CN110962524A - 一种星球车可变主动悬架机构 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种星球车可变主动悬架机构，属于六轮星球车悬架设计领域；包括2个悬架结构、车体、主轴和差动机构；主轴水平设置在车体内部的中部；差动机构固定设置在主轴的轴向中部；主轴的轴向两端伸出车体；2个悬架对称设置在车体的两侧；悬架结构包括前轮、前主摇臂、夹角调整机构、中轮、后主摇臂、伸缩机构、离合器、副摇臂和后轮；夹角调整机构连接；前主摇臂与夹角调整机构对接；前安装在前主摇臂的底端；后主摇臂与夹角调整机构对接；离合器与后主摇臂的轴向底端连接；副摇臂的中部与离合器对接；中轮和后轮与副摇臂的底部连接；伸缩机构水平设置在副摇臂上；本发明的悬架机构具备高通过性，在车轮故障后仍有较强移动能力的。

Description

一种星球车可变主动悬架机构
技术领域
本发明属于六轮星球车悬架设计领域，涉及一种星球车可变主动悬架机构。
背景技术
星球车所处的行驶环境比较恶劣，且不具有在轨维修的能力，需要具有较高的通过能力、沉陷脱困能力，且在车轮故障情况下通过抬轮仍然具有较高的移动能力。现有的星球车悬架机构，主要以美国勇气号星球车的摇臂悬架为主。该悬架由一个主摇臂A和一个副摇臂B铰接而成，其悬架结构如图1所示。悬架主摇臂A与前轮D相连，副摇臂B与中轮E和后轮F相连，左右两侧悬架分别与车体上的差动机构C相连。该星球车在火星工作期间，曾因车轮沉陷而最终丧失移动能力，被迫结束使命。
我国火星车采用主动悬架机构，通过蠕动或抬轮的方法，具备车轮沉陷脱困的能力，从地面试验验证看能够实现快速脱困。但是在前轮或后轮发生故障，或者车轮沉陷通过抬轮方法脱困的时候，由于中轮支撑点在车体质心附近，经常发生车体倾斜，使得故障轮着地，丧失抬轮行驶功能。抬轮行驶过程中，无法实现爬坡、越障等功能，甚至较小的起伏路面也会造成车体倾斜，使得故障轮着地。车轮行驶过程中的紧急制动，也会造成车体倾斜，故障轮着地。由此，主动悬架虽然具有抬轮功能，但抬轮后的移动能力大幅下降，不能满足火星复杂地形行驶的能力需求。
发明内容
本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提出一种星球车可变主动悬架机构，具备高通过性，在车轮故障后仍有较强移动能力的。
本发明解决技术的方案是：
一种星球车可变主动悬架机构，包括2个悬架结构、车体、主轴和差动机构；其中，车体为水平放置的长方体结构；主轴水平设置在车体内部的中部；差动机构固定设置在主轴的轴向中部；主轴的轴向两端伸出车体；2个悬架对称设置在车体的两侧；且2个悬架结构分别与主轴的轴向两端连接；所述悬架结构包括前轮、前主摇臂、夹角调整机构、中轮、后主摇臂、伸缩机构、离合器、副摇臂和后轮；夹角调整机构连接；前主摇臂的轴向顶端与夹角调整机构对接；前轮固定安装在前主摇臂的轴向底端；后主摇臂的轴向顶端与夹角调整机构对接；离合器与后主摇臂的轴向底端连接；副摇臂为倒置U形结构；副摇臂的中部与离合器对接；中轮与副摇臂的底部前端连接；后轮与副摇臂的底部后端连接；伸缩机构水平设置在副摇臂上，且位于中轮与离合器之间。
在上述的一种星球车可变主动悬架机构，所述前主摇臂实现绕夹角调整机构旋转；后主摇臂实现绕夹角调整机构旋转；实现前主摇臂与后主摇臂之间夹角的调整。
在上述的一种星球车可变主动悬架机构，所述当离合器打开时，副摇臂实现相对于后主摇臂绕离合器旋转；当离合器关闭时，副摇臂与后主摇臂的位置固定。
在上述的一种星球车可变主动悬架机构，所述伸缩机构实现副摇臂水平前端部分的伸长或缩短，带动中轮沿水平方向伸缩运动。
在上述的一种星球车可变主动悬架机构，所述差动机构为一对垂直的锥齿轮机构；当两侧悬架结构高度不一致时，保持车体近似水平，实现6各轮同时着地提供支撑力。
在上述的一种星球车可变主动悬架机构，所述车体升高的运动过程为：
