专利名称：一种数控全速电传动汽车的制作方法
技术领域：
一种数控全速电传动汽车，它属于交通运输工具，特别适用于做个人用城镇中使用的小型轿车。
汽车的出现给工农业的发展以及人们的日常生活都带来了极大的便利。可以认为，汽车已经是人们日常工作和生活中不可缺少的工具。现在的汽车，为得到较高的行驶速度和一次加足能源后有较大的行程，都是采用石油产品(如汽油、柴油等)为能源，使用内燃机把它们转换为机械能，经变速后驱动车轮工作。在工作时，汽油或柴油在内燃机内燃烧。由于内燃机内的燃烧条件的限制，将会产生较多的有害气体污染环境。特别是在一些汽车很集中的大中城市，其汽车污染是十分严重的。对于轿车，为得到较好的加速性能和在高速公路上的高速行驶性能，其发动机的功率都比较大。而在很多时候，由于道路条件以及交通状况所限制，只能处在低工况、甚至是极低工况下工作。这不仅使发动机的效率大大降低，单位功率的耗油率大大增加。另一方面，发动机在低工况下工作时，排气中的有害气体(如一氮化碳等)的含量还将增加，污染更加严重。现在提出的解决城市中汽车排气污染的方法是使用电动汽车，使用蓄电池蓄电作为能源，用直流电机直接驱动车轮。由于现在蓄电池的蓄电能量密度与汽油等石油燃料不能相比，相差几十至一百倍。因而即使是使用比油箱大得多的蓄电池，在一次充电后，用高速行驶时也只能行驶较短的距离，这就很难投入实际使用。而一般情况下，在城市内行驶时，由于交通状况的限制，汽车的实际行驶速度都不高。而在高速公路行驶时，由于地处郊外，污染排放指标相对要求不严，使用现在的发动机就能够达到郊外污染排放标准。
本实用新型的目的是发明一种可以电力驱动的数控全速电传动气车，它在城市等对汽车排气污染要求严格的地方使用蓄电池电力驱动，做到零污染排放。而当进行长途野外行驶时，可以有很高的行驶速度。
本实用新型的结构如附
图1和附图2所示，它有车身1、前车轮2、后车轮3、前桥4、后桥5、驱动后车轮的驱动电机7、蓄电池8，其特征在于有发动机10、在发动机10的输出轴上接有发电机11，发电机11输出端通过桥式整流器件12与蓄电池8相连，驱动电机7有两个，它们分别驱动后面两侧的车轮，驱动电机7为环形转子稀土同步电机，车轮轮毂为环形稀土转子13，轮轴为绕线定子14，在车内有控制计算机15和标准工业控制介面16，有与蓄电池8相连并驱动驱动电机7的数控逆变电源9，在驾驶控制位上装有方向控制杆17及传感器18、车速控制踏板19及传感器20、减速制动踏板21及传感器22，在标准工业控制介面16中插有与数控逆变电源9相连并对其进行控制的控制适配模块23，还分别插有与传感器18、20和22相连的测量适配模块24、25和26。
附图1为本实用新型的结构示意图。
附图2为本实用新型中与车轮为一体的驱动电机示意图。
本实用新型的工作原理如下由控制计算机15根据驾驶人员的输入控制汽车的行驶。控制计算机15在程序的控制下，采用定时扫描的方式分别采集方向控制杆17，车速控制踏板19以及减速制动踏板21的位置。在测量方向控制杆17的位置时，控制计算机15首先发出选通与测量方向控制杆17位置的传感器18相连的测量适配模块24的地址选通信号。标准工业控制介面16在接收到地选信号后，选通相应的测量适配模块24。选通后，测量适配模块24把方向控制杆17当时所处位置信号经模／数变换后反向传送回控制计算机15。同理，控制计算机15也定时发出选通与测量车速控制踏板19位置的传感器20相连的测量适配模块25的地址选通信号。标准工业控制介面16在接收到相应的地址选通信号后，选通相应的测量适配模块25。选通后，测量适配模块25把车速控制踏板19的位置信号经A／D变换后送回控制计算机15，完成车速控制量的采集。在采集减速制动信号时，控制计算机15也采用定时发出选通与测量减速制动踏板21位置的传感器22相连的测量适配模块26的地址选通信号。标准工业控制介面16根据地选信号选通相应的测量适配模块26。测量适配模块26把减速制动踏板21所处位置信号经A／D变换后送回控制计算机16。控制计算机15根据减速制动踏板21所处的位置、车速控制踏板19所处位置以及方向控制杆17所处位置信号进行判断。