CN104002660B - 独立驱动‑制动和主动悬挂的液压驱动主动轮 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种独立驱动‑制动和主动悬挂的液压驱动主动轮，包括车轮支架总成，安装于车轮支架总成上的转向操纵杆总成、转速传感器、控制器、第一液压伺服阀、第二液压伺服阀、独立驱动‑制动总成和主动悬挂总成；转速传感器、第一液压伺服阀、第二液压伺服阀、驱动‑制动总成中的液压伺服马达和主动悬挂总成中的液压伺服油缸、线位移传感器均与控制器相联；第一液压伺服阀和第二液压伺服阀分别对应控制液压伺服油缸和液压伺服马达。该总成动态性好、输出功率大、结构简单紧凑，具有独立驱动‑制动机构和主动悬挂机构。

Description

独立驱动-制动和主动悬挂的液压驱动主动轮

技术领域

本发明涉及一种独立驱动-制动和主动悬挂的液压驱动主动轮，属于移动机器人和车辆技术领域。

背景技术

中国专利文献CN 101638052A公开了一种《独立驱动、转向、悬挂和制动的一体化车轮总成》，包括车轮驱动装置、独立转向装置、独立悬挂装置、独立制动装置。当给轮辋电机一定的驱动电流时，其外转子带动车轮运动。车身上下振动时，可伸缩万向节的轴向长度可自由改变。制动时，通过制动液压系统提供的高压制动液推动浮动式制动钳的两个活塞压紧制动盘产生制动力矩，制动力矩的大小由电液比例压力阀控制。该装置实现了车辆的独立驱动、独立转向、独立悬挂和独立制动。但是，车轮驱动器为直流减速电机，能量补给耗时相对长，续航能力相对较差的缺点不可避免；悬挂装置为被动悬挂，其缓冲效果不及主动悬挂，且悬挂装置为外置式，车轮集成度不高。

中国专利文献CN 1766364A公开了一种《主动悬挂》，包括座位、用于向该座位施加力的电磁制动器、连接于该座位的力偏差消除器等。该装置是为减弱车体振动对人带来的不适而在座位下方设置的主动悬挂机构，该机构不适宜集成在主动车轮中。

发明内容

本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种独立驱动-制动和主动悬挂的液压驱动主动轮，该主动轮驱动-制动和悬挂装置均内置在轮辋内部，结构紧凑、动态性好；可独立驱动、独立制动。悬挂装置可独立、主动控制。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种独立驱动-制动和主动悬挂的液压驱动主动轮，包括车轮支架总成，安装于车轮支架总成上的转向操纵杆总成、转速传感器、控制器、第一液压伺服阀、第二液压伺服阀、独立驱动-制动总成和主动悬挂总成。

转速传感器、第一液压伺服阀、第二液压伺服阀、驱动-制动总成中的液压伺服马达和主动悬挂总成中的液压伺服油缸、线位移传感器均与控制器相联。

第一液压伺服阀和第二液压伺服阀分别控制液压伺服油缸和液压伺服马达。

所述车轮支架总成包括一个直径小于轮辋内径的圆槽状车轮支架底板，所述底板由左至右纵向分布有三个区域，左侧区域中上下分别设有转速传感器安装孔和弹簧减震器底座；所述底板与弹簧减震器底座同侧的中间区域由上至下依次设有直线导轨安装支架和液压伺服油缸连接支耳，另一侧的中间区域设有交叉滚子轴承支架；所述底板的右侧区域由上至下依次为安装控制器的控制器支架、安装第一液压伺服阀和第二液压伺服阀的液压伺服阀底座、安装液压马达的液压马达安装孔。

所述转向操纵杆总成包括转向操纵杆、液压伺服油缸活塞杆连接支耳、若干滑块连接底座和一个弹簧减震器连接支耳；所述转向操纵杆与车体转向系统相联；所述弹簧减震器连接支耳与弹簧减震器一端联接，弹簧减震器另一端安装于车轮支架总成右侧区域的弹簧减震器底座上。

所述独立驱动-制动总成包括固定于车轮支架总成上的液压伺服马达，液压马达输出轴上安装有一个外齿轮，外齿轮与一个一端固定于轮辋上的内齿轮啮合，内齿轮另一端与交叉滚子轴承内圈固定连接。

