CN109515065B - 一种可自动定量调节汽车车轮距的调整***及调整方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种可自动定量调节汽车车轮距的调整***及调整方法，该调整***包括带有可伸缩花键副的半轴、安装在汽车前方车架上的超声波探测器和速度传感器、安装在汽车内部的显示屏、与显示屏电连接的电子控制单元、与电子控制单元相连的四个步进电机、谐波齿轮减速器、齿轮齿条传动副、滚动装置、回位装置；汽车发动机的动力传递至驱动桥差速器后，由两个伸缩花键式半轴传递至车轮。该调节装置可以根据汽车实时车速和前方弯道或障碍物处的距离对车轮距进行精准定量调节，并可根据需要在ECU中设置不同算法，用以改变车轮距变化的控制方式。

Description

一种可自动定量调节汽车车轮距的调整***及调整方法

技术领域

本发明属于智能控制领域，涉及汽车轮距调整装置，具体涉及一种可自动定量调节汽车车轮距的调整***及调整方法。

背景技术

目前，现有汽车的车轮距是固定不变的，在使用过程中并不能根据使用要求的改变而进行改变。然而，轮距的不同会直接对驾驶性能产生影响，如汽车前轮轮距越宽，汽车在转弯时会更平稳，横向稳定性越好；但前轮轮距越宽，转向精确度会越低，占用路面宽度越大。另外，轮距大小还会影响汽车在狭窄路面的通过性和行驶安全性。

中国专利CN 206826318 U公开了“一种可调偏距的车轮和可调轮距的汽车”，解决了轮距无法调整的技术问题，但该汽车车轮轮距不可自动改变，需要手动更换轮辋和轮辐的安装面；因此，无论是在安装或是调节的过程中都较为麻烦，并且可变车轮距具有分级式特点，即车轮距只能是固定的几个值，适用面窄。

中国专利CN 102381135 A公开了一种“可变车轮距汽车”，该汽车采用液压装置对车轮距进行改变，但由于液压传动装置实现定比传动困难，且该种驱动结构和控制***简单，因此不能对车轮轮距变化量进行精确控制。另外，液压传动装置在相对运动表面会不可避免的出现液压油的泄露，油液的粘度也会随着温度的变化而改变，黏度的改变不仅会影响流体的流动性，还会影响内摩擦力大小，而且黏度过低会使液压设备的内、外产生泄漏，造成不必要的损失，故而该种结构并不是理想的选择。

中国专利CN 203818926 U公开了“一种电动汽车后轮距调节装置”，该调节装置将电机上的传动轴与齿轮传动装置连接，齿轮传动装置的两端分别设有蜗杆与蜗轮，蜗轮与滑动装置连接，滑动装置滑动从而实现对汽车后轮距的调节，但该调节装置仅能够对汽车后轮距进行调节，并且对车轮距的调节没有提供有效的控制方法，无法实现精确控制；另外，蜗轮蜗杆传动装置效率低，成本高，仅适用于传动功率小功率的场合，适用范围小；再者，由于该调节装置的滑轨下端面与车身悬架***相连，轮距改变时易与悬架***产生干涉，若改变悬架***的工作情况易影响汽车的稳定性、安全性和舒适性，由此可见，该种结构的调节装置并不合理，在使用过程中也会存在上述诸多问题。

发明内容

本发明的第一个目的在于提供一种可自动定量调节汽车车轮距的调整***，以解决现有车轮距调整操作过程繁琐，费时费力，无法根据路况精确调整轮距的技术难题。

为实现上述目的，本发明是采用如下技术方案实现的：

一种可自动定量调节汽车车轮距的调整***，包括：带有可伸缩花键副的半轴、安装在汽车前方车架上的超声波探测器和速度传感器、安装在汽车内部的显示屏、与显示屏电连接的电子控制单元、与电子控制单元相连的四个步进电机、谐波齿轮减速器、齿轮齿条传动副、滚动装置、回位装置；所述半轴采用滚动装置与车轮连接，用于改变两个车轮之间的距离；

