[发明专利]独立驱动、转向、悬挂和制动的一体化车轮总成

说明书

技术领域

本发明涉及一种独立驱动-独立转向-独立悬挂的机器人化微型电动车辆的车轮总成，属 于移动机器人车轮技术领域。

背景技术

近几年，地面轮式高速高机动移动平台的研究有了新的变化。军用机器人化车辆方面， 轮式有人驾驶和无人驾驶车辆要求其运动平台要有尽可能高的机动性和动力性，以满足野外 和城市小巷狭小区域作战的要求。Daimler-Chrysler公司在2005年2月已发布了一款四轮独 立驱动/独立转向(4WID/4WIS，4 Wheels Independent Driving & Steering)吉普车功能样 车。民用机器人化车辆方面，下一代具有多方向运动能力的混合动力和电动车辆的研发拉开 了序幕。

中国专利文献CN2710999公开了一种《万向节传动双横臂独立转向装置》，包括上横臂、 下横臂等，其中转向电机通过减速器与A万向节的一端连接，A万向节另一端通过花键传动 轴与B万向节的一端连接，B万向节另一端设有传动带和主动圆锥齿轮，传动带的另一端与 转向角位移传感器相连，转向主销支承架的上端经虎克铰链与上横臂的一端连接，上横臂的 另一端与固定转动绞连接；转向主销支承架的下端通过球铰与下横臂的一端连接，下横臂另 一端与下固定转动绞连接，转向主销支承架的另一侧设有转向主销，转向主销上设有从动圆 锥齿轮和轮毂电机轴，轮毂电机轴的另一端设有制动盘和外转子轮毂电机，并位于车轮内部， 主动、从动圆锥齿轮相啮合。该装置实现了独立驱动、独立转向，但结构较复杂，增加了动 力学计算的难度，转向从动锥齿轮不易完全密封。

发明内容

本发明针对现有机器人化微型电动车辆的车轮转向装置存在的问题，提供一种结构简单 紧凑，具有独立驱动装置、独立转向装置、独立悬挂装置、独立制动装置的独立驱动、转向、 悬挂和制动的一体化车轮总成。

本发明的独立驱动、转向、悬挂和制动的一体化车轮总成采用以下技术方案：

该一体化车轮总成包括车轮驱动装置、悬挂装置、转向装置及制动装置：

驱动装置由车轮及轮毂电机组成，车轮的轮辋与轮毂电机的外转子固定一起，轮毂电机 的固定轴(定子)与悬挂装置中的转向节相连；

悬挂装置由上横臂、等速万向节、转向节、球头、下摆臂及减振器组成，转向节上端与 等速万向节内套刚性相连，等速万向节外套通过轴承与上摆臂相连，转向节相对上摆臂可以 向任意方向摆动并与等速万向节一起相对上摆臂进行转动，转向节下端通过球头与下摆臂连 接，减振器的一端与下摆臂连接；下摆臂通过减振器安装在车身上，车身上的所有负载通过 减振器、下摆臂、转向节、轮毂电机及车轮传到地面上；

转向装置由转向电机、可伸缩万向节，主动锥齿轮、从动锥齿轮和绝对式编码器组成， 转向电机通过可伸缩万向节与主动锥齿轮连接，转向电机的后部连接有电磁制动器，从动锥 齿轮与主动锥齿轮啮合，从动锥齿轮固定安装在悬挂装置中等速万向节的外套一端，绝对式 编码器安装在等速万向节的外套上，将车轮的绝对转角反馈给驾驶者或无人驾驶车辆的控制 系统，实现对车轮转角的闭环控制；

制动装置包括制动盘、浮动式制动钳和制动液压系统组成，制动盘固定在驱动装置中轮 毂电机的外转子内侧，浮动式制动钳固定在悬挂装置中的转向节上，浮动式制动钳与制动液 压系统连接，使制动钳与制动盘间产生制动力矩，制动力矩的大小由电液比例压力阀控制。

制动液压系统由微型液压站、压力开关、压力变送器、电液比例压力阀和蓄能器组成， 压力开关与微型液压站连接，蓄能器、压力变送器、电液比例压力阀和微型液压站通过液压 油路串联。

本发明的工作过程如下：

当给轮毂电机一定的驱动电流时，其外转子带动车轮运动。转向时，转向电机通过可伸 缩万向节带动主动锥齿轮，驱动从动锥齿轮，等速万向节与从动锥齿轮一起转动，带动转向 节及车轮进行转向。绝对式编码器将车轮的绝对转角反馈给驾驶者或无人驾驶车辆的控制系 统，实现对车轮转角的闭环控制。车身上下振动时，可伸缩万向节的轴向长度可自由改变。 制动时，通过制动液压系统提供的高压制动液推动浮动式制动钳的两个活塞压紧制动盘产生 制动力矩，制动力矩的大小由电液比例压力阀控制。如果忽略制动钳与制动盘之间摩擦系数 的变化，制动力矩与电液比例压力阀的输入电压成比例关系。