CN115649288A - 自重构轮式车辆重构单元 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种自重构轮式车辆重构单元，作为自重构轮式车辆最小基本单元，能够解决自重构轮式车辆机械‑能量‑控制等多系统维度的重构问题，使自重构轮式车辆具备总体构型可重构的特征，同时满足高机动性、高通过性和高行驶稳定性的要求。具体包括车身、电池子系统、驱动子系统、行动子系统、制动子系统、转向子系统、重构子系统；两个以上重构单元通过对接重构子系统对接形成自重构轮式车辆后，通过相应接口的连接完成结构重构、信息重构和能量重构；通过与上装的任务模块连接实现与任务模块间的结构重构、信息重构和能量重构；行动子系统通过行动机构重构子系统与车身连接，用于重构单元轮距和车身高度的调节。

Description

自重构轮式车辆重构单元

技术领域

本发明涉及一种车辆重构单元，具体涉及一种自重构轮式车辆重构单元，属于自重构运载装备技术领域。

背景技术

自重构运载装备，可自主重构、自主组合、自主解体，是颠覆性创新技术，已成为陆、天、空、海杀手锏武器研制的迫切需求。由于陆地环境复杂性，自重构地面运载装备的研制难度极大，是世界公认的重大挑战。更具革命性的是，自重构技术将使自重构陆基装备成为现实。陆基装备包括机场跑道、导弹/火箭发射装置、电磁炮/激光武器等，是维护国家安全的战略重器，其侦察与反侦察、摧毁与反摧毁，是战争决胜手段。一旦突破自重构技术，使陆基装备由重构细胞单元组成，实现自重构、自组合、自解体、自隐蔽，“组小成大，获得更大能力；化整为零，分散机动隐蔽”，几乎不可发现、不可摧毁，能够锻造自重构飞机起降平台、自重构导弹/火箭发射装置、自重构电磁炮/激光武器等尖端武器。

自重构轮式车辆是一种自重构运载装备，要求具备任务模块可更换，底盘单元可重构、组合、解体，宽度高度可调节。自重构轮式车辆重构单元是其最小基本重构单元，需具备全轮独立驱动/制动/转向、自主/被动对接、动力系统可扩展、形态主动重构等功能，包含车身、行动子系统、线控驱动子系统、线控转向子系统、线控制动子系统、电池子系统和(能量、控制、对接)重构子系统等。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种自重构轮式车辆重构单元，作为自重构轮式车辆最小基本单元实现整车子系统的分布式集成，能够解决自重构轮式车辆机械-能量-控制等多系统维度的重构问题，使自重构轮式车辆具备总体构型可重构的特征，从而形成4×4构型、6×6构型和8×8构型等多种构型的轮式车辆，同时满足自重构运载装备需具有高机动性、高通过性和高行驶稳定性的要求。

自重构轮式车辆重构单元：包括车身、电池子系统、驱动子系统、行动子系统、制动子系统和转向子系统，此外，还包括重构子系统；

所述重构子系统包括能量重构子系统、对接重构子系统和行动机构重构子系统；

所述车身的前后端面均布置有结构接口、信息接口和能量接口，两个以上重构单元通过所述对接重构子系统对接形成自重构轮式车辆后，通过相应接口的连接完成结构重构、信息重构和能量重构；

所述车身上表面布置有结构接口、信息接口和能量接口，通过与上装的任务模块上的结构接口、信息接口和能量接口完成连接，实现与任务模块间的结构重构、信息重构和能量重构；

所述行动子系统通过所述行动机构重构子系统与车身连接，所述行动机构重构子系统用于所述重构单元轮距和车身高度的调节。

作为本发明的一种优选方式，所述能量重构子系统用于相对接的重构单元间能量重构、重构单元与任务模块的能量重构以及对电池子系统的充电功能；

所述重构单元和任务模块能量源通过双向可重构电源并联至同一母线，形成多支路共母线架构；能量在接入母线的各重构单元、任务模块之间以及重构单元、任务模块内部双向流动。

作为本发明的一种优选方式，所述车身的前后端面包括与车身顶面相连的竖直面和与竖直面相连的向下向内倾斜的斜面；由此使得车身呈现为倒置的“等腰梯形”外形。

作为本发明的一种优选方式，所述对接重构子系统长度可调，相邻两个重构单元即能够通过对接重构子系统纵向贴合对接或间隔设定距离对接，使多个重构单元对接构成的刚性底盘的轴距可调。

