具备独立转向和轮边驱动的汽车单轮装置及控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及汽车制造领域，尤其涉及一种具备独立转向和轮边驱动的汽车单轮装置及控制方法。
【背景技术】
[0002]随着汽车行业不断发展，汽车数量不断增加，道路资源有限，所以交通堵塞日益严重。提高汽车操作灵活性是缓解交通堵塞的一个有效方法。
[0003]现有技术中，汽车驱动方式还是采用单一发动机或单一电动机提供动力源，通过机械传动系统传递给汽车的各个驱动轮。因为只有单一动力源，动力分配基本依赖于机械传动机构，所以不能做到精确控制每个车轮的驱动力。另外现有汽车的转向方式一般采用前轮四连杆机构，即通过转向操纵机构传递扭矩使汽车的两个前轮同向偏转，再通过差速器差速，使两个后轮适应前轮偏转实现被动转向。这种转向方式原理简单，技术成熟，但是由于后轮不主动偏转，导致后轮的转向半径偏大，转向灵活性很低，还易造成交通事故，而且汽车行驶方式一直沿袭传统方式，无法得到突破，造成汽车行驶不够灵活，存在局限性，不利于缓解交通堵塞状况。
【发明内容】
[0004]本发明主要解决原有汽车转向方式采取两个前轮同向偏转、两个后轮被动转向，四个驱动轮都由同一个动力源进行驱动，导致后轮的转向半径偏大，转向灵活性很低，易造成交通事故，而且动力分配基本依赖于机械传动机构，故不能做到精确控制每个车轮驱动力的技术问题；提供一种具备独立转向和轮边驱动的汽车单轮装置及控制方法，其能实现汽车各个车轮的独立驱动和独立转向，故能精确控制每个车轮的驱动力，大大提高汽车的操纵稳定性和转向灵活性，减少交通事故的发生。
[0005]本发明同时解决原有汽车行驶方式一直沿袭传统方式，无法得到突破，造成汽车行驶不够灵活，存在局限性，不利于缓解交通堵塞状况的技术问题；提供一种具备独立转向和轮边驱动的汽车单轮装置及控制方法，其能实现传统汽车不能实现的行驶方式，行驶方式多样，行驶灵活，受空间限止少，有利于缓解交通堵塞状况。
[0006]本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的:本发明的具备独立转向和轮边驱动的汽车单轮装置，包括转向电机、转向架、轮边驱动电机和汽车单轮，转向电机安装在汽车车架底盘上，转向架设在所述的汽车车架底盘的下方，转向架的外端设有法兰盘，所述的转向电机的输出轴和所述的法兰盘相连，所述的轮边驱动电机安装在所述的转向架的内端的下方，轮边驱动电机的输出轴和所述的汽车单轮之间连接有传动机构。转向电机、轮边驱动电机分别受汽车驾驶室的转向操作机构、驱动操作机构的控制。轮边驱动电机运转，轮边驱动电机的输出轴的旋转动力通过传动机构传递给汽车单轮，汽车单轮被驱动。转向电机运转，转向电机的输出轴的旋转动力带动转向架旋转，转向架带动轮边驱动电机、传动机构及汽车单轮以转向电机的输出轴为旋转轴进行整体旋转，实现汽车单轮的转向。汽车有多少车轮，就有多少汽车单轮装置。每个汽车单轮装置的轮边驱动电机受汽车驾驶室驱动操作机构的独立控制，各个汽车单轮的驱动力大小及驱动方向能独立进行调整，每个汽车单轮分别进行单独驱动。每个汽车单轮装置的转向电机受汽车驾驶室转向操作机构的独立控制，各个汽车单轮的转向角度能独立进行调整，每个汽车单轮分别以各自角度进行单独转向。本发明实现汽车各个车轮的独立驱动和独立转向，故能精确控制每个车轮的驱动力，大大提高汽车的操纵稳定性和转向灵活性，每个车轮都是主动转向，转向半径控制方便，减少交通事故的发生。由于汽车每个车轮都能独立驱动和独立转向，故能实现传统汽车不能实现的行驶方式，如蟹行、斜行和原地转向等，行驶方式多样，行驶灵活，受空间限止少，非常有利于缓解交通堵塞状况。
