專利名稱：輪式機(jī)動(dòng)車數(shù)字控制轉(zhuǎn)向的方法及系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種汽車，尤其是一種兩輪驅(qū)動(dòng)式輪式機(jī)動(dòng)車如小轎車、貨 車、工程車、軍用車等，具體地說是一種數(shù)字控制車輛轉(zhuǎn)向的方法及系統(tǒng)(艮口
Digital Turnning System, DTS)。
背景技術(shù)：
眾所周知，汽車高速行駛時(shí)突然轉(zhuǎn)彎或突然變道，極易產(chǎn)生側(cè)滑、甩尾 現(xiàn)象，這一直是汽車行業(yè)中的難題。為了解決側(cè)滑問題，目前在汽車行業(yè)中 研究最多的是四輪轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)。汽車的四輪轉(zhuǎn)向(4WS)是指汽車在轉(zhuǎn)向時(shí)， 后輪可與前輪一起同時(shí)轉(zhuǎn)向，使汽車的四個(gè)車輪都能起到轉(zhuǎn)向的作用，以改 善汽車的轉(zhuǎn)向機(jī)動(dòng)性、操作穩(wěn)定性和行駛安全性。
目前，典型4WS汽車的后輪偏轉(zhuǎn)規(guī)律分為兩種(l)逆相位轉(zhuǎn)向在低
速行駛或者方向盤轉(zhuǎn)角較大時(shí)，前、后輪實(shí)現(xiàn)逆相位轉(zhuǎn)向(后輪最大轉(zhuǎn)向角
一般為5。左右)。這種轉(zhuǎn)向方式可改善汽車低速時(shí)的操縱輕便性，減小汽車的 轉(zhuǎn)彎半徑，提高汽車的機(jī)動(dòng)靈活性。(2)同相位轉(zhuǎn)向在中、高速行駛或方
向盤轉(zhuǎn)角較小時(shí)，前后輪實(shí)現(xiàn)同相位轉(zhuǎn)向(后輪最大轉(zhuǎn)角一般為1°左右)。使 汽車車身的橫擺角速度大大減小，可減小汽車車身發(fā)生動(dòng)態(tài)側(cè)偏的傾向，保 證汽車在高速超車、進(jìn)出高速公路時(shí)，處于不足轉(zhuǎn)向狀態(tài)以避免側(cè)滑。
這種四輪轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的不足之處在于(l)低速轉(zhuǎn)向時(shí)，汽車尾部容易碰到 障礙物；(2)實(shí)現(xiàn)理想控制的技術(shù)難度大；(3)轉(zhuǎn)向結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高；(4) 轉(zhuǎn)向過程中，阿克曼定理難保證，難以實(shí)現(xiàn)純滾動(dòng)。
據(jù)申請(qǐng)人所知目前已經(jīng)有多項(xiàng)四輪轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的專利申請(qǐng)，也有很多論文 計(jì)算證明該方案可以使側(cè)偏角等于零，因此就不會(huì)產(chǎn)生側(cè)滑現(xiàn)象。但仔細(xì)分 析可以發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有的前輪轉(zhuǎn)向機(jī)動(dòng)車的轉(zhuǎn)向是一個(gè)二維動(dòng)作，它由一個(gè)質(zhì)點(diǎn) 的準(zhǔn)圓周運(yùn)動(dòng)和一個(gè)車體繞垂直軸的轉(zhuǎn)動(dòng)組合而成。過程是這樣的前輪偏轉(zhuǎn)一由偏轉(zhuǎn)而造成的摩擦力的分力給前輪一個(gè)橫向的轉(zhuǎn)動(dòng)力—后輪即刻產(chǎn)生 一個(gè)反方向的摩擦力與前輪的力一起構(gòu)成車體轉(zhuǎn)向的力矩使車體產(chǎn)生轉(zhuǎn)向加 速度—車體轉(zhuǎn)向—由車體運(yùn)動(dòng)方向的改變而產(chǎn)生的慣性離心力在前后輪上都 造成一個(gè)橫向的摩擦力，這就是車體作準(zhǔn)圓周運(yùn)動(dòng)的向心力—車體作準(zhǔn)圓周 運(yùn)動(dòng)。
從這個(gè)過程可以看到兩個(gè)問題
其一車體繞垂直軸的轉(zhuǎn)動(dòng)是一個(gè)慣性過程，勢(shì)必產(chǎn)生過轉(zhuǎn)動(dòng)?？朔^ 轉(zhuǎn)動(dòng)的過程描述與上述過程描述相似，所以整個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)過程一定是一個(gè)振蕩過 程， 一直持續(xù)到轉(zhuǎn)彎過程結(jié)束。
其二車體繞垂直軸的轉(zhuǎn)動(dòng)所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩在前后輪上的力的方向與 車體作準(zhǔn)圓周運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的離心力的方向都是橫向的，在振蕩過程中不斷產(chǎn) 生疊加，當(dāng)疊加起來的力超過輪胎所能承受的靜摩擦力時(shí)，側(cè)滑現(xiàn)象就發(fā)生 了。
此外，在履帶式車輛如坦克、履帶式拖拉機(jī)、工程機(jī)械上也有利用轉(zhuǎn)向 行星輪系實(shí)現(xiàn)差速轉(zhuǎn)向的。該差速轉(zhuǎn)向以行星齒輪系提供車輛兩側(cè)履帶驅(qū)動(dòng) 輪不同的轉(zhuǎn)速,以達(dá)成兩側(cè)履帶產(chǎn)生差速轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)。但據(jù)申請(qǐng)人所知，由于輪 式機(jī)動(dòng)車固有的特點(diǎn)，目前尚未見到將轉(zhuǎn)向行星輪系用于差速轉(zhuǎn)向，實(shí)現(xiàn)越 野功能的報(bào)道，其主要原因是在轉(zhuǎn)向時(shí)輪胎與地面之間必定產(chǎn)生橫向滑動(dòng)， 而且轉(zhuǎn)彎半徑越小，橫向滑動(dòng)越明顯，車速越快，橫向滑動(dòng)越容易引發(fā)側(cè)滑
現(xiàn)象，由此帶來很多明顯的有些甚至是嚴(yán)重的弊端。
因此，如何簡(jiǎn)化轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)，使二輪驅(qū)動(dòng)式輪式機(jī)動(dòng)車具有越野功能是汽 車行業(yè)長(zhǎng)期未能得到解決的問題。為此，設(shè)計(jì)一種結(jié)合轉(zhuǎn)向行星輪系實(shí)現(xiàn)差