所述超声波探测器，用于探测汽车至前方障碍物或转弯处的距离d，并将其传至电子控制单元；

所述速度传感器，用于实时监测汽车的速度v，并将速度v传至电子控制单元；

所述显示屏，用于分别输入驾驶员期望改变的前轮、后轮轮距变化量ΔL1、ΔL2，并将数据传入电子控制单元；同时，驾驶员通过显示屏可直接输入其在轮距变化过程中的预期距离d；

所述电子控制单元包括预设模块和计算模块，所述预设模快，用于存放设定的安全时间t'；所述计算模块，用于将超声波探测器传入的距离d或显示屏输入的距离d，速度传感器传入的速度v，显示屏输入的前轮、后轮轮距变化量ΔL1、ΔL2，以及设定的安全时间t'进行计算，根据计算后的情况对四个步进电机进行控制；电子控制单元控制步进电机动作时，同时控制驱动左前轮、右前轮的步进电机或同时控制驱动左后轮、右后轮的步进电机，使其达到预期的轮距变化量；

所述的四个步进电机分别置于靠近车轮的车架上，四个步进电机的输出端均采用联轴器与谐波齿轮减速器相连，步进电机根据电子控制单元传来的信号进行动力输出；四个所述的步进电机步距角为B、细分为X；

所述谐波齿轮减速器，用于降速增扭，其传动比为

式中z₂、z₁分别为刚轮、柔轮的齿数，式中符号仅代表方向，此式为刚轮固定、波发生器主动、柔轮从动时的谐波齿轮减速器传动比；谐波齿轮减速器的输出端与模数为m、齿数为z的齿轮连接；

所述齿轮齿条传动副包括齿轮、齿条，在所述车架上加工有T型滑道，所述齿条的底部为与T型滑道匹配的T型结构，齿条传动安装在车架的T型滑道内，在T型滑道内能够进行任意滑动；齿条与齿轮啮合，通过齿轮驱动齿条沿着T型滑道滑动；在所述齿条的端部安装有滚动装置；所述滚动装置上的滚动体设置在滚道上；

所述滚道通过滚道固定架固定在车轮轮毂的内侧，车轮转动时，滚动体在滚道内不停的滚动。

作为本发明的优选，所述半轴包括内半轴、通过万向节与内半轴连接的外半轴；所述外半轴采用伸缩花键式传动轴，外半轴将外花键部分置于内侧，内花键所在轴置于外侧，且在内花键轴外表面倾斜安装回位装置；所述回位装置一端与内花键轴外表面连接，另一端固定在车架或万向节支座上。

作为本发明的优选，所述步进电机和谐波齿轮减速器置于电机壳内，齿轮安装在电机壳的外侧，电机壳采用固定螺栓安装在车架上。

本发明的第二个目的在于提供一种可自动定量调节汽车车轮距的调整方法，以解决现有车轮距调整时无法根据路况精确调整轮距的技术难题。

为实现上述目的，本发明是采用如下技术方案实现的：

一种可自动定量调节汽车车轮距的调整的方法，具体包括以下步骤：

步骤S1、汽车在行进过程中，安装在汽车车架上的超声波探测器探测汽车至前方障碍物或转弯处的距离d，并将其传至电子控制单元；与此同时，速度传感器实时监测车速v，并将监测的速度v传至电子控制单元，当驾驶员为了适应驾驶环境需要改变车轮距时，驾驶员通过汽车内部的显示屏输入前、后轮车轮距变化量ΔL1、ΔL2；

步骤S2、电子控制单元根据超声波探测器传入的距离d，速度传感器传入的速度v，显示屏输入的轮距变化量ΔL1、ΔL2，以及预设模快内预先设定的安全时间t'进行计算，根据计算情况同时控制驱动左前轮、右前轮的步进电机或同时控制驱动左后轮、右后轮的步进电机；

所述ECU通过以下公式计算步进电机在(t-t')时间内所需脉冲个数：

公式中，ΔL为前轮或后轮输入轮距变化值，z₂、z₁分别为谐波齿轮减速器中刚轮、柔轮的齿数，m为齿轮模数，z为齿轮的齿数，B为步进电机步距角、X为步进电机细分；

若采用固定频率脉冲即根据下述公式求得：

公式中，ΔL为前轮或后轮输入轮距变化量，B为步进电机步距角、X为步进电机细分，m为齿轮模数、z为齿轮齿数，t为轮距变化时间(t＝d/v)；

若应用步进电机变频方式则采用匀加速、匀减速的方法，脉冲频率改变的加速度为：

步骤S3、电子控制单元对信号进行处理后将控制信号传入步进电机，步进电机的动力经过联轴器和谐波齿轮减速器输出给齿轮，再经由齿轮齿条传动副将旋转运动转化为直线运动，通过滚动装置传递给车轮，与车轮连接的伸缩花键式半轴在传递动力的同时随着车轮距的改变而改变，完成对轮距变化量的调节。

