CN112622604B - 四轮独立驱动轮架可调姿车辆转向性能提升装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种四轮独立驱动轮架可调姿车辆转向性能提升装置及方法，所述装置包括四个轮架；控制器；四个轮架驱动机构，与所述控制器相连，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。本发明能够实现整车的内侧四个轮子着地的转向，可以减小转向阻力距，进而实现原地转向的快速性，提升转向的时间。

Description

四轮独立驱动轮架可调姿车辆转向性能提升装置及方法

技术领域

本发明属于多轮独立驱动领域，具体涉及一种四轮独立驱动轮架可调姿车辆转向性能提升装置及方法。

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，可以实现在取消转向机构后仍然可以实现中心转向。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。

现有技术转向采用八轮着地实现，在相同的电机特性的前提下，转向阻力矩较大所需时间长。现有技术整车利用悬挂进行轴距调节，调节速度慢且轴距调节范围小，轴距调节速度慢、原地转向速度慢；现有技术利用机械机构配合液压传动进行轴距的调节，或者利用离合器进行动力的分配调节，结构复杂轴距调节缓慢影响原地转向的快速性和可控性。

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转向性能提升装置及方法，配置了轮架驱动电机，实现整车的内侧四个轮子着地的转向，可以减小转向阻力距，进而实现原地转向的快速性，提升转向的时间。

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：

第一方面，本发明提供了一种四轮独立驱动轮架可调姿车辆转向性能提升装置，包括：

四个轮架；

控制器；

四个轮架驱动机构，与所述控制器相连，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，所述轮架翻转电机的额定转矩满足翻转轮架的性能要求，电机短时堵转转矩满足克服各自轮系载荷的要求，轮架翻转制动器的机械锁止力满足克服车身重力和转向时附加的不平衡力的要求；所述轮架翻转电机的翻转定位角度的控制精度满足抬起角度一致性的要求。

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。

第二方面，本发明提供了一种基于第一方面中任一项所述的四轮独立驱动轮架可调姿车辆转向性能提升装置的提升方法，其特征在于，包括以下步骤：

利用各轮架驱动机构控制对应轮架的位姿，进而改变与该轮架相连的车轮的位姿；

利用各行走驱动单元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，实现四轮独立驱动轮架可调姿车辆转向性能提升。

可选地，定义1个轮架与对应的1组车轮单元为一个轴系，所述方法还包括：

当给定各轴系外侧轮的抬起角度时，通过传动比的转换，将外侧轮的抬起角度转换为轮架翻转电机的旋转定位角度，通过轮架翻转电机驱动该轮架外侧车轮旋转定位后，测量外侧轮的抬起高度H进行角度的标定的检查。

可选地，所述方法还包括：对各车轮均给定统一的抬起角度参考值，测量各车轮的抬起高度，取各轮平均抬起高度为典型值对车轮的抬起角度进行修正。

可选地，当进行原地转向控制时，包括以下步骤：

通过控制器给定内侧各车轮着地的车身调姿命令，同时控制各轮架驱动机构驱动对应轮架旋转定位，并利用轮架驱动机构中的轮架翻转电机进行电磁力锁止轮架；

通过控制给轮架驱动机构中的轮架翻转制动器发机械锁止信号，完成机械锁止后轮架翻转电机的电磁力锁止解除，完成调姿后电磁力锁止到机械锁止的切换；

通过控制器给行走驱动单元发送转矩信号，并控制行走驱动单元驱动对应车轮执行原地转向操作；

操作完成后根据命令要求选择是否解除机械锁止。

可选地，当进行行驶中转向控制时，包括以下步骤：

通过控制器进行车速判断，给定内侧四轮着地的车身调姿命令，同时控制各轮架驱动机构驱动对应轮架旋转定位，并利用轮架驱动机构中的轮架翻转电机进行电磁力锁止轮架；

利用控制器给行走驱动单元发转向命令；

利用控制器给行走驱动单元发送转矩信号，行走驱动单元按照接收到的转矩信号执行转向；

转向完成后解除行驶中转向控制。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

本发明通过选用轮架翻转电机和转向的优化性能设计，以调节轮架的姿态并定位，实现内侧四个轮胎的着地转向，从而减小转向阻力矩提升转向性能。

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可调姿车辆转向性能提升装置与车体结合的整体结构示意图。

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转向性能提升装置的结构示意图；

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转向性能提升装置内侧四轮着地调姿的状态示意图；

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。

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。

实施例1

本发明实施例中提供了一种四轮独立驱动轮架可调姿车辆转向性能提升装置，包括：

四个轮架10；

控制器；

四个轮架驱动机构，与所述控制器相连，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；

四组行走驱动单元，与所述控制器相连，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11的运行状态为行走状态、转向状态或停止状态；

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。

如图2所示，在本发明实施例的一种具体实施方式中，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。

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6相连，用于速度和角度测量，并反馈给轮架翻转电机6，控制驱动轮架按照一定速度的旋转和姿态进行定位。

所述轮架翻转电机6的额定转矩满足翻转轮架的性能要求，电机短时堵转转矩满足克服各自轮系载荷的要求，轮架翻转制动器8的机械锁止力满足克服车身重力和转向时附加的不平衡力的要求；所述轮架翻转电机6的翻转定位角度的控制精度满足抬起角度一致性的要求。

