CN114801701A - 一种轮毂电机驱动的铰接式车辆可编组配置结构 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种轮毂电机驱动的铰接式车辆可编组配置结构，通过多个相同规格的模块化车辆单元，可以根据实际运载场景和需求较为灵活的形成编组；专门设计的具有锁止功能的铰接机构，以及相应的编组与单体控制策略，能够根据所处的路况实现不同轮毂电机驱动车辆单元间的刚性锁止、脱离以及重组，从而有效克服了现有铰接车辆对特殊路况适应性不强的缺陷，使编组具有了较强的通过能力。

Description

一种轮毂电机驱动的铰接式车辆可编组配置结构

技术领域

本发明属于无轨列车技术领域，具体涉及由轮毂电机驱动的独立单元所组合构成的铰接式车辆编组配置结构。

背景技术

铰接式车辆由于具有强大的运载能力，在战场、灾区等特殊复杂环境中较为适用。然而，现有的铰接式车辆普遍存在车体笨重、车辆机动性差等的诸多缺点。同时，现有技术中所采用的动力源相对单一，主要通过编组两端的单元来提供动力，而中间各单元则为从动的方式行驶，不具备自主行驶的能力，对特殊地形或路况的适应性与通过性较差，部分情况下需要脱离或舍弃部分单元才能脱困。因此，如何改进现有铰接式车辆的不足以提高其对不同地形与使用场景的适用性，是本领域中亟待解决的技术问题。

发明内容

有鉴于此，针对上述本领域中存在的技术问题，本发明提供了一种轮毂电机驱动的铰接式车辆可编组配置结构，由至少两个相同结构的轮毂电机驱动车辆单元组成；

其中，每个所述轮毂电机驱动车辆单元均包括车身结构、驱动转向系统以及控制单元；所述驱动转向系统由驱动子系统和转向子系统组成；驱动子系统包括多个轮毂电机及相应车轮，用于根据所述控制单元的控制信号为各轮毂电机驱动车辆单元提供动力；所述转向子系统由方向盘、转向器、电动助力转向系统和转向拉杆组成，方向盘通过转向器、转向拉杆与车轮连接，用于根据所述控制单元的控制信号使各轮毂电机驱动车辆单元转向；

所述车身结构内部具有运载空间，外部在前后两端分别设置握爪机构与撞球；所述握爪机构与撞球分别用于与其他轮毂电机驱动车辆单元的撞球或握爪机构形成类球铰形式的铰接状态；所述握爪机构包括若干机械爪臂，所述机械爪臂用于相互配合并收拢或张开，以对所述撞球握紧实现铰接状态或松开撞球脱离铰接状态；所述机械爪臂与所述撞球接触的表面上设置若干可伸缩的锁止栓，所述撞球表面设有若干与所述锁止栓配合的栓孔，所述锁止栓根据所述控制单元的控制信号伸出并插入所述栓孔，使握爪机构与撞球的相对转动被锁止，并使对应两个轮毂电机驱动车辆单元以特定角度形成刚性连接。

进一步地，所述机械爪臂与撞球接触的表面为曲面，所述锁止栓在所述曲面上呈规律性分布，用于提高控制握爪机构与撞球锁止角度的精确性。

进一步地，所述控制单元根据本轮毂电机驱动车辆单元与其他轮毂电机驱动车辆单元的组合或分离状态，分别执行以下编组控制策略或单体控制策略：

a、当需要与其他至少一个轮毂电机驱动车辆单元成组时执行编组控制策略：

①、判断握爪机构与其他轮毂电机驱动车辆单元的撞球是否形成接触，并在形成接触后向所述握爪机构发出控制信号使机械爪臂收拢握紧撞球，从而与其他轮毂电机驱动车辆单元构成铰接编组；

②、编组后不同轮毂电机驱动车辆单元的控制单元开始配合工作，选择其中一个控制单元作为编组整车控制单元，其他控制单元则作为从控制单元；在行驶中，编组整车控制单元根据其对应方向盘的转角向其他从控制单元发出动力学控制指令或循迹指令，各从控制单元基于从控制指令向各自对应的轮毂电机及转向器分别提供转矩与转向控制信号，使编组整车根据控制行驶；

③、编组整车控制单元与各从控制单元基于相应轮毂电机反馈的转速、力矩信号，判断是否需要对特定轮毂电机驱动车辆单元之间的铰接进行锁止或脱离；如果需要锁止，则相应机械爪臂上的锁止栓根据控制信号伸出并插入相应撞球上的栓孔；

