專利名稱：適時四輪驅動電動輪汽車自適應轉向系統的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種適時4WD (四輪驅動Four-Wheel Drive)電動輪汽車自適應轉向系統，屬于4WD電動輪汽車差動助力轉向系統。
背景技術：
線控轉向系統利用控制器綜合駕駛員轉角輸入、車輛狀態和路面狀況確定合理的前輪轉角，并決定位移控制電機的輸出電流，最終驅動前輪轉動并完成轉向操作，實現轉向系統的智能控制。線控轉向與前輪主動轉向系統的最大區別在于取消了方向盤與車輪間的機械聯接，完全擺脫了傳統轉向系統的各種限制，可以更加自由地設計汽車轉向系統的力矩傳遞特性和角位移傳遞特性。但線控轉向系統發生故障時，轉向系統就不能進行有效的轉向操作。此外，線控轉向系統只能通過系統主要零部件的冗余設計來保證車輛的安全性，且由于存在安全性和可靠性方面的缺陷，現有的法規至今還不允許線控轉向系統實現廣品化。電動助力轉向系統通過助力、回正及阻尼控制，控制系統的力傳遞特性，使汽車的轉向輕便性和路感協調統一；而前輪主動轉向系統通過變傳動比控制和主動轉向干預控制，控制系統的位移傳遞特性，使汽車獲得較理想的轉向特性，改善汽車的操縱穩定性。但無論是電動助力轉向，還是主動轉向，都不能使汽車的轉向輕便性、駕駛員路感和汽車操縱穩定性得到協調統一；此外，兩種轉向系統均須增加助力或位移執行機構，這會使系統結構復雜、成本提高。
實用新型內容本實用新型提出了一種適時4WD電動輪汽車自適應轉向系統，在實現原有電動輪汽車差動助力轉向的基礎上，實現轉向模式的自適應選擇、適時4WD的自適應變傳動比的四輪差動助力轉向功能、變傳動比控制和主動轉向干預，提高了汽車的操縱穩定性和行車安全性，實現汽車安全性和靈活性的完美融合。本實用新型為解決其技術問題采用如下技術問題一種適時4WD電動輪汽車自適應轉向系統，包括轉向盤、主轉矩傳感器、轉向伺服電機、行星齒輪機構、轉向離合器、后轉向一級小齒輪、前齒條、電子控制單元 ECU (Electronic Control Unit)、前輪輪轂電機、后輪輪轂電機、前轉向搖臂、后齒條、后轉矩傳感器、主轉向管柱、后轉向管柱、萬向節、行星輪、太陽輪、齒圈；主轉矩傳感器位于轉向盤的下方并與轉向盤相連，轉向離合器的主動盤與后轉向一級小齒輪嚙合，轉向伺服電機通過行星齒輪機構與轉向離合器的從動盤相連，后轉向管柱上的萬向節與行星齒輪機構相連，在主轉向管柱與后轉向管柱間安裝有轉向離合器，在轉向離合器與后轉向管柱間安裝有行星齒輪機構，該行星齒輪機構由行星輪、太陽輪、齒圈組成，行星輪與齒圈內嚙合，太陽輪與行星輪外嚙合，行星輪為公用齒輪，行星齒輪機構太陽輪與轉向離合器的從動盤相連、 行星齒輪機構行星輪與后轉向管柱相連、行星齒輪機構齒圈與轉向伺服電機相連，前、后輪的輪轂電機分別安裝于電動輪汽車前輪、后輪內，前齒條通過前轉向搖臂與前輪內的輪轂電機相連，后轉向管柱上的后轉矩傳感器與萬向節相連，后齒條通過后轉向搖臂與后輪內的輪轂電機相連，電子控制單元ECU通過信號分別與主轉矩傳感器、轉向伺服電機、轉向離合器、前、后輪的輪轂電機、后轉矩傳感器相連。本實用新型的有益效果如下1、該系統在主轉向管柱與后轉向管柱間安裝有轉向離合器、轉向伺服電機，在轉向離合器與轉向伺服電機間安裝有行星齒輪機構，因此，該轉向系統可在完成原有電動輪汽車差動助力轉向的基礎上，實現轉向模式的自適應選擇、適時4WD的自適應變傳動比的四輪差動助力轉向功能，實現變傳動比控制和主動轉向干預。2、在電動輪汽車和傳統動力轉向技術基礎上，發展電動輪汽車差速助力轉向系統，不僅能實現汽車轉向輕便性和轉向路感的完美融合，而且還能將汽車的安全性與靈活性有機的融合在一起，是一種理想的汽車動力轉向技術，具有廣闊的應用前景。