速轉(zhuǎn)向的新型轉(zhuǎn)向越野方法及自適應(yīng)系統(tǒng)是目前迫切需要解決的難題，也是 今后汽車發(fā)展的方向。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有普通汽車轉(zhuǎn)向中存在的易側(cè)滑、甩尾，越野車 的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)復(fù)雜，成本高的問題，發(fā)明一種利用轉(zhuǎn)向行星輪系統(tǒng)使左右 驅(qū)動(dòng)輪產(chǎn)生速差實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向和越野功能并徹底消除側(cè)滑現(xiàn)象的通過改變轉(zhuǎn)向方
5式數(shù)字控制車輛轉(zhuǎn)向的方法及裝置。 本發(fā)明的技術(shù)方案是
一種輪式機(jī)動(dòng)車數(shù)字控制轉(zhuǎn)向的方法，其特征是它包括以下步驟 第一步,采集方向盤轉(zhuǎn)角和車速數(shù)字信號(hào)并送至數(shù)控裝置(包括計(jì)算機(jī)、 單片機(jī)等)中；
第二步，由數(shù)控裝置根據(jù)所得的車速和轉(zhuǎn)角值及車體參數(shù)計(jì)算出左右主 動(dòng)輪所需的速差；
第三步，數(shù)控裝置根據(jù)計(jì)算所得的速差計(jì)算出數(shù)控轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)器的轉(zhuǎn)速； 第四步，數(shù)控轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)器以所得的轉(zhuǎn)速驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向行星輪系動(dòng)作； 第五步，轉(zhuǎn)向行星輪系將所得的轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)與行進(jìn)驅(qū)動(dòng)合并,并通過輸出軸
分配給左右驅(qū)動(dòng)輪,使左右驅(qū)動(dòng)輪對(duì)稱地一個(gè)加速,一個(gè)減速，從而實(shí)現(xiàn)無側(cè)滑
轉(zhuǎn)向，在左右車輪實(shí)現(xiàn)差速轉(zhuǎn)向的同時(shí)，偏轉(zhuǎn)輪偏轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)延時(shí)帶動(dòng)偏轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)動(dòng)
到與偏轉(zhuǎn)輪前進(jìn)方向相一致的角度，實(shí)現(xiàn)偏轉(zhuǎn)輪的純滾動(dòng)；
第六步，如果車速值或轉(zhuǎn)角值發(fā)生變化，則重復(fù)第一步 第五步，直至
停車為止。
所述的前輪偏轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)延時(shí)是通過在方向盤與前輪偏轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)之間安裝彈性 環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)的。
所述的轉(zhuǎn)向行星輪系具有2個(gè)自由度、2個(gè)輸入軸、2個(gè)輸出軸，它能將 轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)與行進(jìn)驅(qū)動(dòng)合成并通過輸出軸分配給左右驅(qū)動(dòng)車輪；當(dāng)數(shù)控轉(zhuǎn)向驅(qū) 動(dòng)器不動(dòng)時(shí)，前進(jìn)驅(qū)動(dòng)輸入使左右驅(qū)動(dòng)車輪同速同向轉(zhuǎn)動(dòng)，車體直線前進(jìn)； 轉(zhuǎn)向時(shí)，數(shù)控轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)器通過行星輪系與前進(jìn)驅(qū)動(dòng)合成，使左右驅(qū)動(dòng)車輪對(duì) 稱地一個(gè)加速， 一個(gè)減速，車體由此轉(zhuǎn)向；數(shù)控轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)器正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)即可使 車體左轉(zhuǎn)右轉(zhuǎn)；數(shù)控轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)器轉(zhuǎn)快轉(zhuǎn)慢即可改變車體轉(zhuǎn)向快慢，數(shù)控轉(zhuǎn)向 驅(qū)動(dòng)器以計(jì)算所得的速度轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)間的長(zhǎng)短決定轉(zhuǎn)向角度的大小，時(shí)間的長(zhǎng)短 由方向盤轉(zhuǎn)向的時(shí)間和車速保持時(shí)間確定，如果方向盤轉(zhuǎn)角變化或車速變化 時(shí)自動(dòng)重新計(jì)算新的數(shù)控轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)器的轉(zhuǎn)速。
與上述方法相適應(yīng)的裝置為
一種輪式機(jī)動(dòng)車數(shù)字控制轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，包括作為機(jī)動(dòng)車前進(jìn)動(dòng)力源的發(fā)動(dòng)機(jī)與變速箱7、控制左右車輪同步轉(zhuǎn)動(dòng)的偏轉(zhuǎn)輪偏轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)3和方向盤6，其特
