CN111497932A - 一种新型可减小转向半径的电动汽车、控制***及控制方法 - Google Patents

一种新型可减小转向半径的电动汽车、控制***及控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于电动汽车控制技术领域，公开了一种新型可减小转向半径的电动汽车、控制***及控制方法，新型可减小转向半径的电动汽车控制方法包括：通过转向轮转动角度传感器检测转向轮转向角度的大小；通过驱动轮滚动角度传感器检测驱动轮的滚动速度大小；通过转向控制电脑接收所有传感器的信号并进行计算和分析，然后做出判断并对两个转向电机和轮毂电机发出相应的转速指令，最终实现符合阿克曼转向几何特性的汽车小半径转向。本发明提供的新型可减小转向半径的电动汽车，有两个转向电机，它们分别单独控制着同侧的转向轮的转动角度，通过电脑的精准控制，能够更容易达到阿克曼转向几何关系，实现汽车在不同转向模式之间的切换。

Description

一种新型可减小转向半径的电动汽车、控制***及控制方法
技术领域
本发明属于电动汽车转向控制技术领域，尤其涉及一种新型可减小转向半径的电动汽车、控制***及控制方法。
背景技术
目前，市场上的四轮汽车绝大多数都是两轮转向，其转弯过程是由转向轮带动汽车转向的，而由于只有两个车轮可以转向，另外两个车轮无转向功能，最终实现的结果是汽车沿着一个比较大的虚拟圆形轨迹做圆周运动。这种两轮转向汽车的转弯半径往往大于汽车尺寸：家用汽车的最小转向半径一般在4至8米，大型汽车的转向半径甚至可以达到10至20米。当遇到一些作业空间较小的路况比如说停车场或者狭窄的路面时，由于转向半径过大，往往就显露出了汽车的机动性较差的缺点，驾驶员就需要进行多次倒车和前进的操作来达到改变汽车方位的目的。这个过程往往费时费力，对于一些特种汽车比如消防车甚至会影响重要任务的执行。
与此同时，市场上还有极少量的四轮转向汽车，即四个车辆全部参与转向。由于转向轮更多，汽车的转向半径可以极大的减小，甚至有些汽车可以实现原地转向。这就极大的增加了汽车在转向时的机动性，即使是拥堵路况或者狭窄路面也可以轻松的出入。这种汽车的缺点是结构设计上复杂了很多，而且由于结构设计上的很多缺陷没有完全解决造成其应用范围极为有限且使用可靠性不高。因此，现代汽车市场的四轮汽车主要还是以两轮转向为主。
目前市场上的电动汽车都是采用的传统燃油汽车的底盘，包括转向***。由于成本问题和技术问题，现在还是以两轮转向为主，所以它继承了传统汽车转向半径过大的缺陷。这最终会给驾驶员和道路交通甚至是社会安全带来诸多不便。故急需设计出一种装置来减小汽车的转向半径。
综上所述，现有技术存在的问题是：(1)传统的汽车由于是一个整体的转向电机同时控制两个转向轮，这种结构的汽车不可能实现较大的转向轮转角，从而造成了汽车转向半径往往较大的缺陷，给驾驶员和道路交通甚至是社会安全带来诸多不便。
(2)传统的汽车由于是一个整体的转向电机同时控制两个转向轮，这种结构方式在车轮转向的时候往往难以达到阿克曼转向几何关系，这就不可避免的造成了转向轮的胎面过快磨损，故而会缩短轮胎的使用寿命。
(3)现有四轮转向汽车结构设计复杂，而且由于结构设计上的很多缺陷没有完全解决造成其应用范围极为有限且使用可靠性不高。此外，由于在转向***上变得更加复杂，其在占用空间上会增加，从而不可避免的挤压其他***的空间而影响其性能。
解决上述技术问题的难度：
(1)汽车转向轮的胎面要想不发生过快的异常磨损，需要转向轮在各个转角下都满足阿克曼转向几何关系。而传统的一个转向电机连接控制两个转向轮的方式最多只能实现某个转角范围区间的满足阿克曼转向几何关系。也就是说，对于传统的汽车转向来说，满足整个转角范围区间的阿克曼转向几何关系几乎是不可能的。
