專利名稱：無(wú)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)汽車的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
汽車是由傳動(dòng)系、行駛系、轉(zhuǎn)向系和制動(dòng)系四大基本系統(tǒng)組成的，汽車傳動(dòng)系的基本作 用是將發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)出的動(dòng)力傳給驅(qū)動(dòng)車輪。
由于汽車的類型不同，發(fā)動(dòng)機(jī)的安裝位置不同，都會(huì)使傳動(dòng)系的布置型式不同，傳動(dòng)系一 般由離合器、變速器、萬(wàn)向傳動(dòng)裝置、主減速器、差速器和半軸等組成。 圖1是傳統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)縱向安裝在汽車前部，后橋驅(qū)動(dòng)的4X2汽車布置示意圖。發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)出的 動(dòng)力經(jīng)離合器、變速器、萬(wàn)向傳動(dòng)裝置傳到驅(qū)動(dòng)橋。在驅(qū)動(dòng)橋處，動(dòng)力經(jīng)過主減速器、差速 器和半軸傳給驅(qū)動(dòng)車輪。汽車發(fā)動(dòng)機(jī)所發(fā)出的動(dòng)力靠傳動(dòng)系傳遞到驅(qū)動(dòng)車輪。傳動(dòng)系具有減 速、變速、倒車、中斷動(dòng)力、輪間差速和軸間差速等功能，與發(fā)動(dòng)機(jī)配合工作。這是傳統(tǒng)汽 車機(jī)械驅(qū)動(dòng)的過程。
背景技術(shù)：
現(xiàn)在所有的汽車(包括電動(dòng)汽車)都有上述復(fù)雜的機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)，發(fā)動(dòng)機(jī)通過機(jī)械傳動(dòng)驅(qū) 使汽車行駛，機(jī)械傳動(dòng)是必不可少的汽車構(gòu)造。我們發(fā)明的無(wú)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)汽車就是將傳統(tǒng)汽車 的發(fā)動(dòng)機(jī)變換為汽車直流發(fā)電機(jī)，電流經(jīng)過逆變器變?yōu)榉讲}沖，最后到達(dá)直接安裝在汽車 車輪上的步進(jìn)電機(jī),使步進(jìn)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，完成汽車的行駛。

發(fā)明內(nèi)容
我們發(fā)明的無(wú)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)汽車組成的各部分示意圖如圖2所示
如圖3所示步進(jìn)電機(jī)的定子位于制動(dòng)鼓的內(nèi)側(cè)，轉(zhuǎn)子在定子的內(nèi)側(cè)與制動(dòng)鼓連為一體， 這樣制動(dòng)鼓，定子，轉(zhuǎn)子都處于同一平面內(nèi)，不會(huì)因車輪轉(zhuǎn)動(dòng)而偏離。為了使電機(jī)具有良好 的散熱性能，可以將電機(jī)的定子和車輪的輪穀設(shè)計(jì)成風(fēng)扇的形式。
無(wú)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)汽車的驅(qū)動(dòng)能量傳遞由圖2可知發(fā)動(dòng)機(jī)(三角旋轉(zhuǎn)式發(fā)動(dòng)機(jī))所發(fā)電能經(jīng)過 逆變器變成脈沖電波，步進(jìn)電機(jī)控制器將脈沖電波變?yōu)槭蛊囆旭偟牟竭M(jìn)電機(jī)所需要的各種 頻率的脈沖，再由導(dǎo)線將脈沖電波傳遞至車輪中的步進(jìn)電機(jī)，使車輪轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)汽車行駛。
步進(jìn)電機(jī)將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)化成角位移或線位移，并且可用作電磁制動(dòng)輪，電磁差分器，或 角位移發(fā)生器。步進(jìn)電機(jī)最大特點(diǎn)是，它可接受數(shù)字控制信號(hào)(電脈沖信號(hào))并轉(zhuǎn)化成與之 相對(duì)應(yīng)的角位移或直線位移，因而本身就是一個(gè)完成數(shù)字模擬轉(zhuǎn)化的執(zhí)行元件。而且它能進(jìn) 行開環(huán)位置控制，輸入一個(gè)脈沖信號(hào)就得到一個(gè)規(guī)定的位置增量。
四相步進(jìn)電機(jī)接線原理圖如圖4所示
四相步進(jìn)電機(jī)，采用單極性直流電源供電。只要對(duì)步進(jìn)電機(jī)的各相繞組按合適的時(shí)序通電，
3就能使步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)轉(zhuǎn)動(dòng)。
