CN203832404U - 一种集成线控技术与轮毂电机驱动技术的电动汽车 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种集成线控技术与轮毂电机驱动技术的电动汽车。由显示界面、人机操纵界面、传感器、控制器、执行器、电源系统组成，所述的电动汽车人机操纵界面包括转向盘、磁流变液装置、转向柱、制动踏板、油门踏板，其中磁流变液装置安装在转向柱上，通过转向柱向驾驶员提供转向盘转动时的阻力矩。本实用新型实现根据动力需求进行自动选择，有效提高了在低附着系数路面上的动力性；取消了减速器、差速器等很多机械部件，结构简单，机械传递路线较短，控制灵活、响应快速，提高了汽车的动力性、驱动防滑转性能、操纵稳定性、制动性、安全性等性能。利用左右车轮驱动力矩的差值产生转向力矩，实现电子差速转向，结构简化。

Description

一种集成线控技术与轮毂电机驱动技术的电动汽车

技术领域

本实用新型涉及一种电动汽车，特别涉及一种集成线控技术与轮毂电机驱动技术的电动汽车。

背景技术

传统汽车在油门踏板、转向盘、制动踏板等人机接口与油门、转向轮、制动器等执行器之间存在机械连接，结构复杂，控制不够灵活，响应不够快速。电动汽车相比传统内燃机汽车，不但节能环保，而且更便于采用新型的线控技术，可取消油门踏板、转向盘、制动踏板与油门、转向轮、制动器等之间的机械连接，采用导线连接，结构简单，控制灵活，响应快速。常规的电动汽车电机通过减速器、差速器等机械部件与车轮相连，机械传递路线较长，结构复杂。若采用安装在车轮内部的轮毂电机直接驱动车轮，不需减速器、差速器等机械部件，结构大为简化，实现了电动汽车轻量化，控制灵活快速，可较好的提高车辆的综合性能，实现底盘的集成优化控制。

已经有一些电动汽车采用线控技术或轮毂电机驱动技术等方面的专利。例如，已经公布的专利《主销零偏置线控独立驱动与转向的汽车行走机构及电动车》（中国专利公开号：101973307A）提出了一种轮边集成了驱动、转向与减震功能的车辆行走机构。但是，采用电机而没有用磁流变液装置进行转向路感反馈，结构复杂；本实用新型用磁流变液装置进行转向路感反馈，通过控制器控制磁流变液装置的线圈电流大小从而控制转向盘阻力矩大小，控制灵活，结构简单。

已经公布的专利《一种具有可变动力学特性的全线控电动车》（中国专利公开号：102582416 A）提出了一种具有可变动力学特性的全线控电动车，采用多轮独立驱动、独立转向、独立制动、独立主动悬架，具有多个可控自由度。已经公布的专利《一种独立转向与驱动电动汽车的线控转向装置及其悬架系统》（中国专利公开号：203094172U）提供了一种独立转向与驱动电动汽车的线控转向装置。但是，每个车轮附加了电机驱动的转向机构，增加了结构的复杂性。本实用新型仅利用左右车轮驱动力矩的差值产生转向力矩，实现电子差速转向，结构简化。

已经公布的专利《四轮轮毂电机驱动车辆滑动转向控制策略》（中国专利公开号：102632924A）设计了线控四轮转向、实现滑动转向的四轮轮毂电机驱动车辆，综合电子控制器根据方向盘转角位移信号判断车辆的转向趋势，通过滑动转向转矩分配器直接控制四个轮毂电机的输出转矩，满足转向时两侧车轮之间的速差要求。但是，没有采用横摆角速度传感器检测车辆的横摆角速度，进行稳定性控制。本实用新型在各种工况下利用横摆角速度传感器检测车辆的横摆角速度，与期望的车辆横摆角速度对比；在驱动、制动、转向各种工况下，车辆遇到危险时，通过控制各个车轮的轮毂电机输出的转矩提供主动横摆力矩，使车辆保持稳定行驶。

发明内容

本实用新型的目的就是针对现有技术存在的上述缺陷，提供一种集成线控技术与轮毂电机驱动技术的电动汽车，较好的优化电动汽车的结构设计，实现电动汽车的轻量化，控制灵活、快速，提高汽车的动力性、操纵稳定性、主动安全性等综合性能。

