一种无人车辆轮毂电机高机动性行驶驱动操纵系统技术方案

本发明专利技术属于车辆工程领域，公开了一种无人车辆轮毂电机高机动性行驶驱动操纵系统，前三桥为单纵臂桥，第四桥为双横臂桥，所述单纵臂桥包括轮胎轮辋总成、纵臂、纵臂安装架、油气弹簧和轮毂电机；所述双横臂桥包括上横臂、下横臂、转向节、轮毂电机和转向器，本发明专利技术利用分布式驱动轮毂电机匹配油气弹簧独立悬挂，使车辆实现了超高几何障碍通过能力，高速越野路面机动能力。系统采用全点驱动方式，功率密度大、用空间小、工作稳定可靠；系统部件模块化设计，互换性好造价低廉、易于维护。

【技术实现步骤摘要】
一种无人车辆轮毂电机高机动性行驶驱动操纵系统
本专利技术涉及一种轻型超高机动车辆轮毂电机行驶驱动操纵系统，属于车辆工程领域。
技术介绍
轻型超高机动车辆对其通过能力提出了严苛的指标要求：平均越野速度30千米/小时；最大爬坡度不低于32°；最大侧倾行驶坡度不低于20°；越壕宽不低于1.2米；上下垂直障碍高度不低于0.6米；具备松软地面通行能力等；超高的通过能力要求，对车辆行驶驱动系统提出了全新的要求：超大悬架行程；具备车姿调节功能；侧向刚度大；具备灵活转向能力；超大驱动力矩输出；超大接地面积等，现有技术中四桥越野车大多数为重型越野，将四桥应用到轻型高机动车辆，无法满足轻型高机动车辆的性能要求，如200620158767.8公开了一种油气弹簧独立悬架以及采用该悬架的重型汽车，该独立悬架结构笨重，无法应用于轻型高机动车辆，无法满足轻型机动车辆的要求。
技术实现思路
为了解决上述技术问题，本专利技术提供了如下一种无人车辆轮毂电机高机动性行驶驱动操纵系统：一种无人车辆轮毂电机高机动性行驶驱动操纵系统，前三桥为单纵臂桥，第四桥为双横臂桥，所述单纵臂桥包括轮胎轮辋总成、纵臂、纵臂安装架、油气弹簧和轮毂电机；所述双横臂桥包括上横臂、下横臂、转向节、轮毂电机和转向器；所述轮胎轮辋总成螺接于轮毂电机输出端；所述纵臂轮胎端与轮毂电机壳体螺接固定，车体端通过纵臂安装支架紧固于车体上，使纵臂可绕车体横向轴线大角度摆动；所述上横臂、下横臂通过销轴连接于车体，可实现横臂绕车体横向大角度摆动，横臂球头端通过大角度球铰链连接与转向节，并形成转向节偏转轴线；所述转向节设计有转向系统连接点，通过转向系统驱动，可使转向节绕自身轴线偏转；所述转向节与轮毂电机通过螺栓紧固；油气弹簧上支点以球关节轴承方式铰接于车体，下止点通过销轴分别连接纵臂和下横臂，传递弹性力和阻尼力；转向器壳体安装于车体，输出端驱动转向摇臂实现摇臂相对于车体摆动，摇臂中间通过中心拉杆实现运动耦合；转向拉杆两端分别连接转向节和转向摇臂，由转向摇臂驱动，进而带动轮毂电机、轮胎轮辋实现转角偏转。作为优选，所述转向器为线控电驱动转向器。作为优选，所述第四桥为机械转向。作为优选，油气弹簧弹性力为：其中，各参数含义如下：Fs表示油气弹簧弹性力，单位是N；Rg表示气体常数，单位是J/(mol·k)，优选8.314；T表示热力学温度，单位是K；mq表示油气弹簧内气体质量，单位是Kg；V0表示油气弹簧内气体初始体积，单位是mm3；Dc表示油气弹簧活塞直径，单位是mm；S表示油气弹簧活塞行程，单位是mm；a表示范德瓦尔常数，单位是atm·L2/mol2。与现有技术相比，本专利技术一种无人车辆轮毂电机高机动性行驶驱动操纵系统有以下优点：(1)行驶驱动系统采用8×8独立油气弹簧悬架匹配轮毂电机分布式驱动技术方案，可实现车辆越野路面，几何障碍条件下的车轮最优附着、最优驱动力矩分配，进而实现车辆超高的通过性能。(2)行驶驱动系统前三桥采用单纵臂悬架导向机构，大幅度提高车辆悬挂系统侧向刚度，有效避免车辆通过几何障碍过程中的车身侧翻、侧滑，实现车辆超常规的几何越障能力。(3)行驶驱动系统第四桥采用双横臂悬架导向结构，匹配转向系统具备车辆后轮转向能力，匹配车辆差速控制功能，可实现车辆灵活的横向偏转运动，大幅度提高车辆的越野机动性能。(4)行驶驱动系统纵臂布置方案为第一桥前摆，二桥后摆，实现车辆90度接近角，结合大行程低偏频悬架参数设计，可实现车辆一桥轮大面积附着，二、三、四桥车轮有效降低地面冲击功能。(5)行驶驱动系统匹配油气弹簧，与液压驱动系统协调，可实现车辆姿态的高低、俯仰、侧倾、斜倾调节。(6)系统采用第四桥机械转向、匹配车辆差速转向功能、可实现车辆中心转向、原地转向功能；高速机动时机械转向可实现车辆灵活横向机动。(7)转向器采用线控电驱动转向器，集成度高，可实现转向功能线控化。(8)对油气弹簧属性选取进行了大量的研究，设计了油气弹簧的最佳属性，提高了车辆超高的通过性能。(9)本专利技术通过大量的研究，确定了后两桥复合转向采用策略来确定参数，从而进一步提高系统的性能。附图说明图1表示单纵臂轮毂电机驱动模块构成图。