CN1227130C - 四轮电子差速转向控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种四轮电子差速转向控制系统，包括有电机(1)、刹车机构(7)、转向机构(8)和加速电门(5)，它还包括有电机控制器(2)、角位移传感器(6)、转速传感器(3)和中央处理器(4)，所述电机控制器(2)、角位移传感器(6)、转速传感器(3)、刹车机构(7)、转向机构(8)和加速电门(5)分别连接到中央处理器(4)各相应端口，该中央处理器采集各传感器和车载部件的信号，并进行计算得出各车轮相应的目标转速，然后通过向电机控制器发出电压指令，调整车轮转速。本四轮电子差速转向控制系统，能保证行驶时各车轮与地面间保持纯滚动状态，减小车轮与地面的摩擦力，延长汽车各部件的使用寿命。

Description

四轮电子差速转向控制系统

技术领域

本发明属于一种汽车转向控制系统，尤其是一种电动汽车的四轮电子差速转向控制系统。

技术背景

目前，传统汽车的动力不是直接以其初始的状态传递到车轮，而是经过离合器—变速器—传动轴—差速器—半轴这样几种装置的作用才使车轮驱动的，这套传动机构结构复杂，易产生振动、噪音等问题。

四轮驱动电动汽车是由四个轮毂电机分别驱动四个车轮的，它省略了传统汽车的传动系统，使电动汽车的结构更为简洁、有效空间增大；但由于轮毂电机驱动的四个车轮转速相同，因此当电动汽车需要转向时，存在着部分车轮的转速过快或过慢，这会导致汽车转向困难，出现某些车轮与地面作相对的平移滑动，从而增大了车轮与地面的磨擦力，加速车轮的磨损，甚至还会对汽车的其它部件造成损害。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是提供一种四轮电子差速转向控制系统，它能保证行驶时各车轮与地面间保持纯滚动状态，减小车轮与地面的磨擦力，延长汽车各部件的使用寿命。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种四轮电子差速转向控制系统，包括有电机、刹车机构、转向机构和加速电门，它还包括有电机控制器、角位移传感器、转速传感器和中央处理器，所述电机控制器、角位移传感器、转速传感器、刹车机构、转向机构和加速电门分别连接到中央处理器各相应端口，该中央处理器能完成以下操作：

①对加速电门、转速传感器和角位移传感器的信号进行采集，确定定标车轮的转速n1；

②计算出其余各车轮的目标转速n2、n3和n4，并计算出该目标转速与实际转速的差值；

③计算出控制各车轮实现目标转速所需的电压指令；

④对刹车机构的信号进行判断；

⑤当无刹车信号时，向各车轮的电机控制器发出相应的电压指令，调整各车轮的转速；若有刹车信号，则输出控制电压零。

所述计算目标转速n2、n3和n4的公式为

$n2=\frac{(L/\sin \mathrm{\β}-a)}{(L/\sin \mathrm{\α}+a)}n1,n3=\frac{(L\cot \mathrm{\α}+a)}{(L/\sin \mathrm{\α}+a)}n1,n4=\frac{(\mathrm{Lctg\β}-a)}{(L/\sin \mathrm{\α}+a)}n1$

其中L为汽车轴距；α为外侧前轮转向角；β为内侧前轮转向角；a为车轮中心纵剖面至转向主销中心的距离，n1为定标转速，该车轮为外侧前轮，n2所表示的是内侧前轮的转速，n3表示的是外侧后轮的转速，n4表示的是内侧后轮的转速。

所述中央处理器还连接有LCD显示器和笔记本电脑。

由于采取了上述的方案，本发明与现有技术相比所具有的优点是：

由于本发明利用中央处理器采集各传感器和车载部件的信号，并进行计算得出各车轮相应的目标转速，然后通过向电机控制器发出电压指令，调整车轮转速以满足行驶时各车轮与地面间保持纯滚动状态，从而减小车轮与地面的磨擦力，延长汽车各部件的使用寿命。

附图说明

以下结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明：

图1是本发明四轮电子差速转向控制系统的转速计算原理图；

图2是本发明四轮电子差速转向控制系统的结构示意图。

具体实施方式

为了保证各车轮与地面之间始终保持纯滚动状态，如图1中的四轮驱动、前二轮转向的运动学关系为例，导出了各车轮转速与车轮转向角之间的一般关系式，从而确立了不同转向角条件下各车轮间的转速关系，n1为定标转速，该车轮为外侧前轮，n2所表示的是内侧前轮的转速，n3表示的是外侧后轮的转速，n4表示的是内侧后轮的转速。

因为在汽车转动过程中，其四个车轮的转动角速度应该是相等的，而转速却与其圆周转动半径成正比关系，因此n2/n1＝R2/R1，从而根据图1所示，得出以下式子

$\mathrm{ctg\α}-\mathrm{ctg\β}=\frac{K}{L}----\sin \mathrm{\α}=\frac{L}{R}$

进一步而得出

$n2=\frac{(L/\sin \mathrm{\β}-a)}{(L/\sin \mathrm{\α}-a)}n1,n3=\frac{(L\cot \mathrm{\α}+a)}{(L/\sin \mathrm{\α}+a)}n1,n4=\frac{(\mathrm{Lctg\β}-a)}{(L/\sin \mathrm{\α}-a)}n1.$

