无传动机构汽车.pdf

现在所有的汽车(包括电动汽车)都有上述复杂的机械传动系统，发动机通过机械传动驱使汽车行驶，机械传动是必不可少的汽车构造。我们发明的无传动机构汽车就是将传统汽车的发动机变换为汽车直流发电机，电流经过逆变器变为方波脉冲，最后到达直接安装在汽车车轮上的步进电机，使步进电机运转，完成汽车的行驶。

1、  无传动机构汽车的原理是将传统汽车的发动机变换为汽车直流发电机，电流经过逆变器变为方波脉冲，最后到达直接安装在汽车车轮上的步进电机，使步进电机运转，完成汽车的行驶。

2、  根据权利要求书1所述无传动机构汽车其特征是在车轮上安装步进电机，步进电机的定子位于制动鼓的内侧，转子在定子的内侧与制动鼓连为一体，这样制动鼓，定子，转子都处于同一平面内，不会因车轮转动而偏离。

3、  根据权利要求书2所述无传动机构汽车其车轮特征是为使步进电机具有良好的散热性能，可以将步进电机的定子和车轮的轮毂设计成风扇的形式。

4、  根据权利要求书5所述步进电机的控制由计算机控制，这样无传动机构汽车可以使用存储器将汽车的行驶状态储存，便于交警在交通的管理方面的巡查和监视

5、  根据权利要求书1所述特点为步进电机控制器将脉冲电波变为使汽车行驶的步进电机所需要的各种频率的脉冲，再由导线将脉冲电波传递至车轮中的步进电机，使车轮转动驱动汽车行驶。

6、  当汽车在不越野的情况下，只需后轮驱动即只要通向后轮导线将脉冲电波送至后轮的步进电机；在越野情况下，需要四轮驱动，就要通向前轮和后轮的导线同时传递脉冲电波至各轮的步进电机。

