CN112622603B - 一种四轮独立驱动轮架可调姿车辆综合驱动系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种四轮独立驱动轮架可调姿车辆综合驱动系统，包括四个轮架；控制单元，包括整车控制器，以及与所述整车控制器相连的轮架综合控制器和行走电驱动控制器；四个轮架驱动机构，与所述轮架综合控制器相连，各轮架驱动机构分别与对应的轮架相连，控制对应轮架的位姿；四组车轮单元，每组车轮单元至少包括2个车轮，各车轮均设于对应轮架的同一侧，由对应轮架控制位姿；四组行走驱动单元，与所述行走电驱动控制器相连，各组行走驱动单元分别与对应的车轮单元相连，控制对应车轮单元中各车轮的运行状态为行走状态、转向状态或停止状态。本发明能够实现姿态可调、动力输出的综合，以实现全地面和高通过性的运行要求。

Description

一种四轮独立驱动轮架可调姿车辆综合驱动系统
技术领域
本发明属于电驱动、电动汽车领域，具体涉及一种四轮独立驱动轮架可调姿车辆综合驱动系统。
背景技术
多轮独立驱动车辆具有机动、灵活、反应迅速、可靠性高、易于实现复杂的驱动力控制等特点。多轮独立驱动电动车每个车轮装备一台驱动电机，在一个或几个驱动电机损坏的情况下，车辆在合理的控制策略下仍可以正常行驶，在方便的时候更换损坏的驱动电机，提高了驱动系统工作的冗余度和可靠性。多轮独立驱动适用于复杂地面的通过性要求，而增加车辆的姿态调节功能可以进一步提高通过性能、增强动力和整车行驶的灵活性。为了增强整车的通过性，目前的新型行走机构如三角履带行走机构，包括行走支架、前轮座、承重轮、导向轮、后轮座、驱动轮、三角橡胶履带及履带张紧调节机构，采用发动机驱动和机械差速或者两侧分别采用电机独立驱动。而一些高通过性的轮式行走机构，趋势为采用多轮独立驱动，利用多个独立控制的电动机分别驱动电动汽车的多个车轮，车轮之间没有机械传动环节。而整车利用液压悬挂系统进行调姿。或者附加整车的调姿结构，利用离合器实现行走与调姿动力的切换，实现整车的调姿。
可见，现有技术，存在以下缺点：
(1)多轮独立驱动车辆利用整车的悬挂系统进行调姿，调节范围有限。
(2)行走与姿态调节的动力输出控制需要利用离合器等机械进行切换，不能实现独立控制，灵活性和可控性差；并且动力输出单一，为了满足某些高通过性的工况需求，行走与姿态调节的动力配合难以实现。
发明内容
针对上述问题，本发明提出一种四轮独立驱动轮架可调姿车辆综合驱动系统，能够实现姿态可调、动力输出的综合，以实现全地面和高通过性的运行要求。
为了实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：
一种四轮独立驱动轮架可调姿车辆综合驱动系统，包括：
四个轮架；
控制单元，包括整车控制器，以及与所述整车控制器相连的轮架综合控制器和行走电驱动控制器；
四个轮架驱动机构，与所述轮架综合控制器相连，各轮架驱动机构分别与对应的轮架相连，控制对应轮架的位姿；
四组车轮单元，每组车轮单元至少包括2个车轮，各车轮均设于对应轮架的同一侧，由对应轮架控制位姿；
四组行走驱动单元，与所述行走电驱动控制器相连，各组行走驱动单元分别与对应的车轮单元相连，控制对应车轮单元中各车轮的运行状态为行走状态、转向状态或停止状态。
可选地，所述轮架驱动机构包括：
轮架翻转电机，用于提供驱动力；
轮架翻转减速器，其输入轴与所述轮架翻转电机相连；
轮架翻转制动器，与所述轮架翻转电机相连，用于提供机械制动力；
轮架翻转链，套设于所述轮架翻转减速器输出轴处的链轮外侧，以及套设在对应的轮架外侧，实现带动对应轮架转动，改变轮架的位姿。
可选地，所述轮架驱动机构包括旋转编码器，所述旋转编码器与所述轮架翻转电机相连，用于进行测速。
