专利名称：低功耗智能电动汽车的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种利用普通铅酸蓄电池供电，由数字信号控制步进电机，能够驱动 和制动四轮电动汽车，属于汽车工业。
背景技术：
现在的电动汽车，其动力主要使用一台几千瓦甚至几十千瓦的大功率开关磁阻调 速电机或直流电机，也有使用步进电机直接驱动的。使用的电池需要很大的容量，成本昂 贵。采用开关磁阻电机或直流电机，过载能力强，需要的电流消耗很大(电压为48V的电机 约120A的工作电流)，又不能够使用动力源的电机产生制动力矩。虽然步进电机直接驱动 的电动汽车耗电很少，低速行驶输出功率也比较大，由于起动和运行使用同一台步进电机 驱动一个车轮，高速行驶需要很大驱动电流。高速时驱动力矩较小。这种结构的制动力矩 也比较小。如果车辆被盗，无法知晓车在何处。
发明内容
为了克服上述技术弱点，本发明采用的技术方案是使用四台步进电机Si、S2、 S3、S4(对应驱动器Ql、Q2、Q3、Q4)作为一组，其中两台步进电机Si、S2连接加速齿轮组， 用于起步与制动。另外两台步进电机S3、S4连接加速齿轮组用于高速行驶。控制信号的采 集，是通过可变电阻器采集加速、制动、转向的信号，由控制器(例如HSM9004B数控系统) 控制四台步进电机按照车辆的行驶要求进行运动。能够实现起步快，只要几秒钟就能够达 到高速行驶。控制器镶嵌了卫星通信模块，能够通过卫星通信监控汽车行驶动态，实现远程 监控。使用微波雷达测距，预防和避免撞车事故。本发明的有益效果是减速传动与加速传动的步进电机分别工作，增加起步动力， 提高传动效率，提高行驶速度。步进电机低速工作电流的消耗很少，节省能源。减速传动的 步进电机产生减速制动力矩，增强行驶安全性能。有远程监控，更好保管车辆，不会轻易被 盗，便于车辆管理。
下面通过附图及实施例，对本发明进一步说明。图1是本发明第一个实施例的四台步进电机组成的驱动与制动一体化结构俯视 图；图2是本发明第二个实施例采集驾驶控制信号电路；图3是本发明第三个实施例的驾 驶室操纵控制结构图；图4是本发明第四个实施例的手动加速行驶及倒车的开关原理。图中1、箱体，2、减速传动的主动轮之一，3、加速传动的从动轮之一，4、轴承座，5、 左输出轴，6、减速传动的从动轮之一，7、加速传动的主动轮之一，8、步进电机S3，9、步进电 机S4，10、加速传动的主动轮之二，11、减速传动的从动轮，12、轴承，13、右输出轴，14、减速 传动主动轮之二，15、加速传动主动轮之二，16、步进电机S2，17、步进电机Si，18、轴承，19 轴承，20、电容器，21、可变电阻器，22、电阻器，23、555集成电路，24、方波频率输出，25、电容器，26、步进电机S2，27、步进电机S4，28、步进电机Si，29、左输出轴，30、步进电机S3，31、采 集制动信号的可变电阻器R2，32、弹簧，33、弹簧，34、采集驱动信号的可变电阻器R1，35、方 向盘固定支架，36、方向盘中心轴，37、采集方向信号的可变电阻器R3，38、方向盘，39、信号 线，40、加速踏板连杆，41、加速踏板，42、HSM9004B控制器，43、信号线，44、信号线，45、制动 踏板连杆，46、制动踏板，47、驱动器Ql，48、驱动器Q2，49、驱动器Q3，50、驱动器Q4，51、右输 出轴，52、控制器HSM9004B，53、倒车开关，54、开关手柄，55、开关座，56、高速档，57、起步档， 58、开关公共线。
