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CN108583678B - 轮毂电机驱动电动汽车的大角度全线控转向系统及其方法 - Google Patents

轮毂电机驱动电动汽车的大角度全线控转向系统及其方法 Download PDF

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CN108583678B CN201810499761.4A CN201810499761A CN108583678B CN 108583678 B CN108583678 B CN 108583678B CN 201810499761 A CN201810499761 A CN 201810499761A CN 108583678 B CN108583678 B CN 108583678B
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Abstract

本发明提供轮毂电机驱动电动汽车的大角度全线控转向系统及其方法，包括执行机构、检测机构、转向模式选择按钮和电子控制单元；执行机构包括T型轴、齿圈、驱动装置、转动机构和电磁离合器；电磁离合器控制转向机构与车架的结合与断开；检测机构检测车轮转过的角度和方向盘转过的角度，并将所检测的信号传输给电子控制单元；转向模式选择按钮与电子控制单元连接；电子控制单元根据接收到的信号计算出车轮的转角，并根据检测机构的信号和转向模式选择按钮选择的转向模式控制驱动装置和电磁离合器的工作。本发明不仅提高转向和行车的安全性，还减少了传统转向因为机械零件传动带来的能量损耗。有效提高城市空间及道路利用率。

Description

轮毂电机驱动电动汽车的大角度全线控转向系统及其方法
技术领域
本发明属于汽车研究领域，具体涉及一种轮毂电机驱动电动汽车的大角度全线控转向系统及其方法。
背景技术
随着经济的快速发展，我国汽车保有量已超出2亿辆，而汽车转弯的半径较大在城市土地资源有限，城市道路修建不完善且成本较高的情况下，造成的石油等不可再生资源日益减少，环境保护的需求越来越迫切和城市道路越来越拥堵停车难、车辆临时转向不便等问题愈发严重，同时因停车难和车辆临时转向不便而引起的多余行驶行为造成的能量浪费在大基数的背景中不可忽视。因此在停车空间越来越小的今天，对车辆转向系统的结构进行改进，减少能源消耗，提高车辆的灵活性和对停车场土地资源及城市道路的利用率就显得十分必要。
申请号为201510080160.6的一种基于轮毂电机的电动汽车全方位全线控转向系统，虽然可以实现四轮胎独立大角度的转向，但是轮胎易于转向拉杆干涉，且转向受到各机械机构的几何限制，难于灵活地进行大角度转向。申请号为201710699258.9的一种多轴轮毂电机驱动车辆后轮线控转向驱动装置及其转向方法虽然可以通过电子控制单元实现后轮的线控转向，但是前轮为机械转向，无法精确的保证转向时的精度，同时转向梯形臂的存在极大程度上限制了车轮转过的角度。
发明内容
本发明的目的是针对上述问题提供一种轮毂电机驱动电动汽车的大角度全线控转向系统及其方法，应用这种转向系统不仅可以满足现有普通转向系统的需求，还能实现原地掉头等多角度零半径转向以及横向行驶泊车，使得城市空间及道路利用率有效提高。
本发明实现其发明目的所采用的技术方案是：一种轮毂电机驱动电动汽车的大角度全线控转向系统，包括执行机构、检测机构、转向模式选择按钮和电子控制单元；
所述执行机构包括T型轴、齿圈、驱动装置、转动机构和电磁离合器；所述T型轴的上端的一侧与车架铰接，另一侧与轮毂电机连接，下端与齿圈连接；所述转动机构包括第三齿轮、轴承和第二齿轮；所述第三齿轮安装在轴承的外圈、且与齿圈啮合，所述轴承的下端依次安装第二齿轮和电磁离合器，所述第二齿轮与驱动装置转动轴上的第一齿轮啮合，驱动装置与车架连接，所述轴承的内圈通过螺母拧紧在加工有螺纹的销钉上；所述电磁离合器控制转动机构与车架的结合与断开；
所述检测机构检测车轮转过的角度和方向盘转过的角度，并将所检测的信号传输给电子控制单元；所述转向模式选择按钮与电子控制单元连接；
当方向盘转角大于预设值b°时，电子控制单元生成常规转向指令，自动进入常规转向模式，否则维持常规直线行驶模式；
