传统前轮转向方式与后轮差动转向相结合，可以实现应用于四轮独立驱动汽车的四轮转向方法。此四轮转向系统可以有效地提高汽车的主动安全性能。通过后轮差动，一方面所产生的额外的横摆力矩可以用来改善汽车的横摆运动；另一方面产生后轮转向角，提高汽车低速转弯的机动性以及高速转弯的操纵稳定性。
(2)后轮转向系统的转向横拉杆上安装有可以自动调节压紧力的离合装置。根据汽车稳定性以及转弯性能的要求，离合装置自动调节对转向横拉杆的摩擦力大小，产生与后轮驱动力矩差相反的摩擦力矩。此摩擦力矩可以减小产生后轮转向角的总力矩，使后轮转向角为期望值。在一些极限工况下，轮胎的回转力矩很小，导致很小的驱动力矩差产生过大的转向角，离合装置的存在，可以通过产生的摩擦力矩调节后轮转向角。
(3)后轮差动转向系统可以有效地提高汽车的空间利用率，且相比于机械式的四轮转向方法，其结构相对简单。
附图说明
图1.本发明提出的四轮转向汽车的结构示意图；
图2.后轮差动转向原理图；
图3.前后轮转向方向相反时汽车驱动力分配示意图示意图；
图4.前后轮转向方向相同时汽车驱动力分配示意图示意图。
具体实施方式
下面结合附图1-4，对本发明的实施案例进行详细的描述。
本实施例提供一种用于四轮独立驱动电动汽车的四轮转向方法，实现汽车的四轮转向，可以有效地提高汽车的主动安全性能，改善汽车转向的机动性和操纵稳定性。而四轮独立驱动电动汽车的发展为汽车的四轮转向提出了新的可能。
其中一种基于轮毂电机驱动电动汽车的四轮转向汽车的结构示意图如图1所示。
其中后轮差动转向的原理图如图2所示，其中τa为轮胎的回正力矩，lc为轮距的一半，rσ为主销偏移距，Fxf和Fxr分别为左侧车轮和右侧车轮的驱动力，Tf和Tr分别为左侧车轮和右侧车轮的驱动力矩，则转向系统的动力学方程为：
Figure GDA0003459531120000051
其中，J和b分别为转向系统的等效转动惯量和等效阻尼，
Figure GDA0003459531120000052
和
Figure GDA0003459531120000053
分别为转向角δ的二阶导数和一阶导数，τf为转向系统的摩擦力。ΔM′为作用于转向系统的驱动力矩差，可表示为：
ΔM′＝rσ(Fx-Fxf).
通过变化驱动力矩差和摩擦力矩的大小，可以调节车轮转向角的大小。如附图3所示为低速工况下，汽车逆时针转向时汽车驱动力分配示意图。左后轮驱动力Fxrf大于右后轮驱动力Fxrr，产生顺时针的驱动力矩差，则后轮产生向右转的转向角δr。前轮通过方向盘产生向左转的转向角δf，与后轮相反，有效地改善汽车在低速工况下的转向机动性；所产生的驱动力矩差是可以根据期望的后轮转向角大小确定。
如附图4所示为高速工况下，汽车逆时针转向时汽车驱动力分配示意图。左后轮驱动力Fxrf小于右后轮Fxrr，产生逆时针的驱动力矩差，导致后轮产生向左转的转向角。前轮和后轮转向角同向，有利于高速工况下车轮的操纵稳定性。
其中在一些极限工况下，轮胎的回正力矩急剧减小甚至为零，很小的驱动力矩差就可能会产生很大的后轮转向角。此时，如在附图3和附图4中所示，离合装置参与控制，自动调节和转向横拉杆之间的摩擦力，产生摩擦力矩τf平衡过大的驱动力矩差，保证后轮转向角为期望值。
基于四轮独立驱动电动汽车，本实施例结合前轮传统转向和后轮差动转向，实现四轮转向在主动安全性方面的优势，提高汽车的机动性和操纵稳定性。采用后轮差动转向，结构简单，不需要复杂的转向机械结构，有效地提高汽车的空间利用率。

Claims (3)

1.一种用于四轮独立驱动电动汽车的四轮转向方法，其特征在于:
所述四轮转向方法将前轮传统转向方式和后轮差动转向方式结合在一起，体现四轮转向的性能优势；后轮差动转向是通过控制车辆两边车轮的驱动力不同，产生驱动力矩差；这一驱动力矩差作用于后轮转向系统，使车轮绕各自的主销转动，从而产生后轮转向角；在后轮转向的转向横拉杆上安装离合装置，该离合装置可以自动调节压紧力，从而产生期望的摩擦力矩；在后轮转向角过大时，所述离合装置调节压紧度，产生的摩擦力矩克服过大的驱动力矩差，以减小后轮转向角使其趋近于期望值。
2.根据权利要求1所述的一种用于四轮独立驱动电动汽车的四轮转向方法，其特征在于：其中左右后轮可独立驱动，控制左右后轮驱动力不同，产生的驱动力矩差作用于后轮转向系统，可以驱动后轮绕各自的主销转动；驱动力矩差越大，产生的后轮转向角越大。
3.根据权利要求1所述的一种用于四轮独立驱动电动汽车的四轮转向方法，其特征在于：左右后轮之间安装有转向梯形，并在转向横拉杆处安装有可以自动调节摩擦力的离合装置；
所述离合装置可以自动调节和转向横拉杆之间的压紧力，产生大小可控的摩擦力矩；摩擦力矩可以平衡由于差动产生的一部分驱动力矩差，减小驱动车轮转动的力矩，得到期望的后轮转向角；当离合装置将转向横拉杆完全抱死，转向横拉杆不能左右移动，即后轮将不能产生转向角，此时车辆相当于传统前轮转向车辆；在一些极限工况下，车轮的回正力矩很小甚至为零，很小的驱动力矩差就有可能产生很大的转向角；此时，离合装置自动调节和转向横拉杆之间的摩擦力，平衡过大的驱动力矩差，使后轮转向角趋近于期望值。
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