CN102910203A - 可变安装高度的轮式差速驱动转向装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可变安装高度的轮式差速驱动转向装置。该驱动转向装置包含升降模块、减震模块、驱动轮模块、载荷检测传感器和控制系统。控制系统由车辆行驶所需的最小驱动力计算驱动转向装置所应承受的最佳载荷，通过升降模块主动调节驱动轮与地面接触的压紧程度，通过减震模块在车辆行驶过程中保持该压紧程度，从而使驱动转向装置能够获得并保持该最佳承载，既避免因承载过大而引起的电机转矩不足，又避免因承载过小而引起的驱动轮打滑。该装置可在相同整车载荷条件下显著降低对电机功率和电池容量的要求，提高电动车辆的带负载能力。

Description

可变安装高度的轮式差速驱动转向装置

技术领域

本发明涉及一种可用于轮式电动车辆的的驱动装置，具体是一种可变安装高度的轮式差速驱动转向装置，属于自动化输送装备领域。

背景技术

轮式电动车辆通常以车载电池提供运行能源，以电机驱动车轮带动车辆行驶。相对于通过燃烧产生能量的各种燃料，电池具有较低的能量密度。为了驱动轮式车辆在一定的作业时间内输送一定的负载对象，电动车辆一般需要携带由多块电池组成的电池组，以提供足够的瞬时放电电流和较长的供电时间。然而，电池数目的增加同时也增加了电动车辆的自重，降低了电动车辆的带负载能力，增加了驱动电能的消耗，降低了电动车辆的续航能力，这是通过车载电池供电的电动车辆——无论是有人驾驶的电动汽车还是无人驾驶的自动导引车——普遍面临的一个问题。

对于像电动汽车一类的应用，人们正努力研究采用燃料和电池共同驱动的混合动力、具有更高能量密度的新型电池、具有更快充电效率的充电方法等，以解决电动车辆的供电能力不足问题。对于像自动导引车一类的应用，由于在结构化环境中的作业流程相对固定，充电时间和地点的安排较为容易；且对于自动化输送装备，除了上述解决方法，还可以通过驱动装置的智能化改进来提高电能利用效率。

ZL200620028342.5公开的“自动引导车的驱动/转向机构”，通过一个转向定位机构将电机与减速机驱动连接，减速机的输出端驱动连接一个通轴，采用电磁离合器将两个驱动轮与该通轴的两端进行离合式的驱动连接。该装置可将常用差速驱动方式所需的两台驱动电机减小为一台，有利于驱动转向机构的同步控制。然而，通过摩擦方式驱动车轮转动，不仅难以精确控制驱动轮的转速和位移，而且将大量电能通过摩擦转化为热能，大大降低了电能利用效率。

ZL 201010228787.9公开的“可分式差速驱动装置及其全方位移动自动导引车”，其上转盘固定于车体，通过止推轴承与下转盘同轴装配，上转盘安装有角度传感器和电磁离合器，下转盘安装有导引传感器和车载控制器，以及两套包含电机驱动器、电机制动器、伺服电机、旋转编码器、减速机和驱动轮的轮式移动装置。该装置具有结构简单、承载量大、控制精确和运行平稳等优点，然而，也未能考虑通过驱动装置的优化来提高电能利用效率。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种驱动装置的结构优化和智能化控制的技术方案，通过调整安装高度使轮式电动车辆的驱动转向装置能够获得并保持最佳承载状态，既避免因承载过大而引起的电机转矩不足，又避免因承载过小而引起的驱动轮打滑，在相同整车载荷条件下显著降低对电机功率和电池容量的要求，提高电动车辆的带负载能力。

本发明公开的一种可变安装高度的轮式差速驱动转向装置，包含升降模块、减震模块、驱动轮模块、载荷检测传感器和控制系统；通过具有预压力的减震模块可实现一种自适应承载的被动缓冲过程，以适应载荷瞬时、小范围地变化；通过载荷检测传感器检测驱动转向装置所承受的实际载荷，控制系统根据最佳载荷范围，通过升降模块重新设置减震模块的预压力，进而改变驱动轮与地面接触的压紧程度，主动调节驱动轮模块的承载，构成一种自适应承载的主动控制过程，以适应载荷长时间、大范围地变化。

本发明采用的技术方案是：

一种可变安装高度的轮式差速驱动转向装置，其特征在于包含：

一升降模块，包括上承载板、中承载板以及连接在上承载板和中承载板之间的高度调节装置，该高度调节装置包括一设置在所述的中承载板上的电动推杆；

一减震模块，包括下承载板以及设置在下承载板与中承载板之间的弹性缓冲装置，在所述的下承载板上还设置有一推力轴承；

一驱动轮模块，包括驱动轮底盘以及设置在驱动轮底盘上的第一驱动轮和第二驱动轮，其中第一驱动轮与一第一驱动轮电机输出端连接，第二驱动轮与一第二驱动轮电机输出端连接，在所述的驱动轮底盘上还设置有一垂直转轴，该垂直转轴与所述的推力轴承连接；在所述的第一驱动轮电机上设置有用于检测第一驱动轮扭矩的第一扭矩传感器和用于检测第一驱动轮转速的第一速度传感器，在所述的第二驱动轮电机上设置有用于检测第二驱动轮扭矩的第二扭矩传感器和用于检测第二驱动轮转速的第二速度传感器；