當(dāng)汽車向前行駛時(shí)開始時(shí)，開關(guān)SB接通電源，SA、 SC、 SD斷開，B相磁極和轉(zhuǎn)子O、 3號(hào)齒對(duì)齊，同時(shí)，轉(zhuǎn)子的l、 4號(hào)齒就和C、 D相繞組磁極產(chǎn)生錯(cuò)齒，2、 5號(hào)齒就和D、 A 相繞組磁極產(chǎn)生錯(cuò)齒；當(dāng)開關(guān)SC接通電源，SB、 SA、 SD斷開時(shí)，由于C相繞組的磁力線 和l、 4號(hào)齒之間磁力線的作用，使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，1、 4號(hào)齒和C相繞組的磁極對(duì)齊。而0、 3號(hào) 齒和A、 B相繞組產(chǎn)生錯(cuò)齒，2、 5號(hào)齒就和A、 D相繞組磁極產(chǎn)生錯(cuò)齒。依次類推，A、 B、 C、 D四相繞組輪流供電，則轉(zhuǎn)子會(huì)沿著A、 B、 C、 D方向轉(zhuǎn)動(dòng)。
同理，當(dāng)汽車后退行駛時(shí)，按照汽車前進(jìn)時(shí)相反順序接通各開關(guān)。
當(dāng)汽車在不越野的情況下，只需后輪驅(qū)動(dòng)即只要紅色的導(dǎo)線將脈沖電波送至后輪的步進(jìn)電 機(jī)；在越野情況下，需要四輪驅(qū)動(dòng)，就要紅色和藍(lán)色導(dǎo)線同時(shí)傳遞脈沖電波至各輪的步進(jìn)電 機(jī)。
如果使用發(fā)動(dòng)機(jī)(三角旋轉(zhuǎn)式發(fā)動(dòng)機(jī))發(fā)電，由于電流越大則使汽車行駛的力矩越大，為 了實(shí)現(xiàn)無(wú)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)汽車的常規(guī)駕駛操作，為控制發(fā)電機(jī)所發(fā)出的電流大小，就要控制發(fā)動(dòng)機(jī) (三角旋轉(zhuǎn)式發(fā)動(dòng)機(jī))的旋轉(zhuǎn)速度，所以我們暫時(shí)使用傳統(tǒng)汽車的油門來(lái)控制發(fā)動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn) 速度，來(lái)控制步進(jìn)電機(jī)所需要的脈沖電流的大小。
無(wú)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)汽車車輪的轉(zhuǎn)速取決于步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速取決于脈沖頻率、轉(zhuǎn) 子齒數(shù)和拍數(shù)。其角速度與脈沖頻率成正比，而且在時(shí)間上與脈沖同步。因而在轉(zhuǎn)子齒數(shù)和 運(yùn)行拍數(shù)一定的情況下，只要控制脈沖頻率即可獲得所需速度。
由于步進(jìn)電機(jī)是借助它的同步轉(zhuǎn)矩而啟動(dòng)的，為了不發(fā)生失步，啟動(dòng)頻率是不高的。特別 是隨著功率的增加，轉(zhuǎn)子直徑增大，慣量增大，啟動(dòng)頻率和最高運(yùn)行頻率可能相差I(lǐng)O倍之多。 為了充分發(fā)揮電機(jī)的快速性能，通常使汽車在低于啟動(dòng)頻率下啟動(dòng)，然后逐步增加脈沖頻率 直到所希望的速度，所選擇的變化速率要保證電機(jī)不發(fā)生失步，并盡量縮短啟動(dòng)加速時(shí)間。 為了保證電機(jī)的定位精度，在停止以前必須使電機(jī)從最高速度逐步減小脈沖率降到能夠停止 的速度(等于或稍大于啟動(dòng)速度)。因此，無(wú)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)汽車拖動(dòng)負(fù)載高速移動(dòng)一定距離并需要 精確定位時(shí)， 一般來(lái)說都應(yīng)包括"啟動(dòng)一加速一高速運(yùn)行(勻速) 一減速一停止"五個(gè)階段， 速度特性通常為梯形，如果移動(dòng)的距離很短則為三角形速度特性，如圖5所示。
由以上速度特性可以看出無(wú)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)汽車和傳統(tǒng)汽車行駛的速度特性并無(wú)二至。
無(wú)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的駕駛操作與傳統(tǒng)汽車的駕駛操作方式兼容。 PC機(jī)在適當(dāng)?shù)臅r(shí)刻通過對(duì)硬件控制電路上的8253計(jì)數(shù)器0賦初值，設(shè)置好加減速過程的頻 率變化(即速度、加速度變化)，以防止失步。硬件控制電路板上的8253產(chǎn)生脈沖方波作為 中斷信號(hào)源，啟動(dòng)細(xì)分驅(qū)動(dòng)電路中的固化程序以產(chǎn)生一定頻率的脈沖，經(jīng)功率放大后驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動(dòng)。步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動(dòng)方向的改變及啟動(dòng)和停止均由計(jì)算機(jī)控制硬件控制電路實(shí)現(xiàn)。 軟件和硬件結(jié)合起來(lái)一起進(jìn)行控制，具有電路簡(jiǎn)單、控制方便等優(yōu)點(diǎn)。在這種控制中，微機(jī) 軟件占用的存儲(chǔ)單元少，程序開發(fā)不受定時(shí)限制。只要外部中斷允許，微機(jī)就能在電機(jī)的每 一步之間自由地執(zhí)行其他任務(wù)，以實(shí)現(xiàn)多臺(tái)步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)動(dòng)控制。