当需要车轮转过的角度大于预设的常规转向模式下理论车轮极限转角时，通过转向模式选择按钮选择进入非常规转向模式，电子控制单元控制执行机构的驱动装置和电磁离合器进行转向；
所述电子控制单元根据接收到的方向盘转角信号计算出理论的车轮转角；所述电子控制单元将实际的车轮转角与计算的理论车轮转角相比较，如果实际的车轮转角小于理论的车轮转角，则继续进行转向，直至理论车轮转角与实际的车轮转角相等，转向停止。
上述方案中，所述检测机构包括车轮转角传感器和方向盘转角传感器；
所述车轮转角传感器安装在车轮轮毂上；所述方向盘转角传感器安装在与方向盘相连的转向轴顶端；所述车轮转角传感器用于检测车轮转过的角度；所述方向盘转角传感器用于检测方向盘转过得角度。
上述方案中，所述电子控制单元包括依次连接的输入模块、运算模块、电机控制模块和输出模块；
所述输入模块用于接收检测机构检测的车轮转角和方向盘转角信号；运算模块用于处理输入模块的接收信号，然后根据接收到的信号计算出理论的车轮转角，并将结果发送给电机控制模块，电机控制模块生成指令发送到输出模块，输出模块将指令发送给执行机构的驱动装置和电磁离合器。
上述方案中，所述转向模式包括常规转向模式和非常规转向模式；所述非常规转向模式包括零半径原地掉头、大角度转向和横向泊车模式。
上述方案中，所述驱动装置安装在支撑架上，所述支撑架与车架连接。
上述方案中，所述驱动装置为直线电机；所述直线电机的输出轴带有螺纹，并与第一齿轮通过螺母拧紧连接。
上述方案中，所述T型轴上端的一侧与车架通过销钉连接；所述销钉的上端设有垫圈、并和螺母拧紧；
所述T型轴上端的另一侧与轮毂电机的定子连接，轮毂电机的转子与安装有轮边减速器的轮胎轮毂连接。
上述方案中，所述第三齿轮安装在轴承的上端外圈，所述销钉的下端通过轴承内圈的通孔并与套筒和螺母连接。
一种根据所述轮毂电机驱动电动汽车的大角度全线控转向系统的控制方法，包括以下步骤：
所述检测机构检测车轮转过的角度和方向盘转过的角度，并将所检测的信号传输给电子控制单元；
所述电子控制单元包括依次连接的输入模块、运算模块、电机控制模块和输出模块；
所述输入模块接收检测机构检测的车轮转角和方向盘转角信号，并传送到运算模块；
当方向盘转角传感器检测方向盘转角大于预设值b°时，电机控制模块生成常规转向指令，自动进入常规转向模式，否则维持常规直线行驶模式；
当需要车轮转过的角度大于预设的常规转向模式下理论车轮极限转角时，通过转向模式选择按钮选择进入非常规转向模式：零半径原地掉头、大角度转向或横向泊车模式并发送给电机控制模块，电机控制模块生成零半径原地掉头、大角度转向或横向泊车指令，否则生成常规转向指令自动进入常规转向行驶模式；
运算模块根据接收到的方向盘转角信号和转向模式信号计算出理论的车轮转角，并将结果发送给电机控制模块；
电机控制模块将指令发送到输出模块，输出模块将指令发送给执行机构的驱动装置和电磁离合器进行转向；
所述输入模块实时接收检测机构检测到的车轮转角信号并发送给运算模块，运算模块将实际的车轮转角与计算的理论车轮转角相比较，如果实际的车轮转角小于理论的车轮转角，则继续进行转向，直至理论车轮转角与实际的车轮转角相等，转向停止。
上述方案中，所述运算模块的计算过程包括以下步骤：
当方向盘转过的角度θ′大于预设值b°时，常规转向模式自动开启，根据θ＝θ′·i1，计算出车轮转角θ，其中，θ为车轮转角，θ′为方向盘转过的角度，i1为常规转向模式下的车轮理论极限转角与方向盘理论极限转角的比值；
当需要车轮转过的角度大于车轮理论极限转角时，通过转向模式选择按钮选择零半径原地掉头、大角度转向或横向泊车模式，根据θ＝θ′·i2，计算出车轮转角θ，其中，θ为车轮转角，θ′为方向盘转过的角度，i2＝非常规转向模式下的车轮理论极限转角与方向盘理论极限转角的比值。
上述方案中，所述常规直线驾驶模式时，电子控制单元控制电磁离合器吸合，使得连接车架和轮毂电机的T型轴相对于车架的位置不变，保持汽车的直线行驶方向不变。
上述方案中，在所述常规转向模式时，电子控制单元控制汽车左前和右前的电磁离合器打开，左后和右后的电磁离合器依然吸合，方向盘转角传感器将检测到的方向盘的转角信号发送给电子控制单元，电子控制单元根据信号运算出车轮轮毂需要转动的角度，将要转动的角度命令发送给左前和右前的直线电机。
此时前两个轮毂电机同时针旋转，当电子控制单元的运算模块判断转向完成时，电子控制单元控制直线电机不工作，电磁离合器吸合将转向机构锁死。