本发明还可以通过车内的显示屏直接输入驾驶员期望的汽车至前方障碍物或转弯处的距离d，以及驾驶员期望改变的前轮、后轮轮距变化量ΔL1、ΔL2，电子控制单元根据显示屏输入的距离d，前轮、后轮轮距变化量ΔL1、ΔL2，速度传感器传入的速度v，以及设定的安全时间t'进行计算，根据计算情况对步进电机进行控制；当驾驶员输入期望距离时电子控制单元根据驾驶员输入的距离进行计算，当驾驶员不输入期望距离时，则采用超声波探测器探测的距离进行计算。

本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：

(1)本发明中的车轮距调节装置可以根据汽车实时车速和前方弯道或障碍物处的距离对车轮距进行精准定量调节，并可根据需要在ECU中设置不同算法，用以改变车轮距变化的控制方式。

(2)本发明中用于改变车轮距的机械传动装置结构简单，安装紧凑，便于控制，相对于液压、蜗杆蜗轮传动等方式更为安全、可靠。

(3)本发明中的前、后轮轮距可同时改变不同的量值，因此在使用的过程中适用路面更加广泛，使汽车拥有更好的驾驶感。

(4)本发明中采用谐波齿轮减速器用以降速增扭，使步进电机工作更加安全可靠，在直线传动方式上选择齿轮齿条传动，可以避免因采用其他直线传动装置而引起的逆效率大、强度低等缺点。

(5)本发明中机械传动装置特殊的布置方式可有效避免其与悬架***和转向机构发生干涉，使汽车的稳定性、安全性和舒适性更好。

附图说明

图1是本发明调整***的安装结构示意图。

图2是本发明步进电机与齿轮齿条传动副的连接结构示意图。

图3是本发明伸缩花键式半轴的安装结构示意图。

图4是本发明车轮的结构示意图。

图5是本发明齿轮齿条传动副安装在车架上的示意图。

图6是本发明电子控制单元EUC控制原理图。

具体实施方式

为使本领域的技术人员清楚明白本发明的技术方案及其优点和效果，下面结合附图对本发明进一步详细说明，但并不用于对本发明的限定。

实施例1

本发明提供的一种可自动定量调节汽车车轮距的调整***可直接安装在现有汽车上，所述的汽车可以为发动机前置前轮驱动汽车，该汽车采用边梁式车架；

参阅图1至图6，可自动定量调节汽车车轮距的调整***包括：安装在驱动桥差速器上的带有伸缩花键副的半轴1、安装在汽车前方车架2上的超声波探测器3和速度传感器4、安装在汽车内部的显示屏5、与显示屏电连接的电子控制单元(EUC)6、与电子控制单元相连的四个步进电机7、谐波齿轮减速器8、齿轮齿条传动副的齿轮12、齿轮齿条传动副的齿条9、滚动装置13、回位弹簧10；汽车上发动机的动力传递至驱动桥差速器后，由两个半轴1传递至车轮11，带有伸缩花键副的半轴1用于改变两个车轮之间的距离；

所述超声波探测器3，用于探测汽车至前方障碍物或转弯处的距离d，并将其传至电子控制单元6；

所述速度传感器4，用于实时监测汽车的速度v，并将速度v传至电子控制单元6；

所述显示屏5，用于分别输入驾驶员期望改变的前轮、后轮轮距变化量ΔL1、ΔL2，并将数据传入电子控制单元6；同时，驾驶员通过显示屏可直接输入其在轮距变化过程中的预期距离d；

