一种电动汽车四轮线控独立转向架构制造技术

本实用新型专利技术公开了一种电动汽车四轮线控独立转向架构，包括依次连接的转向盘总成、ECU单元和转向执行总成三部分组成，以CAN总线协议实现整车网络通信，转向盘总成包括转向盘，转向盘的轮毂内设有花键，轮毂通过花键与转向轴一端相同规格的花键嵌入固定，转向盘转动同步带动转向轴转动相同角度，转向轴上固定有转向盘转角传感器，转向盘转角传感器通过转接件固定在转向轴上，转向轴底部还设置有路感电机，路感电机转动进而带动转向轴转动将路感力矩传递给转向盘，转向盘转角传感器和路感电机均与ECU单元连接，本实用新型专利技术解决了现有技术中存在的线控转向中车轮间转向执行机构机械耦合不具备独立转向功能、转向轮动态响应能力较差的问题。

A Four-Wheel Wire-Controlled Independent Steering Framework for Electric Vehicles

The utility model discloses a four-wheel wire-controlled independent steering structure for electric vehicles, which consists of steering wheel assembly, ECU unit and steering execution assembly connected in turn. The network communication of the whole vehicle is realized by CAN bus protocol. The steering wheel assembly includes steering wheel. The hub of the steering wheel is embedded and fixed with splines of the same specifications at one end of the steering shaft through splines. Steering wheel rotation synchronously drives the steering axle to rotate at the same angle. Steering wheel angle sensor is fixed on the steering axle through the adapter. The bottom of the steering axle is also equipped with a circuit induction motor. The circuit induction motor rotates and then drives the rotation of the steering axle to transfer the road induction torque to the steering wheel. Both the steering wheel angle sensor and the circuit induction motor are connected with the ECU unit. The utility model solves the problems existing in the prior art that the mechanical coupling of the steering actuator between wheels does not have independent steering function and the dynamic response ability of the steering wheel is poor.

