一種獨立驅(qū)動與轉(zhuǎn)向的汽車模塊化車輪總成和后輪轉(zhuǎn)向控制方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于四輪獨立驅(qū)動與轉(zhuǎn)向的電動汽車模塊化車輪總成，包括車架；轉(zhuǎn)向電機(jī)，其固定在所述車架上；以及副車架，其形成容納空間；所述副車架可旋轉(zhuǎn)的支撐在所述車架上；所述轉(zhuǎn)向電機(jī)的輸出軸連接所述副車架，所述副車架能夠繞輸出軸轉(zhuǎn)動；驅(qū)動電機(jī)，其固定在所述容納空間內(nèi)，用于驅(qū)動車輪旋轉(zhuǎn)；立柱，輪轂可旋轉(zhuǎn)的支撐在所述立柱上；所述立柱具有通孔，所述驅(qū)動電機(jī)的輸出軸穿過所述通孔驅(qū)動車輪；上懸架擺臂，其兩端通過橡膠襯墊連接在所述容納空間的上端和所述立柱之間；下懸架擺臂，其兩端通過橡膠襯墊連接在所述容納空間的下端和所述立柱之間。本發(fā)明的車輪總成集成驅(qū)動、制動、懸架和轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，實現(xiàn)四輪獨立驅(qū)動與轉(zhuǎn)向。
【專利說明】
一種獨立驅(qū)動與轉(zhuǎn)向的汽車模塊化車輪總成和后輪轉(zhuǎn)向控制 方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明屬于汽車領(lǐng)域，具體涉及四輪獨立驅(qū)動與轉(zhuǎn)向電動汽車驅(qū)動、制動、懸架和 轉(zhuǎn)向模塊化車輪總成結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002] 以電動汽車為代表的汽車電氣化技術(shù)已經(jīng)成為了當(dāng)今世界汽車技術(shù)研發(fā)的焦點 之一，由于分布式驅(qū)動電動汽車相對于傳統(tǒng)汽車在穩(wěn)定性、主動安全及節(jié)能等方面具有顯 著控制優(yōu)勢必將成為新一代電動汽車的重要發(fā)展方向。四輪獨立驅(qū)動與轉(zhuǎn)向電動汽車作為 分布式驅(qū)動電動汽車的一種，除了四個驅(qū)動電機(jī)驅(qū)動汽車外，四個轉(zhuǎn)向電機(jī)控制四個車輪 轉(zhuǎn)角，四輪驅(qū)動或制動轉(zhuǎn)矩、四輪轉(zhuǎn)角獨立可控，相對于傳統(tǒng)底盤分布式驅(qū)動電動汽車系統(tǒng) 響應(yīng)更快，不僅具有更多可控自由度，而且控制更為精準(zhǔn)，已成為新一代電動汽車的代表。 目前國內(nèi)外四輪獨立驅(qū)動與獨立轉(zhuǎn)向電動汽車主要采用四輪輪轂電機(jī)驅(qū)動，而采用輪轂電 機(jī)驅(qū)動有如下缺點：1.由于輪轂電機(jī)安裝在車輪內(nèi)部，使制動系統(tǒng)、懸架系統(tǒng)不容易布置； 2.輪轂電機(jī)增加了汽車非簧載質(zhì)量，使車輛的平順性和操控性變差;3.現(xiàn)有輪轂電機(jī)功率 和轉(zhuǎn)矩相對較小，汽車動力性較差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的一個目的是提供一種采用輪邊驅(qū)動的車輪總成，將懸架、轉(zhuǎn)向、驅(qū)動和制 動集成為一體結(jié)構(gòu)，使驅(qū)動電機(jī)的重量由懸架來承載提高汽車行駛平順性和操縱性，并進(jìn) 一步提高了汽車動力性。
[0004] 本發(fā)明的另一個發(fā)明目的是提供在四輪獨立轉(zhuǎn)向時，一種后輪轉(zhuǎn)角的控制方法， 能夠使車輪保持純滾動運行，減小阻力，減少輪胎磨損，提高操縱穩(wěn)定性。
[0005] 為了實現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的這些目的和其它優(yōu)點，提供了一種用于四輪獨立驅(qū)動與轉(zhuǎn) 向的電動汽車模塊化車輪總成，包括：
[0006] 車架；
[0007] 轉(zhuǎn)向電機(jī)，其固定在所述車架上；以及
[0008] 副車架，其形成容納空間；所述副車架可旋轉(zhuǎn)的支撐在所述車架上;所述轉(zhuǎn)向電機(jī) 的輸出軸連接所述副車架，所述副車架能夠繞輸出軸轉(zhuǎn)動；
[0009] 驅(qū)動電機(jī)，其固定在所述容納空間內(nèi)，用于驅(qū)動車輪旋轉(zhuǎn)；
[0010] 立柱，輪轂可旋轉(zhuǎn)的支撐在所述立柱上;所述立柱具有通孔，所述驅(qū)動電機(jī)的輸出 軸穿過所述通孔驅(qū)動車輪；