当外齿轮带动内齿轮转动时，内齿轮带动由轮胎和轮辋组成的车轮相对于车轮支架总成转动。

所述轮辋上安装有轮胎，两者一起形成车轮。

所述外齿轮与液压马达输出轴通过键连接。

所述内齿轮的齿轮盖固定安装在车轮支架总成的车轮支架底板上。

所述交叉滚子轴承外圈与车轮支架总成上的交叉滚子轴承支架过盈配合，并固定安装在车轮支架底板上。

所述转速传感器通过车轮支架总成上的转速传感器安装孔固定安装在固定安装在车轮支架总成的底板上，转速传感器的输出齿轮轴与内齿轮啮合。

所述主动悬挂总成包括第一液压伺服油缸连接轴、第二液压伺服油缸连接轴，液压伺服油缸，线位移传感器、直线导轨、第一滑块，第二滑块，弹簧减震器；所述液压伺服油缸的缸体与液压伺服油缸连接支耳相联；所述液压伺服油缸的活塞杆与转向操纵杆总成上的液压伺服油缸活塞杆连接支耳相联；所述液压伺服油缸的缸体与液压伺服油缸联接支耳通过第一液压伺服油缸连接轴相联；所述液压伺服油缸的活塞杆通过第二液压伺服油缸连接轴与液压伺服油缸活塞杆连接支耳相联；线位移传感器通过第一液压伺服油缸连接轴和第二液压伺服油缸连接轴与液压伺服油缸并联、平行安装。

所述直线导轨置于直线导轨连接支架内并固定安装在车轮支架底板上；直线导轨上设有卡在其上并能沿其移动的两个滑块，两个滑块对应固定安装于转向操纵杆总成上的两个滑块连接底座上；所述滑块与直线导轨间隙配合，当滑块相对于直线导轨上下滑动时，转向操纵杆相对车体在垂直方向上静止，直线导轨带动车轮支架总成相对于车体上下运动；

所述弹簧减震器的下端固定在弹簧减震器底座上，上端安装在弹簧减震器连接支耳上。

本发明的工作过程如下：

本发明独立驱动-制动总成工作时，控制器根据车辆行驶要求和转速传感器反馈的转速信息，发出相应的控制信号控制第二液压伺服阀的开度，进而实现液压伺服马达的转向和转速的闭环控制。液压伺服马达的输出轴通过键与外齿轮连接，外齿轮与内齿轮啮合传动，从而带动轮辋和轮胎组成的车轮相对于车轮支架总成转动。

本发明主动悬挂总成工作时，控制器根据线性位移传感器反馈的位移数据，经信息处理后发出相应的控制信号控制第一液压伺服阀的开度，实现液压伺服油缸的闭环控制。液压伺服油缸输出轴与转向操纵杆总成相联，操纵杆总成通过转向操纵杆与车体相连，当液压伺服油缸的位移量发生变化时，与转向操纵杆总成固定连接的第一滑块和第二滑块在直线导轨上滑动，从而实现车轮相对于车体的精确可控的上下运动。弹簧减震器一定程度上减小了车轮反馈的地面冲击，对主动悬挂系统起保护作用。

本发明的有益效果是：

1.本发明提出的独立驱动-制动和主动悬挂的液压驱动主动轮，充分利用了液压驱动器输出功率大、结构简单紧凑等特点，具有环境适应性强、高动态性、负载能力大等优点。

2.本发明提供了一种车辆驱动-制动一体化的液压驱动的独立驱动-制动的主动轮，可实现车轮转向和转速的闭环控制。其结构紧凑、集成度高，易于移动机器人和车辆机构的设计。