无传动机构汽车
技术领域
汽车是由传动系、行驶系、转向系和制动系四大基本系统组成的，汽车传动系的基本作用是将发动机发出的动力传给驱动车轮。
由于汽车的类型不同，发动机的安装位置不同，都会使传动系的布置型式不同，传动系一般由离合器、变速器、万向传动装置、主减速器、差速器和半轴等组成。
图1是传统的发动机纵向安装在汽车前部，后桥驱动的4×2汽车布置示意图。发动机发出的动力经离合器、变速器、万向传动装置传到驱动桥。在驱动桥处，动力经过主减速器、差速器和半轴传给驱动车轮。汽车发动机所发出的动力靠传动系传递到驱动车轮。传动系具有减速、变速、倒车、中断动力、轮间差速和轴间差速等功能，与发动机配合工作。这是传统汽车机械驱动的过程。
背景技术
现在所有的汽车(包括电动汽车)都有上述复杂的机械传动系统，发动机通过机械传动驱使汽车行驶，机械传动是必不可少的汽车构造。我们发明的无传动机构汽车就是将传统汽车的发动机变换为汽车直流发电机，电流经过逆变器变为方波脉冲，最后到达直接安装在汽车车轮上的步进电机，使步进电机运转，完成汽车的行驶。
发明内容
我们发明的无传动机构汽车组成的各部分示意图如图2所示：
如图3所示：步进电机的定子位于制动鼓的内侧，转子在定子的内侧与制动鼓连为一体，这样制动鼓，定子，转子都处于同一平面内，不会因车轮转动而偏离。为了使电机具有良好的散热性能，可以将电机的定子和车轮的轮毂设计成风扇的形式。
无传动机构汽车的驱动能量传递由图2可知：发动机(三角旋转式发动机)所发电能经过逆变器变成脉冲电波，步进电机控制器将脉冲电波变为使汽车行驶的步进电机所需要的各种频率的脉冲，再由导线将脉冲电波传递至车轮中的步进电机，使车轮转动驱动汽车行驶。
步进电机将电脉冲信号转化成角位移或线位移，并且可用作电磁制动轮，电磁差分器，或角位移发生器。步进电机最大特点是，它可接受数字控制信号(电脉冲信号)并转化成与之相对应的角位移或直线位移，因而本身就是一个完成数字模拟转化的执行元件。而且它能进行开环位置控制，输入一个脉冲信号就得到一个规定的位置增量。
四相步进电机接线原理图如图4所示
四相步进电机，采用单极性直流电源供电。只要对步进电机的各相绕组按合适的时序通电，就能使步进电机步进转动。
当汽车向前行驶时：开始时，开关SB接通电源，SA、SC、SD断开，B相磁极和转子0、3号齿对齐，同时，转子的1、4号齿就和C、D相绕组磁极产生错齿，2、5号齿就和D、A相绕组磁极产生错齿；当开关SC接通电源，SB、SA、SD断开时，由于C相绕组的磁力线和1、4号齿之间磁力线的作用，使转子转动，1、4号齿和C相绕组的磁极对齐。而0、3号齿和A、B相绕组产生错齿，2、5号齿就和A、D相绕组磁极产生错齿。依次类推，A、B、C、D四相绕组轮流供电，则转子会沿着A、B、C、D方向转动。
同理，当汽车后退行驶时，按照汽车前进时相反顺序接通各开关。
当汽车在不越野的情况下，只需后轮驱动即只要红色的导线将脉冲电波送至后轮的步进电机；在越野情况下，需要四轮驱动，就要红色和蓝色导线同时传递脉冲电波至各轮的步进电机。
如果使用发动机(三角旋转式发动机)发电，由于电流越大则使汽车行驶的力矩越大，为了实现无传动机构汽车的常规驾驶操作，为控制发电机所发出的电流大小，就要控制发动机(三角旋转式发动机)的旋转速度，所以我们暂时使用传统汽车的油门来控制发动机的旋转速度，来控制步进电机所需要的脉冲电流的大小。
无传动机构汽车车轮的转速取决于步进电机的转速，步进电机的转速取决于脉冲频率、转子齿数和拍数。其角速度与脉冲频率成正比，而且在时间上与脉冲同步。因而在转子齿数和运行拍数一定的情况下，只要控制脉冲频率即可获得所需速度。
由于步进电机是借助它的同步转矩而启动的，为了不发生失步，启动频率是不高的。特别是随着功率的增加，转子直径增大，惯量增大，启动频率和最高运行频率可能相差10倍之多。为了充分发挥电机的快速性能，通常使汽车在低于启动频率下启动，然后逐步增加脉冲频率直到所希望的速度，所选择的变化速率要保证电机不发生失步，并尽量缩短启动加速时间。为了保证电机的定位精度，在停止以前必须使电机从最高速度逐步减小脉冲率降到能够停止的速度(等于或稍大于启动速度)。因此，无传动机构汽车拖动负载高速移动一定距离并需要精确定位时，一般来说都应包括“启动-加速-高速运行(匀速)-减速-停止”五个阶段，速度特性通常为梯形，如果移动的距离很短则为三角形速度特性，如图5所示。