[0011] 上懸架擺臂，其兩端通過橡膠襯墊連接在所述容納空間的上端和所述立柱之間；
[0012] 下懸架擺臂，其兩端通過橡膠襯墊連接在所述容納空間的下端和所述立柱之間。
[0013] 優(yōu)選的是，所述容納空間的上端具有向上延伸的凸起支架；
[0014] 所述車輪總成還包括:彈簧減振器總成，其兩端分別支撐在所述凸起支架和所述 懸架上擺臂之間。
[0015] 優(yōu)選的是，還包括:彈簧減振器總成，其兩端分別支撐在所述容納空間上端和所述 懸架下擺臂之間。
[0016] 優(yōu)選的是，還包括：
[0017]制動盤，其固定連接輪轂；
[0018] 制動鉗，其固定在所述立柱上，能夠在制動時夾緊制動盤。
[0019] 優(yōu)選的是，所述轉(zhuǎn)向電機(jī)的輸出軸豎直向下;所述副車架的底部通過轉(zhuǎn)軸可旋轉(zhuǎn) 支撐在所述車架上，所述轉(zhuǎn)軸和所述轉(zhuǎn)向電機(jī)的輸出軸同軸。
[0020] 優(yōu)選的是，所述驅(qū)動電機(jī)的輸出軸旋轉(zhuǎn)連接內(nèi)球籠，內(nèi)球籠通過半軸連接輪轂。 [0021 ] 優(yōu)選的是，還包括上法蘭盤和下法蘭盤，所述轉(zhuǎn)向電機(jī)通過上法蘭盤和下法蘭盤 固定在車架上。
[0022]優(yōu)選的是，還包括副轉(zhuǎn)向軸，其與所述轉(zhuǎn)向電機(jī)的輸出軸對稱安裝在副車架上下 兩側(cè)，所述副轉(zhuǎn)向軸與轉(zhuǎn)向電機(jī)輸出軸同步轉(zhuǎn)動。
[0023 ] -種四輪獨立驅(qū)動與轉(zhuǎn)向的電動汽車的后輪轉(zhuǎn)向控制方法，
[0024] 通過傳感器檢測前輪的實際轉(zhuǎn)角;根據(jù)阿克曼定理計算前輪的目標(biāo)轉(zhuǎn)角；
[0025] 將左前輪的所述實際轉(zhuǎn)角和所述目標(biāo)轉(zhuǎn)角的差值和右前輪的所述實際轉(zhuǎn)角和所 述目標(biāo)轉(zhuǎn)角的差值輸入第一模糊控制器；
[0026] 所述第一模糊控制器輸出后輪的轉(zhuǎn)角；
[0027] 將期望橫擺角速度和實際橫擺角速度之差、期望質(zhì)心側(cè)偏角和實際質(zhì)心側(cè)偏角之 差輸入第二模糊控制器；
[0028]所述第二模糊控制器輸出后輪的修正角度；
[0029] 根據(jù)所述的后輪的轉(zhuǎn)角和所述后輪的修正角度之和，轉(zhuǎn)向電機(jī)控制后輪轉(zhuǎn)動。
[0030] 優(yōu)選的是，還包括:所述后輪的修正角度根據(jù)車速和方向盤轉(zhuǎn)角的不同進(jìn)行加權(quán) 修正。
[0031 ]本發(fā)明至少包括以下有益效果:本發(fā)明把驅(qū)動、制動、懸架和轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在每個車輪 進(jìn)行集成，形成了模塊化車輪總成結(jié)構(gòu)，輪邊驅(qū)動電機(jī)的重量通過支撐在車架上的轉(zhuǎn)向架 來承載，把驅(qū)動電機(jī)的重量轉(zhuǎn)化成為了簧上質(zhì)量。車架加上四個模塊化車輪總成就構(gòu)成了 四輪獨立驅(qū)動與轉(zhuǎn)向電動車底盤架構(gòu)。本發(fā)明減小了汽車簧下質(zhì)量，提高汽車行駛平順性 和操縱性，提高了汽車動力性。
[0032] 本發(fā)明的其它優(yōu)點、目標(biāo)和特征將部分通過下面的說明體現(xiàn)，部分還將通過對本 發(fā)明的研究和實踐而為本領(lǐng)域的技術(shù)人員所理解。
【附圖說明】
[0033] 圖1是本發(fā)明的電動汽車與車輪總成的一種實現(xiàn)方式的結(jié)構(gòu)原理圖。
[0034] 圖2是本發(fā)明的車輪總成的另一實現(xiàn)方式的結(jié)構(gòu)圖。
[0035] 圖3是本發(fā)明的車輪總成的另一實現(xiàn)方式的主視圖。
[0036] 圖4是本發(fā)明的四輪獨立驅(qū)動與轉(zhuǎn)向電動汽車的整車結(jié)構(gòu)圖。
[0037] 圖5是本發(fā)明的四輪獨立驅(qū)動與轉(zhuǎn)向電動汽車的前輪轉(zhuǎn)向模式圖。
[0038] 圖6是本發(fā)明的四輪獨立驅(qū)動與轉(zhuǎn)向電動汽車的后輪轉(zhuǎn)向模式圖。
[0039] 圖7是本發(fā)明的四輪獨立驅(qū)動與轉(zhuǎn)向電動汽車的四輪轉(zhuǎn)向模式圖。
