CN112977595A - 一种基于线控底盘的操纵杆机构及操纵杆控制*** - Google Patents

一种基于线控底盘的操纵杆机构及操纵杆控制*** Download PDF

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Abstract

本发明设计了一种基于线控底盘的操纵杆机构及操纵杆控制***，属于线控汽车领域。该操纵杆机构通过永磁体和可变阻尼液的配合使用，实现了车辆自动回正功能，提高了车辆抗路面干扰的能力；通过操控不同的按钮，可实现车辆挡位的切换；转动操纵杆上的棘轮可实现对悬架的调节，提高汽车的通过性和舒适性。该操纵杆控制***包括两个本发明设计的操纵杆机构、不同的控制模式和一套容错机制，通过两操纵杆的配合使用，可使车辆按任意方向斜向行驶及绕其几何中心旋转，提高车辆的机动性；通过不同模式的选择，可使本发明设计的操纵杆适用于不同的底盘架构和不同类型的驾驶员，提高了操纵杆的适用性；通过容错机制的设计，提高了车辆的驾驶安全性。

Description

一种基于线控底盘的操纵杆机构及操纵杆控制***
技术领域
本发明属于线控汽车领域，尤其涉及一种基于线控底盘的操纵杆机构及操纵杆控制***。本发明设计 的基于线控底盘的操纵杆机构集转向、制动、驱动、悬架于一体，具有转向自动回正功能且其回正力矩可 调，提高了汽车抗路面干扰的能力；该操纵杆机构不仅适用于前轮转向后轮驱动、前轮转向前轮驱动、前 轮转向四轮驱动、四轮转向后轮驱动及四轮独立转向四轮独立驱动等不同的线控底盘构架，而且适用于身 体素质和驾驶***缓切换，并且可手动调整线控底盘的高度，提高了车 辆的通过性和舒适性。
背景技术
随着电力电子技术及无线通讯技术的发展与成熟，线控技术已广泛的应用到各行各业，大到飞机船舶， 小到医疗器具玩具赛车，都能看到线控技术的影子。线控技术的使用，节省了人力物力、提高了生产生活 的效率。
在汽车行业，传统的整车架构正在朝着线控轻量化、智能化、节能化、绿色化方向发展，在不久的将 来，自动驾驶更是有可能替代手动驾驶，而线控技术正是连接传统汽车和自动驾驶汽车的桥梁。然而，自 动驾驶替代无人驾驶还有很长的一段路要走，在这过程中，仍需要人为的介入去操控这些线控***。目前， 线控转向、线控制动、线控驱动以及线控悬架技术日益发展成熟，线控底盘出现在了人们的视野，线控底 盘的应用使得驾驶员有更多的可能去控制汽车按照自己想要的状态行驶。然而，传统的转向盘操控已无法 发挥出线控底盘的独特的优势，操纵杆因其布置灵活、操纵方便，用操纵杆替代转向盘操控线控汽车便成 为了绝佳选择。线控底盘的构型有很多种，而目前大多数对于设计线控底盘操纵杆的想法都只聚焦在某一 种线控底盘构型上，对于不同的线控底盘构型需要设计不同的操纵杆，加大了设计难度和制造生产难度。
操纵杆替代方向盘已在一些概念车上出现，如本田AC-X、现代Prophecy。中国专利CN102530050A公 开了基于汽车线控***的集转向、制动、变速于一体的操纵杆装置，该装置结构简单，但没有考虑到线控 悬架及容错机制，也没有转向自动回正的功能，抗干扰能力差；中国专利CN102582674B公开了一种可控制 车辆加速、转向、制动的二自由度力输出操纵杆，但该装置没有路感反馈和线控悬架、同样该装置也未考 虑容错机制和转向自动回正的功能，不适用于对安全性能要求极高的线控底盘汽车。
发明内容
本发明设计了一个基于线控底盘的操纵杆机构和操纵杆控制***。该操纵杆机构集转向、制动、驱动 和悬架与一体，通过巧妙的机械结构设计，该操纵杆机构具有转向自动回正功能，且其自动回正力矩可调， 提高了汽车抗路面干扰的能力。通过设计一个基于本发明操纵杆的控制***，该操纵杆机构还可以控制线 控汽车沿任意方向斜线行驶并绕其几何中心原地转向，提高了汽车的机动性。同时，通过巧妙的机械结构 设计，该操纵杆机构还可以方便地控制线控悬架，使汽车在舒适型和运动型之间平缓切换并且可手动调节 线控底盘的高度，提高了车辆的通过性和舒适性。除此之外，本发明设计的操纵杆控制***，还可以给具 有不同特征人群提供一种符合他们驾驶习惯的驾驶模式；可以使本发明设计的操纵杆机构适用于前轮转向 后轮驱动、前轮转向前轮驱动、前轮转向四轮驱动、四轮转向后轮驱动及四轮独立转向四轮独立驱动等不 同的线控底盘构架，提高了该操纵杆机构的适用能力；还为带有该操纵杆汽车设计了一套严密的容错***， 提高了线控底盘汽车的驾驶安全性。
根据本发明的一个方面，本发明设计了一个基于线控底盘的操纵杆机构：
该基于线控底盘的操纵杆机构包括外部箱体、内部箱体、操纵手柄、第一转轮、第二转轮、第三转轮、 第四转轮、第一传动轴、第二传动轴、第三传动轴、第四传动轴、第一角度传感器、第二角度传感器、第 三角度传感器、第四角度传感器、第一锂电池、第二锂电池、第三锂电池，所述外部箱体中部设有放置槽， 所述内部箱体放置在所述放置槽中，内部箱体为长方体且较短两端外壁对称固接有第五传动轴和第六传动 轴，第五传动轴和第六传动轴分别与安装在外部箱体内侧的第一传动轴和第二传动轴铰接，且内部箱体可 绕所述第一传动轴和第二传动轴中心轴线左右旋转，操纵手柄底部左右两端固定连接有第七传动轴和第八 传动轴，所述第七传动轴和第八传动轴通过锁紧螺母分别与安装于内部箱体较长两端内的第三传动轴和第 四传动轴固定连接，操纵手柄可绕第三传动轴和第四传动轴的中心轴线前后转动。
进一步地，外部箱体上开有放置槽、第一圆形槽、第二圆形槽、第三圆形槽、第四圆形槽、第一方形 槽和第二方形槽，且外部箱体上设有第一按钮、第二按钮、第三按钮和第四按钮。
进一步地，放置槽在外部箱体中部且较短两端和顶面为开口的，所述放置槽用于放置内部箱体且可使 内部箱体在左右和前后方向各有100°和80°的运动空间。
进一步地，第一圆形槽和第二圆形槽分别在放置槽的前后两壁面上，第一圆形槽和第二圆形槽大小和 形状相同且其直径不小于50mm、长度不小于40mm，所述第一圆形槽和第二圆形槽平面壁上均开有轴承孔， 且在各自的轴承孔内分别安装有第一轴承和第二轴承，所述第一圆形槽内安装有所述第一转轮和所述第一 传动轴，其中第一传动轴和第一转轮通过花键连接，第一传动轴可以带动第一转轮绕第一圆形槽中心轴线 转动，所述第一传动轴通过第一轴承和第三轴承固定在第一圆形槽内，第二圆形槽的结构与所述第一圆形槽的结构相同且内部安装有所述第二转轮和所述第二传动轴，第一圆形槽和第二圆形槽中至少有一个圆形 槽圆弧壁上安装有不少于两对第一永磁体，第一永磁体的形状为圆弧形片状且与第一圆形槽和第二圆形槽 同心，第一永磁体的材料为钕铁硼，第一永磁体在第一圆形槽和第二圆形槽内的安装方式为粘接，在第一 圆形槽的外端口处安装有第一密封盖，所述第三轴承固定在第一密封盖中心处，第一密封盖下部开有直径 为2mm的圆孔，圆孔内安装有密封塞，所述圆孔用于向第一圆形槽内注射和排除磁流变液，所述第一密封 盖外表面安装有第一角度传感器，所述第一角度传感器用于采集第一传动轴的转动角度信息并将其传递给 线控底盘控制***，所述第二圆形槽的开口处同样也安装有第二密封盖和所述第二角度传感器，第二密封 盖的结构与第一密封盖的结构相同，第二角度传感器用于采集第二传动轴的角度信息并将其传递给底盘控 制***。