可选地，当所述轮架翻转电机处于旋转状态，且所述轮架翻转制动器处于解除锁状态时，所述轮架翻转减速器和轮架翻转链由所述轮架翻转电机驱动，所述轮架驱动机构处于持续转动的状态；
当所述轮架翻转电机处于堵转模式产生电磁力通过所述轮架翻转减速器和轮架翻转链的传动，实现轮架电磁力锁止；
当所述轮架翻转制动器处于锁止状态，通过所述轮架翻转链的传动，实现轮架机械锁止；
当所述轮架翻转制动器处于解除锁止状态，轮架翻转电机工作在旋转角度模式，通过所述轮架翻转减速器和轮架翻转链的传动实现持续转动，到达所设定角度后切换到电磁力锁止，电磁力锁止后，根据工况需要可以切换到机械锁止，实现轮架调姿并定位；
当所述轮架翻转制动器处于解除锁止状态，轮架翻转电机不工作，轮架的转动通过轮架翻转链和轮架翻转减速器的传动拖动轮架翻转电机转动，实现轮架随动。
可选地，所述行走驱动单元包括：
行走电机，用于提供驱动力；
行走链条，分别与对应车轮单元中的各车轮相连；
行走减速器，其输入轴与所述行走电机相连，输出轴与行走链条相连，利用行走链条控制各车轮的运行状态为行走状态、转向状态或停止状态；
行走制动器，与所述行走电机相连，用于提供机械制动力。
可选地，当遇到纵坡，且纵坡坡度大于某个设定值时，所述轮架综合控制器分别控制前轮架内侧轮着地、后轮架外侧轮着地，调节完成后分别锁止，通过着地轮的调节实现载荷的均衡增强大爬坡能力；
当遇到侧倾，且侧倾坡坡度大于某个设定值时，所述轮架综合控制器控制坡下方一侧单轮着地，之后锁止各轮架，通过下方一侧车轮的抬高补偿两侧载荷不均的影响，增强大侧倾坡通过能力。
可选地，定义1个轮架与对应的1组车轮单元为一个轮系，当需要进行原地转向时，所述轮架综合控制器根据整车控制器命令，控制轮架翻转电机驱动各轮系旋转到设计的角度后轮架翻转电机工作在堵转定位模式，轮架综合控制器进行各轮系载荷的辨识并进行调节完成后，各轮系附加机械锁止，接下来整车控制器发送转向命令给行走驱动单元，行走驱动单元驱动各轮系实现转向。
可选地，定义1个轮架与对应的1组车轮单元为一个轮系，当需要进行越壕，且壕沟宽度大于某个设定值时，所述轮架综合控制器分别控制前轮架内侧轮着地、后轮架外侧轮着地，调节完成后分别锁止，接下来整车控制器发送直行命令给行走驱动单元，行走驱动单元驱动各轮系实现越壕。
可选地，当需要进行越障时，障碍高度分三个档，当高度小于设定的较小值时整车在直线行驶的状态下直接通过，当高度大于设定的较小值小于设定的较大值，轮架综合控制器控制各轮架驱动机构通过障碍，行走驱动单元处于自由随动状态。
可选地，所述轮架综合控制器和行走电驱动控制器通过不同的CAN总线与所述整车控制器相连。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
本发明提出一种四轮独立驱动轮架可调姿车辆综合驱动系统，能够实现姿态可调、动力输出的综合，以实现全地面和高通过性的运行要求。
附图说明
为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中：
图1为本发明一种实施例的四轮独立驱动轮架的整体结构示意图。
图2为本发明一种实施例的四轮独立驱动轮架可调姿车辆综合驱动系统的结构示意图；
图3为本发明一种实施例的四轮独立驱动轮架可调姿车辆综合驱动系统的原理图；
图4为本发明一种实施例的四轮独立驱动轮架可调姿车辆综合驱动系统的工作流程图；
其中：1-行走电机、2-行走减速器、3-行走制动器、4-悬挂连接铰臂、5-车架安装座、6-轮架翻转电机、7-轮架翻转减速器、8-轮架翻转制动器、9-轮架翻转链、10-轮架、11-车轮、12-行走链条、13-整车控制器、14-行走电驱控制器、15-轮架综合控制器。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明的保护范围。
