CN114802536A - 两轮行驶单元以及模块化车辆 - Google Patents

Abstract

本发明涉及两轮行驶单元以及模块化车辆，两轮行驶单元包括车体、车轮、电子自平衡系统、悬架系统、轮毂电机系统、转向系统和制动系统，还包括智能快插式部件、通信模块和感知模块等。本发明所提供的两轮行驶单元是一种灵活性极高的独立行驶单元，不仅自身具有独立的行驶、制动和转向功能，也可以汇编成车队，或者将两轮行驶单元与其他的两轮行驶单元或装载单元进行模块化拼接，以根据实际情况实现载人、运输、清扫、摆渡、巡逻等各种任务需求。

Description

两轮行驶单元以及模块化车辆

技术领域

本发明涉及车辆制造技术领域，具体涉及一种可独立行驶的两轮行驶单元以及具有该两轮行驶单元的模块化车辆。

背景技术

可重构智能汽车技术是智能汽车的一个未来发展方向，其基本思路是通过重构单元的动态拼接、组合、解体以满足多功能任务需求等使用要求，提高汽车的灵活性及机动性。可重构智能汽车可以代替人类在各种环境中执行作业任务。在民用中可广泛应用在物流、运输、清扫、摆渡、巡逻等任务需求中；在军用中可广泛应用在城市作战、越野作战、侦察巡逻等任务需求中，具有非常广阔的应用前景。

而重构单元作为可重构智能汽车技术的基本要素，其模块化设计是一个重要的研究方向，重构单元既需要具备独立的行驶和转向功能，也要能与其他单元进行模块化拼接，因此针对重构单元的研究具有重要的意义。

发明内容

因此，针对上述问题，本发明提出一种两轮行驶单元，基于该两轮行驶单元，还提出具有该两轮行驶单元的模块化车辆。

本发明采用如下技术方案实现：

本发明提出两轮行驶单元，包括车体和设于车体左右两侧的两个车轮，所述车体上设有电子自平衡系统，还包括悬架系统、轮毂电机系统和转向系统，车轮和车体通过悬架系统相连接，轮毂电机系统包括用于驱动车轮转动的轮毂电机，转向系统包括传动连接于悬架系统以驱动车轮转向的转向电机，每个车轮各配置有一个悬架系统、轮毂电机系统和转向系统，以使左、右两个车轮的转动相互独立，转向也相互独立。

其中，优选地，每个车轮还分别配置有一制动系统，以使左、右两个车轮的制动相互独立。

其中，优选地，所述轮毂电机系统、转向系统和制动系统均为线控系统。

其中，优选地，车体包括车体外壳和电池系统，车体外壳是封闭的空心结构，电池系统设于所述车体外壳内部。

其中，优选地，车体外壳包括上盖和上端开口的箱体，上盖盖合于箱体上端以组成的封闭且空心的车体外壳，电池系统包括电芯和电池箱，电池箱上端开口，电芯容纳在电池箱中，电池箱则容放在箱体内，上盖同时盖合电池箱以将电芯密封。

其中，优选地，电池系统还包括电池管理系统、热管理系统和电气管理系统，电池管理系统、热管理系统和电气管理系统都集成于电池箱与上盖组成的密闭空间中。

其中，优选地，在车体外壳上设有骨架以增强车体的结构强度。

其中，优选地，骨架包括上支撑架、下支撑架、第一侧支撑架和第二侧支撑架，下支撑架设于上支撑架下方，第一侧支撑架和第二侧支撑架竖立地设于上支撑架和下支撑架之间，上支撑架和下支撑架的两端分别通过第一侧支撑架和第二侧支撑架相连，以形成立体的骨架结构，骨架设于电池箱和箱体之间，上支撑架呈“口”字型结构，使得电池箱能够向下容放在骨架中。

其中，优选地，第一侧支撑架和第二侧支撑架均呈“X”字型结构，所述第一侧支撑架和第二侧支撑架一前一后布置，以对车体外壳的前端和后端进行结构支撑。

其中，优选地，下支撑架包括两个呈“一”字型且相互平行的第一架体和第二架体，第一架体和第二架体通过设于二者之间的连接架体相连，连接架体形成骨架的下端承载面以承载电池箱，连接架体包括“口”字型的中央部和分别从中央部的四个边角向外延伸的“一”字型的延伸部，该延伸部末端与第一架体或第二架体固定连接，四个延伸部的延长线呈“X”字型相交。

