具备独立转向和轮边驱动的汽车单轮装置及控制方法技术领域
本发明涉及汽车制造领域，尤其涉及一种具备独立转向和轮边驱动的汽车
单轮装置及控制方法。
背景技术
随着汽车行业不断发展，汽车数量不断增加，道路资源有限，所以交通堵
塞日益严重。提高汽车操作灵活性是缓解交通堵塞的一个有效方法。
现有技术中，汽车驱动方式还是采用单一发动机或单一电动机提供动力源，
通过机械传动系统传递给汽车的各个驱动轮。因为只有单一动力源，动力分配
基本依赖于机械传动机构，所以不能做到精确控制每个车轮的驱动力。另外现
有汽车的转向方式一般采用前轮四连杆机构，即通过转向操纵机构传递扭矩使
汽车的两个前轮同向偏转，再通过差速器差速，使两个后轮适应前轮偏转实现
被动转向。这种转向方式原理简单，技术成熟，但是由于后轮不主动偏转，导
致后轮的转向半径偏大，转向灵活性很低，还易造成交通事故，而且汽车行驶
方式一直沿袭传统方式，无法得到突破，造成汽车行驶不够灵活，存在局限性，
不利于缓解交通堵塞状况。
发明内容
本发明主要解决原有汽车转向方式采取两个前轮同向偏转、两个后轮被动
转向，四个驱动轮都由同一个动力源进行驱动，导致后轮的转向半径偏大，转
向灵活性很低，易造成交通事故，而且动力分配基本依赖于机械传动机构，故
不能做到精确控制每个车轮驱动力的技术问题；提供一种具备独立转向和轮边
驱动的汽车单轮装置及控制方法，其能实现汽车各个车轮的独立驱动和独立转
向，故能精确控制每个车轮的驱动力，大大提高汽车的操纵稳定性和转向灵活
性，减少交通事故的发生。
本发明同时解决原有汽车行驶方式一直沿袭传统方式，无法得到突破，造
成汽车行驶不够灵活，存在局限性，不利于缓解交通堵塞状况的技术问题；提
供一种具备独立转向和轮边驱动的汽车单轮装置及控制方法，其能实现传统汽
车不能实现的行驶方式，行驶方式多样，行驶灵活，受空间限止少，有利于缓
解交通堵塞状况。
本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：本发明的具
备独立转向和轮边驱动的汽车单轮装置，包括转向电机、转向架、轮边驱动电
机和汽车单轮，转向电机安装在汽车车架底盘上，转向架设在所述的汽车车架
底盘的下方，转向架的外端设有法兰盘，所述的转向电机的输出轴和所述的法
兰盘相连，所述的轮边驱动电机安装在所述的转向架的内端的下方，轮边驱动
电机的输出轴和所述的汽车单轮之间连接有传动机构。转向电机、轮边驱动电
机分别受汽车驾驶室的转向操作机构、驱动操作机构的控制。轮边驱动电机运
转，轮边驱动电机的输出轴的旋转动力通过传动机构传递给汽车单轮，汽车单
轮被驱动。转向电机运转，转向电机的输出轴的旋转动力带动转向架旋转，转
向架带动轮边驱动电机、传动机构及汽车单轮以转向电机的输出轴为旋转轴进
行整体旋转，实现汽车单轮的转向。汽车有多少车轮，就有多少汽车单轮装置。
每个汽车单轮装置的轮边驱动电机受汽车驾驶室驱动操作机构的独立控制，各
个汽车单轮的驱动力大小及驱动方向能独立进行调整，每个汽车单轮分别进行
单独驱动。每个汽车单轮装置的转向电机受汽车驾驶室转向操作机构的独立控
制，各个汽车单轮的转向角度能独立进行调整，每个汽车单轮分别以各自角度
进行单独转向。本发明实现汽车各个车轮的独立驱动和独立转向，故能精确控
制每个车轮的驱动力，大大提高汽车的操纵稳定性和转向灵活性，每个车轮都
是主动转向，转向半径控制方便，减少交通事故的发生。由于汽车每个车轮都
能独立驱动和独立转向，故能实现传统汽车不能实现的行驶方式，如蟹行、斜
行和原地转向等，行驶方式多样，行驶灵活，受空间限止少，非常有利于缓解
交通堵塞状况。
作为优选，所述的转向架包括外端上板、内端下板及连接外端上板和内端
下板的连接板，连接板呈倾斜状，转向架呈台阶状，所述的法兰盘安装在外端
上板上，所述的轮边驱动电机安装在内端下板的背面。转向架结构牢固且稳定，
也确保车轮侧有足够的空间。