(2)传统两轮转向汽车的转向***已经发展了100多年，在不改变模式和原理的情况下，转向***几乎已经发挥到了极致。也就是说，在不改变两转向轮的装配关系和运动关系的情况下，是不可能实现更小转向半径的情况了。
目前，一些汽车厂家已经设计出了四轮转向汽车，它们的原理一般是通过四轮单独转向或者前后转向轮单独转向从而实现更小的转向半径。这种汽车可以实现更小的转向半径甚至是0半径转向，但是由于在汽车上增加了过多的转向电机，控制策略上也复杂了许多，从而造成了成本较高。
解决上述技术问题的意义：本发明是在轮毂电机式电动汽车的基础上，将常规的前轮转向改进为两轮分别单独转向。本发明是两个前转向轮的不同转角配合，加上两个后轮的不同转速配合进而可以在满足阿克曼转向几何关系的前提下而实现更小的转向半径。经过本发明改进过的汽车首先可以极大的缩小汽车的最小转向半径，从而可以减小汽车工作时的活动范围，并且提高汽车的机动性；可以使得汽车在转向时尽可能的贴近阿克曼转向几何关系，从而减小转向车轮的轮胎磨损，提高寿命；本发明的汽车相对于哪些已经发明的四轮转向汽车在制造成本上也会低很多，实用性也要更好。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种新型可减小转向半径的电动汽车、控制***及控制方法。
本发明是这样实现的，一种新型可减小转向半径的电动汽车控制方法，包括以下步骤：
步骤一，通过转向轮转动角度传感器检测转向轮转向角度的大小；通过驱动轮滚动角度传感器检测驱动轮的滚动速度大小；通过方向盘转角传感器检测汽车的方向盘转角大小；通过油门开度传感器检测出发动机的油门大小；通过档位信号传感器检测汽车的档位信号；通过其它传感器获得汽车的其它行驶状态信号。
步骤二，转向控制电脑接收所有传感器的信号，其中包括内外转向轮的转角α和β，内外两个驱动轮的滚动速度v内和v外，驾驶员转动方向盘的转角大小，经过对以上传感器信号的分析和计算，然后输出信号控制两个转向电机的转动角速度，这两个转向电机进而分别控制两个转向车轮的转动角度大小。其中，整个过程中电脑都通过闭环控制使得两个转向车轮的转角α和β始终满足阿克曼转向几何关系即cotα-cotβ＝LAB/LAC；
步骤三，汽车转向控制电脑根据内外转向轮的转角α和β，内外两个驱动轮的滚动速度v内和v外，驾驶员转动方向盘的转角大小，以及汽车此时的油门开度大小，汽车的行驶档位等行驶状态的信号，经过分析和计算，然后输出信号控制两个驱动电机的转速，这两个驱动电机进而分别控制两个驱动车轮的滚动速度大小。其中，在整个过程中电脑都通过闭环控制使得两个驱动车轮的转速v内和v外始终都满足关系式v内/v外＝LOC/LOD。
在步骤一和步骤二中，随着汽车方向盘转角的不断增大，两个转向车轮的转角α和β也不断增大，而汽车的转向半径也在不断减小并逐渐的由常规转向模式进入到了小半径转向模式。这两种转向模式的切换阀值是在当内侧转向轮转角达到90度时。在整个转向过程当中两个转向轮始终满足阿克曼转向几何关系，同时两个驱动轮也满足比例关系v内/v外＝LOC/LOD。
进一步，当转动方向盘转角从小到大的过程中，转向车轮的转角也逐渐增大。在此过程中，汽车的转向中心始终位于汽车后轮的轴线上，且随着转角的增大而沿着后轮轴线由外向内的移动，即汽车的转向半径也越小，汽车的转向中心越趋向于往内侧移动。
进一步，步骤二中，汽车车轮转向角度较小时，即在内侧转向轮转角小于90度时，汽车为常规转向模式，此阶段同传统的两轮转向汽车的转向过程一致。电脑根据阿克曼转向几何关系控制着内外转向轮的转角关系满足cotα-cotβ＝LAB/LAC，汽车的转向圆心位于后轮轴线的外侧。随着转向车轮角度增大，直到内侧车轮角度达到90度，与此同时，外侧车轮还未达到90度，汽车进入小半径转向模式，汽车的转向圆心位于内侧转向轮的接地点处。当汽车的转向车轮角度更进一步增大，内侧车轮的转向角度超过90度且进一步增大，电脑根据阿克曼转向几何关系，控制内外侧转向轮的角度满足cotα-cotβ＝LAB/LAC，此时汽车的转向为小半径转向模式，汽车的转向圆心位于后轮轴线的内侧。