所述电子控制单元6包括预设模块和计算模块，所述预设模快，用于存放设定的安全时间t'；所述计算模块，用于将超声波探测器传入的距离d或显示屏输入的距离d，速度传感器传入的速度v，显示屏输入的前轮、后轮轮距变化量ΔL1、ΔL2，以及设定的安全时间t'进行计算，根据计算后的情况对四个步进电机7进行控制；电子控制单元6控制步进电机7动作时，同时控制驱动左前轮、右前轮的步进电机或同时控制驱动左后轮、右后轮的步进电机，使其达到预期的轮距变化量(见图6)；

所述的四个步进电机7分别置于靠近车轮的车架上，安装在左前轮附近的步进电机驱动左前轮，安装在右前轮附近的步进电机驱动右前轮；安装在左后轮附近的步进电机驱动左后轮，安装在右后轮附近的步进电机驱动右后轮；四个步进电机7的输出端均采用联轴器17与谐波齿轮减速器相连，步进电机根据电子控制单元传来的信号进行动力输出；四个所述的步进电机步距角为B、细分为X；

所述谐波齿轮减速器8，用于降速增扭，其传动比为

式中z₂、z₁分别为刚轮、柔轮的齿数，式中符号仅代表方向，此式为刚轮固定、波发生器主动、柔轮从动时的谐波齿轮减速器传动比；谐波齿轮减速器8的输出端与模数为m、齿数为z的齿轮12连接，步进电机7和谐波齿轮减速器8置于电机壳内，齿轮12安装在电机壳13的外侧，电机壳13采用固定螺栓18安装在车架2上；

在所述车架2上加工有T型滑道21，所述齿轮齿条传动副中的齿条9的底部为与T型滑道匹配的T型结构，齿条9安装在车架的T型滑道内，在T型滑道内能够进行任意滑动，采用T型滑道结构可以直接利用T型滑道起到限位和保持的作用，避免安装其他辅助性装置(见图5)；齿条9与齿轮12齿合，通过齿轮12驱动齿条9沿着T型滑道滑动；在齿条9的端部(靠近车轮的一端)安装有滚动装置13；所述滚动装置上的滚动体131设置在滚道14上，所述滚道14通过滚道固定架15固定在车轮轮毂的内侧，车轮11转动时，滚动体131在滚道内不停的滚动，使齿条与车轮可以产生相对滚动，并对车距起到保持作用(见图2、图4)。

本发明发动机的动力传递至驱动桥差速器后，经由左、右两个半轴1传递至车轮11；所述半轴包括与驱动桥差速器连接的内半轴1a、通过万向节与内半轴连接的外半轴1b；所述外半轴1b采用伸缩花键式传动轴，外半轴将外花键部分置于内侧，内花键所在轴置于外侧，且在内花键轴外表面需要倾斜安装回位弹簧10，用以自动回位；所述回位弹簧10一端与外半轴连接，另一端固定在包覆在万向节外部的球形支座16上；当调节完轮距后，在回位弹簧的作用下，车轮可自动回位(见图3)。

本发明还提供一种采用上述可自动定量调节汽车车轮距的调整***对轮距进行调控的方法，具体包括以下步骤：

步骤S1、汽车在行进过程中，安装在汽车车架上的超声波探测器探测汽车至前方障碍物或转弯处的距离d，并将其传至电子控制单元；与此同时，速度传感器实时监测车速v，并将监测的速度v传至电子控制单元，当驾驶员为了适应驾驶环境需要改变车轮距时，驾驶员通过汽车内部的显示屏输入前、后轮车轮距变化量ΔL1、ΔL2；

步骤S2、电子控制单元根据超声波探测器传入的距离d，速度传感器传入的速度v，显示屏输入的轮距变化量ΔL1、ΔL2，以及预设模快内预先设定的安全时间t'(设定的值能够为驾驶员减轻心理压力即可)进行计算，根据计算情况同时控制驱动左前轮、右前轮的步进电机或同时控制驱动左后轮、右后轮的步进电机；