进一步地，第三圆形槽和第四圆形槽分别在第一圆形槽和第二圆形槽的外侧且同心，第三圆形槽和第 四圆形槽的内部分别安装有第一线圈和第二线圈，第一线圈用于为第一圆形槽内提供可变磁场，第二线圈 用于为第二圆形槽内提供可变磁场，第三圆形槽和第四圆形槽开口均安装有密封盖，且密封盖上均开有可 通过导线的圆孔，以方便内部线圈与外部供电设备相连接。
进一步地，第一按钮、第二按钮、第三按钮和第四按钮位于外部箱体带有斜面的一侧，第一按钮为前 进挡按钮，第二按钮为空挡按钮，第三按钮为倒车挡按钮，第四按钮为驻车按钮，所述第一按钮为蓝色椭 圆形，代表动力，所述椭圆形长轴为16mm、短轴为10mm；第二按钮为白色方形，代表动力中断，所述方 形四边长均为12mm；第三按钮为橙色圆形，代表有危险，所述圆形直径为10mm；第四按钮为红色半圆形， 代表停车，所述半圆形半径为16mm；第一按钮在所述斜面的最左侧，第二按钮、第三按钮、第四按钮从左 向右依次在斜面的右侧且相邻两按钮间距不小于10mm。
进一步地，第一方形槽和第二方形槽分别在所述第一圆形槽和第二圆形槽的下方，第一方形槽和第二 方形槽分别安装有所述第一锂电池和第二锂电池，第一锂电池和第二锂电池作为备用电池，当所述线控底 盘动力电池电量过低或当底盘动力电池向第一线圈和第二线圈供电失效时，所述第一锂电池和第二锂电池 可分别向第一线圈和第二线圈提供电能，同时当第一锂电池和第二锂电池电量低于其额定电量的60％时， 底盘动力电池会向其供电直至其电量达到额定电量的95％，提高线控底盘汽车的驾驶安全性，第一方形槽 和第二方形槽靠近放置槽的一侧开有直径为3mm的圆孔，所述圆孔用于穿过导线。
进一步地，内部箱体内开有第五圆形槽、第六圆形槽、第七圆形槽、第八圆形槽和第三方形槽。
第五圆形槽和第六圆形槽分别对称位于内部箱体较长两端，所述第五圆形槽与第六圆形槽同心且至少 有一个圆形槽内壁上粘接有不少于两对第二永磁体，第二永磁体为弧形片状且与第五圆形槽和第六圆形槽 同心，第二永磁体的材料为钕铁硼，第五圆形槽和第六圆形槽内分别安装有所述第三转轮、第三传动轴和 第四转轮、第四传动轴,第三转轮和第三传动轴在第五圆形槽中安装方式以及第四转轮和第四传动轴在第 六圆形槽中的安装方式与第一转轮和第一传动轴在所述第一圆形槽中的安装方式相同，第五圆形槽和第六圆形槽的开口处分别安装有第三密封盖和第四密封盖，第三密封盖的外壁上安装有所述第三角度传感器， 第三角度传感器用于采集第三传动轴的角度信息并将其传递给底盘控制***，第四密封盖的外壁上安装有 所述第四角度传感器，第四角度传感器用于采集第四传动轴的角度信息并将其传递给底盘控制***；
第七圆形槽和第八圆形槽分别在第五圆形槽和第六圆形槽的外侧且同心，第七圆形槽和第八圆形槽的 内部分别安装有第三线圈和第四线圈，所述第三线圈和第四线圈分别为第五圆形槽和第六圆形槽内提供可 变的磁场；
其中第三方形槽在内部箱体的中部，第三方形槽内安装有所述第三锂电池，第三锂电池作为备用电池， 当线控底盘动力电池电量过低或当底盘动力电池向第三线圈和第四线圈供电失效时，所述第三锂电池可向 第三线圈和第四线圈提供电能，同时当第三锂电池电量低于其额定电量的60％时，底盘动力电池会向其供 电直至其电量达到额定电量的95％。
备用锂电池的使用提高了操纵杆控制***的安全性。
设计方案中，操纵手柄顶端设计有操纵圆球，操纵圆球上布置有操纵圆球上布置有第五按钮、第六按 钮、第七按钮和棘轮。
第五按钮和第六按钮布置在所述操纵圆球的左侧，所述第五按钮和第六按钮可由大拇指操控，第五按 钮的形状为圆形且其直径为6mm，用来控制左转向灯，第六按钮的形状为圆心且其直径为8mm，用来控制 右转向灯；
棘轮位于操纵圆球的右侧，其直径为16mm，棘轮可由大拇指操控，棘轮用来调节线控悬架，转动棘轮 可实现将所述线控底盘主动悬架在舒适型和运动型之间平滑变换，棘轮外表面上有量程为120°、刻度可 变的刻度盘，刻度盘上0°代表舒适型，刻度盘上120°代表运动型，其中刻度盘上的刻度θk为：
Figure BDA0003016841540000031
式中：θk为刻度盘的刻度，θ0为刻盘上距0刻度的角度。
棘轮内部可以用弧形滑动变阻器产生的电信号来传递棘轮转动的角度信息。
第七按钮位于所述操纵圆球的正前方且可由大拇指操控，第七按钮用来切换驱动模式和制动模式，按 下第七按钮，驱动信号被切断，制动模块起作用，复原第七按钮，制动信号被切断，驱动模块起作用。
进一步的，所述第一转轮外圆表面开有弧形槽用来安放第三永磁体，所述第三永磁体不少于两对且对 称均匀分布在第一转轮的外表面，第三永磁体的形状为弧形片状且厚度为3mm，永磁体在转轮表面的固定 方式可以为粘接或铆接，第一转轮有多片扇叶，每片扇叶至少开有一个孔，第一转轮中心有花键孔，用于 安装在第一传动轴上并与第一传动轴之间传递动力，外部箱体中第二传动轴和第二转轮及内部箱体中第三 传动轴和第三转轮的结构与第一传动轴和第一转轮的结构相同，便于制造加工。
进一步的，外部箱体第一圆形槽、第二圆形槽和所述内部箱体第五圆形槽、第六圆形槽内表面安装的 永磁体对数分别与第一转轮、第二转轮、第三转轮和第四转轮外表面安装的永磁体对数相同，其中内部箱 体内两对永磁体产生的磁场强度大于外部箱体内两对永磁体产生的磁场强度，当操纵杆位于初始位置时， 各转轮外表面永磁体正对着相应的圆形槽内表面永磁体，且相邻永磁体极性相反，相对永磁体极性也相反， 当各转轮相对相应的圆形槽转动时，磁力作用会使操纵手柄自动回正，第一圆形槽、第二圆形槽、第五圆 形槽和第六圆形槽内均充满磁流变流体，通过控制第一线圈、第二线圈、第三线圈和第四线圈电流的大小 可改变磁流变流体阻尼的大小，按下式控制第一线圈、第二线圈的电流I1和第三线圈、第四线圈的电流 I2，可使所述全线控底盘汽车在低速时快速回正、在高速时回正不产生振荡和超调，并且能使驾驶员有较 好的路感，其中I1和I2的值为：
Figure BDA0003016841540000041
Figure BDA0003016841540000042
式中：I1为第一线圈和第二线圈的控制电流，I2为第三线圈和第四线圈的控制电流；A、B、C、D、 E、F、G为常系数，由试验调试得出；Imax1为第一线圈和第二线圈所允许的最大电流，Imax2为第三线 圈和第四线圈所允许的最大电流；kp、ki、kd为PID控制参数，kp、ki、kd大小随车速vx和第一传动 轴的转动角度θz1的变化而变化，并由试验数据拟合得出；vx为所述全线控底盘汽车的车速；θz1为第一传 动轴的转动角度，逆时针为正，
Figure BDA0003016841540000043
为第一传动轴的转动角速度；F2为第一圆形槽中转轮在磁流变流体转 动产生的阻尼力动力学模型，F2的大小与第一线圈的控制电流I1和第一传动轴的转动角速度
Figure BDA0003016841540000044
的大小有 关，由试验数据拟合得到；Ft为期望的路感模拟力；F1为所述第一转轮上的第三永磁体和所述第一圆形槽 内壁上的第一永磁体相互作用产生的磁力，其值的大小与第一传动轴的转动角度呈非线性相关；θz2为第 四传动轴的转动角度，
Figure BDA0003016841540000045
为第四传动轴的转动角速度，逆时针为正；θa和θb为常数，由试验调试得出。