圖1為適時4WD電動輪汽車自適應轉向系統前視圖。圖2為適時4WD電動輪汽車自適應轉向系統俯視圖。圖3適時4WD電動輪汽車自適應轉向控制方法。圖1中標號名稱1.轉向盤，2.主轉矩傳感器，3.轉向伺服電機，4.行星齒輪機構，5.轉向離合器，6.后轉向一級小齒輪，7.前齒條，8.電子控制單元ECU，、前輪輪轂電機，92..后輪輪轂電機，10.前轉向搖臂，11.轉向盤轉角信號，12.主轉矩信號，13.轉向離合器控制信號，14.轉向伺服電機控制信號，15.傳動比信號，16.電流信號，17.電壓信號， 18.橫擺角速度信號，19.側向角速度信號，20.后轉角信號，21.后轉矩信號，22.后齒條， 23.后轉矩傳感器，24.萬向節，25.行星齒輪機構行星輪，26.行星齒輪機構太陽輪，27. 行星齒輪機構齒圈，28.前轉向小齒輪，29.轉向伺服電機轉角轉矩，30.轉向離合器轉角轉矩，31.齒條位移轉矩，32.電動輪汽車驅動模式信號，33.車速信號，34.主轉向管柱，35.后轉向管柱，36.前輪，37.后輪。
具體實施方式
以下結合附圖對本發明創造做進一步詳細說明。如圖1、圖2所示，適時4WD電動輪汽車自適應轉向系統，其特征在于包括轉向盤 1、主轉矩傳感器2、轉向伺服電機3、行星齒輪機構4、轉向離合器5、后轉向一級小齒輪6、前齒條7、電子控制單元ECU8、前輪輪轂電機Q1、后輪輪轂電機％、前轉向搖臂10、后齒條22、 后轉矩傳感器23、主轉向管柱34、后轉向管柱35、萬向節M、行星輪25、太陽輪沈、齒圈27 ； 主轉矩傳感器2位于轉向盤1的下方并與轉向盤1相連，轉向離合器5的主動盤與后轉向一級小齒輪6嚙合，轉向伺服電機3通過行星齒輪機構4與轉向離合器5的從動盤相連，后轉向管柱35上的萬向節M與行星齒輪機構4相連，在主轉向管柱34與后轉向管柱35間安裝有轉向離合器5，在轉向離合器5與后轉向管柱35間安裝有行星齒輪機構4，該行星齒輪機構4由行星輪25、太陽輪沈、齒圈27組成，行星輪25與齒圈27內嚙合，太陽輪沈與行星輪25外嚙合，行星輪25為公用齒輪，行星齒輪機構太陽輪沈與轉向離合器5的從動盤相連、行星齒輪機構行星輪25與后轉向管柱35相連、行星齒輪機構齒圈27與轉向伺服電機3相連，前、后輪的輪轂電機Q1A2分別安裝于電動輪汽車前輪36、后輪37內，前齒條7 通過前轉向搖臂10與前輪36內的前輪輪轂電機％相連，后轉向管柱35上的后轉矩傳感器 23與萬向節M相連，后齒條22通過后轉向搖臂與后輪37內的后輪輪轂電機92相連，電子控制單元ECU8通過信號分別與主轉矩傳感器2、轉向伺服電機3、轉向離合器5、前、后輪的輪轂電機％、92、后轉矩傳感器23相連。 如圖3所示，適時4WD電動輪汽車自適應轉向系統的控制方法是車輛行駛中，電子控制單元ECU8根據路況信息以及車速傳感器獲得的車速信號33判斷電動輪汽車進行兩驅或四驅模式，電子控制單元E⑶8通過控制前、后輪的輪轂電機9”92的電流信號17，實現電動輪汽車驅動模式的選擇；當駕駛員轉動轉向盤1時，車速信號33、電動輪汽車驅動模式信號32、主轉矩傳感器2獲得的主轉矩信號12以及方向盤轉角傳感器獲得的轉向盤轉角信號11、橫擺角速度傳感器獲得的橫擺角速度信號18和側向角速度傳感器獲得的側向角速度信號19，傳遞給電子控制單元ECU8，電子控制單元ECU8根據上述信號給轉向離合器5發送一個轉向離合器控制信號13，即通過控制轉向離合器5的接合與斷開實現適時4WD電動輪汽車自適應轉向模式的選擇；當轉向離合器5斷開時，電子控制單元根據車速信號33、輪轂電機的電壓信號17、電動輪汽車驅動模式信號32、主轉矩傳感器2獲得的主轉矩信號12 