一载荷检测传感器，设置在所述的上承载板上；

一角度传感器，包括传感器本体以及传感器转轴，所述的传感器本体设置在下承载板上，所述的传感器转轴设置在垂直转轴上；

和一控制系统，该控制系统接收所述的载荷检测传感器检测的载荷信号、第一扭矩传感器的扭矩信号、第二扭矩传感器的扭矩信号，并通过电动推杆控制所述的高度调节装置调节所述的上承载板和中承载板之间的高度；接收所述的角度传感器检测的角度信号、第一速度传感器的速度信号以及第二速度传感器的速度信号，用于控制第一驱动轮电机的输出速度和第二驱动轮电机的输出速度。

在所述的上承载板和中承载板之间的的高度调节装置包括第一交叉连杆、第二交叉连杆、第三交叉连杆、第四交叉连杆、第一水平连杆、第二水平连杆、第三水平连杆、第四水平连杆、第五水平连杆、电动推杆和水平滑块；所述的第一水平连杆和第四水平连杆设置在所述的上承载板的两侧，在设置有第四水平连杆的一侧上承载板上开设有腰型孔，所述的第四水平连杆设置在腰型孔内；所述的第二水平连杆和第五水平连杆设置在所述的中承载板的两侧，在设置有第五水平连杆的一侧中承载板上开设有腰型孔，所述的第五水平连杆设置在腰型孔内；所述第一交叉连杆的两端分别与所述的第一水平连杆和第五水平连杆的一端连接；所述第二交叉连杆的两端分别与所述的第二水平连杆和第四水平连杆的一端连接；所述第三交叉连杆的两端分别分别与所述的第二水平连杆和第四水平连杆的另一端连接；所述第四交叉连杆的两端分别与所述的第一水平连杆和第五水平连杆的另一端连接；所述的第一交叉连杆和第二交叉连杆的中部连接在所述的第三水平连杆的一端，所述的第三交叉连杆和第四交叉连杆的中部连接在所述的第三水平连杆的另一端；所述的水平滑块的后端连接在所述的电动推杆的输出端上，水平滑块的前端连接在所述的第五水平连杆上。

在所述的下承载板与中承载板之间的弹性缓冲装置包括第五交叉连杆、第六交叉连杆、第七交叉连杆、第八交叉连杆、第六水平连杆、第七水平连杆、第八水平连杆、第九水平连杆、第十水平连杆，所述的第六水平连杆和第九水平连杆设置在所述的中承载板的两侧，在设置有第九水平连杆的一侧中承载板上开设有腰型孔，所述的第九水平连杆设置在腰型孔内；所述的第七水平连杆和第十水平连杆设置在所述的下承载板的两侧，在设置有第十水平连杆的一侧下承载板上开设有腰型孔，所述的第十水平连杆设置在腰型孔内；所述第五交叉连杆的两端分别与所述的第六水平连杆和第十水平连杆的一端连接；所述第六交叉连杆的两端分别与所述的第七水平连杆和第九水平连杆的一端连接；所述第七交叉连杆的两端分别分别与所述的第七水平连杆和第九水平连杆的另一端连接；所述第八交叉连杆的两端分别与所述的第六水平连杆和第十水平连杆的另一端连接；所述的第五交叉连杆和第六交叉连杆的中部连接在所述的第八水平连杆的一端，所述的第七交叉连杆和第八交叉连杆的中部连接在所述的第八水平连杆的另一端。

在所述的下承载板与中承载板之间的弹性缓冲装置还包括第一导向支柱、第二导向支柱、第一减震弹簧和第二减震弹簧，所述的第一导向支柱和第二导向支柱的顶端与中承载板的下表面具有一定缓冲距离                                                

，所述的第一减震弹簧套在所述的第一导向支柱上，所述的第二减震弹簧套在所述的第二导向支柱上，所述的第一减震弹簧和第二减震弹簧的上、下两端面分别与中承载板的下表面、下承载板的上表面连接。