由以上速度特性可以看出无传动机构汽车和传统汽车行驶的速度特性并无二至。
无传动机构的驾驶操作与传统汽车的驾驶操作方式兼容。
PC机在适当的时刻通过对硬件控制电路上的8253计数器0赋初值，设置好加减速过程的频率变化(即速度、加速度变化)，以防止失步。硬件控制电路板上的8253产生脉冲方波作为中断信号源，启动细分驱动电路中的固化程序以产生一定频率的脉冲，经功率放大后驱动步进电机运动。步进电机运动方向的改变及启动和停止均由计算机控制硬件控制电路实现。软件和硬件结合起来一起进行控制，具有电路简单、控制方便等优点。在这种控制中，微机软件占用的存储单元少，程序开发不受定时限制。只要外部中断允许，微机就能在电机的每一步之间自由地执行其他任务，以实现多台步进电机的运动控制。
通过开发Windows环境下的控制软件，利用VC++设计良好的控制接口界面，可以方便地实现运动方式、速度、加减速的选择和位置控制，具有一定程度的智能。该控制单元减少了PC机被占用时间，以便于在电机运行的同时去完成别的工作，从而实现了多台步进电机的加减速和速度及位置控制。并且利用了细分驱动电源，提高了步进精度和定位精度。
为了使无传动机构汽车易于操作，就要让驾驶员在踩下油门增大电流的同时也让步进电机的频率也增大，由于汽车行驶是克服摩擦力做功的过程，所以汽车在起步阶段电脉冲频率应逐步增高。
将步进电机脉冲频率调整为1、2、3、……N个不同的值，也就是在PC机上赋N个不同的值，N为汽车最大速度所对应的步进电机频率，也就是在一般情况下按照汽车行驶的速度特性点给PC机赋不同的值，包括起步速度，再将这些不同的赋值从上到下一一对应于油门，驾驶员就可以按照踩下油门的多少来选择汽车的行驶速度了，这样汽车在行驶中就可以根据驾驶员的操作改变步进电机的脉冲频率，根据需要调整汽车的速度。
汽车的速度特性是启动-加速-高速运行(匀速)-减速-停止的过程，步进电机的控制信号是通过控制器驱动电机，不供给脉冲信号，电机就停了。当汽车需要制动时，驾驶员踩下刹车时就同就切断供给步进电机的脉冲电流。
我们发明的无传动机构汽车暂时保留了传统汽车的方向操作部分和机械制动部分，留待以后进一步智能化完善。
具体实施方式
以上所述乃是无传动机构汽车汽车的基本结构的描述，它具有以下实施行为：
1、“无传动机构汽车”取消了机械传动机构，从而节约了制造机械传动机构所需要的人力和生产零部件所需要的大量材料。
2、“无传动机构汽车”避免了机械传动过程中的能量损失，节约了能源。传统汽车在机械传动中存在大量的机械磨损，从而有大量的能量以热能、机械能或其它形式的能量方式流失。
3、“无传动机构汽车”的操作与传统汽车的操作兼容，但是简化了操作程序，减少了操作的误动，减轻了驾驶员的工作强度和疲劳程度。
4、由于机械传动机构的取消，减少了车辆的日常保养其不定期维修。
5、减小了汽车的重量，也降低了生产汽车所需要的资源和成本。
6、便于交通管理，因为无传动机构汽车可以使用存储器将汽车的行驶状态储存，便于交警在交通的管理方面的巡查和监视。
7、“无传动机构汽车”的结构和行驶原理完全可用于军事、国防、工业、农业等行驶比较恶劣条件下的交通工具和军事车辆。无传动机构汽车由于运用了电子技术，操作简单，这样就便于恶劣条件下使用。
8、“无传动机构汽车”的使用，有利于环境保护和大气臭氧层保护。因为该汽车使用步进电机驱动，步进电机完全使用电能，在能源的使用方面，为今后完全使用清洁能源打下了基础，如果使用太阳能发电或蓄电池等清洁能源，就不会有尾气排放。
9、为以后的汽车的发展方向奠定了结构基础，为以后的部分智能化汽车和无人驾驶汽车创造了结构条件。“无传动机构汽车”运用了步进电机，步进电机可以使用电脑控制，这样就可以实现汽车智能化。
附图说明
图1、传动系简图：1-离合器  2-变速器  3-万向节  4-驱动桥  5-差速器  6-半轴  7-主减速器  8-传动轴
图2、无传动机构汽车的驱动能量传递图：1-发电机  2-步进电机控制器  3-逆变器  4-轮内安装步进电机
图3、无传动机构汽车车轮构造：1-定子  2-转子  3-制动鼓
图4、四相步进电机步进示意图
图5、步进电机的速度曲线
图6、步进电机控制系统