当车体运动前方存在障碍物时，前主摇臂和后主摇臂均相对于夹角调整机构向内旋转，减小前主摇臂和后主摇臂之间的夹角；实现车体的升高，实现车体越过障碍物。
在上述的一种星球车可变主动悬架机构，所述悬架机构运动过程中，当前轮或中轮或后轮损坏时，实现将损毁轮抬起，防止损毁轮与地面接触产生摩擦阻力。
在上述的一种星球车可变主动悬架机构，当前轮损坏时，抬起前轮的过程为：
前轮和后轮停转，伸缩机构沿水平方向伸长，推动中轮转动向前移动；直至中轮移动到位；此时车体的质心位于中轮和后轮之间；关闭离合器；前主摇臂和后主摇臂均相对于夹角调整机构向内旋转，减小前主摇臂和后主摇臂之间的夹角，车体上升；由于后主摇臂与副摇臂的相对位置被离合器锁定；且车体质心在中轮和后轮之间；实现前轮在前主摇臂的作用下抬起。
在上述的一种星球车可变主动悬架机构，当中轮损坏时，抬起中轮的过程为：
前轮、中轮和后轮均停转；关闭离合器；前主摇臂和后主摇臂均相对于夹角调整机构向内旋转，减小前主摇臂和后主摇臂之间的夹角，车体上升；由于后主摇臂与副摇臂的相对位置被离合器锁定；实现中轮在后主摇臂的作用下抬起。
在上述的一种星球车可变主动悬架机构，当后轮损坏时，抬起后轮的过程为：
前轮和后轮均停转；伸缩机构沿水平方向缩短，带动中轮转动向后移动；直至中轮移动到位；此时车体的质心位于前轮和中轮之间；关闭离合器；前主摇臂和后主摇臂均相对于夹角调整机构向外旋转，增大前主摇臂和后主摇臂之间的夹角，车体下降；由于后主摇臂与副摇臂的相对位置被离合器锁定；且车体质心在前轮和中轮之间；实现后轮在后主摇臂的作用下抬起。
本发明与现有技术相比的有益效果是：
(1)本发明中差动机构为一对垂直的锥齿轮机构；当两侧悬架结构高度不一致时，保持车体近似水平，实现6各轮同时着地提供支撑力；
(2)本发明在车体前行过程中遇到障碍物时，通过前主摇臂和后主摇臂均相对于夹角调整机构向内旋转，减小前主摇臂和后主摇臂之间的夹角；实现车体的升高，实现车体越过障碍物；
(3)本发明在中设置有悬架结构，当前轮、中轮或后轮出现故障或损坏时，通过后主摇臂、伸缩机构、离合器和副摇臂的配合，实现将故障轮抬起，避免故障轮与底面摩擦产生摩擦阻力；车轮故障后仍有较强移动能力的。
附图说明
图1为本发明主动悬架机构侧视图；
图2为本发明主动悬架机构主视图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步阐述。
本发明提供一种星球车可变主动悬架机构，为一种高通过性的、车轮故障后仍有较强移动能力的，适用于六轮星球车的可变主动悬架机构。星球车可变主动悬架可以通过夹角调整机构4的运动实现车体2高度的变化，实现星球车蠕动行驶。通过伸缩机构7滑动，带动中轮5运动，实现副摇臂9的伸长或缩短，改变中轮5与车体2质心的距离，使得星球车抬前轮1或抬后轮10的时候，具有较高的行驶越障和爬坡能力，车体不易倾覆。当巡视器车轮下陷后，可以通过控制夹角调整机构多次往复运动，实现车轮蠕动，在车轮配合运动的情况下，使星球车快速脱困。在星球车松软坡道爬坡时，还可以通过夹角调整机构降低车体，伸缩机构调整中轮位置，改善星球车六个车轮的承载力分配，使更多车轮提供驱动力，防止车轮刨土，提高爬坡能力。在较大的石块卡在车轮之间的时候，爬坡和转向都无法脱开，可以通过伸缩机构的运动，改变中轮与前轮和后轮的距离，实现脱困。
如图1、图2所示，星球车可变主动悬架机构，主要包括2个悬架结构、车体2、主轴11和差动机构12；其中，车体2为水平放置的长方体结构；主轴11水平设置在车体2内部的中部；差动机构12固定设置在主轴11的轴向中部；主轴11的轴向两端伸出车体2；2个悬架对称设置在车体2的两侧；且2个悬架结构分别与主轴11的轴向两端连接；所述悬架结构包括前轮1、前主摇臂3、夹角调整机构4、中轮5、后主摇臂6、伸缩机构7、离合器8、副摇臂9和后轮10；夹角调整机构4连接；前主摇臂3的轴向顶端与夹角调整机构4对接；前轮1固定安装在前主摇臂3的轴向底端；后主摇臂6的轴向顶端与夹角调整机构4对接；离合器8与后主摇臂6的轴向底端连接；副摇臂9为倒置U形结构；副摇臂9的中部与离合器8对接；中轮5与副摇臂9的底部前端连接；后轮10与副摇臂9的底部后端连接；伸缩机构7水平设置在副摇臂9上，且位于中轮5与离合器8之间。夹角调整机构4的与主轴11连接，主轴11再与差动机构12连接，为车体2提供防止俯仰倾覆的扭矩。差动机构12通过一对垂直布局的锥齿轮机构，在两侧摇臂结构高度不一致的时候，保持车体近似水平，并确保6轮同时着地提供支撑力。