作为优选，所述的轮边驱动电机的前端和所述的内端下板之间连接有螺栓，
轮边驱动电机的后端外周包围有U形螺杆，U形螺杆的两端固定在所述的内端下
板上。确保轮边驱动电机的安装更加牢固。
作为优选，所述的连接板和内端下板之间连接有三角形支撑板。进一步提
高转向架结构的牢固性和稳定性，具有更好的抗震、抗压能力。
作为优选，所述的转向架和所述的汽车车架底盘之间连接有推力球轴承、
双列调心球轴承和深沟球轴承。确保转向架和汽车车架底盘之间连接更方便、
更牢固。
作为优选，所述的传动机构包括内球笼、外球笼、传动轴、轮毂和立柱，
所述的内球笼安装在所述的轮边驱动电机的输出轴上，所述的外球笼和所述的
轮毂相连，所述的传动轴连接在内球笼和轮毂之间，轮毂通过轴承和所述的立
柱过盈安装，轮毂上通过螺栓固定有制动盘，立柱上通过螺栓固定有卡钳，所
述的汽车单轮上的轮辋通过螺栓和所述的轮毂相连。连接牢固，能更好地将轮
边驱动电机的动力传递给汽车单轮，汽车单轮的驱动更精确、更可靠。
作为优选，所述的转向架和所述的传动机构之间设有减震导向机构。减震
导向机构在汽车行驶过程中起到上下导向和减震作用。
作为优选，所述的转向架和所述的传动机构之间设有减震导向机构，减震
导向机构包括导向机构和减震器，所述的立柱上设有套筒，套筒内设有防止导
向机构卡死的直线轴承，所述的导向机构的上端和所述的转向架相连，导向机
构的下端伸入到所述的套筒内并和所述的直线轴承相连，所述的减震器的上端
固定在所述的转向架上，减震器的下端通过球铰和所述的立柱相连。导向机构
的下端能在套筒内上下滑动，当车轮颠簸时，整个轮边装置顺着导向机构上下
跳动，通过减震器吸收路面传来的冲击载荷达到减震目的。减震器可采用伸缩
弹簧实现。轮边驱动电机和转向架、传动机构等轮边装置一起置于减震器之上，
属簧上质量，故具有较强的抗震性。
本发明的具备独立转向和轮边驱动的汽车单轮装置的控制方法为：汽车驾
驶室驱动操作机构发出信号控制所述的轮边驱动电机的运转，轮边驱动电机的
输出轴的旋转动力通过所述的传动机构传递给所述的汽车单轮，驱动汽车单轮
旋转；汽车驾驶室转向操作机构发出信号控制所述的转向电机的运转，转向电
机的输出轴的旋转动力带动所述的转向架旋转，转向架、轮边驱动电机、传动
机构及汽车单轮以转向电机的输出轴为旋转轴进行整体旋转；汽车上每个汽车
单轮装置的轮边驱动电机受汽车驾驶室驱动操作机构的独立控制，各个汽车单
轮的驱动力大小及驱动方向能独立进行调整，不同汽车单轮分别进行单独驱动；
汽车上每个汽车单轮装置的转向电机受汽车驾驶室转向操作机构的独立控制，
各个汽车单轮的转向角度能独立进行调整，不同汽车单轮分别进行各自角度单
独转向。本发明实现汽车各个车轮的独立驱动和独立转向，故能精确控制每个
车轮的驱动力，大大提高汽车的操纵稳定性和转向灵活性，每个车轮都是主动
转向，转向半径控制方便，减少交通事故的发生。
作为优选，对于四轮汽车而言，安装有四个所述的汽车单轮装置，所述的
汽车除了能实现普通汽车已有的行驶方式外，还能实现如下三种行驶方式：
蟹行行驶：四个汽车单轮装置的转向电机分别控制自己所属的汽车单轮转
向到和汽车的横轴线平行，四个汽车单轮装置的轮边驱动电机分别驱动自己所
属的汽车单轮顺时针旋转，则实现汽车向右蟹行行驶，或者四个汽车单轮装置
的轮边驱动电机分别驱动自己所属的汽车单轮逆时针旋转，则实现汽车向左蟹
行行驶；
原地转向行驶：四个汽车单轮装置的转向电机分别控制自己所属的汽车单
轮转向，使左前侧汽车单轮、右后侧汽车单轮和汽车的横轴线的夹角分别在0
°～90°之间，左后侧汽车单轮、右前侧汽车单轮和汽车的横轴线的夹角在90
°～180°之间，此时四个汽车单轮装置的轮边驱动电机分别驱动自己所属的汽
车单轮顺时针旋转，则实现汽车顺时针原地转向行驶，或者四个汽车单轮装置
的轮边驱动电机分别驱动自己所属的汽车单轮逆时针旋转，则实现汽车逆时针
原地转向行驶；