所述的控制系统具有如下的系统组成：通过电连接方式接收载荷检测传感器检测的驱动转向装置承载量信号、电动推杆所附的位移传感器检测的推杆水平位移信号、角度传感器检测的驱动轮模块与减震模块之间的旋转角度信号、第一驱动轮电机所附的扭矩传感器检测的第一驱动轮的力矩信号、第一驱动轮电机所附的速度传感器检测的第一驱动轮的速度信号、第二驱动轮电机所附的扭矩传感器检测的第二驱动轮的力矩信号、第二驱动轮电机所附的速度传感器检测的第二驱动轮的速度信号；根据自适应承载控制方法，通过电连接方式输出行程指令给电动推杆，通过电动推杆推拉水平滑块，调节第五水平连杆在中承载板的腰型孔中的位置，改变升降模块的升降位移；根据自适应驱动控制方法，通过电连接方式输出驱动指令给第一驱动轮电机和第二驱动轮电机，分别控制第一驱动轮和第二驱动轮的速度。

所述的升降模块具有如下的功能：当电动推杆向右推动水平滑块运动时，第五水平连杆相对于中承载板向右滑动；第一交叉连杆和第二交叉连杆之间的夹角减小，第四水平连杆相对于上承载板向右滑动，中承载板相对于上承载板产生上升运动，通过减震模块减小驱动轮与地面接触的压紧程度；反之，电动推杆向左拉动水平滑块运动时，第五水平连杆相对于中承载板向左滑动，中承载板相对于上承载板产生下降运动，通过减震模块增大驱动轮与地面接触的压紧程度；升降模块的中承载板与车架之间仅有竖直平面内的升降运动。

所述的减震模块具有如下的功能：在正常工作条件下，减震模块需要承受一定的预压力，该预压力通过升降模块产生，中承载板相对于上承载板进行下降运动时，下承载板带动驱动轮模块向下运动，由于地面的支撑作用限制了向下运动行程，下承载板与中承载板之间的距离减小，第一减震弹簧和第二减震弹簧处于受压状态，第九水平连杆位于中承载板的腰型孔的中间位置，第十水平连杆位于下承载板的腰型孔的中间位置，第一减震弹簧和第二减震弹簧作用于下承载板的正压力即为驱动轮模块所承受的载荷。

所述的驱动轮模块具有如下的功能：第一驱动轮电机通过第一小链轮和第一大链轮带动第一驱动轮产生旋转运动，旋转的速度和方向由第一驱动轮电机控制；第二驱动轮电机通过第二小链轮和第二大链轮带动第二驱动轮产生旋转运动，旋转的速度和方向由第二驱动轮电机控制；当第一驱动轮和第二驱动轮的旋转速度相同时，驱动轮模块将产生直线运动轨迹，当第一驱动轮和第二驱动轮的旋转速度不同时，驱动轮模块将产生圆弧运动轨迹；驱动轮模块与减震模块之间仅有水平面内的旋转运动，该旋转角度可由角度传感器测量。

所述的一种自适应承载的被动缓冲过程，其特征在于当轮式车辆沿地面行驶时，若驱动轮所处的局部地表产生凸起，下承载板与中承载板之间的距离更加减小，第一减震弹簧和第二减震弹簧承受更大的压力，驱动轮模块的承载增加，若驱动轮所处的局部地表产生凹陷，在第一减震弹簧和第二减震弹簧回复力的作用下，下承载板与中承载板之间的距离增大，使两驱动轮与地面保持接触，驱动轮模块的承载减小；减震模块与升降模块之间仅有竖直平面内的升降运动。

与轮式电动车辆的现有驱动装置相比，本发明驱动转向装置可以通过电动推杆调节整个装置的高度，并可根据运行工况实时优化装置自身的承载状态，以适应车辆载重的变化、地面凹凸不平的变化、地面摩擦系数的变化、地面坡度的变化等驱动两个驱动轮电机实现差速控制。

附图说明

图1是本发明的可变安装高度的驱动转向装置与车架的连接示意图。

图2是本发明的可变安装高度的驱动转向装置的结构组成图。

图3是本发明的升降模块和减震模块的结构组成图。

图4是本发明的驱动轮模块的结构组成图。

图5是本发明的控制系统的系统组成图。

图6是本发明的驱动转向装置调整承载状态的原理示意图。

图7是采用本发明装置进行自适应承载与驱动的控制流程图。

图中标号名称：1、升降模块；2、减震模块；3、驱动轮模块；4、载荷检测传感器；5、控制系统；6、车架；7、安装承载板；8、上承载板；9、中承载板；10、第一交叉连杆；11、第二交叉连杆；12、第三交叉连杆；13、第四交叉连杆；14、第一水平连杆；15、第二水平连杆；16、第三水平连杆；17、第四水平连杆；18、第五水平连杆；19、电动推杆；20、水平滑块；21、下承载板；22、第五交叉连杆；23、第六交叉连杆；24、第七交叉连杆；25、第八交叉连杆；26、第六水平连杆；27、第七水平连杆；28、第八水平连杆；29、第九水平连杆；30、第十水平连杆；31、第一导向支柱；32、第二导向支柱；33、第一减震弹簧；34、第二减震弹簧；35、推力轴承；36、垂直转轴；37、角度传感器；38、角度传感器支架；39、驱动轮底盘；40、水平心轴；41、第一驱动轮电机；42、第二驱动轮电机；43、第一电机减速器；44、第二电机减速器；45、第一小链轮；46、第二小链轮；47、第一大链轮；48、第二大链轮；49、第一传动链条；50、第二传动链条；51、第一驱动轮；52、第二驱动轮。