[0040] 圖8是本發(fā)明的四輪獨立驅(qū)動與轉(zhuǎn)向電動汽車的斜行模式圖。
[0041] 圖9是本發(fā)明的四輪獨立驅(qū)動與轉(zhuǎn)向電動汽車的橫行模式圖。
[0042] 圖10是本發(fā)明的四輪獨立驅(qū)動與轉(zhuǎn)向電動汽車的原地轉(zhuǎn)向模式圖。
[0043]圖11是本發(fā)明的四輪驅(qū)動力矩與四輪轉(zhuǎn)角控制分配原理示意圖。
[0044] 圖12是本發(fā)明的輸入變量的三角隸屬度函數(shù)圖。
[0045] 圖13是本發(fā)明的輸出變量的三角隸屬度函數(shù)圖。
[0046] 圖14是本發(fā)明的輸入變量的三角隸屬度函數(shù)圖。
[0047]圖15是本發(fā)明的輸出變量的三角隸屬度函數(shù)圖。
[0048]圖16是本發(fā)明的橫擺力矩控制權(quán)重系數(shù)圖。
[0049] 圖17是本發(fā)明的主動轉(zhuǎn)向控制器權(quán)重系數(shù)圖。
[0050] 圖18是本發(fā)明的輸入變量的三角隸屬度函數(shù)圖。
[00511圖19是本發(fā)明的輸出變量的三角隸屬度函數(shù)圖。
【具體實施方式】
[0052]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說明，以令本領(lǐng)域技術(shù)人員參照說明書文 字能夠據(jù)以實施。
[0053]應(yīng)當(dāng)理解，本文所使用的諸如"具有"、"包含"以及"包括"術(shù)語并不配出一個或多 個其它元件或其組合的存在或添加。
[0054] 圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的四輪獨立驅(qū)動與轉(zhuǎn)向電動汽車與其模塊化車輪總成的一 種實現(xiàn)方式，包括車架1〇〇、車輪總成200、控制器。車架100為金屬合金材質(zhì)，具有一定的抗 壓和抗撞擊而變形的能力。其前后分別對稱設(shè)置4個車輪總成200,所述車輪總成200帶動車 架100運動。車輪總成200包括副車架210、驅(qū)動電機(jī)220、轉(zhuǎn)向電機(jī)230、制動盤240、車輪250、 減震器總成260、上懸架擺臂270、下懸架擺臂280和立柱290。
[0055] 副車架210為長方體框架結(jié)構(gòu)，其通過兩個軸承安裝支承在車架100上，可承受一 定的軸向和徑向載荷，所述副車架210內(nèi)部中空形成容納空間，所述容納空間用于放置并固 定驅(qū)動電機(jī)220,帶動驅(qū)動電機(jī)220與副車架210同步運動。副車架210上面設(shè)置有凸起支架 211，所述凸起支架211固定連接轉(zhuǎn)向電機(jī)2 30的輸出軸231，所述副車架210下面固定連接轉(zhuǎn) 向電機(jī)220的副轉(zhuǎn)向軸232,所述轉(zhuǎn)向電機(jī)230驅(qū)動副車架210繞其旋轉(zhuǎn)0-180度，從而帶動驅(qū) 動電機(jī)與副車架210同步運動。
[0056] 驅(qū)動電機(jī)220包括輸出軸221、內(nèi)球籠222、半軸223,驅(qū)動電機(jī)220通過螺栓連接在 副車架210的容納空間中，驅(qū)動電機(jī)的輸出軸221穿過立柱290的中心通孔，通過花鍵配合內(nèi) 球籠222,半軸223懸浮安裝在內(nèi)球籠222和輪轂252之間，使車輪250可相對于驅(qū)動電機(jī)220 上下小角度的晃動。驅(qū)動電機(jī)220驅(qū)動車輪250繞其中心進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，起到帶動車輪總成200前 進(jìn)，從而帶動車架100前進(jìn)，實現(xiàn)整車的前進(jìn)的作用。
[0057] 轉(zhuǎn)向電機(jī)230包括輸出軸231、副轉(zhuǎn)向軸232、上法蘭盤233、下法蘭盤234,轉(zhuǎn)向電機(jī) 230的上半部分通過上法蘭盤233鋼性連接在車架100上，轉(zhuǎn)向電機(jī)230的下半部分通過下法 蘭盤234固定在副車架210上，進(jìn)一步的是，轉(zhuǎn)向電機(jī)輸出軸231固定在副車架210的凸起支 架211上，副轉(zhuǎn)向軸232固定在副車架210下面，所述副轉(zhuǎn)向軸232安裝位置與輸出軸131的位 置相對應(yīng)，分別設(shè)置在輸出驅(qū)動電機(jī)輸出軸221的上下兩側(cè)，副轉(zhuǎn)向軸232另一端通過軸承 連接車架1 〇 〇于點K，使所述副轉(zhuǎn)向軸2 3 2與轉(zhuǎn)向電機(jī)輸出軸2 31同步運動?？傊D(zhuǎn)向電機(jī) 230固定在車架100上，其輸出軸231和副轉(zhuǎn)向軸232帶動副車架210繞其旋轉(zhuǎn)0-180度，實現(xiàn) 車輪總成200的轉(zhuǎn)向。