根据本发明的第二个方面，本发明设计了一个基于本发明操纵杆地操纵杆控制***。该基于线控底盘 的操纵杆控制***包括两个上述设计的操纵杆机构，其中第一操纵杆机构位于驾驶位的左侧，第二操纵杆 机构位于驾驶位的右侧，操纵杆控制***可以用软件设置成模式A、模式B两种模式。其中，模式A适用 于前轮转向后轮驱动、前轮转向前轮驱动、前轮转向四轮驱动和四轮转向后轮驱动四类全线控底盘构型， 模式B适用于四轮独立驱动+四轮独立转向+四轮独立制动+四轮独立悬架全线控底盘构型。
进一步地，模式A中只需要第二操纵杆机构即可控制全线控底盘，线控底盘电子换挡***可接收第二 操纵杆机构的第一按钮、第二按钮、第三按钮和第四按钮产生的开关信号来切换挡位，线控底盘驱动*** 和线控底盘制动***可接收第二操纵杆机构的第四传动产生的转角信号和第七按钮产生的开关信号实现 对汽车纵向速度的控制，线控悬架***可接收第二操纵杆机构棘轮产生的角度信号实现对汽车舒适性及通 过性的控制，线控转向***可接收第二操纵杆机构第一传动轴产生的角度信号实现对汽车的横向控制；
进一步地，模式A中第一操纵杆机构可以只有第二操纵杆机构的转向、驱动和制动功能，当第二操纵 杆机构失效时，第一操纵杆机构可保证所述线控底盘汽车正常行驶，第二操纵杆机构也可与第一操纵杆机 构配合使用，其中第二操纵杆机构负责控制线控驱动***、线控制动***和线控悬架***，第一操纵杆机 构负责控制线控转向***，当任意操纵杆机构失效时，未失效操纵杆机构接管失效操纵机构的转向或制动 和驱动功能；
进一步地，模式B中的第一操纵杆机构和第二操纵杆机构配合使用，所述全线控底盘的纵向运动由四 轮独立驱动***和四轮独立制动***通过接收到的第二操纵杆机构的第四传动轴产生的转角信号和第七 按钮产生的开关信号来控制，四轮独立悬架***通过接收第一操纵杆棘轮的转角信号来控制底盘的高度， 四轮独立悬架***通过接收第二操纵杆棘轮的转角信号来控制所述全线控底盘汽车的舒适性，四轮独立转 向***通过接收到的第一操纵杆中的第七按钮产生的开关信号、第一操纵杆的第一传动轴产生的角度信号及第二操纵杆第一传动轴产生的角度信号可实现对所述全线控底盘的横向控制，其中，当第一操纵杆第七 按钮没按下时，四轮独立转向***优先检测第一操纵杆第一传动轴的转角信号来控制汽车斜向运动，当第 一操纵杆第一传动轴转角信号不超过2°时，四轮独立转向***通过接收到的第二操纵杆机构第一传动轴 的转角信号来控制所述全线控底盘以某一曲率半径转向，当第一操纵杆第七按钮按下时，四轮独立转向系 统可通过接收到的第一操纵杆第一传动轴转角信号和第二操纵杆机构第一传动轴转角信号控制所述线控 底盘绕其几何中心原地转向，其中，当两操纵杆同时绕各自第五传动轴向驾驶位内侧转向时，所述原地转 向方向为逆时针，当两操纵杆同时绕各自第五传动轴向驾驶位外部转向时，所述原地转向方向为顺时针， 所述原地转向方向为顺时针，绕原地转向的角速度wi值为：
Figure BDA0003016841540000051
式中：wi是所述线控底盘绕其几何中心转动的角速度，逆时针方向为正，单位为度每秒，w0为所述 线控底盘绕其几何中心转动角速度的初值，R为增益系数，θi1为第一操纵杆第一传动轴的转动角度，逆时 针为正，θi2为第二操纵杆第一传动轴的转动角度，逆时针为正。
根据本发明的第三个方面，设计方案中基于线控底盘的操纵杆***可以通过软件将该发明所设计的操 纵杆机构设定为右手模式和左手模式，还可以通过软件将该发明所设计的操纵杆机构设定为力感轻便型、 力感适中型和力感沉重型，这样不同类型的人群都可以按照自己的驾驶习惯操控所述操纵杆机构。
进一步的，操纵杆控制***默认为右手模式，右手模式和左手模式的区别在于，第一操纵杆和第二操 纵杆执行功能上的不同，右手模式中第一操纵杆的功能与左手模式中第二操纵杆的功能相同，同理，右手 模式中第二操纵杆的功能与左手模式中第一操纵杆的功能相同，这样习惯用右手和习惯用左手的人都可以 较好的适应该发明所设计的操纵杆机构。
进一步的，操纵杆控制***默认为力感适中型，不同的力感模式可以通过调节第一线圈、第二线圈和 第三线圈、第四线圈的电流得到，其中力感适中型模式中第一线圈、第二线圈和第三线圈、第四线圈的电 流控制规则与I1和I2控制规则相同，力感轻便型模式和力感沉重型模式中第一线圈、第二线圈和第三线圈、 第四线圈的电流控制规则分别由I1和I2的控制规则通过线性变换得到，力感轻便型和力感沉重型中第一线 圈、第二线圈和第三线圈、第四线圈的控制规则如下式：
I1q＝q1I1+q10
I2q＝q2I2+q20
I1c＝c1I1+c10
I2c＝c2I2+c20
式中：I1q和I1c分别为力感轻便型和力感沉重型下的第一线圈、第二线圈和第三线圈、第四线圈的控 制电流，I1为力感适中型下的第一线圈和第二线圈控制电流，I2q和I2c分别为力感轻便型和力感沉重型下 的第一线圈、第二线圈和第三线圈、第四线圈的控制电流，I2力感适中型下的第三线圈和第四线圈的控制 电流；q1、q10、q2、q20、c1、c10、c2和c20均为常系数，可根据抽样调查实验数据的结果拟合得到。
根据本发明的第四个方面，本发明还包括一套容错机制，设计方案中当所述操纵杆控制***工作在B 模式下，且出现某一操纵杆失效、某一转向电机失效、某一制动电机失效和某一驱动电机失效中任一种情 况时，所述操纵杆控制***立即将B模式切换成A模式，并向驾驶员发出警报信号。其中，当为某一操纵 杆失效或某一后轮转向电机失效时，所述操纵杆控制***切换为A模式下的前轮转向四轮驱动的驱动模式， 当为某一后轮驱动电机失效时，所述操纵杆控制***切换为A模式下的前轮转向前轮驱动的驱动模式，当 为某一前轮驱动电机失效时，所述操纵杆控制***切换为A模式下的前轮转向后轮驱动的驱动模式；当所 述操控***在任意模式下工作时，线控转向***将第一角度传感器产生的角度信号作为控制信号，第二角 度传感器用于校验第一角度传感器产生的转角信号，且当第一角度传感器失效时，线控转向***将第二角 度传感器产生的角度信号作为控制信号；线控制动***及线控驱动***将第三角度传感器产生的角度信号 作为控制信号，将第四角度传感器产生的信号作为校验信号，且当第三角度传感器失效时，线控制动*** 及线控驱动***将第四角度传感器产生的角度信号作为控制信号，这种设计方案提高了线控汽车的安全性。
附图说明
为了更清楚说明本申请实施的技术方案，下面对本申请实施例中所需要使用的附图做简单地介绍，以 下附图仅出示了本申请的某个实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域趋同技术人员来讲， 在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关附图。
图1为根据本发明的一个基于线控底盘的操纵杆机构的整体正面视图；
图2为根据本发明的一个基于线控底盘的操纵杆机构的内部结构图；
图3为根据本发明的一个基于线控底盘的操纵杆机构的内部箱体的内部结构图；
图4为根据本发明的一个基于线控底盘的操纵杆机构的三维侧面视图；
图5为根据本发明的一个基于线控底盘的操纵杆机构中转轮的结构图；；
图6为根据本发明的一个基于线控底盘的操纵杆机构中转轮截面图；
图7为根据本发明的一个基于线控底盘的操纵杆控制***模式A的原理图；
图8为根据本发明的一个基于线控底盘的操纵杆控制***模式B的原理图；
图9为根据本发明的一个基于线控底盘的操纵杆控制***模式B中转向控制原理图；
图10为根据本发明的一个基于线控底盘的操纵杆控制***模式B中容错机制原理图。
