CN101767616B - 一种高机动性车辆 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高机动性车辆，包括底盘、设于底盘下车轮、以及驱动车轮前进的行走驱动机构和驱动车轮转向的转向驱动机构。其中，所述底盘分为三节、车轮具有四对，其中，第一节底盘和第二节底盘前端铰接，第三节底盘与第二节底盘后端铰接，在第一节底盘和第二节底盘之间以及第二节底盘和第三节底盘之间设有使第一节底盘、第三节底盘可分别相对第二节底盘摆动的变角驱动机构；一对车轮位于第一节底盘的前端、两对车轮分别位于第二节底盘的前后端、第四对车轮位于第三节底盘的后端。该车辆可以完成越障、跨沟、爬楼梯、上陡坡等一些动作，具有高机动性的优点。

Description

一种高机动性车辆

技术领域

本发明涉及车辆，尤其涉及一种具有很强的越障、跨沟、爬楼梯、上陡坡能力的高机动性车辆。

背景技术

机动能力在很大程度上取决于车辆底盘的机动性，因此车辆底盘必须有较高的车速、较大的爬坡度、更大的载重量、较好的稳定性、可靠的制动性能、良好的道路适应性，并具有较强的越野能力，以适应各种使用环境和条件。

提高车辆的机动性、使车辆具有越障、跨沟、爬楼梯、上陡坡性能一直以来是车辆设计者、制造者孜孜不倦追求的目标。但是，现有的车辆，即使是机动性能比较好的越野车也仅能在路况不是太复杂的道路上行走，还无法做到可以越障、跨沟、爬楼梯、上陡坡。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种可以越障、跨沟、爬楼梯、上陡坡的高机动性车辆，以克服现有技术存在的不足。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下的技术方案：

一种高机动性车辆，包括底盘、设于底盘下车轮、以及驱动车轮前进的行走驱动机构和驱动车轮转向的转向驱动机构，其特征在于：所述底盘分为三节、车轮具有四对，其中，第一节底盘和第二节底盘前端铰接，第三节底盘与第二节底盘后端铰接，在第一节底盘和第二节底盘之间以及第二节底盘和第三节底盘之间设有使第一节底盘、第三节底盘可分别相对第二节底盘摆动的变角驱动机构；一对车轮位于第一节底盘的前端、两对车轮分别位于第二节底盘的前后端、第四对车轮位于第三节底盘的后端。

所述行走驱动机构、转向驱动机构、变角驱动机构由程控装置进行自动控制。

所述行走驱动机构包括前直流电机、后直流电机、四个内置小电机，前直流电机设于第一节底盘下用于驱动第一节底盘的一对车轮；后直流电机设于第三节底盘下用于驱动第三节底盘的一对车轮，所述四个内置小电机分别设于第二节底盘下的四个车轮上用于驱动该四个车轮。

所述转向驱动机构包括分别设于第一节底盘和第三节底盘下的前转向舵机、后转向舵机，通过齿轮机构分别驱动该第一节底盘和第三节底盘下的两对车轮转向。

所述变角驱动机构包括分别设于第二节底盘下前、后端的前变角舵机、后变角舵机，通过齿轮机构驱动第一节底盘或第三节底盘相对第二节底盘摆动。

所述齿轮机构由相互啮合的小齿轮和扇形齿轮构成。

另外，为了保持车辆在越障、跨沟、爬楼梯、上陡坡过程中，位于其上的承载物保持平衡，所述在第二节底盘上设有承载平台，该承载平台和第二节底盘之间设有控制承载平台保持平衡的平衡自纠机构。

所述平衡自纠机构包括四个固定在第二节底盘上的四个平衡舵机，四根分别连接四个平衡舵机且支撑住承载平台的支撑杆，设于承载平台上的陀螺仪，陀螺仪将偏斜信号传递给程控装置，由程控装置控制四个平衡舵机驱动支撑杆将承载平台恢复平衡。

所述程控装置为单片机。

采用上述技术方案，本发明的高机动性车辆可以完成越障、跨沟、爬楼梯、上陡坡等一些动作，具有高机动性，并且还能够在运动过程中做到始终保持车辆上承载物的平衡。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明

图1为本发明的车辆结构示意图。

图2为图1的仰视图；

图3为本发明的车辆的控制原理图；

图4为本发明的车辆上坡示意图；

图5为本发明的车辆下坡示意图；

图6为本发明的车辆位于水平面示意图；

图7为本发明的车辆的前轮、后轮翘起时示意图；

图8为本发明的车辆上楼梯第1阶段示意图；

图9为本发明的车辆上楼梯第2阶段示意图；

图10为本发明的车辆上楼梯第3阶段示意图；

图11为本发明的车辆上楼梯第4阶段示意图；

图12为本发明的车辆上楼梯第5阶段示意图。

具体实施方式

如图1、图2所示，本实用新型高机动性车辆，包括底盘100、设于底盘下车轮200、行走驱动机构、转向驱动机构，变角驱动机构，平衡自纠机构，承载平台700。

其中底盘100分割成三节，分别是第一节底盘101、第二节底盘102、第三节底盘103，车轮200一共具有4对。第一节底盘101和第二节底盘102前端铰接，第三节底盘103与第二节底盘102后端铰接。一对车轮位于第一节底盘的前端、两对车轮分别位于第二节底盘102的前后端、第四对车轮位于第三节底盘103的后端。

