獨立驅動、轉向、懸掛和制動的一體化車輪總成的製作方法
2023-06-13 09:29:16
專利名稱：獨立驅動、轉向、懸掛和制動的一體化車輪總成的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種獨立驅動-獨立轉向-獨立懸掛的機器人化微型電動車輛的
車輪總成，屬於移動機器人車輪技術領域。
背景技術：
近幾年，地面輪式高速高機動移動平臺的研究有了新的變化。軍用機器人化車輛方面，輪式有人駕駛和無人駕駛車輛要求其運動平臺要有儘可能高的機動性和動力性，以滿足野外和城市小巷狹小區域作戰的要求。Daimler-Chrysler公司在2005年2月已發布了一款四輪獨立驅動/獨立轉向(4WID/4WIS，4Wheels Ind印endent Driving&Steering)吉普車功能樣車。民用機器人化車輛方面，下一代具有多方向運動能力的混合動力和電動車輛的研發拉開了序幕。 中國專利文獻CN2710999公開了一種《萬向節傳動雙橫臂獨立轉向裝置》，包括上橫臂、下橫臂等，其中轉向電機通過減速器與A萬向節的一端連接，A萬向節另一端通過花鍵傳動軸與B萬向節的一端連接，B萬向節另一端設有傳動帶和主動圓錐齒輪，傳動帶的另一端與轉向角位移傳感器相連，轉向主銷支承架的上端經虎克鉸鏈與上橫臂的一端連接，上橫臂的另一端與固定轉動絞連接；轉向主銷支承架的下端通過球鉸與下橫臂的一端連接，下橫臂另一端與下固定轉動絞連接，轉向主銷支承架的另一側設有轉向主銷，轉向主銷上設有從動圓錐齒輪和輪轂電機軸，輪轂電機軸的另一端設有制動盤和外轉子輪轂電機，並位於車輪內部，主動、從動圓錐齒輪相嚙合。該裝置實現了獨立驅動、獨立轉向，但結構較複雜，增加了動力學計算的難度，轉向從動錐齒輪不易完全密封。
發明內容本實用新型針對現有機器人化微型電動車輛的車輪轉向裝置存在的問題，提供一種結構簡單緊湊，具有獨立驅動裝置、獨立轉向裝置、獨立懸掛裝置、獨立制動裝置的獨立驅動、轉向、懸掛和制動的一體化車輪總成。 本實用新型的獨立驅動、轉向、懸掛和制動的一體化車輪總成採用以下技術方案 該一體化車輪總成包括車輪驅動裝置、懸掛裝置、轉向裝置及制動裝置 驅動裝置由車輪及輪轂電機組成，車輪的輪輞與輪轂電機的外轉子固定一起，輪
轂電機的固定軸(定子)與懸掛裝置中的轉向節相連； 懸掛裝置由上橫臂、等速萬向節、轉向節、球頭、下擺臂及減振器組成，轉向節上端與等速萬向節內套剛性相連，等速萬向節外套通過軸承與上擺臂相連，轉向節相對上擺臂可以向任意方向擺動並與等速萬向節一起相對上擺臂進行轉動，轉向節下端通過球頭與下擺臂連接，減振器的一端與下擺臂連接；下擺臂通過減振器安裝在車身上，車身上的所有負載通過減振器、下擺臂、轉向節、輪轂電機及車輪傳到地面上； 轉向裝置由轉向電機、可伸縮萬向節，主動錐齒輪、從動錐齒輪和絕對式編碼器組成，轉向電機通過可伸縮萬向節與主動錐齒輪連接，轉向電機的後部連接有電磁製動器，從動錐齒輪與主動錐齒輪嚙合，從動錐齒輪固定安裝在懸掛裝置中等速萬向節的外套一端，絕對式編碼器安裝在等速萬向節的外套上，將車輪的絕對轉角反饋給駕駛者或無人駕駛車輛的控制系統，實現對車輪轉角的閉環控制； 制動裝置包括制動盤、浮動式制動鉗和制動液壓系統組成，制動盤固定在驅動裝置中輪轂電機的外轉子內側，浮動式制動鉗固定在懸掛裝置中的轉向節上，浮動式制動鉗與制動液壓系統連接，使制動鉗與制動盤間產生制動力矩，制動力矩的大小由電液比例壓力閥控制。 制動液壓系統由微型液壓站、壓力開關、壓力變送器、電液比例壓力閥和蓄能器組成，壓力開關與微型液壓站連接，蓄能器、壓力變送器、電液比例壓力閥和微型液壓站通過液壓油路串聯。
本實用新型的工作過程如下 當給輪轂電機一定的驅動電流時，其外轉子帶動車輪運動。轉向時，轉向電機通過
可伸縮萬向節帶動主動錐齒輪，驅動從動錐齒輪，等速萬向節與從動錐齒輪一起轉動，帶動
