CN110194209A - 驱动转向机构、车体轮系驱动装置及控制方法、车辆 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种驱动转向机构、车体轮系驱动装置及控制方法、车辆，其中，驱动转向机构包括：驱动部件，用于驱动所述车轮(4)绕自身轴线转动；转向轴(12)，相对于水平面竖直设置，和锁定解锁部件，用于在锁定状态下限制所述车轮(4)绕所述转向轴(12)转动，并在解锁状态下解除所述车轮(4)绕所述转向轴(12)转动的限制，以使所述车轮(4)能够通过绕自身轴线转动实现绕所述转向轴(12)转动。此种驱动转向机构只需要设置一个驱动部件，就能够同时实现车轮的行驶和转向，可降低驱动转向结构的复杂程度，节省空间，降低成本。

Description

驱动转向机构、车体轮系驱动装置及控制方法、车辆

技术领域

本发明涉及车辆技术领域，特别是无人车技术领域，尤其涉及一种驱动转向机构、车体轮系驱动装置及控制方法、车辆。

背景技术

车辆作为目前社会的重要运输工具现在已经普及到人们的工作及生活中两轮的自行车、三轮的电动及农用车、四轮的汽车都已经成为不可或缺的交通工具。四轮车是目前生活中占比最的车型,如汽车、各种车类机器人等等。常规的四轮汽车主要分为两驱和四驱，基本同为只有前轮可以支持转弯。四轮车类机器人有麦克纳姆轮形式的车、全向轮车以及舵电机控制的四轮全向车。

其中，舵电机控制的四轮全向车行驶较为稳定，控制方便。舵电机控制是在轮子的组件上方安装齿轮或其他传动结构，通过舵电机来控制轮子的行进方向。四个车轮的行驶分别由四个舵电机控制，四个车轮的转向分别由另外独立的四个舵电机控制，

由于此种四轮全向车需要采用八个舵电机进行独立控制，无形中增加了成本，并且使车体结构在高度方向上存在比较大的空间浪费，而且此种全向车基本用于室内。

发明内容

本发明的实施例提供了一种驱动转向机构、车体轮系驱动装置及控制方法、车辆，能够简化车辆驱动装置的结构。

为实现上述目的，本发明的实施例第一方面提供了一种驱动转向机构，包括：

驱动部件，用于驱动车轮绕自身轴线转动；

转向轴，相对于水平面竖直设置，和

锁定解锁部件，用于在锁定状态下限制车轮绕转向轴转动，并在解锁状态下解除车轮绕转向轴转动的限制，以使车轮能够通过绕自身轴线转动实现绕转向轴转动。

进一步地，驱动转向机构还包括角度检测部件，用于检测车轮相对于转向轴的转动角度，以便根据角度检测部件的检测信号调整车轮的转速。

进一步地，驱动转向机构还包括回转轮架，通断部件包括离合器，离合器包括：

静止部，与转向轴同轴固定设置；

运动部，相对于转向轴同轴可转动地设置，且运动部通过回转轮架与车轮连接。

进一步地，动力部件、驱动轴、驱动齿轮、传动齿轮和轮轴，驱动轴和轮轴与转向轴垂直，动力部件提供的动力依次通过驱动轴、驱动齿轮和传动齿轮传递至轮轴，轮轴的外端与车轮连接。

进一步地，驱动齿轮包括第一锥齿轮，传动齿轮包括第二锥齿轮和第三锥齿轮，其中，

第一锥齿轮与轮轴同轴设置，且与动力部件可操作性地连接；

第二锥齿轮相对于转向轴同轴可转动地设置，且与第一锥齿轮啮合；

第三锥齿轮与轮轴同轴设置，且与第二锥齿轮啮合，轮轴的两端分别与第三锥齿轮和车轮连接。

进一步地，车轮的行驶阻力大于绕转向轴转向的阻力。

为实现上述目的，本发明的实施例第二方面提供了一种车体轮系驱动装置，包括：控制部件、车轮和上述实施例所述的驱动转向机构，每个车轮分别对应设置一套驱动转向机构，控制部件用于根据车辆的不同运动工况，使锁定解锁部件处于所需的工作状态，并控制驱动部件调节车轮的转速。