作为本发明的一种优选方式，所述对接重构子系统包括：主动对接装置和被动对接装置；

当两个重构单元对接时，其中一个重构单元的主动对接装置与另一个重构单元上的被动对接装置对接；

所述主动对接装置包括：主动感知模块、主动捕获装置、挂绳模块和主动锁紧装置；

所述被动对接装置包括：插销机构、标记模块以及锁紧机构；

所述主动感知模块与所述标记模块配合用于感知两个重构单元间的相对位姿；

所述挂绳模块中的挂环能够由所述主动捕获装置主动牵引或人工被动牵引至所述被动对接装置的捕获口内；所述插销机构用于对进入所述捕获口内的挂环进行位置锁定；

所述挂绳模块用于在所述插销机构对挂环进行位置锁定后，拉近两个重构单元至对接位；

所述主动锁紧装置用于和所述锁紧机构配合，实现两个重构单元的对接和锁紧。

作为本发明的一种优选方式，所述主动捕获装置为空间六自由度机械臂；所述机械臂的末端为电磁头；所述电磁头通电后磁吸所述挂绳系统中的挂环；并带动所述挂环运动。

作为本发明的一种优选方式，所述主动感知模块包括：摄像头和激光测距仪；

所述标记模块包括：车身位姿靶标和锁紧机构位置靶标；在重构单元被动对接面中心设置车身位姿靶标，捕获口附近设置锁紧机构位置靶标；

所述摄像头通过识别车身位姿靶标，获得两个重构单元间的相对位姿；通过识别所述锁紧机构位置靶标，获得捕获目标点与主动捕获装置之间的六自由度偏差；所述捕获目标点为捕获口轴线和与所述插销机构中插销的轴线的相交点；

所述激光测距仪用于测量两个重构单元之间的相对距离。

作为本发明的一种优选方式，所述主动锁紧装置包括一根以上沿纵向设置的锁紧梁，所述锁紧梁沿车体横向间隔分布；

每根锁紧梁包括：一根锁紧方钢、一个纵向推进电机和两个侧向锁紧电机A；所述纵向推进电机用于纵向推动锁紧方钢，使其头部伸出或收回至重构单元内部；两个侧向锁紧电机A用于在锁紧方钢伸出到位后，分别从锁紧方钢尾部的两个侧面对其进行侧向压紧；

重构单元上的被动对接装置中设置有用于使所述锁紧方钢伸入的锁止方槽，所述锁止方槽内设置用于对锁紧方钢进行锁紧的锁紧机构；

所述锁紧机构包括：纵向锁紧电机、两个侧向锁紧电机B和一个锁止头；所述锁止方槽中心设置锁止头，所述纵向锁紧电机用于带动所述锁止头绕其轴线转动；所述锁紧方钢头部的端部设置有内型面与锁止头一致的锁止块，当锁紧方钢头部伸入锁止方槽内并穿过锁止头后，通过纵向锁紧电机带动锁止头旋转，使所述锁止头和锁止块之间锁定；两个侧向锁紧电机B分别从两个侧面对伸入到锁止方槽内的锁紧方钢进行侧面锁紧。

作为本发明的一种优选方式，所述行动机构重构子系统包括：横向调节机构、垂向调节机构和底座；

所述垂向调节机构安装在所述行动子系统的悬架总成与所述底座之间，所述横向调节机构安装在所述底座与车身之间；当所述垂向调节机构动作时，带动所述底座、横向调节机构以及车身沿竖直方向运动；当所述横向调节机构动作时，带动底座、垂向调节机构以及车轮总成和悬架总成横向移动。

作为本发明的一种优选方式，所述垂向调节机构包括垂向执行器和垂向导向杆；所述垂向执行器竖直设置，其固定端与所述悬架总成固定连接，伸缩端与底座连接，通过所述垂向执行器伸缩端带动底座向上抬起或回落，实现车身高度的调节；所述垂向导向杆用于对所述垂向执行器的伸缩导向；

所述横向调节机构包括横向执行器和横向导向杆；所述横向执行器沿车身的横向设置，其固定端与车身连接，伸缩端与底座连接，通过所述横向执行器伸缩端带动底座横向伸出或收回，实现轮距的调节；所述横向导向杆用于对所述横向执行器的伸缩导向。

有益效果：

(1)本发明的重构单元为自重构轮式车辆的基本单元，不同重构单元的组合可构成不同构型的自重构轮式车辆通用底盘，通过更换所需任务模块重构为具备不同功能的任务车辆。其重构能力极大扩展任务车辆的结构柔性和功能柔性，使自重构轮式车辆的任务适应性和环境适应性大大增强；

(2)本发明的自重构轮式车辆重构单元能够提升轮式车辆的模块化能力。车辆出现问题时，可局部更换组件，改变车辆“局部坏死，整车瘫痪”的局面。同时由于模块可分，因此能够更加迅速的对模块组件进行故障判断、定位与模块化整体更换修复。由于整车采用模块化设计，简化了变形车的设计工作，也能使新研制的功能模块快速的融入车族体系中。

(3)本发明的重构单元能够与其他重构单元、上装任务模块间实现信息交互，面向不同的任务需求形成多种系统通讯架构。基于重构单元间的信息共享和物理构型的识别，重构单元能够实现对各个执行子系统的状态统一调控，使自重构轮式车辆在能量和运动等多个维度上达到目标状态。

(4)本发明的重构单元中的对接重构子系统具备兼容主/被动对接模式的对接系统，可实现重构单元在战场环境有人/无人工况下重构单元间的机械对接，极大提升重构单元在不同环境中的系统重构可靠性；且对接重构子系统通过有人或无人工况下大范围捕获、快速拉近、有效锁紧完整过程，适用边界宽，对接效率高，稳固性能强。

