四輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型揭示了一種四輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，系統(tǒng)包括電控單元和執(zhí)行單元；所述的電控單元包括控制器ECU，以及安裝于轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)向軸上并將轉(zhuǎn)向信號輸送至控制器ECU的轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角傳感器；所述的執(zhí)行單元包括配備在每個車輪上的轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)、轉(zhuǎn)向電機和雙臂橫拉桿，所述的轉(zhuǎn)向電機固定在車身或車架上，其輸出軸上設(shè)有主動齒輪，所述的主動齒輪與轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)的從動齒輪相嚙合，所述的從動齒輪軸的頂端通過滾動軸承固定在車身或車架上，所述的軸的底端與雙臂橫拉桿連接，所述的雙臂橫拉桿通過轉(zhuǎn)向節(jié)與車輪連接；所述的控制器ECU輸出轉(zhuǎn)動信號至轉(zhuǎn)向電機。該轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是一種布置方便、占用空間小、主要由電動機等構(gòu)成的電控四輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。
【專利說明】四輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，尤其涉及一種電控360度四輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是車輛的關(guān)鍵部件，不僅影響著駕駛舒適性，也是駕駛安全性的重要部件，傳統(tǒng)的雙輪前軸轉(zhuǎn)向系統(tǒng)由于響應(yīng)速度慢、轉(zhuǎn)向不靈活、高速行駛時方向穩(wěn)定性差而漸漸無法滿足人們對車輛主動安全性越來越高的要求，迫切需要一種高效的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)來實現(xiàn)良好的車輛轉(zhuǎn)向安全性。在這種形勢下，四輪轉(zhuǎn)向(Four — Wheel Steering,簡稱4WS)系統(tǒng)應(yīng)運而生。
[0003]目前使用的四輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)其結(jié)構(gòu)是在后懸架上安裝有一套轉(zhuǎn)向裝置，稱之為后輪轉(zhuǎn)向機構(gòu)。當(dāng)駕駛員轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)向盤時，前輪轉(zhuǎn)向機構(gòu)和后輪轉(zhuǎn)向機構(gòu)同時動作。采用4WS方式，后輪與前輪轉(zhuǎn)向相同時稱為同相位轉(zhuǎn)向，后輪與前輪轉(zhuǎn)向相反時稱為逆相位轉(zhuǎn)向。
[0004]四輪轉(zhuǎn)向汽車的主要優(yōu)點是在高速時采用同相位轉(zhuǎn)向能夠改善汽車操縱穩(wěn)定性，低速時采用逆相位轉(zhuǎn)向能夠減小汽車的轉(zhuǎn)彎半徑，使汽車行駛更加靈活。
[0005]目前在用的4WS系統(tǒng)中，多數(shù)為機械式4WS系統(tǒng)，這種系統(tǒng)由于前、后輪轉(zhuǎn)向系機械相聯(lián)，工作力大、傳動可靠，但由于在結(jié)構(gòu)設(shè)計及整車布置方面存在的缺點，以及在汽車運動過程中存在振動并引起噪聲等缺陷，使得機械式4WS系統(tǒng)很難適應(yīng)現(xiàn)代汽車輕量化和乘坐舒適性方面的要求。
實用新型內(nèi)容
[0006]本實用新型所要解決的技術(shù)問題是實現(xiàn)一種能夠確保駕駛舒適性高的四輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，且可以實現(xiàn)汽車的平移和原地360°轉(zhuǎn)向。
[0007]為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用的技術(shù)方案為:四輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，系統(tǒng)包括電控單元和執(zhí)行單元；
[0008]所述的電控單元包括控制器ECU，以及安裝于轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)向軸上并將轉(zhuǎn)向信號輸送至控制器ECU的轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角傳感器；
[0009]所述的執(zhí)行單元包括配備在每個車輪上的轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)、轉(zhuǎn)向電機和雙臂橫拉桿，所述的轉(zhuǎn)向電機固定在車身或車架上，其輸出軸上設(shè)有主動齒輪，所述的主動齒輪與轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)的從動齒輪相嚙合，所述的從動齒輪軸的頂端通過滾動軸承固定在車身或車架上，所述的軸的底端與雙臂橫拉桿連接，所述的雙臂橫拉桿通過轉(zhuǎn)向節(jié)與車輪連接；
[0010]所述的控制器E⑶輸出轉(zhuǎn)動信號至轉(zhuǎn)向電機。
[0011]所述的每個車輪的轉(zhuǎn)向節(jié)上均設(shè)有車輪轉(zhuǎn)角傳感器，其輸出車輪的轉(zhuǎn)角信號至控制器ECU。
[0012]所述的車身質(zhì)心處安裝有橫擺角速度傳感器，其輸出信號至控制器ECU。
[0013]所述的控制器ECU與CAN總線連接或者與設(shè)置在安裝在車速里程表的轉(zhuǎn)子旁的車速傳感器連接，接收其輸出的車速信號。[0014]所述的車輪與車身或車架之間設(shè)有懸架系統(tǒng)。
[0015]所述的控制器E⑶輸送信號至車內(nèi)顯示器，并在車內(nèi)具有控制按鈕。