进一步地，在锁定解锁部件解锁的状态下，控制部件能够通过控制车体与车轮的转速差实现车轮需要绕转向轴转动的角度。

进一步地，在车辆直行的工况下，各个车轮对应的锁定解锁部件均处于锁定状态；或者

各个后轮对应的锁定解锁部件处于锁定状态，各个前轮对应的锁定解锁部件处于解锁状态，前轮和后轮的转速保持一致。

进一步地，在车辆行驶转弯的工况下，各个后轮对应的锁定解锁部件处于锁定状态，各个前轮对应的锁定解锁部件处于解锁状态，前轮和后轮具有转速差。

进一步地，在车辆需要自旋之前，各个车轮对应的锁定解锁部件均处于解锁状态，并在车辆停车的状态通过转速控制使各个车轮绕各自的转向轴转动至预设角度；在自旋过程中，各个车轮对应的锁定解锁部件均处于锁定状态。

为实现上述目的，本发明的实施例第三方面提供了一种车辆，包括上述各实施例的车体轮系驱动装置。

进一步地，车辆为无人车。

为实现上述目的，本发明的实施例第四方面提供了一种基于上述车体轮系驱动装置的控制方法，包括：

控制部件根据车辆的运动工况使各个车轮对应的锁定解锁部件处于所需的工作状态；

控制部件根据车辆的运动工况控制驱动部件调节车轮的转速。

进一步地，在锁定解锁部件处于解锁状态下，调节车轮的转速的步骤包括：

控制部件计算车轮需要绕转向轴转动的角度；

控制部件通过控制车体与车轮的转速差实现车轮需要绕转向轴转动的角度。

进一步地，控制方法还包括：

角度检测部件检测车轮相对于转向轴的转动角度；

控制部件根据角度检测部件的检测信号调整车轮的转速。

进一步地，在车辆直行的工况下，使各个车轮对应的锁定解锁部件均处于锁定状态；或者

使各个后轮对应的锁定解锁部件处于锁定状态，各个前轮对应的锁定解锁部件处于解锁状态，并控制前轮和后轮的转速保持一致。

进一步地，在车辆行驶转弯的工况下，使各个后轮对应的锁定解锁部件处于锁定状态，各个前轮对应的锁定解锁部件处于解锁状态，并根据转弯方向和转弯角度控制前轮和后轮的转速差。

进一步地，在车辆行驶转弯的工况下，内侧车轮和外侧车轮相对于各自对应转向轴的旋转角度不同。

进一步地，车辆自旋工况包括如下步骤：

使车辆停车；

停车后使各个车轮对应的锁定解锁部件均处于解锁状态，并控制驱动部件驱动各个车轮绕各自的转向轴转动至所需角度；

使各个车轮对应的锁定解锁部件均处于锁定状态，并使驱动部件驱动各个车轮绕车体的回转中心转动以实现自旋。

基于上述技术方案，本发明一个实施例的驱动转向机构，通过设置锁定解锁部件，能够在锁定状态下限制车轮绕转向轴转动，并在解锁状态下解除车轮绕转向轴转动，以使车轮能够通过绕自身轴线转动实现绕转向轴转动。由此，只需要设置一个驱动部件，就能够同时实现车轮的行驶和转向，可降低驱动转向结构的复杂程度，节省空间，降低成本。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明车体轮系驱动装置的一个实施例的原理示意图；

图2a和图2b分别为本发明车体轮系驱动装置驱动轮子朝不同方向转动的状态示意图；

图3为本发明驱动转向机构的一个实施例的结构示意图；

图4为本发明车辆处于不同行走状态下的状态示意图。

附图标记说明

1、驱动转向机构；2、车体；3、转向中心；4、车轮；

11、角度检测部件；12、转向轴；13、离合器；131、静止部；132、运动部；14、回转轮架；15、第二锥齿轮；16、第一锥齿轮；17、驱动轴；19、箱体；20、齿轮轴套；21、端盖；22、轮叉回转轴承；23、第三锥齿轮；24、轮轴；25、安装法兰。