具体实施例方式在图1中，17步进电机Sl、16步进电机S2，与输出轴是通过1 3的减速齿轮结 构连接，在低于50公里/小时状态下使用。8步进电机S3、9步进电机S4是通过3 1的 加速结构连接，用于高于50公里/小时。5左出轴连接左侧车轮。13右出轴连接右侧车轮。 这样的组合，能够作为前驱动和后驱动使用，或者作为四驱使用。在直线行驶中，S1、S2转 速相同，S3、S4转速相同。转弯时，驱动左输出轴的步进电机Si、S3，与驱动右输出轴的步 进电机S2、S4，能够通过控制信号使其转速不同。在低于50公里/小时的行驶中，运动惯 量比较小，需要大力矩驱动，所以使用S1、S2步进电机。当S1、S2的保持转矩为32N/M时， 起步力矩能够达到180N/M。在高于50公里/小时，由于运动惯量比较大，用小转矩驱动即 可。使用S3、S4步进电机，转速在10转/秒，单台电机输出转矩能够达到20N/M。例如，车 轮直径=0. 5米，使用S3、S4转速=10转/秒，输出到车轮的转速=30转/秒，每秒位移 距离=45米，每小时行驶里程为45X3600 = 162公里。图2中，23为555集成电路。这样的电路使用三套，分别用于采集驱动、制动、转向 信号。22电阻器=680欧姆，21可变电阻器=68000欧姆，20电容器=0.033微法，25电 容器=0. 22微法。改变21可变电阻器的阻值，24方波输出能够产生不同频率，供给控制器 HSM9004B,分析判断后指令步进电机工作。图3中，34采集驱动信号可变电阻器Rl、31采集制动信号可变电阻器R2、37采集 方向信号可变电阻器R3，与图2中的21可变电阻器相同。驾驶员的驾驶信息，通过R1、R2、 R3的阻值变化，由图2中的24方波输出给42控制器HSM9004B，产生控制信号给47驱动器 Ql、48驱动器Q2、49驱动器Q3、50驱动器Q4，分别控制四台步进电机Si、S2、S3、S4按照一 个方向加速运转或者减速制动。42控制器，能够设置自动及手动切换到高速行驶。自动切 换的速度能够设置。无论在起步阶段，还是高速行驶，需要减速制动时，驾驶员踩踏制动踏 板，42控制器就指令30步进电机、27步进电机开始减速运行，直到停止，加载保持，产生最 大保持转矩，达到制动目的。由于30步进电机与27步进电机为加速传动，其产生的保持转 矩再乘以减速系数，增加了制动力矩。图4中，54开关手柄是三个档位的开关安装在驾驶员座位的右侧(相当于汽车的 档位手柄)，能够拨动，置于57起步档时，行驶速度在50公里/小时以下，又作为停车档位； 置于56高速档，能够在高于50公里/小时以上行驶(需要预先设置52控制器为手动)； 置于53倒车档，可以倒车(车速低于50公里/小时)。58开关公共线，是将53倒车开关、 57起步档开关、56高速档开关与52控制器相连接回路。使用普通铅酸电池，电压为60V，最大放电电流为20A，工作使用电流需要15A。起步时工作的电机为S1、S2，其工作电流都在6A以下，电机S3、S4为自由悬空。当起步达到一 定的速度，由HSM9004B控制驱动器(能够设置自动加速或者手动加速)发出信号控制Q1、 Q2，使得用于起步的步进电机Si、S2停止运转，处于自由悬空状态，同时Q3、Q4得到运转信 号，步进电机S3、S4开始运转，达到高速行驶。由于S3、S4步进电机输出端为加速传动，因 此，S3、S4的转速能够低于20转/秒以下，不需要高电压大电流，每台电机的电流能够小于 6A工作。这样就能够达到低功耗行驶，增加续航里程。