其技术方案是：包括显示界面（1）、人机操纵界面（5）、传感器、控制器、执行器、电源系统（19），所述的人机操纵界面（5）包括转向盘（2）、磁流变液装置（4）、转向柱（6）、制动踏板（30）、油门踏板（32），其中，磁流变液装置（4）安装在转向柱（6）上，通过转向柱向驾驶员提供转向盘转动时的阻力矩；所述的传感器包括转向盘转矩转角传感器（3）、制动踏板传感器（7）、油门踏板位移传感器（8）、车速传感器（33）、横摆角速度传感器（34）、第一霍尔位置传感器（13）、第二霍尔位置传感器（15）、第三霍尔位置传感器（24）、第四霍尔位置传感器（27），其中，转向盘转矩转角传感器（3）安装在转向柱（6）上，测量驾驶员转动转向盘的转矩和转角的大小和方向，制动踏板传感器（7）测量驾驶员脚踩下制动踏板（30）的位移，油门踏板位移传感器（8）测量驾驶员脚踩下油门踏板（32）的位移，车速传感器（33）测量车速，横摆角速度传感器（34）测量车辆横摆角速度值，第一霍尔位置传感器（13）测量右前轮轮毂电机（11）的转子位置，第二霍尔位置传感器（15）测量右后轮轮毂电机（14）的转子位置，第三霍尔位置传感器（24）测量左后轮轮毂电机（22）的转子位置，第四霍尔位置传感器（27）测量左前轮轮毂电机（26）的转子位置，转向盘转矩转角传感器（3）、制动踏板传感器（7）、油门踏板位移传感器（8）、车速传感器（33）、横摆角速度传感器（34）传感器通过导线与主ECU（31）连接，第一霍尔位置传感器（13）通过导线与第一单片机（9）连接，第二霍尔位置传感器（15）通过导线与第二单片机（18）连接，第三霍尔位置传感器（24）通过导线与第三单片机（20）连接，第四霍尔位置传感器（27）通过导线与第四单片机（29）连接。

上述的控制器采用主从式结构，包括主ECU（31）、第一单片机（9），第二单片机（18），第三单片机（20），第四单片机（29），主ECU（31）实现整车四个车轮驱动力矩分配、四个车轮转速的上层控制，第一单片机（9），第二单片机（18），第三单片机（20），第四单片机（29）分别实现各个电机的底层驱动控制，第一单片机（9）与第一电机驱动电路（10）以导线连接，第一单片机（9）的控制信号传递到第一电机驱动电路（10），第二单片机（18）与第二电机驱动电路（17）以导线连接，第二单片机（18）的控制信号传递到第二电机驱动电路（17），第三单片机（20）与第三电机驱动电路（21）以导线连接，第三单片机（20）的控制信号传递到第三电机驱动电路（21），第四单片机（29）与第四电机驱动电路（28）以导线连接，第四单片机（29）的控制信号传递到第四电机驱动电路（28），主ECU（31）与第一单片机（9），第二单片机（18），第三单片机（20），第四单片机（29）分别以导线连接，主ECU（31）发出控制信号分别传递到第一单片机（9），第二单片机（18），第三单片机（20），第四单片机（29），第一单片机（9），第二单片机（18），第三单片机（20），第四单片机（29）处理得到的各个车轮的实际转速信号分别传递到主ECU（31）。

上述的执行器包括结构系统的四个车轮模块，即右前轮轮毂电机（11）、右前轮（12）、第一电机驱动电路（10）组成的右前轮执行模块，右后轮轮毂电机（14）、右后轮（16）、第二电机驱动电路（17）组成的右后轮执行模块，左后轮轮毂电机（22）、左后轮（23）、第三电机驱动电路（21）组成的左后轮执行模块，左前轮（25）、左前轮轮毂电机（26）、第四电机驱动电路（28）组成的左前轮执行模块；其中，右前轮轮毂电机（11）安装在右前轮（12）内，第一电机驱动电路（10）与右前轮轮毂电机（11）以电线连接，第一电机驱动电路（10）根据第一单片机（9）的控制信号驱动右前轮轮毂电机（11）转动。

本实用新型的有益效果是：电动汽车集成线控技术与轮毂电机驱动技术，很好的联合发挥了线控技术与轮毂电机驱动技术的优势。电动汽车采用线控技术，取消了传统汽车油门踏板、转向盘、制动踏板与油门、转向轮、制动器等之间的机械连接，而采用导线连接，驾驶员通过人机操纵界面中的电子油门踏板、转向盘、电子动踏板向汽车输入加速、转向、制动等操纵意图，控制器通过油门踏板位移传感器、转向盘转矩转角传感器、制动踏板传感器获取驾驶员的加速、转向、制动等操纵意图，控制安装在转向柱上的磁流变液装置向驾驶员提供优化的转向感觉，控制器根据驱动算法、电子差速算法、制动算法等控制各轮毂电机实现加速、转向、制动等操纵，充分利用轮胎附着力，提高附着效率；每个车轮各用一个轮毂电机驱动，容易实现四轮驱动、前轮驱动、后轮驱动等多种驱动模式的切换，实现根据动力需求进行自动选择，有效提高了在低附着系数路面上的动力性；取消了减速器、差速器等很多机械部件，结构简单，机械传递路线较短，控制灵活、响应快速，大大提高了汽车的动力性、驱动防滑转性能、 操纵稳定性、制动性、安全性等综合性能。利用左右车轮驱动力矩的差值产生转向力矩，实现电子差速转向，结构简化。

