CN111002773A - 一种用于载人月面移动系统的可调姿变阻尼主动悬架 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于载人月面移动系统的可调姿变阻尼主动悬架，属于载人月面移动系统设计领域；上横臂的轴向一端与车轮的轮毂旋转连接；上横臂的轴向另一端与车架旋转连接；下横臂的轴向一端与轮毂旋转连接；下横臂的轴向另一端与车架旋转连接；摩擦式减振器设置在上横臂与车架的旋转连接处；调姿电动缸设置在车架的底部；驱动电机组件设置在调姿电动缸的底部；转向电动缸设置在驱动电机组件的侧壁处；车架始终水平放置；本发明具有主动升降功能，可实现移动系统的姿态调整；同时，悬架减振器可根据不同角度实现阻尼的变化，通过悬架的主动调整和阻尼变化，可实现移动系统的大行程着陆缓冲和行驶平顺性。

Description

一种用于载人月面移动系统的可调姿变阻尼主动悬架

技术领域

本发明属于载人月面移动系统设计领域，涉及一种用于载人月面移动系统的可调姿变阻尼主动悬架。

背景技术

在载人登月领域，可能会涉及月面移动系统(或月球车)，如阿波罗登月计划。在月面移动系统登月过程中，可采用月面移动系统直接着陆缓冲的方式进行月面着陆，在着陆过程中，为减小车轮及整个移动系统的受力，要求悬架具有大行程大阻尼缓冲特性；而着陆以后，航天员驾驶移动系统行驶时，要求悬架具有正常行驶的小阻尼特性，以满足移动系统的平顺性和宇航员的舒适性。目前尚未查阅到可同时实现着陆缓冲和行驶平顺性的月面移动系统悬架的相关素材。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提出一种用于载人月面移动系统的可调姿变阻尼主动悬架，具有主动升降功能，可实现移动系统的姿态调整；同时，悬架减振器可根据不同角度实现阻尼的变化，通过悬架的主动调整和阻尼变化，可实现移动系统的大行程着陆缓冲和行驶平顺性

本发明解决技术的方案是：

一种用于载人月面移动系统的可调姿变阻尼主动悬架，包括车轮、上横臂、下横臂、车架、转向电动缸、调姿电动缸、驱动电机组件和摩擦式减振器；其中，车轮轴向水平放置；上横臂的轴向一端与车轮的轮毂旋转连接；上横臂的轴向另一端与车架的侧壁顶端旋转连接；下横臂的轴向一端与车轮的轮毂旋转连接；下横臂的轴向另一端与车架的侧壁底端旋转连接；上横臂位于下横臂的上方；摩擦式减振器设置在上横臂与车架的旋转连接处；调姿电动缸的轴向和驱动电机组件的轴向均与车轮轴向相同；调姿电动缸设置在车架的底部；驱动电机组件设置在调姿电动缸的底部；转向电动缸设置在驱动电机组件的侧壁处；车架始终水平放置；通过上横臂和下横臂相对于车轮的旋转，带动车架上升或下降。

在上述的一种用于载人月面移动系统的可调姿变阻尼主动悬架，所述驱动电机组件实现驱动车轮周向旋转；转向电动缸实现驱动车轮转向；摩擦式减振器实现对上横臂相对于车架旋转时的转速控制。

在上述的一种用于载人月面移动系统的可调姿变阻尼主动悬架，所述变阻尼主动悬架还包括调姿导轨、调姿滑块和压缩弹簧；其中，调姿导轨水平固定安装在车架的下方；且调姿导轨始终保持水平；调姿滑块设置在调姿导轨的上表面；且调姿滑块与调姿导轨滑动配合；压缩弹簧的轴向底端与下横臂旋转连接；压缩弹簧的轴向顶端与调姿滑块旋转连接。

在上述的一种用于载人月面移动系统的可调姿变阻尼主动悬架，初始状态，上横臂的轴向和下横臂的轴向均与车轮的轴向平行；车架上升的过程为：

调姿电动缸驱动调姿滑块沿调姿导轨向远离车轮方向水平移动；压缩弹簧的顶端在调姿滑块的带动下，相对于压缩弹簧的底端与下横臂的连接处顺时针旋转；同时压缩弹簧的底端带动下横臂逆时针旋转；下横臂带动车架向上移动；车架向上移动的过程中，上横臂做逆时针旋转，实现对车架的辅助支撑；摩擦式减振器实现对上横臂的转速控制。