步进电机驱动器的电流能够设置为定量电流输出，四台驱动器总是两台在工作， 每台驱动器的最大电流设计为7A。所以能够使用普通铅酸电池，电压为60V，最大放电电流 为20A，工作使用电流15A。这样就能够达到低功耗行驶，延长蓄电池的放电时间，增加续航 里程。控制器主板镶嵌集成了卫星无线电收发模块，能够远程监控。采用高精度惯导，能 够自动解算车辆所处的地理坐标，实时测量低功耗智能电动汽车的运动状态，自动完成天 线与卫星对准与跟踪。能够通过卫星上信标信号对低功耗智能电动汽车的天线漂移修正， 保证天线移动状态下的不间断多媒体卫星通讯。行驶的车速及所在位置，都能够远程监控。 如果低功耗智能电动汽车被盗，能够采用远程监控功能，关闭驱动软件，就无法驾驶。车辆 租赁使用情况，很方便进行远程监控。控制器留有通用串行总线(Universal Serial Bus, USB)端口。通用串行总线是 连接外部设备的一个串口总线标准，能够与车辆管理部门进行数据交换，完成车辆年检、收 费等事项。使用微波雷达测量安全行驶车距在主板还镶嵌微波线性调频模块(微波雷达 测距模块)，利用调频连续波原理(FMCW Frequency Modulated Continuous Wave)，即线 性调频高频信号CW-FM结构，发送与接收调频微波。车头、车尾装有微波发射与接收的天 线，用于检测前后方障碍。其微波能量能很好的穿过非电介材质，测量精度不受雾、泡沫、粉 尘、蒸汽及物体形状影响，能够保证在车辆高速行驶状态中精确测距。测距传感器随目标反 射距离不同回波信号频率变化在500hz-100khz测距传感器扫描频率100-500HZ调制频偏 100-500MHZ(根据不同的分辨率需求而定)中心频率为10. 5Ghz。通过对测距数值的比较， 控制器能够发出指令，自动控制步进电机加减速或者制动，实现避开危险障碍物目的。
权利要求
一种低功耗智能电动汽车，由铅酸电池、可变电阻器、555集成电路、档位开关、控制器、驱动器、步进电机、加减速传动齿轮组件及其它部件构成，其特征是采集控制信号装置、控制器、驱动器、步进电机与加减速齿轮组件，构成起步、高速行驶、制动一体化系统。
2.根据权利要求1所述的低功耗智能电动汽车，其特征是采集控制信号装置是在加 速踏板、制动踏板、方向盘的旋转处安装可变电阻器，与555集成电路构成。
3.根据权利要求1所述的低功耗智能电动汽车，其特征是控制器与档位开关构成自 动加速与手动加速一体化装置。
4.根据权利要求1所述的低功耗智能电动汽车，其特征是两台步进电机各自由加减 速齿轮组件连接一个左输出轴，两台步进电机各自由加减速齿轮组件连接一个右输出轴。
5.根据权利要求1所述的低功耗智能电动汽车，其特征是左输出轴直接与左侧车轮 连接，右输出轴直接与右侧车轮连接。
6.根据权利要求1所述的低功耗智能电动汽车，其特征是控制信号采集装置、控制 器、步进电机、减速齿轮组件构成制动系统。
7.根据权利要求1所述的低功耗智能电动汽车，其特征是卫星无线电收发模块镶嵌 在控制器主板中，远程监控步进电机运行。
8.根据权利要求1所述的低功耗智能电动汽车，其特征是控制器有串行总线USB端 口，对车辆年检、交费实施管理。
9.根据权利要求1所述的低功耗智能电动汽车，其特征是微波雷达测距模块镶嵌在 控制器主板中，自动控制步进电机加减速或者制动。
全文摘要
一种低功耗智能电动汽车，由铅酸电池、可变电阻器、555集成电路、档位开关、控制器、驱动器、步进电机、加减速传动齿轮组件及其它部件构成。起动、行驶及制动，由四台步进电机协调完成。起动、行驶、制动的工作电压为60V，电流小于15A，实现低功耗运行。通过控制中的卫星无线电收发模块，对步进电机实现远程监控。利用微波雷达测距模块，自动控制步进电机加减速或者制动。使用控制器的USB端口，能够实现对车辆年检、交费管理。
文档编号B60L11/18GK101863233SQ20091003088
公开日2010年10月20日 申请日期2009年4月17日 优先权日2009年4月17日
发明者胡翔 申请人:南京步进电机厂;胡翔