【技术实现步骤摘要】
一种电动汽车四轮线控独立转向架构
本技术属于新能源电动汽车转向
，具体涉及一种电动汽车四轮线控独立转向架构。
技术介绍
电动汽车以电为动力能源，具有零排放、能量传递效率高等优点，其关键技术不断突破，正挑战着传统内燃机汽车的市场地位。分布式驱动及独立线控转向使得整车底盘空间利用效率和传动效率得到提高，为汽车的电动化、智能化、轻量化发展提供更广阔的空间。线控转向取消了传统转向系统复杂机械结构，各部分通过信号传输线连接，由转向盘总成、转向执行总成和中央控制器(ElectronicControlUnit，ECU)三个主要部分等组成。目前针对线控转向架构大都采用单台转向电机通过齿轮、齿条控制同轴相连车轮进行转向，此设计结构较简单且转向轮同步工作，但轮间依靠机械传动，执行速度较迟缓，无法实现大角度独立转向且不符合线控转向发展趋势。或直接将转向执行总成集成于各转向轮内，可实现独立转向，增强驾驶机动性，但大大增加了汽车簧下质量，动态响应能力变差，不利于车辆稳定性行驶。线控转向完全摆脱了传统转向系各种制约，可采用多种控制策略和优化算法，使转角输入指令更合理精确，提升电动汽车操控稳定性，优化驾驶员路感，使驾驶过程人性化、智能化。变角传动比控制是线控转向最大特点之一，可以提升低速转向机动性和中高速转向时的操纵稳定性，实现低速转向更轻便灵敏，高速转向更稳重安全，防止转向过度。分布式驱动电动汽车前轮转角采用变角传动比控制，其控制方法包括：①参数拟合法，对驶状态参数拟合，建立车辆状态信息与角传动比的非线性函数关系。②以车辆行驶状态参数为控制变量智能控制法，如模糊控制、神经网络控制等。相较于第一种方法，该类方法无需建立很精确的模型，鲁棒性和动态响应特性更好。但控制复杂。③基于转向增益不变确定角传动比，该方法减少了汽车非线性特性对驾驶员的影响，提高了汽车操纵性和舒适性，设计较为简单实用。常用方法有：基于横摆角速度增益不变、基于侧向加速度增益不变。定横摆角速度增益确定的角传动比在高速会存在下降趋势，不满足在高速时转向盘灵敏度应适当降低的设计要求。定侧向加速度增益确定的角传动比会随车速一直增加且趋势较快，不能达到稳定状态。基于转向增益不变确定变角传动比，是一种稳态控制策略。但车辆在实际的行驶过程中工况复杂，以及路况、车况影响，使得转向盘的转角和汽车行驶状态之间不能够同步。主动转向控制根据车辆实时状态，确保操纵稳定性，主动对转向盘转角输入信号增大或减小，进行动态校正，是提高“人—车—路”闭环系统主动安全性的重要手段。目前常用方法采用单一车辆状态参数进行反馈，对车辆行驶状态描述不足，且在主动转向控制器的设计方面，都避开传统PID控制，采用自适应PID控制、模糊PI控制、滑模控制等现代智能控制。控制器设计十分复杂，且不符合车辆行驶过程安全可靠设计标准。
技术实现思路
本技术的目的是提供一种电动汽车四轮线控独立转向架构，解决了现有技术中存在的线控转向中车轮间转向执行机构机械耦合不具备独立转向功能、转向轮动态响应能力较差的问题。本技术所采用的技术方案是，一种电动汽车四轮线控独立转向架构，包括依次连接的转向盘总成、ECU单元和转向执行总成三部分组成。本技术的特点还在于，转向盘总成具体结构为：包括转向盘，转向盘的轮毂内设有花键，轮毂通过花键与转向轴一端相同规格的花键嵌入固定，转向盘转动同步带动转向轴转动相同角度，转向轴上固定有转向盘转角传感器，转向盘转角传感器通过转接件固定在转向轴上，转向轴底部还设置有路感电机，路感电机转动进而带动转向轴转动将路感力矩传递给转向盘，转向盘转角传感器和路感电机均与ECU单元连接。转向执行总成包括四组结构相同的高性能伺服控制单元，每组高性能伺服控制单元的内部结构具体为：包括与ECU单元连接的伺服控制器，伺服控制器实时接受ECU单元发来的转角指令信号并控制对应的转向伺服电机进行转动，转向伺服电机和减速机一体相连，减速机与转向齿轮衔接固定，转向齿轮与齿条啮合，齿条嵌入两个滑块单元，滑块单元位于汽车底盘距车轮较近处设置的滑轨上，齿条经球头销A与横向拉杆相连，横向拉杆的另一端通过球头销B与固定在立柱转向节处的转向节臂连接，当转向伺服电机接受指令进行转动时带动齿条在滑轨上横向移动进而推动横向拉杆带动立柱发生角度变化，完成车轮转向。ECU单元为中央控制器主控芯片DSP-TMS320F28335。本技术的有益效果是，一种电动汽车四轮线控独立转向架构，具备独立大角度转向功能，可完成180°原地转向和平移运动等，转向轮动态响应能力得到提升。并可通过路感电机使驾驶员获取更清晰路感，增强驾驶舒适度。变角传动比控制基于理想二自由度车辆转向动力学模型，联合定横摆角速度增益和定侧向加速度增益，设计了不同车速区域内的最优权重系数，确定了全速范围转向系理想角传动比，实现了低速转向时机动性和高速转向时操纵稳定性。主动转向控制综合行驶过程车辆状态参数横摆角速度和质心侧偏角进行反馈，主动转向控制器根据车况主动对转向盘转角信号动态修正，实现驾驶过程人性化、智能化，进一步提升了车辆转向系统鲁棒性。