在驾驶员完成转向目的，需要车轮回正时，即当方向盘转角传感器将检测到的方向盘的转角信号与之前相反时，电子控制单元控制汽车左前和右前的电磁离合器打开，左后和右后的电磁离合器依然吸合。之后方向盘转角传感器将检测到的方向盘的转角信号发送给电子控制单元，电子控制单元根据信号运算出车轮轮毂需要转动的角度，将要转动的角度命令发送给左前和右前的直线电机，此时前两个轮毂电机不旋转。
上述方案中，在所述大角度转向模式时，同样电子控制单元控制左前和右前的电磁离合器打开，左后和右后的电磁离合器依然吸合，方向盘转角传感器将检测到的方向盘的转角信号发送给电子控制单元，电子控制单元根据信号运算出车轮轮毂需要转动的角度，将要转动的角度命令发送给左前和右前的直线电机，直线电机驱动第一齿轮转动，带动第二齿轮转动，带动第三齿轮转动，带动齿圈转动，进而带T型轴和车轮轮毂绕销钉转动，完成独立转向机构工作，当电子控制单元的运算模块判断转向完成时，电子控制单元控制直线电机不工作，电磁离合器吸合将转向机构锁死。
在驾驶员完成转向目的，需要车轮回正时，即当方向盘转角传感器将检测到的方向盘的转角信号与之前相反时，电子控制单元控制汽车左前和右前的电磁离合器打开，左后和右后的电磁离合器依然吸合。之后方向盘转角传感器将检测到的方向盘的转角信号发送给电子控制单元，电子控制单元根据信号运算出车轮轮毂需要转动的角度，将要转动的角度命令发送给左前和右前的直线电机，此时前两个轮毂电机不旋转。
上述方案中，在所述横向泊车模式时，电子控制单元控制左前、左后、右前和右后的电磁离合器打开，方向盘转到理论极限角度，方向盘转角传感器将检测到的方向盘的转角信号发送给电子控制单元，电子控制单元根据信号运算出车轮需要转动的角度，将要转动的角度命令发送给左前、左后、右前和右后的直线电机，直线电机驱动第一齿轮转动，带动第二齿轮转动，带动第三齿轮转动，带动齿圈转动，进而带T型轴和车轮轮毂绕销钉转动，完成独立转向机构工作，当电子控制单元的运算模块判断转向完成时，电子控制单元控制直线电机不工作，电磁离合器吸合将转向机构锁死。
在驾驶员完成转向目的，需要车轮回正时，即当方向盘转角传感器将检测到的方向盘的转角信号与之前相反时，电子控制单元控制左前、左后、右前和右后的电磁离合器打开。之后方向盘转角传感器将检测到的方向盘的转角信号发送给电子控制单元，电子控制单元根据信号运算出车轮轮毂需要转动的角度，将要转动的角度命令发送给左前和右前的直线电机，此时四个轮毂电机不旋转。
上述方案中，在所述零半径原地掉头模式时，电子控制单元控制左前、左后、右前和右后的电磁离合器打开，方向盘转过合适的角度，方向盘转角传感器将检测到的方向盘的转角信号发送给电子控制单元，电子控制单元根据信号运算出车轮需要转动的角度，将要转动的角度命令发送给左前、左后、右前和右后的直线电机，直线电机驱动第一齿轮转动，带动第二齿轮转动，带动第三齿轮转动，带动齿圈转动，进而带T型轴和车轮轮毂绕销钉转动，完成独立转向机构工作，当电子控制单元的运算模块判断转向完成时，电子控制单元控制直线电机不工作，电磁离合器吸合将转向机构锁死。
在驾驶员完成转向目的，需要车轮回正时，即当方向盘转角传感器将检测到的方向盘的转角信号与之前相反时，电子控制单元控制左前、左后、右前和右后的电磁离合器打开。之后方向盘转角传感器将检测到的方向盘的转角信号发送给电子控制单元，电子控制单元根据信号运算出车轮轮毂需要转动的角度，将要转动的角度命令发送给左前和右前的直线电机，此时四个轮毂电机不旋转。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1.本发明通过大角度全线控转向系统不仅提高了转向和行车的安全性，还减少了传统转向因为机械零件传动带来的能量损耗。
2.本发明在汽车行驶过程中，转向系统可以根据方向盘的转角和驾驶员的意愿切换到不同的模式来控制转向的实现，使得车辆可以根据实际的情况进入相应的驾驶模式，当方向盘转角传感器检测方向盘转角大于某一较小的角度b时，b的具体角度可由驾驶员根据自己的驾驶习惯进行预设，车辆可进入常规转向模式，否则维持常规直线行驶模式；当驾驶员需要车轮转过的角度大于车轮理论极限转角时，由驾驶员开启零半径原地掉头，大角度转向或横向泊车模式，否则维持常规转向行驶模式。可见本发明可以实现各车轮独立转向大角度转向，把传统的转角极限由35°提升到90°，不仅可以满足现有普通转向系统的需求，还能实现原地掉头等多角度零半径转向以及横向行驶泊车，极大的便利了汽车的调头，转向以及停车，使得城市空间及道路利用率有效提高。