具体实施方式

以下根据附图所示的实施例详细说明本发明可变安装高度的驱动转向装置的结构组成与系统控制方法。

参照图1和图5，本发明可变安装高度的驱动转向装置是由升降模块1、减震模块2、驱动轮模块3、载荷检测传感器4和控制系统5组成。

参照图1和图2，本发明可变安装高度的驱动转向装置是通过升降模块1的安装承载板7与车架6连接，安装承载板7覆盖于上承载板8上表面之上且相连为一个整体，并通过螺栓与车架6固定，在安装承载板7与车架6的结合面之间安装有载荷检测传感器4，可检测车架6作用于驱动转向装置的载荷；该载荷先通过安装承载板7和上承载板8作用于升降模块1，再通过中承载板9作用于减震模块2，后通过下承载板21作用于驱动轮模块3，并与驱动轮所受到地面的支撑力相平衡。

参照图2和图3，本发明的升降模块1是由安装承载板7、上承载板8、中承载板9、第一交叉连杆10、第二交叉连杆11、第三交叉连杆12、第四交叉连杆13、第一水平连杆14、第二水平连杆15、第三水平连杆16、第四水平连杆17、第五水平连杆18、电动推杆19和水平滑块20组成；第一水平连杆14分别穿过第一交叉连杆10左端的孔、上承载板8左侧的两个孔、第四交叉连杆13左端的孔，第一水平连杆14的两端通过螺母拧紧，分别在第一交叉连杆10和上承载板8之间形成转动副A，在第四交叉连杆13和上承载板8之间形成转动副B；第二水平连杆15分别穿过第二交叉连杆11左端的孔、中承载板9左侧的两个孔、第三交叉连杆12左端的孔，第二水平连杆15的两端通过螺母拧紧，分别在第二交叉连杆11和中承载板9之间形成转动副C，在第三交叉连杆12和中承载板9之间形成转动副D；第三水平连杆16分别穿过第二交叉连杆11、第一交叉连杆10、第三交叉连杆12和第四交叉连杆13的中间孔，第三水平连杆16的两端通过螺母拧紧，分别在第二交叉连杆11和第一交叉连杆10之间形成转动副E，在第三交叉连杆12和第四交叉连杆13之间形成转动副F；第四水平连杆17分别穿过第二交叉连杆11右端的孔、上承载板8右侧的两个腰形孔、第三交叉连杆12右端的孔，第四水平连杆17的两端通过螺母拧紧，分别在第二交叉连杆11和上承载板8之间形成转动副G，在第三交叉连杆12和上承载板8之间形成转动副H，同时在第四水平连杆17和上承载板8之间形成移动副A；第五水平连杆18分别穿过第一交叉连杆10右端的孔、中承载板9右侧的两个腰形孔、第四交叉连杆13右端的孔，第五水平连杆18的两端通过螺母拧紧，分别在第一交叉连杆10和中承载板9之间形成转动副I，在第四交叉连杆13和中承载板9之间形成转动副J，同时在第五水平连杆18和中承载板9之间形成移动副B；电动推杆19固定在中承载板9的上表面，推杆末端通过水平滑块20与第五水平连杆18相连，推杆的伸缩运动方向与第五水平连杆18在移动副A、B中的滑动方向相同；由转动副A、转动副C、转动副E、转动副G、移动副A、转动副I、移动副B形成的升降机构I，与由转动副B、转动副D、转动副F、转动副H、移动副A、转动副J、移动副B形成的升降机构II是关于驱动转向装置纵向中心线对称的。