通過開發(fā)Windows環(huán)境下的控制軟件，利用化++設(shè)計(jì)良好的控制接口界面，可以方便地 實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)方式、速度、加減速的選擇和位置控制，具有一定程度的智能。該控制單元減少了 PC機(jī)被占用時(shí)間，以便于在電機(jī)運(yùn)行的同時(shí)去完成別的工作，從而實(shí)現(xiàn)了多臺(tái)步進(jìn)電機(jī)的加 減速和速度及位置控制。并且利用了細(xì)分驅(qū)動(dòng)電源，提高了步進(jìn)精度和定位精度。
為了使無(wú)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)汽車易于操作，就要讓駕駛員在踩下油門增大電流的同時(shí)也讓步進(jìn)電機(jī) 的頻率也增大，由于汽車行駛是克服摩擦力做功的過程，所以汽車在起步階段電脈沖頻率應(yīng) 逐步增高。
將步進(jìn)電機(jī)脈沖頻率調(diào)整為1、 2、 3、……N個(gè)不同的值，也就是在PC機(jī)上賦N個(gè)不同的 值，N為汽車最大速度所對(duì)應(yīng)的步進(jìn)電機(jī)頻率，也就是在一般情況下按照汽車行駛的速度特 性點(diǎn)給PC機(jī)賦不同的值，包括起步速度，再將這些不同的賦值從上到下一一對(duì)應(yīng)于油門，駕 駛員就可以按照踩下油門的多少來(lái)選擇汽車的行駛速度了，這樣汽車在行駛中就可以根據(jù)駕 駛員的操作改變步進(jìn)電機(jī)的脈沖頻率，根據(jù)需要調(diào)整汽車的速度。
汽車的速度特性是啟動(dòng)一加速一高速運(yùn)行(勻速)一減速一停止的過程，步進(jìn)電機(jī)的控 制信號(hào)是通過控制器驅(qū)動(dòng)電機(jī)，不供給脈沖信號(hào)，電機(jī)就停了。當(dāng)汽車需要制動(dòng)時(shí)，駕駛員 踩下剎車時(shí)就同就切斷供給步進(jìn)電機(jī)的脈沖電流。
我們發(fā)明的無(wú)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)汽車暫時(shí)保留了傳統(tǒng)汽車的方向操作部分和機(jī)械制動(dòng)部分，留待以后 進(jìn)一步智能化完善。
具體實(shí)施例方式
以上所述乃是無(wú)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)汽車汽車的基本結(jié)構(gòu)的描述，它具有以下實(shí)施行為
1、 "無(wú)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)汽車"取消了機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，從而節(jié)約了制造機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)所需要的人力和 生產(chǎn)零部件所需要的大量材料。
2、 "無(wú)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)汽車"避免了機(jī)械傳動(dòng)過程中的能量損失，節(jié)約了能源。傳統(tǒng)汽車在機(jī)械 傳動(dòng)中存在大量的機(jī)械磨損，從而有大量的能量以熱能、機(jī)械能或其它形式的能量方式流 失。
3、 "無(wú)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)汽車"的操作與傳統(tǒng)汽車的操作兼容，但是簡(jiǎn)化了操作程序，減少了操作 的誤動(dòng)，減輕了駕駛員的工作強(qiáng)度和疲勞程度。
4、 由于機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的取消，減少了車輛的日常保養(yǎng)其不定期維修。
55、 減小了汽車的重量，也降低了生產(chǎn)汽車所需要的資源和成本。
6、 便于交通管理，因?yàn)闊o(wú)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)汽車可以使用存儲(chǔ)器將汽車的行駛狀態(tài)儲(chǔ)存，便于交警 在交通的管理方面的巡査和監(jiān)視。
7、 "無(wú)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)汽車"的結(jié)構(gòu)和行駛原理完全可用于軍事、國(guó)防、工業(yè)、農(nóng)業(yè)等行駛比 較惡劣條件下的交通工具和軍事車輛。無(wú)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)汽車由于運(yùn)用了電子技術(shù)，操作簡(jiǎn)單， 這樣就便于惡劣條件下使用。
8、 "無(wú)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)汽車"的使用，有利于環(huán)境保護(hù)和大氣臭氧層保護(hù)。因?yàn)樵撈囀褂貌?進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，步進(jìn)電機(jī)完全使用電能，在能源的使用方面，為今后完全使用清潔能源打下 了基礎(chǔ)，如果使用太陽(yáng)能發(fā)電或蓄電池等清潔能源，就不會(huì)有尾氣排放。