具体实施方式

以下详细说明本发明。在以下段落中，更为详细地限定了实施例的不同方面。如此限定的各方面可与任何其他的一个方面或多个方面组合，除非明确指出不可组合。尤其是，被认为是优选的或有利的任何特征可与其他一个或多个被认为是优选的或有利的特征组合。

本发明中出现的“第一”、“第二”等用语仅是为了方便描述，以区分具有相同名称的不同组成部件，并不表示先后或主次关系。

在本发明的描述中，采用了“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“内”和“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。下面的描述均与车头对应的方向定义为“前”，其它的方位以此为基准定义。

如图1至图4所示，本发明提供了一种车体轮系驱动装置，用于驱动车辆执行各种动作，包括直行、横行、转弯和自旋。其中，车辆为三轮车、四轮车或多轮车。如图1所示，车辆包括车体2和车轮4，车轮4可以是充气驱动轮或其它形式的轮子。

在一个实施例中，此种车体轮系驱动装置包括：控制部件、车轮4和驱动转向机构1，每个车轮4分别对应设置一套驱动转向机构1，各个车轮4通过各自对应的驱动转向机构实现独立控制。控制部件用于控制各个驱动转向机构1工作，以实现车辆的不同运动工况。

驱动转向机构1为本发明车体轮系驱动装置中的核心部件，下面首先对驱动转向机构1的结构和功能进行详细说明。

在一个实施例中，如图3所示，驱动转向机构1包括驱动部件、转向轴12和锁定解锁部件。其中，驱动部件用于向车轮4提供动力，驱动车轮4绕自身轴线转动，驱动部件可以是电机或内燃机，也可包括减速器等。转向轴12相对于水平面竖直设置，车轮4在转向时绕着转向轴12转动，优选地，转向轴12与车轮4自身的轮轴24的轴线位于同一竖直平面内，能够使车轮4绕转向轴12实现180°旋转，以实现全部动作，而且结构较为紧凑。

锁定解锁部件在锁定状态下限制车轮4绕转向轴12转动，驱动部件向车轮4提供的动力使车轮4向前或向后行驶；锁定解锁部件在解锁状态下解除车轮4绕转向轴12转动的限制，以使车轮4能够通过绕自身轴线转动实现绕转向轴12转动，驱动部件向车轮4提供的动力可以使车轮4行驶或转向。

现有技术中车轮的行驶和转向需要通过独立的舵电机进行控制，而且由于转向轴竖直设置，驱动转向轴的舵电机也需要相应地竖直设置，因此在高度方向上会占用较大的空间。而本发明的驱动转向机构1中只需要设置一个驱动部件，就能够同时实现车轮的行驶和转向，可降低驱动转向结构的复杂程度，节省空间，特别是减小驱动转向机构在高度方向上占用的空间，驱动部件数量的减少还能降低成本。而且，由于车轮可实现半周旋转，能够灵活地调整车轮的转向角度实现车体的运动姿态，在道路比较狭窄或拥挤的情况下也能通过不同姿态的配合运动自如。

进一步地，驱动转向机构1还可包括角度检测部件11，用于检测车轮4相对于转向轴12的转动角度，以便根据角度检测部件11的检测信号调整车轮4的转速。例如，角度检测部件11可以是编码器或角度传感器等。

具体地，控制部件能够根据角度检测部件11的检测信号和车轮4需要转向的角度进行比较，并根据角度偏差调整车轮4的转速，以使车轮4达到需要转向的角度。

该实施例通过对车轮4实际的转向角度进行检测，能够实时地判断出车轮4的姿态，以便及时准确地对车轮4的转向角度进行修正调节，提高车辆运动的安全性。

如图3所示，驱动转向机构1还可包括回转轮架14，通断部件包括离合器13，例如电磁离合器、摩擦离合器或磁阻离合器，能够在吸合时限制车轮4绕转向轴12转动，并在脱开时解除车轮4绕转向轴12转动的限制。通过设置回转轮架14，便于实现离合器13与车轮4的连接，角度检测部件可设在回转轮架14的上端。

