CN106314111A - 一种速差转向无人机动车 - Google Patents

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周俊杰
苑士华
胡纪滨
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Abstract

本发明公开了一种速差转向无人机动车。本发明采用肘内传动技术，将驱动电机放入在车体内部。与采用轮毂电机方案相比，本发明降低了对电机尺寸重量的要求，大大降低了选配电机的难度，同时可以选用高转速的高功率密度电机，在车辆有限的重量要求下，提供更高的动力功率，对车辆的机动性能尤其是越野机动性能是很大的提升。此外，本发明还将电机等大质量部件布置在车舱内部，降低悬架系统的簧下质量，提高悬架的响应能力，同时减小悬架的动载荷。可以很大的提高越野性能。

Description

一种速差转向无人机动车
技术领域
本发明涉及无人车辆技术领域，具体涉及一种速差转向无人机动车。
背景技术
随着信息技术、计算机技术和控制技术的发展，无人驾驶技术已经达到了里程碑的进步。道路行驶的无人车接近实用阶段。无人车辆实现了代替或者辅助人类的驾驶操纵，可以大大减轻驾驶员的劳动强度，增强车辆的操控能力，同时提高行驶安全。无人驾驶技术应用在非道路车辆上，不仅可以代替人完成一些危险的驾驶任务，还可以提高车辆在非道路行驶的越野机动性能。在无人驾驶情况下，不再涉及人体的生理极限，非道路行驶车辆可以充分发挥车辆的极限行驶性能。所以无人驾驶非道路行驶越野车辆是无人驾驶车辆一个很重要的发展方向，具有很广阔的应用前景。
对于非道路行驶越野车辆，由于非铺装路面比铺装路面的地面阻力大很多，并且路面起伏大，动力性能和悬架性能是影响机动性能非常重要的因素之一。现有非道路行驶无人越野车辆研制主要是利用现有传统越野车进行改装，但是由于设计理念不同，传统越野车考虑了很多人的因素影响了悬挂设计和空间布置，所以可提升空间非常有限。目前也有提出全新的无人车设计，即所谓的无人机动平台，如美国MULE、Crusher等，虽取消了人员舱设计，采用轮毂电机驱动、速差转向、可调悬架等，但是所采用的轮毂电机驱动在越野行驶车上有致命缺陷，由于轮毂尺寸空间有限，能够镶入的电机功率有限，同时由于轮毂电机为低速大扭矩电机，功率密度较低，重量较重，大大增加了悬架的簧下质量，增大了悬架冲击、降低了悬架的反映频率。这种方案对越野机动性的两项重要影响因素都是非常不利的，所以影响越野机动性提升。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种速差转向无人机动车，解决现有速差转向无人机动车动力功率有限和悬架簧下质量较大的问题，以及不能满足非道路行驶的高速高机动性的需求。
一种速差转向无人机动车，包括：六套摇臂悬架系统、两套电机驱动系统、六个车轮和车体；车体的两侧沿车体长度方向均匀排布三个车轮，每个车轮都对应一套摇臂悬架系统，一侧的车轮共用一套电机驱动系统；电机驱动系统中的肘内传动机构与摇臂悬架系统中的摇臂套装在一起。
较佳地，所述摇臂悬架系统包括摇臂、摇臂电机减速器、电磁制动器、摇臂电机、摩擦减振器和扭杆；
所述摇臂悬架系统中：电磁制动器套装在摇臂电机的输出轴上，且摇臂电机输出轴与摇臂电机减速器的输入轴机械连接；摇臂电机减速器的输出轴与扭杆的一端通过一对齿轮机械连接；扭杆的另一端通过一对齿轮与摇臂机械连接；摩擦减振器两端通过花键或法兰盘与扭杆的两端机械固连。
较佳地，所述电机驱动系统包括三个轮边减速器、三个肘内传动机构、一个盘式制动器、一个电机减速器、一个驱动电机及两个轴间传动机构；