附图说明

附图1是本实用新型的结构示意图；

上图中：显示界面1、转向盘2、转向盘转矩转角传感器3、磁流变液装置4、人机操纵界面5、转向柱6、制动踏板传感器7、油门踏板位移传感器8、第一单片机9，第二单片机18，第三单片机20，第四单片机29、第一电机驱动电路10，第二电机驱动电路17，第三电机驱动电路21，第四电机驱动电路28、右前轮轮毂电机11、右前轮12、第一霍尔位置传感器13，第二霍尔位置传感器15，第三霍尔位置传感器24，第四霍尔位置传感器27、右后轮轮毂电机14、右后轮16、电源系统19、左后轮轮毂电机22、左后轮23、左前轮25、左前轮轮毂电机26、制动踏板30、主ECU31、油门踏板32、车速传感器33、横摆角速度传感器34。

具体实施方式

     结合附图1，对本实用新型作进一步的描述：

本实用新型由显示界面1、人机操纵界面5、传感器、控制器、执行器、电源系统19等组成，电源系统19包括锂离子动力电池组和电源电压转换模块，向第一单片机9，18，20，29、主ECU31、第一电机驱动电路10，第二电机驱动电路17，第三电机驱动电路21，第四电机驱动电路28、显示界面1等提供不同电压等级的电压。显示界面1采用液晶屏，安装在驾驶舱驾驶员前方的面板上，显示界面1与主ECU31以导线连接。主ECU31根据相关传感器测量的信息，发送信号到显示界面1，由显示界面1显示蓄电池剩余电量、电动汽车关键部件故障状态等信息。

人机操纵界面5包括转向盘2、磁流变液装置4、转向柱6、制动踏板30、油门踏板32，其中磁流变液装置4安装在转向柱6上，转向盘转动时磁流变液装置4通过转向柱6、转向盘2向驾驶员提供一定的阻力矩，优化转向路感，制动踏板30、油门踏板32由左向右分别安装在驾驶舱地板驾驶员右脚部的位置；

传感器包括转向盘转矩转角传感器3、制动踏板传感器7、油门踏板位移传感器8、车速传感器33、横摆角速度传感器34、第一霍尔位置传感器13，第二霍尔位置传感器15，第三霍尔位置传感器24，第四霍尔位置传感器27等，其中转向盘转矩转角传感器3安装在转向柱6上，测量驾驶员转动转向盘的转矩和转角的大小和方向，制动踏板传感器7测量驾驶员脚踩下制动踏板30的位移、油门踏板位移传感器8测量驾驶员脚踩下油门踏板32的位移，车速传感器33测量车速，横摆角速度传感器34测量车辆横摆角速度值，第一霍尔位置传感器13测量右前轮轮毂电机11的转子位置，第二霍尔位置传感器15测量右后轮轮毂电机14的转子位置，第三霍尔位置传感器24测量左后轮轮毂电机22的转子位置，第四霍尔位置传感器27测量左前轮轮毂电机26的转子位置，转向盘转矩转角传感器3、制动踏板传感器7、油门踏板位移传感器8、车速传感器33、横摆角速度传感器34等传感器通过导线与主ECU31连接，第一霍尔位置传感器13通过导线与第一单片机9连接，第二霍尔位置传感器15通过导线与第二单片机18连接，第三霍尔位置传感器24通过导线与第三单片机20连接，第四霍尔位置传感器27通过导线与第四单片机29连接；

控制器包括主ECU 31、第一单片机9，第二单片机18，第三单片机20，第四单片机29，第一单片机9与第一电机驱动电路10以导线连接，第一单片机9的控制信号传递到第一电机驱动电路10，第二单片机18与第二电机驱动电路17以导线连接，第二单片机18的控制信号传递到第二电机驱动电路17，第三单片机20与第三电机驱动电路21以导线连接，第三单片机20的控制信号传递到第三电机驱动电路21，第四单片机29与第四电机驱动电路28以导线连接，第四单片机29的控制信号传递到第四电机驱动电路28，主ECU 31与第一单片机9，第二单片机18，第三单片机20，第四单片机29分别以导线连接，主ECU 31发出控制信号分别传递到第一单片机9，第二单片机18，第三单片机20，第四单片机29，第一单片机9，第二单片机18，第三单片机20，第四单片机29处理获得的各个车轮的实际转速信号则分别传递到主ECU 31；