现有技术中用于控制转向的舵电机在竖直方向上占用较大的空间，而本发明采用离合器13的高度尺寸则较小，而且离合器的成本低于舵电机。

具体地，离合器13包括静止部131和运动部132。其中，静止部131与转向轴12同轴固定设置；运动部132位于静止部131上方，相对于转向轴12同轴可转动地设置，且运动部132通过回转轮架14与车轮4连接。

优选地，运动部132与转向轴12之间设有轴承，以使车轮4能够带动回转轮架14和运动部132相对于转向轴12转动。

车轮4绕转向轴12转向的阻力主要来自于轴承内部的摩擦力，车轮4行驶的阻力主要来自车轮4与地面的摩擦力。在实际的设计中，较优地，使车轮4的行驶阻力大于绕转向轴12转向的阻力。当车轮4需要转向时，控制部件控制驱动部件为车轮4提供转速，如果转向阻力小于行驶阻力，则车轮4的转速优先绕转向轴12转动，使车轮4发生转向。

进一步地，仍参考图3，驱动部件包括：动力部件、驱动轴17、轮轴24、驱动齿轮和传动齿轮，驱动轴17和轮轴24均与转向轴12垂直，且驱动轴17与车体2的宽度方向一致，驱动轴17与动力部件连接。动力部件提供的动力依次通过驱动轴17、驱动齿轮和传动齿轮传递至轮轴24，轮轴24的外端与车轮4连接。

优选地，驱动齿轮包括第一锥齿轮16，传动齿轮包括第二锥齿轮15和第三锥齿轮23。其中，第一锥齿轮16与驱动轴17同轴设置，且与动力部件可操作性地连接，例如第一锥齿轮16通过驱动轴17与动力部件连接，动力部件可以是电机或内燃机等。第二锥齿轮15与第一锥齿轮16啮合，且相对于转向轴12同轴可转动地设置，第二锥齿轮15与转向轴12之间设有轴承，例如推力轴承等。第三锥齿轮23与轮轴24同轴设置，且与第二锥齿轮15啮合，轮轴24的两端分别与第三锥齿轮23和车轮4连接。各个锥齿轮可通过齿轮轴套20与相应的轴连接。

通过采用锥齿轮传动，能够使传动机构在水平面内通过转向轴12，使整体结构更紧凑，节省空间。可替代地，也可采用直齿轮传动，直齿轮设在转向轴12的侧部。

为了配合传动结构的安装，驱动转向机构1还包括箱体19，箱体19位于离合器13下方，用于安装各个齿轮，转向轴12竖直穿过箱体19内部。箱体19的上下端均设有端盖21。端盖21与转向轴12之间通过键连接，无法相对转动。

具体地，回转轮架14具有第一支撑部和第二支撑部，第一支撑部呈具有内孔，轮轴24安装在第一支撑部的内孔中，轮轴24与内孔第一支撑部的内孔之间通过轴承进行支撑，轮轴24的外端通过安装法兰25与车轮4连接。第二支撑部包括上下两个安装板，两个安装板靠近车轮4的一端分别与第一支撑部连接，上安装板与转向轴12的上端位置对应，且与离合器13的运动部固定连接，下安装板通过轮叉回转轴承22与转向轴12的下端可转动地连接。

此种结构形式的回转轮架14能够增加对转向轴12的支撑长度，增加驱动转向机构1的整体刚度，不容易发生变形，而且能够使车轮4、回转轮架14和运动部132整体绕转向轴12的转向更加稳定，从而提高车轮4运动时的平稳性，从而提高车辆的性能。

针对此种结构形式，控制部件用于根据车辆的不同运动工况，使锁定解锁部件处于所需的工作状态，并控制驱动部件调节车轮4的转速。通过控制锁定解锁部件的工作状态和车轮4的转速，能够组合出车辆的不同运动工况。在车辆行驶过程中，通过使车轮4的转速发生变化可控制车体2行驶的方向。该实施例无需单独对车轮4的转向角度进行控制，通过控制各个车轮4的转速就能同时实现车轮4以预定速度行驶以及按预定角度转向。

优选地，在锁定解锁部件解锁的状态下，控制部件能够通过控制车体2与车轮4的转速差实现车轮4需要绕转向轴12转动的角度，以实现车轮4的转向。转速差可以根据车轮4需要转过的方向和转向角度确定。