3.本发明提供了一种液压驱动的车轮相对于车体上下运动位移精确可控的主动车轮，控制更加灵活。易于移动机器人和车辆控制模式的多样化，控制性能的提升。

附图说明

图1是本发明液压驱动主动轮的结构示意图；

图2是本发明车轮支架总成示意图；

图3是本发明转向操纵杆总成示意图；

图4是本发明独立驱动-制动总成示意图；

图5是本发明主动悬挂总成示意图；

图中：1、车轮支架总成，2、转向操纵杆总成，3、转速传感器，4、控制器，5、第一液压伺服阀，6、液压伺服阀底座，7、第二液压伺服阀，8、独立驱动-制动总成，9、主动悬挂总成，10、液压马达安装孔，11、液压伺服油缸连接支耳，12、弹簧减震器底座，13、直线导轨安装支架，14、转速传感器安装孔，15、交叉滚子轴承支架，16、车轮支架底板，17、转向操纵杆，18、液压伺服油缸活塞杆连接支耳，19、第一滑块连接底座，20、第二滑块连接底座，21、弹簧减震器连接支耳，22、内齿轮的齿轮盖，23、键，24、外齿轮，25、交叉滚子轴承内圈，26、内齿轮，27、交叉滚子轴承外圈，28、轮胎，29、轮辋30、液压伺服马达，31、第一液压伺服油缸连接轴，32、第一滑块，33、第二滑块，34、直线导轨，35、第二液压伺服油缸连接轴，36、液压伺服油缸，37、线位移传感器，38、弹簧减震器。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

独立驱动-制动和主动悬挂的液压驱动主动轮如图1所示，包括一个车轮支架总成1，一个转向操纵杆总成2，一个转速传感器3，一个控制器4，一个第一液压伺服阀5，一个液压伺服阀底座6，一个第二液压伺服阀7，一个驱动-制动总成8，一个主动悬挂总成9。所述控制器4、液压伺服阀底座6固定安装在车轮支架总成1上。所述第一液压伺服阀5、第二液压伺服阀7固定安装在液压伺服阀底座6上。

转向操纵杆总成2、转速传感器3、控制器4、第一液压伺服阀5、第二液压伺服阀7、独立驱动-制动总成8和主动悬挂总成9分别安装于车轮支架总成1上。

转速传感器3、第一液压伺服阀5、第二液压伺服阀7、驱动-制动总成中8的液压伺服马达30和主动悬挂总成9中的液压伺服油缸36、线位移传感器37均与控制器4相联。

第一液压伺服阀5和第二液压伺服阀7分别对应控制液压伺服油缸36和液压伺服马达30。

车轮支架总成1包含一个液压马达安装孔10，一个液压伺服油缸连接支耳11，一个弹簧减震器底座12，一个直线导轨安装支架13，一个转速传感器安装孔14，一个交叉滚子轴承支架15，一个直径小于轮辋内径的圆槽状车轮支架底板16。所述液压马达安装孔10、液压伺服油缸连接支耳11、弹簧减震器底座12、直线导轨安装支架13、转速传感器安装孔14、交叉滚子轴承支架15与车轮支架底板16刚性连接。

车轮支架底板16上由左至右纵向分布有三个区域，左侧区域中上下分别设有转速传感器安装孔14和弹簧减震器底座12；中间区域的所述底板的一侧由上至下依次设有直线导轨安装支架13和液压伺服油缸连接支耳11，中间区域的所述底板的另一侧设有交叉滚子轴承支架15；右侧区域由上至下依次为安装控制器4的控制器支架、安装第一液压伺服阀5和第二液压伺服阀7的液压伺服阀底座6和液压马达安装孔10。

转向操纵杆总成2成包含一个与车体转向系统连接的转向操纵杆17，一个液压伺服油缸活塞杆连接支耳18，第一滑块连接底座19，第二滑块连接底座20，一个弹簧减震器连接支耳21。所述液压伺服油缸活塞杆连接支耳18、第一滑块连接底座19、第二滑块连接底座20、弹簧减震器连接支耳21与转向操纵杆17刚性连接。转向操纵杆总成2通过转向操纵杆17与车体转向系统连接。

弹簧减震器连接支耳21与弹簧减震器38一端连接，弹簧减震器38另一端安装于车轮支架总成1上的弹簧减震器底座12。

独立驱动-制动总成8包含一个内齿轮的齿轮盖22，一个键23，一个外齿轮24，一个交叉滚子轴承内圈25，一个内齿轮26，一个交叉滚子轴承外圈27，一个轮胎28，一个轮辋29，一个液压伺服马达30。所述轮胎28安装在轮辋29上，一起形成车轮。内齿轮26一端与轮辋29刚性连接，另一端与交叉滚子轴承内圈25刚性连接。

液压伺服马达30固定于车轮支架总成1上的，液压马达输出轴上通过键23安装有一个外齿轮24，外齿轮24与一个一端固定于轮辋29上的内齿轮26啮合，内齿轮26另一端与交叉滚子轴承内圈25固定连接。