斜行行驶：四个汽车单轮装置的转向电机分别控制自己所属的汽车单轮转
向，四个汽车单轮装置的轮边驱动电机分别驱动自己所属的汽车单轮，当四个
汽车单轮和汽车的横轴线的夹角分别在0°～90°之间，左侧两个汽车单轮逆时
针旋转，右侧两个汽车单轮顺时针旋转，则实现汽车向左后方斜行行驶，或者
左侧两个汽车单轮顺时针旋转，右侧两个汽车单轮逆时针旋转，则实现汽车向
右前方斜行行驶；当四个汽车单轮和汽车的横轴线的夹角分别在90°～180°之
间，左侧两个汽车单轮逆时针旋转，右侧两个汽车单轮顺时针旋转，则实现汽
车向右后方斜行行驶，或者左侧两个汽车单轮顺时针旋转，右侧两个汽车单轮
逆时针旋转，则实现汽车向左前方斜行行驶。
本发明既能实现传统汽车的行驶方式，又能实现传统汽车不能实现的行驶
方式，行驶方式多样，行驶灵活，受空间限止少，非常有利于缓解交通堵塞状
况。
本发明的有益效果是：汽车各个车轮能独立驱动，并能独立转向，故能精
确控制每个车轮的驱动力，灵活调整每个车轮的转向角度，大大提高汽车的操
纵稳定性和转向灵活性，减少交通事故的发生。实现传统汽车不能实现的行驶
方式，行驶方式多样，行驶灵活，受空间限止少，有利于缓解交通堵塞状况。
附图说明
图1是本发明具备独立转向和轮边驱动的汽车单轮装置的一种连接结构示
意图。
图2是本发明具备独立转向和轮边驱动的汽车单轮装置中转向架的一种结
构示意图。
图3是安装有四个本发明的汽车单轮装置的汽车处于蟹行状态时的一种俯
视结构示意图。
图4是安装有四个本发明的汽车单轮装置的汽车处于原地转向状态时的一
种俯视结构示意图。
图5是安装有四个本发明的汽车单轮装置的汽车处于斜行状态时的一种俯
视结构示意图。
图中1.转向电机，2.转向架，3.轮边驱动电机，4.汽车单轮，5.汽车车架底
盘，6.法兰盘，7.U形螺杆，8.内球笼，9.传动轴，10.轮毂，11.立柱，12.制
动盘，13.卡钳，14.轮辋，15.导向机构，16.减震器，17.套筒，21.外端上板，
22.内端下板，23.连接板，24.支撑板。
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
实施例：本实施例的具备独立转向和轮边驱动的汽车单轮装置，如图1所
示，包括转向电机1、转向架2、轮边驱动电机3、减震导向机构和汽车单轮4，
转向电机1安装在汽车车架底盘5上，转向电机1的输出轴朝下并穿过汽车车
架底盘，转向架2位于汽车车架底盘5的下方，如图2所示，转向架2包括外
端上板21、内端下板22及连接外端上板和内端下板的连接板23，连接板23呈
倾斜状，转向架2呈台阶状，连接板23和内端下板22之间还连接有三角形支
撑板24，外端上板21上安装有法兰盘6，转向电机1的输出轴和法兰盘6相连，
轮边驱动电机3安装在内端下板22的背面，轮边驱动电机3的前端(即轮边驱
动电机靠近其输出轴的部位)通过螺栓和内端下板22相固定，轮边驱动电机3
的后端外周包围有U形螺杆7，U形螺杆7的两端固定在内端下板22上。转向
架2还通过推力球轴承、双列调心球轴承及深沟球轴承和汽车车架底盘5相连。
轮边驱动电机3的输出轴和汽车单轮4之间连接有传动机构，传动机构包括内
球笼8、外球笼、传动轴9、轮毂10和立柱11，轮边驱动电机3的输出轴通过
花键与内球笼8配合，轮毂10通过螺栓和汽车单轮4上的轮辋14相连，外球
笼和轮毂10相连，传动轴9连接在内球笼8和轮毂10之间，呈悬浮安装状态，
轮毂10通过轴承和立柱11过盈安装，轮毂10上通过螺栓固定有制动盘12，立
柱11上通过螺栓固定有卡钳13。转向架2和传动机构之间安装有减震导向机构，
减震导向机构包括导向机构15和减震器16，立柱11上安装有套筒17，套筒17
内有防止导向机构卡死的直线轴承，导向机构15的上端和转向架2的外端上板
21相连，导向机构15的下端伸入到套筒17内并和直线轴承相连，导向机构的
下端能在套筒内上下滑动，减震器16采用拉伸弹簧，弹簧的上端固定在转向架
