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CN108312891A - 一种装备磁悬浮车轮的智能汽车 - Google Patents

一种装备磁悬浮车轮的智能汽车 Download PDF

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CN108312891A
CN108312891A CN201810253453.3A CN201810253453A CN108312891A CN 108312891 A CN108312891 A CN 108312891A CN 201810253453 A CN201810253453 A CN 201810253453A CN 108312891 A CN108312891 A CN 108312891A
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李波
贝绍轶
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Jiangsu University of Technology
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Jiangsu University of Technology
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    • B60L13/00—Electric propulsion for monorail vehicles, suspension vehicles or rack railways; Magnetic suspension or levitation for vehicles
    • B60L13/04—Magnetic suspension or levitation for vehicles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60B—VEHICLE WHEELS; CASTORS; AXLES FOR WHEELS OR CASTORS; INCREASING WHEEL ADHESION
    • B60B19/00—Wheels not otherwise provided for or having characteristics specified in one of the subgroups of this group
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
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Abstract

本发明涉及一种磁悬浮汽车技术，具体为一种利用电力驱动进行行走的装备磁悬浮车轮的智能汽车，包括车体、雷达、磁悬浮车轮、激光测距仪和ECU控制单元，所述磁悬浮车轮安装在车体上，所述雷达设在车体上，所述激光测距仪安装在车体的前车窗位置；所述磁悬浮车轮包括固定体、转动体、轮胎和导向机构，所述固定体包括定子和悬浮定子，所述悬浮定子为N极，定子为轮毂电机，所述悬浮定子设在定子的两侧且与定子连接；所述转动体包括转子和悬浮转子，所述悬浮转子也为N极，所述转子为环形，所述悬浮转子位于转子两侧，所述悬浮转子位于悬浮定子两侧且保持间隙，所述定子位于转子内，所述轮胎位于转子外缘。

Description

一种装备磁悬浮车轮的智能汽车
技术领域
本发明涉及一种磁悬浮汽车技术，具体为一种装备磁悬浮车轮的智能汽车。
背景技术
伴随全球经济的发展，石油消耗量日益增加，石油作为不可再生资源，正变得日益紧缺。在城市中作为主要交通工具，例如公共交通车辆、出租车辆以及私家车辆等循环往复在城市中行驶，它不仅消耗了大量的石油能源，而且石油的大量使用，排放出大量有害气体，造成严重的环境污染，有害于人们的身体健康。如果不及时解决这些不良问题，则会给城市居民的工作、学习、生活带来无形的危害，有碍于城市物质文明的健康发展，因此电动汽车作为燃油汽车的替代运输工具越来越受到人们的重视。