前主摇臂3实现绕夹角调整机构4旋转；后主摇臂6实现绕夹角调整机构4旋转；实现前主摇臂3与后主摇臂6之间夹角的调整。当离合器8打开时，副摇臂9实现相对于后主摇臂6绕离合器8旋转；当离合器8关闭时，副摇臂9与后主摇臂6的位置固定。伸缩机构7实现副摇臂9水平前端部分的伸长或缩短，带动中轮5沿水平方向伸缩运动。
车体2升高的运动过程为：
当车体2运动前方存在障碍物时，前主摇臂3和后主摇臂6均相对于夹角调整机构4向内旋转，减小前主摇臂3和后主摇臂6之间的夹角；实现车体2的升高，实现车体2越过障碍物。
悬架机构运动过程中，当前轮1或中轮5或后轮10损坏时，实现将损毁轮抬起，防止损毁轮与地面接触产生摩擦阻力。
当前轮1损坏时，抬起前轮1的过程为：
前轮1和后轮10停转，伸缩机构7沿水平方向伸长，推动中轮5转动向前移动；直至中轮5移动到位；此时车体2的质心位于中轮5和后轮10之间；关闭离合器8；前主摇臂3和后主摇臂6均相对于夹角调整机构4向内旋转，减小前主摇臂3和后主摇臂6之间的夹角，车体2上升；由于后主摇臂6与副摇臂9的相对位置被离合器8锁定；且车体2质心在中轮5和后轮10之间；实现前轮1在前主摇臂3的作用下抬起。
当中轮5损坏时，抬起中轮5的过程为：
前轮1、中轮5和后轮10均停转；关闭离合器8；前主摇臂3和后主摇臂6均相对于夹角调整机构4向内旋转，减小前主摇臂3和后主摇臂6之间的夹角，车体2上升；由于后主摇臂6与副摇臂9的相对位置被离合器8锁定；实现中轮5在后主摇臂6的作用下抬起。
当后轮10损坏时，抬起后轮10的过程为：
前轮1和后轮10均停转；伸缩机构7沿水平方向缩短，带动中轮5转动向后移动；直至中轮5移动到位；此时车体2的质心位于前轮1和中轮5之间；关闭离合器8；前主摇臂3和后主摇臂6均相对于夹角调整机构4向外旋转，增大前主摇臂3和后主摇臂6之间的夹角，车体2下降；由于后主摇臂6与副摇臂9的相对位置被离合器8锁定；且车体2质心在前轮1和中轮5之间；实现后轮10在后主摇臂6的作用下抬起。
主动悬架机构的蠕动过程为：
在主动悬架标称状态下，控制夹角调整机构4转动，使前主摇臂3和后主摇臂6的夹角增大，车体2下降，同时前轮1向前转动，中轮5和后路10保持不动，运动结束后，中轮5和后轮10在地面静摩擦力作用下不动，前轮1向前移动一段距离；然后夹角调整机构4反向运动，使前主摇臂3和后主摇臂6的夹角减小，车体2抬升，同时中轮5和后路10向前转动，前轮1保持不动，运动结束后，前轮1在地面静摩擦力作用下不动，中轮5和后轮10向前移动一段距离。由此实现一个单步蠕动过程，往复此运动，可实现星球车的连续蠕动，可提高星球车沉陷脱困、松软陡坡爬坡等方面能力。
本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (10)

1.一种星球车可变主动悬架机构，其特征在于：包括2个悬架结构、车体(2)、主轴(11)和差动机构(12)；其中，车体(2)为水平放置的长方体结构；主轴(11)水平设置在车体(2)内部的中部；差动机构(12)固定设置在主轴(11)的轴向中部；主轴(11)的轴向两端伸出车体(2)；2个悬架对称设置在车体(2)的两侧；且2个悬架结构分别与主轴(11)的轴向两端连接；所述悬架结构包括前轮(1)、前主摇臂(3)、夹角调整机构(4)、中轮(5)、后主摇臂(6)、伸缩机构(7)、离合器(8)、副摇臂(9)和后轮(10)；夹角调整机构(4)连接；前主摇臂(3)的轴向顶端与夹角调整机构(4)对接；前轮(1)固定安装在前主摇臂(3)的轴向底端；后主摇臂(6)的轴向顶端与夹角调整机构(4)对接；离合器(8)与后主摇臂(6)的轴向底端连接；副摇臂(9)为倒置U形结构；副摇臂(9)的中部与离合器(8)对接；中轮(5)与副摇臂(9)的底部前端连接；后轮(10)与副摇臂(9)的底部后端连接；伸缩机构(7)水平设置在副摇臂(9)上，且位于中轮(5)与离合器(8)之间。
