CN109808481B - 基于轮毂电机的车轮机构、电动无人车底盘和电动无人车 - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于轮毂电机的车轮机构、电动无人车底盘和电动无人车，涉及电动无人车技术领域。该基于轮毂电机的车轮机构的一具体实施方式包括：支撑部、转向部和轮毂电机；其中，支撑部与车体相连；转向部与支撑部连接，且能相对支撑部转动；轮毂电机设置在转向部上。该实施方式能极大地简化机械结构和减小结构尺寸，转向灵活，地面适应能力强，效率和可靠性高，成本低。

Description

基于轮毂电机的车轮机构、电动无人车底盘和电动无人车

技术领域

本发明涉及电动无人车技术领域，尤其涉及一种基于轮毂电机的车轮机构、电动无人车底盘和电动无人车。

背景技术

电动无人车不同于无人驾驶汽车，其体积小、质量轻、速度低，对底盘的要求主要侧重于结构简单，重量小，成本低，灵活。但由于电动无人车尚无统一标准，尺寸和载重量方面需求各异，应各种实际需求，出现了各种各样的底盘方案。

电动无人车的驱动和转向方案多种多样，其中由直流电机+减速机+制动装置+无动力车轮组成的减速电机动力单元较为常见，再结合各种机械转向结构，实现转向或者原地自旋。

在实现本发明过程中，发明人发现现有技术中至少存在如下问题：

采用由直流电机+减速机+制动装置+无动力车轮组成的减速电机动力单元，成本高，结构尺寸大，相对于尺寸较小的电动无人车底盘来说布置难度大；大多数底盘的转弯半径大，无法实现原地自旋，转向灵活性差；能实现自旋的方案成本高昂或者结构笨重，效率低。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供一种基于轮毂电机的车轮机构、电动无人车底盘和电动无人车，能极大地简化机械结构和减小结构尺寸，转向灵活，地面适应能力强，效率和可靠性高，成本低。

为实现上述目的，根据本发明实施例的一个方面，提供了一种基于轮毂电机的车轮机构，包括：支撑部、转向部和轮毂电机；其中，

支撑部与车体相连；

转向部能相对支撑部转动；

轮毂电机设置在转向部上。

可选地，本发明实施例的车轮机构还包括：升降部；

升降部贯穿支撑部，且能相对支撑部进行垂直往复运动；转向部设置在升降部上。

可选地，升降部包括：滚珠螺母和花键轴；

滚珠螺母设置在支撑部上，花键轴贯穿滚珠螺母的螺孔；转向部设置在花键轴上。

可选地，转向部为转向框架，所述转向框架的两端分别通过轴承与花键轴连接。

可选地，本发明实施例的车轮机构还包括：离合器；离合器的一部分设置在转向部上、另一部分设置在花键轴上。

可选地，本发明实施例的车轮机构还包括：防护罩；防护罩套设在花键轴的下端。

可选地，本发明实施例的车轮机构还包括：减震器；减震器的轴向与升降部的轴向平行。

可选地，减震器的一端与支撑部连接，另一端与升降部连接；或者，

本发明实施例的车轮机构还包括：连接部；连接部的至少一部分与升降部的下端连接、至少另一部分与减震器的下端连接。

可选地，本发明实施例的车轮机构还包括：编码器，用于采集转向部的转向角信息。

根据本发明实施例的再一个方面，提供了一种电动无人车底盘，包括：车架、以及本发明实施例的第一方面提供的车轮机构；车轮机构的支撑部与车架连接。

可选地，车架包括：车架本体、以及车厢；车厢为敞口的空心厢式结构。

可选地，本发明实施例的电动无人车底盘还包括：控制系统，用于控制轮毂电机的速度、以及轮毂电机和转向部的转向角。

根据本发明实施例的另一个方面，提供了一种电动无人车，包括：电动无人车主体、以及本发明实施例的第一方面提供的车轮机构；所述车轮机构的支撑部与所述电动无人车主体连接。