(5)自重构轮式车辆重构单元具备与其他重构单元、上装单元的能量交互的能力，能够实现多种能量拓扑架构，满足不同使用工况的用电需求。同时，重构单元可兼容不同形式的能量源输入，如柴油机和动力电池等，具备较强的环境适应能力。此外，伴随着大规模的自重构轮式车辆形成组合体，重构单元可通过能量重构接口的直流母线对外进行大功率输出，满足不同规模的用电功率需求。

(6)本发明的重构单元集成行走机构调节子系统，能够实现重构单元高度和宽度的调节。基于此能力，以所述重构单元为基体的自重构轮式车辆可以实现车宽与车高快速调节，显著提高了自重构轮式车辆的战略机动性，通过性和行驶稳定性。

附图说明

图1为本发明的自重构轮式车辆重构单元外形示意图；

图2为本发明的自重构轮式车辆重构单元应用原理示意图；

图3为本发明的自重构轮式车辆重构单元总体布置(左右两张图为同一重构单元上下两层的布置)示意图；

图4为对接重构子系统工作示意图。

图5为行动机构重构子系统工作示意图。

图6能量重构子系统工作示意图。

其中：1-车身、2-车轮、3-任务模块。

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

实施例1：

为了解决自重构轮式车辆快速重构需求，运输模块化需求，复杂战场环境行驶性能和生存能力需求，本实施例提出一种自重构轮式车辆重构单元。

如图1所示，该自重构轮式车辆重构单元采用2×2的驱动形式，重构过程中采用两轮平衡方式行驶，必要时可借助辅助轮保持平衡。重构单元两侧车轮均可实现独立转向，两侧车轮可完成同相位或异相位转向，具备优异的战术机动性。

该重构单元在外形上包括车身1和位于车身1横向两侧的车轮2；车身1的前后端面包括与车身顶面相连的竖直面和与竖直面相连的向下向内倾斜的斜面；由此使得车身呈现为倒置的“等腰梯形”外形，其纵向截面为倒置的“等腰梯形”。车身1前后端面具有向内倾斜的斜面，在与其他重构单元重构后行驶具备良好的通过性。

该重构单元具备拓扑重构特征：车身1的前后端面的竖直面上均布置有结构接口、信息接口和能量接口，用于与另一个重构单元的车身上相应接口连接完成结构重构、信息重构和能量重构。具体的：车身1前和/或后端面上的结构接口在与其他重构单元车身后和/或前端面竖直面靠近、对接并锁紧后完成可靠结构连接，实现结构重构；同时重构单元间的信息接口和能量接口完成连接，实现信息重构和能量重构。

该重构单元具备功能重构特征：车身1的上表面设计为平面并且布置有结构接口、信息接口和能量接口，其中结构接口用于上装任务模块3，通过与任务模块3的结构接口、信息接口和能量接口完成连接，实现与任务模块3间的结构重构、信息重构和能量重构，从而实现功能重构，如图2所示。即采用给重构单元能够实现二维能量重构并形成对外放电：在实现单元能量重构的基础上具备机动模块与任务模块3间的能量交互调控能力。

该重构单元具备形态重构特征：即重构单元两侧车轮2能够沿车身1横向移动，且车身1相对车轮2能够进行垂向移动，实现重构单元轮距可调和车身高度可调。

由此，该重构单元具备功能重构、拓扑重构、形态重构三大重构特征，可实现任务模块更换的功能重构，可实现重构单元快速扩展的拓扑重构，可实现高度、宽度调节的形态重构，且完成多重构单元重构后能够稳定行驶，实现结构、信息、能量三个维度的重构。

该自重构轮式车辆重构单元功能重构和拓扑重构的应用原理示意图如图2所示。图2所示为4×4构型自重构轮式车辆，包含一个任务模块3和两个重构单元。两个重构单元拓扑重构所构成刚性底盘，且所构成的刚性底盘的轴距能够有级动态调整，以适应所上装的任务模块3的安装孔位或安装座。两个重构单元纵向对接形成刚型底盘并且基于布置于重构单元前后侧的信息接口和能量接口实现重构单元间的信息流动与能量流动。高压母线位于重构单元内部，分布式接口布置实现重构单元之间以及重构单元与任务模块3之间的能量流动，并且可完成任务模块3与重构单元的独立能量输出。

单个重构单元的布置如图3所示；重构单元包括以下子系统：重构子系统、车身、电池子系统、驱动子系统、行动子系统、制动子系统、转向子系统等；其中重构子系统包括能量重构子系统、对接重构子系统和行动机构重构子系统。图3为左右两张图分别为同一重构单元中各子系统在上下两层的布置示意图；其中左侧为上层布置，即、对接重构子系统和能量重构子系统布置在上层；驱动子系统、制动子系统、转向子系统等布置在下层。