所述ECU通过以下公式计算步进电机在(t-t')时间内所需脉冲个数：

公式中，ΔL为前轮或后轮输入轮距变化值，z₂、z₁分别为谐波齿轮减速器中刚轮、柔轮的齿数，m为齿轮模数，z为齿轮齿数，B为步进电机步距角、X为步进电机细分；

由于步进电机具有转矩大、惯性小、响应频率高的优点，具有瞬间启动和急速停止的优越特性，因此可根据实际情况确定电机不同的变频效果；

若采用固定频率脉冲即根据下述公式求得：

公式中，ΔL为前轮或后轮输入轮距变化量，B为步进电机步距角、X为步进电机细分，m为齿轮模数、z为齿轮齿数，t为轮距变化时间(t＝d/v)；

若应用步进电机变频方式则采用匀加速、匀减速的方法，脉冲频率改变的加速度为：

步骤S3、电子控制单元对信号进行处理后将控制信号传入步进电机，步进电机的动力经过联轴器和谐波齿轮减速器输出给齿轮，再经由齿轮齿条传动副将旋转运动转化为直线运动，通过滚动装置传递给车轮，与车轮连接的伸缩花键式半轴在传递动力的同时随着车轮距的改变而改变，完成对轮距变化量的调节。

另外，本发明还可以通过车内的显示屏5直接输入驾驶员期望的汽车至前方障碍物或转弯处的距离d，以及驾驶员期望改变的前轮、后轮轮距变化量ΔL1、ΔL2，电子控制单元根据显示屏5输入的距离d，前轮、后轮轮距变化量ΔL1、ΔL2，速度传感器传入的速度v，以及设定的安全时间t'进行计算，根据计算情况对步进电机进行控制；当驾驶员输入期望距离时电子控制单元根据驾驶员输入的距离进行计算，当驾驶员不输入期望距离时，则采用超声波探测器探测的距离进行计算。

Claims (5)

1.一种可自动定量调节汽车车轮距的调整***，其特征在于，带有可伸缩花键副的半轴、安装在汽车前方车架上的超声波探测器和速度传感器、安装在汽车内部的显示屏、与显示屏电连接的电子控制单元、与电子控制单元相连的四个步进电机、谐波齿轮减速器、齿轮齿条传动副、滚动装置、回位装置；所述半轴采用滚动装置与车轮连接，用于改变两个车轮之间的距离；

所述超声波探测器，用于探测汽车至前方障碍物或转弯处的距离d，并将其传至电子控制单元；

所述速度传感器，用于实时监测汽车的速度v，并将速度v传至电子控制单元；

所述显示屏，用于分别输入驾驶员期望改变的前轮、后轮轮距变化量ΔL1、ΔL2，并将数据传入电子控制单元；同时，驾驶员通过显示屏可直接输入其在轮距变化过程中的预期距离d；

所述电子控制单元包括预设模块和计算模块，所述预设模快，用于存放设定的安全时间t′；所述计算模块，用于将超声波探测器传入的距离d或显示屏输入的距离d，速度传感器传入的速度v，显示屏输入的前轮、后轮轮距变化量ΔL1、ΔL2，以及设定的安全时间t′进行计算，根据计算后的情况对四个步进电机进行控制；电子控制单元控制步进电机动作时，同时控制驱动左前轮、右前轮的步进电机或同时控制驱动左后轮、右后轮的步进电机，使其达到预期的轮距变化量；

所述的四个步进电机分别置于靠近车轮的车架上，四个步进电机的输出端均采用联轴器与谐波齿轮减速器相连，步进电机根据电子控制单元传来的信号进行动力输出；四个所述的步进电机步距角为B、细分为X；

所述谐波齿轮减速器，用于降速增扭，其传动比为

式中z₂、z₁分别为刚轮、柔轮的齿数，式中符号仅代表方向，此式为刚轮固定、波发生器主动、柔轮从动时的谐波齿轮减速器传动比；谐波齿轮减速器的输出端与模数为m、齿数为z的齿轮连接；

所述齿轮齿条传动副包括齿轮、齿条，在所述车架上加工有T型滑道，所述齿条的底部为与T型滑道匹配的T型结构，齿条安装在车架的T型滑道内，在T型滑道内能够进行任意滑动；齿条与齿轮啮合，通过齿轮驱动齿条沿着T型滑道滑动；在所述齿条的端部安装有滚动装置；所述滚动装置上的滚动体设置在滚道上；