进一步，步骤三中，当汽车车轮转动角度较小时，即汽车为常规转向模式时，汽车的转向圆心在内后轮轴线外侧，控制电脑通过控制轮毂电机实现两个后轮正向滚动且内轮转速小于外轮转速，二者的速度关系为v内/v外＝LOC/LOD。当内侧转向轮转动角度达到90度阀值时，汽车开始进入小半径转向模式，此时汽车的转向圆心移动到内后轮的接地点处，控制电脑通过控制轮毂电机实现外后轮转速为正向转动，内后轮转速通过轮毂电机和制动器减小为0。当内侧转向轮的转动角度超过90度且继续增大时，汽车属于小半径转向模式，汽车的转向圆心移动到内后轮轴线内侧，控制电脑通过控制轮毂电机实现外后轮为正向转动，内后轮为反向转动，且二者的速度大小关系为v内/v外＝LOC/LOD。
本发明的另一目的在于提供一种新型可减小转向半径的电动汽车控制***包括：
左前转向轮转动角度传感器、右前转向轮转动角度传感器分别位于两个前轮左右位置，用以检测转向轮转向角度的大小；
左后驱动轮滚动角度传感器、右后驱动轮滚动角度传感器用以检测驱动轮的滚动速度大小；
转向控制电脑用以接收所有传感器的信号并进行计算和分析，然后做出判断并对两个转向电机和轮毂电机发出相应的转速指令，最终可以实现符合阿克曼转向几何特性的汽车小半径转向；
左前转向电机、右前转向电机用以带动两个前轮转向主销转动，带动该侧转向轮转动；
左后轮毂电机、右后轮毂电机用以驱动两个后轮实现车轮的滚动。
本发明的另一目的在于提供一种新型可减小转向半径的电动汽车包括：
转向轮，包括左右两个前轮，左右两个前轮各自的转向分别由转向电机带动转向主销转动，带动该侧转向轮转动；所述转向电机实现转向车轮超过90度的角位移；两个转向电机相互独立，且均能反向转动；
驱动轮，包括左右两个后轮，分别由一个轮毂电机驱动实现车轮的滚动；两个轮毂电机相互独立，互不影响，且两个轮毂电机均能正反双向驱动。
本发明的另一目的在于提供一种存储在计算机可读介质上的计算机程序产品，包括计算机可读程序，供于电子装置上执行时，提供用户输入接口以实施所述新型可减小转向半径的电动汽车控制方法。
本发明的另一目的在于提供一种计算机可读存储介质，储存有指令，当所述指令在计算机时上运行时，使得计算机所述新型可减小转向半径的电动汽车控制方法。
综上所述，本发明的优点及积极效果为：本发明提供的新型可减小转向半径的电动汽车，有两个转向电机，它们分别单独控制着同侧的转向轮的转动角度，通过电脑的精准控制，它们更容易达到阿克曼转向几何关系。
本发明的汽车转向控制电脑根据两个转向轮的转动角度信号，以及汽车的油门开度大小和档位信号，控制两个轮毂电机的速度来实现两个后驱动轮的主动差速，然后配合着对于两个转向轮的转动角度的控制，以实现汽车在不同转向模式之间的切换。所述的转向模式包括常规转向模式和小半径转向模式，其中的常规转向模式同传统汽车的转向半径相似，而汽车的转向半径可以随着方向盘角度的增大而一直减小直到小半径转向模式。本发明的小半径转向模式与传统的转向模式相比可以极大的缩小汽车的转向半径。以某轴距2.8米，轮距为1.6米的汽车为例进行本发明改装前后的数据对比，结果如下表格所示。由该表格可知，汽车经过本发明改进后的最小转弯半径由5.6m减小到了3.2m，极大的减小了汽车工作时的活动范围，提高了汽车的机动性。
Figure BDA0002474382060000071
本发明的汽车转向控制电脑可以分别控制汽车两个转向轮的转动角度与汽车两个驱动轮的滚动速度的大小，并建立它们之间的大小关系，使得它们之间时刻满足阿克曼转向几何关系。从而保护轮胎不会异常磨损而提高轮胎的寿命和增加汽车的行驶稳定性。