车身是重构单元的承载基体，具备承载、传力、安装和防护等功能，是安装其它子系统载体，也是实现三大重构特征的基体。车身作为其他子系统的安装载体，且可装入集装箱运输。行动机构重构子系统与行动子系统共同组成可重构行动单元，两个可重构行动单元沿重构单元车身纵向中心线左右对称布置，同时在轮距原状态下车身可实现对车轮2的遮挡，具备对其他子系统的防护功能。电池子系统(本例中为动力电池)居中布置(即设置在车身的中部)，具备对其他子系统供电能力，使重构单元重心位置降低以及俯仰惯量减小。对接重构子系统布置于重构单元四角处，可实现与其他重构单元间的机械刚性连接。能量重构子系统布置于车身后部；散热器布置于车身左后方；其余辅助设备按照充分利用车体内部空间的原则，合理分布于车身各处。

行动子系统包括悬架总成和车轮总成，通过行动机构重构子系统与车身1连接。本例中悬架总成采用油气悬架及双横臂悬架导向机构方案，实现行驶过程中大行程轮跳工况下的车辆定位参数稳定并实现对路面振动及冲击载荷的减震缓冲。车轮总成的转向节与悬架总成的上横臂和下横臂铰接连接。

本例中驱动子系统采用轮毂电机驱动方案，包括电机控制器和轮毂驱动电机总成，轮毂电机驱动总成集成于车轮总成内。驱动子系统的每个轮毂驱动电机的转矩和旋转方向均独立可控，由整车控制器统一发送控制指令。在直线行驶工况下，重构单元的两侧轮毂电机保持扭矩方向一直，可以前进或者后退；在转向行驶工况下，对各轮毂电机扭矩协调，实现横摆力矩控制，提升重构单元和自重构轮式车辆的操纵稳定性。

本例中制动子系统为线控制动系统，由电子助力制动总成和制动液压分配总成组成。电子助力制动总成可利用电机的正反转对制动主缸进行增压或减压，同时通过内部放大装置将制动液通过制动主缸进行输出，具有行车制动、驻车制动和紧急制动三个基础功能；制动液压分配总成作为系统制动力协调分配的部件可以保证系统的稳定性。

本例中转向子系统采用基于电液转向泵线控转向的系统方案，包括电液泵总成、转向电机总成和转向机总成。由底盘域控制器控制转向电机控制器输出PWM控制指令，控制电液泵的泵流量变化从而实现对转向机的控制。转向机的齿轮齿条总成布置于车身内部，通过转向拉杆与车轮总成的转向节连接，可实现车轮转向随转向机运动。

对接重构子系统包括主动对接装置和被动对接装置，其中主动对接装置安装于重构单元车头处，被动对接装置安装于重构单元车尾处。对接过程中，首先通过安装于主动对接装置的机械臂完成前后重构单元的柔性对接，再通过挂环拉索的回收实现两个重构单元的靠近，最终通过锁紧梁(即对接梁)完成重构单元间机械刚性连接。为适应不同的任务模块3，对接重构子系统长度可调，即相邻两个重构单元即可以通过对接重构子系统纵向贴合对接，也能够间隔对接，即对接重构子系统主动对接装置中的锁紧方钢即可以全部伸入被动对接装置对应的锁止方槽内，也能够部分伸入被动对接装置对应的锁止方槽内；由此使得由两个重构单元构成的刚性底盘的轴距可调。

能量重构子系统可实现重构单元间能量重构、重构单元与任务模块3的能量重构以及对动力电池的充电功能。重构单元/任务模块能量源通过双向可重构电源并联至同一母线，形成多支路共母线架构能量系统。其基本特征是支路可重构，即任意数量的支路能量源均可在母线上扩展，以提高装备可达功率与可达能量上限。能量在各单元/模块内部能量源、可重构电源、驱动子系统之间，以及各单元/模块间均可实现双向流动，如图6所示；当相邻两个重构单元通过对接重构子系统纵向贴合对接时，能量在两个重构单元以及任务模块之间实现双向流动；当相邻两个重构单元通过对接重构子系统纵向间隔对接时，任务模块能量源接入其中一个重构单元的母线，此时两个重构单元不进行能量交互。

行动机构重构子系统由垂向调节机构和横向调节机构两部分组成，可实现重构单元的高度尺寸和宽度尺寸的调节。行动机构重构子系统与车身间为移动副运动关系，在横向调节机构的作用下实现重构单元两侧车轮横向位置的移动，完成宽度尺寸调节(即轮距的调节)；行动机构重构子系统与悬架总成为移动副运动关系，在垂向调节机构的作用下实现重构单元行动子系统与车身垂向相对位置的变化，完成高度尺寸调节。

上述重构子系统的功能支撑自重构轮式车辆重构单元功能重构、拓扑重构和形态重构三大特征，同时满足自重构轮式车辆的重构需求。所述重构单元总体方案在满足重构能力需求的基础上实现模块化底盘机械系统、能量系统和信息系统集成化设计，具备作为轮式车辆底盘的行驶能力。