行走驱动机构包括前直流电机301、后直流电机302、四个内置小电机303，前直流电机301设于第一节底盘101下用于驱动第一节底盘101的一对车轮；后直流电机302设于第三节底盘103下用于驱动第三节底盘的一对车轮，四个内置小电机303分别设于第二节底盘202下的四个车轮上用于驱动该四个车轮。

转向驱动机构包括分别设于第一节底盘101和第三节底盘103下的前转向舵机401、后转向舵机402，通过齿轮机构分别驱动该第一节底盘101和第三节底盘103下的两对车轮转向。这里的齿轮机构为相互啮合的小齿轮和扇形齿轮，小齿轮分别连接在前转向舵机401和后转向舵机402上，扇形齿轮为扇形齿轮，分别与第一节底盘101和第三节底盘103下的一对车轮连接。

变角驱动机构包括前变角舵机501和后变角舵机502，分别设于第二节底盘102下的前、后端。前变角舵机501和后变角舵机502分别通过齿轮机构驱动第一节底盘101或第三节底盘103相对第二节底盘102摆动。这里的齿轮机构也为相互啮合的小齿轮和扇形齿轮，小齿轮分别连接在前变角舵机501和后变角舵机502，扇形齿轮为1/4扇形齿轮，分别固定在第一节底盘101和第三节底盘103上。

承载平台位于第二节底盘102上，其上可以设置驾驶室或者是座位或者是载货斗。平衡自纠机构位于第二节底盘102和承载平台700之间，通过平衡自纠机构的平衡自纠功能，可以保持车辆在越障、跨沟、爬楼梯、上陡坡过程中，使承载平台始终保持水平，不产生颠簸震动。具体地，平衡自纠机构包括四个平衡舵机601，四根支撑杆602，一个陀螺仪603。陀螺仪603设置在承载平台700上、四个平衡舵机601设置在第二节底盘102上，四根支撑杆602下端分别连接四个平衡舵机601，上端连接承载平台700，对承载平台700进行支撑。

上述行走驱动机构、转向驱动机构、变角驱动机构、平衡自纠机构均由程控装置进行自动控制。具体地，程控装置是单片机800。

如图3所示，陀螺仪603连接单片机800的一个输入端，单片机800一个输出端连接舵机控制器，舵机控制器再分别连接四个平衡舵机601以及前、后转向舵机401、402、前、后变角舵机501、502。另外，单片机800还通过6个输出端分别连接前直流电机301、后直流电机302以及四个内置小电机303。

在这里，陀螺仪603是一种用来感测与维持方向的装置，基于角动能不灭的理论设计出来的。陀螺仪603主要是由一个位于轴心可以旋转的轮子构成。陀螺仪603一旦开始旋转，由于轮子的角动能，陀螺仪有抗拒方向改变的趋向。由于它的两个基本特性：一为定轴性(inertia orrigidity)，另一是逆动性(precession)，这两种特性都是建立在角动量守恒的原则下。

陀螺仪603大量地采集并有效地处理随机振动数据，根据陀螺仪603的判定，以驱动四个平衡舵机，保持中间承载平台70正负30度范围内自动保持水平。

以上就是本发明的高机动性车辆的结构，当然，上述各种电机、舵机作为动力装置，根据需要更换成发动机或液压马达或液压油缸等其它动力装置，以适合不同的车辆。

为了能够说明本发明的高机动性车辆可以完成越障、跨沟、爬楼梯、上陡坡等一些动作下面通过一系列的试验予以证明：

1、机动性验证：

1)、车辆上斜坡时，如图4所示，首先抬起前轮和后轮(即第一节底盘和第三节底盘下的两对车轮，下同)，设坡角最大角度为30度角。所以上抬角度要大于等于30度。设坡角为θ，那么如图，前驱动轮和后驱动轮(即第二节底盘上的两对车轮，下同)受摩擦力分别为f₂，f₃。并且受牵引力F作用，则竖直方向上F₂×cosθ+F₃+F×sinθ＝G+f₂×sinθ，水平方向上，。即F×cosθ≥F₂×sinθ+f₃+f₂×cosθ，车辆可以驶上斜坡。

2)、车辆下斜坡时，如图5所示，前驱动轮和后驱动轮受摩擦力为f，并且受牵引力F作用。竖直方向上F₂×cosθ+F₃×cosθ+f×sinθ＝G+F×sinθ。水平方向上，即F×cosθ+F₃×sinθ+F₂×sinθ≥f×cosθ，车辆可以驶下斜坡。

3)、上台阶

如图6所示，将一重为G的物体放在摩擦系数为μ的水平面上，那么根据力平衡原理，物体收到地面给它的四个力：分别为F₁，F₂，F₃，F₄。四个力大小之和与重力相同，即F₁+F₂+F₃+F₄＝G(是标量相等)，方向相反。

