阅读说明：本技术 一种边三轮摩托车边轮随动转向系统及控制方法 (Side wheel follow-up steering system of side motor tricycle and control method ) 是由 傅蒙 卢治江 周玉琴 向永乐 刘泓陶 刘勋维 任柏雅 于 2019-08-15 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种边三轮摩托车边轮随动转向系统及其控制方法,转向系统设于边三轮摩托车主车架及边车架上,在主车架方向柱主管内设有前轮角度传感器,所述边轮轴上设有边轮角度传感器,所述主车架上还设有用于接收并处理所述前轮角度传感器及边轮角度传感器信号的控制器,所述边摇臂上设有转向电机,所述边摇臂上设有转向传动箱,该转向传动箱的输出轴与主销连接,所述转向电机输出轴与所述转向传动箱输入轴连接；所述前轮角度传感器、边轮角度传感器、控制器及转向电机电连接。传感器测量前轮转向角度及边轮实际角度,通过阿克曼转向曲线计算,使边轮随动转型,实时反馈控制调整边轮角度,转向平稳安全。(The invention relates to a side wheel follow-up steering system of a side motor tricycle and a control method thereof, wherein the steering system is arranged on a main frame and a side frame of the side motor tricycle, a front wheel angle sensor is arranged in a main pipe of a direction column of the main frame, a side wheel angle sensor is arranged on a side wheel shaft, a controller for receiving and processing signals of the front wheel angle sensor and the side wheel angle sensor is also arranged on the main frame, a steering motor is arranged on a side rocker arm, a steering transmission box is arranged on the side rocker arm, an output shaft of the steering transmission box is connected with a main pin, and an output shaft of the steering motor is connected with an input shaft of the steering transmission box; the front wheel angle sensor, the side wheel angle sensor, the controller and the steering motor are electrically connected. The sensor measures the steering angle of the front wheel and the actual angle of the side wheel, the side wheel is rotated along with the steering curve of the Ackerman, the angle of the side wheel is adjusted through real-time feedback control, and the steering is stable and safe.)

一种边三轮摩托车边轮随动转向系统及控制方法

技术领域

本发明涉及一种边三轮摩托车边轮随动转向装置及控制系统。

背景技术

边三轮摩托车具有主车架、边车架，其边轮通过边摇臂、边轮轴安装在边车架上，迄今为止，大部分边三轮摩托车的边轮不具备转向功能。当驾驶边三轮摩托车转弯时，除减速、缓转外，驾驶人员需要用自己身体的倾斜来控制车体的重心，使身体与车体保持相对的平衡和稳定，从而平稳的完成转弯，需要较熟练的驾驶技术，同时车辆的安全性不能很好地保证。

中国发明专利申请CN1290740C公开了一种边三轮摩托车边轮转向机构，是从主车架方向柱下连接板上对称的引出两根拉索，连接到边车架上的转向臂上，转向臂通过一个球接头与转向拉杆连接，转向拉杆再通过一个球接头与边轮的转向节连接，当主车前轮转向时，下连接板通过拉索带动转向臂，再通过转向拉杆和转向节推动边轮转向。利用机械结构实现边轮转向，其转向角度不够精密，转向阻力较大。

发明内容

针对上述问题，本发明提出了一种边三轮摩托车边轮随动转向系统及控制方法，克服现有边三轮摩托车边轮转向能力的不足，使边轮具有随动转向功能，更好的保证车辆行驶安全。

为实现上述功能，本发明采用如下技术方案：一种边三轮摩托车边轮随动转向系统，设于边三轮摩托车主车架及边车架上，所述边车架外侧设置有边摇臂，所述边摇臂通过轴承与主销连接，转向节套设于主销上并随之转动，所述转向节上设有边轮轴，边轮安装于所述边轮轴上，其特征在于：所述主车架方向柱主管内设有前轮角度传感器，所述边轮轴上设有边轮角度传感器，所述主车架上还设有用于接收并处理所述前轮角度传感器及边轮角度传感器信号的控制器，所述边摇臂上设有转向电机，所述边摇臂上设有转向传动箱，该转向传动箱的输出轴与主销连接，所述转向电机输出轴与所述转向传动箱输入轴连接；所述前轮角度传感器、边轮角度传感器、转向电机分别与所述控制器电连接。