征是所述的方向盤6上安裝有轉(zhuǎn)角數(shù)字傳感器5，在主動(dòng)車輪上安裝有速度 傳感器8，轉(zhuǎn)角數(shù)字傳感器5和速度傳感器8的輸出均與車載數(shù)控裝置9相 連，車載數(shù)控裝置9的輸出之一與轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)器1的輸入相連，轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)器1 的輸出與轉(zhuǎn)向行星輪系2的一個(gè)輸入軸相連，轉(zhuǎn)向行星輪系2的另一個(gè)輸入 軸與發(fā)動(dòng)機(jī)與變速箱7的輸出軸相連，轉(zhuǎn)向行星輪系2的兩個(gè)輸出軸分別與 左右車輪相連；方向盤6通過一起延時(shí)作用的彈性環(huán)節(jié)4與前輪偏轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)3 相連，前輪偏轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)3分別與左右車輪相連。
所述的轉(zhuǎn)向行星輪系2可采用具有2個(gè)自由度、2個(gè)輸入軸、2個(gè)輸出軸 的行星輪系，它能將轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)與行進(jìn)驅(qū)動(dòng)合成并通過輸出軸分配給左右驅(qū)動(dòng) 車輪；當(dāng)轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)器l不動(dòng)作時(shí)，由發(fā)動(dòng)機(jī)與變速箱7送來的前進(jìn)驅(qū)動(dòng)輸入 使左右車輪同速同向轉(zhuǎn)動(dòng)，車體直線前進(jìn)；轉(zhuǎn)向時(shí)，由轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)器l送來的 轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)通過轉(zhuǎn)向行星輪系2與由發(fā)動(dòng)機(jī)與變速箱7送來的前進(jìn)驅(qū)動(dòng)合成， 使左右車輪對(duì)稱地一個(gè)加速， 一個(gè)減速，車體實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向；轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)器l的正 轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)即可使車體左轉(zhuǎn)右轉(zhuǎn)；轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)器1轉(zhuǎn)多轉(zhuǎn)少即可改變車體轉(zhuǎn)向角度 的大??；轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)器1轉(zhuǎn)快轉(zhuǎn)慢即可改變車體轉(zhuǎn)向快慢。
轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)器1為數(shù)控驅(qū)動(dòng)器，轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)器1由數(shù)控裝置9控制，它用于 在轉(zhuǎn)彎時(shí)驅(qū)使左右驅(qū)動(dòng)輪形成轉(zhuǎn)速差，使得左右輪的前后向的驅(qū)動(dòng)力差或阻 力差構(gòu)成車體繞Z軸轉(zhuǎn)動(dòng)的動(dòng)力矩。
本發(fā)明的有益效果
1、 本發(fā)明首先提出了一種新的轉(zhuǎn)向的解決方案，其原理是使車體轉(zhuǎn)向 (包括振蕩過程)所需的摩擦力由左右輪速差產(chǎn)生，它是縱向的，與離心力
的方向是垂直的。相互垂直的力的疊加作用要小得多，產(chǎn)生側(cè)滑現(xiàn)象的可能 性也就小得多。
2、 本發(fā)明首先將轉(zhuǎn)向行星輪系引用到輪式機(jī)動(dòng)車中，本發(fā)明在使用轉(zhuǎn)向 行星輪系作為轉(zhuǎn)向動(dòng)力的基礎(chǔ)上，令偏轉(zhuǎn)輪作稍許滯后的隨動(dòng)偏轉(zhuǎn)；同時(shí)轉(zhuǎn) 向行星輪系的轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)器必須是由數(shù)控裝置控制的數(shù)控驅(qū)動(dòng)器(如開環(huán)或閉 環(huán)數(shù)控電機(jī)或數(shù)控液壓馬達(dá))，以精確保證在各種車速條件下行星輪系所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)彎半徑與偏轉(zhuǎn)輪偏轉(zhuǎn)量相一致。
3、 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比所增加的成本不多，卻避免了使用轉(zhuǎn)向行星輪 系轉(zhuǎn)向的弊端，獲得了使用轉(zhuǎn)向行星輪系轉(zhuǎn)向的兩大主要優(yōu)點(diǎn)(l)減小高速 轉(zhuǎn)彎側(cè)滑幾率，大大提高了汽車高速轉(zhuǎn)向時(shí)的操縱穩(wěn)定性;(2)實(shí)現(xiàn)兩輪驅(qū)動(dòng)的 準(zhǔn)越野功能，即當(dāng)?shù)孛鏍顩r使一側(cè)驅(qū)動(dòng)輪打滑時(shí)，另一側(cè)驅(qū)動(dòng)輪仍能以正常 的轉(zhuǎn)速驅(qū)動(dòng)車輛。
4、 本發(fā)明的2輪驅(qū)動(dòng)就具有越野功能且能有效減小高速轉(zhuǎn)彎側(cè)滑幾率的
輪式機(jī)動(dòng)車新型轉(zhuǎn)向系統(tǒng)可應(yīng)用于兩前輪驅(qū)動(dòng)或兩后輪驅(qū)動(dòng)的輪式機(jī)動(dòng)車。
5、 本發(fā)明的驅(qū)動(dòng)輪(前輪或后輪)的一組兩個(gè)車輪必須由任一種轉(zhuǎn)向行
星輪系構(gòu)成，轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)器是數(shù)控驅(qū)動(dòng)器(如開環(huán)或閉環(huán)數(shù)控電機(jī)或數(shù)控液壓 馬達(dá))并由數(shù)控裝置控制，在轉(zhuǎn)彎時(shí)驅(qū)使左右驅(qū)動(dòng)輪形成轉(zhuǎn)速差，使得左右
輪的前后向的驅(qū)動(dòng)力差或阻力差構(gòu)成車體繞z軸轉(zhuǎn)動(dòng)的動(dòng)力矩。當(dāng)驅(qū)動(dòng)輪使
用了轉(zhuǎn)向行星輪系時(shí)，即使是兩輪驅(qū)動(dòng)機(jī)動(dòng)車也具有類似的越野功能，即一 側(cè)驅(qū)動(dòng)輪打滑不影響另一側(cè)驅(qū)動(dòng)輪工作。