参照图2和图3，本发明的减震模块2是由中承载板9、下承载板21、第五交叉连杆22、第六交叉连杆23、第七交叉连杆24、第八交叉连杆25、第六水平连杆26、第七水平连杆27、第八水平连杆28、第九水平连杆29、第十水平连杆30、第一导向支柱31、第二导向支柱32、第一减震弹簧33、第二减震弹簧34、推力轴承35、垂直转轴36、角度传感器37、角度传感器支架38组成；第六水平连杆26分别穿过第五交叉连杆22左端的孔、中承载板9左侧的两个孔、第八交叉连杆25左端的孔，第六水平连杆26的两端通过螺母拧紧，分别在第五交叉连杆22和中承载板9之间形成转动副K，在第八交叉连杆25和中承载板9之间形成转动副L；第七水平连杆27分别穿过第六交叉连杆23左端的孔、下承载板21左侧的两个孔、第七交叉连杆24左端的孔，第七水平连杆27的两端通过螺母拧紧，分别在第六交叉连杆23和下承载板21之间形成转动副M，在第七交叉连杆24和下承载板21之间形成转动副N；第八水平连杆28分别穿过第六交叉连杆23、第五交叉连杆22、第七交叉连杆24和第八交叉连杆25的中间孔，第八水平连杆28的两端通过螺母拧紧，分别在第六交叉连杆23和第五交叉连杆22之间形成转动副O，在第七交叉连杆24和第八交叉连杆25之间形成转动副P；第九水平连杆29分别穿过第六交叉连杆23右端的孔、中承载板9右侧的两个腰形孔、第七交叉连杆24右端的孔，第九水平连杆29的两端通过螺母拧紧，分别在第六交叉连杆23和中承载板9之间形成转动副Q，在第七交叉连杆24和中承载板9之间形成转动副R，同时在第九水平连杆29和中承载板9之间形成移动副C；第十水平连杆30分别穿过第五交叉连杆22右端的孔、下承载板21右侧的两个腰形孔、第八交叉连杆25右端的孔，第十水平连杆30的两端通过螺母拧紧，分别在第五交叉连杆22和下承载板21之间形成转动副S，在第八交叉连杆25和下承载板21之间形成转动副T，同时在第十水平连杆30和下承载板21之间形成移动副D；推力轴承35的外圈与下承载板21固定，位于其下表面的中心，推力轴承35的内圈与垂直转轴36固定；角度传感器37的本体通过角度传感器支架38固定在下承载板21的上表面，角度传感器37的转轴与垂直转轴36固定；第一导向支柱31和第二导向支柱32固定于下承载板21的上表面，且关于下承载板21的中心对称；第一导向支柱31和第二导向支柱32的顶端与中承载板9的下表面具有一定缓冲距离

；第一减震弹簧33套在第一导向支柱31上，第二减震弹簧34套在第二导向支柱32上，这两只弹簧的上、下端面分别与中承载板9的下表面、下承载板21的上表面保持接触；由转动副K、转动副M、转动副O、转动副Q、移动副C、转动副S、移动副D形成的升降机构III，与由转动副L、转动副N、转动副P、转动副R、移动副C、转动副T、移动副D形成的升降机构IV是关于驱动转向装置纵向中心线对称的。

参照图2和图4，本发明的驱动轮模块3是推力轴承35、垂直转轴36、驱动轮底盘39、水平心轴40、第一驱动轮电机41、第二驱动轮电机42、第一电机减速器43、第二电机减速器44、第一小链轮45、第二小链轮46、第一大链轮47、第二大链轮48、第一传动链条49、第二传动链条50、第一驱动轮51、第二驱动轮52组成；垂直转轴36一方面固定在驱动轮底盘39顶面的中心，另一方面与推力轴承35的内圈固定；水平心轴40分别穿过驱动轮底盘39左、右两侧面的孔，并与驱动轮底盘39固定；第一驱动轮51的轮毂内孔安装有滚动轴承A，通过滚动轴承A的内圈支承在水平心轴40的左侧伸出端，第一驱动轮51的轮毂端面与第一大链轮47的端面结合并固定，第一大链轮47的内孔穿过水平心轴40的左侧伸出端且不接触，第一驱动轮电机41与第一电机减速器43连接固定，第一电机减速器43固定在驱动轮底盘39左侧面的腰形孔中，第一小链轮45通过键A固定在第一电机减速器43的输出轴上，第一小链轮45和第一大链轮47通过第一传动链条49相连；第二驱动轮52的轮毂内孔安装有滚动轴承B，通过滚动轴承B的内圈支承在水平心轴40的右侧伸出端，第二驱动轮52的轮毂端面与第二大链轮48的端面结合并固定，第二大链轮48的内孔穿过水平心轴40的右侧伸出端且不接触，第二驱动轮电机42与第二电机减速器44连接固定，第二电机减速器44固定在驱动轮底盘39右侧面的腰形孔中，第二小链轮46通过键B固定在第二电机减速器44的输出轴上，第二小链轮46和第二大链轮48通过第二传动链条50相连。

参照图5，本发明的控制系统5具有如下的系统组成：通过电连接方式接收载荷检测传感器4检测的驱动转向装置承载量信号、电动推杆19所附的位移传感器检测的推杆水平位移信号、角度传感器37检测的驱动轮模块3与减震模块2之间的旋转角度信号、第一驱动轮电机41所附的扭矩传感器检测的第一驱动轮51的力矩信号、第一驱动轮电机41所附的速度传感器检测的第一驱动轮51的速度信号、第二驱动轮电机42所附的扭矩传感器检测的第二驱动轮52的力矩信号、第二驱动轮电机42所附的速度传感器检测的第二驱动轮52的速度信号；根据自适应承载控制方法，通过电连接方式输出行程指令给电动推杆19，通过电动推杆19推拉水平滑块20，调节第五水平连杆18在移动副B中的位置，改变升降模块1的升降位移；根据自适应驱动控制方法，通过电连接方式输出驱动指令给第一驱动轮电机41和第二驱动轮电机42，分别控制第一驱动轮51和第二驱动轮52的速度。