[0016]本實用新型四輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是一種布置方便、占用空間小、主要由電動機等構(gòu)成的電控四輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，與傳統(tǒng)機械式四輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)相比，具有以下優(yōu)點:
[0017](I)有利于整車的總布置設(shè)計。由于本實用新型較多地使用了液壓元器件，減少了機械連接，零部件少、重量輕，設(shè)計緊湊，所占的空間相對較小，可以更有利于整車的總布置設(shè)計。
[0018](2)不影響整車的乘坐舒適性。由于本實用新型的不采用機械傳動，不會有傳動軸的振動以及引起整車的振動、噪聲問題，因此不會影響整車的乘坐舒適性。
[0019](3)靈活機動性。由于本實用新型四個車輪均配有電動轉(zhuǎn)向機構(gòu)因此四個車輪都可以旋轉(zhuǎn)，可以實現(xiàn)汽車的平移和原地轉(zhuǎn)向減小了轉(zhuǎn)彎半徑。提高了汽車的機動性能。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]下面對本實用新型說明書中每幅附圖表達的內(nèi)容及圖中的標(biāo)記作簡要說明:
[0021]圖1為四輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)總體布置圖；
[0022]圖2為四輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)電路原理圖；
[0023]圖3為四輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)右前輪機構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖4為四輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)右前輪機構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]上述圖中的標(biāo)記均為:1、左前輪；2、左前輪轉(zhuǎn)角傳感器；3、左前轉(zhuǎn)向電機；4、左前輪轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)；5、右前輪轉(zhuǎn)向電機；5-1、螺栓；6、右前輪轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)；6-1、滾動軸承；6-2、從動齒輪；6-3、主動齒輪；7、右前輪轉(zhuǎn)角傳感器；8、右前輪；9、轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角傳感器；10、轉(zhuǎn)向盤；11、車速傳感器；12、車輛橫擺角速度傳感器；13、控制器E⑶；14、左后輪；15、左后輪轉(zhuǎn)角傳感器；16、左后轉(zhuǎn)向電機；17、左后輪轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)；18、右后輪轉(zhuǎn)向電機；19、右后輪轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)；20、右后輪轉(zhuǎn)角傳感器；21、右后輪；22、右前懸架；23、雙臂橫拉桿。
【具體實施方式】
[0026]本實用新型四輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)由電控單元和執(zhí)行單元兩部分組成。
[0027]如圖1、3、4所示，執(zhí)行單元包括配備在每個車輪上的轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)、轉(zhuǎn)向電機和雙臂橫拉桿23，其組成結(jié)構(gòu)相同，其中圖3、4是以右前輪機構(gòu)為例的結(jié)構(gòu)圖，轉(zhuǎn)向電機為步進電機，通過固定螺栓固定在車身或車架上，轉(zhuǎn)向電機的主動齒輪與轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)的從動齒輪相嚙合，主動齒輪的齒數(shù)要小于從動齒輪的齒數(shù)，從動齒輪水平設(shè)置，其軸頂端通過滾動軸承固定在車身或車架上，軸底端與雙臂橫拉桿23連接，雙臂橫拉桿23通過轉(zhuǎn)向節(jié)與車輪連接，車輪與車身或車架之間設(shè)有懸架系統(tǒng)。
[0028]如圖1、2所示，電控單元包括:控制器E⑶13，安裝于轉(zhuǎn)向盤10轉(zhuǎn)向軸上的轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角傳感器9，其可采用電感式角位移傳感器，安裝在每個車輪轉(zhuǎn)向節(jié)上的車輪轉(zhuǎn)角傳感器，安裝于車身質(zhì)心處的橫擺角速度傳感器12，其可采用壓電射流角速度傳感器，所有傳感器通過導(dǎo)線傳輸采集信號至控制器ECU13，同時控制器ECU13與CAN總線連接或者與設(shè)置在安裝在車速里程表的轉(zhuǎn)子旁的車速傳感器11連接，接收其輸出的車速信號，車速傳感器11可米用光電式車速傳感器?？刂破鱁CU13輸出轉(zhuǎn)動信號至轉(zhuǎn)向電機，從而驅(qū)動相應(yīng)的雙橫臂拉桿23運動，使四個車輪產(chǎn)生一定角度的偏轉(zhuǎn)?？刂破鱁CU13是一個具有256字節(jié)RAM的16位單片機，采用Intel公司MCS-96系列的80C196KB單片機，外擴27128EPR0M程序存儲器。整個系統(tǒng)由外部電源供電，即車載蓄電池。
[0029]控制器E⑶13是整個系統(tǒng)的核心，由80C196KB單片機、EPR0M、信號調(diào)理電路、內(nèi)部電源電路、電動機驅(qū)動電路、顯示輸出電路等部分組成?？刂破鱁CU13還內(nèi)置有系統(tǒng)故障的自診斷功能，并可將診斷結(jié)果通過故障顯示屏顯示出來，以此告知駕駛員。
[0030]控制器E⑶13輸送信號至車內(nèi)顯示器，并在車內(nèi)具有控制按鈕，可以控制系統(tǒng)選擇性的進入兩種轉(zhuǎn)向模式，并有轉(zhuǎn)向模式選擇開關(guān)及轉(zhuǎn)向模式開關(guān)指示燈，駕駛員可以選擇傳統(tǒng)的2WS轉(zhuǎn)向模式，也可以選擇4WS轉(zhuǎn)向模式，單片機內(nèi)置程序可以根據(jù)故障信號自動對轉(zhuǎn)向模式開關(guān)進行選擇，即當(dāng)四輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，自動將轉(zhuǎn)向系統(tǒng)由4WS模式轉(zhuǎn)換為2WS模式。