附图说明
图1是本发明实施例提供的新型可减小转向半径的电动汽车控制方法流程图。
图2是本发明实施例提供的新型可减小转向半径的电动汽车结构示意图。
图中：1、左前车轮转动角度传感器；2、右前车轮转动角度传感器；3、左车轮滚动速度传感器；4、右车轮滚动速度传感器；5、左转向电机；6、右转向电机；7、左轮毂电机；8、右轮毂电机；9、转向控制电脑。
图3是本发明实施例提供的新型可减小转向半径的电动汽车控制***结构框图。
图4是本发明实施例提供的汽车常规转向模式示意图。
图5是本发明实施例提供的汽车转向从常规转向模式，向小半径转向模式过度的转向示意图。
图6是本发明实施例提供的汽车小半径转向模式示意图。
图7是本发明在常规转向模式下的汽车转向过程图。
图8是本发明在从常规转向向小半径转向过度过程的汽车转向过程图。
图9是本发明在小半径转向模式下的汽车转向过程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种新型可减小转向半径的电动汽车、控制***及控制方法，下面结合附图对本发明作详细的描述。
本发明实施例提供的新型可减小转向半径的电动汽车的转向轮是两个前轮，它们的转向是由一个转向电机带动其转向主销转动，进而带动该侧转向轮转动，所述转向电机可实现转向车轮超过90度的角位移。两个转向电机相互独立，互不影响，且都可以反向转动。
本发明实施例提供的新型可减小转向半径的电动汽车的驱动轮是两个后轮，它们分别是由一个轮毂电机驱动实现车轮的滚动。两个轮毂电机相互独立，互不影响，且两个轮毂电机都可以实现正反双向驱动。所述轮毂电机也可以是驱动电机。
如图1所示，本发明实施例提供的新型可减小转向半径的电动汽车控制方法包括以下步骤：
S101，通过转向轮转动角度传感器检测转向轮转向角度的大小；通过驱动轮滚动角度传感器检测驱动轮的滚动速度大小。
S102，转向控制电脑接收所有传感器的信号并进行计算和分析，根据驾驶员转动方向盘的转角大小和阿克曼转向几何关系来控制两个转向电机的转动角位移大小和速度，进而分别控制两个转向轮的转角大小。
S103，通过转向控制电脑根据转向轮的角位移大小或者汽车转向圆心的位置来控制两个驱动轮的滚动速度大小和方向，以实现汽车在不同大小的转向模式之间的切换。
图2是本发明实施例提供的新型可减小转向半径的电动汽车结构示意图。
如图3所示，本发明实施例提供的新型可减小转向半径的电动汽车控制***包括：左前转向轮转动角度传感器、右前转向轮转动角度传感器、方向盘转角传感器、左后驱动轮滚动角度传感器、右后驱动轮滚动角度传感器、转向控制电脑、左前转向电机、右前转向电机、左后轮毂电机、右后轮毂电机。
所述左前转向轮转动角度传感器、右前转向轮转动角度传感器位于两个前轮位置，用以检测转向轮转向角度的大小；
所述左后驱动轮滚动角度传感器、右后驱动轮滚动角度传感器用以检测驱动轮的滚动速度大小；
所述转向控制电脑用以接收所有传感器的信号并进行计算和分析，然后做出判断并对两个转向电机和轮毂电机发出相应的转速指令，最终可以实现符合阿克曼转向几何特性的汽车小半径转向；
所述左前转向电机、右前转向电机用以带动两个前轮转向主销转动，进而带动该侧转向轮转动；
所述左后轮毂电机、右后轮毂电机用以驱动两个后轮实现车轮的滚动。
下面结合名词解释对本发明作进一步描述。
1.四轮转向：在本发明中指的是汽车的四个车轮全部可以实现转向。
2.两轮转向：汽车的四个车轮只有两个前轮可以实现转向，或者只有两个后轮可以实现转向。本发明中的汽车转向轮是两个前轮。
3.车轮的转动：汽车的转向轮可以在地面上实现的一种左右方向的摆动，通过这种运动可以实现汽车的转向。在本发明中，两个前轮可以实现这种运动。
