CN1868796A - 电动车辆四轮转向装置 - Google Patents

Abstract

一种电动车辆四轮转向装置，该装置包括前轮转向装置、后轮转向装置和电子控制单元，其中，该装置还包括方向盘转角转矩传感器，所述前轮转向装置为机械式前轮转向装置，所述后轮转向装置为线传式后轮转向装置，所述方向盘转角转矩传感器与机械式前轮转向装置机械连接、与电子控制单元电连接，所述线传式后轮转向装置与电子控制单元电连接。本发明所述机—电混合控制式电动车辆四轮转向装置响应快、结构简单、操控性好。

Description

电动车辆四轮转向装置

技术领域

本发明是关于一种四轮转向装置，更具体地说是关于一种电动车辆四轮转向装置。

背景技术

汽车的转向是通过汽车在转弯时产生的重心平移和绕着重心的转动来完成。当汽车方向盘的转角和车速都确定下来后，传统的前轮转向汽车的行驶状态是单一的，会在前轮产生一个侧向力，而在后轮产生一种离心力，这种离心力就会使车辆在垂直轴线方向上产生一个扭矩，使得前轮有不足转向的特性，后轮有过度转向的倾向。后者会引起车辆失去转向行驶的稳定性，车速越高问题越明显，甚至出现侧滑翻车，使车辆不能稳定。而具有四轮转向装置的汽车，后轮也和前轮相似，具有一定的转向功能，不仅可以与前轮同方向转向，也可以与前轮反方向转向。后轮通过在与前轮相同的方向转动1-2度角进行补偿来实现与前轮的配合，从而减弱倾翻作用力，减少侧滑，保持车子高速行驶的稳定性，和改善低速时的操纵轻便性，从而保障了行车的安全。这是两轮转向和四轮转向的根本差别所在，也是后者比前者优越的关键之处。

传统的四轮转向装置的控制方式有机械控制式、液压控制式和电子线传控制式等。机械控制式四轮转向系统中，驾驶员对车辆方向盘的转向操控行为需经过一系列传动装置才能传递给后轮转向机构，响应时间长、传动比和转角位置的控制精确度和灵活度差；而液压控制式四轮转向系统则由于需要液压泵、液压阀、液压管路等设计，存在所占空间较大、结构比较复杂、设计难度大且易发生故障等缺陷；采用电子线传控制四轮转向系统的电动车辆则由于需要设计复杂的控制算法分别控制前轮转向和后轮转向，而且需要在前轮转向装置中增加路感反馈电机，“路感”的算法比较复杂；前轮使用机械装置就能减少“路感”的设计。另外，线传控制式四轮转向系统还需要数量较多的动力电池(动力电池通常重达数百公斤，且一般布置在车辆的中部)，从而增加了电动车辆自身重量，这种重量的增加导致载荷分布发生变化(整装整备质量甚至达到两吨)，使得车辆操纵稳定性和转向轻便性、灵活性等动力学性能恶化，降低了车辆驾驶的安全性。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中传统机械控制式四轮转向系统响应慢、液压控制式四轮转向系统结构复杂以及电子线传控制式四轮转向系统需要复杂的前轮控制算法和路感算法且操控性能差的缺点，提供一种响应快、结构简单、无需前轮控制算法和路感算法并且操控性能好的电动车辆四轮转向装置。

本发明所提供的电动车辆四轮转向装置包括前轮转向装置、后轮转向装置和电子控制单元3，其中，该装置还包括方向盘转角转矩传感器2，所述前轮转向装置为机械式前轮转向装置1，所述后轮转向装置为线传式后轮转向装置4，所述方向盘转角转矩传感器2与电子控制单元3电连接、与机械式前轮转向装置1机械连接，所述线传式后轮转向装置4与电子控制单元3电连接。

本发明所提供的车辆四轮转向装置是一种机—电混合控制式电动车辆四轮转向装置，它具有如下优点：1)前轮使用常规的机械控制转向装置，可以减少一般线传转向系统中前轮转向控制算法、路感算法和反馈电机设计，降低了设计难度、减轻了车身重量，从而使得底盘结构简单，而且还使电动车辆所需动力电池大大减少；2)使用线传控制的后轮转向装置，节省了底盘下部的空间，便于电动车辆的动力电池的布置；3)电子控制单元和线传控制式后轮转向装置的使用提高了响应速度，使传动比和转角位置控制更加精确和灵活。