2.根据权利要求1所述的一种星球车可变主动悬架机构，其特征在于：所述前主摇臂(3)实现绕夹角调整机构(4)旋转；后主摇臂(6)实现绕夹角调整机构(4)旋转；实现前主摇臂(3)与后主摇臂(6)之间夹角的调整。
3.根据权利要求2所述的一种星球车可变主动悬架机构，其特征在于：所述当离合器(8)打开时，副摇臂(9)实现相对于后主摇臂(6)绕离合器(8)旋转；当离合器(8)关闭时，副摇臂(9)与后主摇臂(6)的位置固定。
4.根据权利要求3所述的一种星球车可变主动悬架机构，其特征在于：所述伸缩机构(7)实现副摇臂(9)水平前端部分的伸长或缩短，带动中轮(5)沿水平方向伸缩运动。
5.根据权利要求4所述的一种星球车可变主动悬架机构，其特征在于：所述差动机构(12)为一对垂直的锥齿轮机构；当两侧悬架结构高度不一致时，保持车体近似水平，实现6各轮同时着地提供支撑力。
6.根据权利要求5所述的一种星球车可变主动悬架机构，其特征在于：所述车体(2)升高的运动过程为：
当车体(2)运动前方存在障碍物时，前主摇臂(3)和后主摇臂(6)均相对于夹角调整机构(4)向内旋转，减小前主摇臂(3)和后主摇臂(6)之间的夹角；实现车体(2)的升高，实现车体(2)越过障碍物。
7.根据权利要求6所述的一种星球车可变主动悬架机构，其特征在于：所述悬架机构运动过程中，当前轮(1)或中轮(5)或后轮(10)损坏时，实现将损毁轮抬起，防止损毁轮与地面接触产生摩擦阻力。
8.根据权利要求7所述的一种星球车可变主动悬架机构，其特征在于：当前轮(1)损坏时，抬起前轮(1)的过程为：
前轮(1)和后轮(10)停转，伸缩机构(7)沿水平方向伸长，推动中轮(5)转动向前移动；直至中轮(5)移动到位；此时车体(2)的质心位于中轮(5)和后轮(10)之间；关闭离合器(8)；前主摇臂(3)和后主摇臂(6)均相对于夹角调整机构(4)向内旋转，减小前主摇臂(3)和后主摇臂(6)之间的夹角，车体(2)上升；由于后主摇臂(6)与副摇臂(9)的相对位置被离合器(8)锁定；且车体(2)质心在中轮(5)和后轮(10)之间；实现前轮(1)在前主摇臂(3)的作用下抬起。
9.根据权利要求8所述的一种星球车可变主动悬架机构，其特征在于：当中轮(5)损坏时，抬起中轮(5)的过程为：
前轮(1)、中轮(5)和后轮(10)均停转；关闭离合器(8)；前主摇臂(3)和后主摇臂(6)均相对于夹角调整机构(4)向内旋转，减小前主摇臂(3)和后主摇臂(6)之间的夹角，车体(2)上升；由于后主摇臂(6)与副摇臂(9)的相对位置被离合器(8)锁定；实现中轮(5)在后主摇臂(6)的作用下抬起。
10.根据权利要求9所述的一种星球车可变主动悬架机构，其特征在于：当后轮(10)损坏时，抬起后轮(10)的过程为：
前轮(1)和后轮(10)均停转；伸缩机构(7)沿水平方向缩短，带动中轮(5)转动向后移动；直至中轮(5)移动到位；此时车体(2)的质心位于前轮(1)和中轮(5)之间；关闭离合器(8)；前主摇臂(3)和后主摇臂(6)均相对于夹角调整机构(4)向外旋转，增大前主摇臂(3)和后主摇臂(6)之间的夹角，车体(2)下降；由于后主摇臂(6)与副摇臂(9)的相对位置被离合器(8)锁定；且车体(2)质心在前轮(1)和中轮(5)之间；实现后轮(10)在后主摇臂(6)的作用下抬起。
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