4.主销：汽车转向轮往往是绕着一个轴线实现转动的，这个轴线如果做成一个实物就叫做主销。
5.车轮的滚动：汽车的车轮在垂直于其轴线的平面上自转，通过车轮的这种自转可以带动汽车前进。在本发明中，两个后轮可以实现这种运动。
6.转向电机：用以带动两个转向轮绕着其主销转动的电机，本发明的汽车上共有两个。
7.轮毂电机：用以带动两个驱动轮绕着其轴线滚动的电机，本发明的汽车上共有两个。
8.阿克曼转向几何：汽车在转向时，由于左右转向轮的转向半径不同造成了内侧转向轮的转角一定是大于外侧转向轮转角的。汽车左右转向轮的转动角度大小关系满足了阿克曼转向几何关系以后，两个转向轮可以实现纯滚动，从而保护轮胎不会异常磨损且增加汽车的行驶稳定性。
9.汽车转向圆：对于两轮转向的汽车，其在转向时是绕着一个虚拟的圆做着圆周运动的，这个虚拟的圆就是汽车的转向圆。
10.汽车转向圆心：汽车转向时的转向圆的圆心。
11.车轮转向圆：汽车在转向时的每一个转向轮在转动到一定角度时，会绕着一个虚拟的圆做圆周运动，这个虚拟的圆就是转向轮的转向圆。
12.车轮转向圆心：汽车转向轮的转向圆的圆心。
13.α、β：分别指的是汽车转向时外侧和内侧车轮的转向角度。
14.A、B、C、D四个点：分别指左前轮、右前轮、左后轮、右后轮的与地面的接触点。
下面结合实施例对本发明作进一步描述。
本发明实施例提供的是一种新型的可以减小转向半径的四轮电动汽车。
本发明实施例提供的汽车的转向轮是两个前轮，它们的转向是由一个转向电机带动其转向主销转动，进而带动该侧转向轮转动。两个转向电机相互独立，互不影响，且都可以反向转动。
本发明实施例提供的汽车的驱动轮是两个后轮，它们分别是由一个轮毂电机驱动实现车轮的滚动。两个轮毂电机相互独立，互不影响，且都可以实现反向转动。所述轮毂电机也可以是驱动电机。
本发明实施例提供的汽车拥有一个转向控制电脑(图2中的9)，两个车轮转动角度传感器(图2中的1和2)，两个车轮滚动速度传感器(图2中的3和4)，探测汽车行驶状态的方向盘转角传感器、油门开度传感器、档位信号传感器(图2中的10、11、12)，两个可以带动转向轮转动的转向电机(图2中的5和6)，两个可以带动驱动轮滚动的轮毂电机(图2中的7和8)。其中，两个车轮转动角度传感器位于两个前轮位置，用以检测转向轮转向角度的大小；两个车轮滚动速度传感器用以检测驱动轮的滚动速度大小；转向控制电脑用以接收所有传感器的信号并进行计算和分析，然后做出判断并对两个转向电机和轮毂电机发出相应的转速指令。最终可以实现符合阿克曼转向几何特性的汽车小半径转向。
本发明实施例提供的汽车是一款两轮转向两轮驱动的电动汽车。其中转向轮是两个前轮，分别是由两个转向电机带动其实现转向，该转向电机可实现转向车轮超过90度的角位移。其中驱动轮是两个后轮，他们分别是由两个轮毂电机驱动实现的，且两个轮毂电机都可以实现正反双向驱动。
本发明实施例提供的汽车的控制电脑主要实现两个功能：
(1)它可以根据驾驶员转动方向盘的转角大小和阿克曼转向几何关系来控制两个转向电机的转动角位移大小和速度，进而分别控制两个转向轮的转角大小(根据阿克曼转向几何关系，两个转向车轮的大小可以不同，且内侧转向轮的转动角度往往大于外侧的转动角度)。由于电脑控制着两个转向轮转动角度一直满足阿克曼转向几何关系，从而最终的汽车的转向圆心应位于四个车轮转向圆心的交点处(也就是说，四个车轮转向圆心的重合于同一点，这个点也就是汽车转向圆心。由于两个后轮不会发生转向的角位移，所以转向圆心一直在两个后轮的轴线上左右移动)。
