CN114179605B - 一种电机冗余的多功能集成式车轮模块及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电机冗余的多功能集成式车轮模块，包括：车轮；轮毂电机与车轮相连接；制动器总成轴向固定在车轮内；制动阀体与制动器总成相连接；制动泵与制动阀体相连接，制动泵与制动油箱集成；转向节与轮毂电机的输出轴相连接；转向电机；制动电机；集成传动系统与转向电机的输出轴和制动电机的输出轴相连接，集成传动系统包括转向输出端和制动输出端；转向电机的输出轴可选择的与转向输出端和/或制动输出端相连接，制动电机的输出轴可选择的与转向输出端和/或制动输出端相连接，转向输出端与转向节的一端相连接，制动输出端与制动泵相连接。本发明还公开了一种电机冗余的多功能集成式车轮模块的控制方法，使制动电机和转向电机互为冗余。

Description

一种电机冗余的多功能集成式车轮模块及其控制方法
技术领域
本发明涉及电动汽车车轮模块技术领域，更具体的是，本发明涉及一种电机冗余的多功能集成式车轮模块及其控制方法。
背景技术
在新能源汽车电动化的时代背景下，电动汽车车轮线控模块功能化成为电动汽车发展的核心问题。车轮线控模块具有集成度高，完全模块化的特点。其结构相对于传统传动系更加简单紧凑，使车架低平，降低整车的质心，提升了车辆行驶的稳定性，具有非常重要的创新价值和应用前景。电动汽车线控车轮模块主要含有的系统有：转向系统、制动系统、行驶系统、驱动系统。当前，电动汽车车轮线控模块主要的研究方向为在保证车轮模块高度集成，结构紧凑的条件下提高车轮线控模块的可靠性。车模线控模块与车身之间的空间有限，无法布置过多的机构。因此必须提高车轮线控模块的集成度，使其结构更加紧凑。车轮线控模块中，单个系统只有一个电机驱动时，如若电机出现故障，则会对驾驶员的安全带来严重的后果。因此必须保证车轮线控模块的可靠性。
现有的电动汽车车轮线控模块设计中主要存在的不足有三类：
第一类，车轮线控模块的系统相对单一，集成度不高。例如，中国专利文献CN109878323A，公开了一种驱动集成式一体化车轮，仅设计了车轮线控模块中的驱动系统；
第二类，车轮模块的集成度相对较高，但无法保证车轮线控模块的可靠性。例如，中国专利文献CN112977096A，公开了一种集成电动轮的模块化车桥和车辆，仅将多个系统进行集成，随车轮线控模块的集成度较高，但无法保证其可靠性；
第三类，只保证了车轮线控模块单个系统的可靠性，无法保证车轮线控模块中多个系统的可靠性。例如，中国专利文献CN112046302A，公开了一种安全冗余的电动汽车双电机轮边驱动系统及其控制方法，仅考虑了保证车轮线控模块中转向系统的可靠性；中国专利文献CN113002509A，公开了一种多功能双电机冗余制动系统及控制方法，其中仅保证了车轮线控模块中制动系统的可靠性。
为了追求车轮线控模块的可靠性，可以通过电机冗余或者备份的方法，保证车轮线控模块单个系统的可靠性。如果为了保证整个车轮线控模块的可靠性，对每个系统都进行电机冗余或备份的话，则会导致所需电机数目过多，难以进行布置，并且结构不够紧凑。追求车轮线控模块的紧凑性，则无法布置较多的冗余或备份电机，又难以保证其可靠性。这是一个矛盾点。基于此，有必要设计一种电机冗余的多功能集成式车轮模块，电机冗余能够保证车轮线控模块的可靠性，并且对其进一步集成，使得结构更加紧凑。
发明内容
本发明的目的是设计开发了一种电机冗余的多功能集成式车轮模块，转向系统和制动系统集成为一体，实现了车轮模块的全线控；同时通过制动电机和转向电机互为冗余，形成自冗余，提高线控底盘系统的可靠性。
本发明还设计开发了一种电机冗余的多功能集成式车轮模块的控制方法，根据制动电机和转向电机的工作状态，控制集成传动系统中三个离合装置的接合或者分离实现制动电机和转向电机互为冗余，提高了车轮线控模块的可靠性。
本发明提供的技术方案为：
一种电机冗余的多功能集成式车轮模块，包括：
车轮；以及
轮毂电机，其与所述车轮相连接；
制动器总成，其轴向固定在所述车轮内，用于提供车辆的机械制动力；
制动阀体，其与所述制动器总成相连接；
制动泵，其与所述制动阀体相连接，且所述制动泵与制动油箱集成；