附图说明

图1为本发明机—电混合控制电动车辆四轮转向装置的结构示意图；

图2为本发明机—电混合控制电动车辆四轮转向装置的结构示意图；

图3为本发明提供的具有助力转向系统的机—电混合控制式电动车辆四轮转向装置的示意图；

上述图中较粗的连线表示两机构之间为电连接，较细的连线表示两机构之间为机械连接。

具体实施方式

下面将结合附图详细说明本发明。

如图1所示，本发明所提供的机—电混合控制式电动车辆四轮转向装置包括机械式前轮转向装置1、方向盘转角转矩传感器2、电子控制单元3以及线传式后轮转向装置4四个部分。

如图2所示，其中，所述机械式前轮转向装置1包括方向盘11、转向传动机构12和前轮转向器13。其中所述方向盘11、转向传动机构12和前轮转向器13之间的组装方法和连接方式为本领域技术人员公知的现有技术，通常为方向盘11与转向传动机构12机械连接、转向传动机构12与前轮转向器13机械连接。方向盘转角转矩传感器2与机械式前轮转向装置1中的方向盘11、转向传动机构12或前轮转向器13中任一机构机械连接，实现方向盘转角转矩传感器2与机械式前轮转向装置1的连接，优选方向盘转角转矩传感器2与机械式前轮转向装置1中的前轮转向器13机械连接；方向盘转角转矩传感器2还与电子控制单元3电连接，实现机械式前轮转向装置1与电子控制单元3的连接。

所述后轮转向装置为现有技术中的线传式后轮转向装置4，包括后轮转向驱动电机41、后轮转向器42和后轮力矩转角传感器43。所述后轮转向驱动电机41与后轮转向器42机械连接，所述后轮转向器42还与后轮力矩转角传感器43机械连接，实现线传式后轮转向装置4的内部连接。后轮转向驱动电机41和后轮力矩转角传感器43还分别与电子控制单元3电连接，实现线传式后轮转向装置4与电子控制单元3的连接。

本发明机—电混合控制式电动车辆四轮转向装置的工作原理是：当驾驶员对方向盘11施加转向作用力产生转向力矩时，这种转向力矩将通过转向传动机构12传递给前轮转向器13，从而实现前轮的转向；方向盘转角转矩传感器2再将探测到的上述转向行为(包括转动力矩和转动方向)传递给电子控制单元3，电子控制单元3从其它电子控制系统(如防抱死制动系统ABS等)中获得当前车速信息，并根据车速，按照预先设计的控制算法，判断出后轮应当进行的转向行为，并对后轮转向驱动电机41发出转向指令，使后轮转向驱动电机41控制后轮转向器42准确地按照驾驶员的意图进行转向，使车辆达到最佳的控制效果，提高电动车辆的操控性能，而后轮力矩转角传感器43则负责实时探测后轮的转向状况，以保证后轮按照电子控制单元3的指令运作。

如图3所示，根据本发明所述的机—电混合控制式电动车辆四轮转向装置，所述机械式前轮转向装置1还可以是现有技术中具有助力转向系统14的机械式前轮转向装置。具有助力转向系统14的机—电混合控制电动车辆四轮转向装置的结构、各机构的组装方式和连接关系与图1所示的机—电混合控制式电动车辆四轮转向装置基本相同，不同的是助力转向系统14还与电子控制单元3电连接，进一步实现机械式前轮转向装置1与电子控制单元3的电连接。所述助力转向系统14在机械式前轮转向装置1中的连接关系和设置位置为本领域技术人员公知，可与转向传动机构12或前轮转向器13机械连接。当助力转向系统14为转向管柱助力式电子助力转向系统时，优选与转向传动机构12机械连接。

具有助力转向系统的机—电混合控制电动车辆四轮转向装置的工作原理与不含助力转向系统的四轮转向装置基本相同，所不同的是车辆转向时，电子控制单元3接收来自方向盘转角转矩传感器2所测量的驾驶员行为(包括方向盘11转动的力矩和转动的方向)后，一方面从其它电子控制系统(如防抱死制动系统ABS等)中获得当前车速信息，并根据车速，按照预先设计的控制算法，判断后轮应当进行的转向行为，并通过对后轮转向驱动电机41发出转向指令，使后轮转向器42转向，另一方面还要控制助力转向系统14输出相应大小及方向的转动力矩以产生助力帮助驾驶员进行转向，从而提高电动车辆的转向轻便性。

本发明所述电连接的方式可以采用本领域技术人员熟知的各种方式，例如，可以通过导线连接方式。

本发明所述四轮转向装置可以是转角传感型四轮转向装置或车速传感型四轮转向装置。

本发明所述电子控制单元3可以是现有技术中各种类型的电子控制单元，如超声波电子控制单元、集成式电子控制单元，它们的控制算法已为本领域技术人员所公知。

本发明所述转向传动机构12为现有技术中各种转向传动机构，通常包括万向节和转向轴。

本发明所述前轮转向器13可以是现有技术中的各种机械式转向器，如齿轮齿条式转向器、循环球式转向器、球面蜗杆滚轮式转向器或蜗杆指销式转向器等，优选齿轮齿条式转向器。

本发明所述方向盘转角转矩传感器2可以是现有技术中的各种传感器，如电位计式传感器、霍尔式传感器、光电式传感器、导电塑料式传感器、电容式传感器或电感式角位移传感器。

本发明所述后轮力矩转角传感器43可以是现有技术中的各种传感器，如电位计式传感器、霍尔式传感器、光电式传感器、导电塑料式传感器、电容式传感器或电感式角位移传感器。

本发明所述方向盘转角转矩传感器2、后轮力矩转角传感器43可以使用同种传感器，也可以使用不同种传感器，例如可以是电位计式传感器、霍尔式传感器、光电式传感器、导电塑料式传感器、电容式传感器、电感式角位移传感器中的一种或多种。但由于不同的传感器数据采集的处理方法和硬件电路有所不同，对硬件和软件的设计也不同，从而增加了工作量和制造成本，所以优选采用相同的传感器。