图中的零件标记如下：
1外部箱体 2内部箱体 3操纵杆 4转轮 5转轮 6转轮 7转轮 8传动轴 9传动轴10传动轴 11传动 轴 12轴承 13轴承 14角度传感器 15角度传感器
16锂电池 17锂电池 18锂电池 19放置槽 20传动轴 21传动轴 22传动轴 23传动轴 24圆形槽 25 圆形槽 26圆形槽 27圆形槽 28方形槽 29方形槽 30按钮
31按钮 32按钮 33按钮 34轴承 35轴承 36轴承 37密封盖 38永磁体 39线圈 40线圈 41圆形槽 42 圆形槽 43圆形槽 44圆形槽 45方形槽 46永磁体 47密封盖 48密封盖49线圈 50线圈 51按钮 52按 钮 53按钮 54棘轮 55永磁体
具体实施方式
在本实施例中提供了一种基于线控底盘的操纵杆机构及操纵杆控制***，图1到图6为根据本发明的 提供的一个基于线控底盘的操纵杆机构的说明图，图7到图10为根据本发明的基于线控底盘的操纵杆控 制***原理图。
参考附图1、附图2、附图3和附图4，一个基于线控底盘的操纵杆机构。该基于线控底盘的操纵杆机 构包括外部箱体1、内部箱体2、操纵手柄3、转轮4、转轮5、转轮6、转轮7、传动轴8、传动轴9、传 动轴10、传动轴11、角度传感器12、角度传感器13、角度传感器14、角度传感器15、锂电池16、锂电 池17、锂电池18，所述外部箱体1中部设有放置槽19，所述内部箱体2放置在所述放置槽19中，内部箱 体2为长方体且较短两端外壁对称固接有传动轴20和传动轴21，传动轴20和传动轴21分别与安装在外 部箱体1内侧的传动轴8和传动轴9铰接，且内部箱体2可绕所述传动轴8和传动轴9中心轴线左右旋转， 操纵手柄3底部左右两端固定连接有传动轴22和传动轴23，所述传动轴22和传动轴23通过锁紧螺母分 别与安装于内部箱体2较长两端内的传动轴10和传动轴11固定连接，操纵手柄3可绕传动轴10和传动 轴11的中心轴线前后转动。
参考附图2，外部箱体1上开有放置槽19、圆形槽24、圆形槽25、圆形槽26、圆形槽27、方形槽28 和方形槽29，且外部箱体1上设有按钮30、按钮31、按钮32和按钮33；其中放置槽19位于外部箱体1 中部且较短两端和顶面为开口的，所述放置槽4用于放置内部箱体2且可使内部箱体2在左右和前后方向 各有100°和80°的运动空间；
实施例中，圆形槽24和圆形槽25分别位于放置槽19的前后两壁面上，其直径不小于50mm、长度不 小于40mm，所述圆形槽24和圆形槽25平面壁上均开有轴承孔，且在各自的轴承孔内分别安装有轴承34 和轴承35，所述圆形槽24内安装有所述转轮4和所述传动轴8，其中传动轴8和转轮4通过花键连接， 传动轴8可以带动转轮4绕圆形槽24中心轴线转动，所述传动轴8通过轴承34和轴承36固定在圆形槽 24内，圆形槽25的结构与所述圆形槽24的结构相同且内部安装有所述转轮5和所述传动轴9，圆形槽24 和圆形槽25中至少有一个圆形槽圆弧壁上安装有不少于两对永磁体38，永磁体38的形状为圆弧形片状且 与圆形槽24和圆形槽25同心，永磁体38的材料为钕铁硼，永磁体38在圆形槽24和圆形槽25内的安装 方式为粘接，在圆形槽24的外端口处安装有密封盖37，所述轴承36固定在密封盖37中心处，密封盖37 下部开有直径为2mm的圆孔，圆孔内安装有密封塞，所述圆孔用于向圆形槽24内注射和排除磁流变液， 所述密封盖37外表面安装有角度传感器12，所述角度传感器12用于采集传动轴8的转动角度信息并将其 传递给线控底盘控制***，所述圆形槽25的开口处同样也安装有密封盖和所述角度传感器13，圆形槽25 开口处的密封盖的结构与密封盖37的结构相同，角度传感器13用于采集传动轴9的角度信息并将其传递 给底盘控制***。
实施例中，圆形槽26和圆形槽27分别在圆形槽24和圆形槽25的外侧且同心，圆形槽26和圆形槽 27的内部分别安装有线圈39和线圈40，线圈39用于为圆形槽24内部提供可变磁场，线圈40用于为圆 形槽25内部提供可变磁场，圆形槽26和圆形槽27开口均安装有密封盖，且密封盖上均开有直径为2.5mm 可通过导线的圆孔，以方便内部线圈与外部供电设备相连接。
实施例中，按钮30、按钮31、按钮32和按钮33位于外部箱体1带有斜面的一侧，按钮30为前进挡 按钮，按钮31为空挡按钮，按钮32为倒车挡按钮，按钮33为驻车按钮，所述按钮30为蓝色椭圆形，代 表动力，所述椭圆形长轴为16mm、短轴为10mm；按钮31为白色方形，代表动力中断，所述方形四边长均 为12mm；按钮32为橙色圆形，代表有危险，所述圆形直径为10mm；按钮33为红色半圆形，代表停车， 所述半圆形半径为16mm；按钮30在所述斜面的最左侧，按钮31、按钮32、按钮33从左向右依次在斜面 的右侧且相邻两按钮间距为10mm；
实施例中，方形槽28和方形槽29分别位于所述圆形槽24和圆形槽25的下方，方形槽28和方形槽 29分别安装有所述锂电池16和锂电池17，锂电池16和锂电池17作为备用电池，当所述线控底盘动力电 池电量过低或当底盘动力电池向线圈39和线圈40供电失效时，所述锂电池16和锂电池17可分别向线圈 39和线圈40提供电能，同时当锂电池16和锂电池17电量低于其额定电量的60％时，底盘动力电池会向 其供电直至其电量达到额定电量的95％，提高线控底盘汽车的驾驶安全性，方形槽28和方形槽29靠近放 置槽19的一侧开有直径为3mm的圆孔，所述圆孔用于穿过导线。
参考附图2和附图3，内部箱体2上开有圆形槽41、圆形槽42、圆形槽43、圆形槽44和方形槽45；
实施例中，圆形槽41和圆形槽42分别对称位于内部箱体2较长两端，所述圆形槽41与圆形槽42同 心且至少有一个圆形槽内壁上粘接有不少于两对永磁体46，永磁体46为弧形片状且与圆形槽41和圆形槽 42同心，永磁体46的材料为钕铁硼，圆形槽41和圆形槽42内分别安装有所述转轮6、传动轴10和转轮 7、传动轴11,转轮6和传动轴10在圆形槽41中安装方式以及转轮7和传动轴11在圆形槽42中的安装方 式与转轮4和转轴8在所述圆形槽24中的安装方式相同，圆形槽41和圆形槽42的开口处分别安装有密 封盖47和密封盖48，密封盖47的外壁上安装有所述角度传感器14，角度传感器14用于采集传动轴10 的角度信息并将其传递给底盘控制***，密封盖48的外壁上安装有所述角度传感器15，角度传感器15用 于采集传动轴11的角度信息并将其传递给底盘控制***；
圆形槽43和圆形槽44分别位于圆形槽41和圆形槽42的外侧且同心，圆形槽43和圆形槽44的内部 分别安装有线圈49和线圈50，所述线圈49和线圈50分别为圆形槽41和圆形槽42内提供可变的磁场；
方形槽45位于内部箱体的中部，方形槽45内安装有所述锂电池18，锂电池18作为备用电池，当线 控底盘动力电池电量过低或当底盘动力电池向线圈49和线圈50供电失效时，所述锂电池18可向线圈49 和线圈50提供电能，同时当锂电池18电量低于其额定电量的60％时，底盘动力电池会向其供电直至其电 量达到额定电量的95％。
备用电池的使用提高了操纵杆***的安全性。
参考附图1，操纵手柄3顶端设计有操纵圆球，操纵圆球上布置有按钮51、按钮52、按钮53和棘轮 54；
按钮51和按钮52布置在所述操纵圆球的左侧，所述按钮51和按钮52可由大拇指操控，按钮51的 形状为圆形且其直径为6mm，用来控制左转向灯，按钮52的形状为圆心且其直径为8mm，用来控制右转向 灯；