下面以四轮车为例，分别对各个运动工况进行说明：

(1)直行工况：

在一种实现形式中，各个车轮4对应的锁定解锁部件均处于锁定状态，并使各个车轮4的转速一致。

在另一种实现形式中，各个后轮对应的锁定解锁部件处于锁定状态，各个前轮对应的锁定解锁部件处于解锁状态，前轮和后轮的转速保持一致。

(2)转弯工况：

在车辆行驶过程中进行转弯的工况下，各个后轮对应的锁定解锁部件处于锁定状态，各个前轮对应的锁定解锁部件处于解锁状态，前轮和后轮具有转速差。在转弯过程中，后轮的转速代表车体2的速度。

如图2a所示，如果前轮的转速大于后轮的转速，即前轮的转动速度大于车体2的行驶速度，前轮的转速一部分用于使其行驶，超出后轮转速的部分用于使前轮发生转向，前轮绕着转向中心3(即绕着转向轴12)发生摆动，具体地，前轮的前端朝向车体2内侧的方向摆动。

如图2b所示，如果前轮的转速小于后轮的转速，即前轮的转动速度小于车体的行驶速度，前轮的转速无法与车体2的行驶速度匹配，就会绕着转向中心3(即绕着转向轴12)发生摆动，具体地，前轮的前端朝向车体2外侧的方向摆动。

在车辆转弯的过程中，由于两个前轮分别处于内侧和外侧，因而两个前轮的转向角度会有所不同，通过精确计算两个前轮的转向角度，能够更加精确地控制车体的行驶方向。而且，由于车轮可摆动较大的角度，因而能够实现较小的转弯半径，灵活地控制转弯方向。

(3)自旋工况：

在车辆需要自旋之前，各个车轮4对应的锁定解锁部件均处于解锁状态，并在车辆停车的状态下，控制部件对各个车轮4进行转速控制，使各个车轮4绕各自的转向轴12转动至预设角度。如图4所示，左前轮顺时针转动，右前轮逆时针摆动，左后轮逆时针摆动，右后轮顺时针摆动。各个车轮4的转向角度根据车轮之间的横纵间距来确定。车轮在自旋时有一个虚拟的旋转中心，各个车轮4在转向后应处于车体2旋转的切向位置。

在自旋过程中，各个车轮4对应的锁定解锁部件均处于锁定状态，控制部件控制驱动部件使各个车轮4转动，车体2就会绕虚拟的旋转中心转动，车轮4的转速决定了车辆自旋的速度。

下面给出一个具体实施例来说明本发明车体轮系驱动装置的工作原理。

如图1所示的车辆具有四个车轮4，每个车轮4对应安装一套驱动转向机构1，驱动转向机构1可控制车轮4绕着各自的转向中心3旋转，这样就能通过调整四个车轮的姿态，实现车体的多种动作形式。

如图3所示，具体原理如下：动力部件通过驱动轴17将动力传递至第一锥齿轮16，依次带动第二锥齿轮15和第三锥齿轮23转动，接着驱动轮轴24和安装法兰25带动车轮4转动，实现动力传递。

在离合器13吸合时(根据离合器的工作原理不同，可以是通电吸合或断电吸合)，运动部132与静止部131之间无法相对转动，回转轮架14、轮轴24和车轮4这一部分无法绕转向轴12转动，动力传输只能传递到车轮4，实现车轮4绕自身轴线转动，作为车体运动的动力。

在离合器13断开时，回转轮架14、轮轴24和车轮4这一部分可以绕转向轴12转动，动力传递到车轮4时，如果前面车轮4的转速与车体的速度相匹配，则轮轴24与驱动轴17的轴线保持角度不变。如果前面车轮的转速大于车体的行驶速度，则回转轮架14、轮轴24会带动前面的车轮4超过驱动轴17的轴线向前方摆动，绕转向轴12按照图2a所示的方向转动。如果前面车轮的转速小于车体的行驶速度，则回转轮架14、轮轴24会带动前面的车轮4会落后驱动轴17的轴线向后摆动，绕转向轴12按照图2b所示的方向转动。