转向节，其与所述轮毂电机的输出轴相连接，且所述转向节的两端和悬架系统相连接；
转向电机；
制动电机；
集成传动系统，其与所述转向电机的输出轴和制动电机的输出轴相连接，且所述集成传动系统包括转向输出端和制动输出端；
其中，所述转向电机的输出轴可选择的与转向输出端和/或制动输出端相连接，所述制动电机的输出轴可选择的与转向输出端和/或制动输出端相连接，所述转向输出端与所述转向节的一端相连接，所述制动输出端与制动泵相连接。
优选的是，所述悬架系统包括：
上横臂座，其与所述转向节的一端相连接；
下横臂，其与所述转向节的另一端相连接；
减振器，其与所述下横臂相连接。
优选的是，所述集成传动系统还包括：
第一联轴器，其一端与所述转向电机的输出轴相连接；
转向减速机构，其输入端与所述第一联轴器的另一端相连接，输出端与所述转向节的一端相连接；
第二联轴器，其一端与所述制动电机的输出轴相连接；
制动减速机构，其输入端与所述第二联轴器的另一端相连接，输出端与所述制动泵相连接；
辅助装置，其设置在所述转向减速机构和制动减速机构之间，使所述转向减速机构可选择的与所述制动减速机构相连接。
优选的是，所述转向减速机构包括：
第一齿轮，其齿轮轴与所述第一联轴器的另一端相连接；
第二齿轮，其与所述第一齿轮相啮合；
第一蜗杆，其设置在所述第二齿轮的齿轮轴上，且所述第一蜗杆为非自锁蜗杆；
第二蜗杆，其设置在所述第一蜗杆的蜗杆轴上，且所述第二蜗杆为自锁蜗杆；
第一蜗轮，其与所述第二蜗杆相啮合；
转向动力输出轴，其一端与所述转向节的一端相连接；
第一离合装置，其设置在所述第一蜗轮的蜗轮轴和转向动力输出轴的另一端之间，用于使所述第一蜗轮可选择的与转向动力输出轴相连接。
优选的是，所述制动减速机构包括：
第二蜗轮，其齿轮轴与所述第二联轴器的另一端相连接；
第三蜗杆，其与所述第二蜗轮相啮合；
第四蜗杆，其设置在所述第三蜗杆的蜗杆轴上，且所述第四蜗杆为非自锁蜗杆；
制动动力输出轴，其一端与所述制动泵相连接；
第二离合装置，其设置在所述第四蜗杆的蜗杆轴和制动动力输出轴的另一端之间，用于使所述第四蜗杆可选择的与制动动力输出轴相连接。
优选的是，所述辅助装置包括：
第三蜗轮，其与所述第一蜗杆相啮合；
第四蜗轮，其与所述第四蜗杆相啮合；
第三离合装置，其设置在所述第三蜗轮的蜗轮轴和第四蜗轮的蜗轮轴之间，用于使所述第三蜗轮和第四蜗轮可选择的连接。
优选的是，还包括：
第一转速传感器，其设置在所述转向电机上；
第二转速传感器，其设置在所述制动电机上；
转向盘传感器，其设置在转向管柱上，用于监测转向盘转角；
制动踏板传感器，其设置在制动踏板上，用于检测制动踏板输入量；
车轮转角传感器，其设置在车架上；
轮速传感器，其设置在轮胎的轮毂上；
车辆控制器，其与所述第一转速传感器、第二转速传感器、轮速传感器、转向盘传感器、车轮转角传感器相连接，用于监测车辆状态、转向电机的工作状态和制动电机的工作状态以及传递信号。
一种电机冗余的多功能集成式车轮模块的控制方法，使用所述的电机冗余的多功能集成式车轮模块，包括如下步骤：
步骤一、采集第一转速传感器、第二转速传感器、转向盘传感器、制动踏板传感器、车轮转角传感器和轮速传感器的信息并传递到车辆控制器中；
步骤二、判断转向电机和制动电机是否工作正常：
若所述转向电机和制动电机均工作正常，则所述转向电机进行转向驱动，所述制动电机进行制动驱动；
若所述转向电机故障，所述制动电机工作正常，则所述制动电机按照驾驶员意图进行转向驱动和/或制动驱动；
若所述制动电机故障，所述转向电机工作正常，则所述转向电机按照驾驶员意图进行转向驱动和/或制动驱动；
若所述制动电机和转向电机均故障，则车辆控制器对车载语音系统发送指示信号，警告驾驶员停车。
优选的是，所述转向电机和制动电机是否工作正常的判断具体包括：
当所述转向盘传感器有输入量时，若所述第一转速传感器有输出信号，所述车轮转角传感器有输出信号，则所述车辆控制器判定转向电机工作正常；
当所述转向盘传感器有输入量时，若所述第一转速传感器和车轮转角传感器均无输出信号，则所述车辆控制器判定转向电机故障；
当所述制动踏板传感器有输入量时，若所述第二转速传感器有输出信号，所述轮速传感器有输出信号，则所述车辆控制器判定制动电机工作正常；