2的外端上板21上，弹簧的下端通过球铰和立柱11相连。
上述具备独立转向和轮边驱动的汽车单轮装置的控制方法为：
汽车驾驶室驱动操作机构发出信号控制轮边驱动电机3的运转，轮边驱动
电机3的输出轴的旋转动力通过传动机构传递给汽车单轮4，驱动汽车单轮4旋
转；汽车驾驶室转向操作机构发出信号控制转向电机1的运转，转向电机1的
输出轴的旋转动力带动转向架2旋转，转向架2、轮边驱动电机3、传动机构及
汽车单轮4成为一体以转向电机1的输出轴为旋转轴进行整体旋转；汽车上每
个汽车单轮装置的轮边驱动电机3受汽车驾驶室驱动操作机构的独立控制，各
个汽车单轮4的驱动力大小及驱动方向能独立进行调整，不同汽车单轮4分别
进行单独驱动；汽车上每个汽车单轮装置的转向电机1受汽车驾驶室转向操作
机构的独立控制，各个汽车单轮4的转向角度能独立进行调整，不同汽车单轮4
分别进行各自角度单独转向；
对于四轮汽车而言，安装有四个汽车单轮装置，汽车除了能实现普通汽车
已有的行驶方式外，还能实现如下三种行驶方式：
蟹行行驶：如图3所示，四个汽车单轮装置的转向电机1分别控制自己所
属的汽车单轮4转向到和汽车的横轴线平行，当四个汽车单轮装置的轮边驱动
电机3分别驱动自己所属的汽车单轮4顺时针旋转时，则实现汽车向右蟹行行
驶；当四个汽车单轮装置的轮边驱动电机3分别驱动自己所属的汽车单轮4逆
时针旋转，则实现汽车向左蟹行行驶；
原地转向行驶：如图4所示，四个汽车单轮装置的转向电机1分别控制自
己所属的汽车单轮4转向，使左前侧汽车单轮、右后侧汽车单轮和汽车的横轴
线的夹角分别在0°～90°之间，左后侧汽车单轮、右前侧汽车单轮和汽车的横
轴线的夹角在90°～180°之间，当四个汽车单轮装置的轮边驱动电机3分别驱
动自己所属的汽车单轮4顺时针旋转，则实现汽车顺时针原地转向行驶，当四
个汽车单轮装置的轮边驱动电机3分别驱动自己所属的汽车单轮4逆时针旋转，
则实现汽车逆时针原地转向行驶；
斜行行驶：如图5所示，四个汽车单轮装置的转向电机1分别控制自己所
属的汽车单轮4转向，四个汽车单轮装置的轮边驱动电机3分别驱动自己所属
的汽车单轮4，分两种方式：
第一种方式，四个汽车单轮和汽车的横轴线的夹角分别在0°～90°之间，
当左侧两个汽车单轮逆时针旋转，右侧两个汽车单轮顺时针旋转时，则实现汽
车向左后方斜行行驶；当左侧两个汽车单轮顺时针旋转，右侧两个汽车单轮逆
时针旋转时，则实现汽车向右前方斜行行驶；
第二种方式，四个汽车单轮和汽车的横轴线的夹角分别在90°～180°之
间，当左侧两个汽车单轮逆时针旋转，右侧两个汽车单轮顺时针旋转时，则实
现汽车向右后方斜行行驶；当左侧两个汽车单轮顺时针旋转，右侧两个汽车单
轮逆时针旋转，则实现汽车向左前方斜行行驶。
配置了本发明汽车单轮装置的车辆在行驶过程中，轮边驱动电机通过传动
机构给车轮提供驱动力，不同车轮的驱动力大小可独自调整。转向电机提供转
向动力，当进行转向时，以转向架为转向核心，转向电机拖动转向架带动轮边
驱动电机、传动机构、减震导向机构及汽车单轮构成的整个轮边装置进行整体
旋转，每个转向电机控制的转向架及轮边装置所转的角度都不一样，以此来满
足整车在行驶及操控上的不同要求。当车轮颠簸时，整个轮边装置顺着导向机
构上下跳动，通过弹簧吸收路面传来的冲击载荷达到减震目的。
本发明为车辆多轮独立驱动及独立转向的行驶方案提供了结构基础，配置
了本发明汽车单轮装置的车辆可实现斜行、蟹行、原地转向等多种行驶模式，
对提高汽车行驶稳定性和转向灵活性具有积极意义，在一定程度上能大大缓解
交通堵塞状况。
本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其
他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是具有与本申请
相同或相近似的技术方案，均落在本申请的保护范围之内。