所述电机驱动系统中：驱动电机输出轴与电机减速器(输入轴机械连接；盘式制动器套装在电机减速器输出轴上；2个轴间传动机构的主动轮与电机减速器的输出轴机械连接；2个轴间传动机构的主动轮和被动轮均与对应位置的肘内传动机构的主动轮连接，肘内传动机构的被动轮与轮边减速器输入端机械连接，轮边减速器输出端与车轮机械连接。
较佳地，所述盘式制动器、电机减速器和驱动电机的安装位置位于车体中部的两个摇臂悬架系统之间。
有益效果：
本发明采用肘内传动技术，将驱动电机放入在车体内部。与采用轮毂电机方案相比，本发明降低了对电机尺寸重量的要求，大大降低了选配电机的难度，同时可以选用高转速的高功率密度电机，在车辆有限的重量要求下，提供更高的动力功率，对车辆的机动性能尤其是越野机动性能是很大的提升。此外，本发明还将电机等大质量部件布置在车舱内部，降低悬架系统的簧下质量，提高悬架的响应能力，同时减小悬架的动载荷。可以很大的提高越野性能。
另外，本发明结合摇臂悬架技术，采用扭杆、摩擦减振器和摇臂结构，既满足越野行驶大悬架行程的要求，同时又便于布置，可以节省大量的车舱内空间。可以用来布置更多的无人驾驶的仪器设备。
摇臂电机和电磁制动器组成的调整机构，可以使悬架臂进行360旋转，可以主动调节底盘高度适应不同的路面条件。这可以大大提高车辆在越野环节下面对各种位置障碍的适应能力。
采用齿形同步带作为肘内传动和轴间传动机构，可以传递较大的扭矩，同时具有较轻的质量。齿形同步带传动还具有静音、抗冲击、可靠性高的特点。对该无人机动平台良好越野性能的发挥是最合适的。
车用电机虽然可靠性高、维护要求低、但是高功率密度电机都是高转速电机，抗冲击能力较弱，同时需要良好的水散热系统，还有粗壮的高压电线连接，在高速越野情况下，裸露的散热水管、高压电线和受到的强冲击都会大大降低行驶的可靠性。采用本发明方案，由于电机布置在车舱内部，并可避免上述问题的发生，同时优良的摇臂悬架系统可以为其提供良好的减振作用，同时水管和高压电线布置在车舱内，也可以被车舱安全的保护起来。
附图说明
图1为电机驱动系统安装在车体中部时的速差转向无人机动车结构图。
图2为速差转向无人机动车侧视图。
图3为电机驱动系统安装在车体后部时的速差转向无人机动车结构图
其中，1-摇臂，2-车轮，3-轮边减速器，4-肘内传动机构，5-摇臂电机减速器，6-电磁制动器，7-摇臂电机，8-摩擦减振器，9-扭杆，10-盘式制动器，11-电机减速器，12-驱动电机，13-轴间传动机构，14-车体。
具体实施方式
下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
本发明提供了一种速差转向无人机动车，包括六套摇臂悬架系统、两套电机驱动系统、六个车轮2和车体14，车体14的两侧均匀排布三个车轮2。每个车轮2都与一套摇臂悬架系统连接，一侧的车轮共用一套驱动系统，可以独立控制每一个车轮悬架的摇臂1位置，和一侧车轮2的转速和转矩。其中，所述摇臂悬架系统包括摇臂1、摇臂电机减速器5、电磁制动器6、摇臂电机7、摩擦减振器8和扭杆9。电机驱动系统包括三个轮边减速器3、三个肘内传动机构4、一个盘式制动器10、一个电机减速器11、一个驱动电机12及两个轴间传动机构13。除摇臂1、车轮2、轮边减速器3和肘内传动机构4以外，其余部件均位于车体14内部；
其中，所述摇臂悬架系统中：电磁制动器6套装在摇臂电机7的输出轴上，且摇臂电机7输出轴与摇臂电机减速器5的输入轴机械连接；摇臂电机减速器5的输出轴与扭杆9的一端通过一对齿轮机械连接；扭杆9的另一端通过一对齿轮与摇臂1机械连接；摩擦减振器8两端通过花键或法兰盘与扭杆9的两端机械固连。摇臂电机7、摇臂电机减速器5和电磁制动器6组成悬架调整机构，具有较大的驱动力矩和较高的效率，还具机械锁止功能。通过控制摇臂电机7和电磁制动器6，可以使摇臂1转动360度，并主动控制摇臂1的位置。