实施例2：

在上述实施例1的基础上，给出对接重构子系统的具体结构形式。

本例中，对接重构子系统为主/被动可切换式对接系统，能够满足自重构运载装备在有人/无人情况下快速对接需求；适用边界宽，对接效率高，稳固性能强。

如图4所示，对接重构子系统包括：主动对接装置和被动对接装置，每个重构单元上均设置有该对接重构子系统，其中主动对接装置安装于重构单元的车头部位，被动对接装置安装于重构单元的车尾部位。当需要将两个重构单元对接时，其中一个重构单元车头的主动对接装置与另一个重构单元车尾的被动对接装置对接。为方便描述，令两个处于对接状态的重构单元中，用于提供主动对接装置的为主动重构单元，用于提供被动对接装置的为被动重构单元。

主动对接装置包括：主动感知模块、主动捕获装置、挂绳模块和主动锁紧装置。

其中主动感知模块包括：摄像头和激光测距仪；其中摄像头主要用于识别前车(对接时的被动重构单元)上的标识，进而通过解算提供主动捕获装置期望空间位姿信息；激光测距仪主要用于辅助判断主动重构单元与被动重构单元之间的相对距离，用于触发锁紧过程。

主动捕获装置用于在主动模式下，带动挂绳模块中的挂环移动至被动对接单元中的捕获口内；主动捕获装置为空间六自由度机械臂，机械臂的末端为电磁头。重构单元车正常行驶过程中，机械臂折叠至车内；仅当具备自主对接需求时，机械臂在控制单元的控制下通过车身前端预留的空间槽口，扩展至车身外部，进行捕获操作。机械臂通过末端的电磁头磁吸挂绳模块中的挂环，并带动挂环运动。机械臂具有一个预设的活动点(该活动点与挂环位置对应)，每当机械臂运动至该活动点时，电磁铁上电可实现取挂环的操作。

挂绳模块用于拉近两个重构单元至对接位，挂绳模块包括：定滑轮、拉索、绞盘以及挂环，除挂环外，定滑轮、拉索、绞盘均通过紧固件安装于车体内。拉索一端缠绕在绞盘上，另一端通过定滑轮换向后与限位在车头的挂环相连(这里的限位是对挂环的单向限位，避免其缩至车体内部)。通过绞盘不同方向旋转，可实现拉钩的空间运动。

主动锁紧装置用于和被动对接装置中的锁紧机构配合，实现两个重构单元的对接和锁紧。主动锁紧装置为一对沿纵向设置的锁紧梁，两个主动对接单元中的四根锁紧梁分别布置在车头两侧和中间位置，且沿车体横向间隔分布。每根锁紧梁包括：一根锁紧方钢、一个纵向推进电机和两个侧向锁紧电机A。其中锁紧方钢的长度方向与车体的纵向一致，纵向推进电机用于纵向推动锁紧方钢，使其伸出或收回至车体内部；两个侧向锁紧电机A用于在锁紧方钢伸出到位后，分别从锁紧方钢的两个侧面对其进行侧向压紧。初始时，锁紧方钢位于车体内部，进入锁紧阶段后，纵向推进电机推动锁紧方钢向外伸出，锁紧方钢头部到达预设位置后，两个侧向锁紧电机A从锁紧方钢的两个侧面对其进行侧向压紧，完成锁紧大梁末端的侧向锁紧。

被动对接装置包括：插销机构、引导机构、标记模块以及锁紧机构。

在重构单元车尾设置有捕获口，捕获口内设置插销机构；插销机构包括：推进电缸、接近开关和插销；其中接近开关用于检测挂环的到位信息，以触发推进电缸；推进电缸用于推动插销，使其插入挂环，由此实现两车的连接，插销的轴线与捕获口的轴线垂直。当挂环到达设定位置时，触发接近开关；此时推进电缸把插销推出，当插销运动到预定位置时触发推进电缸自带的位置开关，推进电缸自锁。

引导机构为设置在捕获口的引导锥面，引导锥面内嵌于车体，安装后外侧表面与车体平齐进而不影响后续相邻车体面贴紧，引导锥面与挂环末端的凸台配合，用于拉近阶段末端的相邻单元姿态矫正。

标记模块为主动感知模块中摄像头的标识，包括：车身位姿靶标和锁紧机构位置靶标；在被动重构单元车尾中间安装大尺寸中心定位标签作为车身位姿靶标，被动端的两个被动对接单元共用一个车身位姿靶标；在捕获口附近安装小尺寸标签作为锁紧机构位置靶标；由此使得在较远、较近距离都能够保证标记系统在摄像机里的成像完整。车身位姿靶标和锁紧机构位置靶标采用二维标定板，通过ARTag二维码编码标记。

