專利名稱：一種可以縱橫行駛的轉向裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種可以縱橫行駛的轉向裝置，屬于機電一體化技術領域。
背景技術：
轉向系統(tǒng)是用來改變或保持汽車行駛或倒退方向的裝置，它可以按照駕駛員的意愿控制汽車的行駛方向。傳統(tǒng)的電控轉向助力系統(tǒng)由機械轉向機構、扭矩傳感器、電磁離合器、減速機構、電動機等組成，利用電動機作為助力源，根據(jù)車速和轉向參數(shù)等因素，由電子控制單元完成助力控制，實現(xiàn)車的轉向。當前多數(shù)汽車轉向系統(tǒng)轉向輪的最大轉角在40度左右，而很多時候需要汽車轉向角度變大，甚至能實現(xiàn)汽車位置的平移，而現(xiàn)有汽車的轉向系統(tǒng)無法達到要求。汽車如果實現(xiàn)位置平移的話，需要較大的轉向空間以及良好的駕駛技術。所以，現(xiàn)有汽車轉向系統(tǒng)不利于汽車的準確快速定位，不方便駕駛員操作。目前用于電動車上的電源主要是蓄電池，其次是燃料電池，所以多數(shù)使用直流無刷電動機。由于其轉子慣性大，頻繁起停不便，價格貴，限制了其發(fā)展。隨著生產技術的不斷發(fā)展，直流拖動的薄弱環(huán)節(jié)逐步顯示出來。
發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于解決上述問題，提供一種新型的且車輪的最大轉角能隨車速改變，在低速時電動車能實現(xiàn)垂直轉向和橫向行駛的轉向系統(tǒng)。本發(fā)明的主要技術方案如下:
一種可以縱橫行駛的轉向裝置，包括無線電力傳輸系統(tǒng)發(fā)射端、車輪無線電力傳輸系統(tǒng)的接收端、驅動電機變頻器、驅動電機、球形車輪、轉向盤、扭矩傳感器、ECU、車速傳感器、轉向電動機、轉向減速器、橫向行駛開關、轉向軸、潤輪、轉向系統(tǒng)無線電力傳輸系統(tǒng)接收端、轉向電機變頻器、蝸桿、轉向軸與底盤上支撐架相連的滾動軸承、底盤上的支撐架、定位螺母、轉向軸與支撐軸相連的滾動軸承、支撐軸、輪輞、輪胎、輪輻，其特征在于:車輛采用球形車輪，在球形車輪的內部，驅動電機、驅動電機變頻器和車輪無線電力傳輸系統(tǒng)的接收端同位于車輪水平軸線上，其中驅動電機為異步電動機，驅動電機的外轉子與輪輻連接在一起，輪輻的另一端與球形車輪的輪輞相連，這樣驅動電機外轉子轉動就能帶動車輪向前滾動；每個球形車輪的外部與支撐軸剛性連接，支撐軸位于球形車輪的水平軸線上，轉向軸通過滾動軸承與支撐軸相連，轉向軸與支撐軸相連的滾動軸承在支撐軸上靠近車輪的一側利用軸肩進行軸向定位，在支撐軸上遠離車輪的一側通過定位螺母進行定位，其中定位螺母與支撐軸相連；轉向軸的上端通過鍵與渦輪相連，渦輪與轉向減速器輸出端的蝸桿相嚙合，在轉向軸的中間部位，轉向軸通過滾動軸承與底盤上的支撐架相連；電動車的動力傳輸方式為無線電力傳輸方式，無線電力傳輸系統(tǒng)發(fā)射端安裝在底盤上，車輪無線電力傳輸系統(tǒng)的接收端、驅動電機和驅動電機變頻器安裝在每個車輪內部的水平軸線方向，為每個球形車輪的驅動電機提供電能，使電動車行進。
本發(fā)明比較現(xiàn)有技術的優(yōu)點:
1、車輛的最大轉角可以根據(jù)車速來進行選擇，既保證了電動車在高速時的平穩(wěn)轉向，又可以實現(xiàn)電動車在低速時橫向行駛，在有限的時間、空間內準確定位。2、車輪單獨驅動，在同樣功率需求的情況下，可以將單個電動機功率分配給多個電動機，降低了對電氣和機械傳動零部件的要求，便于設計與生產。3、四個車輪單獨驅動，省略了傳統(tǒng)的傳動系統(tǒng)，提高了機械傳遞效率，增大了車內空間。4、采用無線電力傳輸方式進行動力傳輸，電動車電路變得簡潔，省略了布置電線的麻煩。
圖1為本發(fā)明所述動力傳輸路線說明圖。圖2為本發(fā)明所述轉向系統(tǒng)說明圖。圖3為本發(fā)明所述球形車輪結構說明圖。
具體實施例方式動力傳輸路線說明圖(圖1)
1、無線電力傳輸系統(tǒng)發(fā)射端；2、車輪無線電力傳輸系統(tǒng)的接收端；3、驅動電機變頻器；4、驅動電機；5、球形車輪；
轉向系統(tǒng)說明圖(圖2)
6、轉向盤；7、扭矩傳感器；8、E⑶；9、車速傳感器；10、轉向電動機；11、轉向減速器；12、轉向軸；13、轉向系統(tǒng)無線電力傳輸系統(tǒng)接收端；14、轉向電機變頻器；15、橫向行駛開關;
球形車輪結構說明圖(圖3)
16、轉向軸與底盤上支撐架相連的滾動軸承；17、底盤上的支撐架；18、定位螺母；19、轉向軸與支撐軸相連的滾動軸承；20、支撐軸；21、輪輞；22、輪胎；23、輪輻；24、渦輪；25、蝸桿。下面結合實施例附圖對本發(fā)明做進一步說明。如圖1、2、3所示本發(fā)明所述一種可以縱橫行駛的轉向裝置包括:無線電力傳輸系統(tǒng)發(fā)射端1、車輪無線電力傳輸系統(tǒng)的接收端2、驅動電機變頻器3、驅動電機4、球形車輪5、轉向盤6、扭矩傳感器7、E⑶8、車速傳感器9、轉向電動機10、轉向減速器11、轉向軸12、轉向系統(tǒng)無線電力傳輸系統(tǒng)接收端13、轉向電機變頻器14、橫向行駛開關15、轉向軸與底盤上支撐架相連的滾動軸承16、底盤上的支撐架17、定位螺母18、轉向軸與支撐軸相連的滾動軸承19、支撐軸20、輪輞21、輪胎22、輪輻23、渦輪24、蝸桿25。系統(tǒng)的具體工作過程如下:位于底盤上的無線電力傳輸系統(tǒng)發(fā)射端I把電信號轉變成電磁波信號，調制放大后，以一定的振幅和頻率發(fā)射出去，經(jīng)離子層反射后，由車輪無線電力傳輸系統(tǒng)的接收端2接收，車輪無線電力傳輸系統(tǒng)的接收端2利用電磁轉換裝置將接收到的電磁波轉化為交流電信號，交流電再經(jīng)過驅動電機變頻器3的變頻調速之后，給驅動電機4提供電流，驅動電機4的外轉子通過輪輻23帶動球形車輪輪輞21 —起旋轉，使球形車輪5轉動，帶動電動車行進。通過對驅動電機變頻器3的調節(jié)，還能實現(xiàn)對車速的控制。同時，轉向電動機10處的轉向系統(tǒng)無線電力傳輸系統(tǒng)接收端13接收無線電力傳輸系統(tǒng)發(fā)射端I發(fā)出的信號，經(jīng)過轉向電機變頻器14的變頻調速后，能在電動車轉向時為轉向電動機10提供電能。轉向電動機IO、轉向減速器11、轉向軸12共有四組，分別與四個球形車輪5相連。電動車轉向時，轉動轉向盤6，扭矩傳感器7將轉向盤6的旋轉方向和轉向盤轉角大小的信號傳遞給ECU8，ECU8根據(jù)扭矩傳感器7發(fā)送的信號，控制每個球形車輪5處的轉向電動機10的正反轉和電機轉角的大小，其中通過控制轉向電動機10的正反轉可以控制球形車輪5的左右轉向，通過控制轉向電動機10的電機轉角大小可以控制球形車輪5轉角的大??