当汽车车轮转向角度较小时，汽车为常规转向模式，电脑根据阿克曼转向几何关系控制着内外转向轮的转角关系满足cotα-cotβ＝LAB/LAC，如图4所示，汽车的转向圆心位于后轮轴线的外侧。当转向车轮角度一直增大，直到内侧车轮角度达到90度时，由于阿克曼转向几何关系，此时外侧车轮还未达到90度。此时的状态如图5所示，汽车开始进入小半径转向模式，汽车的转向圆心位于内侧转向轮的接地点处。当汽车的转向车轮角度更进一步增大，内侧车轮的转向角度超过90度且进一步增大。电脑根据阿克曼转向几何关系，控制内外侧转向轮的角度满足cotα-cotβ＝LAB/LAC，该过程的汽车状态如图6所示，汽车的转向为小半径转向模式，汽车的转向圆心位于后轮轴线的内侧。
(2)控制电脑还可以根据转向轮的角位移大小或者汽车转向圆心的位置来控制两个驱动轮的滚动速度大小和方向，以实现汽车在不同大小的转向模式之间的切换。当方向盘转动角度较小时，转向轮的转动角度也较小，汽车的转向圆心在内后轮轴线外侧，控制电脑通过控制轮毂电机实现两个后轮正向滚动且内轮转速小于外轮转速，二者的速度关系为v内/v外＝LOC/LOD，此时，汽车同传统汽车的转向模式一致，转向半径较大，是常规转向模式(如图4所示)。当方向盘转动角度增大到某一设定阀值时，内侧转向轮的转动角度达到90度，汽车的转向圆心移动到内后轮的接地点处(即在图5中O点与C点重合)，控制电脑通过控制轮毂电机实现外后轮转速为正向转动，内后轮减小为0(通过轮毂电机和制动器来实现减速)，此时汽车转向脱离了常规转向模式，开始进入小半径转向模式(如图5所示)。当方向盘转动角度超过设定阀值且继续增大时，转向轮的转动角度也继续增大，汽车的转向圆心移动到内后轮轴线内侧，控制电脑通过控制轮毂电机实现外后轮为正向转动，内后轮为反向转动，二者的速度大小关系为v内/v外＝LOC/LOD，此过程中汽车属于小半径转向模式(如图6所示)。
当转动方向盘转角实现从小到大的过程中，汽车转向的状态实现如图4至如图6的变化，在这个变化过程中汽车的转向中心沿着后轮轴线实现了由内往外的移动过程，汽车的转向半径也实现了由大变小的过程。而当转向中心移动至两后轮中间位置时，汽车的转向半径最小。而这个最小转向半径相比于传统的两轮转向汽车有了较大程度的减小，从而可以实现汽车的机动性和通过性的改善。
图7是本发明在常规转向模式下的汽车转向过程图。
图8是本发明在从常规转向向小半径转向过度过程的汽车转向过程图。
图9是本发明在小半径转向模式下的汽车转向过程图。
应当注意，本发明的实施方式可以通过硬件、软件或者软件和硬件的结合来实现。硬件部分可以利用专用逻辑来实现；软件部分可以存储在存储器中，由适当的指令执行***，例如微处理器或者专用设计硬件来执行。本领域的普通技术人员可以理解上述的设备和方法可以使用计算机可执行指令和/或包含在处理器控制代码中来实现，例如在诸如磁盘、CD或DVD-ROM的载体介质、诸如只读存储器(固件)的可编程的存储器或者诸如光学或电子信号载体的数据载体上提供了这样的代码。本发明的设备及其模块可以由诸如超大规模集成电路或门阵列、诸如逻辑芯片、晶体管等的半导体、或者诸如现场可编程门阵列、可编程逻辑设备等的可编程硬件设备的硬件电路实现，也可以用由各种类型的处理器执行的软件实现，也可以由上述硬件电路和软件的结合例如固件来实现。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种新型可减小转向半径的电动汽车控制方法，其特征在于，所述新型可减小转向半径的电动汽车控制方法包括以下步骤：
步骤一，通过转向轮转动角度传感器检测转向轮转向角度的大小；通过驱动轮滚动角度传感器检测驱动轮的滚动速度大小；
步骤二，转向控制电脑接收所有传感器的信号并进行计算和分析，根据驾驶员转动方向盘的转角大小和阿克曼转向几何关系控制两个转向电机的转动角位移大小和速度，分别控制两个转向轮的转角大小；
步骤三，通过转向控制电脑根据转向轮的角位移大小或者汽车转向圆心的位置控制两个驱动轮的滚动速度大小和方向，实现汽车在不同大小的转向模式之间的切换。