如图2所示，在本发明实施例的一种具体实施方式中，所述行走驱动单元包括：

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。

实施例2

本发明实施例中提供了一种基于实施例1中任一项所述的四轮独立驱动轮架可调姿车辆转向性能提升装置的提升方法，其特征在于，包括以下步骤：

利用各轮架驱动机构控制对应轮架的位姿，进而改变与该轮架相连的车轮11的位姿；

利用各行走驱动单元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，实现四轮独立驱动轮架可调姿车辆转向性能提升。

在本发明实施例的一种具体实施方式中，所述方法还包括：轮架的翻转速度满足低速下行驶中转向的要求。当车速不高于设定速度时实行行走中调姿，实现八轮行走和低速的四轮转向，轮架驱动翻转速度满足在设定速度点制动性能的要求下的调姿定位要求。

在本发明实施例的一种具体实施方式中，定义1个轮架与对应的1组车轮单元为一个轴系，所述方法还包括：

在整车质心分布控制的基础上，当给定各轴系外侧轮的抬起角度时，通过传动比的转换，将外侧轮的抬起角度转换为轮架翻转电机6的旋转定位角度，通过轮架翻转电机6驱动该轮架外侧车轮11旋转定位后，测量外侧轮的抬起高度H进行角度的标定的检查，完成系统标定。

在本发明实施例的一种具体实施方式中，所述方法还包括：对各车轮11均给定统一的抬起角度参考值，测量各车轮11的抬起高度，取各轮平均抬起高度为典型值对车轮11的抬起角度进行修正，每轮容差按实际情况确定(如±10％)，完成结构及传动链条尺寸偏差的补偿。

当进行原地转向控制时，包括以下步骤：

通过控制器给定内侧各车轮11着地的车身调姿命令，同时控制各轮架驱动机构驱动对应轮架旋转定位，并利用轮架驱动机构中的轮架翻转电机6进行电磁力锁止轮架；

通过控制给轮架驱动机构中的轮架翻转制动器8发机械锁止信号，完成机械锁止后轮架翻转电机6的电磁力锁止解除，完成调姿后电磁力锁止到机械锁止的切换；

通过控制器给行走驱动单元发送转矩信号，并控制行走驱动单元驱动对应车轮11执行原地转向操作；

操作完成后根据命令要求选择是否解除机械锁止。

当进行行驶中转向控制时，包括以下步骤：

通过控制器进行车速判断，给定内侧四轮着地的车身调姿命令，同时控制各轮架驱动机构驱动对应轮架旋转定位，并利用轮架驱动机构中的轮架翻转电机6进行电磁力锁止轮架；

利用控制器给行走驱动单元发送转向命令；

利用控制器给行走驱动单元发送转矩信号，行走驱动单元按照接收到的转矩信号执行转向；

转向完成后解除行驶中转向控制。

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 (7)

1.一种四轮独立驱动轮架可调姿车辆转向性能提升装置，其特征在于，包括：

四个轮架；

控制器；

四个轮架驱动机构，与所述控制器相连，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；

利用各轮架驱动机构控制对应轮架的位姿，进而改变与该轮架相连的车轮的位姿；

利用各行走驱动单元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，实现四轮独立驱动轮架可调姿车辆转向性能提升；

当进行原地转向控制时，包括以下步骤：

通过控制器给定内侧各车轮着地的车身调姿命令，同时控制各轮架驱动机构驱动对应轮架旋转定位，并利用轮架驱动机构中的轮架翻转电机进行电磁力锁止轮架；

通过控制给轮架驱动机构中的轮架翻转制动器发机械锁止信号，完成机械锁止后轮架翻转电机的电磁力锁止解除，完成调姿后电磁力锁止到机械锁止的切换；

通过控制器给行走驱动单元发送转矩信号，并控制行走驱动单元驱动对应车轮执行原地转向操作；

操作完成后根据命令要求选择是否解除机械锁止。

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转向性能提升装置，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转向性能提升装置，其特征在于，所述轮架翻转电机的额定转矩满足翻转轮架的性能要求，电机短时堵转转矩满足克服各自轮系载荷的要求，轮架翻转制动器的机械锁止力满足克服车身重力和转向时附加的不平衡力的要求；所述轮架翻转电机的翻转定位角度的控制精度满足抬起角度一致性的要求。

4.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转向性能提升装置，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。

5.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转向性能提升装置的提升方法，其特征在于，定义1个轮架与对应的1组车轮单元为一个轴系，所述方法包括：

当给定各轴系外侧轮的抬起角度时，通过传动比的转换，将外侧轮的抬起角度转换为轮架翻转电机的旋转定位角度，通过轮架翻转电机驱动该轮架外侧车轮旋转定位后，测量外侧轮的抬起高度H进行角度的标定的检查。

6.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转向性能提升装置的提升方法，其特征在于，对各车轮均给定统一的抬起角度参考值，测量各车轮的抬起高度，取各轮平均抬起高度为典型值对车轮的抬起角度进行修正。

7.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转向性能提升装置的提升方法，其特征在于：当进行行驶中转向控制时，包括以下步骤：

通过控制器进行车速判断，给定内侧四轮着地的车身调姿命令，同时控制各轮架驱动机构驱动对应轮架旋转定位，并利用轮架驱动机构中的轮架翻转电机进行电磁力锁止轮架；

利用控制器给行走驱动单元发转向命令；

利用控制器给行走驱动单元发送转矩信号，行走驱动单元按照接收到的转矩信号执行转向；

转向完成后解除行驶中转向控制。

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