9、 為以后的汽車的發(fā)展方向奠定了結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，為以后的部分智能化汽車和無(wú)人駕駛汽車創(chuàng) 造了結(jié)構(gòu)條件。"無(wú)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)汽車"運(yùn)用了步進(jìn)電機(jī)，步進(jìn)電機(jī)可以使用電腦控制，這樣 就可以實(shí)現(xiàn)汽車智能化。


圖1、傳動(dòng)系簡(jiǎn)圖1-離合器2-變速器3-萬(wàn)向節(jié)4-驅(qū)動(dòng)橋5-差速器6-半軸7-主減速器8-傳動(dòng)軸
圖2、無(wú)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)汽車的驅(qū)動(dòng)能量傳遞圖1-發(fā)電機(jī)2-步進(jìn)電機(jī)控制器3-逆變器4-輪內(nèi)安裝 步進(jìn)電機(jī)
圖3、無(wú)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)汽車車輪構(gòu)造1-定子2-轉(zhuǎn)子3-制動(dòng)鼓 圖4、四相步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)示意圖
圖5、步進(jìn)電機(jī)的速度曲線
圖6、步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)
權(quán)利要求
1、無(wú)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)汽車的原理是將傳統(tǒng)汽車的發(fā)動(dòng)機(jī)變換為汽車直流發(fā)電機(jī)，電流經(jīng)過逆變器變?yōu)榉讲}沖，最后到達(dá)直接安裝在汽車車輪上的步進(jìn)電機(jī)，使步進(jìn)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，完成汽車的行駛。
2、 根據(jù)權(quán)利要求書1所述無(wú)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)汽車其特征是在車輪上安裝步進(jìn)電機(jī)，步進(jìn)電機(jī)的 定子位于制動(dòng)鼓的內(nèi)惻，轉(zhuǎn)子在定子的內(nèi)倒與制動(dòng)鼓連為一體，這樣制動(dòng)鼓，定子，轉(zhuǎn)子都 處于同一平面內(nèi)，不會(huì)因車輪轉(zhuǎn)動(dòng)而偏離。
3、 根據(jù)權(quán)利要求書2所述無(wú)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)汽車其車輪特征是為使步進(jìn)電機(jī)具有良好的散熱性 能，可以將步進(jìn)電機(jī)的定子和車輪的輪轂設(shè)計(jì)成風(fēng)扇的形式。
4、 根據(jù)權(quán)利要求書5所述步進(jìn)電機(jī)的控制由計(jì)算機(jī)控制，這樣無(wú)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)汽車可以使用 存儲(chǔ)器將汽車的行駛狀態(tài)儲(chǔ)存，便于交警在交通的管理方面的巡査和監(jiān)視
5、 根據(jù)權(quán)利要求書1所述特點(diǎn)為步進(jìn)電機(jī)控制器將脈沖電波變?yōu)槭蛊囆旭偟牟竭M(jìn)電機(jī) 所需要的各種頻率的脈沖，再由導(dǎo)線將脈沖電波傳遞至車輪中的步進(jìn)電機(jī)，使車輪轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng) 汽車行駛。
6、 當(dāng)汽車在不越野的情況下，只需后輪驅(qū)動(dòng)即只要通向后l^導(dǎo)線將脈沖電波送至后輪的 步進(jìn)電機(jī)；在越野情況下，需要四輪驅(qū)動(dòng)，就要通向前輪和后輪的導(dǎo)線同時(shí)傳遞脈沖電波至 各輪的步進(jìn)電機(jī)。
全文摘要
現(xiàn)在所有的汽車(包括電動(dòng)汽車)都有上述復(fù)雜的機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)，發(fā)動(dòng)機(jī)通過機(jī)械傳動(dòng)驅(qū)使汽車行駛，機(jī)械傳動(dòng)是必不可少的汽車構(gòu)造。我們發(fā)明的無(wú)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)汽車就是將傳統(tǒng)汽車的發(fā)動(dòng)機(jī)變換為汽車直流發(fā)電機(jī)，電流經(jīng)過逆變器變?yōu)榉讲}沖，最后到達(dá)直接安裝在汽車車輪上的步進(jìn)電機(jī)，使步進(jìn)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，完成汽車的行駛。
文檔編號(hào)B60L15/00GK101580013SQ20081009990
公開日2009年11月18日 申請(qǐng)日期2008年5月18日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月18日
發(fā)明者鯤 張, 李劍寶 申請(qǐng)人:李劍寶;張 鯤