下面结合附图对本发明的应用原理作详细的描述。
如图1-2所示，本发明提供了一种四轮独立驱动轮架可调姿车辆综合驱动系统，包括：
四个轮架10；
控制单元，包括整车控制器13，以及与所述整车控制器13相连的轮架综合控制器15和行走电驱动控制器14；
四个轮架驱动机构，与所述轮架综合控制器15相连，各轮架驱动机构分别与对应的轮架相连，控制对应轮架的位姿；
四组车轮单元，每组车轮单元至少包括2个车轮11，各车轮11均设于对应轮架的同一侧，由对应轮架控制位姿；在具体实施过程中，每组车轮单元可以包括更多数量的车轮11，以实现轮架每周翻转下多个不同的调姿节点；
四组行走驱动单元，与所述行走电驱动控制器14相连，各组行走驱动单元分别与对应的车轮单元相连，控制对应车轮单元中各车轮11的运行状态为行走状态、转向状态或停止状态，在本发明中，行走驱动单元为主驱动系统，轮架驱动机构为辅助驱动系统
车架安装座5，与所述轮架驱动机构相连，且用于与车体相连；
悬挂连接铰臂4，与所述行走驱动单元相连，且用于与车体相连。
在本发明的一种具体实施例中，如图2所示，所述轮架驱动机构包括：
轮架翻转电机6，用于提供驱动力；
轮架翻转减速器7，其输入轴与所述轮架翻转电机6相连；
轮架翻转制动器8，与所述轮架翻转电机6相连，用于提供机械制动力；
轮架翻转链9，套设于所述轮架翻转减速器7输出轴处的链轮外侧，以及套设在对应的轮架外侧，实现带动对应轮架转动，改变轮架的位姿；
每个行走驱动单元的姿态可独立调节，整车工况和性能要求可以八轮着地、四轮着地和六轮着地，如图2所示，各行走驱动单元具体包括：
行走电机1，用于提供驱动力；
行走链条12，分别与对应车轮单元中的各车轮11相连；
行走减速器2，其输入轴与所述行走电机1相连，输出轴与行走链条12相连，利用行走链条12控制各车轮11的运行状态为行走状态、转向状态或停止状态；
行走制动器3，与所述行走电机1相连，用于提供机械制动力。
基于本发明实施例中的轮架驱动机构，可消除特定工况机械耦合的影响，轮架翻转制动器8可长期锁止对应的轮架，某些工况利用轮架翻转电机6堵转辅助锁止轮架增强锁止能力，机械和电磁力综合锁止的设计满足整车全工况的要求。利用行走驱动单元中的制动器进行行走轮锁止控制以消除其转动对轮架定位的影响。
在本发明的一种具体实施例中，如图2所示，所述轮架驱动机构还包括旋转编码器(图中未示出)，所述旋转编码器与所述轮架翻转电机6相连，用于进行测速。
整车基本功能包括：一般车辆的行驶、原地转向、越壕、越障、大坡度爬坡和侧倾坡行驶等。结合行走驱动单元的特点和行走与轮架驱动机构的可独立控制，本发明在一般车辆的行驶的基础上，对需要行驶和轮架驱动配合的特殊功能进行综合驱动设计。根据整车的工况和性能要求，行走控制单元的主要控制模式：前进、后退、制动、驻车、前驱、后驱、四驱。本发明中的轮架驱动机构工作的模式包括：
当所述轮架翻转电机6处于旋转状态，且所述轮架翻转制动器8处于解除锁状态时，所述轮架翻转减速器7和轮架翻转链9由所述轮架翻转电机6驱动，所述轮架驱动机构处于持续转动的状态；
当所述轮架翻转电机6处于堵转模式产生电磁力通过所述轮架翻转减速器7和轮架翻转链9的传动，实现轮架电磁力锁止；
当所述轮架翻转制动器8处于锁止状态，通过所述轮架翻转链9的传动，实现轮架机械锁止；
当所述轮架翻转制动器8处于解除锁止状态，轮架翻转电机6工作在旋转角度模式，通过所述轮架翻转减速器7和轮架翻转链9的传动实现持续转动，到达所设定角度后切换到电磁力锁止，电磁力锁止后，根据工况需要可以切换到机械锁止，实现轮架调姿并定位；
当所述轮架翻转制动器8处于解除锁止状态，轮架翻转电机6不工作，轮架的转动通过轮架翻转链9和轮架翻转减速器7的传动拖动轮架翻转电机6转动，实现轮架随动。
