[发明专利]电动汽车用四轮毂电机驱动实现四轮转向的电子差速转向控制系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种电动汽车用电子差速转向控制系统，并又涉及到汽车即为四驱动轮(4WD)又为四转向轮(4WS)的转向技术。 

背景技术

汽车转向时稳定性分析：如附图1所示为汽车转弯时所产生侧偏角的关系示意图，其中α₁为前轮侧偏角；α₂为后轮侧偏角；α₀为汽车重心位置侧偏角。汽车转向时，除在极低速时，一般情况下车轮平面与汽车行进速度方向并不一致，两者之间的角度值即为侧偏角α。在汽车转弯时，由于离心力的作用，垂直于车轮平面的车轮中心上有侧向力，相应地在地面上产生的反作用力就是侧偏力。由于车轮侧向产生弹性变形，变形车轮的滚动方向与车轮平面方向并不一致，侧偏力又分解为与车轮行进方向平行的滚动阻力和与行进方向垂直的转弯力。在地面附着极限内，转弯时路面反作用力的大小与方向随着侧偏角的大小发生变化，因而汽车的转向直径也随之变化。 

通常车轮转向时，路面对各车轮转弯时的反作用合力与汽车圆周运动的离心力相平衡。一旦正在转弯的汽车速度提高，离心力就随之增加，质心位置的侧偏角必然增大而随之出现不足转向(如附图1b所示)。此时若要保证前轮按原转弯半径运动，与低车速时相比，前轮必须向内侧多转过一定角度。换言之，汽车以相同转弯半径运动时，随着车速的增加，对于二轮转向(2WS)系统驾驶员就需相应增加转向盘转角，或者使后车轴产生一个向外则运动的力，以增加转弯时路面 的反作用力，使其与离心力平衡。为了使汽车重心位置的侧偏角度α₀(汽车重心的速度方向与汽车纵向轴线之间的角度)为零，若能让后轮也向转弯内侧偏转相应角度，则就可使具有侧偏角的后轮行进方向也与转向圆一致。亦就是在高速行驶转弯时，要求后轮应具有与前轮同向的转向角度，即可减小车身的横摆角速度和侧倾角，避免汽车发生侧滑、倾翻现象，以确保高速转向时的稳定性。 

四轮转向(4WS)系统是现代轿车采用的一项提高汽车操纵稳定性、操纵轻便性和机动性的关键技术措施，它与常规的前两轮转向(2WS)系统相比具有如下优点： 

(1)改善高速转向或在侧向风力作用时的行驶稳定性。在中高速行驶时采用前、后轮同方向转向的同相控制模式，有助于减小车辆侧滑或扭摆，对平衡车辆在超车、变道、或躲避不平路面时的反应均具有帮助，也提高了车辆直线行驶的操纵稳定性。随着高速、高架公路的出现以及现代轿车高速行驶的发展，高档轿车采用四轮转向系统将成一种趋势。 

(2)减小低速转弯半径，改善其操纵轻便性和提高机动性。在低速行驶时采用前、后轮反方向转向的逆相控制模式，可使车辆转弯半径大大减小，参考后述附图2所示分析，4WS的转弯半径最多可比2WS减小一半，这对低速选位停车，窄道转向行驶都将带来极大的方便。 

(3)提高转向响应的快速性，全面改善车辆的转向性能。不仅使车辆在高速行驶或湿滑路面上的转向性能稳定，且对转向输入的响应更迅速而准确。 

而对于四轮驱动来说又有如下优点： 

(1)根据车辆动力学分析只有四轮驱动才能充分利用车重产生的 地面附着力，以此提高汽车行驶的稳定性，以及车辆越野通过性。随着汽车材料技术的发展，采用轻型材料来减轻车载自重，减小能耗，提高功效；并随着汽车高速行驶技术发展，对提高汽车行驶稳定性等性能指标将提出更高要求。因此如何充分提高汽车对地面的附着力将会显得越来越重要。 

(2)由于电动汽车采用轮毂电机具有传输效率最高、响应直接而最快，使得多种汽车性能优化控制易于实现；并且采用轮毂电机不仅节省了大量的机械部件成本，减轻汽车自重，还能腾出许多有效空间便于汽车结构布局，有利于降低汽车质心与车身高度；又由于只有驱动轮才能实现制动能量的回收，采用四轮毂电机驱动可提高对动能能量的回收。但由于轮毂电机受其结构体积限制，按现有技术批量生产较大功率轮毂电机还有一定难度。而采用四轮驱动即可实现小马拉大车，通过四轮毂电机并联驱动即可提高汽车的总驱动力。