6、 本發(fā)明的偏轉(zhuǎn)輪偏轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)可以采用傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)，但它必須稍許滯后，其 作用是使偏轉(zhuǎn)車輪作純滾動(dòng)，而不產(chǎn)生橫向的轉(zhuǎn)向力。即偏轉(zhuǎn)輪偏轉(zhuǎn)只起到 隨動(dòng)作用，而不起轉(zhuǎn)向作用。
7、 本發(fā)明的方向盤第一時(shí)間控制一個(gè)數(shù)字傳感器，將轉(zhuǎn)向信號(hào)送給數(shù)控 裝置，數(shù)控裝置根據(jù)轉(zhuǎn)向信號(hào)和實(shí)測(cè)車體當(dāng)時(shí)的行駛速度進(jìn)行計(jì)算，并根據(jù) 計(jì)算結(jié)果驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)器按特征1所述實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向，所造成的轉(zhuǎn)彎半徑應(yīng)與偏 轉(zhuǎn)輪偏轉(zhuǎn)量精確一致，方向盤與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的偏轉(zhuǎn)輪偏轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)之間加入了一個(gè) 彈性環(huán)節(jié)以實(shí)現(xiàn)所要求的偏轉(zhuǎn)輪偏轉(zhuǎn)稍許滯后。
8、 本發(fā)明創(chuàng)造性將轉(zhuǎn)向行星輪系的驅(qū)動(dòng)由傳統(tǒng)的被動(dòng)實(shí)現(xiàn)差速變?yōu)橹鲃?dòng) 實(shí)現(xiàn)差速驅(qū)動(dòng)，同時(shí)將傳感器及數(shù)控裝置技術(shù)與驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向行量輪系的轉(zhuǎn)向驅(qū) 動(dòng)器相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了自適應(yīng)控制，解決了二輪驅(qū)動(dòng)輪式機(jī)動(dòng)車長(zhǎng)期無法解決 的轉(zhuǎn)向越野難題。


圖1是本發(fā)明的驅(qū)動(dòng)及轉(zhuǎn)向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)布局示意圖之一。圖2是本發(fā)明的驅(qū)動(dòng)及轉(zhuǎn)向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)布局示意圖之二。 圖3是本發(fā)明的驅(qū)動(dòng)及轉(zhuǎn)向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)布局示意圖之三。
圖4是本發(fā)明的驅(qū)動(dòng)及轉(zhuǎn)向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)布局示意圖之四。 圖5是本發(fā)明的轉(zhuǎn)向?qū)崿F(xiàn)過程的流程圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。
實(shí)施例一。
如圖5所示。
一種輪式機(jī)動(dòng)車數(shù)字控制轉(zhuǎn)向的方法，它包括以下步驟 第一步,采集方向盤轉(zhuǎn)角和車速數(shù)字信號(hào)并送至數(shù)控裝置中； 第二步，由數(shù)控裝置根據(jù)所得的車速和轉(zhuǎn)角值及車體參數(shù)計(jì)算出左右主 動(dòng)輪所需的速差；
第三步，數(shù)控裝置根據(jù)計(jì)算所得的速差計(jì)算出數(shù)控轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)器的轉(zhuǎn)速； 第四步，數(shù)控轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)器以所得的轉(zhuǎn)速驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向行星輪系動(dòng)作； 第五步，轉(zhuǎn)向行星輪系將所得的轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)與行進(jìn)驅(qū)動(dòng)合并,并通過輸出軸 分配給左右驅(qū)動(dòng)輪，使左右驅(qū)動(dòng)輪對(duì)稱地一個(gè)加速，一個(gè)減速,從而實(shí)現(xiàn)無側(cè)滑 轉(zhuǎn)向,在左右車輪實(shí)現(xiàn)差速轉(zhuǎn)向的同時(shí),前輪偏轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)延時(shí)帶動(dòng)前輪轉(zhuǎn)動(dòng)到與 前輪前進(jìn)方向相一致的角度，實(shí)現(xiàn)前輪的純滾動(dòng)；
第六，如果車速值或轉(zhuǎn)角值發(fā)生變化，則重復(fù)第一步 第五步。 其中的前輪偏轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)延時(shí)可通過在方向盤與前輪偏轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)之間安裝彈性 環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)的；所述的轉(zhuǎn)向行星輪系具有2個(gè)自由度、2個(gè)輸入軸、2個(gè)輸出軸， 它能將轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)與行進(jìn)驅(qū)動(dòng)合成并通過輸出軸分配給左右驅(qū)動(dòng)車輪；當(dāng)數(shù)控 轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)器不動(dòng)時(shí)，前進(jìn)驅(qū)動(dòng)輸入使左右車輪同速同向轉(zhuǎn)動(dòng)，車體直線前進(jìn); 轉(zhuǎn)向時(shí)，數(shù)控轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)器通過行星輪系與前進(jìn)驅(qū)動(dòng)合成，使左右車輪對(duì)稱地 