[0058]制動盤240包括卡鉗241，所述制動盤240設(shè)置在輪輞251的容納空間內(nèi)，與輪轂252 平行并通過四顆螺栓連接在一起;其中，所述制動盤240的卡鉗241固定在立柱290上。所述 制動盤240對車輪總成200起到制動作用。
[0059] 車輪250包括輪輞251、輪轂252,輪胎套設(shè)在輪輞251外周上，輪輞251和輪轂252通 過四顆螺栓連接在一起，輪轂252和立柱290通過兩個軸承過盈安裝。減震器總成260通過球 鉸E連接在副車架210的凸起支架211，另一端通過球鉸C鉸接在下懸架擺臂280上。
[0060] 懸架系統(tǒng)包括:上懸架擺臂270、下懸架擺臂280、立柱290,其具有將副車架210、車 輪250和減震器總成260集成為一體的作用。上懸架擺臂270為三角形框架結(jié)構(gòu)，其頂點通過 球鉸A安裝在立柱290上，另兩個端點通過球鉸J安裝在凸起支架211兩側(cè);下懸架擺臂280為 梯形框架結(jié)構(gòu)，梯形框架結(jié)構(gòu)的上底邊的兩端點通過球鉸H固定在所述副車架210下面兩 端，梯形框架結(jié)構(gòu)下底邊通過球鉸B固定在立柱上;立柱290具有通孔，通過軸承連接輪轂 252。上懸架擺臂270、下懸架擺臂280、立柱290組成的ABHJ四連桿傳動轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)，其功能具 體為，驅(qū)動電機(jī)220的輸出軸221穿過立柱290的通孔，驅(qū)動車輪250轉(zhuǎn)動；當(dāng)轉(zhuǎn)向電機(jī)230驅(qū) 動副車架210旋轉(zhuǎn)一定角度，副車架210通過ABHJ四連桿傳動轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)帶動車輪250偏轉(zhuǎn)，從 而實現(xiàn)車架100轉(zhuǎn)向。
[00611 如圖2和3示出了車輪總成300的另一種實現(xiàn)形式，車輪總成300包括副車架310、驅(qū) 動電機(jī)320、轉(zhuǎn)向電機(jī)330、制動盤、車輪350、減震器總成360、上懸架擺臂370、下懸架擺臂 380和立柱390。所述副車架310其內(nèi)容納空間用于放置和固定驅(qū)動電機(jī)320,帶動驅(qū)動電機(jī) 320與其同步運動即同步轉(zhuǎn)向。驅(qū)動電機(jī)320的輸出軸穿出副車架310、通過立柱390的通孔 后旋轉(zhuǎn)連接車輪350的輪轂。轉(zhuǎn)向電機(jī)330主體固定在車架100上，其輸出軸和副轉(zhuǎn)向軸與副 車架310的上下面凸起支架固定連接，其帶動副車架310轉(zhuǎn)動0-180度。制動盤安裝在車輪 350內(nèi)，對車輪總成300起到制動作用。車輪350包括輪胎、輪輞和輪轂，輪轂與立柱390通過 軸承連接，電機(jī)輸出軸穿過立柱390后旋轉(zhuǎn)連接車輪350的輪轂，使車輪350旋轉(zhuǎn)，驅(qū)動車輪 350旋轉(zhuǎn)從而帶動車輪總成300前進(jìn)。減震器總成360上端通過球鉸與副車架310上端的凸起 支架鉸接，其下端通過球鉸鉸接下懸架擺臂380,詳見圖2和3,兩個減震器共同作用減輕車 輪總成300的震動。上懸架擺臂370兩端分別鉸接在副車架310上面和立柱390上面，下懸架 擺臂380兩端分別鉸接副車架310下面和立柱390下面，所述上懸架擺臂370、下懸架擺臂380 和立柱390鉸接構(gòu)成連桿轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)，當(dāng)轉(zhuǎn)向電機(jī)330驅(qū)動副車架310轉(zhuǎn)動時，副車架310通過 四連桿機(jī)構(gòu)帶動車輪350轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)車架100的轉(zhuǎn)向。由于副車架310不進(jìn)行跳動而上懸架擺 臂370、下懸架擺臂380進(jìn)行跳動，所以此時只能通過減震器總成360進(jìn)行壓縮彈簧來吸收路 面?zhèn)鱽淼臎_擊載荷。