当所述制动踏板传感器有输入量时，若所述第二转速传感器和转速传感器均无输出信号，则所述车辆控制器判定制动电机故障。
优选的是，若所述转向电机和制动电机均工作正常，则第一离合装置和第二离合装置均结合，第三离合装置分离，所述转向电机进行转向驱动，所述制动电机进行制动驱动；
若所述转向电机故障，所述制动电机工作正常，所述第三离合装置结合，当驾驶员意图只转向不制动，则所述第一离合装置结合，第二离合装置分离，所述制动电机进行转向驱动；
若所述转向电机故障，所述制动电机工作正常，所述第三离合装置结合，当驾驶员意图既转向又制动，则所述第一离合装置结合，第二离合装置结合，所述制动电机进行转向驱动和制动驱动；
若所述制动电机故障，所述转向电机工作正常，所述第三离合装置结合，当驾驶员意图只制动不转向，则所述第一离合装置分离，第二离合装置结合，所述转向电机进行制动驱动；
若所述制动电机故障，所述转向电机工作正常，所述第三离合装置结合，当驾驶员意图既制动又转向，则所述第一离合装置结合，第二离合装置结合，所述转向电机进行制动驱动和转向驱动。
本发明所述的有益效果：
本发明设计开发的一种电机冗余的多功能集成式车轮模块，将车轮线控模块中的转向系统和制动系统集成为一个集成传动系统，转向电机和制动电机互为备份，转向电机和制动电机分别能够独立工作，并且当其中一个电机发生故障时，另外一个电机可以分别或者同时驱动转向和制动两个系统运行，制动电机和转向电机互相备份、互为冗余，即通过车轮模块的自冗余功能提高线控底盘系统的可靠性；同时，相对于单系统线控车辆模块，将转向系统和制动系统进行集成，使得结构更加紧凑，进一步提高了车轮线控模块的集成度，并且加上轮毂电机驱动技术以及结合主动悬架，可以实现车轮模块的全线控，为高级别智能驾驶提供执行平台。
本发明设计开发的一种电机冗余的多功能集成式车轮模块的控制方法，通过集成传动系统中三个离合装置的接合或者分离、电机的启动或关闭实现转向电机和制动电机的互为冗余，在转向电机故障时，制动电机能够驱动单独实现转向功能或制动功能，也能驱动同时实现制动和转向功能，在制动电机故障时，转向电机能够驱动单独实现制动功能或转向功能，也能驱动同时实现制动和转向功能，而在转向电机和制动电机均正常工作时，转向电机和制动电机分别驱动转向功能和制动功能，两套机构互不影响，即当转向电机或制动电机任一电机出现故障时，可以快速切换电机功能，保证正常行驶的安全性，提高了车轮线控模块的可靠性。
附图说明
图1为本发明所述电机冗余的多功能集成式车轮模块的结构示意图。
图2为本发明所述集成传动系统的结构示意图。
图3为本发明所述多个传感器的连接示意图。
图4为本发明所述电机冗余的多功能集成式车轮模块的控制方法的流程示意图。
具体实施方式
下面结合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，本发明提供的一种电机冗余的多功能集成式车轮模块包括：车轮100、轮毂电机110、制动器总成120、转向节130、上横臂座141、下横臂142、减振器143、集成传动系统150、转向电机160、制动电机170、制动阀体180、制动泵191和制动油箱192；其中，轮毂电机110与所述车轮100相连接；制动器总成120轴向固定在所述车轮100内，用于提供车辆的机械制动力，所述制动器总成120包括制动盘，制动蹄，制动器支座等；转向电机160和制动电机170均与集成传动系统150相连接，输出转向或者制动的动力；集成传动系统150包括转向输出端和制动输出端，转向节130的上端与集成传动系统150的转向动力输出端相连接，转向节130的下端与下横臂142相连接，同时转向节130固定安装在轮毂电机110的电机轴上，上横臂座141安装在转向节130上端(需要时可安装上横臂)，下横臂142与减振器143的下端相连接；制动泵191与集成传动系统150的制动输出端相连接，且制动泵191与制动油箱192集成在一起；制动阀体180与制动泵191和制动油箱192通过硬管(图中未画出)相连接，且制动阀体180设置在集成传动系统150外侧，且制动阀体180可以供给高压油，回收低压油；制动器总成120与制动阀体180通过软管(图中未画出)相连接，作为制动器的执行机构实现制动功能。