如图4所示，本发明中的综合驱动系统的综合驱动控制流程具体为：
(1)一般行走工况，根据轮架工作状态的选择，设置多个模式可供选择：随动模式、锁止模式和阻尼模式。针对结构上的耦合特点，随动模式节能但高速容易失稳，一般工作在低速区；锁止模式利于保证高速的稳定性，但节能效果较差或存在机械磨损；阻尼模式可以满足整车运行中稳定、机械磨损小和较节能的综合要求。整车控制器13根据综合控制方案、行走驱动系统状态并结合工况任务需求，综合确定工作模式。
(2)当遇到纵坡，且纵坡坡度大于某个设定值时，所述轮架综合控制器15分别控制前轮架内侧轮着地、后轮架外侧轮着地，调节完成后分别锁止，通过着地轮的调节实现载荷的均衡增强大爬坡能力；
当遇到侧倾，且侧倾坡坡度大于某个设定值时，所述轮架综合控制器15控制坡下方一侧单轮着地，之后锁止各轮架，通过下方一侧车轮11的抬高补偿两侧载荷不均的影响，增强大侧倾坡通过能力。
(3)定义1个轮架与对应的1组车轮单元为一个轮系，当需要进行原地转向时，为减小阻力矩提升性能，所述轮架综合控制器15根据整车控制器13命令，控制轮架翻转电机6驱动各轮系旋转到设计的角度后轮架翻转电机6工作在堵转定位模式，轮架综合控制器15进行各轮系载荷的辨识并进行调节完成后，各轮系附加机械锁止，接下来整车控制器13发送转向命令给行走驱动单元，行走驱动单元驱动各轮系实现转向。
(4)定义1个轮架与对应的1组车轮单元为一个轮系，当需要进行越壕，且壕沟宽度大于某个设定值时，所述轮架综合控制器15分别控制前轮架内侧轮着地、后轮架外侧轮着地，调节完成后分别锁止，接下来整车控制器13发送直行命令给行走驱动单元，行走驱动单元驱动各轮系实现越壕。
(5)当需要进行越障时，障碍高度分三个档，当高度小于设定的较小值时整车在直线行驶的状态下直接通过，当高度大于设定的较小值小于设定的较大值，轮架综合控制器15控制各轮架驱动机构通过障碍，行走驱动单元处于自由随动状态；
当高度大于设定的较大值时，根据整车控制器13给出的障碍高度判断信息和调姿命令，轮架综合控制器15进行姿态调节并与整车控制器13进行信息交互确认通过模式的选择。首先，前轮架旋转适当角度并进行电磁锁止定位实现调姿，接着进行前轮架持续驱动的同时行走电机1系统运行在后驱模式，通过前轮架翻转和后轴行走驱动的综合控制实现整车前轴的越障。接下来进行整车姿态的再次调节，前轮架调节到最低位置并锁止，后轮架旋转适当角度并进行电磁锁止定位实现调姿，接着进行后轮架持续驱动的同时行走电机1系统运行在前驱模式，通过后轮架翻转和前轴行走驱动的综合控制实现整车前轴的越障。
在本发明的一种具体实施例中，所述轮架综合控制器15和行走电驱动控制器14通过不同的CAN总线与所述整车控制器13相连，具体如图3所示，所述轮架综合控制器15通过CAN_B总线与所述整车控制器13相连；所述行走电驱动控制器14通过CAN_A总线与所述整车控制器13相连，实现了行走驱动单元和轮架驱动机构的独立控制。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (8)

1.一种四轮独立驱动轮架可调姿车辆综合驱动系统，其特征在于，包括：
四个轮架；
控制单元，包括整车控制器，以及与所述整车控制器相连的轮架综合控制器和行走电驱动控制器；
四个轮架驱动机构，与所述轮架综合控制器相连，各轮架驱动机构分别与对应的轮架相连，控制对应轮架的位姿；
四组车轮单元，每组车轮单元至少包括2个车轮，各车轮均设于对应轮架的同一侧，由对应轮架控制位姿；
四组行走驱动单元，与所述行走电驱动控制器相连，各组行走驱动单元分别与对应的车轮单元相连，控制对应车轮单元中各车轮的运行状态为行走状态、转向状态或停止状态；
所述轮架驱动机构包括：