参照图2、图3和图6，本发明的升降模块1具有如下的功能：当电动推杆19向右推动水平滑块20运动时，第五水平连杆18在移动副B中相对于中承载板9向右滑动；转动副I、转动副A的夹角减小，第一交叉连杆10和第二交叉连杆11之间的夹角

减小，转动副C、转动副G的夹角减小，第四水平连杆17在移动副A中相对于上承载板8向右滑动，中承载板9相对于上承载板8产生上升运动，通过减震模块2减小驱动轮与地面接触的压紧程度；反之，电动推杆19向左拉动水平滑块20运动时，第五水平连杆18在移动副B中相对于中承载板9向左滑动，中承载板9相对于上承载板8产生下降运动，通过减震模块2增大驱动轮与地面接触的压紧程度；升降机构I和升降机构II是由于电动推杆19主动的水平运动而产生中承载板9相对于上承载板8的升降运动；升降模块1的中承载板9与车架6之间仅有竖直平面内的升降运动。

注意：在图3所示的升降模块1的结构组成中，由转动副A、转动副C、转动副E、转动副G、移动副A、转动副I、移动副B形成的升降机构I，与由转动副B、转动副D、转动副F、转动副H、移动副A、转动副J、移动副B形成的升降机构II是关于驱动转向装置纵向中心线对称的；而在图6所示的承载状态调整中，为了简化原理图的表达，仅描绘了由转动副A、转动副C、转动副E、转动副G、移动副A、转动副I、移动副B形成的升降机构I的运动过程。

参照图2、图3和图6，本发明的减震模块2具有如下的功能：在正常工作条件下，减震模块2需要承受一定的预压力，该预压力通过升降模块1产生，中承载板9相对于上承载板8进行下降运动时，下承载板21带动驱动轮模块3向下运动，由于地面的支撑作用限制了向下运动行程，下承载板21与中承载板9之间的距离减小，第一减震弹簧33和第二减震弹簧34处于受压状态，第九水平连杆29位于移动副C的中间位置，第十水平连杆30位于移动副D的中间位置，第一减震弹簧33和第二减震弹簧34作用于下承载板21的正压力即为驱动轮模块3所承受的载荷；升降机构III和升降机构IV是由于下承载板21相对于中承载板9的升降运动而产生移动副C和移动副D的水平运动。

注意：在图3所示的减震模块2的结构组成中，由转动副K、转动副M、转动副O、转动副Q、移动副C、转动副S、移动副D形成的升降机构III，与由转动副L、转动副N、转动副P、转动副R、移动副C、转动副T、移动副D形成的升降机构IV是关于驱动转向装置纵向中心线对称的；而在图6所示的承载状态调整中，为了说明减震模块2预压力的产生和驱动轮模块3承载的形成，没有描绘升降机构III和升降机构IV，仅突出显示了第一导向支柱31、第二导向支柱32、第一减震弹簧33、第二减震弹簧34，由于中承载板9与下承载板21之间的距离变化引起减震弹簧压力的变化，从而改变驱动轮模块3的承载。

参照图2和图4，本发明的驱动轮模块3具有如下的功能：第一驱动轮电机41通过第一小链轮45和第一大链轮47带动第一驱动轮51产生旋转运动，旋转的速度和方向由第一驱动轮电机41控制；第二驱动轮电机42通过第二小链轮46和第二大链轮48带动第二驱动轮52产生旋转运动，旋转的速度和方向由第二驱动轮电机42控制；当第一驱动轮51和第二驱动轮52的旋转速度相同时，驱动轮模块3将产生直线运动轨迹，当第一驱动轮51和第二驱动轮52的旋转速度不同时，驱动轮模块3将产生圆弧运动轨迹；驱动轮模块3与减震模块2之间仅有水平面内的旋转运动，该旋转角度可由角度传感器37测量。

参照图6，本发明的自适应承载的被动缓冲过程，其特征在于当轮式车辆沿地面行驶时，若驱动轮所处的局部地表产生凸起，下承载板21与中承载板9之间的距离更加减小，第一减震弹簧33和第二减震弹簧34承受更大的压力，驱动轮模块3的承载增加，若驱动轮所处的局部地表产生凹陷，在第一减震弹簧33和第二减震弹簧34回复力的作用下，下承载板21与中承载板9之间的距离增大，使两驱动轮与地面保持接触，驱动轮模块3的承载减小；减震模块2与升降模块1之间仅有竖直平面内的升降运动。

参照图5和图7，通过将本发明驱动转向装置安装于车架后，控制系统5可实现一种自适应承载与驱动的主动控制过程：

（1）通过载荷检测传感器检测驱动转向装置的实际载荷

，通过扭矩传感器检测驱动轮电机的实际驱动力矩

，驱动轮的半径为

，驱动轮与地面的滚动阻力系数为

，驱动轮与地面的最大静摩擦系数为

，则可通过以下方法计算静摩擦力转矩

、静摩擦力

和最大静摩擦力

：

＝－

                                            (1)