其中，L为汽车轴距；K为汽车轮距；α为外侧前轮转向角；β为内侧前轮转向角；a为车轮中心纵剖面至转向主销中心距离。

如图2所示，本发明四轮电子差速转向控制系统，由电机1、电源、刹车机构7、转向机构8、加速电门5、电机控制器2、角位移传感器6、转速传感器3和中央处理器4组成，所述电机控制器2、角位移传感器6、转速传感器3、刹车机构7、转向机构8和加速电门5分别连接到中央处理器4各相应端口，该中央处理器4能完成以下操作：

①对加速电门、转速传感器、角位移传感器和的信号进行采集，确定定标车轮的转速n1；

②计算出其余各车轮的目标转速n2、n3和n4，并计算出该目标转速与实际转速的差值；

③根据步骤②得出的差值，得出控制各车轮实现目标转速所需的电压指令；

④对刹车机构的信号进行判断；

⑤当无刹车信号时，向各车轮的电机控制器发出相应的电压指令，调整各车轮的转速；若有刹车信号，则输出控制电压零。

所述中央处理器4还LCD显示器和笔记本电脑，用于显示运算过程及修改或更新控制方法。

本发明提出按转向角α和定标车轮的转速实测值n1来确定其它车轮的目标转速n2、n3和n4，然后计算相应的目标转速与实际转速的差值，从而得出控制各车轮实现目标转速所需的电压指令，最后由中央处理器向电机控制器发出电压指令来实现目标转速的四轮电子差速控制；其中，定标车轮的实际转速n1可由加速电门直接控制，不需要调整。

本发明四轮电子差速转向控制系统的工作原理和工作过程是：先解除制动，系统上电，中央处理器初始化处理；随后踩加速电门产生车速信号，并由此得到开环控制的定标车轮转速n1；中央处理器检测各传感器信号，计算出其余各车轮的目标转速n2、n3和n4，并计算出该目标转速与实际转速的差值；根据得出的差值，得出控制各车轮实现目标转速所需的电压指令；对刹车机构的信号进行判断，若有刹车信号，则输出控制电压零，当无刹车信号时，向各车轮的电机控制器发出相应的电压指令，调整各车轮的转速，在电动汽车行驶时，中央处理器实时检测转速传感器、角位移传感器和各车轮转速信号，对所采集数据进行闭环控制运算，不断调整车轮的转速，保证行驶时各车轮与地面间保持纯滚动状态，减小车轮与地面的磨擦力，延长汽车各部件的使用寿命。

对多轮驱动电动汽车，也可按上述方法导出类似的差速理论公式，构成多轮驱动电子差速控制系统。

Claims (3)

1、一种四轮电子差速转向控制系统，包括有电机(1)、刹车机构(7)、转向机构(8)和加速电门(5)，其特征在于：它还包括有电机控制器(2)、角位移传感器(6)、转速传感器(3)和中央处理器(4)，所述电机控制器(2)、角位移传感器(6)、转速传感器(3)、刹车机构(7)、转向机构(8)和加速电门(5)分别连接到中央处理器(4)各相应端口，该中央处理器(4)能完成以下操作：

①对加速电门、转速传感器和角位移传感器的信号进行采集，确定定标车轮的转速n1；

②计算出其余各车轮的目标转速n2、n3和n4，并计算出该目标转速与实际转速的差值；

③根据步骤②得出的差值，得出控制各车轮实现目标转速所需的电压指令；

④对刹车机构的信号进行判断；

⑤当无刹车信号时，向各车轮的电机控制器发出相应的电压指令，调整各车轮的转速；若有刹车信号，则输出控制电压零。

2、根据权利要求1所述的四轮电子差速转向控制系统，其特征在于：所述计算目标转速n2、n3和n4的公式为

$n2=\frac{(L/\sin \mathrm{\β}-a)}{(L/\sin \mathrm{\α}+a)}n1,$ $n3=\frac{(L\cot \mathrm{\α}+a)}{(L/\sin \mathrm{\α}+a)}n1,$ $n4=$ $\frac{(\mathrm{Lctg\β}-a)}{(L/\sin \mathrm{\α}+a)}n1$

其中L为汽车轴距；α为外侧前轮转向角；β为内侧前轮转向角；a为车轮中心纵剖面至转向主销中心的距离，n1为定标转速，该车轮为外侧前轮，n2所表示的是内侧前轮的转速，n3表示的是外侧后轮的转速，n4表示的是内侧后轮的转速。

3、根据权利要求1所述的四轮电子差速转向控制系统，其特征在于：所述中央处理器(4)还连接有LCD显示器和笔记本电脑。