其中，优选地，电子自平衡系统包括陀螺仪，陀螺仪设于“口”字型的中央部中间。

其中，优选地，上支撑架、下支撑架、第一侧支撑架和第二侧支撑架均是空心的管架。

其中，优选地，两轮行驶单元还包括减振器，车体上端还设有分别向其左右两侧扩增的凸檐，减振器一端与悬架系统连接，另一端与该凸檐的下端面连接。

其中，优选地，车体上设有智能快插式部件，以实现两个两轮行驶单元之间的拼接，或者两轮行驶单元和具有同类智能快插式部件的装载单元的拼接。

其中，优选地，两轮行驶单元还包括通信模块，所述通信模块用于多个两轮行驶单元之间的远程通信，或两轮行驶单元与自动驾驶控制中心之间的远程通信。

其中，优选地，两轮行驶单元还包括感知模块，感知模块用于识别车体的姿态信息和车体周围的路况环境。

其中，优选地，两轮行驶单元还包括用于控制两轮行驶单元的手动转向的方向盘。

基于上述的两轮行驶单元，本发明还提出模块化车辆，该模块化车辆包括装载单元和上述的两轮行驶单元，所述装载单元和两轮行驶单元相拼接以组成模块化车辆。

本发明具有以下有益效果：本发明所提供的两轮行驶单元是一种灵活性极高的独立行驶单元，不仅自身具有独立的行驶、制动和转向功能，也可以汇编成车队，或者将两轮行驶单元与其他的两轮行驶单元或装载单元进行模块化拼接，以根据实际情况实现载人、运输、清扫、摆渡、巡逻等各种任务需求。

附图说明

图1是实施例1中两轮行驶单元的示意图；

图2是实施例1中两轮行驶单元的结构爆炸图；

图3是实施例1中骨架的示意图；

图4是实施例2中两轮行驶单元的示意图；

图5是实施例3中模块化车辆的示意图；

图6是实施例4中模块化车辆的示意图。

具体实施方式

为进一步说明各实施例，本发明提供有附图。这些附图为本发明揭露内容的一部分，其主要用以说明实施例，并可配合说明书的相关描述来解释实施例的运作原理。配合参考这些内容，本领域普通技术人员应能理解其他可能的实施方式以及本发明的优点。图中的组件并未按比例绘制，而类似的组件符号通常用来表示类似的组件。

现结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。

实施例1：

参阅图1-2所示，作为本发明的优选实施例，提供一种两轮行驶单元，包括车体1以及分别设于车体1两侧的两个车轮2，车轮2和车体1通过悬架系统5相连接。本实施例中，以两轮行驶单元的静态使用方向为描述方向，即图1中的X1、X2方向分别为左、右方向，Y1、Y2方向分别为前、后方向，Z1、Z2方向分别为上、下方向。

两轮行驶单元还包括轮毂电机系统和转向系统，轮毂电机系统包括安装在车轮2的轮毂腔内的轮毂电机3，轮毂电机3传动连接于车轮2以直接驱动车轮2转动。转向系统包括转向电机4，转向电机4传动连接于悬架系统5，以实现车轮2的转向。悬架系统5包括上、下摆臂和上、下支撑臂，减振器6一端与悬架系统5连接，另一端与车体1连接，以实现两轮行驶单元经过不平整路面时的减振缓冲效果。本实施例中，对每一个车轮2各配置有一个悬架系统5、轮毂电机系统和转向系统，即车体1左、右侧的两个悬架系统5相互独立，车体1左、右侧的两个转向电机4也相互独立，且两个车轮2可以差速转动，因此左、右两个车轮2的转向是相互独立的，从而两轮行驶单元可以实现90°转向、原地转向、横向侧方停车和斜行变道等功能，其行驶灵活性更高，具有优秀的车况适应性。

在车轮2的轮毂腔中还设有制动系统(图中未标示)，该制动系统包括制动盘、制动卡钳等，每个车轮2分别配置有一上述制动系统，以使左、右两个车轮2的制动也是相互独立的，进一步提高两轮行驶单元的行驶灵活性。

本实施例中轮毂电机系统、转向系统和制动系统均是线控系统，即三者分别为线控驱动、线控转向和线控制动系统，线控系统能够使车体结构更简单、重量更轻、制造更方便、运行更高效。除了线控系统之外，在其他实施例中也可以采用传统的机械控制系统，如液压、气动等控制系统。