当车辆运动上台阶时，首先翘起前轮和后轮，如图7所示。此时竖直方向上只有F₂，F₃，G三个力，且F₂+F₃＝G。另外前驱动轮和后驱动轮受到摩擦力f以及车辆发动机的牵引力F，f方向与水平推力F相反，当F＜＝Gμ时，F＝f，物体保持静止，当F＞Gμ时，f＝Gμ，两者合力提供加速度，车辆开始运动。

车辆向前运动，直至前轮迈上第一级台阶，此时放低前轮(如图8)以前轮与台阶的接触点A为支点抬高前驱动轮。此时竖直方向上F₁+F₃＝G，水平方向上前轮和后驱动轮分别受到摩擦力f₁，f₃。且f₁＝f₃。达到图9状态后开动车辆，以后驱动轮提供的牵引力向前运动，直至前驱动轮驶上台阶。在这个过程中竖直方向上F₁+F₃＝G，后驱动轮牵引力F与前轮和后驱动轮所受摩擦力的合力提供加速度。当F＜＝Gμ时，F＝f，物体保持静止或匀速直线运动，当F＞Gμ时，f＝Gμ，车辆开始运动。即F合＝F-f₁-f₃+(-f₄)。(后轮上可能有摩擦力。)

如图10所示，车辆以后轮与台阶的接触点为支点。开始上抬后驱动轮，使其与台阶处于同一平面。竖直方向上F₁+F₂+F₄＝G，水平方向上前轮、前驱动轮和后轮分别受到摩擦力f₁，f₂，f₄作用。且f₁+f₂＝f₄，使车辆不发生水平位移。并且抬高前轮到第二级台阶高度，如图11所示。F₂+F₄＝G。

如图12，抬高后轮，并开启发动机，使车辆运动。竖直方向上F₂+F₃＝G。发动机牵引力F与前驱动轮和后驱动轮所受摩擦力的合力提供加速度。当F＜＝Gμ时，F＝f，物体保持静止或匀速直线运动，当F＞Gμ时，f＝Gμ，车辆开始运动。即F合＝F-f₁-f₃。如此往复，就可以完成上台阶的运动。

同样，利用与上台阶同样的方法，还可以越障、跨沟。

通过上述验证可以发现，本发明的高机动性车辆具有高机动性的特点，具有很强的越障、跨沟、爬楼梯、上陡坡能力。

通过上述详细描述可以发现，本发明的高机动性车辆具有高机动性的特点，具有很强的越障、跨沟、爬楼梯、上陡坡能力，并且在运动过程中能够做到始终保持车辆上承载物的平衡，具有减小颠簸震动的优点。

但是，本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求范围。

Claims (4)

1.一种高机动性车辆，包括底盘、设于底盘下车轮、以及驱动车轮前进的行走驱动机构和驱动车轮转向的转向驱动机构，其特征在于：所述底盘分为三节、车轮具有四对，其中，第一节底盘和第二节底盘前端铰接，第三节底盘与第二节底盘后端铰接，在第一节底盘和第二节底盘之间以及第二节底盘和第三节底盘之间设有使第一节底盘、第三节底盘可分别相对第二节底盘摆动的变角驱动机构；一对车轮位于第一节底盘的前端、两对车轮分别位于第二节底盘的前后端、第四对车轮位于第三节底盘的后端；

所述行走驱动机构、转向驱动机构、变角驱动机构由程控装置进行自动控制；

所述行走驱动机构包括前直流电机、后直流电机、四个内置小电机，前直流电机设于第一节底盘下用于驱动第一节底盘的一对车轮；后直流电机设于第三节底盘下用于驱动第三节底盘的第四对车轮，所述四个内置小电机分别设于第二节底盘下的四个车轮上用于驱动该四个车轮；

所述转向驱动机构包括设于第一节底盘下的前转向舵机和设于第三节底盘下的后转向舵机，所述前转向舵机通过齿轮机构驱动第一节底盘下的一对车轮转向，所述后转向舵机通过齿轮机构驱动第三节底盘下的第四对车轮转向；

所述变角驱动机构包括分别设于第二节底盘下前、后端的前变角舵机、后变角舵机，通过齿轮机构驱动第一节底盘或第三节底盘相对第二节底盘摆动。

2.根据权利要求1所述的高机动性车辆，其特征在于：所述齿轮机构由相互啮合的小齿轮和扇形齿轮构成。

3.根据权利要求1所述的高机动性车辆，其特征在于：所述第二节底盘上设有承载平台，该承载平台和第二节底盘之间设有控制承载平台保持 平衡的平衡自纠机构；

所述平衡自纠机构包括固定在第二节底盘上的四个平衡舵机，四根分别连接四个平衡舵机且支撑住承载平台的支撑杆，设于承载平台上的陀螺仪，陀螺仪将偏斜信号传递给程控装置，由程控装置控制四个平衡舵机驱动支撑杆将承载平台恢复平衡。

4.根据权利要求1或3所述的高机动性车辆，其特征在于：所述程控装置为单片机。 

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