基于肘内传动的摇臂悬架式速差转向无人机动平台

摘要

本发明属于种无人车辆技术领域，具体公开了一种基于肘内传动的摇臂悬架式速差转向无人机动平台，包括摇臂悬架系统和多轮独立驱动系统，该摇臂悬架系统包括纵置摇臂、扭杆、摩擦阻尼器和悬架调整机构；该多轮独立驱动系统包括多个驱动电机及减速器和采用圆柱齿轮的肘内传动机构；车轮由摇臂悬架系统和车身连接，独立驱动系统由布置车身内的驱动电机及减速器，通过悬架摇臂内的肘内传动装置和轮边减速器驱动车轮。该平台能够满足非道路行驶的高速高机动性无人机动平台的需求。

说明书

技术领域

本发明属于一种无人车辆技术领域，具体涉及基于肘内传动的摇臂悬架式 速差转向无人机动平台。

背景技术

随着信息技术、计算机技术和控制技术的发展，无人驾驶技术已经达到了 里程碑的进步。道路行驶的无人车接近实用阶段。无人车辆实现了代替或辅助 人类的驾驶操纵，较大程度地减轻驾驶员的劳动强度，增强车辆的操控能力， 同时提高行驶安全。无人驾驶技术应用在非道路车辆上，不仅可代替人完成一 些危险的驾驶任务，还可提高车辆在非道路行驶的越野机动性能。由于在无人 驾驶情况下，不再涉及人体的生理极限，非道路行驶车辆可以充分发挥车辆的 极限行驶性能，所以无人驾驶非道路行驶越野车辆是无人驾驶车辆一个很重要 的发展方向，具有很广阔的应用前景。

对于非道路行驶越野车辆，由于非铺装路面比铺装路面的地面阻力大，且 路面起伏大，所以动力性能和悬架性能是影响机动性能非常重要的因素之一。 充足的动力可以保证车辆可以克服在越野行驶中产生的较大阻力；优良的悬挂可 使车辆在较大起伏路面时也能保证车轮接地能力,提供足够的附着力。现有非道 路行驶越野车辆的研制主要是利用传统越野车进行改装，但是由于设计理念不 同，传统越野车考虑了很多人的因素影响了悬挂设计和空间布置，所以现有非 道路行驶越野车辆可提升空间非常有限。目前也有学者提出了全新的无人车设 计，所谓的无人机动平台，如美国MULE、Crusher等。这些无人机动平台取消 了人员舱设计，采用了轮毂电机驱动、速差转向、可调悬架等，但是所采用的 轮毂电机驱动在越野行驶车上因轮毂尺寸空间有限，所以能够镶入的电机功率 有限，同时由于轮毂电机为低速大扭矩电机，所以功率密度较低和重量较重， 因此大大增加了悬架的簧下质量，增大了悬架冲击、降低了悬架的反映频率。 由于该方案对越野机动性的两项重要影响因素均具有明显的弊端且设计的车辆 最高车速都较低，所以影响越野机动性提升。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了基于肘内传动的摇臂悬架式速差转向无人机动平 台，能够解决现有速差转向无人机动平台动力功率有限、悬架的簧下质量大和 难以满足非道路行驶的高速高机动性无人机动平台需求的问题。

实现本发明具体方案如下：

基于肘内传动的摇臂悬架式速差转向无人机动平台，所述平台包括车体和 六套速差转向无人机动系统，所述六套速差转向无人机动系统对称布置在所述 车体底部，所述每套速差转向无人机动系统包括：摇臂悬架单元和车轮独立驱 动单元；

所述摇臂悬架单元包括悬架控制电机、悬架调整机构、扭杆、摩擦阻尼器、 悬架摇臂和定轴齿轮对；所述悬架调整机构采用蜗轮蜗杆传动机构，所述悬架 调整机构输入端与悬架控制电机机械固联，输出端与扭杆一端机械固联；扭杆 另一端通过定轴齿轮对与悬架摇臂机械固联，所述扭杆与悬架摇臂之间设有摩 擦阻尼器，悬架摇臂通过轴承支撑在车体上；

所述车轮独立驱动单元主要由带减速器的驱动电机、肘内传动机构、轮边 减速器和车轮组成；所述带减速器的驱动电机安装在车体内部，其输出轴与肘 内传动机构的输入轴机械固联，肘内传动机构输出轴与轮边减速器的太阳轮机 械固联；轮边减速器的行星架与车轮机械固联，轮边减速器的齿圈与悬架摇臂 机械固联；带减速器的驱动电机产生的扭矩通过肘内传动机构和轮边减速器传 递到车轮；

摇臂悬架单元的悬架控制电机、悬架调整机构和车轮独立驱动单元的带减 速器的驱动电机安装固定在车体内部；车轮独立驱动单元的肘内传动机构穿过 摇臂悬架单元的悬架摇臂并与车轮独立驱动单元的轮边减速器的太阳轮机械固 联，摇臂悬架单元的悬架摇臂与车轮独立驱动单元的轮边减速器的齿圈机械固 联。