[0062]圖4-10示出了本發(fā)明所述的安裝車輪總成200或300的電動車，其上對稱布設(shè)四個 車輪總成，實現(xiàn)四個車輪的獨立轉(zhuǎn)向和驅(qū)動。其具有多種轉(zhuǎn)向行駛模式，包括前輪轉(zhuǎn)向模 式、后輪轉(zhuǎn)向模式、四輪轉(zhuǎn)向模式、斜行模式、橫行模式和原地轉(zhuǎn)向模式。
[0063]如圖5所示，電動車進(jìn)行轉(zhuǎn)向時，角位移傳感器采集方向盤轉(zhuǎn)角信息，經(jīng)控制器進(jìn) 行處理后，控制器對兩前輪發(fā)出轉(zhuǎn)向信號，控制后輪不旋轉(zhuǎn)，前輪轉(zhuǎn)向電機(jī)檢測方向的轉(zhuǎn)向 信號，根據(jù)轉(zhuǎn)向信號轉(zhuǎn)向電機(jī)分別驅(qū)動前輪轉(zhuǎn)動，進(jìn)一步的是，轉(zhuǎn)向電機(jī)驅(qū)動前面兩輪旋轉(zhuǎn) 不同角度，使前輪和后輪符合阿克曼定理，兩前輪帶動電動車?yán)@圓心旋轉(zhuǎn)實現(xiàn)前輪轉(zhuǎn)向模 式。
[0064] 如圖6所示，電動車進(jìn)行轉(zhuǎn)向時，角位移傳感器采集方向盤轉(zhuǎn)角信息，經(jīng)控制器進(jìn) 行處理后，控制器對兩后輪發(fā)出轉(zhuǎn)向信號，控制前輪不旋轉(zhuǎn)，后輪轉(zhuǎn)向電機(jī)檢測方向的轉(zhuǎn)向 信號，轉(zhuǎn)向電機(jī)分別驅(qū)動后輪轉(zhuǎn)動，進(jìn)一步的是，轉(zhuǎn)向電機(jī)驅(qū)動后面兩輪旋轉(zhuǎn)不同角度，使 前輪和后輪符合阿克曼定理，兩后輪帶動電動車?yán)@圓心旋轉(zhuǎn)實現(xiàn)后輪轉(zhuǎn)向模式。
[0065] 如圖7所示，電動車進(jìn)行轉(zhuǎn)向時，角位移傳感器采集方向盤轉(zhuǎn)角信息，經(jīng)控制器進(jìn) 行處理后，控制器分別對前、后輪發(fā)出轉(zhuǎn)向信號，使前輪和后輪的偏轉(zhuǎn)方向相反，前輪轉(zhuǎn)向 電機(jī)檢測方向的轉(zhuǎn)向信號，其轉(zhuǎn)向電機(jī)驅(qū)動前面兩輪旋轉(zhuǎn)不同角度;后輪轉(zhuǎn)向電機(jī)檢測方 向的轉(zhuǎn)向信號，其轉(zhuǎn)向電機(jī)驅(qū)動后面兩輪旋轉(zhuǎn)不同角度，進(jìn)一步的是，使前輪和后輪符合阿 克曼定理，前、后輪帶動電動車?yán)@圓心旋轉(zhuǎn)實現(xiàn)四輪轉(zhuǎn)向模式。
[0066] 如圖8所示，電動車進(jìn)行斜行時，角位移傳感器采集方向盤轉(zhuǎn)角信息，經(jīng)控制器進(jìn) 行處理后，控制器分別對前、后輪發(fā)出相同轉(zhuǎn)向信號，使前輪和后輪的偏轉(zhuǎn)方向和偏轉(zhuǎn)角度 相同，前輪轉(zhuǎn)向電機(jī)檢測方向的轉(zhuǎn)向信號，其轉(zhuǎn)向電機(jī)驅(qū)動前面兩輪旋轉(zhuǎn)相同角度和方向； 后輪轉(zhuǎn)向電機(jī)檢測方向的轉(zhuǎn)向信號，其轉(zhuǎn)向電機(jī)驅(qū)動后面兩輪旋轉(zhuǎn)相同角度和方向，實現(xiàn) 斜行模式。
[0067] 如圖9所示，電動車進(jìn)行橫行時，角位移傳感器采集方向盤轉(zhuǎn)角信息，經(jīng)控制器進(jìn) 行處理后，控制器分別對前、后輪發(fā)出相同轉(zhuǎn)向信號，使前輪和后輪的偏轉(zhuǎn)方向和偏轉(zhuǎn)角度 相同，前輪轉(zhuǎn)向電機(jī)檢測方向的轉(zhuǎn)向信號，其轉(zhuǎn)向電機(jī)驅(qū)動前面兩輪旋轉(zhuǎn)90度;后輪轉(zhuǎn)向電 機(jī)檢測方向的轉(zhuǎn)向信號，其轉(zhuǎn)向電機(jī)驅(qū)動后面兩輪旋轉(zhuǎn)90度，實現(xiàn)橫行模式。
[0068] 如圖10所示，電動車進(jìn)行原地轉(zhuǎn)向時，角位移傳感器采集方向盤轉(zhuǎn)角信息，經(jīng)控制 器進(jìn)行處理后，控制器分別對四個車輪發(fā)出不同轉(zhuǎn)向信號，使左前輪和右后輪的偏轉(zhuǎn)方向 相同，右前輪和左后輪的偏轉(zhuǎn)方向相同。具體的動作為:兩前輪轉(zhuǎn)向電機(jī)檢測方向的轉(zhuǎn)向信 號，其轉(zhuǎn)向電機(jī)分別驅(qū)動前面兩輪旋轉(zhuǎn)不同角度;兩后輪轉(zhuǎn)向電機(jī)檢測方向的轉(zhuǎn)向信號，其 轉(zhuǎn)向電機(jī)份驅(qū)動后面兩輪旋轉(zhuǎn)不同角度，進(jìn)一步的是，使前輪和后輪符合阿克曼定理，前、 后輪帶動電動車?yán)@圓心旋轉(zhuǎn)實現(xiàn)原地轉(zhuǎn)向模式。