＝

/

                                                      (2)

＝

                                                  (3)

比较静摩擦力

和最大静摩擦力

，若

＜，驱动转向装置承载较大而导致功率消耗较大，则进入第（2）步控制流程；若

＞

，驱动转向装置承载过小而导致驱动轮打滑，则进入第（3）步控制流程；若＝

，驱动转向装置已获得最优承载状态，则进入第（4）步控制流程；

（2）通过升降模块1减小驱动转向装置所承受的载荷，利用电动推杆19向右推动水平滑块20运动，中承载板9相对于上承载板8产生上升运动，并带动减震模块2和驱动轮模块3向上运动，此时，车架上的支撑脚轮与地面接触的压紧程度增大，承受整车载荷中的更大部分，从而减小驱动轮与地面接触的压紧程度，不断比较静摩擦力

和最大静摩擦力

，若

＝

，驱动转向装置已获得最优承载状态，则进入第（4）步控制流程；

（3）通过升降模块1增大驱动转向装置所承受的载荷，利用电动推杆19向左拉动水平滑块20运动，中承载板9相对于上承载板8产生下降运动，并带动减震模块2和驱动轮模块3向下运动，增大驱动轮与地面接触的压紧程度，不断比较静摩擦力

和最大静摩擦力

，若＝，驱动转向装置已获得最优承载状态，则进入第（4）步控制流程；

（4）当通过升降模块1优化调节驱动转向装置所承受的实际载荷后，利用驱动轮模块3推动轮式车辆行驶，在行驶过程中实时控制驱动轮模块3的姿态，通过角度传感器37检测驱动轮模块3和减震模块2之间的实际旋转角度

，通过路径跟踪算法计算车辆行驶轨迹控制所需的目标旋转角度

，并经过控制时间

后驱动轮模块3达到该目标姿态，第一驱动轮51和第二驱动轮52之间的距离为

，则可通过以下方法计算驱动轮模块(3)的旋转角速度

、第一驱动轮51和第二驱动轮52之间的速度差

：

＝

                                                   (4)

＝

                                                       (5)

随后进入第（5）步控制流程；

（5）为了实现第一驱动轮51和第二驱动轮52之间的速度差，驱动转向装置推动轮式车辆行驶的速度为

，则可通过以下方法计算第一驱动轮51的目标速度和第二驱动轮52的目标速度

：

＝

＋

                                                    (6)

＝－

                                                    (7)

通过第一速度传感器检测第一驱动轮51的实际速度

，通过第二速度传感器检测第二驱动轮52的实际速度

，比较第一驱动轮51的目标速度和实际速度

，若

＞

，则通过第一驱动轮电机41增大第一驱动轮51的实际速度；若

＜，则通过第一驱动轮电机41减小第一驱动轮51的实际速度；若

＝

，则通过第一驱动轮电机41保持第一驱动轮51的实际速度；

比较第二驱动轮52的目标速度

和实际速度

，若

＞

，则通过第二驱动轮电机42增大第二驱动轮52的实际速度；若

＜

，则通过第二驱动轮电机42减小第二驱动轮52的实际速度；若

＝

，则通过第二驱动轮电机42保持第二驱动轮52的实际速度。

Claims (4)

1.一种可变安装高度的轮式差速驱动转向装置，其特征在于，包含：

一升降模块(1)，包括上承载板(8)、中承载板(9)以及连接在上承载板(8)和中承载板(9)之间的高度调节装置，该高度调节装置包括一设置在所述的中承载板(9)上的电动推杆(19)；

一减震模块(2)，包括下承载板(21)以及设置在下承载板(21)与中承载板(9)之间的弹性缓冲装置，在所述的下承载板(21)上还设置有一推力轴承(35)；

一驱动轮模块(3)，包括驱动轮底盘(39)以及设置在驱动轮底盘(39)上的第一驱动轮(51)和第二驱动轮(52)，其中第一驱动轮(51)与一第一驱动轮电机(41)输出端连接，第二驱动轮(52)与一第二驱动轮电机(42)输出端连接，在所述的驱动轮底盘(39)上还设置有一垂直转轴(36)，该垂直转轴(36)与所述的推力轴承(35)连接；在所述的第一驱动轮电机(41)上设置有用于检测第一驱动轮扭矩的第一扭矩传感器和用于检测第一驱动轮转速的第一速度传感器，在所述的第二驱动轮电机(42)上设置有用于检测第二驱动轮扭矩的第二扭矩传感器和用于检测第二驱动轮转速的第二速度传感器；