一個(gè)加速， 一個(gè)減速，車體由此轉(zhuǎn)向；數(shù)控轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)器正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)即可使車體 左轉(zhuǎn)右轉(zhuǎn)；數(shù)控轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)器轉(zhuǎn)快轉(zhuǎn)慢即可改變車體轉(zhuǎn)向快慢，數(shù)控轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng) 器以計(jì)算所得的速度轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)間的長(zhǎng)短決定轉(zhuǎn)向角度的大小，時(shí)間的長(zhǎng)短由方 向盤轉(zhuǎn)向的時(shí)間和車速保持時(shí)間確定，如果方向盤轉(zhuǎn)角變化或車速變化時(shí)自動(dòng)重新計(jì)算新的數(shù)控轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)器的轉(zhuǎn)速。
其中的數(shù)控裝置可采用計(jì)算機(jī)、單片機(jī)或類似的裝置加上相應(yīng)的控制軟 件加以實(shí)現(xiàn)。
其中的車體參數(shù)包括車輪排數(shù)、各排間距、各排左右輪距、哪排或哪 幾排是驅(qū)動(dòng)輪、哪排是轉(zhuǎn)向偏轉(zhuǎn)輪(前輪或后輪，驅(qū)動(dòng)輪或非驅(qū)動(dòng)輪)、驅(qū)動(dòng) 輪直徑、偏轉(zhuǎn)輪直徑等。具體實(shí)施時(shí)還應(yīng)根據(jù)車型適當(dāng)調(diào)整。
下面結(jié)合具體的裝置對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。
實(shí)施例二。
如圖1所示。
一種輪式機(jī)動(dòng)車數(shù)字控制轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，采用發(fā)動(dòng)機(jī)前置，前輪偏轉(zhuǎn)、前輪
驅(qū)動(dòng)的布局方式，它包括作為機(jī)動(dòng)車前進(jìn)動(dòng)力源的發(fā)動(dòng)機(jī)與變速箱7、控制 左右車輪同步轉(zhuǎn)動(dòng)的前輪偏轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)3和方向盤6，所述的方向盤6上安裝有 轉(zhuǎn)角數(shù)字傳感器5，在主動(dòng)車輪上安裝有速度傳感器8，轉(zhuǎn)角數(shù)字傳感器5 和速度傳感器8的輸出均與車載數(shù)控裝置9相連，車載數(shù)控裝置9的輸出之 一與轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)器1的輸入相連，轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)器1的輸出與轉(zhuǎn)向行星輪系2的一 個(gè)輸入軸相連，轉(zhuǎn)向行星輪系2的另一個(gè)輸入軸與發(fā)動(dòng)機(jī)與變速箱7的輸出 軸相連，轉(zhuǎn)向行星輪系2的兩個(gè)輸出軸分別與左右車輪相連；方向盤6通過 一起延時(shí)作用的彈性環(huán)節(jié)4與前輪偏轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)3相連，前輪偏轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)3分別與 左右車輪相連。其中的轉(zhuǎn)向行星輪系2具有2個(gè)自由度、2個(gè)輸入軸、2個(gè)輸 出軸的行星輪系，它能將轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)與行進(jìn)驅(qū)動(dòng)合成并通過輸出軸分配給左右 驅(qū)動(dòng)車輪；當(dāng)轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)器l不動(dòng)作時(shí)，由發(fā)動(dòng)機(jī)與變速箱7送來的前進(jìn)驅(qū)動(dòng) 輸入使左右車輪同速同向轉(zhuǎn)動(dòng)，車體直線前進(jìn)；轉(zhuǎn)向時(shí)，由轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)器l送 來的轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)通過轉(zhuǎn)向行星輪系2與由發(fā)動(dòng)機(jī)與變速箱7送來的前進(jìn)驅(qū)動(dòng)合 成，使左右車輪對(duì)稱地一個(gè)加速， 一個(gè)減速，車體實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向；轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)器1 的正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)即可使車體左轉(zhuǎn)右轉(zhuǎn)；轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)器1轉(zhuǎn)多轉(zhuǎn)少即可改變車體轉(zhuǎn)向 角度的大??；轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)器1轉(zhuǎn)快轉(zhuǎn)慢即可改變車體轉(zhuǎn)向快慢。轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)器1 為數(shù)控驅(qū)動(dòng)器，轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)器l由數(shù)控裝置9控制，它用于在轉(zhuǎn)彎時(shí)驅(qū)使左右 驅(qū)動(dòng)輪形成轉(zhuǎn)速差，使得左右輪的前后向的驅(qū)動(dòng)力差或阻力差構(gòu)成車體繞Z軸轉(zhuǎn)動(dòng)的動(dòng)力矩。