附图说明
图1是本发明实施例的主视结构示意图；
图2是本发明中实现独立转向的结构示意图；
图3是本发明中连接电机和车架的结构立体图；
图4是本发明中连接电磁阀和与连接电机和车架结构的齿轮结构立体图；
图5是本发明中控制系统的结构示意图；
图6模式选择流程图。
图中，1-电子控制单元，2-车轮轮毂，3-轮边减速器，4-轮毂电机，5-螺母，6-车架，7- 垫圈，8-带有螺纹的螺栓，9-带有齿圈的T型轴，901-T型轴，902-齿圈，10-螺母，11-套筒， 12-独立设计转动零件，1201-齿轮3，1202-轴承，1203-第二齿轮，13-电磁离合器，14-直线电机支撑架，15-直线电机，16-齿轮1，17-螺母。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明，但本发明的保护范围并不限于此。
图1所示为本发明所述轮毂电机驱动电动汽车的大角度全线控转向系统的一种实施方式，所述轮毂电机驱动电动汽车的大角度全线控转向系统，包括执行机构、检测机构、转向模式选择按钮和电子控制单元1。
如图2、3和4所示，所述执行机构包括T型轴901、齿圈902、驱动装置、转动机构12和电磁离合器13；所述T型轴901的上端的一侧与车架6铰接，另一侧与轮毂电机4连接，下端与齿圈902连接。
所述T型轴901上端的一侧设有销孔、且与车架6通过销钉8连接；所述销钉8的上端设有垫圈7、并和螺母10拧紧；所述T型轴901上端的另一侧与轮毂电机4的定子连接，轮毂电机4的转子与安装有轮边减速器3的轮胎轮毂2连接。
所述驱动装置为直线电机15；所述直线电机15通过铆钉固定安装在支撑架14上，所述支撑架14与车架6连接。所述直线电机15的输出轴带有螺纹，并与第一齿轮16通过螺母17拧紧连接。
所述转动机构12包括第三齿轮1201、轴承1202和第二齿轮1203；所述第三齿轮1201 焊接在轴承1202的上端外圈、且与齿圈902啮合，所述轴承1202的下端依次安装第二齿轮 1203和电磁离合器13，所述第二齿轮1203与第一齿轮16啮合，直线电机15与车架6连接，所述销钉8的下端通过轴承1202内圈的通孔并与套筒11和螺母5连接，将轴承1202固定连接在车架6上，所述螺母10的下端安装套筒11。
所述电磁离合器13可与车架6的伸出轴连接，控制转动机构12与车架6的结合与断开；所述检测机构检测车轮转过的角度和方向盘转过的角度，并将所检测的信号传输给电子控制单元1；所述转向模式选择按钮与电子控制单元1连接；当需要车轮转过的角度大于预设的常规转向模式下理论车轮极限转角时，通过转向模式选择按钮选择进入非常规转向模式，所述转向模式包括常规转向模式和非常规转向模式；所述非常规转向模式包括零半径原地掉头、大角度转向和横向泊车模式。所述电子控制单元1根据接收到的方向盘转角信号计算出理论车轮的转角，所述电子控制单元1将实际的车轮转角与计算的理论车轮转角相比较，如果实际的车轮转角小于理论的车轮转角，则继续进行转向，直至理论车轮转角与实际的车轮转角相等，转向停止。
如图5所示，所述检测机构包括车速传感器和方向盘转角传感器；所述车轮转角传感器安装在车轮轮毂2上；所述方向盘转角传感器安装在与方向盘相连的转向轴顶端；所述车轮转角传感器用于检测车轮转过的角度；所述方向盘转角传感器用于检测方向盘转过得角度。所述检测机构将检测的信号发送到电子控制单元1。所述电子控制单元1包括依次连接的输入模块、运算模块、电机控制模块和输出模块；所述输入模块用于接收检测机构检测的车轮转角和方向盘转角信号；运算模块用于处理输入模块的接收信号，然后根据接收到的信号计算出车轮的转角，并将结果发送给电机控制模块，电机控制模块生成指令发送到输出模块，输出模块将指令发送给执行机构的驱动装置和电磁离合器13。
四个轮毂电机4，四个直线电机15均独立工作，分别与电子控制单元1相连接。
所述的轮胎轮毂2均通过与车架6相连的独立转向机构和其余联动机构配合完成转向运动。
一种根据所述轮毂电机驱动电动汽车的大角度全线控转向系统的控制方法，包括以下步骤：
所述检测机构检测车轮转过的角度和方向盘转过的角度，并将所检测的信号传输给电子控制单元1；
所述电子控制单元1包括依次连接的输入模块、运算模块、电机控制模块和输出模块；
所述输入模块接收检测机构检测的车轮转角和方向盘转角信号，并传送到运算模块；
