[发明专利]适时四轮驱动电动轮汽车自适应转向系统及其控制方法

权利要求书

1.一种适时4WD电动轮汽车自适应转向系统，其特征在于包括转向盘（1）、主转矩传感器（2）、转向伺服电机（3）、行星齿轮机构（4）、转向离合器（5）、后转向一级小齿轮（6）、前齿条（7）、电子控制单元ECU（8）、前轮轮毂电机（9₁）、后轮轮毂电机（9₂）、前转向摇臂（10）、后齿条(22)、后转矩传感器(23)、主转向管柱（34）、后转向管柱（35）、万向节(24)、行星轮(25)、太阳轮(26)、齿圈(27)、前轮（36）、后轮（37）；主转矩传感器（2）位于转向盘（1）的下方并与转向盘（1）相连，转向离合器(5)的主动盘与后转向一级小齿轮(6) 啮合，转向伺服电机(3) 通过行星齿轮机构(4)与转向离合器(5)的从动盘相连，后转向管柱（35）上的万向节(24) 与行星齿轮机构(4)相连，在主转向管柱（34）与后转向管柱（35）间安装有转向离合器(5)，在转向离合器(5)与后转向管柱（35）间安装有行星齿轮机构(4)，该行星齿轮机构(4)由行星轮(25)、太阳轮(26)、齿圈(27)组成，行星轮(25)与齿圈(27)内啮合，太阳轮(26)与行星轮(25)外啮合，行星轮(25)为公用齿轮，行星齿轮机构太阳轮(26)与转向离合器(5)的从动盘相连、行星齿轮机构行星轮(25)与后转向管柱（35）相连、行星齿轮机构齿圈(27)与转向伺服电机(3)相连，前、后轮的轮毂电机（9₁、9₂）分别安装于电动轮汽车前轮（36）、后轮（37）内，前齿条（7）通过前转向摇臂（10）与前轮（36）内的前轮轮毂电机（9₁）相连，后转向管柱（35）上的后转矩传感器（23）与万向节(24)相连，后齿条（22）通过后转向摇臂与后轮（37）内的后轮轮毂电机（9₂）相连，电子控制单元ECU（8）通过信号分别与主转矩传感器（2）、转向伺服电机（3）、转向离合器（5）、前、后轮的轮毂电机（9₁、9₂）、后转矩传感器(23)相连。

2.一种根据权利要求1所述适时4WD电动轮汽车自适应转向系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）车辆行驶中，电子控制单元ECU(8)根据路况信息以及车速传感器获得的车速信号(33)判断电动轮汽车进行两驱或四驱模式，电子控制单元ECU(8)通过控制前、后轮的轮毂电机（9₁、9₂）的电流信号(17)，实现电动轮汽车驱动模式的选择；

（2）当驾驶员转动转向盘(1)时，车速信号(33)、电动轮汽车驱动模式信号(32)、主转矩传感器(2)获得的主转矩信号(12)以及方向盘转角传感器获得的转向盘转角信号(11)、横摆角速度传感器获得的横摆角速度信号(18)和侧向角速度传感器获得的侧向角速度信号(19)，传递给电子控制单元ECU(8)，电子控制单元ECU(8)根据上述信号给转向离合器(5)发送一个转向离合器控制信号(13)，即通过控制转向离合器(5)的接合与断开实现适时4WD电动轮自适应转向模式的选择；

（3）当转向离合器(5)断开时，电子控制单元ECU(8)根据车速信号(33)、轮毂电机的电压信号(17)、电动轮汽车驱动模式信号(32)、主转矩传感器(2)获得的主转矩信号(12)以及方向盘转角传感器获得的转向盘转角信号(11)、横摆角速度传感器获得的横摆角速度信号(18)和侧向角速度传感器获得的侧向角速度信号(19)，通过预先制定的前轮轮毂电机电流图，确定电流控制策略，即通过电流信号(16)，控制电动轮汽车左右前轮（36）内的前轮轮毂电机（9₁）的转矩，左右前轮的轮毂电机（9₁）形成的转矩差与主转矩信号(12)经过前齿条(7)与前转向摇臂(10)而形成的齿条位移转矩(31)叠加，共同作用于前轮（36），从而实现电动轮汽车的前轮差动助力转向功能；

（4）当转向离合器(5)接合时，电子控制单元ECU（8）根据车速信号(33)、轮毂电机的电压信号(17)、电动轮汽车驱动模式信号(32)、主转矩传感器(2)获得的主转矩信号(12)以及方向盘转角传感器获得的转向盘转角信号(11)、后转矩传感器(23)获得的后转矩信号(21)以及后转角传感器获得的后转角信号(20)、横摆角速度传感器获得的横摆角速度信号(18)和侧向角速度传感器获得的侧向角速度信号(19)，一方面通过预先制定的理想传动比图，确定转向伺服电机控制信号(14),即通过行星齿轮机构齿圈(27)提供转向伺服电机转角转矩(29)，转向伺服电机转角转矩(29)与来自转向盘(1)经过后转向一级小齿轮(6)传递到行星齿轮机构行星轮(25)的主转矩，经过行星齿轮机构(4)的作用得到后轮转向的后转矩信号(21)，后转矩信号(21)通过行星齿轮机构太阳轮(26)传递到后齿条(22)上经过转向摇臂得到齿条位移转矩(31)，实现后轮转向的变传动比控制；另一方面电子控制单元ECU(8)再结合转向伺服电机(3)传递的传动比信号(15)，通过预先制定的四轮转向电流图，确定电流信号(16)，主转矩信号(12)经过行星齿轮机构(4)形成作用在后轮（37）上的齿条位移转矩(31)与后轮（37）内的后轮的轮毂电机（9₂）形成的转矩差共同决定后轮（37）的转向姿态，主转矩信号(12)形成的作用在前轮（36）的齿条位移转矩(31)与前轮（36）内的前轮轮毂电机（9₁）形成的转矩差共同决定前轮（36）的转向姿态，从而决定电动轮汽车4WD四轮转向姿态，实现电动轮汽车4WD变传动比的四轮差动助力转向功能。