本實(shí)施例中的發(fā)動(dòng)機(jī)與變速箱7、前輪偏轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)3與車輛現(xiàn)有相同，轉(zhuǎn)向 行星輪系2在中國(guó)與世界各國(guó)專利或非專利文獻(xiàn)中有很多種可滿足使用要求, 因此本實(shí)施例無需專門說明。轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)器l應(yīng)采用數(shù)控的轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)器，如數(shù) 控液壓馬達(dá)、數(shù)控電機(jī)等，可采用開環(huán)或閉環(huán)結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)器1由數(shù)控裝 置9控制，在轉(zhuǎn)彎時(shí)驅(qū)使左右驅(qū)動(dòng)輪形成轉(zhuǎn)速差，使得左右輪的前后向的驅(qū)
動(dòng)力差或阻力差構(gòu)成車體繞Z軸轉(zhuǎn)動(dòng)的動(dòng)力矩。彈性環(huán)節(jié)4可采用彈簧、液 壓阻尼機(jī)構(gòu)等。轉(zhuǎn)角數(shù)字傳感器5和速度傳感器8均可采用市售常規(guī)傳感器 加以實(shí)現(xiàn)，尤其是速度傳感器8可直接利用現(xiàn)有車載的數(shù)字速度傳感器加以 實(shí)現(xiàn)。數(shù)控裝置9可采用奔騰W以上的計(jì)算機(jī)或?qū)Ｓ酶咝阅軉纹瑱C(jī)加以實(shí)現(xiàn)。 方向盤6第一時(shí)間控制轉(zhuǎn)角數(shù)字傳感器5將轉(zhuǎn)向信號(hào)送給數(shù)控裝置9，數(shù)控裝 置9根據(jù)轉(zhuǎn)向信號(hào)和實(shí)測(cè)車體當(dāng)時(shí)的行駛速度進(jìn)行計(jì)算，并根據(jù)計(jì)算結(jié)果驅(qū) 動(dòng)轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)器1實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向，方向盤6與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的前輪偏轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)3之間加入 了一個(gè)微弱的彈性環(huán)節(jié)4實(shí)現(xiàn)前輪偏轉(zhuǎn)稍許滯后，以使轉(zhuǎn)向力矩僅由左右驅(qū) 動(dòng)輪速差產(chǎn)生，前輪偏轉(zhuǎn)僅為了實(shí)現(xiàn)純滾動(dòng)而隨動(dòng)。車輛在轉(zhuǎn)彎時(shí)數(shù)控裝置9 根據(jù)速度傳感器8提供的實(shí)時(shí)車速和方向盤轉(zhuǎn)角數(shù)字傳感器5提供的方向盤 偏轉(zhuǎn)角進(jìn)行計(jì)算，精確控制轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)器l，它驅(qū)使左右驅(qū)動(dòng)輪形成轉(zhuǎn)速差所造 成的轉(zhuǎn)彎半徑必須與前輪偏轉(zhuǎn)所造成的轉(zhuǎn)彎半徑相一致。數(shù)控裝置軟件可按 車體參數(shù)編寫。
具體實(shí)施時(shí)，其中的數(shù)控裝置9可采用計(jì)算機(jī)、單片機(jī)或類似的帶有CPU 及存儲(chǔ)裝置的單元加以實(shí)現(xiàn)。
本實(shí)施例的工作過程和原理為
轉(zhuǎn)向時(shí)，系統(tǒng)首先將方向盤轉(zhuǎn)動(dòng)信號(hào)輸送至數(shù)控裝置中，由數(shù)控裝置根據(jù) 當(dāng)時(shí)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)角值及車體參數(shù)(見實(shí)施例一)計(jì)算出左右主動(dòng)輪的所需的 速差,然后再根據(jù)該速差計(jì)算出轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)器1的轉(zhuǎn)速，并驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)器1, 轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)器再驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向行星輪系,由轉(zhuǎn)向行星輪系將轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)與行進(jìn)驅(qū)動(dòng)合 并，并通過輸出軸分配給左右驅(qū)動(dòng)輪，使左右驅(qū)動(dòng)輪對(duì)稱地一個(gè)加速,一個(gè)減速， 從而實(shí)現(xiàn)無側(cè)滑轉(zhuǎn)向，在左右車輪實(shí)現(xiàn)差速轉(zhuǎn)向的同時(shí)，前輪偏轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)延時(shí)帶動(dòng)前輪轉(zhuǎn)動(dòng)到與前輪前進(jìn)方向相一致的角度,實(shí)現(xiàn)前輪的純滾動(dòng)，當(dāng)車速或方 向盤轉(zhuǎn)角發(fā)生變化時(shí)，數(shù)控裝置在毫秒甚至微秒時(shí)間內(nèi)立即感應(yīng)到這一變化 并及時(shí)調(diào)整轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)器的速度，因此本發(fā)明只要計(jì)算出轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)器的轉(zhuǎn)速即 可達(dá)到控制轉(zhuǎn)向時(shí)間長(zhǎng)短進(jìn)而控制轉(zhuǎn)向大小的目的，而轉(zhuǎn)速可控制轉(zhuǎn)向的快 慢，無需另行計(jì)算轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)器l工作的周期。由此可見，使車體轉(zhuǎn)向(包括 振蕩過程)所需的摩擦力由左右輪速差產(chǎn)生，它是縱向的，與離心力的方向 是垂直的，相互垂直的力的疊加作用要小得多，產(chǎn)生側(cè)滑現(xiàn)象的可能性也就 小得多，這是本發(fā)明實(shí)現(xiàn)兩輪驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)越野功能且無側(cè)滑的本質(zhì)之所在。