实施例中，棘轮54位于操纵圆球的右侧，其直径为16mm，棘轮54用来调节线控悬架，转动棘轮54 可实现将所述线控底盘主动悬架在舒适型和运动型之间平滑变换，棘轮54外表面上有量程为120°、刻度 可变的刻度盘，刻度盘上0°代表舒适型，刻度盘上120°代表运动型，其中刻度盘上的刻度θk为：
Figure BDA0003016841540000081
式中：θk为刻度盘的刻度，θ0为刻盘上距0刻度的角度。
棘轮34内部可以用弧形滑动变阻器产生的电信号来传递棘轮34转动的角度信息。
按钮53位于所述操纵圆球的正前方且可由大拇指操控，按钮53用来切换驱动模式和制动模式，按下 按钮53，驱动信号被切断，制动模块起作用，复原按钮53，制动信号被切断，驱动模块起作用。
参考附图5和附图6，转轮4外圆表面开有弧形槽用来安放永磁体55，所述永磁体55不少于两对且 对称均匀分布在转轮4的外表面，永磁体55的形状为弧形片状且厚度为3mm，永磁体在转轮表面的固定方 式可以为粘接或铆接，转轮4有6片扇叶，每片扇叶开有一个长方形孔，转轮4中心有花键孔，用于安装 在轴8上并与轴8之间传递动力，外部箱体1中传动轴9和转轮5及内部箱体2中传动轴10和转轮6的 结构与传动轴8和转轮4的结构相同，便于制造加工。
参考附图2和附图3，外部箱体圆形槽24、圆形槽25和所述内部箱体圆形槽41、圆形槽42内表面安 装的永磁体对数分别与转轮4、转轮5、转轮6和转轮7外表面安装的永磁体对数相同，其中内部箱体2 内两对永磁体产生的磁场强度大于外部箱体1内两对永磁体产生的磁场强度，当操纵杆位于初始位置时， 各转轮外表面永磁体正对着相应的圆形槽内表面永磁体，且相邻永磁体极性相反，相对永磁体极性也相反， 当各转轮相对相应的圆形槽转动时，磁力作用会使操纵手柄3自动回正，圆形槽24、圆形槽25、圆形槽 41和圆形槽42内部均充满磁流变流体，通过控制线圈39、线圈40、线圈49和线圈50电流的大小可改变 磁流变流体阻尼的大小，按下式控制线圈39、线圈40的电流I1和线圈49、线圈50的电流I2，可使所述全线控底盘汽车在低速时快速回正、在高速时回正不产生振荡和超调，并且能使驾驶员有较好的路感，其 中I1和I2的值为：
Figure BDA0003016841540000082
Figure BDA0003016841540000091
式中：I1为线圈39和线圈40的控制电流，I2为线圈49和线圈50的控制电流；A、B、C、D、 E、F、G为常系数，由试验调试得出；Imax1为线圈39和线圈40所允许的最大电流，Imax2为线圈49和 线圈50所允许的最大电流；kp、ki、kd为PID控制参数，kp、ki、kd大小随车速vx和传动传动轴8的 转动角度θz1的变化而变化，并由试验数据拟合得出；vx为所述全线控底盘汽车的车速；θz1为传动轴8的 转动角度，逆时针为正，
Figure BDA0003016841540000092
为传动轴8的转动角速度；F2为圆形槽24中转轮在磁流变流体转动产生的阻 尼力动力学模型，F2的大小与线圈39的控制电流I1及传动轴8的转动角速度
Figure BDA0003016841540000093
的大小有关，由试验数据 拟合得到；Ft为期望的路感模拟力；F1为所述转轮4上的永磁体55和所述圆形槽24内壁上的永磁体38 相互作用产生的磁力，其值的大小与传动轴8的转动角度呈非线性相关并且可由Maxwell/Ansys软件仿真 结果和实验结果相互校验得出；θz2为传动轴11的转动角度，
Figure BDA0003016841540000094
为传动轴11的转动角速度，逆时针为正； θa和θb为常数，由试验调试得出。
参考附图8和附图10，该基于线控底盘的操纵杆控制***包括两个上述设计的操纵杆机构，其中第一 操纵杆机构位于驾驶位的左侧，第二操纵杆机构位于驾驶位的右侧，操纵杆控制***可以用软件设置成模 式A、模式B两种模式。其中，模式A适用于前轮转向后轮驱动、前轮转向前轮驱动、前轮转向四轮驱动 和四轮转向后轮驱动四类全线控底盘构型，模式B适用于四轮独立驱动+四轮独立转向+四轮独立制动+四 轮独立悬架全线控底盘构型。
参考附图7，模式A中只需要第二操纵杆机构即可控制全线控底盘，线控底盘电子换挡***可接收第 二操纵杆机构的按钮30、按钮31、按钮32和按钮33产生的开关信号来切换挡位；线控底盘驱动***和 线控底盘制动***可接收第二操纵杆机构的传动轴11产生的转角信号和按钮53产生的开关信号实现对汽 车纵向速度的控制；线控悬架***可接收第二操纵杆机构棘轮54产生的角度信号实现对汽车舒适性及通 过性的控制，线控转向***可接收第二操纵杆机构传动轴8产生的角度信号实现对汽车的横向控制；按下 按钮18，将汽车切换到前进档，操纵手柄3绕传动轴11向前转动即可驱动汽车向前运动，按下按钮53且 操纵手柄3绕传动轴11向后转动即可使汽车制动，操纵手柄绕传动轴8左转即可使汽车以一定传动比向 左转弯；按下按钮32，即可将汽车切换到倒车档，此时操纵手柄3绕轴20向前转动即可驱动汽车向后运 动；当汽车临时停车时，按下按钮33，即可将汽车切换到驻车档，防止汽车滑移；
模式A中第一操纵杆机构可以只有第二操纵杆机构的转向、驱动和制动功能，当第二操纵杆机构失效 时，第一操纵杆机构可保证所述线控底盘汽车正常行驶，第二操纵杆机构也可与第一操纵杆机构配合使用， 其中第二操纵杆机构负责控制线控驱动***、线控制动***和线控悬架***，第一操纵杆机构负责控制线 控转向***，当任意操纵杆机构失效时，未失效操纵杆机构接管失效操纵机构的转向或制动和驱动功能；
参考附图8和附图9，模式B中的第一操纵杆机构和第二操纵杆机构配合使用，所述全线控底盘的纵 向运动由四轮独立驱动***和四轮独立制动***通过接收到的第二操纵杆机构的传动轴11产生的转角信 号和按钮53产生的开关信号来控制，四轮独立悬架***通过接收第一操纵杆棘轮54的转角信号来控制底 盘的高度，四轮独立悬架***通过接收第二操纵杆棘轮54的转角信号来控制所述全线控底盘汽车的舒适 性，四轮独立转向***通过接收到的第一操纵杆中的按钮53产生的开关信号、第一操纵杆的传动轴8产 生的角度信号及第二操纵杆传动轴8产生的角度信号可实现对所述全线控底盘的横向控制，其中，当第一 操纵杆按钮53没按下时，四轮独立转向***优先检测第一操纵杆传动轴8的转角信号来控制汽车斜向运 动，当第一操纵杆传动轴8转角信号不超过2°时，四轮独立转向***通过接收到的第二操纵杆机构传动 轴8的转角信号来控制所述全线控底盘以某一曲率半径转向，当第一操纵杆按钮53按下时，四轮独立转 向***可通过接收到的第一操纵杆传动轴8转角信号和第二操纵杆机构传动轴8转角信号控制所述线控底 盘绕其几何中心原地转向，其中，当两操纵杆同时绕各自传动轴20向驾驶位内侧转向时，所述原地转向 方向为逆时针，当两操纵杆同时绕各自传动轴20向驾驶位外部转向时，所述原地转向方向为顺时针，绕 原地转向的角速度如下式：
Figure BDA0003016841540000101
式中：wi是线控底盘绕其几何中心转动的角速度，逆时针方向为正，单位为度每秒，w0为所述线控 底盘绕其几何中心转动角速度的初值，R为增益系数，θi1为第一操纵杆轴8的转动角度，逆时针为正，θi2为第二操纵杆轴8的转动角度，逆时针为正。