在被动重构单元车尾与主动重构单元车头主动锁紧装置对应的位置设置有锁止方槽，使主动锁紧装置中的锁紧方钢能够伸入其内部；锁止方槽内设置有用于对锁紧方钢进行锁紧的锁紧机构，锁紧机构包括：纵向锁紧电机、两个侧向锁紧电机B和一个锁止头；在锁止方槽中心设置有锁止头，纵向锁紧电机用于带动锁止头绕其轴线转动；两个侧向锁紧电机B分别从两侧面对伸入到锁止方槽内的锁紧方钢进行侧面锁紧。锁紧方钢头部的端部设置有内型面与锁止头一致的锁止块，当锁紧方钢头部伸入锁止方槽内并穿过锁止头后，通过纵向锁紧电机带动锁止头旋转，此时锁止头与锁止块错开一定角度，通过锁止头和锁止块之间的锁定对锁紧方钢进行纵向限位，实现锁紧方钢的纵向锁死；同时通过两个侧向锁紧电机B对锁紧方钢头部进行侧向锁紧。

两个重构单元采用该对接重构子系统进行纵向对接的过程如图4所示。

对接重构子系统将对接过程分为三个阶段，分别为：捕获阶段、拉近阶段和锁紧阶段。

捕获阶段：

自主对接模式下：当两个重构单元收到对接命令后，自动驾驶进行交汇；此时安装于主动重构单元头部的摄像头工作，对被动重构单元尾部的车身位姿靶标进行主动识别，并实时解算出机械臂和与之对应的捕获口之间的相对位姿偏差，该相对偏差包括：横向、纵向、垂向、横摆、滚转及俯仰六个自由度上的位置偏差。当上述偏差均位于设定范围内时(该设定范围为机械臂的运动范围)，置于主动重构单元内的机械臂在控制单元的控制下经过预留的空间槽口展开并运动至预设活动点；然后机械臂末端电磁头触发上电，完成对挂环的主动吸附。当上述偏差中有部分偏差超过设定范围时，可通过遥控主动重构单元，对其进行位姿调整，直至所有偏差均位于设定范围内。然后两个摄像头分别识别与之对应的引导锥面附近的锁紧机构位置靶标，控制单元由此求解出对应侧捕获目标点(引导锥面的轴线和与插销轴线的相交处为捕获目标点)与此时机械臂末端电磁头之间的六自由度偏差，根据上述偏差信息计算得到所需拉索的长度以及机械臂各关节的运动量；然后控制单元控制绞盘按一定转速释放拉索，机械臂带动挂环和拉索进行空间运动，使挂环朝向捕获口运动。当机械臂带动挂环进入捕获口后，安装于被动重构单元内插销机构中的上下两个接近开关检测到金属挂环到达捕获位后，自动触发，并通过控制单元向推进电缸发送电信号；推进电缸接收到该电信号后启动，推动插销插入挂环，由此完成捕获。

被动对接模式下：将待对接的两辆重构单元停放在操作人员视觉范围内，进入遥控模式，操作人员遥控主动重构单元运动，直到机械臂和与之对应的捕获口之间的相对位姿偏差满足要求。操作人员取下主动重构单元左右两侧的挂环，人工牵引挂环挂于被动重构单元车尾左右的捕获口。当挂环到达捕获点位置，安装于前车车体内的上下两个感应式接近开关检测到挂环靠近后自动触发，并向推进电缸发送电信号；推进电缸接收到该电信号后启动，推动插销插入挂环，由此完成捕获。

拉近阶段：

自主对接模式下：当被动对接装置中的推进电缸将推动插销推动至预设长度位置后，向自身控制单元发送插销到位信号；被动重构单元接收到插销到位信号后，通过主动重构单元和被动重构单元间的无线通讯收发装置将插销到位信号共享；使得主动重构单元的控制单元能够接收到该信号；主动重构单元的控制单元接收到插销到位信号后，控制机械臂的电磁头失电，并控制机械臂复位，使机械臂折回到初始状态。

当机械臂复位后，控制单元控制绞盘转动收回拉索，以快速拉近被动重构单元；拉近过程中，根据左右激光测距仪的数值大小进行左右绞盘转速的矫正，使左右两个拉索能够同步拉动被动重构单元；直到分布在主动重构单元车头的两个激光测距仪检测的距离值均到达预定数值，表明主动重构单元和被动重构单元拉近到位且对接面对齐。

被动对接模式下：操作人员遥控主动重构单元上的绞盘转动收回拉索，以快速拉近被动重构单元。

锁紧阶段：

自主对接模式下：通过激光测距仪判断主动重构单元和被动重构单元拉近到位且对接面对齐后，主动重构单元中的控制单元控制纵向推进电机启动，推动锁紧方钢向前运动，使锁紧方钢伸入被动重构单元对应位置的锁止方槽内；当锁紧方钢头部到达锁止方槽内且穿过锁止头后，控制对应的两个侧向锁紧电机A和两个侧向锁紧电机B完成周向锁紧，同时位于被动重构单元锁止方槽内的纵向锁紧电机带动锁止头转动完成对锁紧方钢的纵向锁紧，自主对接过程结束。

被动对接模式下：操作人员判断主动重构单元和被动重构单元基本对齐后；遥控主动重构单元的锁紧方钢向前推进，使锁紧方钢伸入被动重构单元对应位置的锁止方槽内，当锁紧方钢头部到达锁止方槽内且穿过锁止头后，遥控两个侧向锁紧电机A和两个侧向锁紧电机B完成周向锁紧，同时遥控位于被动重构单元锁止方槽内的纵向锁紧电机带动锁止头转动完成对锁紧方钢的纵向锁紧，被动对接过程结束。