在上述的一种用于载人月面移动系统的可调姿变阻尼主动悬架，所述车架下降的过程为：

调姿电动缸驱动调姿滑块沿调姿导轨向靠近车轮方向水平移动；压缩弹簧的顶端在调姿滑块的带动下，相对于压缩弹簧的底端与下横臂的连接处逆时针旋转；同时压缩弹簧的底端推动下横臂顺时针旋转；下横臂带动车架向下移动；车架向下移动的过程中，上横臂做顺时针旋转，实现对车架的辅助支撑；摩擦式减振器实现对上横臂的转速控制。

在上述的一种用于载人月面移动系统的可调姿变阻尼主动悬架，通过变阻尼主动悬架的驱动，实现车架沿竖直方向的调整，实现车架相对于车轮中心夹角α的调整；α为0°-40°。

在上述的一种用于载人月面移动系统的可调姿变阻尼主动悬架，所述摩擦式减振器的摩擦力随α的增长呈台阶式增长模式。

在上述的一种用于载人月面移动系统的可调姿变阻尼主动悬架，

当α为0°-10°时，摩擦式减振器的摩擦力为f1；

当α为20°-40°时，摩擦式减振器的摩擦力为f2；f2＞f1；

当α为10°-20°时，摩擦式减振器的摩擦力最小值为f1，最大值为f2，呈线性增长。

在上述的一种用于载人月面移动系统的可调姿变阻尼主动悬架，所述f2为4-6倍的f1。

本发明与现有技术相比的有益效果是：

(1)本发明该悬架通过主动调姿，实现悬架的变阻尼特性，可同时满足移动系统的低冲击力的大行程缓冲和行驶平顺性；另外多个悬架配合调姿可实现整个移动系统的姿态调整；

(2)本发明中上横臂连接摩擦式减振器，下横臂连接压缩弹簧，整个悬架的受力更加均布；

(3)本发明中供的摩擦式减振器的摩擦力可随上横臂的角度变化，着陆缓冲时对应的角度摩擦力较大，可实现悬架较好的缓冲特性，实现悬架的平顺性。

附图说明

图1为本发明变阻尼主动悬架结构示意图；

图2为本发明变阻尼主动悬架去掉车架结构示意图；

图3为本发明车架调整至上升位置示意图；

图4为本发明摩擦式减振器摩擦阻力随角度变化示意图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步阐述。

本发明提供一种用于载人月面移动系统的可调姿变阻尼主动悬架，在月面移动系统登月过程中，需要悬架具有大行程大阻尼的缓冲特性；而着陆以后，航天员驾驶移动系统行驶时，需要移动系统具有较高的平顺性。该发明，解决了针对以上两种工况悬架刚度阻尼特性不匹配的问题。

如图1所示，可调姿变阻尼主动悬架，主要包括车轮1、上横臂2、下横臂3、车架4、转向电动缸5、调姿电动缸6、驱动电机组件7和摩擦式减振器8；其中，车轮1轴向水平放置；上横臂2的轴向一端与车轮1的轮毂旋转连接；上横臂2的轴向另一端与车架4的侧壁顶端旋转连接；下横臂3的轴向一端与车轮1的轮毂旋转连接；下横臂3的轴向另一端与车架4的侧壁底端旋转连接；上横臂2位于下横臂3的上方；摩擦式减振器8设置在上横臂2与车架4的旋转连接处；调姿电动缸6的轴向和驱动电机组件7的轴向均与车轮1轴向相同；调姿电动缸6设置在车架4的底部；驱动电机组件7设置在调姿电动缸6的底部；转向电动缸5设置在驱动电机组件7的侧壁处；车架4始终水平放置；通过上横臂2和下横臂3相对于车轮1的旋转，带动车架4上升或下降。其中，驱动电机组件7实现驱动车轮1周向旋转；转向电动缸5实现驱动车轮1转向；摩擦式减振器8实现对上横臂2相对于车架4旋转时的转速控制。由调姿机构调整悬架的上横臂2、下横臂3带动车架4实现上下移动，由转向电动缸5驱动车轮转动实现悬架的转向，由驱动电机组件7通过万向节驱动车轮1转动。摩擦式减振器8安装在上横臂2上，当悬架调姿时，上横臂2上下摆动的角度会变化，摩擦式减振器8随着角度的变化提供不同的摩擦力，从何实现悬架的变阻尼特性。