[0007]作为优选，所述的转向架包括外端上板、内端下板及连接外端上板和内端下板的连接板，连接板呈倾斜状，转向架呈台阶状，所述的法兰盘安装在外端上板上，所述的轮边驱动电机安装在内端下板的背面。转向架结构牢固且稳定，也确保车轮侧有足够的空间。
[0008]作为优选，所述的轮边驱动电机的前端和所述的内端下板之间连接有螺栓，轮边驱动电机的后端外周包围有U形螺杆，U形螺杆的两端固定在所述的内端下板上。确保轮边驱动电机的安装更加牢固。
[0009]作为优选，所述的连接板和内端下板之间连接有三角形支撑板。进一步提高转向架结构的牢固性和稳定性，具有更好的抗震、抗压能力。
[0010]作为优选，所述的转向架和所述的汽车车架底盘之间连接有推力球轴承、双列调心球轴承和深沟球轴承。确保转向架和汽车车架底盘之间连接更方便、更牢固。
[0011]作为优选，所述的传动机构包括内球笼、外球笼、传动轴、轮毂和立柱，所述的内球笼安装在所述的轮边驱动电机的输出轴上，所述的外球笼和所述的轮毂相连，所述的传动轴连接在内球笼和轮毂之间，轮毂通过轴承和所述的立柱过盈安装，轮毂上通过螺栓固定有制动盘，立柱上通过螺栓固定有卡钳，所述的汽车单轮上的轮辋通过螺栓和所述的轮毂相连。连接牢固，能更好地将轮边驱动电机的动力传递给汽车单轮，汽车单轮的驱动更精确、更可靠。
[0012]作为优选，所述的转向架和所述的传动机构之间设有减震导向机构。减震导向机构在汽车行驶过程中起到上下导向和减震作用。
[0013]作为优选，所述的转向架和所述的传动机构之间设有减震导向机构，减震导向机构包括导向机构和减震器，所述的立柱上设有套筒，套筒内设有防止导向机构卡死的直线轴承，所述的导向机构的上端和所述的转向架相连，导向机构的下端伸入到所述的套筒内并和所述的直线轴承相连，所述的减震器的上端固定在所述的转向架上，减震器的下端通过球铰和所述的立柱相连。导向机构的下端能在套筒内上下滑动，当车轮颠簸时，整个轮边装置顺着导向机构上下跳动，通过减震器吸收路面传来的冲击载荷达到减震目的。减震器可采用伸缩弹簧实现。轮边驱动电机和转向架、传动机构等轮边装置一起置于减震器之上，属簧上质量，故具有较强的抗震性。
[0014]本发明的具备独立转向和轮边驱动的汽车单轮装置的控制方法为:汽车驾驶室驱动操作机构发出信号控制所述的轮边驱动电机的运转，轮边驱动电机的输出轴的旋转动力通过所述的传动机构传递给所述的汽车单轮，驱动汽车单轮旋转；汽车驾驶室转向操作机构发出信号控制所述的转向电机的运转，转向电机的输出轴的旋转动力带动所述的转向架旋转，转向架、轮边驱动电机、传动机构及汽车单轮以转向电机的输出轴为旋转轴进行整体旋转；汽车上每个汽车单轮装置的轮边驱动电机受汽车驾驶室驱动操作机构的独立控制，各个汽车单轮的驱动力大小及驱动方向能独立进行调整，不同汽车单轮分别进行单独驱动；汽车上每个汽车单轮装置的转向电机受汽车驾驶室转向操作机构的独立控制，各个汽车单轮的转向角度能独立进行调整，不同汽车单轮分别进行各自角度单独转向。本发明实现汽车各个车轮的独立驱动和独立转向，故能精确控制每个车轮的驱动力，大大提高汽车的操纵稳定性和转向灵活性，每个车轮都是主动转向，转向半径控制方便，减少交通事故的发生。
[0015]作为优选，对于四轮汽车而言，安装有四个所述的汽车单轮装置，所述的汽车除了能实现普通汽车已有的行驶方式外，还能实现如下三种行驶方式:
[0016]蟹行行驶:四个汽车单轮装置的转向电机分别控制自己所属的汽车单轮转向到和汽车的横轴线平行，四个汽车单轮装置的轮边驱动电机分别驱动自己所属的汽车单轮顺时针旋转，则实现汽车向右蟹行行驶，或者四个汽车单轮装置的轮边驱动电机分别驱动自己所属的汽车单轮逆时针旋转，则实现汽车向左蟹行行驶；
[0017]原地转向行驶:四个汽车单轮装置的转向电机分别控制自己所属的汽车单轮转向，使左前侧汽车单轮、右后侧汽车单轮和汽车的横轴线的夹角分别在0°?90°之间，左后侧汽车单轮、右前侧