實(shí)施例二。
如圖2所示。
本實(shí)施例與實(shí)施例一的不伺之處在于驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)布局為發(fā)動(dòng)機(jī)前置后 輪驅(qū)動(dòng)。其余與實(shí)施例一完全相同。 實(shí)施例三。
如圖3所示。
本實(shí)施例與實(shí)施例一的不同之處在于驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)布局為發(fā)動(dòng)機(jī)后置后 輪驅(qū)動(dòng)。其余也與實(shí)施例一完全相同。 實(shí)施例四。
如圖4所示。
本實(shí)施例與實(shí)施例一的不同之處在于驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)布局為發(fā)動(dòng)機(jī)中置后 輪驅(qū)動(dòng)。其余與實(shí)施例一完全相同。
本發(fā)明未涉及部分均與現(xiàn)有技術(shù)相同或可采用現(xiàn)有技術(shù)加以實(shí)現(xiàn)。
權(quán)利要求
1、一種輪式機(jī)動(dòng)車數(shù)字控制轉(zhuǎn)向的方法，其特征是它包括以下步驟第一步，采集方向盤轉(zhuǎn)角和車速數(shù)字信號(hào)并送至數(shù)控裝置中；第二步，由數(shù)控裝置根據(jù)所得的車速和轉(zhuǎn)角值及車體參數(shù)計(jì)算出左右主動(dòng)輪所需的速差；第三步，數(shù)控裝置根據(jù)計(jì)算所得的速差計(jì)算出數(shù)控轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)器的轉(zhuǎn)速；第四步，數(shù)控轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)器以所得的轉(zhuǎn)速驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向行星輪系動(dòng)作；第五步，轉(zhuǎn)向行星輪系將所得的轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)與行進(jìn)驅(qū)動(dòng)合成，并通過輸出軸分配給左右驅(qū)動(dòng)輪，使左右驅(qū)動(dòng)輪對(duì)稱地一個(gè)加速，一個(gè)減速，從而實(shí)現(xiàn)無側(cè)滑轉(zhuǎn)向，在左右車輪實(shí)現(xiàn)差速轉(zhuǎn)向的同時(shí)，偏轉(zhuǎn)輪偏轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)延時(shí)帶動(dòng)偏轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)動(dòng)到與偏轉(zhuǎn)輪前進(jìn)方向相一致的角度，實(shí)現(xiàn)偏轉(zhuǎn)輪的純滾動(dòng)；第六步，如果車速值或方向盤轉(zhuǎn)角值發(fā)生變化，則重復(fù)第一步～第五步。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的輪式機(jī)動(dòng)車數(shù)字控制轉(zhuǎn)向的方法，其特征是所述的 前輪偏轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)延時(shí)是通過在方向盤與前輪偏轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)之間安裝彈性環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn) 的。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的輪式機(jī)動(dòng)車數(shù)字控制轉(zhuǎn)向的方法，其特征是所述的 轉(zhuǎn)向行星輪系具有2個(gè)自由度、2個(gè)輸入軸、2個(gè)輸出軸，它能將轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)與 行進(jìn)驅(qū)動(dòng)合成并通過輸出軸分配給左右驅(qū)動(dòng)車輪；當(dāng)數(shù)控轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)器不動(dòng)時(shí)， 前進(jìn)驅(qū)動(dòng)輸入使左右車輪同速同向轉(zhuǎn)動(dòng)，車體直線前進(jìn)；轉(zhuǎn)向時(shí)，數(shù)控轉(zhuǎn)向 驅(qū)動(dòng)器通過行星輪系與前進(jìn)驅(qū)動(dòng)合成，使左右車輪對(duì)稱地一個(gè)加速， 一個(gè)減 速，車體由此轉(zhuǎn)向；數(shù)控轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)器正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)即可使車體左轉(zhuǎn)右轉(zhuǎn)；數(shù)控轉(zhuǎn) 向驅(qū)動(dòng)器轉(zhuǎn)快轉(zhuǎn)慢即可改變車體轉(zhuǎn)向快慢，數(shù)控轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)器以計(jì)算所得的速 度轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)間的長(zhǎng)短決定轉(zhuǎn)向角度的大小，時(shí)間的長(zhǎng)短由方向盤轉(zhuǎn)向的時(shí)間和 車速保持時(shí)間確定，如果方向盤轉(zhuǎn)角變化或車速變化時(shí)自動(dòng)重新計(jì)算新的數(shù) 控轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)器的轉(zhuǎn)速。