如果需要脱离铰接状态，则相应机械爪臂张开并与相应撞球脱离接触，脱离编组的轮毂电机驱动车辆单元的控制单元结束编组控制策略，并开始执行单体控制策略；

b、当轮毂电机驱动车辆单元需要单独行驶时执行单体控制策略：

①、控制单元根据包括加速踏板、制动踏板、方向盘的转角向角的动力学控制指令，向各自对应的轮毂电机及转向器分别提供转矩与转向控制信号，控制本轮毂电机驱动车辆单元行驶；

②、判断是否存在与其他轮毂电机驱动车辆单元成组的需求，如果存在则控制本轮毂电机驱动车辆单元执行循迹策略，以使自身握爪机构或撞球能够与其他轮毂电机驱动车辆单元形成接触；

③、控制单元检测到握爪机构与其他轮毂电机驱动车辆单元的撞球形成接触后，结束单体控制策略并开始执行编组控制策略。

进一步地，所述编组控制策略还包括：

编组整车控制单元与各从控制单元基于相应轮毂电机反馈的转速、力矩信号，判断在通过深坑、坡面、炮弹坑、单边桥等特定路况的道路时车轮所受地面附着力与力矩，是否存在车轮空转、侧滑、腾空等情况，并向特定握爪机构提供控制信号，实现编组中部分轮毂电机驱动车辆单元之间的锁止，以及向特定轮毂电机提供控制信号输出相应转矩，从而提高编组通过所述特定路况道路的通过性。

上述本发明所提供的轮毂电机驱动的铰接式车辆可编组配置结构，通过多个相同规格的模块化单元，可以根据实际运载场景和需求较为灵活的形成编组；专门设计的具有锁止功能的铰接机构，以及相应的编组与单体控制策略，能够根据所处的路况实现不同轮毂电机驱动车辆单元间的刚性锁止、脱离以及重组，从而有效克服了现有铰接车辆对特殊路况适应性不强的缺陷，使编组具有了较强的通过能力。

附图说明

图1为单独的轮毂电机驱动车辆单元结构正视图；

图2为图1的侧视图；

图3为铰接机构的示意图；

图4为多个轮毂电机驱动车辆单元组成的编组仰视图；

图5为图4的侧视图；

图6为本发明所提供的编组与单体控制策略流程图；

图7为基于本发明的优选实例中编组通过深坑道路的示意图。

图中，1、2为撞球与握爪机构所组成的铰接机构，3为单独的轮毂电机驱动车辆单元，4为内部运载空间，5为铰接装置安装位置，6为驱动/转向轮，7为机械爪臂，8为机械爪臂内部锁止栓，9为撞球表面栓孔，10为撞球座。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“前”、“后”、“上”、“下”、“内”、“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和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件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的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明所提供的一种轮毂电机驱动的铰接式车辆可编组配置结构，如图1-6所示，由至少两个相同结构的轮毂电机驱动车辆单元3组成；

其中，每个所述轮毂电机驱动车辆单元均包括车身结构、驱动转向系统以及控制单元；所述驱动转向系统由驱动子系统和转向子系统组成；驱动子系统包括多个轮毂电机及相应作为驱动/转向轮6的车轮，用于根据所述控制单元的控制信号为各轮毂电机驱动车辆单元提供动力；所述转向子系统由方向盘、转向器、电动助力转向系统和转向拉杆组成，方向盘通过转向器、转向拉杆与车轮连接，用于根据所述控制单元的控制信号使各轮毂电机驱动车辆单元转向；

所述车身结构内部具有运载空间4，外部在前后两端的安装位置5分别设置握爪机构2与撞球1、撞球座10；所述握爪机构与撞球分别用于与其他轮毂电机驱动车辆单元的撞球或握爪机构形成类球铰形式的铰接状态；所述握爪机构包括若干机械爪臂7，所述机械爪臂用于相互配合并收拢或张开，以对所述撞球握紧实现铰接状态或松开撞球脱离铰接状态；所述机械爪臂与所述撞球接触的表面上设置若干可伸缩的锁止栓8，所述撞球表面设有若干与所述锁止栓配合的栓孔9，所述锁止栓根据所述控制单元的控制信号伸出并插入所述栓孔，使握爪机构与撞球的相对转动被锁止，并使对应两个轮毂电机驱动车辆单元以特定角度形成刚性连接。

本发明中用于同一编组的轮毂电机驱动车辆单元均采用同规格的零部件制造，所以当某部件如铰接机构出现故障时，可以直接拆卸下原有部件，在标准零件库取用新部件替换即可；当出现大规模损坏或故障时，也可直接替换轮毂电机驱动车辆单元。外部结构包括车身、车顶、车架等及内部运载空间包括车底板、车内壁、车内配件等均采用轻金属合金材料，使驱动模块轻量化。