在方向控制杆17偏离中位时，控制计算机15改变两驱动轮上驱动电机7相连的数控逆变电源9的输出频率，使之产生一个频率差，从而使两驱动电机7的转速不一样，达到转向的目的。控制计算机15改变数控逆变电源9的输出频率的方法是控制计算机15先发出选通与相应数逆变电源9相连并对其进行驱动的控制适配模块23的地址选通信号，标准工业控制介面16在收到地选信号后，根据地选信号的值选通相应的适配模块23。选通后，控制计算机15根据要求发出该驱动轮新的转速控制数据，由该控制适配模块23接收并锁存。该控制适配模块23把接收到的频率控制信号量转变为模拟量后控制数控逆变电源9改变其输出频率。控制计算机15在采集到速控制踏板19的位置发生产化时，根据车速控制踏板19位置变化量相应计算出相应的车轮驱动电机7转速和它所需驱动电源的频率和工况值。控制计算机15也是通过先发出选通相应控制适配模块23的地选信号选通该适配模块23。选通后，发出新的驱动转速控制数据。该数据由控制适配模块23接收并锁存，然后改变该数控逆变电源9的输出频率和工况值。当控制计算机15检测到减速制动踏板21被压下时，控制计算机15也是采用选通控制适配模块23。然后发出使数控逆变电源9工作反向处于整流工作状态，吸收制动能量，达到减速效果。
本实用新型的汽车装有发动机10。发动机10可以是汽油内燃机，也可以是柴油内燃机。在城市中低速行驶时，发动机10不工作，使用蓄电池8中的电能推动汽车行驶。而当本实用新型的汽车行驶在野外高速公路上时，发动机10可全工况工作，带动它所带的发电机11转动。发电机11旋转发电，所发电能经过桥式整流器件12变换为直流后提供给驱动电机7。随着由控制计算机15控制的驱动电机7工作工况的变化，当驱动电机7在高工况(如高速行驶或爬坡等)下工作时，由发电机11和蓄电池8联合供电，以满足驱动电机7高负荷用电。而在低工况(如慢速等)下工作时，发电机11所发电能除向驱动电机7供电外，多余电能自动向蓄电池充电，以备高速行驶以及驶入市区后使用。
本实用新型由于采用了由环形转子稀土同步电机直接驱动车轮，使用蓄电池与发动机加发电机两套系统供电。在城市内行驶时，发动机关闭，使污染排放为零，充分满足城市内对环境保护的要求，改善城市的污染状况。由于在城市内使用时，车速不可能太高，因此普通蓄电池就能使其有一个合理的行程。而本实用新型在野外高速公路上行驶时，使用发动机带动发电机发电和蓄电池双重供电，提供很大的驱动功率，使本实用新型能高速行驶，减少行驶时间。而且本实用新型的发动机与发电机组是工作在恒定的工况下，驱动工况的变化产生的供电变化而多余的或欠缺的电能可以使用蓄电池来吸收或提供，因而发动机有很高的工作效率和能量使用效率。同时发动机的污染排放也能最低。由于本实用新型的最高工作工况是由发动机与蓄电池双重提供的。而蓄电池的短时过载能力较强，因而一方向可以使用小一些的发动机，其最佳输出功率只要为高速公路上行驶时的平均功率就可以。另一方面本实用新型可以有很好的起动性能和加速能力。采用加装发动机┈发电机组的方法，还使得本实用新型的可靠性增加，增加了行驶中蓄电池故障或电用完后的自我保障能力。本实用新型使用环形转子与稀土同步电机，它为可逆电机。在数控逆变电源的控制下，可以在任何情况下从电动机状态转变为发电机状态。因此在如下坡，制动减速等情况时，可以把本实用新型的运动动能转换为电能存入蓄电池，因此有很高的运行效率。由于使用稀土永磁的环形转子电机，这不仅有很高的磁能积，因而有很高的制动力矩。而且通过控制计算机对数控逆变电源的负载控制，可以得到可控制的制动力矩。由于制动时没有任何的接触与磨擦，因而也就无长时间制动时产生的过热问题和制动装置的维护问题。使用这种制动方式也不存在“抱死”问题，提高了制动的安全性。
在本实用新型中，驱动电机7采用环形转子稀土同步电机，在车轮毂上装有环形稀土转子13，轮轴上装有绕线定子14，具体的结构可以为专利号为CN91217200的专利结构。在设计时，可以设计成多极结构，以利于低速性能。在本实用新型中，驱动电机7也可以采用普通的内转子稀土永磁电机。它用普通的转子驱动方式，把转子输出轴与后桥上车轮驱动轴相连。本实用新型可以采用仅后桥驱动的模式。为提高驱动能力和越野能力，也可以采用全桥驱动方式。除后桥两轮装有驱动电机7外，前桥的两轮也装有驱动电机7。这只要增加两台驱动电机7、两套数控逆变电源8和两个插于标准工业控制介面中的控制适配模块23以及改变控制计算机15中的相应控制程序就可。