本发明所述后轮转向驱动电机41可以是现有技术中的各种驱动电机，如无刷直流电动机(BCDM)、永磁同步电动机、伺服电动机、步进电动机、交流异步电动机等。

本发明所述后轮转向器42可以是现有技术中各种类型的转向器，如齿轮齿条式转向器、循环球式转向器、球面蜗杆滚轮式转向器或蜗杆指销式转向器等，优选齿轮齿条式转向器。

本发明所述助力转向系统14可以是现有技术中各种助力转向系统，如机械液压助力转向系统、电子液压助力转向系统或电子助力转向系统，优选电子助力转向系统(EPS)。

所述电子助力转向系统可以是现有技术中各种电子助力转向系统，如转向管柱助力式电子助力转向系统、齿轮助力式电子助力转向系统、齿条助力式电子助力转向系统。具体使用型式与车辆前舱空间布置有关。

本发明中方向盘转角转矩传感器2、电子控制单元3、后轮转向驱动电机41、后轮力矩转角传感器43等所需电源均由电动车辆车载电源提供。

Claims (12)

1.一种电动车辆四轮转向装置，该装置包括前轮转向装置、电子控制单元(3)和后轮转向装置，其特征在于，该装置还包括方向盘转角转矩传感器(2)，所述前轮转向装置为机械式前轮转向装置(1)，所述后轮转向装置为线传式后轮转向装置(4)，所述方向盘转角转矩传感器(2)与电子控制单元(3)电连接、与机械式前轮转向装置(1)机械连接，所述线传式后轮转向装置(4)与电子控制单元(3)电连接。

2.根据权利要求1所述的电动车辆四轮转向装置，其中，所述机械式前轮转向装置(1)为带有助力转向系统(14)的机械式前轮转向装置，所述助力转向系统(14)与电子控制单元(3)电连接，与机械式前轮转向装置(1)机械连接。

3.根据权利要求2所述的电动车辆四轮转向装置，其中，所述机械式前轮转向装置包括方向盘(11)、转向传动机构(12)和前轮转向器(13)，所述方向盘转角转矩传感器(2)与前轮转向器(13)机械连接，所述助力转向系统(14)与转向传动机构(12)机械连接。

4.根据权利要求2所述的电动车辆四轮转向装置，其中，所述助力转向系统(14)为电子助力转向系统。

5.根据权利要求4所述的电动车辆四轮转向装置，其中，电子助力转向系统为转向管柱助力式电子助力转向系统、齿轮助力式电子助力转向系统或齿条助力式电子助力转向系统。

6.根据权利要求1所述的电动车辆四轮转向装置，其中，所述机械式前轮转向装置(1)包括方向盘(11)、转向传动机构(12)和前轮转向器(13)，所述方向盘转角转矩传感器(2)与前轮转向器(13)机械连接。

7.根据权利要求6所述的电动车辆四轮转向装置，其中，前轮转向器(13)为齿轮齿条式转向器。

8.根据权利要求1所述的电动车辆四轮转向装置，其中，所述线传式后轮转向装置(4)包括后轮转向驱动电机(41)、后轮转向器(42)和后轮力矩转角传感器(43)，后轮转向驱动电机(41)和后轮力矩转角传感器(43)分别与电子控制单元(3)电连接，后轮力矩转角传感器(43)与后轮转向器(42)机械连接。

9.根据权利要求8所述的电动车辆四轮转向装置，其中，后轮转向器(42)为齿轮齿条式转向器。

10.根据权利要求8所述的电动车辆四轮转向装置，其中，后轮转向驱动电机(41)为无刷直流电动机、永磁同步电动机、伺服电动机、步进电动机或交流异步电动机。

11.根据权利要求8所述的电动车辆四轮转向装置，其中，后轮力矩转角传感器(43)为电位计式传感器、霍尔式传感器、光电式传感器、导电塑料式传感器、电容式传感器和/或电感式角位移传感器。

12.根据权利要求1所述的电动车辆四轮转向装置，其中，方向盘转角转矩传感器(2)为电位计式传感器、霍尔式传感器、光电式传感器、导电塑料式传感器、电容式传感器和/或电感式角位移传感器。

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