轮架翻转电机，用于提供驱动力；
轮架翻转减速器，其输入轴与所述轮架翻转电机相连；
轮架翻转制动器，与所述轮架翻转电机相连，用于提供机械制动力；
轮架翻转链，套设于所述轮架翻转减速器输出轴处的链轮外侧，以及套设在对应的轮架外侧，实现带动对应轮架转动，改变轮架的位姿；
当所述轮架翻转电机处于旋转状态，且所述轮架翻转制动器处于解除锁状态时，所述轮架翻转减速器和轮架翻转链由所述轮架翻转电机驱动，所述轮架驱动机构处于持续转动的状态；
当所述轮架翻转电机处于堵转模式产生电磁力通过所述轮架翻转减速器和轮架翻转链的传动，实现轮架电磁力锁止；
当所述轮架翻转制动器处于锁止状态，通过所述轮架翻转链的传动，实现轮架机械锁止；
当所述轮架翻转制动器处于解除锁止状态，轮架翻转电机工作在旋转角度模式，通过所述轮架翻转减速器和轮架翻转链的传动实现持续转动，到达所设定角度后切换到电磁力锁止，电磁力锁止后，根据工况需要可以切换到机械锁止，实现轮架调姿并定位；当所述轮架翻转制动器处于解除锁止状态，轮架翻转电机不工作，轮架的转动通过轮架翻转链和轮架翻转减速器的传动拖动轮架翻转电机转动，实现轮架随动。
2.根据权利要求1所述的一种四轮独立驱动轮架可调姿车辆综合驱动系统，其特征在于，所述轮架驱动机构包括旋转编码器，所述旋转编码器与所述轮架翻转电机相连，用于进行测速。
3.根据权利要求1所述的一种四轮独立驱动轮架可调姿车辆综合驱动系统，其特征在于，所述行走驱动单元包括：
行走电机，用于提供驱动力；
行走链条，分别与对应车轮单元中的各车轮相连；
行走减速器，其输入轴与所述行走电机相连，输出轴与行走链条相连，利用行走链条控制各车轮的运行状态为行走状态、转向状态或停止状态；
行走制动器，与所述行走电机相连，用于提供机械制动力。
4.根据权利要求3所述的一种四轮独立驱动轮架可调姿车辆综合驱动系统，其特征在于：当遇到纵坡，且纵坡坡度大于某个设定值时，所述轮架综合控制器分别控制前轮架内侧轮着地、后轮架外侧轮着地，调节完成后分别锁止，通过着地轮的调节实现载荷的均衡增强大爬坡能力；
当遇到侧倾，且侧倾坡坡度大于某个设定值时，所述轮架综合控制器控制坡下方一侧单轮着地，之后锁止各轮架，通过下方一侧车轮的抬高补偿两侧载荷不均的影响，增强大侧倾坡通过能力。
5.根据权利要求3所述的一种四轮独立驱动轮架可调姿车辆综合驱动系统，其特征在于：定义1个轮架与对应的1组车轮单元为一个轮系，当需要进行原地转向时，所述轮架综合控制器根据整车控制器命令，控制轮架翻转电机驱动各轮系旋转到设计的角度后轮架翻转电机工作在堵转定位模式，轮架综合控制器进行各轮系载荷的辨识并进行调节完成后，各轮系附加机械锁止，接下来整车控制器发送转向命令给行走驱动单元，行走驱动单元驱动各轮系实现转向。
6.根据权利要求3所述的一种四轮独立驱动轮架可调姿车辆综合驱动系统，其特征在于：定义1个轮架与对应的1组车轮单元为一个轮系，当需要进行越壕，且壕沟宽度大于某个设定值时，所述轮架综合控制器分别控制前轮架内侧轮着地、后轮架外侧轮着地，调节完成后分别锁止，接下来整车控制器发送直行命令给行走驱动单元，行走驱动单元驱动各轮系实现越壕。
7.根据权利要求3所述的一种四轮独立驱动轮架可调姿车辆综合驱动系统，其特征在于：当需要进行越障时，障碍高度分三个档，当高度小于设定的较小值时整车在直线行驶的状态下直接通过，当高度大于设定的较小值小于设定的较大值，轮架综合控制器控制各轮架驱动机构通过障碍，行走驱动单元处于自由随动状态。
8.根据权利要求1所述的一种四轮独立驱动轮架可调姿车辆综合驱动系统，其特征在于：所述轮架综合控制器和行走电驱动控制器通过不同的CAN总线与所述整车控制器相连。
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