当方向盘转角传感器检测方向盘转角大于预设值b°时，电机控制模块生成常规转向指令，自动进入常规转向模式，否则维持常规直线行驶模式；
当需要车轮转过的角度大于预设的常规转向模式下理论车轮极限转角时，通过转向模式选择按钮选择进入非常规转向模式：零半径原地掉头、大角度转向或横向泊车模式并发送给电机控制模块，电机控制模块生成零半径原地掉头、大角度转向或横向泊车指令，否则生成常规转向指令自动进入常规转向行驶模式；
运算模块根据接收到的方向盘转角信号和转向模式信号计算出理论的车轮转角，并将结果发送给电机控制模块；
电机控制模块将指令发送到输出模块，输出模块将指令发送给执行机构的驱动装置和电磁离合器13进行转向；
所述输入模块实时接收检测机构检测到的车轮转角信号并发送给运算模块，运算模块将实际的车轮转角与计算的理论车轮转角相比较，如果实际的车轮转角小于理论的车轮转角，则继续进行转向，直至理论车轮转角与实际的车轮转角相等，转向停止。
本实施例中，所述运算模块的计算过程为：
当方向盘转过的角度θ’大于预设值b°时，常规转向模式自动开启，将方向盘转过的角度通过两级传动比为i1＝Z2/Z1；i2＝Z4/Z3的齿轮传动，其中，Z1是与直线电机5输出轴相连的第一齿轮16的齿数；Z2是第二齿轮1203的齿数；Z3是第三齿轮1201的齿数；Z4是齿圈 902的齿数，根据θ＝θ′·i1，计算出车轮转角θ，其中，θ为车轮转角，θ′为方向盘转过的角度，i1为常规转向模式下的车轮理论极限转角与方向盘理论极限转角的比值；本实施例中，该情况下车轮理论极限转角为35°，方向盘理论极限转角为900°，因此i1＝35°/900°，车轮转角θ＝35°/900°*方向盘转过的角度θ′，在此模式中与传统转向类似，但是转角误差在360°/Z4；
当需要车轮转过的角度大于车轮理论极限转角时，通过转向模式选择按钮选择零半径原地掉头、大角度转向或横向泊车模式，根据θ＝θ′·i2，计算出车轮转角θ，其中，θ为车轮转角，θ′为方向盘转过的角度，i2＝非常规转向模式下的车轮理论极限转角与方向盘理论极限转角的比值；本实施例中，该情况下车轮理论极限转角为90°，方向盘理论极限转角为 900°，因此i2＝90°/900°，车轮转角θ＝90°/900°*方向盘转过的角度θ′，在此模式中与传统转向类似，但是转角误差页在360°/Z4。
同时所述的运算模块根据检测到方向盘转角的正负判断出电机需要正转还是反转，转角为正，直线电机15需要正转；转角为负，直线电机15需要反转；车轮的转角根据方向盘转角的大小确定，当车轮转过的角度满足θ＝θ′·i时，判断转向完成。此时，电机控制模块控制直线电机5不工作，输出模块控制电磁离合器13吸合将转向机构锁死。
如图6所示，所述轮毂电机驱动电动汽车的大角度全线控转向系统的控制方法具体步骤为：驾驶员可以根据实际的路况通过转向模式选择按钮选择相应的驾驶模式，包括常规驾驶模式、常规转向模式、零半径原地掉头、大角度转向和横向泊车模式。
所述输入模块接收检测机构检测车轮转角和方向盘转角信号，并传送到运算模块，运算模块根据接收到的信号计算出车轮的转角，并将结果发送给电机控制模块，当方向盘转角传感器检测方向盘转角大于预设值b°时，电机控制模块生成常规转向指令，自动进入常规转向模式，否则维持常规直线行驶模式，当需要的车轮转过的角度大于预设的常规转向模式下理论车轮极限转角35°，通过转向模式选择按钮选择进入非常规转向模式：零半径原地掉头、大角度转向或横向泊车模式并发送给电机控制模块，电机控制模块生成零半径原地掉头、大角度转向或横向泊车指令，否则生成常规转向指令自动进入常规转向行驶模式，电机控制模块将指令发送到输出模块，输出模块将指令发送给执行机构的驱动装置和电磁离合器13。需要注意的是，当驾驶员未手动开启零半径原地掉头，大角度转向或横向泊车模式时，车轮理论极限转角一般超不出35°。
所述常规直线驾驶模式时，电子控制单元1控制电磁离合器13吸合，使得连接车架6和轮毂电机4的T型轴901相对于车架6的位置不变，保持汽车的直线行驶方向不变。当方向盘转角传感器检测到方向盘的转角在+b°到-b°之间时，本实施例中，+b°到-b°为+3°到-3°，电子控制单元1认为是路面的微小障碍或者其余原因使得方向盘进行了小角度的偏移，不对电磁离合器13实行打开命令，此时连接车架6和轮毂电机4的T型轴901相对于车架6的位置依然不变来保持汽车的直线行驶方向，当方向盘转角传感器检测到方向盘的转角超出+3°时，开启常规转向模式。