以及方向盤轉角傳感器獲得的轉向盤轉角信號11、橫擺角速度傳感器獲得的橫擺角速度信號18和側向角速度傳感器獲得的側向角速度信號19，通過預先制定的前輪輪轂電機電流圖，確定電流控制策略，即通過電流信號16，控制電動輪汽車左右前輪36內的前輪輪轂電機％的轉矩，左右前輪輪轂電機％形成的轉矩差與主轉矩信號12經過前齒條7與前轉向搖臂10而形成的齒條位移轉矩31疊加，共同作用于前輪36，從而實現電動輪汽車的前輪差動助力轉向功能；當轉向離合器5接合時，電子控制單元ECU8根據車速信號33、輪轂電機的電壓信號17、電動輪汽車驅動模式信號32、主轉矩傳感器2獲得的主轉矩信號12以及方向盤轉角傳感器獲得的轉向盤轉角信號11、后轉矩傳感器23獲得的后轉矩信號21以及后轉角傳感器獲得的后轉角信號20、橫擺角速度傳感器獲得的橫擺角速度信號18和側向角速度傳感器獲得的側向角速度信號19，一方面通過預先制定的理想傳動比圖，確定轉向伺服電機控制信號14，即通過行星齒輪機構齒圈27提供轉向伺服電機轉角轉矩四，轉向伺服電機轉角轉矩四與來自轉向盤1經過后轉向一級小齒輪6傳遞到行星齒輪機構行星輪25 的主轉矩，經過行星齒輪機構4的作用得到后輪轉向的后轉矩信號21，后轉矩信號21通過行星齒輪機構太陽輪26傳遞到后齒條22上經過轉向搖臂得到齒條位移轉矩31，實現后輪轉向的變傳動比控制；另一方面電子控制單元ECU8再結合轉向伺服電機3傳遞的傳動比信號15，通過預先制定的四輪轉向電流圖，確定電流信號16，主轉矩信號12經過行星齒輪機構(4)形成作用在后輪37上的齒條位移轉矩31與后輪37內的后輪的輪轂電機為形成的轉矩差共同決定后輪37的轉向姿態，主轉矩信號12形成的作用在前輪36的齒條位移轉矩 31與前輪36內的前輪輪轂電機％形成的轉矩差共同決定前輪36的轉向姿態，從而決定電動輪汽車4WD四輪轉向姿態，實現電動輪汽車4WD變傳動比的四輪差動助力轉向功能。
權利要求1. 一種適時4WD電動輪汽車自適應轉向系統，其特征在于包括轉向盤(1)、主轉矩傳感器(2)、轉向伺服電機(3)、行星齒輪機構(4)、轉向離合器(5)、后轉向一級小齒輪(6)、前齒條(7)、電子控制單元ECU (8)、前輪輪轂電機(9》、后輪輪轂電機(92)、前轉向搖臂(10)、 后齒條(22)、后轉矩傳感器(23)、主轉向管柱(34)、后轉向管柱(35)、萬向節(M)、行星輪 (25)、太陽輪( )、齒圈(27)、前輪(36)、后輪(37);主轉矩傳感器(2)位于轉向盤(1)的下方并與轉向盤(1)相連，轉向離合器(5)的主動盤與后轉向一級小齒輪(6)嚙合，轉向伺服電機(3)通過行星齒輪機構(4)與轉向離合器(5)的從動盤相連，后轉向管柱(35)上的萬向節04)與行星齒輪機構(4)相連，在主轉向管柱(34)與后轉向管柱(35)間安裝有轉向離合器(5)，在轉向離合器(5)與后轉向管柱(35)間安裝有行星齒輪機構G)，該行星齒輪機構由行星輪(25)、太陽輪( )、齒圈(XT)組成，行星輪(25)與齒圈(XT)內嚙合，太陽輪06)與行星輪05)外嚙合，行星輪05)為公用齒輪，行星齒輪機構太陽輪06)與轉向離合器(5)的從動盤相連、行星齒輪機構行星輪0 與后轉向管柱(35)相連、行星齒輪機構齒圈07)與轉向伺服電機(3)相連，前、后輪的輪轂電機伐、92)分別安裝于電動輪汽車前輪(36)、后輪(37)內，前齒條(7)通過前轉向搖臂(10)與前輪(36)內的前輪輪轂電機 (9》相連，后轉向管柱(35)上的后轉矩傳感器(23)與萬向節04)相連，后齒條(22)通過后轉向搖臂與后輪(37)內的后輪輪轂電機(92)相連，電子控制單元E⑶(8)通過信號分別與主轉矩傳感器(2)、轉向伺服電機(3)、轉向離合器(5)、前、后輪的輪轂電機(V92)、后轉矩傳感器相連。
專利摘要一種適時4WD電動輪汽車自適應轉向系統，屬于4WD電動輪汽車差動助力轉向系統。本實用新型在主轉向管柱與后轉向管柱間安裝有轉向離合器，轉向伺服電機，以及在轉向離合器與轉向伺服電機間安裝有行星齒輪機構，適時4WD電動輪汽車自適應轉向系統可在完成原有電動輪汽車差動助力轉向的基礎上，實現轉向模式的自適應選擇、適時4WD的自適應變傳動比的四輪差動助力轉向功能，實現變傳動比控制和主動轉向干預。
文檔編號B62D3/02GK202080328SQ201120129579
公開日2011年12月21日 申請日期2011年4月28日 優先權日2011年4月28日
發明者劉順, 孫培坤, 趙萬忠 申請人:南京航空航天大學