参考附图10，基于线控底盘的操纵杆***可以通过软件将该发明所设计的操纵杆机构设定为右手模式 和左手模式，还可以通过软件将该发明所设计的操纵杆机构设定为力感轻便型、力感适中型和力感沉重型， 这样不同类型的人群都可以按照自己的驾驶习惯操控所述操纵杆机构。
实施例中，操纵杆控制***默认为右手模式，右手模式和左手模式的区别在于，第一操纵杆和第二操 纵杆执行功能上的不同，右手模式中第一操纵杆的功能与左手模式中第二操纵杆的功能相同，同理，右手 模式中第二操纵杆的功能与左手模式中第一操纵杆的功能相同，这样习惯用右手和习惯用左手的人都可以 较好的适应该发明所设计的操纵杆机构。
实施例中，操纵杆控制***默认为力感适中型，不同的力感模式可以通过调节线圈39、线圈40和线 圈49、线圈50的电流得到，其中力感适中型模式中线圈39、线圈40和线圈49、线圈50的电流控制规则 与I1和I2的控制规则相同，力感轻便型模式和力感沉重型模式中线圈39、线圈40和线圈49、线圈50的 电流控制规则分别由I1和I2的控制规则通过线性变换得到，力感轻便型和力感沉重型中线圈39、线圈40 和线圈49、线圈50的控制规则如下式：
I1q＝q1I1+q10
I2q＝q2I2+q20
I1c＝c1I1+c10
I2c＝c2I2+c20
式中：I1q和I1c分别为力感轻便型和力感沉重型下的线圈39、线圈40和线圈49、线圈50的控制电流， I1为力感适中型下的线圈39和线圈40控制电流，I2q和I2c分别为力感轻便型和力感沉重型下的线圈39、 线圈40和线圈49、线圈50的控制电流，I2力感适中型下的线圈49和线圈50的控制电流；q1、q10、q2、 q20、c1、c10、c2和c20均为常系数，可根据抽样调查实验数据的结果拟合得到。
参考附图10，该操纵杆控制***还包含一套容错机制：
当所述操纵杆控制***工作在B模式下，且出现某一操纵杆失效、某一转向电机失效、某一制动电机 失效和某一驱动电机失效中任一种情况时，所述操纵杆控制***立即将B模式切换成A模式，并向驾驶员 发出警报信号。其中，当为某一操纵杆失效或某一后轮转向电机失效时，所述操纵杆控制***切换为A模 式下的前轮转向四轮驱动的驱动模式，当为某一后轮驱动电机失效时，所述操纵杆控制***切换为A模式 下的前轮转向前轮驱动的驱动模式，当为某一前轮驱动电机失效时，所述操纵杆控制***切换为A模式下 的前轮转向后轮驱动的驱动模式；
当所述操控***在任意模式下工作时，线控转向***将角度传感器12产生的角度信号作为控制信号， 角度传感器13用于校验角度传感器12产生的转角信号，且当角度传感器12失效时，线控转向***将角 度传感器13产生的角度信号作为控制信号；线控制动***及线控驱动***将角度传感器14产生的角度信 号作为控制信号，将角度传感器15产生的信号作为校验信号，且当角度传感器14失效时，线控制动*** 及线控驱动***将角度传感器15产生的角度信号作为控制信号，这种设计方案提高了线控汽车的安全性。
以上所述仅为本申请的实施例而已，并不限制本申请的保护范围，对本领域的技术人员来说，本申请 可以有各种改变，比如机构尺寸的变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改 进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于线控底盘的操纵杆机构及操纵杆控制***，其特征在于，所述操纵杆机构包括外部箱体(1)、内部箱体(2)、操纵手柄(3)、转轮(4)、转轮(5)、转轮(6)、转轮(7)、传动轴(8)、传动轴(9)、传动轴(10)、传动轴(11)、角度传感器(12)、角度传感器(13)、角度传感器(14)、角度传感器(15)、锂电池(16)、锂电池(17)、锂电池(18)，所述外部箱体(1)中部设有放置槽(19)，所述内部箱体(2)放置在所述放置槽(19)中，内部箱体(2)为长方体且较短两端外壁对称固接有传动轴(20)和传动轴(21)，传动轴(20)和传动轴(21)分别与安装在外部箱体(1)内侧的传动轴(8)和传动轴(9)铰接，且内部箱体(2)可绕所述传动轴(8)和传动轴(9)中心轴线左右旋转，操纵手柄(3)底部左右两端固定连接有传动轴(22)和传动轴(23)，所述传动轴(22)和传动轴(23)通过锁紧螺母分别与安装于内部箱体(2)较长两端内的传动轴(10)和传动轴(11)固定连接，操纵手柄(3)可绕传动轴(10)和传动轴(11)的中心轴线前后转动。
2.按照权利要求1所述的一种基于线控底盘的操纵杆机构及操纵杆控制***，其特征在于，所述外部箱体(1)上开有放置槽(19)、圆形槽(24)、圆形槽(25)、圆形槽(26)、圆形槽(27)、方形槽(28)和方形槽(29)，且外部箱体(1)上设有按钮(30)、按钮(31)、按钮(32)和按钮(33)；
其中放置槽(19)位于外部箱体(1)中部且较短两端和顶面为开口的，所述放置槽(19)用于放置内部箱体(2)且可使内部箱体(2)在左右和前后方向各有100°和80°的运动空间；
其中圆形槽(24)和圆形槽(25)分别位于放置槽(19)的前后两壁面上，圆形槽(24)和圆形槽(25)的大小和形状相同且其直径不小于50mm、长度不小于40mm，所述圆形槽(24)和圆形槽(25)平面壁上均开有轴承孔，且在各自的轴承孔内分别安装有轴承(34)和轴承(35)，所述圆形槽(24)内安装有所述转轮(4)和所述传动轴(8)，其中传动轴(8)和转轮(4)通过花键连接，传动轴(8)可以带动转轮(4)绕圆形槽(24)中心轴线转动，所述传动轴(8)通过轴承(34)和轴承(36)固定在圆形槽(24)内，圆形槽(25)的结构与所述圆形槽(24)的结构相同且内部安装有所述转轮(5)和所述传动轴(9)，圆形槽(24)和圆形槽(25)中至少有一个圆形槽圆弧壁上安装有不少于两对永磁体(38)，永磁体(38)的形状为圆弧形片状且与圆形槽(24)和圆形槽(25)同心，永磁体(38)的材料为钕铁硼，永磁体(38)在圆形槽(24)和圆形槽(25)内的安装方式为粘接，在圆形槽(24)的外端口处安装有密封盖(37)，所述轴承(36)固定在密封盖(37)中心处，密封盖(37)下部开有直径为2mm的圆孔，圆孔内安装有密封塞，所述圆孔用于向圆形槽(24)内注射和排除磁流变液，所述密封盖(37)外表面安装有角度传感器(12)，所述角度传感器(12)用于采集传动轴(8)的转动角度信息并将其传递给线控底盘控制***，所述圆形槽(25)的开口处同样也安装有密封盖和所述角度传感器(13)，圆形槽(25)开口处的密封盖的结构与密封盖(37)的结构相同，角度传感器(13)用于采集传动轴(9)的角度信息并将其传递给底盘控制***；
其中圆形槽(26)和圆形槽(27)分别在圆形槽(24)和圆形槽(25)的外侧且同心，圆形槽(26)和圆形槽(27)的内部分别安装有线圈(39)和线圈(40)，线圈(39)用于为圆形槽(24)内部提供可变磁场，线圈(40)用于为圆形槽(25)内部提供可变磁场，圆形槽(26)和圆形槽(27)开口均安装有密封盖，且密封盖上均开有可通过导线的圆孔；