当外齿轮24带动内齿轮26转动时，内齿轮26带动由轮胎28和轮辋29组成的车轮相对于车轮支架总成1转动。

轮辋29上安装有轮胎28，两者一起形成车轮。内齿轮26一端安装有内齿轮端盖22，内齿轮端盖22边缘与轮辋29固定连接。

交叉滚子轴承内圈25外部设有交叉滚子轴承外圈27，且交叉滚子轴承外圈27与车轮支架总成1上的交叉滚子轴承支架15间隙配合，并固定安装在车轮支架总成1的车轮支架底板16上。

主动悬挂总成9包含一个第一液压伺服油缸连接轴31，第一滑块32，第二滑块33，一个直线导轨34，一个第二液压伺服油缸连接轴35，一个液压伺服油缸36，一个线位移传感器37，一个弹簧减震器38。

直线导轨34固定于车轮支架总成1上，直线导轨34上设有卡在其上并能沿其移动的第一、第二滑块32、33，第一、第二滑块32、33对应固定安装于转向操纵杆总成2上的第一、第二滑块连接底座19、20上，直线导轨34一端设有固定于车轮支架总成1上的液压伺服油缸连接支耳11，液压伺服油缸36的缸体通过第二液压伺服油缸连接轴35连接于液压伺服油缸连接支耳11，液压伺服油缸36的活塞杆通过第一液压伺服油缸连接轴31连接于转向操纵杆总成2的液压伺服油缸活塞杆连接支耳18，第一、第二滑块32、33在直线导轨34上滑动时，转向操纵杆17相对车体固定，直线导轨34带动车轮支架总成1相对于车体上下运动；液压伺服油缸连接支耳11和液压伺服油缸活塞杆连接支耳18的一侧上还连接有与液压伺服油缸36平行并联的线性位移传感器37。第一、第二滑块32、33与直线导轨34间隙配合。

液压伺服油缸36的缸体与液压伺服油缸连接支耳11通过第二液压伺服油缸连接轴35相联，液压伺服油缸36的活塞杆与液压伺服油缸活塞杆连接支耳18通过第一液压伺服油缸连接轴31相联。线位移传感器37与液压伺服油缸36平行，且通过第一液压伺服油缸连接轴31和第二液压伺服油缸连接轴35与液压伺服油缸36并联。弹簧减震器38的下端固定在弹簧减震器底座12上，上端与弹簧减震器连接支耳21固定连接。直线导轨34固定安装在车轮支架总成1的直线导轨安装支架13上，第一滑块32、第二滑块33分别固定安装在转向操纵杆总成2的第一滑块连接底座19和第二滑块连接底座20上，且第一滑块32、第二滑块33均与直线导轨34间隙配合。当第一滑块32、第二滑块33在直线导轨34上滑动时，车轮支架总成1相对车体上下运动。

本发明独立驱动-制动总成8工作时，控制器4根据转速传感器3反馈的转速信息和车辆行驶要求，发出相应的电压控制信号控制第二液压伺服阀7的开度，可实现液压伺服马达30的转速和转向的闭环控制。液压伺服马达30通过与其输出轴通过键23连接的外齿轮24与内齿轮26啮合，从而带动轮辋29和轮胎28组成的车轮相对于车轮支架总成1转动。

本发明主动悬挂总成9工作时，控制器4根据线性位移传感器37的反馈的位移信息和路况信息，发出相应的电压控制信号控制第一液压伺服阀5的开度，可实现液压伺服油缸36位移的闭环控制。液压伺服油缸36缸体固定在车轮支架总成1上，其输出轴与转向操纵杆总成2固定连接，操纵杆总成2通过转向操纵杆17与车体固连，当液压伺服油缸36的伸长量发生变化时，与转向操纵杆总成2固定连接的第一滑块32和第二滑块33在直线导轨34上滑动。从而实现了轮辋29和轮胎28组成的车轮相对于车体位移精确可控的上下运动。弹簧减震器38一定程度上减小了车轮反馈的地面冲击，对主动悬挂系统起保护作用。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种独立驱动-制动和主动悬挂的液压驱动主动轮，其特征是，包括车轮支架总成，安装于车轮支架总成上的转向操纵杆总成、转速传感器、控制器、第一液压伺服阀、第二液压伺服阀、独立驱动-制动总成和主动悬挂总成；