如图2，车体1包括车体外壳，车体外壳大致呈矩形体，该车体外壳由箱体13和上盖12组成，箱体13上端开口，上盖12盖合于箱体13上端以组成的封闭且空心的车体外壳，电池系统7设于车体外壳内部，电池系统7包括电芯71和电池箱72，电池箱72上端开口，电芯71容纳在电池箱72中，电池箱72则容放在箱体13内，该上盖12同时盖合电池箱72以将电芯71密封。电池系统7在本实施例中采用CTC(Cell to Chassis)电池集成技术，将电芯布置到车体底盘，取消了模组和电池包，利用有限的空间布置尽可能多的电芯，以提高电量和续航里程，本实施例中，电池系统7还包括电池管理系统(BMS)、热管理系统和电气管理系统，上述电池管理系统(BMS)、热管理系统和电气管理系统也都集成于电池箱72与上盖12组成的密闭空间内，使得电池系统7的结构十分紧凑化，缩小了其空间占用。

本实施例中，电芯71先容纳在电池箱72内，电池箱72又被其外层的车体外壳包覆从而和外界隔离，从而提高了两轮行驶单元的安全性能，假如电池系统7出现失火、爆炸等突发状况，车体外壳可以缓冲能量的外泄，保护周围人员的人身安全。而且，车体外壳以其密封的特性，还能使其内部的组件免受风沙、碎石、污水等外部环境的侵蚀。

车体1上还设有电子自平衡系统(图中未示出)，电子自平衡系统由控制器(如线路板)与姿态保持仪(如陀螺仪)及执行器件(如电机)组成，电子自平衡系统用于接收车辆车轮转速、倾斜角等信息，判断车身状态，进而驱动电机进行相应的调整，以保持两轮行驶单元的平衡。

在车体外壳上还设有骨架8，以增强车体1的结构强度。如图3，骨架8具体包括上支撑架81、下支撑架82、第一侧支撑架85和第二侧支撑架86，下支撑架82设于上支撑架81下方，第一侧支撑架85和第二侧支撑架86竖立地设于上支撑架81和下支撑架82之间，上支撑架81和下支撑架82的两端分别通过第一侧支撑架85和第二侧支撑架86相连，以形成立体的骨架8结构。骨架8置于车体外壳内形成对车体外壳的多方位支撑，在车体1受到外力冲击时，骨架8能够有效防止车体外壳产生过大的变形。在其他实施例中也可以采用其他的骨架结构来增强车体1的结构强度，例如设置四个平面结构的骨架(例如“X”字型骨架)分别固定连接在车体外壳的四个侧壁上。但本实施例以立体的骨架8置于车体外壳内，骨架8的上、下、左、右、前、后各端能够与车体外壳的上、下、左、右、前、后的各个内壁相抵以最大程度地增强车体外壳的结构强度，同时骨架8还是一个独立的整体结构，其装配更加方便，只要对准好位置放入箱体13内即可。

本实施例中第一侧支撑架85和第二侧支撑架86均呈“X”字型结构，“X”字型的第一侧支撑架85和第二侧支撑架86与能够增大其与车体外壳的内壁的接触面，本实施例中优选第一侧支撑架85和第二侧支撑架86是一前一后布置，以对车体外壳的前端和后端进行结构支撑，则第一侧支撑架85和第二侧支撑架86能够增强最容易受到冲击的车体外壳前端壁面和后端壁面的强度。

本实施例中，上支撑架81呈“口”字型结构，使得电池箱72能够向下容放在骨架8中，电池箱72放置在骨架8中时，“口”字型的上支撑架81还能对电池箱72周侧进行限位，防止电池箱72产生过大的晃动。且由于骨架8设于电池箱72和箱体13之间，还能对电池系统7形成额外的一层防护。

本实施例中，下支撑架82具体包括两个呈“一”字型且相互平行的第一架体821和第二架体822，第一架体821和第二架体822通过设于二者之间的连接架体823相连，连接架体823形成骨架8的下端承载面以承载电池箱72。本实施例中连接架体823包括“口”字型的中央部和分别从中央部的四个边角向外延伸的“一”字型的延伸部，该延伸部末端与第一架体821或第二架体822固定连接，四个延伸部的延长线呈“X”字型相交，通过如此设置以在节约材料的基础上增加下支撑架82的承载面积。本实施例中，电子自平衡系统的陀螺仪(图中未示出)安装在该“口”字型的中央部中间，以提高结构的紧凑性，且陀螺仪安装在此处还能靠近车体质心，提高陀螺仪的精准度。