附图说明图1是本技术一种电动汽车四轮线控独立转向架构的示意图。图中，1.转向盘，2.轮毂，3.转向轴，4.转接件，5.转向盘转角传感器，6.路感电机，7.ECU单元，8.伺服控制器，9.转向伺服电机，10.减速机，11.转向齿轮，12.滑轨，13.滑块单元，14.齿条，15.球头销A，16.横向拉杆，17.球头销B，18.转向节臂，19.立柱。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本技术进行详细说明。本技术一种电动汽车四轮线控独立转向架构，结构如图1所示，包括依次连接的转向盘总成、ECU单元和转向执行总成三部分组成，其中，转向盘总成具体结构为：包括转向盘1，转向盘1的轮毂2内设有花键，轮毂2通过花键与转向轴3一端相同规格的花键嵌入固定，转向盘1转动同步带动转向轴3转动相同角度，转向轴3上固定有转向盘转角传感器5，转向盘转角传感器5通过转接件4固定在转向轴3上，转向轴3底部还设置有路感电机6，路感电机6转动进而带动转向轴3转动将路感力矩传递给转向盘1，转向盘转角传感器5和路感电机6均与ECU单元7连接。转向执行总成包括四组结构相同的高性能伺服控制单元，每组高性能伺服控制单元的内部结构具体为：包括与所述ECU单元7连接的伺服控制器8，伺服控制器8实时接受ECU单元7发来的转角指令信号并控制对应的转向伺服电机9进行转动，转向伺服电机9和减速机10一体相连，减速机10与转向齿轮11衔接固定，转向齿轮11与齿条14啮合，齿条14嵌入两个滑块单元13，滑块单元13位于汽车底盘距车轮较近处设置的滑轨12上，齿条14经球头销A15与横向拉杆16相连，横向拉杆16的另一端通过球头销B17与固定在立柱19转向节处的转向节臂18连接，当转向伺服电机9接受指令进行转动时带动齿条14在滑轨12上横向移动进而推动横向拉杆16带动立柱19发生角度变化，完成车轮转向。ECU单元7负责接受并处理转向盘转角信号，并实时发送至各转向伺服控制器8，本技术要求控制器高性能、低功耗，且有强大的外部通信接口，所以选取中央控制器主控芯片为DSP-TMS320F本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电动汽车四轮线控独立转向架构，其特征在于，包括依次连接的转向盘总成、ECU单元和转向执行总成三部分组成；所述转向盘总成具体结构为：包括转向盘(1)，转向盘(1)的轮毂(2)内设有花键，轮毂(2)通过花键与转向轴(3)一端相同规格的花键嵌入固定，转向盘(1)转动同步带动转向轴(3)转动相同角度，转向轴(3)上固定有转向盘转角传感器(5)，转向盘转角传感器(5)通过转接件(4)固定在转向轴(3)上，转向轴(3)底部还设置有路感电机(6)，路感电机(6)转动进而带动转向轴(3)转动将路感力矩传递给转向盘(1)，转向盘转角传感器(5)和路感电机(6)均与所述ECU单元(7)连接；所述转向执行总成包括四组结构相同的高性能伺服控制单元，每组高性能伺服控制单元的内部结构具体为：包括与所述ECU单元(7)连接的伺服控制器(8)，伺服控制器(8)实时接受ECU单元(7)发来的转角指令信号并控制对应的转向伺服电机(9)进行转动，转向伺服电机(9)和减速机(10)一体相连，减速机(10)与转向齿轮(11)衔接固定，转向齿轮(11)与齿条(14)啮合，齿条(14)嵌入滑块单元(13)，滑块单元(13)位于汽车底盘距车轮较近处设置的滑轨(12)上，齿条(14)经球头销A(15)与横向拉杆(16)相连，横向拉杆(16)的另一端通过球头销B(17)与固定在立柱(19)转向节处的转向节臂(18)连接，当转向伺服电机(9)接受指令进行转动时带动齿条(14)在滑轨(12)上横向移动进而推动横向拉杆(16)带动立柱(19)发生角度变化，完成车轮转向。...

【技术特征摘要】
1.一种电动汽车四轮线控独立转向架构，其特征在于，包括依次连接的转向盘总成、ECU单元和转向执行总成三部分组成；所述转向盘总成具体结构为：包括转向盘(1)，转向盘(1)的轮毂(2)内设有花键，轮毂(2)通过花键与转向轴(3)一端相同规格的花键嵌入固定，转向盘(1)转动同步带动转向轴(3)转动相同角度，转向轴(3)上固定有转向盘转角传感器(5)，转向盘转角传感器(5)通过转接件(4)固定在转向轴(3)上，转向轴(3)底部还设置有路感电机(6)，路感电机(6)转动进而带动转向轴(3)转动将路感力矩传递给转向盘(1)，转向盘转角传感器(5)和路感电机(6)均与所述ECU单元(7)连接；所述转向执行总成包括四组结构相同的高性能伺服控制单元，每组高性能伺服控制单元的内部结构具体为：包括与所述ECU单元(7)连接的伺服控制器(8)，伺服控制...

【专利技术属性】
技术研发人员：张辉，孙鹏，张乔乔，
申请(专利权)人：西安理工大学，
类型：新型
国别省市：陕西,61