其中按钮(30)、按钮(31)、按钮(32)和按钮(33)位于外部箱体(1)带有斜面的一侧，按钮(30)为前进挡按钮，按钮(31)为空挡按钮，按钮(32)为倒车挡按钮，按钮(33)为驻车按钮，所述按钮(30)为蓝色椭圆形，代表动力，所述椭圆形长轴为16mm、短轴为10mm；按钮(31)为白色方形，代表动力中断，所述方形四边长均为12mm；按钮(32)为橙色圆形，代表有危险，所述圆形直径为10mm；按钮(33)为红色半圆形，代表停车，所述半圆形半径为16mm；按钮(30)在所述斜面的最左侧，按钮(31)、按钮(32)、按钮(33)从左向右依次在斜面的右侧且相邻两按钮间距不小于10mm；
其中方形槽(28)和方形槽(29)分别位于所述圆形槽(24)和圆形槽(25)的下方，方形槽(28)和方形槽(29)分别安装有所述锂电池(16)和锂电池(17)，锂电池(16)和锂电池(17)作为备用电池，当所述线控底盘动力电池电量过低或当底盘动力电池向线圈(39)和线圈(40)供电失效时，所述锂电池(16)和锂电池(17)可分别向线圈(39)和线圈(40)提供电能，同时当锂电池(16)和锂电池(17)电量低于其额定电量的60％时，底盘动力电池会向其供电直至其电量达到额定电量的95％，提高线控底盘汽车的驾驶安全性，方形槽(28)和方形槽(29)靠近放置槽(19)的一侧开有直径为3mm的圆孔，所述圆孔用于穿过导线。
3.按照权利要求1所述的一种基于线控底盘的操纵杆机构及操纵杆控制***，其特征在于，所述内部箱体(2)上开有圆形槽(41)、圆形槽(42)、圆形槽(43)、圆形槽(44)和方形槽(45)；
其中圆形槽(41)和圆形槽(42)分别对称位于内部箱体(2)较长两端，所述圆形槽(41)与圆形槽(42)同心且至少有一个圆形槽内壁上粘接有不少于两对永磁体(46)，永磁体(46)为弧形片状且与圆形槽(41)和圆形槽(42)同心，永磁体(46)的材料为钕铁硼，圆形槽(41)和圆形槽(42)内分别安装有所述转轮(6)、传动轴(10)和转轮(7)、传动轴(11),转轮(6)和传动轴(10)在圆形槽(41)中安装方式以及转轮(7)和传动轴(11)在圆形槽(42)中的安装方式与权利要求2中转轮(4)和传动轴(8)在所述圆形槽(24)中的安装方式相同，圆形槽(41)和圆形槽(42)的开口处分别安装有密封盖(47)和密封盖(48)，密封盖(47)的外壁上安装有所述角度传感器(14)，角度传感器(14)用于采集传动轴(10)的角度信息并将其传递给底盘控制***，密封盖(48)的外壁上安装有所述角度传感器(15)，角度传感器(15)用于采集传动轴(11)的角度信息并将其传递给底盘控制***；
圆形槽(43)和圆形槽(44)分别位于圆形槽(41)和圆形槽(42)的外侧且同心，圆形槽(43)和圆形槽(44)的内部分别安装有线圈(49)和线圈(50)，所述线圈(49)和线圈(50)分别为圆形槽(41)和圆形槽(42)内提供可变的磁场；
其中方形槽(45)位于内部箱体的中部，方形槽(45)内安装有所述锂电池(18)，锂电池(18)作为备用电池，当线控底盘动力电池电量过低或当底盘动力电池向线圈(49)和线圈(50)供电失效时，所述锂电池(18)可向线圈(49)和线圈(50)提供电能，同时当锂电池(18)电量低于其额定电量的60％时，底盘动力电池会向其供电直至其电量达到额定电量的95％。
4.按照权利要求1所述的一种基于线控底盘的操纵杆机构及操纵杆控制***，其特征在于，所述操纵手柄(3)顶端设计有操纵圆球，操纵圆球上布置有按钮(51)、按钮(52)、按钮(53)和棘轮(54)；
按钮(51)和按钮(52)布置在所述操纵圆球的左侧，所述按钮(51)和按钮(52)可由大拇指操控，按钮(51)的形状为圆形且其直径为6mm，用来控制左转向灯，按钮(52)的形状为圆心且其直径为8mm，用来控制右转向灯；
棘轮(54)位于操纵圆球的右侧，其直径为16mm，所述棘轮(54)可由大拇指操控，棘轮(54)内部装有弧形滑动变阻器，转动棘轮(54)可产生变化的电信号来模拟棘轮转过的角度，棘轮(54)用来调节线控悬架，转动棘轮(54)可实现将所述线控底盘主动悬架在舒适型和运动型之间平滑变换，棘轮(54)外表面上有量程为120°、刻度可变的刻度盘，刻度盘上0°代表舒适型，刻度盘上120°代表运动型，其中刻度盘上的刻度θk为：
Figure FDA0003016841530000021
式中：θk为刻度盘的刻度，θ0为刻盘上距0刻度的角度；
按钮(53)位于所述操纵圆球的正前方且可由大拇指操控，按钮(53)用来切换驱动模式和制动模式，按下按钮(53)，驱动信号被切断，制动模块起作用，复原按钮(53)，制动信号被切断，驱动模块起作用。
5.按照权利要求2和3所述的一种基于线控底盘的操纵杆机构及操纵杆控制***，其特征在于，所述转轮(4)外圆表面开有弧形槽用来安放永磁体(55)，所述永磁体(55)不少于两对且对称均匀分布在转轮(4)的外表面，永磁体(55)的形状为弧形片状且厚度为3mm，永磁体在转轮表面的固定方式可以为粘接或铆接，转轮(4)有多片扇叶，每片扇叶至少开有一个孔，转轮(4)中心有花键孔，用于安装在传动轴(8)上并与传动轴(8)之间传递动力，外部箱体(1)中传动轴(9)和转轮(5)及内部箱体(2)中传动轴(10)和转轮(6)的结构与传动轴(8)和转轮(4)的结构相同，便于制造加工。
6.按照权利要求5所述的一种基于线控底盘的操纵杆机构及操纵杆控制***，其特征在于，所述外部箱体圆形槽(24)、圆形槽(25)和所述内部箱体圆形槽(41)、圆形槽(42)内表面安装的永磁体对数分别与转轮(4)、转轮(5)、转轮(6)和转轮(7)外表面安装的永磁体对数相同，其中内部箱体(2)中圆形槽(41)和圆形槽(42)内两对永磁体产生的磁场强度大于外部箱体(1)中圆形槽(24)和圆形槽(25)内两对永磁体产生的磁场强度，当操纵杆位于初始位置时，各转轮外表面永磁体正对着相应的圆形槽内表面永磁体，且相邻永磁体极性相反，相对永磁体极性也相反，当各转轮相对相应的圆形槽转动时，磁力作用会使操纵手柄(3)自动回正，圆形槽(24)、圆形槽(25)、圆形槽(41)和圆形槽(42)内部均充满磁流变流体，通过控制线圈(39)、线圈(40)、线圈(49)和线圈(50)电流的大小可改变磁流变流体阻尼的大小，按下式控制线圈(39)、线圈(40)的电流I1和线圈(49)、线圈(50)的电流I2，可使所述全线控底盘汽车在低速时快速回正、在高速时回正不产生振荡和超调，并且能使驾驶员有较好的路感，其中I1和I2的值为：
Figure FDA0003016841530000031
Figure FDA0003016841530000032
式中：I1为线圈(39)和线圈(40)的控制电流，I2为线圈(49)和线圈(50)的控制电流；A、B、C、D、E、F、G为常系数，由试验调试得出；Imax1为线圈(39)和线圈(40)所允许的最大电流，Imax2为线圈(49)和线圈(50)所允许的最大电流；kp、ki、kd为PID控制参数，kp、ki、kd大小随车速vx和传动传动轴(8)的转动角度θz1的变化而变化，并由试验数据拟合得出；vx为所述全线控底盘汽车的车速；θz1为传动轴(8)的转动角度，逆时针为正，
Figure FDA0003016841530000033
为传动轴(8)的转动角速度；F2为圆形槽(24)中转轮在磁流变流体转动产生的阻尼力动力学模型，F2的大小与线圈(39)的控制电流I1及传动轴(8)的转动角速度
Figure FDA0003016841530000034