电动汽车的执行器包括结构相同的四个车轮模块，即右前轮轮毂电机11、右前轮12、第一电机驱动电路10组成的右前轮执行模块，右后轮轮毂电机14、右后轮16、第二电机驱动电路17组成的右后轮执行模块，左后轮轮毂电机22、左后轮23、第三电机驱动电路21组成的左后轮执行模块，左前轮25、左前轮轮毂电机26、第四电机驱动电路28组成的左前轮执行模块。右前轮轮毂电机11安装在右前轮12内，第一电机驱动电路10与右前轮轮毂电机11以电线连接，第一电机驱动电路10根据第一单片机9的控制信号驱动右前轮轮毂电机11转动。类似的，左前轮轮毂电机26安装在左前轮25内，第四电机驱动电路28与左前轮轮毂电机26以电线连接，第四电机驱动电路28根据第四单片机29的控制信号驱动左前轮轮毂电机26转动。右后轮轮毂电机14安装在右后轮16内，第二电机驱动电路17与右后轮轮毂电机14以电线连接，第二电机驱动电路17根据第二单片机18的控制信号驱动右后轮轮毂电机14转动。左后轮轮毂电机22安装在左后轮23内，第三电机驱动电路21与左后轮轮毂电机22以电线连接，第三电机驱动电路21根据第三单片机20的控制信号驱动左后轮轮毂电机22转动。

本实用新型的工作原理是：

当驾驶员踩下油门踏板32时，油门踏板传感器8测量的油门踏板位移信号传递到主ECU 31，主ECU 31根据各轮驱动转矩分配算法、驱动防滑转算法，由车速信号、油门踏板位移信号计算所需要的驱动力矩，并分配得到各个车轮的电机驱动力矩，分别向第一单片机9，18，20，29发出控制信号，同时，第一霍尔位置传感器13测量的电机转子位置信号传递到第一单片机9，第一单片机9控制驱动电路10使右前轮轮毂电机11输出一定的转矩，实现右前轮12的转动；同时，第四霍尔位置传感器27测量的电机转子位置信号传递到第四单片机29，第四单片机29控制驱动电路28使左前轮轮毂电机26输出一定的转矩，实现左前轮25的转动；同时，第二霍尔位置传感器15测量的电机转子位置信号传递到第二单片机18，第二单片机18控制驱动电路17使右后轮轮毂电机14输出一定的转矩，实现右后轮16的转动；同时，第三霍尔位置传感器24测量的电机转子位置信号传递到第三单片机20，第三单片机20控制驱动电路21使左后轮轮毂电机22输出一定的转矩，实现左后轮23的转动。四个车轮驱动的协调控制完成车辆预期的驱动运动，提高不同路面上车辆的动力性和稳定性。

当驾驶员转动转向盘2时，转向盘转矩转角传感器3测量的转向盘转矩转角信号、车速传感器33测量的车速信号、横摆角速度传感器34测量的横摆角速度信号等信号传递到主ECU 31，主ECU 31根据转向盘转矩转角信号、车速信号控制磁流变液装置4的线圈中的电流变化，控制产生的磁场，磁流变液的粘度随磁场变化而变化，磁流变液装置4通过转向柱6向转向盘2提供阻力矩，使驾驶员的手运动阻力的变化，实现优化的转向感觉。同时，主ECU 31根据差速转向算法，计算各个车轮的转动角速度目标值，分别向第一单片机9，18，20，29发出控制信号，同时，第一单片机9计算的右前轮实际转速信号、第四单片机29计算的左前轮实际转速信号、第二单片机18计算的右后轮实际转速信号、第三单片机20计算的左前轮实际转速信号传递到主ECU 31，实现各轮转速的闭环反馈控制，完成车辆预期的转向运动，提高车辆的操纵稳定性。

当驾驶员踩下制动踏板30时，制动踏板传感器7测量的制动踏板位移信号传递到主ECU 31，ECU 31获知驾驶员的制动意图，根据制动力矩分配算法、制动防抱死算法等计算各车轮应该提供的制动力矩，分别向第一单片机9，18，20，29发出控制信号，各个相应的电机减速提供电气制动力矩，并实现制动能量回收，实现车辆预期的制动运动，提高不同路面上的车辆制动效能和方向稳定性。