但就现有的电动汽车而言，其驱动系统多套用燃油汽车的驱动系统，即动力源输出动力，动力依次经离合器、减速器、差速器，到达行走终端(即车轮)。此种驱动系统，对于目前蓄电池容量偏小的电动汽车来说，如此多环节的动力传递，降低了电动汽车电能向机械能的转换效率。
鉴于现有技术的上述缺陷，需要提供一种新型驱动方式的电动汽车。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种利用电力驱动进行行走的装备磁悬浮车轮的智能汽车。
发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种装备磁悬浮车轮的智能汽车，包括车体、雷达、磁悬浮车轮、激光测距仪和ECU控制单元，所述磁悬浮车轮安装在车体上，所述雷达设在车体上，所述激光测距仪安装在车体的前车窗位置；所述磁悬浮车轮包括固定体、转动体、轮胎和导向机构，所述固定体包括定子和悬浮定子，所述悬浮定子为N极，定子为轮毂电机，所述悬浮定子设在定子的两侧且与定子连接；所述转动体包括转子和悬浮转子，所述悬浮转子也为N极，所述转子为环形，所述悬浮转子位于转子两侧，所述悬浮转子位于悬浮定子两侧且保持间隙，所述定子位于转子内，所述轮胎位于转子外缘，所述导向机构包括导向杆、导向足、轮速传感器、紧固套筒和转轴，所述定子、悬浮定子和导向杆均穿过转轴，所述导向杆位于悬浮转子两侧，所述导向足和轮速传感器均设在导向杆上且均嵌入悬浮转子内，所述紧固套筒也设在轮轴上且与导向杆相抵，所述雷达、激光测距仪、轮速传感器和定子均与ECU控制单元电连接。
作为优选，所述轮胎包括外胎和充气内胎，所述充气内胎设在外胎内。
作为优选，所述ECU控制单元包括微处理器模块、存储器模块、输入/输出接口模块和模数转换器模块，所述存储器模块、输入/输出接口模块和模数转换器模块和微处理器模块电连接。
作为优选，所述悬浮定子和悬浮转子为永磁体。
作为优选，所述雷达包括车头雷达、车尾雷达和侧面雷达、所述车头雷达位于车体的头部，所述车位雷达位于车体的尾部，所述侧面雷达位于车体的两侧。
作为优选，所述转子与悬浮转子为一体成型结构。
作为优选，所述定子和悬浮定子为一体成型结构。
发明的有益效果是：本发明的装备磁悬浮车轮的智能汽车一方面可以实现磁悬浮行驶，另一方面可以实现稳定的行驶和转向，同时提高了避震的效果，通过雷达、激光测距仪和ECU控制单元的设计可以实现配备磁悬浮车轮的智能汽车的有效行驶和避障。
附图说明
图1为本发明的装备磁悬浮车轮的智能汽车的结构示意图。
图2为本发明的装备磁悬浮车轮的智能汽车的磁悬浮车轮的结构示意图。
图3为本发明的装备磁悬浮车轮的智能汽车的导向机构的结构示意图。
图4为本发明的装备磁悬浮车轮的智能汽车的转动体的结构示意图。
图5为本发明的装备磁悬浮车轮的智能汽车的转动体安装在导向机构的结构示意图。
图6为本发明的装备磁悬浮车轮的智能汽车在行驶时障碍物探测工作示意图。
附图说明：1、固定体，11、定子，12、悬浮定子，2、转动体，21、转子，22、悬浮转子，3、轮胎，4、导向机构，41、导向杆，42、导向足，43、轮速传感器，44、紧固套筒，45、转轴，5、车体，6、雷达，61、车头雷达，62、车尾雷达，63、侧面雷达，7、磁悬浮车轮，8、激光测距仪，9、ECU控制单元，91、微处理器模块，92、存储器模块，93、输入/输出接口模块，94、模数转换器模块。
具体实施方式
现在结合附图对发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明发明的基本结构，因此其仅显示与发明有关的构成。