轉向節及車輪進行轉向。絕對式編碼器將車輪的絕對轉角反饋給駕駛者或無人駕駛車輛的
控制系統，實現對車輪轉角的閉環控制。車身上下振動時，可伸縮萬向節的軸向長度可自由
改變。制動時，通過制動液壓系統提供的高壓制動液推動浮動式制動鉗的兩個活塞壓緊制
動盤產生制動力矩，制動力矩的大小由電液比例壓力閥控制。如果忽略制動鉗與制動盤之
間摩擦係數的變化，制動力矩與電液比例壓力閥的輸入電壓成比例關係。 本實用新型可以車輛的前輪轉向或後輪轉向或4輪獨立轉向，實現零半徑原地轉
動以及沿任意方向的平移運動；實現了車輛的線控驅動、線控轉向以及線控制動；實現了
對車輪驅動、轉向、制動的獨立控制，可使車輛行駛在最佳模式下。適用於空間狹窄，要求轉
向靈活的有人駕駛或無人駕駛電動車輛或全方位移動機器人平臺。
圖1是本實用新型一體化車輪總成的結構示意圖。[0016] 圖2是本實用新型中制動裝置的制動液壓系統原理圖。[0017] 圖3是本實用新型前輪(或後輪)轉向的運動模式狀態圖。[0018] 圖4是本實用新型四輪轉向的運動模式狀態圖。[0019] 圖5是本實用新型原地轉向的運動模式狀態圖。[0020] 圖6是本實用新型斜行的運動模式狀態圖。 圖中1、車身，2、下擺臂，3、減振器，4、球鉸，5、轉向節，6、輪輞，7、輪轂電機，8、制動盤，9、浮動式制動鉗，10、等速萬向節，11、輪胎，12、從動錐齒輪，13、絕對式編碼器，14、主動錐齒輪，15、上擺臂，16、可伸縮萬向節，17、轉向電機直流減速電機，18、電磁製動器，19、微型液壓泵站，20、壓力開關，21、壓力變送器，22、電液比例壓力閥，23、蓄能器。
具體實施方式本實用新型的一體化車輪總成如圖1所示，包括車輪驅動裝置、懸掛裝置、轉向裝置及制動裝置四部分，各個部分的具體結構如下所述。[0023] 驅動裝置由輪輞6、輪胎11以及輪轂電機7組成。輪胎11安裝在輪輞6上，一起 形成車輪。車輞6與輪轂電機7的外轉子固定在一起，輪轂電機7的固定軸(定子)與懸 掛裝置中的轉向節5剛性連接。當給輪轂電機7 —定的驅動電流時，電機外轉子驅動整個 車輪運動。 懸掛裝置由上擺臂15、等速萬向節10、轉向節5、球頭4、下擺臂2和減振器3組 成。轉向節5的上端與等速萬向節10的內套剛性連接，等速萬向節10的外套通過軸承與 上擺臂15的左端連接，上擺臂15的右端通過轉動副與車身1連接。轉向節5的下端通過 球鉸4與下擺臂2左端連接，下擺臂2的右端通過轉動副與車身1連接。轉向節5相對於 上擺臂15和下擺臂2可以在一定限度內自由擺動和轉動。下擺臂2通過減振器3連接在 車身1上，減振器3的下端通過轉動副與下擺臂2靠近左端的部分連接，減振器3上端通過 轉動副與車身l連接。車身、負載以及由路面不平引起的衝擊力通過減振器3傳遞到下擺 臂2、轉向節5以及輪轂電機7，最後由輪胎11傳遞到路面上，並由減振器3中的阻尼裝置 吸收衝擊能量，使車身1迅速恢復平穩。 轉向裝置由轉向電機17、電磁製動器18、可伸縮萬向節16，主動錐齒輪14、從動錐 齒輪12和絕對式編碼器13組成。轉向電機17固定安裝在車身1上，採用直流減速電機， 其後部連接有電磁製動器18，電磁製動器18根據需要可用來鎖住轉向電機17，即鎖定車 輪於某一轉向角。可伸縮萬向節16的右端與轉向電機17的輸出軸剛性連接，可伸縮萬向 節16的左端安裝有主動錐齒輪14，從動錐齒輪12與主動錐齒輪14無間隙嚙合，從動錐齒 輪12剛性連接在等速萬向節10的外套上。等速萬向節10的外套上還裝有絕對式編碼器 13，用來測量轉向節5的絕對轉角，並反饋給車載計算機控制系統，實現對車輪轉向角的閉 環控制。可伸縮萬向節16的長度可自由變化，使車輪的轉向運動不受車身l上下跳動的影 響。 制動裝置由制動盤8、浮動式制動鉗9及制動液壓系統組成，制動盤8剛性連接在 輪轂電機7的外轉子上，浮動式制動鉗9連接在轉向節5上。