图2表示纵臂安装支架结构图。图3、图4纵臂切面图。图5是行驶驱动操纵系统示意图。图6是油气弹簧独立悬挂系统结构示意图。图7是油气悬架液压系统原理图。图8是复合转向原理。图9是各车轮差速匹配关系示意图。附图标记如下：20电缆导出端；21散热水管导出端；24、电缆；25、制动器；26和29散热水管；27、紧固螺杆、28、弹簧连接销；1-1、主支架；1-2、副支架；1-3、紧固螺钉。1-轮胎轮辋总成，2-纵臂，3-纵臂安装架，4-油气弹簧，5-转向器，6-下横臂，7-上横臂，8-轮毂电机，9-转向拉杆，10-转向摇臂，11-中心拉杆，12-转向节。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的具体实施方式做详细的说明。图5、6展示了一种无人车辆轮毂电机高机动性行驶驱动操纵系统，该系统特别优选适用于轻型超高机动车辆，优选要求平均越野速度40千米/小时；最大爬坡度不低于35°；最大侧倾行驶坡度不低于25°；越壕宽不低于1.4米；上下垂直障碍高度不低于0.9米。如图6所示的无人车辆轮毂电机高机动性行驶驱动操纵系统，行驶驱动系统采用8×8独立油气弹簧悬架匹配轮毂电机分布式驱动技术方案，前三桥(第一、第二第三桥)为单纵臂桥，第四桥为双横臂桥，可实现车辆越野路面，几何障碍条件下的车轮最优附着、最优驱动力矩分配，进而实现车辆超高的通过性能；行驶驱动系统前三桥采用单纵臂悬架导向机构，大幅度提高车辆悬挂系统侧向刚度，有效避免车辆通过几何障碍过程中的车身侧翻、侧滑，实现车辆超常规的几何越障能力；行驶驱动系统第四桥采用双横臂悬架导向结构，匹配转向系统具备车辆后轮转向能力，匹配车辆差速控制功能，可实现车辆灵活的横向偏转运动，大幅度提高车辆的越野机动性能。作为优先，采取单纵臂桥和双横臂桥组合使用的结构，此方式较只有单纵臂桥，可实现复合转向，使得操纵系统克服现有技术的缺陷满足轻型机动车辆的灵活机动要求；此方式较只有双横臂桥，可大幅提高车辆悬挂系统侧向高度，满足轻型机动车辆的安全性和高通过性要求。(单纵臂及双横臂结构均非新结构，但单纵臂与双横臂组合使用为专利技术点)单纵臂桥包括轮胎轮辋总成1、纵臂2、纵臂安装架3、油气弹簧4、轮毂电机8；双横臂桥包括上横臂7、下横臂6、转向节12、轮毂电机8和转向电机5部件。行驶驱动系统匹配2000扭矩轮毂电机，可实现车辆超大角度纵坡、超高垂直障碍的攀爬通过。所述轮胎轮辋总成1螺接于轮毂电机8输出端；所述纵臂2轮胎端与轮毂电机8壳体螺接固定，车体端通过纵臂安装支架3紧固于车体上，使纵臂可绕车体横向轴线大角度摆动；所述上本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种无人车辆轮毂电机高机动性行驶驱动操纵系统，前三桥为单纵臂桥，第四桥为双横臂桥，所述双横臂桥包括上横臂、下横臂、转向节、轮毂电机和转向器；所述上横臂、下横臂通过销轴连接于车体，可实现横臂绕车体横向大角度摆动，横臂球头端通过大角度球铰链连接于转向节，并形成转向节偏转轴线；所述转向节设计有转向系统连接点，通过转向系统驱动，可使转向节绕自身轴线偏转；所述转向节与轮毂电机通过螺栓紧固；油气弹簧上支点以球关节轴承方式铰接于车体，下止点通过销轴分别连接纵臂和下横臂，传递弹性力和阻尼力；转向器壳体安装于车体，输出端驱动转向摇臂实现摇臂相对于车体摆动，摇臂中间通过中心拉杆实现运动耦合；转向拉杆两端分别连接转向节和转向摇臂，由转向摇臂驱动，进而带动轮毂电机、轮胎轮辋实现转角偏转。/n

【技术特征摘要】
20191024 CN 20191101930371.一种无人车辆轮毂电机高机动性行驶驱动操纵系统，前三桥为单纵臂桥，第四桥为双横臂桥，所述双横臂桥包括上横臂、下横臂、转向节、轮毂电机和转向器；所述上横臂、下横臂通过销轴连接于车体，可实现横臂绕车体横向大角度摆动，横臂球头端通过大角度球铰链连接于转向节，并形成转向节偏转轴线；所述转向节设计有转向系统连接点，通过转向系统驱动，可使转向节绕自身轴线偏转；所述转向节与轮毂电机通过螺栓紧固；油气弹簧上支点以球关节轴承方式铰接于车体，下止点通过销轴分别连接纵臂和下横臂，传递弹性力和阻尼力；转向器壳体安装于车体，输出端驱动转向摇臂实现摇臂相对于车体摆动，摇臂中间通过中心拉杆实现运动耦合；转向拉杆两端分别连接转向节和转向摇臂，由转向摇臂驱动，进而带动轮毂电机、轮胎轮...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵松，刘海涛，赵艳辉，刘广征，马玉坡，闫智洲，王福鹏，廖桐舟，
申请(专利权)人：中国北方车辆研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11