一载荷检测传感器(4)，设置在所述的上承载板(8)上；

一角度传感器(37)，包括传感器本体以及传感器转轴，所述的传感器本体设置在下承载板(21)上，所述的传感器转轴设置在垂直转轴(36)上；

和一控制系统(5)，该控制系统接收所述的载荷检测传感器(4)检测的载荷信号、第一扭矩传感器的扭矩信号、第二扭矩传感器的扭矩信号，并通过电动推杆(19)控制所述的高度调节装置调节所述的上承载板(8)和中承载板(9)之间的高度；接收所述的角度传感器(37)检测的角度信号、第一速度传感器的速度信号以及第二速度传感器的速度信号，用于控制第一驱动轮电机(41)的输出速度和第二驱动轮电机(42)的输出速度。

2.根据权利要求1所述的可变安装高度的轮式差速驱动转向装置，其特征在于：在上承载板(8)和中承载板(9)之间的高度调节装置包括第一交叉连杆(10)、第二交叉连杆(11)、第三交叉连杆(12)、第四交叉连杆(13)、第一水平连杆(14)、第二水平连杆(15)、第三水平连杆(16)、第四水平连杆(17)、第五水平连杆(18)、电动推杆(19)和水平滑块(20)；所述的第一水平连杆(14)和第四水平连杆(17)设置在所述的上承载板(8)的两侧，在设置有第四水平连杆(17)的一侧上承载板(8)上开设有腰型孔，所述的第四水平连杆(17)设置在腰型孔内；所述的第二水平连杆(15)和第五水平连杆(18)设置在所述的中承载板(9)的两侧，在设置有第五水平连杆(18)的一侧中承载板(9)上开设有腰型孔，所述的第五水平连杆(18)设置在腰型孔内；所述第一交叉连杆(10)的两端分别与所述的第一水平连杆(14)和第五水平连杆(18)的一端连接；所述第二交叉连杆(11)的两端分别与所述的第二水平连杆(15)和第四水平连杆(17)的一端连接；所述第三交叉连杆(12)的两端分别分别与所述的第二水平连杆(15)和第四水平连杆(17)的另一端连接；所述第四交叉连杆(13)的两端分别与所述的第一水平连杆(14)和第五水平连杆(18)的另一端连接；所述的第一交叉连杆(10)和第二交叉连杆(11)的中部连接在所述的第三水平连杆(16)的一端，所述的第三交叉连杆(12)和第四交叉连杆(13)的中部连接在所述的第三水平连杆(16)的另一端；所述的水平滑块(20)的后端连接在所述的电动推杆(19)的输出端上，水平滑块(20)的前端连接在所述的第五水平连杆(18)上。

3.根据权利要求1所述的可变安装高度的轮式差速驱动转向装置，其特征在于：在下承载板(21)与中承载板(9)之间的弹性缓冲装置包括第五交叉连杆(22)、第六交叉连杆(23)、第七交叉连杆(24)、第八交叉连杆(25)、第六水平连杆(26)、第七水平连杆(27)、第八水平连杆(28)、第九水平连杆(29)、第十水平连杆(30)，所述的第六水平连杆(26)和第九水平连杆(29)设置在所述的中承载板(9)的两侧，在设置有第九水平连杆(29)的一侧中承载板(9)上开设有腰型孔，所述的第九水平连杆(29)设置在腰型孔内；所述的第七水平连杆(27)和第十水平连杆(30)设置在所述的下承载板(21)的两侧，在设置有第十水平连杆(30)的一侧下承载板(21)上开设有腰型孔，所述的第十水平连杆(30)设置在腰型孔内；所述第五交叉连杆(22)的两端分别与所述的第六水平连杆(26)和第十水平连杆(30)的一端连接；所述第六交叉连杆(23)的两端分别与所述的第七水平连杆(27)和第九水平连杆(29)的一端连接；所述第七交叉连杆(24)的两端分别分别与所述的第七水平连杆(27)和第九水平连杆(29)的另一端连接；所述第八交叉连杆(25)的两端分别与所述的第六水平连杆(26)和第十水平连杆(30)的另一端连接；所述的第五交叉连杆(22)和第六交叉连杆(23)的中部连接在所述的第八水平连杆(28)的一端，所述的第七交叉连杆(24)和第八交叉连杆(25)的中部连接在所述的第八水平连杆(28)的另一端。

4.根据权利要求3所述的可变安装高度的轮式差速驱动转向装置，其特征在于：在下承载板(21)与中承载板(9)之间的弹性缓冲装置还包括第一导向支柱(31)、第二导向支柱(32)、第一减震弹簧(33)和第二减震弹簧(34)，所述的第一导向支柱(31)和第二导向支柱(32)的顶端与中承载板(9)的下表面具有一定缓冲距离                                                

，所述的第一减震弹簧(33)套在所述的第一导向支柱(31)上，所述的第二减震弹簧(34)套在所述的第二导向支柱(32)上，所述的第一减震弹簧(33)和第二减震弹簧(34)的上、下两端面分别与中承载板(9)的下表面、下承载板(21)的上表面连接。

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