[发明专利]用于提高汽车高速转向横向稳定性的陀螺装置

说明书

技术领域

本发明属于机械力学结构，具体涉及一种汽车在高速转向时提高其横向稳定性的装置，

背景技术

众所周知，汽车在高速行驶状态下打轮转向极易侧翻。目前提高汽车横向稳定性的方法一般是改变汽车前、后轮的制动力，该方法主要是基于预测控制。即根据行驶速度、转向盘转角、转角加速度等信息，提前预测侧偏角或横摆角速度等信息，并将输出的信息与汽车电子控制主板(ECU)的设定值或参考值比较，对速度进行控制。根据离心力大小，在后轮和前轮上施加不同的制动力，产生防止车辆横摆的力矩，提高车辆稳定性。“汽车电子抗倾覆装置(ZL 200720086721.4)”所公开的技术方案，主要是利用控制与执行两个单元对后轮单边制动进行自动调节。“四轮转向汽车稳定性控制系统(2009100213611.7)”，所公开的技术方案，主要是对车体质心处速度方向进行实时测控，利用制动轮判定及制动力矩分配控制器，对四个车轮分别进行控制。上述技术均是采用改变汽车前后轮制动力的方法来提高汽车抗倾覆力，但是这种方法属于有源稳定系统，所带来的缺陷是：反馈与实现过程相当复杂，必须以多种精密测试元件为技术条件，增加了ECU技术控制难度，而且制造成本较高，实施起来具有一定的困难。

发明内容

本发明的目的在于克服上述技术中的不足之处，提出了一种有效提高汽车高速转向横向稳定性的陀螺控制装置。

本发明的目的通过下述技术方案得以实现：转子转轴装有陀螺转子，在陀螺转子的两侧设有轴承。变速电机通过联轴节与转子转轴连接，变速电机接有转速控制器(如图1)。转子转轴位于与汽车行驶方向相垂直的水平面内，陀螺转子旋转的方向与汽车车轮旋转的方向相反(如图2)。其原理是基于高速旋转转子的陀螺效应，通过高速转子的自转轴转动所产生的陀螺力矩抵消汽车转向产生的离心力矩来实现横向稳定。即当汽车高速转向时，由于离心惯性力的作用车体将产生侧向倾覆力矩，此时陀螺稳定控制装置将提供与该侧向倾覆力矩方向相反的力矩(如图3)，故而提高了汽车的抗倾覆能力。

图2所示为自转陀螺转子发生进动运动产生陀螺力矩示意图。其中ω_Z为陀螺转子自转角速度(与车轮转动方向相反)，ω_y为陀螺转子进动角速度。根据动量矩定理，可知其惯性力偶矩为：

其中： I_ζ为陀螺转子转动惯量， 表示沿x轴方向的单位矢量。

本发明的特点及产生的有益效果是：

(1)利用转子陀螺原理，在汽车转向的同时自动引导车体稳定，属一种无源稳定系统，耗材少且控制同步性好；(2) 结构简单，无需驾驶员附加操作。

附图说明

图1为本发明装置部件组成结构示意图。

图2为本发明陀螺转子原理图。

图3为本发明实施例中三个力矩作用原理图。

具体实施方式

以下结合附图并通过实施例对本发明的结构做更详细的描述，需要说明的是，本实施例是叙述性而非限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。

用于提高汽车高速转向横向稳定性的陀螺装置包括：转子转轴、陀螺转子、轴承、联轴节、变速电机以及变速电机控制器等。转子转轴1装有陀螺转子2，在陀螺转子的两侧设有轴承3。变速电机4通过联轴节5与转子转轴1连接，变速电机接有转速控制器6(如图1)。转子转轴1位于与汽车行驶方向相垂直的水平面内，陀螺转子2旋转的方向与汽车车轮旋转的方向相反(如图2)。利用变速电机控制器调节变速电机转速，改变陀螺转子力矩，选择合理的陀螺转子速度可以使车体通过弯路时稳定性达到最好。

图3是安装横向稳定性装置后，汽车高速转向状态三个力矩的作用原理图。其中M_x为(横向稳定性装置提供的)陀螺力矩；M₁为汽车转弯所受离心惯性力矩，M₂为汽车车体以O点为转动中心所产生的重力力矩。计算陀螺力矩、汽车转弯离心力矩和重力力矩如下式：陀螺力矩： 其中I_ζ为陀螺转子转动惯量；ω_y为陀螺转子的进动角速度；ω_Z为陀螺自转角速度； 表示沿x轴方向的单位矢量，即为汽车行驶方向。