2.如权利要求1所述的新型可减小转向半径的电动汽车控制方法，其特征在于，步骤二中，汽车车轮转向角度较小，汽车为常规转向模式，电脑根据阿克曼转向几何关系控制着内外转向轮的转角关系满足cotα-cotβ＝LAB/LAC，汽车的转向圆心位于后轮轴线的外侧；
转向车轮角度增大，直到内侧车轮角度达到90度，外侧车轮还未达到90度，汽车进入小半径转向模式，汽车的转向圆心位于内侧转向轮的接地点处；
汽车的转向车轮角度更进一步增大，内侧车轮的转向角度超过90度且进一步增大；电脑根据阿克曼转向几何关系，控制内外侧转向轮的角度满足cotα-cotβ＝LAB/LAC，汽车的转向为小半径转向模式，汽车的转向圆心位于后轮轴线的内侧。
3.如权利要求1所述的新型可减小转向半径的电动汽车控制方法，其特征在于，步骤三中，当方向盘转动角度较小时，汽车的转向圆心在内后轮轴线外侧，控制电脑通过控制轮毂电机实现两个后轮正向滚动且内轮转速小于外轮转速，二者的速度关系为v内/v外＝LOC/LOD；
方向盘转动角度增大到某一设定阀值时，内侧转向轮的转动角度达到90度，汽车的转向圆心移动到内后轮的接地点处，控制电脑通过控制轮毂电机实现外后轮转速为正向转动，内后轮通过轮毂电机和制动器减小为0，汽车转向脱离了常规转向模式，开始进入小半径转向模式。
4.如权利要求1所述的新型可减小转向半径的电动汽车控制方法，其特征在于，步骤三中，方向盘转动角度超过设定阀值且继续增大时，转向轮的转动角度也继续增大，汽车的转向圆心移动到内后轮轴线内侧，控制电脑通过控制轮毂电机实现外后轮为正向转动，内后轮为反向转动，二者的速度大小关系为v内/v外＝LOC/LOD，此过程中汽车属于小半径转向模式；
转动方向盘转角从小到大的过程中，汽车的转向中心沿着后轮轴线由内往外的移动，汽车的转向半径也由大变小；转向中心移动至两后轮中间位置时，汽车的转向半径最小。
5.一种如权利要求1～4任意一项所述新型可减小转向半径的电动汽车控制方法的新型可减小转向半径的电动汽车控制***，其特征在于，所述新型可减小转向半径的电动汽车控制***包括：
左前转向轮转动角度传感器、右前转向轮转动角度传感器分别位于两个前轮左右位置，用以检测转向轮转向角度的大小；
左后驱动轮滚动角度传感器、右后驱动轮滚动角度传感器用以检测驱动轮的滚动速度大小；
转向控制电脑用以接收所有传感器的信号并进行计算和分析，然后做出判断并对两个转向电机和轮毂电机发出相应的转速指令，最终可以实现符合阿克曼转向几何特性的汽车小半径转向；
左前转向电机、右前转向电机用以带动两个前轮转向主销转动，带动该侧转向轮转动；
左后轮毂电机、右后轮毂电机用以驱动两个后轮实现车轮的滚动。
6.一种如权利要求1～4任意一项所述新型可减小转向半径的电动汽车控制方法的新型可减小转向半径的电动汽车，其特征在于，所述新型可减小转向半径的电动汽车包括：
转向轮，包括左右两个前轮，左右两个前轮各自的转向分别由转向电机带动转向主销转动，带动该侧转向轮转动；所述转向电机实现转向车轮超过90度的角位移；两个转向电机相互独立，且均能反向转动；
驱动轮，包括左右两个后轮，分别由一个轮毂电机驱动实现车轮的滚动；两个轮毂电机相互独立，互不影响，且两个轮毂电机均能正反双向驱动。
7.一种存储在计算机可读介质上的计算机程序产品，包括计算机可读程序，供于电子装置上执行时，提供用户输入接口以实施如权利要求1～5任意一项所述新型可减小转向半径的电动汽车控制方法。
8.一种计算机可读存储介质，储存有指令，当所述指令在计算机上运行时，使得计算机执行如权利要求1～5任意一项所述新型可减小转向半径的电动汽车控制方法。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112373450A (zh) * 2020-11-10 2021-02-19 上海拿森汽车电子有限公司 一种车辆辅助转弯的控制方法及装置