；但是球形車輪5的最大轉角受到車速的影響，有高速和低速兩個模式；車速信號由車速傳感器9傳遞給ECU8，若車速大于臨界車速U，則被認為高速行駛，ECU8在高速模式下工作，此時無論是否按下橫向行駛開關15，橫向行駛開關15都不會發(fā)揮作用，電動車轉向時，ECU8只控制電動車兩個前輪處的轉向電動機10轉動，兩個后輪處的轉向電動機10不轉動，并且兩前輪處的轉向電動機 10的最大轉角為α 1，對應的車輪最大轉角為40度；如果電動車在車速低于臨界車速u轉向時，即在低速模式下，如果不按下橫向行駛開關15，電動車的轉向方式與在高速模式下的轉向方式一致，即ECU8仍然只控制電動車的兩個前輪處的轉向電動機10轉動，并且轉向電動機10的最大轉角為α 1，對應的車輪最大轉角為40度，如果需要電動車橫向行駛的時候，按下橫向行駛開關15, ECU8控制電動車的四個球形車輪5處的轉向電動機10轉動，并且當轉向盤6轉角最大時，ECU8控制每個球形車輪5處的轉向電動機10的最大轉角為α 2，對應的球形車輪5最大轉角為90度，實現(xiàn)電動車的垂直轉向和橫向行駛。在ECU8的控制信號下，轉向電動機10做出相應的電機轉角，轉向電動機10輸出的扭矩經(jīng)過轉向減速器11的減速增扭，由轉向減速器輸出端的蝸桿15傳遞給與其相嚙合的渦輪24，渦輪24通過鍵與轉向軸12相連，渦輪24帶動轉向軸12旋轉相應的轉角，由于轉向軸12的下端通過轉向軸與支撐軸相連的滾動軸承19連接在支撐軸20上，則支撐軸20也旋轉相應的轉角，并且支撐軸20與球形車輪5為剛性連接，支撐軸20帶著球形車輪5旋轉，完成轉向。本發(fā)明主要是提供一種可以縱橫行駛的轉向裝置，方便快速準確的定位，在不背離本發(fā)明本質的情況下，可將電動車動力傳輸系統(tǒng)、轉向系統(tǒng)的結構、球形車輪的結構布置做相應改動，但這些相應的改動都應屬于本發(fā)明所屬的權利要求保護范圍之內。
權利要求
1.一種可以縱橫行駛的轉向裝置，包括無線電力傳輸系統(tǒng)發(fā)射端、車輪無線電力傳輸系統(tǒng)的接收端、驅動電機變頻器、驅動電機、球形車輪、轉向盤、扭矩傳感器、ECU、車速傳感器、轉向電動機、轉向減速器、橫向行駛開關、轉向軸、潤輪、轉向系統(tǒng)無線電力傳輸系統(tǒng)接收端、轉向電機變頻器、蝸桿、轉向軸與底盤上支撐架相連的滾動軸承、底盤上的支撐架、定位螺母、轉向軸與支撐軸相連的滾動軸承、支撐軸、輪輞、輪胎、輪輻，其特征在于:車輛采用球形車輪，在球形車輪的內部，驅動電機、驅動電機變頻器和車輪無線電力傳輸系統(tǒng)的接收端同位于車輪水平軸線上，其中驅動電機為異步電動機，驅動電機的外轉子與輪輻連接在一起，輪福的另一端與球形車輪的輪輞相連，這樣驅動電機外轉子轉動就能帶動車輪向前滾動；每個球形車輪的外部與支撐軸剛性連接，支撐軸位于球形車輪的水平軸線上，轉向軸通過滾動軸承與支撐軸相連，轉向軸與支撐軸相連的滾動軸承在支撐軸上靠近車輪的一側利用軸肩進行軸向定位，在支撐軸上遠離車輪的一側通過定位螺母進行定位，其中定位螺母與支撐軸相連；轉向軸的上端通過鍵與渦輪相連，渦輪與轉向減速器輸出端的蝸桿相嚙合，在轉向軸的中間部位，轉向軸通過滾動軸承與底盤上的支撐架相連；電動車的動力傳輸方式為無線電力傳輸方式，無線電力傳輸系統(tǒng)發(fā)射端安裝在底盤上，車輪無線電力傳輸系統(tǒng)的接收端、驅動電機和驅動電機變頻器安裝在每個車輪內部的水平軸線方向，為每個球形車輪的驅動電機提供電能，使電動車行進。