按照上述原理，松开两个前轮对应的离合器13，通过控制两个前轮和后轮的转速变化就能控制车体的行驶方向，并且轮轴24相对于驱动轴17的转向角度可根据角度检测部件11实时检测，及时修正调整车体运动过程中车轮的转向角度。车辆在行驶和停车时可进行的动作和操作策略也不同，比如行驶过程中可进行转弯但是不能进行自旋，自旋只能在车体停止的时候进行。

其次，本发明还提供了一种车辆，包括上述实施例所述的所示的驱动转向机构1或者车体轮系驱动装置。

由于本发明的车辆只需要四个动力部件就能控制四个轮子实现行驶和转向，将车辆的驱动和转向集成为一体可节省车辆底盘空间，简化结构，降低成本。而且，通过车轮各自的动力进行控制可灵活地实现车体的不同姿态，包括自旋，直行、横行、转弯等动作。另外，由于能够准确地控制车轮的转向，使车辆在运动时受到路况的影响较小，可全面地适用于室外车辆和室内车辆。

优选地，本发明的车辆为无人车，通过控制部件就能够实现车辆不同的运动工况。另外，车辆也可以是汽车等。车辆的动力可以是电动或内燃机驱动。

如图4所示，本发明的车辆可实现多种运动工况。当车轮4与车体2前后方向平行时，可实现车体2的前进后退；当车轮4与车体2的前后方向垂直时，可实现车体2的左右横行。

当只有前轮右转或左转时，可分别实现右转弯和左转弯。当只有后轮左转时，可实现右倒车；当只有后轮右转时，可实现左倒车。

当所有的车轮4均朝右侧摆动，可实现向右前方斜走；当所有的车轮4均朝左侧摆动，可实现向左前方斜走。

当前轮左转，后轮右转时，可实现大半径左转；当前轮右转，后轮左转时，可实现大半径右转。

当左侧的前后轮同时左转，且右侧的前后轮均与车体2的前后方向垂直时，可实现左甩尾；当左侧的前后轮均与车体2的前后方向垂直，且右侧的前后轮同时右转时，可实现右甩尾。

当左侧的前后轮同时右转，且右侧的前后轮均与车体2的前后方向垂直时，可实现左甩头；当左侧的前后轮均与车体2的前后方向垂直，且右侧的前后轮同时左转时，可实现右甩头。

当所有的车轮4都转动至与自旋方向相切时，可实现车体2的自旋。

最后，本发明还提供了一种基于上述实施例车体轮系驱动装置的控制方法，在一个实施例中，包括：

步骤101、控制部件根据车辆的运动工况使各个车轮4对应的锁定解锁部件处于所需的工作状态；

步骤102、控制部件根据车辆的运动工况控制驱动部件调节车轮4的转速。

该实施例通过控制锁定解锁部件的工作状态和车轮4的转速，能够组合出车辆的不同运动工况。在车辆行驶过程中，通过使车轮4的转速发生变化可控制车体2行驶的方向。该实施例无需单独对车轮4的转向角度进行控制，通过控制各个车轮4的转速就能同时实现车轮4以预定速度行驶以及按预定角度转向。

进一步地，在锁定解锁部件处于解锁状态下，步骤102调节车轮4的转速的步骤包括：

步骤102A、控制部件计算车轮4需要绕转向轴12转动的角度；

步骤102B、控制部件通过控制车体2与车轮4的转速差实现车轮4需要绕转向轴12转动的角度。

进一步地，本发明的控制方法还包括：

步骤103、角度检测部件11检测车轮4相对于转向轴12的转动角度；

步骤104、控制部件根据角度检测部件11的检测信号调整车轮4的转速。

在该实施例中，在执行步骤102的过程中，步骤103可实时执行。通过对车轮4实际的转向角度进行检测，能够实时地判断出车轮4的姿态，以便及时准确地对车轮4的转向角度进行修正调节，提高车辆运动的安全性。

通过对锁定解锁部件和车轮的转速进行控制，能够实现车辆的不同运动工况，下面将分别进行说明。

在车辆直行的工况下，使各个车轮4对应的锁定解锁部件均处于锁定状态；或者使各个后轮对应的锁定解锁部件处于锁定状态，各个前轮对应的锁定解锁部件处于解锁状态，并控制前轮和后轮的转速保持一致。