所述电机驱动系统中的盘式制动器10、电机减速器11和驱动电机12的最优安装位置位于车体中部的两个摇臂悬架系统之间。
驱动电机12输出轴与电机减速器11输入轴机械连接；盘式制动器10套装在电机减速器11输出轴上。电机减速器11的输出轴分别与2个轴间传动机构13的主动轮机械连接。
如图1所示，以电机驱动系统安装在车体中部两个摇臂悬架系统之间为例，对于每一侧的电机驱动系统来说，其连接关系为：
2个轴间传动机构13的主动轮均与中部的肘内传动机构4的主动轮机械连接；2个轴间传动机构13的被动轮分别与用于控制前、后轮传动的肘内传动机构4的主动轮机械连接。
如图3所示，若电机驱动系统安装在车体后部两个摇臂悬架系统之间为例，对于每一侧的电机驱动系统来说，其连接关系为：
2个轴间传动机构13的主动轮均与后部的肘内传动机构4的主动轮机械连接；2个轴间传动机构13的被动轮分别与用于控制前、中轮传动的肘内传动机构4的主动轮机械连接。
驱动电机12、电机减速器11、轴间传动13和盘式制动器10布置在车体内部，扭矩通过肘内传动机构4和轮边减速器3传递到各自对应的车轮2。
肘内传动4和轴间传动13采用采用同步齿形带传动，可以用链传动代替。扭杆9两端之间装有限位装置，限位装置限制扭杆9两端的相对扭转角极限。
如图2所示，每个肘内传动机构4都套装在摇臂1内，且肘内传动机构4的被动轮与轮边减速器3输入端机械连接；轮边减速器3输出端与车轮2机械连接。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种速差转向无人机动车，其特征在于，包括：六套摇臂悬架系统、两套电机驱动系统、六个车轮(2)和车体(14)；车体(14)的两侧沿车体长度方向均匀排布三个车轮(2)，每个车轮(2)都对应一套摇臂悬架系统，一侧的车轮共用一套电机驱动系统；电机驱动系统中的肘内传动机构(4)与摇臂悬架系统中的摇臂(1)套装在一起。
2.如权利要求1所述的速差转向无人机动车，其特征在于，所述摇臂悬架系统包括摇臂(1)、摇臂电机减速器(5)、电磁制动器(6)、摇臂电机(7)、摩擦减振器(8)和扭杆(9)；
所述摇臂悬架系统中：电磁制动器(6)套装在摇臂电机(7)的输出轴上，且摇臂电机(7)输出轴与摇臂电机减速器(5)的输入轴机械连接；摇臂电机减速器(5)的输出轴与扭杆(9)的一端通过一对齿轮机械连接；扭杆(9)的另一端通过一对齿轮与摇臂(1)机械连接；摩擦减振器(8)两端通过花键或法兰盘与扭杆(9)的两端机械固连。
3.如权利要求1所述的速差转向无人机动车，其特征在于，所述电机驱动系统包括三个轮边减速器(3)、三个肘内传动机构(4)、一个盘式制动器(10)、一个电机减速器(11)、一个驱动电机(12)及两个轴间传动机构(13)；
所述电机驱动系统中：驱动电机(12)输出轴与电机减速器(11)输入轴机械连接；盘式制动器(10)套装在电机减速器(11)输出轴上；2个轴间传动机构(13)的主动轮与电机减速器(11)的输出轴机械连接；2个轴间传动机构(13)的主动轮和被动轮均与对应位置的肘内传动机构(4)的主动轮连接，肘内传动机构(4)的被动轮与轮边减速器(3)输入端机械连接，轮边减速器(3)输出端与车轮(2)机械连接。
4.如权利要求1所述的速差转向无人机动车，其特征在于，所述盘式制动器(10)、电机减速器(11)和驱动电机(12)的安装位置位于车体中部的两个摇臂悬架系统之间。
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