上述发明中的一个实施例具有如下优点或有益效果：

1)采用轮毂电机，能大大简化机械结构和减小结构尺寸、降低成本；设置能相对支撑部转动的转向部，能提高车辆机构的转向灵活性；

2)设置能相对支撑部进行垂直往复运动的升降部，使得车轮机构能适应地面的变化，提高地面适用性；

3)采用滚珠螺母和花键轴实现垂直往复运动，花键轴既作为车轮上下振动的导向件又作为车轮转向的主销轴，结构件少、结构紧凑，质量小；

4)转向部设置为两端与花键轴连接的转向框架，能提高转向部的结构稳定性；

5)采用离合器实现车轮转向角调整的开启和锁死，成本低，结构简单、紧凑；

6)采用防护罩，能防止外界干扰物进入机构内部，提高使用寿命；

7)采用减震器，能减轻地面变化对车体造成的冲击；

8)通过连接部连接减震器和升降部，结构简单、紧凑；

9)设置编码器，便于采集转向部的转向角。

上述的非惯用的可选方式所具有的进一步效果将在下文中结合具体实施方式加以说明。

附图说明

附图用于更好地理解本发明，不构成对本发明的不当限定。其中：

图1是根据本发明实施例的基于轮毂电机的车轮机构的结构示意图；

图2是根据本发明实施例的电动无人车底盘的结构示意图；

图3是根据本发明实施例的电动无人车底盘的车架的结构示意图；

图4是根据本发明实施例的电动无人车底盘的行进示意图；

图5是根据本发明实施例的电动无人车底盘的转向示意图；

图6是根据本发明实施例的电动无人车底盘的原地自旋示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的示范性实施例做出说明，其中包括本发明实施例的各种细节以助于理解，应当将它们认为仅仅是示范性的。因此，本领域普通技术人员应当认识到，可以对这里描述的实施例做出各种改变和修改，而不会背离本发明的范围和精神。同样，为了清楚和简明，以下的描述中省略了对公知功能和结构的描述。

图1是根据本发明实施例的基于轮毂电机的车轮机构的结构示意图，如图1所示，基于轮毂电机的车轮机构100包括：支撑部110、转向部150和轮毂电机160；其中，支撑部110与车体相连；转向部150能相对支撑部110转动；轮毂电机160设置在转向部150上。

与现有技术中采用由直流电机+减速机+制动装置+无动力车轮组成的减速电机动力单元相比，本发明实施例采用轮毂电机，由于轮毂电机将动力装置、传动装置和制动装置都整合在轮毂内，因此能够极大地简化机械机构和减小结构尺寸，降低电动无人车底盘的布置难度。

转向部能相对支撑部转动的，当需要进行转向或原地自旋时，通过控制轮毂电机和转向部相对支撑部转动即可，转向灵活性好。实际应用过程中，可以采用离合器或者其他锁死组件锁死转向部，当转向部被锁死时，转向部不能相对支撑部转动。从而可以准确控制转向部的转向角。

对于路况复杂的室外环境，地面常常有高低起伏的变化。这种地面变化会对车体产生冲击。基于此，本发明实施例的车轮机构还可以包括升降部120。如图1所示，升降部120贯穿支撑部110，且能相对支撑部110进行垂直往复运动；转向部150设置在升降部120上。设置能相对支撑部进行垂直往复运动的升降部，使得车轮机构能适应地面的变化，降低地面变化对车体产生的冲击，提高车轮机构以及采用该车轮机构的底盘和车体的地面适用性。

在图1示出的可选实施例中，升降部120包括：滚珠螺母121和花键轴122；滚珠螺母121设置在支撑部110上，花键轴122贯穿滚珠螺母121的螺孔；转向部150设置在花键轴122上。采用滚珠螺母和花键轴实现垂直往复运动，花键轴既作为车轮垂直往复运动的导向件、又作为车轮转向的主销轴，结构件少、结构紧凑，质量小。

例如，转向部150通过轴承与支撑部连接。在一些实施例中，可以将转向部150的某一端设置在支撑部110上，也可以通过本领域技术人员惯用的连接组件将转向部150设置在支撑部110上，例如使转向部150与升降部连接。只要能够使转向部150能够相对支撑部110转动即可，本发明对于二者的位置和连接关系不做具体限定。

在图1示出的可选实施例中，转向部150为转向框架，转向框架的两端分别通过轴承130与花键轴122连接。转向部设置为两端与花键轴连接的转向框架，能提高转向部的结构稳定性和转向可靠性。

本发明实施例的车轮机构还可以包括：离合器140。离合器140的一部分设置在转向部150上、另一部分设置在花键轴122上。通过开启或闭合离合器140，可以调整车轮转向角的开启和锁死。例如，通过开启离合器140锁死车轮机构的转向角，使车轮机构的转向部150和轮毂电机160不能相对花键轴122转动；闭合离合器140时，车轮机构的转向部150和轮毂电机160可以相对花键轴122转动。再例如，通过闭合离合器140锁死车轮机构的转向角，使车轮机构的转向部150和轮毂电机160不能相对花键轴122转动；开启离合器140时，车轮机构的转向部150和轮毂电机160可以相对花键轴122转动。当转向部150不能绕花键轴122做相对转动时，采用本发明实施例的车轮机构可以沿某一方向直线行进；当转向部150能绕花键轴122做相对转动时，可以调整转向部150和轮毂电机160的转向角，实现转向或者原地自旋。采用离合器实现车轮转向角调整的开启和锁死，不仅能够准确控制转向部150和轮毂电机160的转向角，而且成本低，结构简单、紧凑。