如图1、图2所示，本发明所述的集成传动系统150包括：窥视盖151和箱体152，所述窥视盖151设置在所述箱体152上，且窥视盖151为透明材质，用来检查集成传动系统150内部的啮合情况。
如图2所示，本发明所述的箱体152内部包括：第一联轴器201、第二联轴器211、转向减速机构、制动减速机构和辅助装置，其中，所述第一联轴器201的一端与所述转向电机160的输出轴相连接；转向减速机构的输入端与所述第一联轴器201的另一端相连接，输出端与所述转向节130的一端相连接；第二联轴器211一端与所述制动电机170的输出轴相连接；制动减速机构的输入端与所述第二联轴器211的另一端相连接，输出端与所述制动泵191相连接；辅助装置设置在所述转向减速机构和制动减速机构之间，使所述转向减速机构可选择的与所述制动减速机构相连接。
所述转向减速机构包括：第一齿轮202、第二齿轮203、第一蜗杆204、第二蜗杆205、第一蜗轮206、第一离合装置207和转向动力输出轴208，其中，所述第一联轴器201连接转向电机160的输出轴和第一齿轮202的齿轮轴，传递转向的动力，第一齿轮202和第二齿轮203相啮合，第一蜗杆204设置在第二齿轮203的齿轮轴上，为非自锁蜗杆，以便制动电机170驱动转向时，制动电机170能够将动力通过辅助装置驱动第一蜗杆204；第二蜗杆205设置在第一蜗杆204的蜗杆轴上，为自锁蜗杆，以便路面不平时，冲击不会影响到转向系统；第一蜗轮206与第二蜗杆205相啮合；第一离合装置207设置在第一蜗轮206的蜗轮轴与转向动力输出轴208之间，为常结合状态，其结合状态可传递转向动力，分离状态可停止传递转向动力，在结合时第一蜗轮206的蜗轮轴连接转向动力输出轴208，输出动力进行转向。
所述制动减速机构包括：第二蜗轮212、第三蜗杆213、第四蜗杆214、第二离合装置215和制动动力输出轴216；其中，第二联轴器211连接制动电机170和第二蜗轮212的蜗轮轴，传递制动的动力，第三蜗杆213与第二蜗轮212相啮合；第四蜗杆214设置在所述第三蜗杆213的蜗杆轴上，为非自锁蜗杆，以便必要时转向电机160能够将动力通过辅助装置驱动第四蜗杆214实现制动功能；第二离合装置215设置在第四蜗杆214与制动动力输出轴270之间，为常结合状态，其结合状态可传递制动动力，分离状态可停止传递制动动力；在结合时第四蜗杆214的蜗杆轴连接制动动力输出轴216，输出动力进行制动。
所述辅助装置包括：第三蜗轮221、第四蜗轮222和第三离合装置223，所述第三蜗轮221与第一蜗杆204相啮合，所述第四蜗轮222与第四蜗杆214相啮合，所述第三离合装置223设置在第三蜗轮221的蜗轮轴和第四蜗轮222的蜗轮轴的中间，为常分离状态，其结合状态可以使第一蜗轮206上的动力传递到第四蜗轮222上或者第四蜗轮222上的动力传递到第三蜗轮221上，其分离状态可以停止第三蜗轮221和第四蜗轮222之间的动力传递。
如图3所示，本发明所述的电机冗余的多功能集成式车轮模块还包括多个传感器，第一转速传感器设置在所述转向电机上，用于监测所述转向电机的转速；第二转速传感器，其设置在所述制动电机上，用于监测所述制动电机的转速；转向盘传感器，其设置在转向管柱上，用于监测转向盘转角；制动踏板传感器，其设置在制动踏板上，用于检测制动踏板输入量；车轮转角传感器，其设置在车架上，用于监测车轮转角；轮速传感器，其设置在轮胎的轮毂上，用于监测车辆速度；车辆控制器，其与所述第一转速传感器、第二转速传感器、轮速传感器、转向盘传感器、车轮转角传感器相连接，用于监测车辆状态、转向电机的工作状态和制动电机的工作状态以及传递信号。
本发明从结构上进行创新，提出了一种电机冗余的多功能集成式车轮模块，包括线控的转向系统和制动系统，由轮毂电机提供动力的驱动系统，以及悬架系统，其中，将车轮线控模块中的转向系统和制动系统集成为一个集成传动系统，与集成传动系统相连接的转向电机和制动电机互为备份，正常工作时，转向电机和制动电机分别独立工作，当其中一个电机发生故障时，另外一个电机可以分别或者同时驱动转向和制动两个系统运行，使制动电机和转向电机互相备份、互为冗余，即通过车轮模块的自冗余功能提高线控底盘系统的可靠性；同时，相对于单系统线控车辆模块，将转向系统和制动系统进行集成，使得结构更加紧凑，进一步提高了车轮线控模块的集成度，并且加上轮毂电机驱动技术以及结合主动悬架，可以实现车轮模块的全线控，为高级别智能驾驶提供执行平台。