进一步地，所述扭杆两端之间装有限位装置，所述限位装置限制扭杆两端 的相对扭转角不超过扭杆极限扭转角。

进一步地，所述悬架控制电机通过悬架调整机构、扭杆驱动悬架摇臂绕悬 架摇臂与车体连接处旋转，其旋转角度范围可达360°。

进一步地，所述肘内传动机构采用圆柱齿轮传动，中间布置一个或一个以 上惰轮。

有益效果：

(1)本发明结合肘内传动技术，和采用轮毂电机方案相比，降低了对电机尺 寸重量的要求，降低了选配电机的难度，同时可以选用高转速的高功率密度电 机，在车辆有限的重量要求下，提供更高的动力功率，对车辆的机动性能尤其 是越野机动性能是较大的提升。

(2)本发明结合肘内传动技术，将电机等大质量部件布置在车体内部，可降 低悬架单元的簧下质量，提高悬架的响应能力，同时减小悬架的动载荷，并可 较大化地提高越野性能。

(3)本发明结合摇臂悬架技术，采用扭杆、摩擦阻尼器、悬架摇臂结构，既 满足越野行驶大悬架行程的要求，同时又便于布置，可节省大量的车舱内空间， 也可用来布置更多的无人驾驶的仪器设备。

(4)由于摇臂悬架单元设有蜗轮蜗杆组成的悬架调整机构，可使悬架臂进行 360旋转，可主动调节底盘高度适应不同的路面条件，由此较大地提高了车辆在 越野环节下对各种位置障碍的适应能力。

(5)采用圆柱齿轮作为肘内传动机构，由于其具有静音、抗冲击、可靠性高、 质量轻且可传递较大的扭矩特点，所以该无人机动平台能较大地发挥越野性能。

(6)由于电机布置在车舱内部，摇臂悬架单元可为其提供良好的减振作用， 同时水管和高压电线布置在车舱内，可被车体安全的保护起来，避免了高转速 高功率密度电机抗冲击能力较弱的特点，提高了行驶的可靠性。

附图说明

图1为该速差转向无人机动平台结构图。

图2为该速差转向无人机动平台侧视图。

其中，1-悬架控制电机，2-悬架调整机构，3-扭杆，4-摩擦阻尼器，5-驱动 电机及减速器，6-悬架摇臂，7-肘内传动机构，8-轮边减速器，9-车轮，10-定轴 齿轮对。

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。

本发明提供了基于肘内传动的摇臂悬架式速差转向无人机动平台，具体涉 及一种采用摇臂悬架多轮独立驱动速差转向无人机动平台。

如图1所示，所述基于肘内传动的摇臂悬架式速差转向无人机动平台一共 对称布置六套速差转向无人机动单元，每个单元包括：摇臂悬架单元和车轮独 立驱动单元；

所述摇臂悬架单元主要由悬架控制电机1、悬架调整机构2、扭杆3、摩擦 阻尼器4、悬架摇臂6和定轴齿轮对10组成；所述悬架调整机构2采用蜗轮杆 结构，具有大传动比及反向锁止功能；所述悬架调整机构2输入端与悬架控制 电机机械固联，输出端与扭杆3一端机械固联；扭杆3另一端通过定轴齿轮对 10与悬架摇臂6机械固联，所述扭杆3与悬架摇臂6之间设有摩擦阻尼器4， 悬架摇臂6通过轴承支撑在车体上；所述扭杆3两端之间装有限位装置，所述 限位装置限制扭杆3两端的相对扭转角不超过扭杆3的极限扭转角。

所述车轮独立驱动单元主要由带减速器的驱动电机5、肘内传动机构7、轮 边减速器8和车轮9组成；所述带减速器的驱动电机5安装在车体内部，其输 出轴与肘内传动机构7的输入轴机械固联，肘内传动机构7输出轴与轮边减速 器8的太阳轮机械固联；轮边减速器8的行星架与车轮9机械固联，轮边减速 器8的齿圈与悬架摇臂6机械固联；所述肘内传动机构7采用定轴齿轮传动， 中间布置一个或一个以上的惰轮。带减速器的驱动电机5产生的扭矩通过肘内 传动机构7和轮边减速器8传递到车轮9所述基于肘内传动的摇臂悬架式速差 转向无人机动平台.

其连接关系为：如图1、2所示，摇臂悬架单元的悬架控制电机1、悬架调 整机构2和车轮独立驱动单元的带减速器的驱动电机5安装固定在车体内部； 摇臂悬架单元和车轮独立驱动单元之间的连接是通过车轮独立驱动单元的肘内 传动机构7穿过摇臂悬架单元的悬架摇臂6并与车轮独立驱动单元的轮边减速 器8的太阳轮机械固联，摇臂悬架单元的悬架摇臂6与车轮独立驱动单元的轮 边减速器8的齿圈机械固联。

其工作原理：控制系统启动控制带减速器的驱动电机5启动，带减速器的 驱动电机5输出的扭矩通过肘内传动机构7和轮边减速器8两级减速并驱动车 轮9转动，控制系统控制悬架控制电机1启动，所述悬架控制电机1通过悬架 调整机构2驱动扭杆3转动，扭杆3的转动通过定轴齿轮对10驱动悬架摇臂6 绕悬架摇臂6与车体连接处旋转，其旋转角度范围可达360°；悬架摇臂6的旋 转可以带动车轮9升降。

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。