[0069] 當(dāng)進(jìn)行轉(zhuǎn)向時，角位移傳感器采集方向盤轉(zhuǎn)角信息，經(jīng)控制器進(jìn)行處理后，使轉(zhuǎn)向 電機(jī)轉(zhuǎn)過一定角度，帶動轉(zhuǎn)向架、驅(qū)動電機(jī)、傳動系統(tǒng)、懸架系統(tǒng)、制動系統(tǒng)、車輪一起轉(zhuǎn)動， 四個轉(zhuǎn)向電機(jī)同時轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)了四個車輪的獨立轉(zhuǎn)向。
[0070] 作為一種優(yōu)選，四輪驅(qū)動力矩與四輪轉(zhuǎn)角控制分配方法如圖11所示。參考模型根 據(jù)實際車速、駕駛員方向盤轉(zhuǎn)角輸出期望橫擺角速度、期望質(zhì)心側(cè)偏角;直接橫擺力矩控制 器根據(jù)期望橫擺角速度和實際橫擺角速度之差、期望質(zhì)心側(cè)偏角和實際質(zhì)心側(cè)偏角之差計 算出保證汽車穩(wěn)定行駛所需的直接橫擺力矩值;主動轉(zhuǎn)向控制器根據(jù)期望橫擺角速度和實 際橫擺角速度之差、期望質(zhì)心側(cè)偏角和實際質(zhì)心側(cè)偏角之差計算出后輪轉(zhuǎn)角修正值;協(xié)調(diào) 控制器根據(jù)車速和方向盤轉(zhuǎn)角分配直接橫擺力矩、后輪轉(zhuǎn)角修正值的權(quán)重系數(shù);驅(qū)動力分 配器根據(jù)駕駛員期望車速、實際車速計算出目標(biāo)驅(qū)動力矩，根據(jù)直接橫擺力矩值對四輪驅(qū) 動力矩進(jìn)行分配;前輪轉(zhuǎn)角控制器根據(jù)駕駛員方向盤轉(zhuǎn)角輸入計算出目標(biāo)前輪轉(zhuǎn)角；后輪 轉(zhuǎn)角控制器根據(jù)目標(biāo)前輪轉(zhuǎn)角與實際前輪轉(zhuǎn)角之差計算出后輪轉(zhuǎn)角，經(jīng)過后輪修正轉(zhuǎn)角修 正后變?yōu)楹筝喣繕?biāo)轉(zhuǎn)角。該控制方法能夠?qū)崿F(xiàn)對四輪驅(qū)動力矩、四輪轉(zhuǎn)角的合理分配，提高 了四輪獨立驅(qū)動與轉(zhuǎn)向電動汽車的操縱穩(wěn)定性和行駛安全性。
[0071] 選取線性二自由度車輛模型作為參考模型，根據(jù)二自由度模型運動微分方程和路 面約束條件，得到期望橫擺角速度和期望質(zhì)心側(cè)偏角：
[0072] 期望橫擺角速度COrd:
[0074]期望質(zhì)心側(cè)偏角此：
[0076]式中：lu、k2為汽車的前后輪側(cè)偏剛度;a為前軸和質(zhì)心的距離;b為后軸和質(zhì)心的距 離;L為前后輪軸距;u為縱向車速;Sf為前輪轉(zhuǎn)角；Iz為轉(zhuǎn)動慣量;y為路面附著系數(shù);K Y、Kp為 延遲系數(shù);K是穩(wěn)定性因數(shù);m是整車質(zhì)量。
[0077] 直接橫擺力矩控制器根據(jù)期望橫擺角速度和實際橫擺角速度之差、期望質(zhì)心側(cè)偏 角和實際質(zhì)心側(cè)偏角之差計算出保證汽車穩(wěn)定行駛所需的直接橫擺力矩值。橫擺力矩控制 器采用Mamdani模糊規(guī)則原理，采用負(fù)反饋模糊控制策略，反模糊化時采用重法進(jìn)行反模糊 化計算，從而求得模糊控制器輸出變量。模糊控制器輸入變量為理想與實際的質(zhì)心側(cè)偏角 之差、理想與實際橫擺角速度之差，論域為[_1，1]。相應(yīng)的模語言為{正大、正中、正小、零、 負(fù)小、負(fù)中、負(fù)大}，記為{?8、?1^5、2、吧、匪、呢}?？刂破鞯妮敵鲎兞繛楦郊訖M擺力矩隊，輸 出模糊語言為{正大、正中、正小、零、負(fù)小、負(fù)中、負(fù)大}，記為{?8、?1^3、2、吧、匪、他}。如圖 12和13所示:輸入隸屬度函數(shù)采用三角隸屬度函數(shù)。
[0078] 根據(jù)質(zhì)心側(cè)偏角與橫擺角速度對附加橫擺力矩的影響，通過實驗得到模糊規(guī)則 表，如表1所示。表中A 0為質(zhì)心側(cè)偏角偏差，A ?r為橫擺角速度偏差
[0079] 表1模糊規(guī)則表