如图4所示，本发明还提供一种电机冗余的多功能集成式车轮模块的控制方法，使用上述的电机冗余的多功能集成式车轮模块，具体包括如下步骤：
步骤一、采集轮速传感器232、第一转速传感器233、第二转速传感器234、车轮转角传感器235、转向盘传感器236和制动踏板传感器237的信息并传递到车辆控制器231中；
步骤二、通过车辆控制器231判断转向电机160和制动电机170是否工作正常：
当所述转向盘传感器236有输入量时，若所述第一转速传感器233有输出信号，所述车轮转角传感器235有输出信号，则所述车辆控制器231判定转向电机160工作正常；
当所述转向盘传感器236有输入量时，若所述第一转速传感器233和车轮转角传感器235均无输出信号，则所述车辆控制器231判定转向电机160故障；
当所述制动踏板传感器237有输入量时，若所述第二转速传感器234有输出信号，所述轮速传感器232有输出信号，则所述车辆控制器231判定制动电机170工作正常；
当所述制动踏板传感器237有输入量时，若所述第二转速传感器234和转速传感器232均无输出信号，则所述车辆控制器231判定制动电机170故障；
步骤三、进行故障诊断，按照驾驶员的意图进行处理：
如图1-4所示，包括如下情况：
情况1、若转向电机160和制动电机170均正常，则所述第一离合装置207、第二离合装置215结合，第三离合装置223分离，转向电机160驱动实现转向功能，制动电机170驱动实现制动功能；
情况2、若制动电机170发生故障，转向电机160正常，制动电机170关闭，第三离合装置223结合，驾驶员想要只制动不转向，则所述第一离合装置207分离，第二离合装置215结合，转向电机160驱动实现制动功能；
情况3、若制动电机170发生故障，转向电机160正常，制动电机170关闭，第三离合装置223结合，驾驶员想要既制动又转向，则所述第一离合装置207结合，第二离合装置215结合，转向电机160驱动同时实现制动和转向功能；
情况4、若转向电机160发生故障，制动电机170正常，转向电机160关闭，第三离合装置223结合，驾驶员想要只转向不制动，则所述第一离合装置207结合，第二离合装置215分离，制动电机170驱动实现转向功能；
情况5、若转向电机160发生故障，制动电机170正常，转向电机160关闭，第三离合装置223结合，驾驶员想要既转向又制动，则所述第一离合装置207结合，第二离合装置215结合，转向电机160驱动同时实现转向和制动功能；
若所述制动电机和转向电机均故障，则车辆控制器对车载语音系统发送指示信号，警告驾驶员停车。
本发明设计的一种电机冗余的多功能集成式车轮模块的控制方法，通过集成传动系统中三个离合装置的接合或者分离、电机的启动或关闭实现如下功能：
功能1、在转向电机故障时，制动电机能够驱动单独实现转向功能，能驱动单独实现制动功能，也能驱动同时实现制动和转向功能。
功能2、在制动电机故障时，转向电机能够驱动单独实现制动功能，能驱动单独实现转向功能，也能驱动同时实现制动和转向功能。
功能3、转向电机和制动电机均正常工作时，转向电机驱动实现转向功能，制动电机驱动实现制动功能，两套机构互不影响。故障诊断和处理保证当转向电机或制动电机任一电机出现故障时，可以快速切换电机功能，保证正常行驶的安全性，提高了车轮线控模块的可靠性。
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实施例。

Claims (10)

1.一种电机冗余的多功能集成式车轮模块，其特征在于，包括：
车轮；以及
轮毂电机，其与所述车轮相连接；
制动器总成，其轴向固定在所述车轮内，用于提供车辆的机械制动力；
制动阀体，其与所述制动器总成相连接；
制动泵，其与所述制动阀体相连接，且所述制动泵与制动油箱集成；