的大小有关，由试验数据拟合得到；Ft为期望的路感模拟力；F1为所述转轮(4)上的永磁体(55)和所述圆形槽(24)内壁上的永磁体(38)相互作用产生的磁力，其值的大小与传动轴(8)的转动角度呈非线性相关；θz2为传动轴(11)的转动角度，
Figure FDA0003016841530000035
为传动轴(11)的转动角速度，逆时针为正；θa和θb为常数，由试验调试得出。
7.按照权利要求1到权利要求6所述的一种基于线控底盘的操纵杆机构及操纵杆控制***，其特征在于，所述的基于线控底盘的操纵杆控制***包括两个权利要求1至6中任意一项所述的基于线控底盘的操纵杆机构，其中第一操纵杆机构位于驾驶位的左侧，第二操纵杆机构位于驾驶位的右侧，所述的基于线控底盘操纵杆控制***可以用软件设置成模式A、模式B两种模式，其中，所述模式A适用于前轮转向后轮驱动、前轮转向前轮驱动、前轮转向四轮驱动和四轮转向后轮驱动四类全线控底盘构型，所述模式B适用于四轮独立驱动+四轮独立转向+四轮独立制动+四轮独立悬架全线控底盘构型。
8.按照权利要求7所述的一种基于线控底盘的操纵杆机构及操纵杆控制***，其特征在于，所述模式A中只需要第二操纵杆机构即可控制全线控底盘，线控底盘电子换挡***可接收第二操纵杆机构的按钮(30)、按钮(31)、按钮(32)和按钮(33)产生的开关信号来切换挡位，线控底盘驱动***和线控底盘制动***可接收第二操纵杆机构的传动轴(11)产生的转角信号和按钮(53)产生的开关信号实现对汽车纵向速度的控制，线控悬架***可接收第二操纵杆机构棘轮(54)产生的角度信号实现对汽车舒适性及通过性的控制，线控转向***可接收第二操纵杆机构传动轴(8)产生的角度信号实现对汽车的横向控制，模式A中第一操纵杆机构可以只有第二操纵杆机构的转向、驱动和制动功能，当第二操纵杆机构失效时，第一操纵杆机构可保证所述线控底盘汽车正常行驶，所述第二操纵杆机构也可与所述第一操纵杆机构配合使用，其中第二操纵杆机构负责控制线控驱动***、线控制动***和线控悬架***，第一操纵杆机构负责控制线控转向***，当任意操纵杆机构失效时，未失效操纵杆机构接管失效操纵机构的转向或制动和驱动功能；
所述模式B中的第一操纵杆机构和第二操纵杆机构配合使用，所述全线控底盘的纵向运动由四轮独立驱动***和四轮独立制动***通过接收到的第二操纵杆机构的传动轴(11)产生的转角信号和按钮(53)产生的开关信号来控制，四轮独立悬架***通过接收第一操纵杆棘轮(54)的转角信号来控制底盘的高度，四轮独立悬架***通过接收第二操纵杆棘轮(54)的转角信号来控制所述全线控底盘汽车的舒适性，四轮独立转向***通过接收到的第一操纵杆中的按钮(53)产生的开关信号、第一操纵杆的传动轴(8)产生的角度信号及第二操纵杆传动轴(8)产生的角度信号可实现对所述全线控底盘的横向控制，其中，当第一操纵杆按钮(53)没按下时，四轮独立转向***优先检测第一操纵杆传动轴(8)的转角信号来控制汽车斜向运动，当第一操纵杆传动轴(8)转角信号不超过2°时，四轮独立转向***通过接收到的第二操纵杆机构传动轴(8)的转角信号来控制所述全线控底盘以某一曲率半径转向，当第一操纵杆按钮(53)按下时，四轮独立转向***可通过接收到的第一操纵杆传动轴(8)转角信号和第二操纵杆机构传动轴(8)转角信号控制所述线控底盘绕其几何中心原地转向，其中，当两操纵杆同时绕各自传动轴(20)向驾驶位内侧转向时，所述原地转向方向为逆时针，当两操纵杆同时绕各自传动轴(20)向驾驶位外部转向时，所述原地转向方向为顺时针，绕原地转向的角速度如下式：
Figure FDA0003016841530000041
式中：wi是所述线控底盘绕其几何中心转动的角速度，逆时针方向为正，单位为度每秒，w0为所述线控底盘绕其几何中心转动角速度的初值，R为增益系数，θi1为第一操纵杆传动轴(8)的转动角度，逆时针为正，θi2为第二操纵杆传动轴(8)的转动角度，逆时针为正。
9.按照权利要求8所述的一种基于线控底盘的操纵杆机构及操纵杆控制***，其特征在于，所述基于线控底盘的操纵杆***可以通过软件将所述操纵杆机构设定为右手模式和左手模式，所述基于线控底盘的操纵杆***还可以通过软件将所述操纵杆机构设定为力感轻便型、力感适中型和力感沉重型，不同类型的人群都可以按照自己的驾驶习惯操控所述的操纵杆机构；
所述操纵杆控制***默认为右手模式，所述右手模式既为权利要求8中所述的第一操纵杆和第二操纵杆之间的工作关系和控制效果，所述左手模式中的第一操纵杆控制效果等同于权利要求8中第二操纵杆的工作效果，所述左手模式中的第二操纵杆工作效果等同于权利要求8中第一操纵杆的控制效果；
所述操纵杆控制***默认为力感适中型，不同的力感模式可以通过调节线圈(39)、线圈(40)和线圈(49)、线圈(50)的电流得到，其中力感适中型模式中线圈(39)、线圈(40)和线圈(49)、线圈(50)的电流控制规则与权利要求6中所述的控制规则相同，力8感轻便型模式和力感沉重型模式中线圈(39)、线圈(40)和线圈(49)、线圈(50)的电流控制规则分别由权利要求6中I1和I2的控制规则通过线性变换得到，力感轻便型和力感沉重型中线圈(39)、线圈(40)和线圈(49)、线圈(50)的控制规则如下式：
I1q＝q1I1+q10
I2q＝q2I2+q20
I1c＝c1I1+c10
I2c＝c2I2+c20
式中：I1q和I1c分别为力感轻便型和力感沉重型下的线圈(39)、线圈(40)和线圈(49)、线圈(50)的控制电流，I1为力感适中型下的线圈(39)和线圈(40)控制电流，I2q和I2c分别为力感轻便型和力感沉重型下的线圈(39)、线圈(40)和线圈(49)、线圈(50)的控制电流，I2力感适中型下的线圈(49)和线圈(50)的控制电流；q1、q10、q2、q20、c1、c10、c2和c20均为常系数，可根据抽样调查实验数据的结果拟合得到。
10.按照权利要求7到权利要求9所述的一种基于线控底盘的操纵杆机构及操纵杆控制***，其特征在于，该操纵杆控制***还包含一套容错机制：
当所述操纵杆控制***工作在B模式下，且出现某一操纵杆失效、某一转向电机失效、某一制动电机失效和某一驱动电机失效中任一种情况时，所述操纵杆控制***立即将B模式切换成A模式，并向驾驶员发出警报信号，其中，当为某一操纵杆失效或某一后轮转向电机失效时，所述操纵杆控制***切换为A模式下的前轮转向四轮驱动的驱动模式，当为某一后轮驱动电机失效时，所述操纵杆控制***切换为A模式下的前轮转向前轮驱动的驱动模式，当为某一前轮驱动电机失效时，所述操纵杆控制***切换为A模式下的前轮转向后轮驱动的驱动模式；
当所述操控***在任意模式下工作时，线控转向***将角度传感器(12)产生的角度信号作为控制信号，角度传感器(13)用于校验角度传感器(12)产生的转角信号，且当角度传感器(12)失效时，线控转向***将角度传感器(13)产生的角度信号作为控制信号；线控制动***及线控驱动***将角度传感器(14)产生的角度信号作为控制信号，将角度传感器(15)产生的信号作为校验信号，且当角度传感器(14)失效时，线控制动***及线控驱动***将角度传感器(15)产生的角度信号作为控制信号。
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