[發(fā)明專利]輪式機(jī)動(dòng)車數(shù)字控制轉(zhuǎn)向的方法及系統(tǒng)

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200810024204.3
• 申請(qǐng)日: 2008-05-22
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN101318520A
• 公開(kāi)（公告）日: 2008-12-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 黃因慧;田宗軍;劉志東;沈理達(dá);汪煒
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京航空航天大學(xué)
• 主分類號(hào): B62D11/02
• 分類號(hào): B62D11/02
• 代理公司: 南京天華專利代理有限責(zé)任公司
• 代理人: 瞿網(wǎng)蘭

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(shuō)是一種數(shù)字控制車輛轉(zhuǎn)向的方法及系統(tǒng)(即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(wèn)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：(1)逆相位轉(zhuǎn)向：在低速行駛或者方向盤(pán)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(pán)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：(1)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(guò)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(guò)程是這樣的：前輪偏轉(zhuǎn)→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(guò)程可以看到兩個(gè)問(wèn)題：

其一：車體繞垂直軸的轉(zhuǎn)動(dòng)是一個(gè)慣性過(guò)程，勢(shì)必產(chǎn)生過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)。克服過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)的過(guò)程描述與上述過(guò)程描述相似，所以整個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程一定是一個(gè)振蕩過(guò)程，一直持續(xù)到轉(zhuǎn)彎過(guò)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(guò)程中不斷產(chǎn)生疊加，當(dāng)疊加起來(lái)的力超過(guò)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(jiàn)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(lái)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(wèn)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(wèn)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(guò)改變轉(zhuǎn)向方式數(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(pán)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(guò)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(wú)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)；