所述滚道通过滚道固定架固定在车轮轮毂的内侧，车轮转动时，滚动体在滚道内不停的滚动。

2.根据权利要求1所述的一种可自动定量调节汽车车轮距的调整***，其特征在于，所述半轴包括内半轴、通过万向节与内半轴连接的外半轴；所述外半轴采用伸缩花键式传动轴，外半轴将外花键部分置于内侧，内花键所在轴置于外侧，且在内花键轴外表面倾斜安装回位装置；所述回位装置一端与内花键轴外表面连接，另一端固定在车架或万向节支座上。

3.根据权利要求1所述的一种可自动定量调节汽车车轮距的调整***，其特征在于，所述步进电机和谐波齿轮减速器置于电机壳内，齿轮安装在电机壳的外侧，电机壳采用固定螺栓安装在车架上。

4.权利要求1所述的可自动定量调节汽车车轮距的调整***对轮距进行调整的方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

步骤S1、汽车在行进过程中，安装在汽车车架上的超声波探测器探测汽车至前方障碍物或转弯处的距离d，并将其传至电子控制单元；与此同时，速度传感器实时监测车速v，并将监测的速度v传至电子控制单元，当驾驶员为了适应驾驶环境需要改变车轮距时，驾驶员通过汽车内部的显示屏输入前、后轮车轮距变化量ΔL1、ΔL2；

步骤S2、电子控制单元根据超声波探测器传入的距离d，速度传感器传入的速度v，显示屏输入的轮距变化量ΔL1、ΔL2，以及预设模快内预先设定的安全时间t'进行计算，根据计算情况同时控制驱动左前轮、右前轮的步进电机或同时控制驱动左后轮、右后轮的步进电机；

所述电子控制单元通过以下公式计算步进电机在(t-t')时间内所需脉冲个数：

公式中，ΔL为前轮或后轮输入轮距变化值，z₂、z₁分别为谐波齿轮减速器中刚轮、柔轮的齿数，m为齿轮模数，z为齿轮的齿数，B为步进电机步距角、X为步进电机细分、t为轮距变化时间，t＝d/v；

若采用固定频率脉冲即根据下述公式求得：

若应用步进电机变频方式则采用匀加速、匀减速的方法，脉冲频率改变的加速度为：

步骤S3、电子控制单元对信号进行处理后将控制信号传入步进电机，步进电机的动力经过联轴器和谐波齿轮减速器输出给齿轮，再经由齿轮齿条传动副将旋转运动转化为直线运动，通过滚动装置传递给车轮，与车轮连接的伸缩花键式半轴在传递动力的同时随着车轮距的改变而改变，完成对轮距变化量的调节。

5.权利要求1所述的可自动定量调节汽车车轮距的调整***对轮距进行调整的方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

步骤S1、汽车在行进过程中，安装在汽车车架上的速度传感器实时监测车速v，并将监测的速度v传至电子控制单元，当驾驶员为了适应驾驶环境需要改变车轮距时，驾驶员通过汽车内部的显示屏输入期望的汽车至前方障碍物或转弯处的距离d，以及驾驶员期望改变的前轮、后轮轮距变化量ΔL1、ΔL2；

步骤S2、电子控制单元根据显示屏5输入的距离d，速度传感器传入的速度v，显示屏输入的轮距变化量ΔL1、ΔL2，以及预设模快内预先设定的安全时间t'进行计算，根据计算情况同时控制驱动左前轮、右前轮的步进电机或同时控制驱动左后轮、右后轮的步进电机；

所述电子控制单元通过以下公式计算步进电机在(t-t')时间内所需脉冲个数：

公式中，ΔL为前轮或后轮输入轮距变化值，z₂、z₁分别为谐波齿轮减速器中刚轮、柔轮的齿数，m为齿轮模数，z为齿轮的齿数，B为步进电机步距角、X为步进电机细分、t为轮距变化时间，t＝d/v；

若采用固定频率脉冲即根据下述公式求得：

若应用步进电机变频方式则采用匀加速、匀减速的方法，脉冲频率改变的加速度为：

步骤S3、电子控制单元对信号进行处理后将控制信号传入步进电机，步进电机的动力经过联轴器和谐波齿轮减速器输出给齿轮，再经由齿轮齿条传动副将旋转运动转化为直线运动，通过滚动装置传递给车轮，与车轮连接的伸缩花键式半轴在传递动力的同时随着车轮距的改变而改变，完成对轮距变化量的调节。

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