CN114056421A (zh) * 2021-12-17 2022-02-18 江西洪都航空工业集团有限责任公司 一种用于无人车的两驱两转向运动控制***
CN114771654A (zh) * 2022-04-07 2022-07-22 东风柳州汽车有限公司 一种汽车转向的控制方法、装置、终端设备和存储介质
CN116461607A (zh) * 2023-05-12 2023-07-21 爱搏特科技(深圳)有限公司 一种分布式线控驱动和线控转向的方法及相关装置

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0794104A2 (en) * 1996-03-06 1997-09-10 Yamaha Hatsudoki Kabushiki Kaisha Electric motor vehicle
JPH10244951A (ja) * 1997-03-07 1998-09-14 Meidensha Corp フォークリフト
CN105984494A (zh) * 2015-02-16 2016-10-05 比亚迪股份有限公司 用于车辆的转向***及具有其的车辆
CN207345916U (zh) * 2017-09-14 2018-05-11 智造未来（北京）机器人***技术有限公司 机械行走装置的转向***及机械行走装置

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0794104A2 (en) * 1996-03-06 1997-09-10 Yamaha Hatsudoki Kabushiki Kaisha Electric motor vehicle
JPH10244951A (ja) * 1997-03-07 1998-09-14 Meidensha Corp フォークリフト
CN105984494A (zh) * 2015-02-16 2016-10-05 比亚迪股份有限公司 用于车辆的转向***及具有其的车辆
CN207345916U (zh) * 2017-09-14 2018-05-11 智造未来（北京）机器人***技术有限公司 机械行走装置的转向***及机械行走装置

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112373450A (zh) * 2020-11-10 2021-02-19 上海拿森汽车电子有限公司 一种车辆辅助转弯的控制方法及装置
CN114056421A (zh) * 2021-12-17 2022-02-18 江西洪都航空工业集团有限责任公司 一种用于无人车的两驱两转向运动控制***
CN114771654A (zh) * 2022-04-07 2022-07-22 东风柳州汽车有限公司 一种汽车转向的控制方法、装置、终端设备和存储介质
CN114771654B (zh) * 2022-04-07 2023-07-07 东风柳州汽车有限公司 一种汽车转向的控制方法、装置、终端设备和存储介质
CN116461607A (zh) * 2023-05-12 2023-07-21 爱搏特科技(深圳)有限公司 一种分布式线控驱动和线控转向的方法及相关装置
CN116461607B (zh) * 2023-05-12 2024-02-06 爱搏特科技(深圳)有限公司 一种分布式线控驱动和线控转向的方法及相关装置

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