本实施例中上支撑架81、下支撑架82、第一侧支撑架85和第二侧支撑架86均是空心的管架，以减小骨架8的重量。

如图1、2，本实施例在箱体13上端还设有分别向箱体13左右两侧扩增的凸檐11，减振器6的上端是与该凸檐11的下端面连接，从而便于与车体1高精度地连接，并能更好地吸收车体1在上下方向的振动。且通过设置凸檐11，还是得车体1是上大下小的形状，有利于提高两轮行驶单元行驶的平稳性。通过该凸檐11，还在箱体13内部形成一定位台阶以定位骨架8的上支撑架81(本实施例中，上支撑架81的左右宽度与箱体13上端的宽度相当，下支撑架82的左右宽度与箱体13下端的宽度相当)。

两轮行驶单元还设有控制系统和通信模块。通信模块用于多个两轮行驶单元之间的远程通信，或两轮行驶单元与自动驾驶控制中心之间的远程通信。例如在一种具体应用中，可以通过车联网通信功能实现数个两轮行驶单元的编队，将车队连接起来，车辆之间实时进行数据传输和交互。并根据行驶路线自动进行各两轮行驶单元之间的相对位置实时动态调整，以应对复杂的环境变化，如保持车距、弯道转向、变换顺序、自动跟车、自动组队和拆分等场景功能；在无人干预的情况下，可依据制定的编队行驶控制策略进行车队汇合和分散，在主干道编队行驶的车辆可脱离编队进入支道，支道上单独行驶的两轮行驶单元也可自动汇入正在行驶的主干道驾驶编队。

车体1的前后端均安装有智能快插式部件9，智能快插式部件9作为智能的通用连接部件，能根据程序指令识别同类型的快插部件从而自动定位连接，实现两轮行驶单元和两轮行驶单元之间的模块化拼接，或者两轮行驶单元和其他装载单元内的模块化拼接。在车体1上还设有感知模块，感知模块包括各种传感器，如惯性导航系统、激光雷达、毫米波雷达、摄像头等以精确识别车身姿态信息和周围的路况环境，并传输给自动驾驶控制中心，为车辆提供自动驾驶的信息保障。智能快插式部件9和上述的各种传感器均属于本领域技术人员已知的技术范畴，其具体类型于此不再详细展开。

两轮行驶单元还设有预警系统，具体可采用各类传感器侦测两轮行驶单元的运行状态，并通过警示灯、蜂鸣器等示警装置示警，当出现过载、过热、车轮打滑、车距过小等可能致使车辆行驶安全隐患的情况时，出现报警提示以提高安全性能。

本实施例所提供的两轮行驶单元是一种灵活性极高的独立行驶单元，不仅自身具有独立的行驶和转向功能，也可以汇编成车队，或者将两轮行驶单元与其他的两轮行驶单元或装载单元进行模块化拼接，以根据实际情况实现载人、运输、清扫、摆渡、巡逻等各种任务需求。

实施例2：

如图4，本实施例提供一种两轮行驶单元，其结构主体上和实施例1类似，不同之处在于本实施例还在两轮行驶单元上加装了方向盘14，该方向盘14用于控制两轮行驶单元的手动转向。通过外接方向盘14，则使用者可以直接站在两轮行驶单元上手持方向盘14进行手动驾驶。为了提高安全性，本实施例还在两轮行驶单元上端设有围栏15。

实施例3：

如图5，本实施例提供一种模块化车辆，包括两轮行驶单元100和装载单元200，两轮行驶单元100是实施例1中的两轮行驶单元，并具有相同结构的同等技术效果。装载单元200在本实施例中是带有车轮的货仓，两轮行驶单元100和装载单元200相拼接，两轮行驶单元100作为动力拉动装载单元200移动。

实施例4：

如图6，本实施例提供一种模块化车辆，包括两轮行驶单元300和装载单元，两轮行驶单元300是实施例1中的两轮行驶单元，并具有相同结构的同等技术效果。本实施例中装载单元具有两个，分别是载货板400和装载车身500，两轮行驶单元300设有三个，其中：前端的那一个两轮行驶单元300拼接在载货板400的前端，中间的那一个两轮行驶单元300同时和载货板400以及装载车身500拼接，后端的那一个两轮行驶单元300拼接在装载车身500的后端。两轮行驶单元不仅可以和单个装载单元拼接，也可以作为连接节点拼接起数个装载单元，其灵活性和泛用性很高。

尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本发明，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围内，在形式上和细节上对本发明做出的各种变化，均落入本发明的保护范围。

Claims (19)