[0081]主動轉(zhuǎn)向控制器根據(jù)期望橫擺角速度和實際橫擺角速度之差、期望質(zhì)心側(cè)偏角和 實際質(zhì)心側(cè)偏角之差計算出后輪修正轉(zhuǎn)角。主動轉(zhuǎn)向控制器采用模糊控制理論來設(shè)計，采 用Mamdani模糊規(guī)則原理，采用負(fù)反饋模糊控制策略，反模糊化時采用重法進(jìn)行反模糊化計 算，從而求得模糊控制器輸出變量。模糊控制器輸入變量為理想與實際的質(zhì)心側(cè)偏角之差、 理想與實際橫擺角速度之差，論域為[-2.5,2.5]?？刂破鞯妮敵鰹楦郊雍筝嗈D(zhuǎn)角，相應(yīng)的模 糊語言為{負(fù)最大、負(fù)大、負(fù)中、負(fù)小、零、正小、正中、正大、正最大}，記為{NVB、NB、匪、NS、 20、？5、？1^8、？￥8}，如圖14和15所示:輸入變量和輸出變量的隸屬度函數(shù)采用三角隸屬度 函數(shù)。
[0082]根據(jù)質(zhì)心側(cè)偏角與橫擺角速度對主動轉(zhuǎn)向控制的影響，通過實驗得到模糊規(guī)則 表，如表2所示。表中A 0為質(zhì)心側(cè)偏角偏差，A ?r為橫擺角速度偏差。
[0083] 表2模糊控制規(guī)則表
[0085]作為一種優(yōu)選，還可以增加協(xié)調(diào)控制器對直接橫擺力矩和后輪修正轉(zhuǎn)角權(quán)重系數(shù) 進(jìn)行分配，以便使控制的效果更好。通過大量實驗得到不同車速和方向盤轉(zhuǎn)角下二者的權(quán) 重系數(shù)，如圖16、圖17、表3和表4所不。
[0086]表3橫擺力矩控制器權(quán)重系數(shù)表
[0088]表4主動轉(zhuǎn)向控制器權(quán)重系數(shù)表
[0090]驅(qū)動力分配控制器根據(jù)駕駛員期望車速和實際車速計算出所需的目標(biāo)驅(qū)動力矩， 根據(jù)直接橫擺力矩值按照控制目標(biāo)和約束條件進(jìn)行分配。規(guī)定向左的橫擺力矩（AM)為正， 方向盤轉(zhuǎn)角（S)向左為正。根據(jù)直接橫擺力矩、方向盤轉(zhuǎn)角符號和大小進(jìn)行四輪驅(qū)動力分 配，驅(qū)動力分配如表5所示。表中？￡1士 1、？11土1分別為左前輪、右前輪、左后輪和右后輪的驅(qū) 動力，F(xiàn)總的驅(qū)動力矩，B為輪距。
[0091] 表5驅(qū)動力分配規(guī)則表
[0093 ]駕駛員輸出的方向盤轉(zhuǎn)角，由阿克曼前輪轉(zhuǎn)向原理得到車輛前輪轉(zhuǎn)向角。
[0094]阿克曼轉(zhuǎn)角前輪轉(zhuǎn)向的控制公式：
[0097]式中，a為質(zhì)心到前軸的距離，b為質(zhì)心到后軸的距離1為前輪軸距，82為后輪軸 距，L = a+b為軸距，R = K+1/(2*B2)為轉(zhuǎn)向半徑，K為轉(zhuǎn)向中心0點距右后輪的距離，5fr為右前 輪轉(zhuǎn)向角，S為等效前輪轉(zhuǎn)向角，S fr為左前輪轉(zhuǎn)向角。
[0098]基于模糊控制理論設(shè)計后輪轉(zhuǎn)角控制器。模糊控制輸入為兩前輪目標(biāo)轉(zhuǎn)角和實際 轉(zhuǎn)角偏差，輸出為兩個后輪轉(zhuǎn)角。由阿克曼前輪轉(zhuǎn)向控制器得到兩個前輪轉(zhuǎn)角，在此基礎(chǔ)上 由模糊控制器計算得到兩個后輪的轉(zhuǎn)角。采用Mamdani模糊規(guī)則原理，采用負(fù)反饋模糊控制 策略，反模糊化時采用重心法進(jìn)行解模糊化計算，從而求得模糊控制器輸出變量。模糊控制 器的輸入量為左、右前輪目標(biāo)轉(zhuǎn)角與實際轉(zhuǎn)角偏差，設(shè)定量化因子都為1，論域為[_2,2]?？?制器的輸出為車輛后輪轉(zhuǎn)角，相應(yīng)的模糊語言為{負(fù)最大、負(fù)大、負(fù)中、負(fù)小、零、正小、正中、 正大、正最大}，記為{附8、呢、匪、吧、2￡、？3、？1^8、？￥8}，隸屬度函數(shù)采用三角隸屬度函數(shù)， 如圖所示：
[0099]通過大量實驗得到模糊規(guī)則表，如表6所示。
[0100] 表6模糊控制規(guī)則表
[0102] 注：A Sfl為左前輪目標(biāo)轉(zhuǎn)角和實際轉(zhuǎn)角偏差，A 8^為右前輪目標(biāo)轉(zhuǎn)角和實際轉(zhuǎn)角 偏差
[0103] 盡管本發(fā)明的實施方案已公開如上，但其并不僅僅限于說明書和實施方式中所列 運用。它完全可以被適用于各種適合本發(fā)明的領(lǐng)域。對于熟悉本領(lǐng)域的人員而言，可容易地 實現(xiàn)另外的修改。因此在不背離權(quán)利要求及等同范圍所限定的一般概念下，本發(fā)明并不限 于特定的細(xì)節(jié)和這里示出與描述的圖例。
