[发明专利]汽车球形轮胎的电驱动控制系统

权利要求书

1.一种汽车球形轮胎的电驱动控制系统，用于通过多点速度合成的方式实现球形轮胎速度控制和转向控制，其特征在于包括：安装在汽车上的左上球形轮胎、左下球形轮胎、右上球形轮胎和右下球形轮胎，以及布置在每个球形轮胎的外表面的接触式电驱动装置，其中接触式电驱动装置的驱动点的数量至少为3个以使得球形轮胎的速度和转向可控，该接触式电驱动装置包括：与轮胎外表面直接接触的四个驱动盘、分别用于驱动四个驱动盘的四个驱动电机、与轮胎外表面直接接触的电液压制动盘、用于控制制动盘的电液压制动机构和计算及控制系统；四个驱动盘与轮胎外表面的接触点为球形轮胎内接正方体上表面顶点；驱动盘的盘面平行于汽车所处地面，使得驱动盘并不直接作用于轮胎与地面相接触的圆周；

其中，在汽车进行转弯操作时，计算及控制系统通过驱动电机控制使得前后球形轮胎的速度大小相同，而且左上驱动盘和右下驱动盘关于车头行进方向对称，左下驱动盘和右上驱动盘关于车头行进方向对称，使得前后轮的行驶轨迹重叠；

而且其中，在汽车方向盘指示左转时计算及控制系统根据内轮转角、外轮转角Ψ₄、前后轮轴距L、左右轮间距W，按下述公式计算得到左上球形轮胎的转弯半径R₁：

按下述公式计算右上球形轮胎的转弯半径R₄：

利用下述轮胎转速与转弯半径的比例关系公式，计算右上球形轮胎的对应速度：

在驾驶员驱动转弯的情况下两对前后轮转向角相反，在驾驶员驱动变道的情况下令前后轮转向相同，并且根据下述公式分别计算轮胎转速在X、Y轴上的分量，其中p取1、2、3、4，表示的是相应的轮胎号；

根据分解后的速度分量计算各驱动盘的旋转方向和线速度：

根据下述公式计算驱动盘的实际转速：

其中的p、q取1、2、3、4，表示的是轮胎及驱动盘的编号；

根据下述公式基于驱动盘的大小换算得到驱动电机的转速给定值，其中的r为驱动盘的半径，换算得到的转速给定n_pq：

。

2.根据权利要求1所述的汽车球形轮胎的电驱动控制系统，其特征在于，计算及控制系统通过驱动电机控制左上驱动盘、左下驱动盘逆时针旋转，同时控制右上驱动盘、右下驱动盘顺时针旋转来使得相应球形轮胎向前滚动。

3.根据权利要求1或2所述的汽车球形轮胎的电驱动控制系统，其特征在于，计算及控制系统通过驱动电机控制左上驱动盘、左下驱动盘顺时针旋转，同时控制右上驱动盘、右下驱动盘时逆针旋转来使得相应球形轮胎向后滚动。

4.根据权利要求1或2所述的汽车球形轮胎的电驱动控制系统，其特征在于，计算及控制系统通过驱动电机控制使得球形轮胎中的左上驱动盘、右上驱动盘逆时针旋转，同时控制左下驱动盘、右下驱动盘顺时针旋转，从而使得球形轮胎向右滚动。

5.根据权利要求1或2所述的汽车球形轮胎的电驱动控制系统，其特征在于，计算及控制系统通过驱动电机控制使得球形轮胎中的左上驱动盘、右上驱动盘顺时针旋转，同时控制左下驱动盘、右下驱动盘逆时针旋转，从而使得球形轮胎向左滚动。

6.根据权利要求1或2所述的汽车球形轮胎的电驱动控制系统，其特征在于，计算及控制系统通过下述方式执行计算和控制：

对于左上球形轮胎，根据左上球形轮胎的转速V₁以及左上球形轮胎的转向角度，计算各控制电机的转速，其中以向左转向为正；首先将合成速度分解为相互垂直的两个分量：

表示左上球形轮胎在前进方向上的速度，表示左上球形轮胎在与前进方向垂直的侧向上的速度；

根据速度分量分别计算四台驱动盘的线速度：

其中 、 、、 分别表示左上球形轮胎的左上驱动电机、左下驱动电机、右上驱动电机、右下驱动电机驱动的驱动盘在前进方向上的线速度，、、、分别表示左上球形轮胎的左上驱动电机、左下驱动电机、右上驱动电机、右下驱动电机驱动的驱动盘在与前进方向垂直的侧向上的线速度；

针对左下球形轮胎、右上球形轮胎、右下球形轮胎，以与左上球形轮胎相同的方式执行计算控制。