在所述常规转向模式时，电子控制单元1控制汽车左前和右前的电磁离合器13打开，左后和右后的电磁离合器13依然吸合，方向盘转角传感器将检测到的方向盘的转角信号发送给电子控制单元1，电子控制单元1根据信号运算出车轮轮毂2需要转动的角度，将要转动的角度命令发送给左前和右前的直线电机15，直线电机15驱动第一齿轮16转动，带动第二齿轮1203转动，带动第三齿轮1201转动，带动齿圈902转动，进而带T型轴901和车轮轮毂 2绕销钉8转动，完成独立转向机构工作；此时左前和右前两个轮毂电机4同时针旋转，当电子控制单元1的运算模块判断转向完成时，电子控制单元1控制直线电机15不工作，电磁离合器13吸合将转向机构锁死。
在驾驶员完成转向目的，需要车轮回正时，即当方向盘转角传感器将检测到的方向盘的转角信号与之前相反时，电子控制单元控制汽车左前和右前的电磁离合器打开，左后和右后的电磁离合器依然吸合。之后方向盘转角传感器将检测到的方向盘的转角信号发送给电子控制单元，电子控制单元根据信号运算出车轮轮毂需要转动的角度，将要转动的角度命令发送给左前和右前的直线电机，此时前两个轮毂电机不旋转。
设置在常规转向模式下车轮转角传感器检测到车轮的转角在+35°到-35°之间工作，超出角度范围，需要驾驶员自己选择其他模式，否则最大角度不可超出上述限定；当驾驶员需要车轮的转角超出35°时，开启大角度转向模式、零半径原地掉头或者横向泊车模式，由驾驶员自己选择。
在所述大角度转向模式时，同样电子控制单元1控制左前和右前的电磁离合器13打开，左后和右后的电磁离合器13依然吸合，方向盘转角传感器将检测到的方向盘的转角信号发送给电子控制单元1，电子控制单元1根据信号运算出车轮轮毂2需要转动的角度，将要转动的角度命令发送给左前和右前 的直线电机15，直线电机15驱动第一齿轮16转动，带动第二齿轮1203转动，带动第三齿轮1201转动，带动齿圈902转动，进而带T型轴901和车轮轮毂2绕销钉8转动，完成独立转向机构工作，当电子控制单元1的运算模块判断转向完成时，电子控制单元1控制直线电机15不工作，电磁离合器13吸合将转向机构锁死。此时左前和右前两个前轮毂电机4同时针旋转设置。在驾驶员完成转向目的，需要车轮回正时，即当方向盘转角传感器将检测到的方向盘的转角信号与之前相反时，电子控制单元控制汽车左前和右前的电磁离合器打开，左后和右后的电磁离合器依然吸合。之后方向盘转角传感器将检测到的方向盘的转角信号发送给电子控制单元，电子控制单元根据信号运算出车轮轮毂需要转动的角度，将要转动的角度命令发送给左前和右前的直线电机，此时前两个轮毂电机不旋转。
在此模式下车轮转角传感器检测到车轮的转角在－90°到+90°之间工作，不需要在此大角度范围时，电子控制单元1控制将提醒驾驶员切换模式；当需要四轮同时转向时，需要切换到零半径原地掉头和横向泊车模式。
在所述横向泊车模式时，电子控制单元1控制左前、左后、右前和右后的电磁离合器13 打开，方向盘转到+900°或－900°的理论极限角度，方向盘转角传感器将检测到的方向盘的转角信号发送给电子控制单元1，电子控制单元1根据信号运算出车轮需要转动的角度，将要转动的角度命令发送给左前、左后、右前和右后的直线电机15，直线电机15驱动第一齿轮16转动，带动第二齿轮1203转动，带动第三齿轮1201转动，带动齿圈902转动，进而带T型轴901和车轮轮毂2绕销钉8转动，完成独立转向机构工作，当电子控制单元1的运算模块判断转向完成时，电子控制单元1控制直线电机15不工作，电磁离合器13吸合将转向机构锁死。此时四个轮毂电机4同时针旋转。
在驾驶员完成转向目的，需要车轮回正时，即当方向盘转角传感器将检测到的方向盘的转角信号与之前相反时，电子控制单元控制左前、左后、右前和右后的电磁离合器打开。之后方向盘转角传感器将检测到的方向盘的转角信号发送给电子控制单元，电子控制单元根据信号运算出车轮轮毂需要转动的角度，将要转动的角度命令发送给左前和右前的直线电机，此时四个轮毂电机不旋转