在车辆行驶转弯的工况下，使各个后轮对应的锁定解锁部件处于锁定状态，各个前轮对应的锁定解锁部件处于解锁状态，并根据转弯方向和转弯角度控制前轮和后轮的转速差。

在车辆转弯的过程中，由于前轮的转速一部分用于使车辆行驶，另一部分用于转弯，与车辆直行工况相比，如果要使车体达到相同的直行方向的位移，需要提高前轮的转速，进行位移补偿控制。

进一步地，在车辆行驶转弯的工况下，由于内侧车轮4和外侧车轮4的转弯半径不同，因此在控制车辆转弯的过程中，内侧车轮4和外侧车轮4相对于各自对应转向轴12的旋转角度不同。

在车辆自旋的工况下，车辆自旋工况包括如下步骤：

使车辆停车；

停车后使各个车轮4对应的锁定解锁部件均处于解锁状态，并控制驱动部件驱动各个车轮4绕各自的转向轴12转动至所需角度；

使各个车轮4对应的锁定解锁部件均处于锁定状态，并使驱动部件驱动各个车轮4绕车体2的回转中心转动以实现自旋。

以上对本发明所提供的一种驱动转向机构、车体轮系驱动装置及控制方法、车辆进行了详细介绍。本文中应用了具体的实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (20)

1.一种驱动转向机构，其特征在于，包括：

驱动部件，用于驱动车轮(4)绕自身轴线转动；

转向轴(12)，相对于水平面竖直设置，和

锁定解锁部件，用于在锁定状态下限制所述车轮(4)绕所述转向轴(12)转动，并在解锁状态下解除所述车轮(4)绕所述转向轴(12)转动的限制，以使所述车轮(4)能够通过绕自身轴线转动实现绕所述转向轴(12)转动。

2.根据权利要求1所述的驱动转向机构，其特征在于，还包括角度检测部件(11)，用于检测所述车轮(4)相对于所述转向轴(12)的转动角度，以便根据所述角度检测部件(11)的检测信号调整所述车轮(4)的转速。

3.根据权利要求1所述的驱动转向机构，其特征在于，还包括回转轮架(14)，所述通断部件包括离合器(13)，所述离合器(13)包括：

静止部(131)，与所述转向轴(12)同轴固定设置；

运动部(132)，相对于所述转向轴(12)同轴可转动地设置，且所述运动部(132)通过所述回转轮架(14)与所述车轮(4)连接。

4.根据权利要求1所述的驱动转向机构，其特征在于，所述驱动部件包括：动力部件、驱动轴(17)、驱动齿轮、传动齿轮和轮轴(24)，所述驱动轴(17)和轮轴(24)与所述转向轴(12)垂直，所述动力部件提供的动力依次通过所述驱动轴(17)、驱动齿轮和传动齿轮传递至轮轴(24)，所述轮轴(24)的外端与所述车轮(4)连接。

5.根据权利要求4所述的驱动转向机构，其特征在于，所述驱动齿轮包括第一锥齿轮(16)，所述传动齿轮包括第二锥齿轮(15)和第三锥齿轮(23)，其中，

所述第一锥齿轮(16)与所述轮轴(24)同轴设置，且与所述动力部件可操作性地连接；

所述第二锥齿轮(15)相对于所述转向轴(12)同轴可转动地设置，且与所述第一锥齿轮(16)啮合；

所述第三锥齿轮(23)与所述轮轴(24)同轴设置，且与所述第二锥齿轮(15)啮合，所述轮轴(24)的两端分别与所述第三锥齿轮(23)和所述车轮(4)连接。

6.根据权利要求1所述的驱动转向机构，其特征在于，所述车轮(4)的行驶阻力大于绕所述转向轴(12)转向的阻力。

7.一种车体轮系驱动装置，其特征在于，包括：控制部件、车轮(4)和权利要求1～6任一所述驱动转向机构(1)，每个所述车轮(4)分别对应设置一套所述驱动转向机构(1)，所述控制部件用于根据车辆的不同运动工况，使所述锁定解锁部件处于所需的工作状态，并控制所述驱动部件调节车轮(4)的转速。