实施例3：

在上述实施例1或实施例2的基础上，给出行动机构重构子系统的具体结构形式。

在重构单元车身1和左右两侧的悬架总成之间各安装一套行动机构重构子系统，用于车高和车宽的调节；这里的车高是指车身1与地面的高度，车宽是指左右两个车轮2之间的距离(即轮距)。

行动机构重构子系统包括：两套横向调节机构、两套垂向调节机构和底座；其中横向调节机构用于车宽的调节，纵向调节机构用于车高的调节。

底座为两套横向调节机构和两套垂向调节机构的安装座，底座沿车身1的纵向设置。

横向调节机构包括：横向导向杆和横向执行器；垂向调节机构包括：垂向执行器和垂向导向杆。一套横向调节机构和一套垂向调节机构组成一套调节单元，两套调节单元对称设置在底座的前后两端，在进行横向和/或纵向调节时，可控制两套调节单元横向调节机构和/或垂向调节机构同步运动，以保证调节过程的稳定性。

垂向执行器竖直设置，可以采用直线电机或液压缸；垂向执行器的固定端与悬架安装支架(用于安装悬架总成的支架)固定连接，伸缩端与底座连接；垂向执行器伸缩端带动底座向上抬起或回落，实现车身1高度的调节。竖直设置的垂向导向杆包括中心导向杆和套装在中心导向杆外部的套筒，套筒与中心导向杆滑动配合；中心导向杆底部与悬架安装支架固接(顶部悬空)，套筒与垂向执行器的伸缩端连接，由此当垂向执行器的伸缩端伸缩时，带动套筒沿中心导向杆轴线滑动，实现对垂向执行器的伸缩导向。

横向执行器沿车身1的横向设置，可以采用直线电机或液压缸；横向执行器的固定端与车身1连接，伸缩端与底座连接；横向执行器伸缩端带动底座横向伸出或收回，使车轮2横向伸出或收回，进而实现轮距的调节。横向设置的横向导向杆与垂向导向杆结构相同，也包括中心导向杆和套装在中心导向杆外部的套筒，套筒与中心导向杆滑动配合；中心导向杆一端与车身固接(另一端悬空)，套筒与横向执行器的伸缩端连接，由此当横向执行器的伸缩端伸缩时，带动套筒沿中心导向杆轴线滑动，实现对横向执行器的伸缩导向。

由上可知，横向调节机构和垂向调节机构可独立工作，分别实现宽、高调节。当垂向调节机构动作时，带动底座、横向调节机构以及车身同步上移或下降；当横向调节机构动作时，带动底座、垂向调节机构以及车轮(包括悬架)同步横向移动。

悬架安装支架与重构单元悬架下横臂通过衬套连接，允许悬架下横臂以衬套轴线按一定角度进行旋转。

重构单元采用该行动机构重构子系统进行轮距和车身高度调节的过程如图5所示。左侧图为重构单元正常行驶时的形态，右侧图为减小车宽，提高底盘距地高状态。当重构单元需要执行派遣运输任务时，通过行动机构重构子系统降低车高，减小其轮距，以便将重构单元安置于固定尺寸的集装箱中，保证运输时的隐蔽性。重构单元抵达战场后通过调宽其轮距，调整车高，提高行驶时的稳定性。重构单元在城市战场执行任务遇到狭窄街道工况或较高垂直墙障碍无法通过时，通过行动机构重构子系统减小其轮距或提高其底盘距地高，从而快速通过狭窄街道工况或高垂直墙障碍，继续执行任务，极大地提高了重构单元的灵活性和机动性。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.自重构轮式车辆重构单元，包括车身、电池子系统、驱动子系统、行动子系统、制动子系统和转向子系统，其特征在于，还包括重构子系统；

所述重构子系统包括能量重构子系统、对接重构子系统和行动机构重构子系统；

所述车身的前后端面均布置有结构接口、信息接口和能量接口，两个以上重构单元通过所述对接重构子系统对接形成自重构轮式车辆后，通过相应接口的连接完成结构重构、信息重构和能量重构；

所述车身上表面布置有结构接口、信息接口和能量接口，通过与上装的任务模块上的结构接口、信息接口和能量接口完成连接，实现与任务模块间的结构重构、信息重构和能量重构；

所述行动子系统通过所述行动机构重构子系统与车身连接，所述行动机构重构子系统用于所述重构单元轮距和车身高度的调节。

2.如权利要求1所述的自重构轮式车辆重构单元，其特征在于，所述能量重构子系统用于相对接的重构单元间能量重构、重构单元与任务模块的能量重构以及对电池子系统的充电功能；

所述重构单元和任务模块能量源通过双向可重构电源并联至同一母线，形成多支路共母线架构；能量在接入母线的各重构单元、任务模块之间以及重构单元、任务模块内部双向流动。

3.如权利要求1所述的自重构轮式车辆重构单元，其特征在于，所述车身的前后端面包括与车身顶面相连的竖直面和与竖直面相连的向下向内倾斜的斜面；由此使得车身呈现为倒置的“等腰梯形”外形。