转向节，其与所述轮毂电机的输出轴相连接，且所述转向节的两端和悬架系统相连接；
转向电机；
制动电机；
集成传动系统，其与所述转向电机的输出轴和制动电机的输出轴相连接，且所述集成传动系统包括转向输出端和制动输出端；
其中，所述转向电机的输出轴可选择的与转向输出端和/或制动输出端相连接，所述制动电机的输出轴可选择的与转向输出端和/或制动输出端相连接，所述转向输出端与所述转向节的一端相连接，所述制动输出端与制动泵相连接。
2.如权利要求1所述的电机冗余的多功能集成式车轮模块，其特征在于，所述悬架系统包括：
上横臂座，其与所述转向节的一端相连接；
下横臂，其与所述转向节的另一端相连接；
减振器，其与所述下横臂相连接。
3.如权利要求2所述的电机冗余的多功能集成式车轮模块，其特征在于，所述集成传动系统还包括：
第一联轴器，其一端与所述转向电机的输出轴相连接；
转向减速机构，其输入端与所述第一联轴器的另一端相连接，输出端与所述转向节的一端相连接；
第二联轴器，其一端与所述制动电机的输出轴相连接；
制动减速机构，其输入端与所述第二联轴器的另一端相连接，输出端与所述制动泵相连接；
辅助装置，其设置在所述转向减速机构和制动减速机构之间，使所述转向减速机构可选择的与所述制动减速机构相连接。
4.如权利要求3所述的电机冗余的多功能集成式车轮模块，其特征在于，所述转向减速机构包括：
第一齿轮，其齿轮轴与所述第一联轴器的另一端相连接；
第二齿轮，其与所述第一齿轮相啮合；
第一蜗杆，其设置在所述第二齿轮的齿轮轴上，且所述第一蜗杆为非自锁蜗杆；
第二蜗杆，其设置在所述第一蜗杆的蜗杆轴上，且所述第二蜗杆为自锁蜗杆；
第一蜗轮，其与所述第二蜗杆相啮合；
转向动力输出轴，其一端与所述转向节的一端相连接；
第一离合装置，其设置在所述第一蜗轮的蜗轮轴和转向动力输出轴的另一端之间，用于使所述第一蜗轮可选择的与转向动力输出轴相连接。
5.如权利要求4所述的电机冗余的多功能集成式车轮模块，其特征在于，所述制动减速机构包括：
第二蜗轮，其齿轮轴与所述第二联轴器的另一端相连接；
第三蜗杆，其与所述第二蜗轮相啮合；
第四蜗杆，其设置在所述第三蜗杆的蜗杆轴上，且所述第四蜗杆为非自锁蜗杆；
制动动力输出轴，其一端与所述制动泵相连接；
第二离合装置，其设置在所述第四蜗杆的蜗杆轴和制动动力输出轴的另一端之间，用于使所述第四蜗杆可选择的与制动动力输出轴相连接。
6.如权利要求5所述的电机冗余的多功能集成式车轮模块，其特征在于，所述辅助装置包括：
第三蜗轮，其与所述第一蜗杆相啮合；
第四蜗轮，其与所述第四蜗杆相啮合；
第三离合装置，其设置在所述第三蜗轮的蜗轮轴和第四蜗轮的蜗轮轴之间，用于使所述第三蜗轮和第四蜗轮可选择的连接。
7.如权利要求6所述的电机冗余的多功能集成式车轮模块，其特征在于，还包括：
第一转速传感器，其设置在所述转向电机上；
第二转速传感器，其设置在所述制动电机上；
转向盘传感器，其设置在转向管柱上，用于监测转向盘转角；
制动踏板传感器，其设置在制动踏板上，用于检测制动踏板输入量；
车轮转角传感器，其设置在车架上；
轮速传感器，其设置在轮胎的轮毂上；
车辆控制器，其与所述第一转速传感器、第二转速传感器、轮速传感器、转向盘传感器、车轮转角传感器相连接，用于监测车辆状态、转向电机的工作状态和制动电机的工作状态以及传递信号。
8.一种电机冗余的多功能集成式车轮模块的控制方法，使用如权利要求1-7任意一项所述的电机冗余的多功能集成式车轮模块，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一、采集第一转速传感器、第二转速传感器、转向盘传感器、制动踏板传感器、车轮转角传感器和轮速传感器的信息并传递到车辆控制器中；
步骤二、判断转向电机和制动电机是否工作正常：
若所述转向电机和制动电机均工作正常，则所述转向电机进行转向驱动，所述制动电机进行制动驱动；
若所述转向电机故障，所述制动电机工作正常，则所述制动电机按照驾驶员意图进行转向驱动和/或制动驱动；
若所述制动电机故障，所述转向电机工作正常，则所述转向电机按照驾驶员意图进行转向驱动和/或制动驱动；