【主權(quán)項】
1. 一種用于四輪獨立驅(qū)動與轉(zhuǎn)向的電動汽車模塊化車輪總成，其特征在于，包括： 車架； 轉(zhuǎn)向電機(jī)，其固定在所述車架上；以及 副車架，其形成容納空間；所述副車架可旋轉(zhuǎn)的支撐在所述車架上;所述轉(zhuǎn)向電機(jī)的輸 出軸連接所述副車架，所述副車架能夠繞輸出軸轉(zhuǎn)動； 驅(qū)動電機(jī)，其固定在所述容納空間內(nèi)，用于驅(qū)動車輪旋轉(zhuǎn)； 立柱，輪轂可旋轉(zhuǎn)的支撐在所述立柱上;所述立柱具有通孔，所述驅(qū)動電機(jī)的輸出軸穿 過所述通孔驅(qū)動車輪； 上懸架擺臂，其兩端通過橡膠襯墊連接在所述容納空間的上端和所述立柱之間； 下懸架擺臂，其兩端通過橡膠襯墊連接在所述容納空間的下端和所述立柱之間。2. 如權(quán)利要求1所述的用于四輪獨立驅(qū)動與轉(zhuǎn)向的電動汽車模塊化車輪總成，其特征 在于，所述容納空間的上端具有向上延伸的凸起支架； 所述車輪總成還包括:彈簧減振器總成，其兩端分別支撐在所述凸起支架和所述懸架 上擺臂之間。3. 如權(quán)利要求1所述的用于四輪獨立驅(qū)動與轉(zhuǎn)向的電動汽車模塊化車輪總成，其特征 在于，還包括:彈簧減振器總成，其兩端分別支撐在所述容納空間上端和所述懸架下擺臂之 間。4. 如權(quán)利要求2或3所述的用于四輪獨立驅(qū)動與轉(zhuǎn)向的電動汽車模塊化車輪總成，其特 征在于，還包括： 制動盤，其固定連接輪轂； 制動鉗，其固定在所述立柱上，能夠在制動時夾緊制動盤。5. 如權(quán)利要求4所述的應(yīng)用于四輪獨立驅(qū)動與轉(zhuǎn)向電動汽車的模塊化車輪總成，其特 征在于，所述轉(zhuǎn)向電機(jī)的輸出軸豎直向下;所述副車架的底部通過轉(zhuǎn)軸可旋轉(zhuǎn)支撐在所述 車架上，所述轉(zhuǎn)軸和所述轉(zhuǎn)向電機(jī)的輸出軸同軸。6. 如權(quán)利要求5所述的用于四輪獨立驅(qū)動與轉(zhuǎn)向的電動汽車模塊化車輪總成，其特征 在于，所述驅(qū)動電機(jī)的輸出軸旋轉(zhuǎn)連接內(nèi)球籠，內(nèi)球籠通過半軸連接輪轂。7. 如權(quán)利要求6所述的用于四輪獨立驅(qū)動與轉(zhuǎn)向的電動汽車模塊化車輪總成，其特征 在于，還包括上法蘭盤和下法蘭盤，所述轉(zhuǎn)向電機(jī)通過上法蘭盤和下法蘭盤固定在車架上。8. 如權(quán)利要求7所述的用于四輪獨立驅(qū)動與轉(zhuǎn)向的電動汽車模塊化車輪總成，其特征 在于，還包括副轉(zhuǎn)向軸，其與所述轉(zhuǎn)向電機(jī)的輸出軸對稱安裝在副車架上下兩側(cè)，所述副轉(zhuǎn) 向軸與轉(zhuǎn)向電機(jī)輸出軸同步轉(zhuǎn)動。9. 一種四輪獨立驅(qū)動與轉(zhuǎn)向的電動汽車的后輪轉(zhuǎn)向控制方法，其特征在于： 通過傳感器檢測前輪的實際轉(zhuǎn)角;根據(jù)阿克曼定理計算前輪的目標(biāo)轉(zhuǎn)角； 將左前輪的所述實際轉(zhuǎn)角和所述目標(biāo)轉(zhuǎn)角的差值和右前輪的所述實際轉(zhuǎn)角和所述目 標(biāo)轉(zhuǎn)角的差值輸入第一模糊控制器； 所述第一模糊控制器輸出后輪的轉(zhuǎn)角； 將期望橫擺角速度和實際橫擺角速度之差、期望質(zhì)心側(cè)偏角和實際質(zhì)心側(cè)偏角之差輸 入第二模糊控制器； 所述第二模糊控制器輸出后輪的修正角度； 根據(jù)所述的后輪的轉(zhuǎn)角和所述后輪的修正角度之和，轉(zhuǎn)向電機(jī)控制后輪轉(zhuǎn)動。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的后輪轉(zhuǎn)向控制方法，其特征在于:還包括:所述后輪的修正角 度根據(jù)車速和方向盤轉(zhuǎn)角的不同進(jìn)行加權(quán)修正。
【文檔編號】B60G3/20GK105882741SQ201610348141
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年5月24日
【發(fā)明人】李剛, 聶亮, 厲蔣, 張興旺, 王月, 李吉山, 孫威, 白鴻飛, 嚴(yán)朝雷, 雷永強(qiáng), 李高超
【申請人】遼寧工業(yè)大學(xué), 杭州伯坦科技工程有限公司