如图2所示，变阻尼主动悬架还包括调姿导轨9、调姿滑块10和压缩弹簧12；其中，调姿导轨9水平固定安装在车架4的下方；且调姿导轨9始终保持水平；调姿滑块10设置在调姿导轨9的上表面；且调姿滑块10与调姿导轨9滑动配合；压缩弹簧12的轴向底端与下横臂3旋转连接；压缩弹簧12的轴向顶端与调姿滑块10旋转连接。

初始状态，上横臂2的轴向和下横臂3的轴向均与车轮1的轴向平行；如图3所示，车架4上升的过程为：

调姿电动缸6驱动调姿滑块10沿调姿导轨9向远离车轮1方向水平移动；压缩弹簧12的顶端在调姿滑块10的带动下，相对于压缩弹簧12的底端与下横臂3的连接处顺时针旋转；同时压缩弹簧12的底端带动下横臂3逆时针旋转；下横臂3带动车架4向上移动；车架4向上移动的过程中，上横臂2做逆时针旋转，实现对车架4的辅助支撑；摩擦式减振器8实现对上横臂2的转速控制。

车架4下降的过程为：

调姿电动缸6驱动调姿滑块10沿调姿导轨9向靠近车轮1方向水平移动；压缩弹簧12的顶端在调姿滑块10的带动下，相对于压缩弹簧12的底端与下横臂3的连接处逆时针旋转；同时压缩弹簧12的底端推动下横臂3顺时针旋转；下横臂3带动车架4向下移动；车架4向下移动的过程中，上横臂2做顺时针旋转，实现对车架4的辅助支撑；摩擦式减振器8实现对上横臂2的转速控制。

通过变阻尼主动悬架的驱动，实现车架4沿竖直方向的调整，实现车架4相对于车轮1中心夹角α的调整；α为0°-40°。如图4所示，摩擦式减振器8的摩擦力随α的增长呈台阶式增长模式。

当α为0°-10°时，摩擦式减振器8的摩擦力为f1；

当α为20°-40°时，摩擦式减振器8的摩擦力为f2；f2＞f1；且f2为4-6倍的f1；

当α为10°-20°时，摩擦式减振器8的摩擦力最小值为f1，最大值为f2，呈线性增长。

上横臂2相对于车架4上表面的角度为α，悬架着陆缓冲前，悬架通过调姿使角度α处于最大值，此时摩擦式减振器8的摩擦力较大，当着陆缓冲时，车轮1受月面的接触力使下横臂2驱动压缩弹簧12压缩，使上横臂3驱动摩擦式减振器8克服摩擦力转动，从而实现悬架缓冲；当悬架着陆后处于正常行驶状态时，角度α处于最小值，此时减振器的摩擦力较小，可实现悬架的平顺性。

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 (9)

1.一种用于载人月面移动系统的可调姿变阻尼主动悬架，其特征在于：包括车轮(1)、上横臂(2)、下横臂(3)、车架(4)、转向电动缸(5)、调姿电动缸(6)、驱动电机组件(7)和摩擦式减振器(8)；其中，车轮(1)轴向水平放置；上横臂(2)的轴向一端与车轮(1)的轮毂旋转连接；上横臂(2)的轴向另一端与车架(4)的侧壁顶端旋转连接；下横臂(3)的轴向一端与车轮(1)的轮毂旋转连接；下横臂(3)的轴向另一端与车架(4)的侧壁底端旋转连接；上横臂(2)位于下横臂(3)的上方；摩擦式减振器(8)设置在上横臂(2)与车架(4)的旋转连接处；调姿电动缸(6)的轴向和驱动电机组件(7)的轴向均与车轮(1)轴向相同；调姿电动缸(6)设置在车架(4)的底部；驱动电机组件(7)设置在调姿电动缸(6)的底部；转向电动缸(5)设置在驱动电机组件(7)的侧壁处；车架(4)始终水平放置；通过上横臂(2)和下横臂(3)相对于车轮(1)的旋转，带动车架(4)上升或下降。