进一步的，所述转向传动箱内设有蜗轮蜗杆传动机构。

进一步的，所述转向传动箱内设有锥齿轮传动机构。

进一步的，一种边三轮摩托车边轮随动转向控制方法，采用如权利要求1 至3任一项所述的随动转向系统，包括如下步骤：

步骤S1，控制器初始化，前轮角度传感器采集前轮转向信号，边轮角度传感器采集边轮角度信号，传递给控制器。

步骤S2，控制器接收前轮转向角度，根据阿克曼转向曲线，计算边轮理论转向角度，计算公式如下：

右转向：

由式1-1及1-2可得：

左转向：

由式1-4及1-5可得：

式中：

θ_前——前轮转向角度；

θ_边——边轮转向角度；

A——前后轮轴距；

B——边轮、后轮轴距；

C——轮距；

D——边轮主销与边轮距离；

X——转向中心至过外侧轮中心与后轮平行的线的垂直距离。

步骤S3，根据边轮理论角度与实时角度的偏差，采用PID算法，计算出电机转动方向及电压占空比，使电机按某个方向转动。

步骤S4，电机带动边轮按某个方向转动。

步骤S5，当边轮转到规定角度时，控制器使电机停止转动，进一步使边轮停止转动，从而实现边轮随动转向。

综上所述，本发明结构合理，原理简单，通过简单的传感器、控制器及动力装置，实现边轮随动转向。

附图说明

图1是边三轮摩托车边轮随动转向系统主车架结构示意图。

图2是边三轮摩托车边轮随动转向系统边车架结构示意图

图3是边三轮摩托车边轮随动转向系统控制流程图。

图4是右转向时边轮转向角度计算原理图。

图5是左转向时边轮转向角度计算原理图。

具体实施方式

下面结合具体实施例及附图来进一步详细说明本发明。

一种如图1至图5所示的一种边三轮摩托车边轮随动转向系统，设于边三轮摩托车主车架1及边车架4上，所述边车架4外侧设置有边摇臂5，所述边摇臂5通过轴承与主销12连接，转向节11套设于主销12上并随之转动，所述转向节11上设有边轮轴9，边轮10安装于所述边轮轴9上，其特征在于：所述主车架1方向柱主管内设有前轮角度传感器2，所述边轮轴上设有边轮角度传感器 6，所述主车架1上还设有用于接收并处理所述前轮角度传感器2及边轮角度传感器6信号的控制器3，所述边摇臂5上设有转向电机8，所述边摇臂5上设有转向传动箱7，该转向传动箱7的输出轴与主销12连接，所述转向电机8输出轴与所述转向传动箱7输入轴连接；所述前轮角度传感器2、边轮角度传感器6、转向电机7分别与所述控制器3电连接。

进一步的，所述转向传动箱7内设有蜗轮蜗杆传动机构。

进一步的，所述转向传动箱7内设有锥齿轮传动机构。

进一步的，一种边三轮摩托车边轮随动转向控制方法，采用如权利要求1 至3任一项所述的随动转向系统，包括如下步骤：

步骤S1，控制器初始化，前轮角度传感器采集前轮转向信号，边轮角度传感器采集边轮角度信号，传递给控制器。

步骤S2，控制器接收前轮转向角度，根据阿克曼转向曲线，计算边轮理论转向角度，计算公式如下：

右转向：

由式1-1及1-2可得：

左转向：

由式1-4及1-5可得：

式中：

θ_前——前轮转向角度；

θ_边——边轮转向角度；

A——前后轮轴距；

B——边轮、后轮轴距；

C——轮距；

D——边轮主销与边轮距离；

X——转向中心O至过外侧轮中心与后轮平行的线的垂直距离。

步骤S3，根据边轮理论角度与实时角度的偏差，采用PID算法，计算出电机转动方向及电压占空比，使电机按某个方向转动。

步骤S4，电机带动边轮按某个方向转动。

步骤S5，当边轮转到规定角度时，控制器使电机停止转动，进一步使边轮停止转动，从而实现边轮随动转向。

转向传动箱6内设有蜗轮蜗杆机构，将驱动电机7的动力转换方向，传送至主销9。转向传动箱6也可使用锥齿轮传动机构实现动力转换及传输。

当主车前轮转动时，角度传感器2检测到方向柱转动的角度，并将此角度信号传递给控制器3，控制器3接受信号后，通过计算对驱动转向电机7发出转动角度的指令信号，驱动电机7接到信号后转动，通过传动箱6带动转向节8 转动，从而使边轮转向。通过控制器3的PID算法和逻辑控制便可实现三个车轮在阿克曼转向曲线范围内绕同一瞬时转向中心转动。

本发明的另一实施方式，可将边三轮车的3D模型做出，利用3D模型按阿克曼转向原理，模拟前轮转向时边轮相对应的角度，分别按左右转向一一对应记录成表格，如表1所示，实际使用时，控制器按前轮转向角度进行查表，得出边轮转向角度，调用边轮转向角度控制边轮转向。

表1边轮转向角度参数表

序号	前轮转向°	边轮左转向°	边轮右转向°
				1	1	xxx	xxx
2	2	xxx	xxx
				…	…	…	…
39	39	xxx	xxx
				40	40	xxx	xxx

以上对本发明实施例所提供的技术方案进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明实施例的原理以及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只适用于帮助理解本发明实施例的原理；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例，在具体实施方式以及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。