若所述制动电机和转向电机均故障，则车辆控制器对车载语音系统发送指示信号，警告驾驶员停车。
9.如权利要求8所述的电机冗余的多功能集成式车轮模块的控制方法，其特征在于，所述转向电机和制动电机是否工作正常的判断具体包括：
当所述转向盘传感器有输入量时，若所述第一转速传感器有输出信号，所述车轮转角传感器有输出信号，则所述车辆控制器判定转向电机工作正常；
当所述转向盘传感器有输入量时，若所述第一转速传感器和车轮转角传感器均无输出信号，则所述车辆控制器判定转向电机故障；
当所述制动踏板传感器有输入量时，若所述第二转速传感器有输出信号，所述轮速传感器有输出信号，则所述车辆控制器判定制动电机工作正常；
当所述制动踏板传感器有输入量时，若所述第二转速传感器和转速传感器均无输出信号，则所述车辆控制器判定制动电机故障。
10.如权利要求9所述的电机冗余的多功能集成式车轮模块的控制方法，其特征在于，若所述转向电机和制动电机均工作正常，则第一离合装置和第二离合装置均结合，第三离合装置分离，所述转向电机进行转向驱动，所述制动电机进行制动驱动；
若所述转向电机故障，所述制动电机工作正常，所述第三离合装置结合，当驾驶员意图只转向不制动，则所述第一离合装置结合，第二离合装置分离，所述制动电机进行转向驱动；
若所述转向电机故障，所述制动电机工作正常，所述第三离合装置结合，当驾驶员意图既转向又制动，则所述第一离合装置结合，第二离合装置结合，所述制动电机进行转向驱动和制动驱动；
若所述制动电机故障，所述转向电机工作正常，所述第三离合装置结合，当驾驶员意图只制动不转向，则所述第一离合装置分离，第二离合装置结合，所述转向电机进行制动驱动；
若所述制动电机故障，所述转向电机工作正常，所述第三离合装置结合，当驾驶员意图既制动又转向，则所述第一离合装置结合，第二离合装置结合，所述转向电机进行制动驱动和转向驱动。
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114560010A (zh) * 2022-03-25 2022-05-31 苏州海之博电子科技有限公司 Ipb与ehps或eps安全冗余控制方法
CN114559919A (zh) * 2022-03-25 2022-05-31 苏州海之博电子科技有限公司 电子助力器与ehps或eps安全冗余系统
CN114801702A (zh) * 2022-05-10 2022-07-29 厦门金龙联合汽车工业有限公司 轮毂电机和转向电机互为冗余的车轮总成及其控制方法

Citations (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10112514A1 (de) * 2000-12-22 2002-06-27 Volkswagen Ag X-by-wire-System für ein Fahrzeug
CN1966323A (zh) * 2005-11-14 2007-05-23 比亚迪股份有限公司 汽车集成化控制系统
KR20130098815A (ko) * 2012-02-28 2013-09-05 주식회사 만도 전동식 동력 보조 조향장치의 감속기
JP2013248946A (ja) * 2012-05-31 2013-12-12 Ntn Corp 電動ブレーキ装置
CN106394663A (zh) * 2015-07-31 2017-02-15 比亚迪股份有限公司 车辆制动和转向的组合系统
CN108045430A (zh) * 2018-01-02 2018-05-18 中国第汽车股份有限公司 双冗余电动转向装置
DE102017102021A1 (de) * 2017-02-02 2018-08-02 Knorr-Bremse Systeme für Nutzfahrzeuge GmbH Elektrische Ausrüstung eines Fahrzeugs mit einer wenigstens teilweise elektrischen Brems- und Lenkeinrichtung