本发明实施例的车轮机构还可以包括：防护罩1100；防护罩1100套设在花键轴122的下端。采用防护罩，能防止外界干扰物进入机构内部，便于维护和清理，并提高车轮机构的使用寿命。

本发明实施例的车轮机构还可以包括：减震器190。减震器190的轴向与升降部120的轴向平行。采用减震器，能减轻地面变化对车体造成的冲击。由于每个车轮均设置有减震器190，因此能够实现每个车轮都能独立地适应地面的变化。

减震器190可以直接与升降部120连接。例如，减震器190的一端与支撑部110连接，另一端与升降部120连接。

减震器190也可以通过其他连接组件与升降部120连接。本发明实施例的车轮机构还可以包括：连接部180。连接部180的至少一部分与升降部120的下端连接、至少另一部分与减震器190的下端连接。在图1示出的可选实施例中，连接部180为连接板，连接板的一部分与花键轴122的下端连接、另一部分与减震器190的下端连接。通过连接部连接减震器和升降部，结构简单、紧凑。

本发明实施例的车轮机构还可以包括：编码器170，用于采集转向部150的转向角信息。通过设置编码器，便于采集转向部的转向角，从而可以根据转向角控制车轮机构实现转向，提高转向准确性。

图2是根据本发明实施例的电动无人车底盘的结构示意图，如图2所示，电动无人车底盘200包括：车架210、以及本发明实施例提供的车轮机构220。车轮机构220的具体结构参见本发明实施例的第一方面，此处不再赘述。在实际使用过程中，车轮机构220的支撑部与车架210连接。

车架210的形状可以根据实际情况进行设定，例如设置为矩形、三角形、圆形或者其他形状，本发明实施例对此不做具体限定。在图2示出的可选实施例中，车架210位矩形框架。

如图3所示，车架210可以包括：车架本体310、以及车厢320。车架本体310是整个电动无人车的支撑部件，为了提高其结构稳定性，可以设置为刚性框架结构。车厢320可以设置为敞口的空心厢式结构，从而可以在其中布置其他所需的组件。在图3示出的可选实施例中，车厢320固定在车架本体310下部，其内部安装电池部件330和控制系统340。

应当说明的是，每个车架210上安装的车轮机构220的数量、以及各个车轮机构220在车架210上的分布方式可以根据实际情况进行设定，本发明实施例对此不做具体限定。在图2示出的可选实施例中，车架210为矩形框架，矩形框架的四个直角处分别设置一个车轮机构220。

本发明实施例中，由于各个车轮机构采用垂直式独立悬挂的方式设置在车架210上，从而可以大大简化底盘结构和减小底盘尺寸，增强底盘的路况适应能力。

本发明实施例的电动无人车底盘还可以包括：控制系统(图中未示出)，用于控制轮毂电机160的速度、以及轮毂电机160和转向部150的转向角。

下面以图2示出的电动无人车底盘为例详细说明本发明实施例的电动无人车底盘实现转向的过程：

矩形的车架210的四个直角处分别设置一个车轮机构220。初始状态时，可将车轮机构220的轮毂电机和转向部的转向角设置为零度(即车轮机构的转动方向与电动无人车底盘的前进方向相同时，车轮机构220的轮毂电机和转向部的转向角)，并用离合器将车轮机构220的转向部锁死，此时车轮机构220的转动方向与电动无人车底盘的前进方向一致，如图4所示。

当需要转弯时，控制(例如，可以通过设置在电动无人车底盘上的控制系统实现)两个前轮车轮机构220或两个后轮车轮机构220的离合器打开，同时控制两个前轮车轮机构220或两个后轮车轮机构220分别以高于或低于电动无人车底盘的速度运行，使相应的车轮机构220的轮毂电机和转向部绕支撑部转过一定角度，然后闭合离合器，锁死车轮机构的转向角，使车轮机构的状态如图5所示。在离合器140打开的过程中，转向角未发生变化的另外两个车轮机构220继续为电动无人车底盘提供前进动力，实现车体转弯。转弯完成后，再以相同的方式让两个处于转弯状态的车轮机构220的轮毂电机和转向部绕支撑部(例如，绕花键轴)转过相反的角度，即，使两个处于转弯状态的车轮机构220的轮毂电机和转向部的转向角为零。

若要实现原地自旋，可以先使电动无人车底盘的前进速度降为零，再控制每个轮毂电机160和对应的车轮机构220的轮毂电机和转向部转过一定角度，使得转向后的各个车轮机构的前进方向位于同一个圆的切线上，如图6所示，图6中O点代表车架本体210的中心。然后将离合器锁死。此时，继续控制车轮机构220的轮毂电机转动，即可使电动无人车底盘实现原地自旋。