4、 一種輪式機(jī)動(dòng)車數(shù)字控制轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，包括作為機(jī)動(dòng)車前進(jìn)動(dòng)力源的發(fā)動(dòng)機(jī) 與變速箱(7)、控制左右車輪同步轉(zhuǎn)動(dòng)的偏轉(zhuǎn)輪偏轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)(3)和方向盤(6)，其特征是所述的方向盤(6)上安裝有轉(zhuǎn)角數(shù)字傳感器(5)，在主動(dòng)車輪上安裝有速度傳感器(8)，轉(zhuǎn)角數(shù)字傳感器(5)和速度傳感器(8)的輸出均與 車載數(shù)控裝置(9)相連，車載數(shù)控裝置(9)的輸出之一與轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)器(1) 的輸入相連，轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)器(1)的輸出與轉(zhuǎn)向行星輪系(2)的一個(gè)輸入軸相 連，轉(zhuǎn)向行星輪系(2)的另一個(gè)輸入軸與發(fā)動(dòng)機(jī)與變速箱(7)的輸出軸相 連，轉(zhuǎn)向行星輪系(2)的兩個(gè)輸出軸分別與左右驅(qū)動(dòng)車輪相連；方向盤(6) 通過一起延時(shí)作用的彈性環(huán)節(jié)(4)與偏轉(zhuǎn)輪偏轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)G).相連，偏轉(zhuǎn)輪偏 轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)(3)分別與左右偏轉(zhuǎn)車輪相連。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的輪式機(jī)動(dòng)車數(shù)字控制轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，其特征是轉(zhuǎn)向行星 輪系(2)具有2個(gè)自由度、2個(gè)輸入軸、2個(gè)輸出軸的行星輪系，它能將轉(zhuǎn) 向驅(qū)動(dòng)與行進(jìn)驅(qū)動(dòng)合成并通過輸出軸分配給左右驅(qū)動(dòng)車輪；當(dāng)轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)器(l) 不動(dòng)作時(shí)，由發(fā)動(dòng)機(jī)與變速箱(7)送來的前進(jìn)驅(qū)動(dòng)輸入使左右車輪同速同向 轉(zhuǎn)動(dòng)，車體直線前進(jìn)；轉(zhuǎn)向時(shí)，由轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)器(1)送來的轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)通過轉(zhuǎn)向 行星輪系(2)與由發(fā)動(dòng)機(jī)與變速箱(7)送來的前進(jìn)驅(qū)動(dòng)合成，使左右車輪 對(duì)稱地一個(gè)加速， 一個(gè)減速，車體實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向；轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)器(1)的正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)即 可使車體左轉(zhuǎn)右轉(zhuǎn)；轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)器(1)轉(zhuǎn)多轉(zhuǎn)少即可改變車體轉(zhuǎn)向角度的大小； 轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)器(1)轉(zhuǎn)快轉(zhuǎn)慢即可改變車體轉(zhuǎn)向快慢。
6、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的輪式機(jī)動(dòng)車數(shù)字控制轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，其特征是轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng) 器(1)為數(shù)控驅(qū)動(dòng)器，轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)器(1)由數(shù)控裝置(9)控制，它用于在轉(zhuǎn) 彎時(shí)驅(qū)使左右驅(qū)動(dòng)輪形成轉(zhuǎn)速差，使得左右輪的前后向的驅(qū)動(dòng)力差或阻力差 構(gòu)成車體繞Z軸轉(zhuǎn)動(dòng)的動(dòng)力矩。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種數(shù)字控制車輛轉(zhuǎn)向的方法及裝置系統(tǒng)，其方法是通過轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向行星輪系使左右車輪產(chǎn)生速差從而達(dá)到轉(zhuǎn)向的目的，它可使車體轉(zhuǎn)向(包括振蕩過程)所需的轉(zhuǎn)向力矩由左右輪速差產(chǎn)生，它是縱向的，與離心力的方向是垂直的。相互垂直的力的疊加作用要小得多，產(chǎn)生側(cè)滑現(xiàn)象的可能性也就小得多。此外，還公開了與所述方法相配的轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)裝置。本發(fā)明所增加的成本不多，卻避免了已有轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的弊端，獲得了使用轉(zhuǎn)向行星輪系轉(zhuǎn)向的兩大主要優(yōu)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)兩輪驅(qū)動(dòng)的準(zhǔn)越野功能和減小高速轉(zhuǎn)彎側(cè)滑幾率。
文檔編號(hào)B62D11/02GK101318520SQ20081002420
公開日2008年12月10日 申請(qǐng)日期2008年5月22日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月22日
發(fā)明者劉志東, 煒 汪, 沈理達(dá), 田宗軍, 黃因慧 申請(qǐng)人:南京航空航天大學(xué)