2.根据权利要求1所述的一种用于载人月面移动系统的可调姿变阻尼主动悬架，其特征在于：所述驱动电机组件(7)实现驱动车轮(1)周向旋转；转向电动缸(5)实现驱动车轮(1)转向；摩擦式减振器(8)实现对上横臂(2)相对于车架(4)旋转时的转速控制。

3.根据权利要求2所述的一种用于载人月面移动系统的可调姿变阻尼主动悬架，其特征在于：所述变阻尼主动悬架还包括调姿导轨(9)、调姿滑块(10)和压缩弹簧(12)；其中，调姿导轨(9)水平固定安装在车架(4)的下方；且调姿导轨(9)始终保持水平；调姿滑块(10)设置在调姿导轨(9)的上表面；且调姿滑块(10)与调姿导轨(9)滑动配合；压缩弹簧(12)的轴向底端与下横臂(3)旋转连接；压缩弹簧(12)的轴向顶端与调姿滑块(10)旋转连接。

4.根据权利要求3所述的一种用于载人月面移动系统的可调姿变阻尼主动悬架，其特征在于：初始状态，上横臂(2)的轴向和下横臂(3)的轴向均与车轮(1)的轴向平行；车架(4)上升的过程为：

调姿电动缸(6)驱动调姿滑块(10)沿调姿导轨(9)向远离车轮(1)方向水平移动；压缩弹簧(12)的顶端在调姿滑块(10)的带动下，相对于压缩弹簧(12)的底端与下横臂(3)的连接处顺时针旋转；同时压缩弹簧(12)的底端带动下横臂(3)逆时针旋转；下横臂(3)带动车架(4)向上移动；车架(4)向上移动的过程中，上横臂(2)做逆时针旋转，实现对车架(4)的辅助支撑；摩擦式减振器(8)实现对上横臂(2)的转速控制。

5.根据权利要求4所述的一种用于载人月面移动系统的可调姿变阻尼主动悬架，其特征在于：所述车架(4)下降的过程为：

调姿电动缸(6)驱动调姿滑块(10)沿调姿导轨(9)向靠近车轮(1)方向水平移动；压缩弹簧(12)的顶端在调姿滑块(10)的带动下，相对于压缩弹簧(12)的底端与下横臂(3)的连接处逆时针旋转；同时压缩弹簧(12)的底端推动下横臂(3)顺时针旋转；下横臂(3)带动车架(4)向下移动；车架(4)向下移动的过程中，上横臂(2)做顺时针旋转，实现对车架(4)的辅助支撑；摩擦式减振器(8)实现对上横臂(2)的转速控制。

6.根据权利要求5所述的一种用于载人月面移动系统的可调姿变阻尼主动悬架，其特征在于：通过变阻尼主动悬架的驱动，实现车架(4)沿竖直方向的调整，实现车架(4)相对于车轮(1)中心夹角α的调整；α为0°-40°。

7.根据权利要求6所述的一种用于载人月面移动系统的可调姿变阻尼主动悬架，其特征在于：所述摩擦式减振器(8)的摩擦力随α的增长呈台阶式增长模式。

8.根据权利要求7所述的一种用于载人月面移动系统的可调姿变阻尼主动悬架，其特征在于：

当α为0°-10°时，摩擦式减振器(8)的摩擦力为f1；

当α为20°-40°时，摩擦式减振器(8)的摩擦力为f2；f2＞f1；

当α为10°-20°时，摩擦式减振器(8)的摩擦力最小值为f1，最大值为f2，呈线性增长。

9.根据权利要求8所述的一种用于载人月面移动系统的可调姿变阻尼主动悬架，其特征在于：所述f2为4-6倍的f1。

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