本发明实施例提供的电动无人车底盘采用本发明实施例第一方面提供的车轮机构，因此，具有与本发明实施例第一方面的车轮机构的所有有益效果。

本发明实施例还提供了一种电动无人车，包括：电动无人车主体、以及本发明实施例提供的车轮机构。车轮机构的具体结构参见本发明实施例的第一方面，此处不再赘述。在实际使用过程中，车轮机构的支撑部与电动无人车主体连接。

本发明实施例提供的电动无人车实现转弯和原地自旋的过程参见本发明实施例的第二方面，此处不再赘述。

本发明实施例提供的电动无人车采用本发明实施例第一方面提供的车轮机构，因此，具有与本发明实施例第一方面的车轮机构的所有有益效果。

根据本发明实施例的技术方案，

1)采用轮毂电机，能大大简化机械结构和减小结构尺寸、降低成本；设置能相对支撑部转动的转向部，能提高车辆机构的转向灵活性；

2)设置能相对支撑部进行垂直往复运动的升降部，使得车轮机构能适应地面的变化，提高地面适用性；

3)采用滚珠螺母和花键轴实现垂直往复运动，花键轴既作为车轮上下振动的导向件又作为车轮转向的主销轴，结构件少、结构紧凑，质量小；

4)转向部设置为两端与花键轴连接的转向框架，能提高转向部的结构稳定性；

5)采用离合器实现车轮转向角调整的开启和锁死，成本低，结构简单、紧凑；

6)采用防护罩，能防止外界干扰物进入机构内部，提高使用寿命；

7)采用减震器，能减轻地面变化对车体造成的冲击；

8)通过连接部连接减震器和升降部，结构简单、紧凑；

9)设置编码器，便于采集转向部的转向角。

上述具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，取决于设计要求和其他因素，可以发生各种各样的修改、组合、子组合和替代。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明保护范围之内。

Claims (12)

1.一种基于轮毂电机的车轮机构，其特征在于，包括：支撑部(110)、转向部(150)、轮毂电机(160)和升降部(120)；其中，

支撑部(110)与车体相连；

转向部(150)能相对支撑部(110)转动；

轮毂电机(160)设置在转向部(150)上；

升降部(120)贯穿支撑部(110)，且能相对支撑部(110)进行垂直往复运动；转向部(150)设置在升降部(120)上。

2.如权利要求1所述的车轮机构，其特征在于，升降部(120)包括：滚珠螺母(121)和花键轴(122)；

滚珠螺母(121)设置在支撑部(110)上，花键轴(122)贯穿滚珠螺母(121)的螺孔；转向部(150)设置在花键轴(122)上。

3.如权利要求2所述的车轮机构，其特征在于，转向部(150)为转向框架，所述转向框架的两端分别通过轴承(130)与花键轴(122)连接。

4.如权利要求2所述的车轮机构，其特征在于，还包括：离合器(140)；离合器(140)的一部分设置在转向部(150)上、另一部分设置在花键轴(122)上。

5.如权利要求2所述的车轮机构，其特征在于，还包括：防护罩(1100)；防护罩(1100)套设在花键轴(122)的下端。

6.如权利要求1所述的车轮机构，其特征在于，还包括：减震器(190)；减震器(190)的轴向与升降部(120)的轴向平行。

7.如权利要求6所述的车轮机构，其特征在于，减震器(190)的一端与支撑部(110)连接，另一端与升降部(120)连接；或者，

所述车轮机构还包括：连接部(180)；连接部(180)的至少一部分与升降部(120)的下端连接、至少另一部分与减震器(190)的下端连接。

8.如权利要求1所述的车轮机构，其特征在于，还包括：编码器(170)，用于采集转向部(150)的转向角信息。

9.一种电动无人车底盘，其特征在于，包括：车架(210)、以及如权利要求1-8任意一项所述的车轮机构(220)；车轮机构(220)的支撑部与车架(210)连接。

10.如权利要求9所述的电动无人车底盘，其特征在于，车架(210)包括：车架本体(310)、以及车厢(320)；车厢(320)为敞口的空心厢式结构。

11.如权利要求10所述的电动无人车底盘，其特征在于，还包括：控制系统，用于控制轮毂电机(160)的速度、以及轮毂电机(160)和转向部(150)的转向角。

12.一种电动无人车，其特征在于，包括：电动无人车主体、以及如权利要求1-8任意一项 所述的车轮机构；所述车轮机构的支撑部与所述电动无人车主体连接。

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