1.两轮行驶单元，包括车体和设于车体左右两侧的两个车轮，所述车体上设有电子自平衡系统，其特征在于：还包括悬架系统、轮毂电机系统和转向系统，车轮和车体通过悬架系统相连接，轮毂电机系统包括用于驱动车轮转动的轮毂电机，转向系统包括传动连接于悬架系统以驱动车轮转向的转向电机，每个车轮各配置有一个悬架系统、轮毂电机系统和转向系统，以使左、右两个车轮的转动相互独立，转向也相互独立。

2.根据权利要求1所述的两轮行驶单元，其特征在于：每个车轮还分别配置有一制动系统，以使左、右两个车轮的制动相互独立。

3.根据权利要求2所述的两轮行驶单元，其特征在于：所述轮毂电机系统、转向系统和制动系统均为线控系统。

4.根据权利要求1所述的两轮行驶单元，其特征在于：车体包括车体外壳和电池系统，车体外壳是封闭的空心结构，电池系统设于所述车体外壳内部。

5.根据权利要求4所述的两轮行驶单元，其特征在于：车体外壳包括上盖和上端开口的箱体，上盖盖合于箱体上端以组成的封闭且空心的车体外壳，电池系统包括电芯和电池箱，电池箱上端开口，电芯容纳在电池箱中，电池箱则容放在箱体内，上盖同时盖合电池箱以将电芯密封。

6.根据权利要求5所述的两轮行驶单元，其特征在于：电池系统还包括电池管理系统、热管理系统和电气管理系统，电池管理系统、热管理系统和电气管理系统都集成于电池箱与上盖组成的密闭空间中。

7.根据权利要求5所述的两轮行驶单元，其特征在于：在车体外壳上设有骨架以增强车体的结构强度。

8.根据权利要求7所述的两轮行驶单元，其特征在于：骨架包括上支撑架、下支撑架、第一侧支撑架和第二侧支撑架，下支撑架设于上支撑架下方，第一侧支撑架和第二侧支撑架竖立地设于上支撑架和下支撑架之间，上支撑架和下支撑架的两端分别通过第一侧支撑架和第二侧支撑架相连，以形成立体的骨架结构，骨架设于电池箱和箱体之间，上支撑架呈“口”字型结构，使得电池箱能够向下容放在骨架中。

9.根据权利要求8所述的两轮行驶单元，其特征在于：第一侧支撑架和第二侧支撑架均呈“X”字型结构，所述第一侧支撑架和第二侧支撑架一前一后布置，以对车体外壳的前端和后端进行结构支撑。

10.根据权利要求8所述的两轮行驶单元，其特征在于：下支撑架包括两个呈“一”字型且相互平行的第一架体和第二架体，第一架体和第二架体通过设于二者之间的连接架体相连，连接架体形成骨架的下端承载面以承载电池箱，连接架体包括“口”字型的中央部和分别从中央部的四个边角向外延伸的“一”字型的延伸部，该延伸部末端与第一架体或第二架体固定连接，四个延伸部的延长线呈“X”字型相交。

11.根据权利要求10所述的两轮行驶单元，其特征在于：电子自平衡系统包括陀螺仪，陀螺仪设于“口”字型的中央部中间。

12.根据权利要求8所述的两轮行驶单元，其特征在于：上支撑架、下支撑架、第一侧支撑架和第二侧支撑架均是空心的管架。

13.根据权利要求1所述的两轮行驶单元，其特征在于：还包括减振器，车体上端还设有分别向其左右两侧扩增的凸檐，减振器一端与悬架系统连接，另一端与该凸檐的下端面连接。

14.根据权利要求1所述的两轮行驶单元，其特征在于：车体上设有智能快插式部件，以实现两个两轮行驶单元之间的拼接，或者两轮行驶单元和具有同类智能快插式部件的装载单元的拼接。

15.根据权利要求1所述的两轮行驶单元，其特征在于：还包括通信模块，所述通信模块用于多个两轮行驶单元之间的远程通信，或两轮行驶单元与自动驾驶控制中心之间的远程通信。

16.根据权利要求1所述的两轮行驶单元，其特征在于：还包括感知模块，感知模块用于识别车体的姿态信息和车体周围的路况环境。

17.根据权利要求1所述的两轮行驶单元，其特征在于：还包括用于控制两轮行驶单元的手动转向的方向盘。

18.模块化车辆，其特征在于：包括装载单元和两轮行驶单元，所述两轮行驶单元是权利要求1-17任一所述的两轮行驶单元，所述装载单元和两轮行驶单元相拼接以组成模块化车辆。

19.根据权利要求18所述的模块化车辆，其特征在于：所述装载单元是载货板、装载车身或者带有车轮的货仓。

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