CN207916959U (zh) * 2017-12-28 2018-09-28 郑州宇通客车股份有限公司 一种电动液压转向泵和制动泵集成装置、系统及车辆
CN110466599A (zh) * 2019-09-25 2019-11-19 吉林大学 一种用于电动轮驱动汽车的转向机构与悬架集成的线控转向机构及其控制方法
CN110641394A (zh) * 2019-09-12 2020-01-03 北京中云智车科技有限公司 一种省略人类驾驶机构的无人车专用全线控底盘
CN212738263U (zh) * 2020-08-25 2021-03-19 泰州吉林大学汽车动力传动研究院 一种具有冗余线控转向机构的集成式车轮总成
CN112590746A (zh) * 2020-12-25 2021-04-02 南京晨光集团有限责任公司 一种基于伺服电动缸的无人配送小车刹车转向系统
CN112721894A (zh) * 2021-01-21 2021-04-30 江苏大学 一种三电机集成式高可靠智能线控系统及其控制方法
CN112896298A (zh) * 2021-02-22 2021-06-04 江苏大学 一种具有差速控制功能的线控转向容错装置及其控制方法

Patent Citations (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10112514A1 (de) * 2000-12-22 2002-06-27 Volkswagen Ag X-by-wire-System für ein Fahrzeug
CN1966323A (zh) * 2005-11-14 2007-05-23 比亚迪股份有限公司 汽车集成化控制系统
KR20130098815A (ko) * 2012-02-28 2013-09-05 주식회사 만도 전동식 동력 보조 조향장치의 감속기
JP2013248946A (ja) * 2012-05-31 2013-12-12 Ntn Corp 電動ブレーキ装置
CN106394663A (zh) * 2015-07-31 2017-02-15 比亚迪股份有限公司 车辆制动和转向的组合系统
DE102017102021A1 (de) * 2017-02-02 2018-08-02 Knorr-Bremse Systeme für Nutzfahrzeuge GmbH Elektrische Ausrüstung eines Fahrzeugs mit einer wenigstens teilweise elektrischen Brems- und Lenkeinrichtung
CN207916959U (zh) * 2017-12-28 2018-09-28 郑州宇通客车股份有限公司 一种电动液压转向泵和制动泵集成装置、系统及车辆
CN108045430A (zh) * 2018-01-02 2018-05-18 中国第汽车股份有限公司 双冗余电动转向装置
CN110641394A (zh) * 2019-09-12 2020-01-03 北京中云智车科技有限公司 一种省略人类驾驶机构的无人车专用全线控底盘
CN110466599A (zh) * 2019-09-25 2019-11-19 吉林大学 一种用于电动轮驱动汽车的转向机构与悬架集成的线控转向机构及其控制方法
CN212738263U (zh) * 2020-08-25 2021-03-19 泰州吉林大学汽车动力传动研究院 一种具有冗余线控转向机构的集成式车轮总成
CN112590746A (zh) * 2020-12-25 2021-04-02 南京晨光集团有限责任公司 一种基于伺服电动缸的无人配送小车刹车转向系统
CN112721894A (zh) * 2021-01-21 2021-04-30 江苏大学 一种三电机集成式高可靠智能线控系统及其控制方法
CN112896298A (zh) * 2021-02-22 2021-06-04 江苏大学 一种具有差速控制功能的线控转向容错装置及其控制方法

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