[0031]基于四輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的控制方法如下:
[0032]車輛啟動后，系統(tǒng)工作，車內(nèi)顯示系統(tǒng)會提示駕駛?cè)藛T選擇啟動四輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)或者常用的前輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，系統(tǒng)根據(jù)選擇執(zhí)行是否啟動四輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)；
[0033]控制器E⑶13實時采集轉(zhuǎn)向盤10轉(zhuǎn)角信號和車速信號；
[0034]控制器ECU13根據(jù)車速將四輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)定義為低速檔、中速檔和高速檔；車輛處于所述的低速檔時，前輪與轉(zhuǎn)向盤10轉(zhuǎn)向相同，后輪與轉(zhuǎn)向盤10反向轉(zhuǎn)動；車輛處于所述的中速檔時，前輪與轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)向相同，后輪不隨轉(zhuǎn)向盤10轉(zhuǎn)動，車輛處于所述的高速檔時，前后輪均與轉(zhuǎn)向盤10轉(zhuǎn)向相同。這是由于在實際行駛中汽車轉(zhuǎn)彎時車速變化較快(通常轉(zhuǎn)彎都伴隨有減速過程)，所以采用的控制策略是前后輪反向轉(zhuǎn)動，而中速狀態(tài)，后輪轉(zhuǎn)向機構(gòu)幾乎不動，在高速狀態(tài)，前后輪同向轉(zhuǎn)動，動作的大小和方向則根據(jù)設(shè)定的轉(zhuǎn)角理想值來確定。
[0035]上述各個檔位速度范圍可以根據(jù)情況預(yù)設(shè)，例如，低速檔車速低于40km/h，中速檔車速在40km/h-60km/h,高速檔車速高于60km/h。
[0036]此外，車輪轉(zhuǎn)角傳感器實時將采集信號輸送至控制器E⑶13，控制器E⑶13根據(jù)車輪應(yīng)轉(zhuǎn)角度和實轉(zhuǎn)角度進行比較，并驅(qū)動轉(zhuǎn)向電機修正車輪轉(zhuǎn)向角度。
[0037]上面結(jié)合附圖對本實用新型進行了示例性描述，顯然本實用新型具體實現(xiàn)并不受上述方式的限制，只要采用了本實用新型的方法構(gòu)思和技術(shù)方案進行的各種非實質(zhì)性的改進，或未經(jīng)改進將本實用新型的構(gòu)思和技術(shù)方案直接應(yīng)用于其它場合的，均在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.四輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，其特征在于:系統(tǒng)包括電控單元和執(zhí)行單元； 所述的電控單元包括控制器E⑶(13)，以及安裝于轉(zhuǎn)向盤(10)轉(zhuǎn)向軸上并將車輪實轉(zhuǎn)角信號輸送至控制器E⑶(13)的轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角傳感器(9)； 所述的執(zhí)行單元包括配備在每個車輪上的轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)、轉(zhuǎn)向電機和雙臂橫拉桿(23)，所述的轉(zhuǎn)向電機固定在車身或車架上，其輸出軸上設(shè)有主動齒輪，所述的主動齒輪與轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)的從動齒輪相嚙合，所述的從動齒輪軸的頂端通過滾動軸承固定在車身或車架上，所述的軸的底端與雙臂橫拉桿(23)連接，所述的雙臂橫拉桿(23)通過轉(zhuǎn)向節(jié)與車輪連接； 所述的控制器ECU (13)輸出轉(zhuǎn)動信號至轉(zhuǎn)向電機。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的四輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，其特征在于:所述的每個車輪的轉(zhuǎn)向節(jié)上均設(shè)有車輪轉(zhuǎn)角傳感器，其輸出車輪轉(zhuǎn)向信號至控制器ECU (13)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的四輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，其特征在于:所述的車身質(zhì)心處安裝有橫擺角速度傳感器(12)，其輸出信號至控制器E⑶(13)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的四輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，其特征在于:所述的控制器ECU(13)與CAN總線連接或者與設(shè)置在安裝在車速里程表的轉(zhuǎn)子旁的車速傳感器(11)連接，接收其輸出的車速信號。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的四輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，其特征在于:所述的車輪與車身或車架之間設(shè)有懸架系統(tǒng)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的四輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，其特征在于:所述的控制器ECU(13)輸送信號至車內(nèi)顯示器，并在車內(nèi)具有控制按鈕。
【文檔編號】B62D101/00GK203581090SQ201320712131
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2013年11月12日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月12日
【發(fā)明者】時培成, 陳俊雄, 易宏雙 申請人:安徽工程大學(xué)