制動液壓系統的結構原理如 圖2所示，由微型液壓站19、壓力開關20、壓力變送器21、電液比例壓力閥22和蓄能器23 組成，壓力開關20與微型液壓站19連接，蓄能器23、壓力變送器21、電液比例壓力閥22和 微型液壓站1通過液壓油路串聯。車輛正常行駛時，電液比例壓力閥22沒有制動液輸出， 制動盤8與浮動式制動鉗9的摩擦片之間有微小間隙；制動時，駕駛員或車載計算機控制 系統向電液比例壓力閥22發出電壓指令信號，電液比例壓力閥22輸出與指令信號電壓成 比例的高壓制動液，推動浮動式制動鉗9的摩擦片夾緊制動盤8，產生與指令信號電壓成比 例的制動力矩。壓力開關20用來控制微型液壓泵站19的啟動與停止，當蓄能器中制動液 壓力低於5Mpa(可調節)時，壓力開關20啟動微型液壓泵站19向電液比例壓力閥22提 供高壓制動液，多餘的高壓制動液充向蓄能器23，直到蓄能器中制動液壓力達到10Mpa(可 調節)，壓力開關20停止微型液壓泵站19。壓力變送器21用來測量制動時浮動式制動鉗 9中制動液的壓力，並反饋給車載計算機控制系統，可用來實現對制動力矩的閉環控制(忽 略浮動式制動鉗9的摩擦片與制動盤8之間摩擦係數的變化)。 本實用新型可以實現車輛的前輪轉向、後輪轉向、4輪獨立轉向、原地轉向和斜行 的運動模式。圖3給出了前輪(或後輪)轉向的運動模式。圖4給出了四輪轉向的運動模 式。圖5給出了原地轉向的運動模式。圖6給出了斜行的運動模式。
權利要求一種獨立驅動、轉向、懸掛和制動的一體化車輪總成，包括車輪驅動裝置、懸掛裝置、轉向裝置及制動裝置，其特徵在於驅動裝置由車輪及輪轂電機組成，車輪的輪輞與輪轂電機的外轉子固定一起，輪轂電機的固定軸與懸掛裝置中的轉向節相連；懸掛裝置由上橫臂、等速萬向節、轉向節、球頭、下擺臂及減振器組成，轉向節上端與等速萬向節內套剛性相連，等速萬向節外套通過軸承與上擺臂相連，轉向節相對上擺臂可以向任意方向擺動並與等速萬向節一起相對上擺臂進行轉動，轉向節下端通過球頭與下擺臂連接，減振器的一端與下擺臂連接；轉向裝置由轉向電機、可伸縮萬向節，主動錐齒輪、從動錐齒輪和絕對式編碼器組成，轉向電機通過可伸縮萬向節與主動錐齒輪連接，轉向電機的後部連接有電磁製動器，從動錐齒輪與主動錐齒輪嚙合，從動錐齒輪固定安裝在懸掛裝置中等速萬向節的外套一端，絕對式編碼器安裝在等速萬向節的外套上；制動裝置由制動盤、浮動式制動鉗和制動液壓系統組成，制動盤固定在驅動裝置中輪轂電機的外轉子內側，浮動式制動鉗固定在懸掛裝置中的轉向節上，浮動式制動鉗與制動液壓系統連接。
2. 根據權利要求1所述的獨立驅動、轉向、懸掛和制動的一體化車輪總成，其特徵在於所述制動液壓系統由微型液壓站、壓力開關、壓力變送器、電液比例壓力閥和蓄能器組成，壓力開關與微型液壓站連接，蓄能器、壓力變送器、電液比例壓力閥和微型液壓站通過液壓油路串聯。
專利摘要本實用新型提供了一種獨立驅動、轉向、懸掛和制動的一體化車輪總成，包括車輪驅動裝置、懸掛裝置、轉向裝置及制動裝置，驅動裝置由車輪及輪轂電機組成，懸掛裝置由上橫臂、等速萬向節、轉向節、球頭、下擺臂及減振器組成，轉向裝置由轉向電機、可伸縮萬向節，主動錐齒輪、從動錐齒輪和絕對式編碼器組成，制動裝置包括制動盤、浮動式制動鉗和制動液壓系統組成。本實用新型可以車輛的前輪轉向或後輪轉向或4輪獨立轉向，實現零半徑原地轉動以及沿任意方向的平移運動；實現了車輛的線控驅動、線控轉向以及線控制動；實現了對車輪驅動、轉向、制動的獨立控制，可使車輛行駛在最佳模式下。
文檔編號B62D7/18GK201484168SQ200920224749
公開日2010年5月26日 申請日期2009年8月21日 優先權日2009年8月21日
發明者宋銳, 徐勤江, 李貽斌, 楊福廣, 榮學文, 邵濱, 阮久宏 申請人:山東大學