[发明专利]轮式机动车数字控制转向的方法及系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种汽车，尤其是一种两轮驱动式轮式机动车如小轿车、货车、工程车、军用车等，具体地说是一种数字控制车辆转向的方法及系统(即Digital Turnning System，DTS)。

背景技术

众所周知，汽车高速行驶时突然转弯或突然变道，极易产生侧滑、甩尾现象，这一直是汽车行业中的难题。为了解决侧滑问题，目前在汽车行业中研究最多的是四轮转向机构。汽车的四轮转向(4WS)是指汽车在转向时，后轮可与前轮一起同时转向，使汽车的四个车轮都能起到转向的作用，以改善汽车的转向机动性、操作稳定性和行驶安全性。

目前，典型4WS汽车的后轮偏转规律分为两种：(1)逆相位转向：在低速行驶或者方向盘转角较大时，前、后轮实现逆相位转向(后轮最大转向角一般为5°左右)。这种转向方式可改善汽车低速时的操纵轻便性，减小汽车的转弯半径，提高汽车的机动灵活性。(2)同相位转向：在中、高速行驶或方向盘转角较小时，前后轮实现同相位转向(后轮最大转角一般为1°左右)。使汽车车身的横摆角速度大大减小，可减小汽车车身发生动态侧偏的倾向，保证汽车在高速超车、进出高速公路时，处于不足转向状态以避免侧滑。

这种四轮转向机构的不足之处在于：(1)低速转向时，汽车尾部容易碰到障碍物；(2)实现理想控制的技术难度大；(3)转向结构复杂、成本高；(4)转向过程中，阿克曼定理难保证，难以实现纯滚动。

据申请人所知目前已经有多项四轮转向机构的专利申请，也有很多论文计算证明该方案可以使侧偏角等于零，因此就不会产生侧滑现象。但仔细分析可以发现，现有的前轮转向机动车的转向是一个二维动作，它由一个质点的准圆周运动和一个车体绕垂直轴的转动组合而成。过程是这样的：前轮偏转→由偏转而造成的摩擦力的分力给前轮一个横向的转动力→后轮即刻产生一个反方向的摩擦力与前轮的力一起构成车体转向的力矩使车体产生转向加速度→车体转向→由车体运动方向的改变而产生的惯性离心力在前后轮上都造成一个横向的摩擦力，这就是车体作准圆周运动的向心力→车体作准圆周运动。

从这个过程可以看到两个问题：

其一：车体绕垂直轴的转动是一个惯性过程，势必产生过转动。克服过转动的过程描述与上述过程描述相似，所以整个转动过程一定是一个振荡过程，一直持续到转弯过程结束。

其二：车体绕垂直轴的转动所产生的转动力矩在前后轮上的力的方向与车体作准圆周运动所产生的离心力的方向都是横向的，在振荡过程中不断产生叠加，当叠加起来的力超过轮胎所能承受的静摩擦力时，侧滑现象就发生了。

此外，在履带式车辆如坦克、履带式拖拉机、工程机械上也有利用转向行星轮系实现差速转向的。该差速转向以行星齿轮系提供车辆两侧履带驱动轮不同的转速，以达成两侧履带产生差速转向运动。但据申请人所知，由于轮式机动车固有的特点，目前尚未见到将转向行星轮系用于差速转向，实现越野功能的报道，其主要原因是在转向时轮胎与地面之间必定产生横向滑动，而且转弯半径越小，横向滑动越明显，车速越快，横向滑动越容易引发侧滑现象，由此带来很多明显的有些甚至是严重的弊端。

因此，如何简化转向机构，使二轮驱动式轮式机动车具有越野功能是汽车行业长期未能得到解决的问题。为此，设计一种结合转向行星轮系实现差速转向的新型转向越野方法及自适应系统是目前迫切需要解决的难题，也是今后汽车发展的方向。

发明内容

本发明的目的是针对现有普通汽车转向中存在的易侧滑、甩尾，越野车的驱动转向系统复杂，成本高的问题，发明一种利用转向行星轮系统使左右驱动轮产生速差实现转向和越野功能并彻底消除侧滑现象的通过改变转向方式数字控制车辆转向的方法及装置。

本发明的技术方案是：

一种轮式机动车数字控制转向的方法，其特征是它包括以下步骤：

第一步，采集方向盘转角和车速数字信号并送至数控装置(包括计算机、单片机等)中；

第二步，由数控装置根据所得的车速和转角值及车体参数计算出左右主动轮所需的速差；

第三步，数控装置根据计算所得的速差计算出数控转向驱动器的转速；

第四步，数控转向驱动器以所得的转速驱动转向行星轮系动作；

第五步，转向行星轮系将所得的转向驱动与行进驱动合并，并通过输出轴分配给左右驱动轮，使左右驱动轮对称地一个加速，一个减速，从而实现无侧滑转向，在左右车轮实现差速转向的同时，偏转轮偏转机构延时带动偏转轮转动到与偏转轮前进方向相一致的角度，实现偏转轮的纯滚动；