在所述零半径原地掉头模式时，电子控制单元1控制左前、左后、右前和右后的电磁离合器13打开，方向盘转过合适的角度，方向盘转角传感器将检测到的方向盘的转角信号发送给电子控制单元1，电子控制单元1根据信号运算出车轮需要转动的角度，将要转动的角度命令发送给左前、左后、右前和右后的直线电机15，直线电机15驱动第一齿轮16转动，带动第二齿轮1203转动，带动第三齿轮1201转动，带动齿圈902转动，进而带T型轴901和车轮轮毂2绕销钉8转动，完成独立转向机构工作，当电子控制单元1的运算模块判断转向完成时，电子控制单元1控制直线电机15不工作，电磁离合器13吸合将转向机构锁死。此时两个前轮毂电机4同时针旋转，两个后轮毂电机4同时针旋转但与前轮毂电机4时针相反。
在驾驶员完成转向目的，需要车轮回正时，即当方向盘转角传感器将检测到的方向盘的转角信号与之前相反时，电子控制单元控制左前、左后、右前和右后的电磁离合器打开。之后方向盘转角传感器将检测到的方向盘的转角信号发送给电子控制单元，电子控制单元根据信号运算出车轮轮毂需要转动的角度，将要转动的角度命令发送给左前和右前的直线电机，此时四个轮毂电机不旋转
应当理解，虽然本说明书是按照各个实施例描述的，但并非每个实施例仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施例的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施例或变更均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.轮毂电机驱动电动汽车的大角度全线控转向系统，其特征在于，包括执行机构、检测机构、转向模式选择按钮和电子控制单元(1)；
所述执行机构包括T型轴(901)、齿圈(902)、驱动装置、转动机构(12)和电磁离合器(13)；所述T型轴(901)的上端的一侧与车架(6)铰接，另一侧与轮毂电机(4)连接，下端与齿圈(902)连接；所述转动机构(12)包括第三齿轮(1201)、轴承(1202)和第二齿轮(1203)；所述第三齿轮(1201)安装在轴承(1202)的上端外圈、且与齿圈(902)啮合，所述轴承(1202)的下端依次安装第二齿轮(1203)和电磁离合器(13)，所述第二齿轮(1203)与驱动装置转动轴上的第一齿轮(16)啮合，驱动装置与车架(6)连接，所述轴承(1202)的上端与车架(6)连接，所述电磁离合器(13)控制转动机构(12)的末端与车架(6)的结合与断开；所述驱动装置为直线电机(15)；
转向模式选择按钮用于选择转向模式，所述转向模式包括常规转向模式和非常规转向模式；所述非常规转向模式包括零半径原地掉头、大角度转向和横向泊车模式；
所述检测机构包括车轮转角传感器和方向盘转角传感器；所述车轮转角传感器安装在车轮轮毂(2)上；所述方向盘转角传感器安装在与方向盘相连的转向轴顶端；所述车轮转角传感器用于检测车轮转过的角度；所述方向盘转角传感器用于检测方向盘转过得角度；所述检测机构检测车轮转过的角度和方向盘转过的角度，并将所检测的信号传输给电子控制单元(1)；
当方向盘转角大于预设值b°时，电子控制单元(1)生成常规转向指令，自动进入常规转向模式，否则维持常规直线行驶模式；进入常规转向模式时，将方向盘转过的角度通过两级传动比为i1＝Z2/Z1；i2＝Z4/Z3的齿轮传动，其中，Z1是与直线电机(5)输出轴相连的第一齿轮(16)的齿数；Z2是第二齿轮(1203)的齿数；Z3是第三齿轮(1201)的齿数；Z4是齿圈(902)的齿数，根据θ＝θ′·i1，计算出车轮转角θ，其中，θ为车轮转角，θ′为方向盘转过的角度，i1为常规转向模式下的车轮理论极限转角与方向盘理论极限转角的比值；该情况下车轮理论极限转角为35°，方向盘理论极限转角为900°，因此i1＝35°/900°，车轮转角θ＝35°/900°*方向盘转过的角度θ′，转角误差在360°/Z4；
当需要车轮转过的角度大于预设的常规转向模式下理论车轮极限转角时，通过转向模式选择按钮选择进入非常规转向模式，根据θ＝θ′·i2，计算出车轮转角θ，其中，θ为车轮转角，θ′为方向盘转过的角度，i2＝非常规转向模式下的车轮理论极限转角与方向盘理论极限转角的比值；该情况下车轮理论极限转角为90°，方向盘理论极限转角为900°，因此i2＝90°/900°，车轮转角θ＝90°/900°*方向盘转过的角度θ′，转角误差在360°/Z4；电子控制单元(1)控制执行机构的驱动装置和电磁离合器(13)进行转向；
所述电子控制单元(1)包括依次连接的输入模块、运算模块、电机控制模块和输出模块；