在以上各种工况下，均利用横摆角速度传感器检测车辆的横摆角速度，与期望的车辆横摆角速度对比；在驱动、制动、转向各种工况下，车辆遇到危险时，通过控制各个车轮的轮毂电机输出的转矩提供主动横摆力矩，使车辆保持稳定。

Claims (3)

1.一种集成线控技术与轮毂电机驱动技术的电动汽车，其特征是：包括显示界面（1）、人机操纵界面（5）、传感器、控制器、执行器、电源系统（19），所述的人机操纵界面（5）包括转向盘（2）、磁流变液装置（4）、转向柱（6）、制动踏板（30）、油门踏板（32），其中，磁流变液装置（4）安装在转向柱（6）上，通过转向柱向驾驶员提供转向盘转动时的阻力矩；所述的传感器包括转向盘转矩转角传感器（3）、制动踏板传感器（7）、油门踏板位移传感器（8）、车速传感器（33）、横摆角速度传感器（34）、第一霍尔位置传感器（13）、第二霍尔位置传感器（15）、第三霍尔位置传感器（24）、第四霍尔位置传感器（27），其中，转向盘转矩转角传感器（3）安装在转向柱（6）上，测量驾驶员转动转向盘的转矩和转角的大小和方向，制动踏板传感器（7）测量驾驶员脚踩下制动踏板（30）的位移，油门踏板位移传感器（8）测量驾驶员脚踩下油门踏板（32）的位移，车速传感器（33）测量车速，横摆角速度传感器（34）测量车辆横摆角速度值，第一霍尔位置传感器（13）测量右前轮轮毂电机（11）的转子位置，第二霍尔位置传感器（15）测量右后轮轮毂电机（14）的转子位置，第三霍尔位置传感器（24）测量左后轮轮毂电机（22）的转子位置，第四霍尔位置传感器（27）测量左前轮轮毂电机（26）的转子位置，转向盘转矩转角传感器（3）、制动踏板传感器（7）、油门踏板位移传感器（8）、车速传感器（33）、横摆角速度传感器（34）传感器通过导线与主ECU（31）连接，第一霍尔位置传感器（13）通过导线与第一单片机（9）连接，第二霍尔位置传感器（15）通过导线与第二单片机（18）连接，第三霍尔位置传感器（24）通过导线与第三单片机（20）连接，第四霍尔位置传感器（27）通过导线与第四单片机（29）连接。

2.根据权利要求1所述的集成线控技术与轮毂电机驱动技术的电动汽车，其特征是：所述的控制器采用主从式结构，包括主ECU（31）、第一单片机（9），第二单片机（18），第三单片机（20），第四单片机（29），主ECU（31）实现整车四个车轮驱动力矩分配、四个车轮转速的上层控制，第一单片机（9），第二单片机（18），第三单片机（20），第四单片机（29）分别实现各个电机的底层驱动控制，第一单片机（9）与第一电机驱动电路（10）以导线连接，第一单片机（9）的控制信号传递到第一电机驱动电路（10），第二单片机（18）与第二电机驱动电路（17）以导线连接，第二单片机（18）的控制信号传递到第二电机驱动电路（17），第三单片机（20）与第三电机驱动电路（21）以导线连接，第三单片机（20）的控制信号传递到第三电机驱动电路（21），第四单片机（29）与第四电机驱动电路（28）以导线连接，第四单片机（29）的控制信号传递到第四电机驱动电路（28），主ECU（31）与第一单片机（9），第二单片机（18），第三单片机（20），第四单片机（29）分别以导线连接，主ECU（31）发出控制信号分别传递到第一单片机（9），第二单片机（18），第三单片机（20），第四单片机（29），第一单片机（9），第二单片机（18），第三单片机（20），第四单片机（29）处理得到的各个车轮的实际转速信号分别传递到主ECU（31）。

3.根据权利要求1所述的集成线控技术与轮毂电机驱动技术的电动汽车，其特征是：所述的执行器包括结构系统的四个车轮模块，即右前轮轮毂电机（11）、右前轮（12）、第一电机驱动电路（10）组成的右前轮执行模块，右后轮轮毂电机（14）、右后轮（16）、第二电机驱动电路（17）组成的右后轮执行模块，左后轮轮毂电机（22）、左后轮（23）、第三电机驱动电路（21）组成的左后轮执行模块，左前轮（25）、左前轮轮毂电机（26）、第四电机驱动电路（28）组成的左前轮执行模块；其中，右前轮轮毂电机（11）安装在右前轮（12）内，第一电机驱动电路（10）与右前轮轮毂电机（11）以电线连接，第一电机驱动电路（10）根据第一单片机（9）的控制信号驱动右前轮轮毂电机（11）转动。