转速传感器、第一液压伺服阀、第二液压伺服阀、独立驱动-制动总成中的液压伺服马达和主动悬挂总成中的液压伺服油缸、线位移传感器均与控制器相联；

第一液压伺服阀和第二液压伺服阀分别控制液压伺服油缸和液压伺服马达；

所述转向操纵杆总成包括转向操纵杆、液压伺服油缸活塞杆连接支耳、若干滑块连接底座和一个弹簧减震器连接支耳；所述转向操纵杆与车体转向系统相联；所述弹簧减震器连接支耳与弹簧减震器一端链结，弹簧减震器另一端安装于车轮支架总成右侧区域的弹簧减震器底座上；

所述独立驱动-制动总成包括固定于车轮支架总成上的液压伺服马达，液压马达输出轴上安装有一个外齿轮，外齿轮与一个一端固定于轮辋上的内齿轮啮合，内齿轮另一端与交叉滚子轴承内圈固定连接。

2.如权利要求1所述的独立驱动-制动和主动悬挂的液压驱动主动轮，其特征是，当外齿轮带动内齿轮转动时，内齿轮带动车轮相对于车轮支架总成转动。

3.如权利要求1所述的独立驱动-制动和主动悬挂的液压驱动主动轮，其特征是，所述轮辋上安装有轮胎，两者一起形成车轮。

4.如权利要求1所述的独立驱动-制动和主动悬挂的液压驱动主动轮，其特征是，所述外齿轮与液压马达输出轴通过键连接。

5.如权利要求1所述的独立驱动-制动和主动悬挂的液压驱动主动轮，其特征是，所述内齿轮的齿轮盖固定安装在车轮支架总成的车轮支架底板上。

6.如权利要求1所述的独立驱动-制动和主动悬挂的液压驱动主动轮，其特征是，所述交叉滚子轴承外圈与车轮支架总成上的交叉滚子轴承支架过盈配合，并固定安装在车轮支架总成的车轮支架底板上。

7.如权利要求1所述的独立驱动-制动和主动悬挂的液压驱动主动轮，其特征是，所述主动悬挂总成包括第一液压伺服油缸连接轴、第二液压伺服油缸连接轴、液压伺服油缸、线位移传感器、直线导轨、第一滑块，第二滑块、弹簧减震器；所述液压伺服油缸的缸体与液压伺服油缸连接支耳相联；所述液压伺服油缸的活塞杆与转向操纵杆总成上的液压伺服油缸活塞杆连接支耳相联；所述液压伺服油缸的缸体与液压伺服油缸联接支耳通过第一液压伺服油缸连接轴相联；所述液压伺服油缸的活塞杆通过第二液压伺服油缸连接轴与液压伺服油缸活塞杆连接支耳相联；线位移传感器通过第一液压伺服油缸连接轴和第二液压伺服油缸连接轴与液压伺服油缸并联、平行安装；所述弹簧减震器的下端固定在弹簧减震器底座上，上端安装在弹簧减震器连接支耳上。

8.如权利要求7所述的独立驱动-制动和主动悬挂的液压驱动主动轮，其特征是，所述直线导轨置于直线导轨连接支架内并固定安装在车轮支架总的车轮支架底板上；直线导轨上设有卡在其上并能沿其移动的两个滑块，两个滑块对应固定安装于转向操纵杆总成上的两个滑块连接底座上；所述滑块与直线导轨间隙配合，当滑块相对于直线导轨上下滑动时，转向操纵杆相对车体在垂直方向上静止，直线导轨带动车轮支架总成相对于车体上下运动。

9.如权利要求1所述的独立驱动-制动和主动悬挂的液压驱动主动轮，其特征是，所述转速传感器固定安装在车轮支架总成上的转速传感器安装孔上，转速传感器的输出齿轮轴与内齿轮啮合。

10.如权利要求1所述的独立驱动-制动和主动悬挂的液压驱动主动轮，其特征是，所述车轮支架总成包括一个直径小于轮辋内径的圆槽状车轮支架底板，所述底板由左至右纵向分布有三个区域，左侧区域中上下分别设有转速传感器安装孔和弹簧减震器底座；所述底板与弹簧减震器底座同侧的中间区域由上至下依次设有直线导轨安装支架和液压伺服油缸连接支耳，另一侧中间区域设有交叉滚子轴承支架；右侧区域由上至下依次为安装控制器的控制器支架、安装第一液压伺服阀和第二液压伺服阀的液压伺服阀底座和液压马达安装孔。