2.如權利要求1所述的一種可以縱橫行駛的轉向裝置，其特征在于:電動車的四個車輪均采用球形車輪，單獨驅動。
3.根據(jù)權利要求1和2所述的轉向裝置，其中驅動電機為異步電動機。
4.一種電動車，其特征在于采用了權利要求1-3之一所述的轉向裝置。
5.一種利用如權利要求1所述的轉向裝置進行轉向的方法: 轉向電動機、轉向減速器 、轉向軸共有四組，分別與四個球形車輪相連；電動車轉向時，轉動轉向盤，扭矩傳感器將轉向盤的旋轉方向和轉向盤轉角大小的信號傳遞給ECU，ECU根據(jù)扭矩傳感器發(fā)送的信號，控制每個球形車輪處的轉向電動機的正反轉和電機轉角的大小，其中通過控制轉向電動機的正反轉可以控制球形車輪的左右轉向，通過控制轉向電動機的電機轉角大小可以控制球形車輪轉角的大??；但是球形車輪的最大轉角受到車速的影響，有高速和低速兩個模式；車速信號由車速傳感器傳遞給ECU，若車速大于臨界車速U，則被認為高速行駛，ECU在高速模式下工作，此時無論是否按下橫向行駛開關，橫向行駛開關都不會發(fā)揮作用，電動車轉向時，ECU只控制電動車兩個前輪處的轉向電動機轉動，兩個后輪處的轉向電動機不轉動，并且兩前輪處的轉向電動機的最大轉角為α I，對應的車輪最大轉角為40度；如果電動車在車速低于臨界車速u轉向時，即在低速模式下，如果不按下橫向行駛開關，電動車的轉向方式與在高速模式下的轉向方式一致，即ECU仍然只控制電動車的兩個前輪處的轉向電動機轉動，并且轉向電動機的最大轉角為α I,對應的車輪最大轉角為40度，如果需要電動車橫向行駛的時候，按下橫向行駛開關，ECU控制電動車的四個球形車輪處的轉向電動機轉動，并且當轉向盤轉角最大時，ECU控制每個球形車輪處的轉向電動機的最大轉角為α 2，對應的球形車輪最大轉角為90度,實現(xiàn)電動車的垂直轉向和橫向行駛；在ECU的控制信號下，轉向電動機做出相應的電機轉角，轉向電動機輸出的扭矩經(jīng)過轉向減速器的減速增扭，由轉向減速器輸出端的蝸桿傳遞給與其相嚙合的渦輪，渦輪通過鍵與轉向軸相連，渦輪帶動轉向軸旋轉相應的轉角，由于轉向軸的下端通過轉向軸與支撐軸相連的滾動軸承連接在支撐軸上，則支撐軸也旋轉相應的轉角，并且支撐軸與球形車輪為剛性連接，支撐軸帶著球形車輪旋轉，完 成轉向。
全文摘要
一種可以縱橫行駛的轉向裝置，屬于機電一體化技術領域。包括無線電力傳輸系統(tǒng)、驅動電機、轉向電動機、轉向減速器、ECU、橫向行駛開關、球形車輪等。無線電力傳輸系統(tǒng)為驅動電機和轉向電動機提供電能，轉向時，扭矩傳感器、車速傳感器傳信號給ECU，ECU控制轉向電動機旋轉，輸出的扭矩經(jīng)過轉向減速器、轉向軸和支撐軸最終帶動球形車輪轉動。ECU根據(jù)車速信號判斷行駛模式，在高速模式下只有兩前輪轉向并且車輪最大轉角為40度，在低速模式下不按橫向行駛開關時與高速模式的轉向方式一致，若按下橫向行駛開關、轉向盤轉角最大時，四輪同時轉向并能達到90度最大轉角，實現(xiàn)橫向行駛。
文檔編號B62D3/02GK103213615SQ20131008712
公開日2013年7月24日 申請日期2013年3月19日 優(yōu)先權日2013年3月19日
發(fā)明者張為春, 秦娟 申請人:山東理工大學