所述输入模块用于接收检测机构检测的车轮转角和方向盘转角信号；运算模块用于处理输入模块的接收信号，然后根据接收到的方向盘转角信号计算出理论的车轮转角，并将结果发送给电机控制模块，电机控制模块生成指令发送到输出模块，输出模块将指令发送给执行机构的驱动装置和电磁离合器(13)；
所述电子控制单元(1)根据接收到的方向盘转角信号计算出理论的车轮转角；所述电子控制单元(1)将实际的车轮转角与计算的理论车轮转角相比较，如果实际的车轮转角小于理论的车轮转角，则继续进行转向，直至理论车轮转角与实际的车轮转角相等，转向停止。
2.根据权利要求1所述的轮毂电机驱动电动汽车的大角度全线控转向系统，其特征在于，所述驱动装置安装在支撑架(14)上，所述支撑架(14)与车架(6)连接。
3.根据权利要求1所述的轮毂电机驱动电动汽车的大角度全线控转向系统，其特征在于，所述直线电机(15)的输出轴带有螺纹，并与第一齿轮(16)通过螺母(17)拧紧连接。
4.根据权利要求1所述的轮毂电机驱动电动汽车的大角度全线控转向系统，其特征在于，所述T型轴(901)上端的一侧与车架(6)通过销钉(8)连接；所述销钉(8)的上端设有垫圈(7)、并和螺母拧紧；
所述T型轴(901)上端的另一侧与轮毂电机(4)的定子连接，轮毂电机(4)的转子与安装有轮边减速器(3)的轮胎轮毂(2)连接。
5.根据权利要求4所述的轮毂电机驱动电动汽车的大角度全线控转向系统，其特征在于，所述第三齿轮(1201)安装在轴承(1202)的上端外圈，所述销钉(8)的下端通过轴承(1202)内圈的通孔并与套筒(11)和螺母(5)连接。
6.一种根据权利要求1所述轮毂电机驱动电动汽车的大角度全线控转向系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
所述检测机构检测车轮转过的角度和方向盘转过的角度，并将所检测的信号传输给电子控制单元(1)；
所述电子控制单元(1)包括依次连接的输入模块、运算模块、电机控制模块和输出模块；
所述输入模块接收检测机构检测的车轮转角和方向盘转角信号，并传送到运算模块；
当方向盘转角传感器检测方向盘转角大于预设值b°时，电机控制模块生成常规转向指令，自动进入常规转向模式，否则维持常规直线行驶模式；
当需要车轮转过的角度大于预设的常规转向模式下理论车轮极限转角时，通过转向模式选择按钮选择进入非常规转向模式：零半径原地掉头、大角度转向或横向泊车模式并发送给电机控制模块，电机控制模块生成零半径原地掉头、大角度转向或横向泊车指令，否则生成常规转向指令自动进入常规转向行驶模式；
运算模块根据接收到的方向盘转角信号和转向模式信号计算出理论的车轮转角，并将结果发送给电机控制模块：所述运算模块的计算过程包括以下步骤：
当方向盘转过的角度θ′大于预设值b°时，常规转向模式自动开启，将方向盘转过的角度通过两级传动比为i1＝Z2/Z1；i2＝Z4/Z3的齿轮传动，其中，Z1是与直线电机5输出轴相连的第一齿轮16的齿数；Z2是第二齿轮1203的齿数；Z3是第三齿轮1201的齿数；Z4是齿圈902的齿数，根据θ＝θ′·i1，计算出车轮转角θ，其中，θ为车轮转角，θ′为方向盘转过的角度，i1为常规转向模式下的车轮理论极限转角与方向盘理论极限转角的比值；该情况下车轮理论极限转角为35°，方向盘理论极限转角为900°，因此i1＝35°/900°，车轮转角θ＝35°/900°*方向盘转过的角度θ′，转角误差在360°/Z4；
当需要车轮转过的角度大于车轮理论极限转角时，通过转向模式选择按钮选择零半径原地掉头、大角度转向或横向泊车模式，根据θ＝θ′·i2，计算出车轮转角θ，其中，θ为车轮转角，θ′为方向盘转过的角度，i2＝非常规转向模式下的车轮理论极限转角与方向盘理论极限转角的比值；该情况下车轮理论极限转角为90°，方向盘理论极限转角为900°，因此i2＝90°/900°，车轮转角θ＝90°/900°*方向盘转过的角度θ′，转角误差在360°/Z4；电机控制模块将指令发送到输出模块，输出模块将指令发送给执行机构的驱动装置和电磁离合器(13)进行转向；
所述输入模块实时接收检测机构检测到的车轮转角信号并发送给运算模块，运算模块将实际的车轮转角与计算的理论车轮转角相比较，如果实际的车轮转角小于理论的车轮转角，则继续进行转向，直至理论车轮转角与实际的车轮转角相等，转向停止。
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