在本发明的一个优选实施方式中，所述机械爪臂与撞球接触的表面为曲面，所述锁止栓在所述曲面上呈规律性分布，用于提高控制握爪机构与撞球锁止角度的精确性，锁止栓与栓孔分布的密度越高，锁止角度的控制则越精细。

在本发明的一个优选实施方式中，如图6所示，所述控制单元根据本轮毂电机驱动车辆单元与其他轮毂电机驱动车辆单元的组合或分离状态，分别执行以下编组控制策略或单体控制策略：

a、当需要与其他至少一个轮毂电机驱动车辆单元成组时执行编组控制策略：

①、判断握爪机构与其他轮毂电机驱动车辆单元的撞球是否形成接触，并在形成接触后向所述握爪机构发出控制信号使机械爪臂收拢握紧撞球，从而与其他轮毂电机驱动车辆单元构成铰接编组；

②、编组后不同轮毂电机驱动车辆单元的控制单元开始配合工作，选择其中一个控制单元作为编组整车控制单元，其他控制单元则作为从控制单元；在行驶中，编组整车控制单元根据其对应方向盘的转角向其他从控制单元发出动力学控制指令或循迹指令，各从控制单元基于从控制指令向各自对应的轮毂电机及转向器分别提供转矩与转向控制信号，使编组整车根据控制行驶；

③、编组整车控制单元与各从控制单元基于相应轮毂电机反馈的转速、力矩信号，判断是否需要对特定轮毂电机驱动车辆单元之间的铰接进行锁止或脱离；如果需要锁止，则相应机械爪臂上的锁止栓根据控制信号伸出并插入相应撞球上的栓孔；

如果需要脱离铰接状态，则相应机械爪臂张开并与相应撞球脱离接触，脱离编组的轮毂电机驱动车辆单元的控制单元结束编组控制策略，并开始执行单体控制策略；

b、当轮毂电机驱动车辆单元需要单独行驶时执行单体控制策略：

①、控制单元根据包括加速踏板、制动踏板、方向盘的转角向角的动力学控制指令，向各自对应的轮毂电机及转向器分别提供转矩与转向控制信号，控制本轮毂电机驱动车辆单元行驶；

②、判断是否存在与其他轮毂电机驱动车辆单元成组的需求，如果存在则控制本轮毂电机驱动车辆单元执行循迹策略，以使自身握爪机构或撞球能够与其他轮毂电机驱动车辆单元形成接触；本领域技术人员应当知晓，单独本轮毂电机驱动车辆单元相互之间的循迹可借助现有测距传感设备、卫星定位系统、高精度地图等多种方式实现；

③、控制单元检测到握爪机构与其他轮毂电机驱动车辆单元的撞球形成接触后，结束单体控制策略并开始执行编组控制策略。

在本发明的一个优选实施方式中，所述编组控制策略还包括：

编组整车控制单元与各从控制单元基于相应轮毂电机反馈的转速、力矩信号，判断在通过深坑、坡面、炮弹坑、单边桥等特定路况的道路时车轮所受地面附着力与力矩，是否存在车轮空转、侧滑、腾空等情况，并向特定握爪机构提供控制信号，实现编组中部分轮毂电机驱动车辆单元之间的锁止，以及向特定轮毂电机提供控制信号输出相应转矩，从而提高编组通过所述特定路况道路的通过性。

譬如在图7所示的基于本发明的一个优选实例中，针对编组所经过的深坑路况，通过锁止机构来锁止部分轮毂电机驱动车辆单元间的相对运动自由度，实现编组局部或整体的刚性，并向由附着力满足条件的轮毂电机输出转矩，从而使编组能够脱困，锁止的角度和姿态可以保持与沟壑凹陷或倾斜角度相适应。

又或者针对编组所经过的阶梯、坡面等路况，在由低处向高处行驶时，使先达到阶梯或坡面顶部的部分轮毂电机驱动车辆单元锁止，从而为下方单元提供整体的牵引力；而由高处向低处行驶时，则可使先行至阶梯或坡面底部的部分轮毂电机驱动车辆单元锁止，从而对上方单元提供一定制动力，避免其侧滑所导致的编组整体侧滑或倾覆。

在路况完全无法满足编组通过时，则可使全部轮毂电机驱动车辆单元解除相互的铰接状态，并分别执行各自的单体控制策略行驶，待行至满足重新组合的道路时，再重新连接构成编组，开始执行编组控制策略。

应理解，本发明实施例中各步骤的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (4)