一种装备磁悬浮车轮的智能汽车，包括车体5、雷达6、磁悬浮车轮7、激光测距仪8和ECU控制单元9，所述磁悬浮车轮7安装在车体5上，所述雷达6设在车体5上，所述激光测距仪8安装在车体的前车窗位置；所述磁悬浮车轮7包括固定体1、转动体2、轮胎3和导向机构4，所述固定体1包括定子11和悬浮定子12，所述悬浮定子12为N极，定子11为轮毂电机，所述悬浮定子12设在定子11的两侧且与定子11连接；所述转动体2包括转子21和悬浮转子22，所述悬浮转子22也为N极，所述转子21为环形，所述悬浮转子22位于转子21两侧，所述悬浮转子22位于悬浮定子12两侧且保持间隙，所述定子11位于转子21内，所述轮胎3位于转子21外缘，所述导向机构4包括导向杆41、导向足42、轮速传感器43、紧固套筒44和转轴45，所述定子11、悬浮定子12和导向杆41均穿过转轴45，所述导向杆41位于悬浮转子两侧，所述导向足42和轮速传感器43均设在导向杆41上且均嵌入悬浮转子22内，所述紧固套筒44也设在轮轴45上且与导向杆41相抵，所述雷达6、激光测距仪8、轮速传感器43和定子11均与ECU控制单元9电连接。
所述ECU控制单元9包括微处理器模块91、存储器模块92、输入/输出接口模块93和模数转换器模块94，所述存储器模块92、输入/输出接口模块93和模数转换器模块94和微处理器模块91电连接。
所述悬浮定子12和悬浮转子22为永磁体。
所述雷达6包括车头雷达61、车尾雷达62和侧面雷达63、所述车头雷达61位于车体5的头部，所述车位雷达62位于车体5的尾部，所述侧面雷达63位于车体5的两侧。
所述转子21与悬浮转子22为一体成型结构。
所述定子11和悬浮定子12为一体成型结构。
在具体实施时，所述悬浮转子22为磁性不变的永磁铁，其与悬浮定子12配合使用，它们在接触的位置磁铁磁性一致，利用同性排斥的作用力实现定子11和转子21的相互分离。
所述轮胎3为充气轮胎，包括外胎和充气内胎。
所述导向机构包括：导向杆41、导向足42、轮速传感器43、紧固套筒44和轮轴45。
所述轮速传感器43通过实时采集车轮转速，并将信号传给ECU控制单元，ECU分析计算车轮的实时滑移率，如果在匀速行驶时，滑移率高于正常值(0.2-0.3)，则胎压不足，ECU会发出报警提示某一个轮胎胎压不足。
导向杆41顶端固定轮速传感器43和导向足42，中心套在轮轴45上；紧固套筒44套在轮轴45上，是一种电磁制动套筒，内部通电流后，在磁场作用下会加紧导向杆41，导向杆41之间的距离变短，使导向足42压紧在悬浮转子22侧面，起到制动作用，同时在车轮转向时提供侧向力，使车轮转弯。这样车轮制动就是一种电磁制动方式，制动速度快、反应时间短，同时受到智能车ECU系统控制，具体如下：
①通过转向盘转角传感器及各车轮转速传感器识别驾驶员转弯方向(驾驶员意愿)→A；
②由横摆角速度传感器识别车辆绕重心的旋转角度，侧向加速度传感器识别车辆实际运动方向→B；
③若A>B，ECU判定为出现转向不足，则制动内侧磁悬浮后轮，使车辆进一步增大转向；
④若A<B，ECU判定为出现转向过度，则制动外侧磁悬浮前轮，防止出现甩尾并减弱过度转向趋势；
⑤若单独制动某个车轮不足以稳定车辆，ECU则进一步降低发动机转矩输出或制动其它磁悬浮车轮以达要求。
悬浮转子21和悬浮定子11之间的相互排斥力实现了车轮的悬浮效果，并具有非常好的减震能力；与此同时，为了适应不同路面工况，悬浮定子11内的电磁铁磁性强弱可以通过改变电流大小进行调节，适应不同路面以及防止汽车发生侧翻，电流来自智能车内部电池单元，具体调节方式如下：
1)当行驶在水平良好路面时悬浮转子21和悬浮定子11之间的斥力变小，降低电能损耗；
2)当行驶在越野路面时悬浮转子21和悬浮定子之11间的斥力变大，这样磁悬浮车轮减震效果变强；
3)当汽车在高速转弯时，外侧磁悬浮车轮内的悬浮转子21和悬浮定子11之间的斥力变大，这样外侧车轮轮心离地距离变高，起到防止汽车质心外移，从而起到防止侧翻的作用。
所述智能汽车障碍物探测系统与方法如下：当汽车通过车头雷达、高频摄像仪和激光测距仪识别前方障碍物，高频摄像仪还可以识别交通信号灯，侧面雷达感应汽车两个障碍物，车尾雷达感应后方障碍物。基于这些雷达、摄像仪和激光测距仪，智能汽车识别障碍物的方法如图所示：智能车通过雷达和激光测距仪识别汽车前后左右四个区域的障碍物，并定义第n个障碍物n时刻的位速坐标(Xnn,Ynn；vnn)，Xnn和Ynn分别是第n个障碍物n时刻的二维平面坐标，通过雷达和激光测距仪获得，vnn是第n个障碍物n时刻的速度，获得方式为：