4.如权利要求1或2或3所述的自重构轮式车辆重构单元，其特征在于，所述对接重构子系统长度可调，相邻两个重构单元即能够通过对接重构子系统纵向贴合对接或间隔设定距离对接，使多个重构单元对接构成的刚性底盘的轴距可调。

5.如权利要求4所述的自重构轮式车辆重构单元，其特征在于，所述对接重构子系统包括：主动对接装置和被动对接装置；

当两个重构单元对接时，其中一个重构单元的主动对接装置与另一个重构单元上的被动对接装置对接；

所述主动对接装置包括：主动感知模块、主动捕获装置、挂绳模块和主动锁紧装置；

所述被动对接装置包括：插销机构、标记模块以及锁紧机构；

所述主动感知模块与所述标记模块配合用于感知两个重构单元间的相对位姿；

所述挂绳模块中的挂环能够由所述主动捕获装置主动牵引或人工被动牵引至所述被动对接装置的捕获口内；所述插销机构用于对进入所述捕获口内的挂环进行位置锁定；

所述挂绳模块用于在所述插销机构对挂环进行位置锁定后，拉近两个重构单元至对接位；

所述主动锁紧装置用于和所述锁紧机构配合，实现两个重构单元的对接和锁紧。

6.如权利要求5所述的自重构轮式车辆重构单元，其特征在于，所述主动捕获装置为空间六自由度机械臂；所述机械臂的末端为电磁头；所述电磁头通电后磁吸所述挂绳系统中的挂环；并带动所述挂环运动。

7.如权利要求5所述的自重构轮式车辆重构单元，其特征在于，所述主动感知模块包括：摄像头和激光测距仪；

所述标记模块包括：车身位姿靶标和锁紧机构位置靶标；在重构单元被动对接面中心设置车身位姿靶标，捕获口附近设置锁紧机构位置靶标；

所述摄像头通过识别车身位姿靶标，获得两个重构单元间的相对位姿；通过识别所述锁紧机构位置靶标，获得捕获目标点与主动捕获装置之间的六自由度偏差；所述捕获目标点为捕获口轴线和与所述插销机构中插销的轴线的相交点；

所述激光测距仪用于测量两个重构单元之间的相对距离。

8.如权利要求5所述的自重构轮式车辆重构单元，其特征在于，所述主动锁紧装置包括一根以上沿纵向设置的锁紧梁，所述锁紧梁沿车体横向间隔分布；

每根锁紧梁包括：一根锁紧方钢、一个纵向推进电机和两个侧向锁紧电机A；所述纵向推进电机用于纵向推动锁紧方钢，使其头部伸出或收回至重构单元内部；两个侧向锁紧电机A用于在锁紧方钢伸出到位后，分别从锁紧方钢尾部的两个侧面对其进行侧向压紧；

重构单元上的被动对接装置中设置有用于使所述锁紧方钢伸入的锁止方槽，所述锁止方槽内设置用于对锁紧方钢进行锁紧的锁紧机构；

所述锁紧机构包括：纵向锁紧电机、两个侧向锁紧电机B和一个锁止头；所述锁止方槽中心设置锁止头，所述纵向锁紧电机用于带动所述锁止头绕其轴线转动；所述锁紧方钢头部的端部设置有内型面与锁止头一致的锁止块，当锁紧方钢头部伸入锁止方槽内并穿过锁止头后，通过纵向锁紧电机带动锁止头旋转，使所述锁止头和锁止块之间锁定；两个侧向锁紧电机B分别从两个侧面对伸入到锁止方槽内的锁紧方钢进行侧面锁紧。

9.如权利要求1或2或3所述的自重构轮式车辆重构单元，其特征在于，所述行动机构重构子系统包括：横向调节机构、垂向调节机构和底座；

所述垂向调节机构安装在所述行动子系统的悬架总成与所述底座之间，所述横向调节机构安装在所述底座与车身之间；当所述垂向调节机构动作时，带动所述底座、横向调节机构以及车身沿竖直方向运动；当所述横向调节机构动作时，带动底座、垂向调节机构以及车轮总成和悬架总成横向移动。

10.如权利要求9所述的自重构轮式车辆重构单元，其特征在于，所述垂向调节机构包括垂向执行器和垂向导向杆；所述垂向执行器竖直设置，其固定端与所述悬架总成固定连接，伸缩端与底座连接，通过所述垂向执行器伸缩端带动底座向上抬起或回落，实现车身高度的调节；所述垂向导向杆用于对所述垂向执行器的伸缩导向；

所述横向调节机构包括横向执行器和横向导向杆；所述横向执行器沿车身的横向设置，其固定端与车身连接，伸缩端与底座连接，通过所述横向执行器伸缩端带动底座横向伸出或收回，实现轮距的调节；所述横向导向杆用于对所述横向执行器的伸缩导向。

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