1.一种轮毂电机驱动的铰接式车辆可编组配置结构，其特征在于：由至少两个相同结构的轮毂电机驱动车辆单元组成；

其中，每个所述轮毂电机驱动车辆单元均包括车身结构、驱动转向系统以及控制单元；所述驱动转向系统由驱动子系统和转向子系统组成；驱动子系统包括多个轮毂电机及相应车轮，用于根据所述控制单元的控制信号为各轮毂电机驱动车辆单元提供动力；所述转向子系统由方向盘、转向器、电动助力转向系统和转向拉杆组成，方向盘通过转向器、转向拉杆与车轮连接，用于根据所述控制单元的控制信号使各轮毂电机驱动车辆单元转向；

所述车身结构内部具有运载空间，外部在前后两端分别设置握爪机构与撞球；所述握爪机构与撞球分别用于与其他轮毂电机驱动车辆单元的撞球或握爪机构形成类球铰形式的铰接状态；所述握爪机构包括若干机械爪臂，所述机械爪臂用于相互配合并收拢或张开，以对所述撞球握紧实现铰接状态或松开撞球脱离铰接状态；所述机械爪臂与所述撞球接触的表面上设置若干可伸缩的锁止栓，所述撞球表面设有若干与所述锁止栓配合的栓孔，所述锁止栓根据所述控制单元的控制信号伸出并插入所述栓孔，使握爪机构与撞球的相对转动被锁止，并使对应两个轮毂电机驱动车辆单元以特定角度形成刚性连接。

2.如权利要求1所述的轮毂电机驱动的铰接式车辆可编组配置结构，其特征在于：所述机械爪臂与撞球接触的表面为曲面，所述锁止栓在所述曲面上呈规律性分布，用于提高控制握爪机构与撞球锁止角度的精确性。

3.如权利要求1所述的轮毂电机驱动的铰接式车辆可编组配置结构，其特征在于：所述控制单元根据本轮毂电机驱动车辆单元与其他轮毂电机驱动车辆单元的组合或分离状态，分别执行以下编组控制策略或单体控制策略：

a、当需要与其他至少一个轮毂电机驱动车辆单元成组时执行编组控制策略：

①、判断握爪机构与其他轮毂电机驱动车辆单元的撞球是否形成接触，并在形成接触后向所述握爪机构发出控制信号使机械爪臂收拢握紧撞球，从而与其他轮毂电机驱动车辆单元构成铰接编组；

②、编组后不同轮毂电机驱动车辆单元的控制单元开始配合工作，选择其中一个控制单元作为编组整车控制单元，其他控制单元则作为从控制单元；在行驶中，编组整车控制单元根据其对应方向盘的转角向其他从控制单元发出动力学控制指令或循迹指令，各从控制单元基于从控制指令向各自对应的轮毂电机及转向器分别提供转矩与转向控制信号，使编组整车根据控制行驶；

③、编组整车控制单元与各从控制单元基于相应轮毂电机反馈的转速、力矩信号，判断是否需要对特定轮毂电机驱动车辆单元之间的铰接进行锁止或脱离；如果需要锁止，则相应机械爪臂上的锁止栓根据控制信号伸出并插入相应撞球上的栓孔；

如果需要脱离铰接状态，则相应机械爪臂张开并与相应撞球脱离接触，脱离编组的轮毂电机驱动车辆单元的控制单元结束编组控制策略，并开始执行单体控制策略；

b、当轮毂电机驱动车辆单元需要单独行驶时执行单体控制策略：

①、控制单元根据包括加速踏板、制动踏板、方向盘的转角向角的动力学控制指令，向各自对应的轮毂电机及转向器分别提供转矩与转向控制信号，控制本轮毂电机驱动车辆单元行驶；

②、判断是否存在与其他轮毂电机驱动车辆单元成组的需求，如果存在则控制本轮毂电机驱动车辆单元执行循迹策略，以使自身握爪机构或撞球能够与其他轮毂电机驱动车辆单元形成接触；

③、控制单元检测到握爪机构与其他轮毂电机驱动车辆单元的撞球形成接触后，结束单体控制策略并开始执行编组控制策略。

4.如权利要求3所述的轮毂电机驱动的铰接式车辆可编组配置结构，其特征在于：所述编组控制策略还包括：

编组整车控制单元与各从控制单元基于相应轮毂电机反馈的转速、力矩信号，判断在通过特定路况的道路时的车轮所受地面附着力与力矩，并向特定握爪机构提供控制信号，使编组中部分轮毂电机驱动车辆单元锁止在适合的姿态，以及向特定轮毂电机提供控制信号输出相应转矩。

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