8.根据权利要求7所述的车体轮系驱动装置，其特征在于，在所述锁定解锁部件解锁的状态下，所述控制部件能够通过控制车体(2)与车轮(4)的转速差实现所述车轮(4)需要绕所述转向轴(12)转动的角度。

9.根据权利要求7所述的车体轮系驱动装置，其特征在于，在所述车辆直行的工况下，各个车轮(4)对应的所述锁定解锁部件均处于锁定状态；或者

各个后轮对应的所述锁定解锁部件处于锁定状态，各个前轮对应的锁定解锁部件处于解锁状态，所述前轮和后轮的转速保持一致。

10.根据权利要求7所述的车体轮系驱动装置，其特征在于，在车辆行驶转弯的工况下，各个后轮对应的所述锁定解锁部件处于锁定状态，各个前轮对应的锁定解锁部件处于解锁状态，所述前轮和后轮具有转速差。

11.根据权利要求7所述的车体轮系驱动装置，其特征在于，在车辆需要自旋之前，各个车轮(4)对应的所述锁定解锁部件均处于解锁状态，并在车辆停车的状态通过转速控制使各个车轮(4)绕各自的转向轴(12)转动至预设角度；在自旋过程中，各个车轮(4)对应的所述锁定解锁部件均处于锁定状态。

12.一种车辆，其特征在于，包括权利要求1～6任一所示的驱动转向机构或者权利要求7～11任一所述的车体轮系驱动装置。

13.根据权利要求12所述的车辆，其特征在于，所述车辆为无人车。

14.一种基于权利要求7～11任一所述的车体轮系驱动装置的控制方法，其特征在于，包括：

所述控制部件根据车辆的运动工况使各个车轮(4)对应的所述锁定解锁部件处于所需的工作状态；

所述控制部件根据车辆的运动工况控制所述驱动部件调节所述车轮(4)的转速。

15.根据权利要求14所述的车体轮系驱动装置的控制方法，其特征在于，在所述锁定解锁部件处于解锁状态下，调节所述车轮(4)的转速的步骤包括：

所述控制部件计算所述车轮(4)需要绕所述转向轴(12)转动的角度；

所述控制部件通过控制车体(2)与车轮(4)的转速差实现车轮(4)需要绕所述转向轴(12)转动的角度。

16.根据权利要求15所述的车体轮系驱动装置的控制方法，其特征在于，还包括：

角度检测部件(11)检测所述车轮(4)相对于所述转向轴(12)的转动角度；

所述控制部件根据所述角度检测部件(11)的检测信号调整所述车轮(4)的转速。

17.根据权利要求14所述的车体轮系驱动装置的控制方法，其特征在于，在所述车辆直行的工况下，使各个车轮(4)对应的所述锁定解锁部件均处于锁定状态；或者

使各个后轮对应的所述锁定解锁部件处于锁定状态，各个前轮对应的锁定解锁部件处于解锁状态，并控制所述前轮和后轮的转速保持一致。

18.根据权利要求14所述的车体轮系驱动装置的控制方法，其特征在于，在车辆行驶转弯的工况下，使各个后轮对应的所述锁定解锁部件处于锁定状态，各个前轮对应的锁定解锁部件处于解锁状态，并根据转弯方向和转弯角度控制所述前轮和后轮的转速差。

19.根据权利要求18所述的车体轮系驱动装置的控制方法，其特征在于，在车辆行驶转弯的工况下，内侧车轮(4)和外侧车轮(4)相对于各自对应转向轴(12)的旋转角度不同。

20.根据权利要求14所述的车体轮系驱动装置的控制方法，其特征在于，车辆自旋工况包括如下步骤：

使车辆停车；

停车后使各个车轮(4)对应的所述锁定解锁部件均处于解锁状态，并控制驱动部件驱动各个车轮(4)绕各自的转向轴(12)转动至所需角度；

使各个车轮(4)对应的所述锁定解锁部件均处于锁定状态，并使驱动部件驱动各个车轮(4)绕车体(2)的回转中心转动以实现自旋。