本实用新型中的方向控制杆17、车速控制踏板19以及减速制动踏板21可以采用和现有已有车辆的结构完全一致，只是分别增加位置传感器18、20和22，把机械连接取消，变为电连接。也可以采用更便于控制的小型手握式控制杆，如象游戏机中的控制杆。左右摆动控制杆时控制本实用新型的左右转向，而前推为加速，后拉为减速制动。在本实用新型的汽车中，如象车前灯、雾灯、转向灯、制动灯等的控制可以采用和现行汽车一样的分离控制方式和结构，以达到对现有汽车设计最少发动的目的。也可以采用在标准工业控制介面16中插入各自的控制适配模块的方法，使用控制计算机15进行机电一体化方式的集中控制。在本实用新型中还可以加入其它的控制，如象车门自锁控制、雨刷控制、空调控制等。
在本实用新型中，发电机11可以采用稀土永磁转子同步电机做发电机，其结构可以如专利号为CN91203427的专利以及专利号为CN92223566或CN92223568的专利。这些发电机都可以工作在较高转速下，因而可以不使用减速器直接由发动机10驱动，体积较小。在本实用新型中，发动机10可以采用现在汽车中所使用的汽油或柴油内燃机，结构简单，可以方便加油。也可以采用小型燃气轮机，由于燃气轮机在设计工况下工作时有很高的能量利用效率和很低的污染物排放率，并可以和本实用新型中的稀土永磁发电机相配。
本实用新型中的数控逆变电源9，可以是使用可控硅逆变电源，也可以是用VMOS管组成的开关电源，如专利号为CN90202757和专利号为CN90203323的专利，通过可变频脉冲或矩形波发生器驱动，还可以使用日本富士公司的G7系列逆变器，本实用新型无特殊要求。
在本实用新型中，标准工业控制介面16可以选用美国ME公司(MECHATRONICEQUIPMENT INC.)的I／O32，或是美国OPTO22公司的PB16AH。控制计算机15可以选用美国OPTO22公司的LC4控制器，也可以选用美国ME公司的PCS－1工业过程控制工作站，还可以选用普通PC计算机。适配模块24、25和26以采用OPTO22公司的AD3或类似的A／D转换模块。适配模块23可选用OPTO22公司的DF3或类似的D／F转换模块。
权利要求1.一种数控全速电传动汽车，它有车身(1)、前车轮(2)、后车轮(3)、前桥(4)、后桥(5)、驱动后车轮的驱动电机(7)、蓄电池(8)，其特征在于有发动机(10)、在发动机(10)的输出轴上接有发电机(11)，发电机(11)输出端通过桥式整流器件(12)与蓄电池(8)相连，驱动电机(7)有两个，它们分别驱动后面两侧的车轮，驱动电机(7)为环形转子稀土同步电机，车轮轮毂为环形稀土转子(13)，轮轴为绕线定子(14)，在车内有控制计算机(15)和标准工业控制介面(16)，有与蓄电池(8)相连并驱动驱动电机(7)的数控逆变电源(9)，在驾驶控制位上装有方向控制杆(17)及传感器(18)、车速控制踏板(19)及传感器(20)、减速制动踏板(21)及传感器(22)，在标准工业控制介面(16)中插有与数控逆变电源(9)相连并对其进行控制的控制适配模块(23)，还分别插有与传感器(18)、(20)和(22)相连的测量适配模块(24)、(25)和(26)。
专利摘要一种数控全速电传动汽车，它有车身、车轮、驱动后车轮的驱动电机、蓄电池等。其特征在于有发动机并接有发电机，通过桥式整流器件与蓄电池相连，有与蓄电池相连并驱动驱动电机的数控逆变电源，装有方向控制杆、车速控制踏板、减速制动踏板及它们的传感器，在车内有控制计算机和标准工业控制介面，在其内插有控制适配模块和测量适配模块。用蓄电池与发动机加发电机两套系统供电。在市内行驶时，发动机关闭，使污染排放为零。在野外行驶时，使用发电机和蓄电池双重供电，提供很大的驱动功率，使本实用新型能高速行驶。
文档编号G05B15/02GK2153486SQ9321722
公开日1994年1月19日 申请日期1993年6月30日 优先权日1993年6月30日
发明者石行 申请人:北京市西城区新开通用试验厂