vnn＝(ΔSn)/(Tnn+1-Tnn)，
其中，Snn为第n个障碍物n时刻距离原点(0,0)的距离，Tnn为第n个障碍物n时刻的时间值，(0,0)坐标为车身定位中心，也就是说汽车本身一直处于相对坐标的原点位置，相对速度为零，周围障碍物以车身定位中心(0,0)发生相对位移，并具有一定速度。如图所示有四个障碍物，它们在n时刻的位速坐标为(X1n,Y1n；v1n)、(X2n,Y2n；v2n)、(X3n,Y3n；v3n)、(X4n,Y4n；v4n)；
ΔTnn为第n个障碍物第n时刻到达原点(0,0)的时间，计算公式为
如果cosθ<0，则第n个障碍物不会达到原点(0,0)，Snn会越来越大；
如果cosθ>0，则求解ΔTnn，Snn会越来越小，第n个障碍物会不断接近原点(0,0)。
以上述依据发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改，本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (7)

1.一种装备磁悬浮车轮的智能汽车，其特征在于：包括车体(5)、雷达(6)、磁悬浮车轮(7)、激光测距仪(8)和ECU控制单元(9)，所述磁悬浮车轮(7)安装在车体(5)上，所述雷达(6)设在车体(5)上，所述激光测距仪(8)安装在车体的前车窗位置；所述磁悬浮车轮(7)包括固定体(1)、转动体(2)、轮胎(3)和导向机构(4)，所述固定体(1)包括定子(11)和悬浮定子(12)，所述悬浮定子(12)为N极，定子(11)为轮毂电机，所述悬浮定子(12)设在定子(11)的两侧且与定子(11)连接；所述转动体(2)包括转子(21)和悬浮转子(22)，所述悬浮转子(22)也为N极，所述转子(21)为环形，所述悬浮转子(22)位于转子(21)两侧，所述悬浮转子(22)位于悬浮定子(12)两侧且保持间隙，所述定子(11)位于转子(21)内，所述轮胎(3)位于转子(21)外缘，所述导向机构(4)包括导向杆(41)、导向足(42)、轮速传感器(43)、紧固套筒(44)和转轴(45)，所述定子(11)、悬浮定子(12)和导向杆(41)均穿过转轴(45)，所述导向杆(41)位于悬浮转子两侧，所述导向足(42)和轮速传感器(43)均设在导向杆(41)上且均嵌入悬浮转子(22)内，所述紧固套筒(44)也设在轮轴(45)上且与导向杆(41)相抵，所述雷达(6)、激光测距仪(8)、轮速传感器(43)和定子(11)均与ECU控制单元(9)电连接。
2.根据权利要求1所述的装备磁悬浮车轮的智能汽车，其特征在于：所述轮胎(3)包括外胎和充气内胎，所述充气内胎设在外胎内。
3.根据权利要求1所述的装备磁悬浮车轮的智能汽车，其特征在于：所述ECU控制单元(9)包括微处理器模块(91)、存储器模块(92)、输入/输出接口模块(93)和模数转换器模块(94)，所述存储器模块(92)、输入/输出接口模块(93)和模数转换器模块(94)和微处理器模块(91)电连接。
4.根据权利要求1所述的装备磁悬浮车轮的智能汽车，其特征在于：所述悬浮定子(12)和悬浮转子(22)为永磁体。
5.根据权利要求1所述的装备磁悬浮车轮的智能汽车，其特征在于：所述雷达(6)包括车头雷达(61)、车尾雷达(62)和侧面雷达(63)、所述车头雷达(61)位于车体(5)的头部，所述车位雷达(62)位于车体(5)的尾部，所述侧面雷达(63)位于车体(5)的两侧。
6.根据权利要求1所述的装备磁悬浮车轮的智能汽车，其特征在于：所述转子(21)与悬浮转子(22)为一体成型结构。
7.根据权利要求1所述的装备磁悬浮车轮的智能汽车，其特征在于：所述定子(11)和悬浮定子(12)为一体成型结构。
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