一种四轮驱动车辆底盘的制作方法

本发明属于车辆底盘领域，具体涉及通过对每个车轮的驱动的矢量控制而实现转向和平移的车辆底盘。

背景技术：

智能化车辆和交通系统已经成为车辆研发和交通体系设计的重要课题。智能化车辆和交通体系有利于提高交通效率，降低事故率和增强机动车辆的行驶能力。军用交通设备和民用交通系统将大量采用自动驾驶和车联网技术。这些技术的应用对车辆的机动性和行驶性也提出更高要求。传统的转向机构和集中式动力系统是以驾驶员为核心的设计，而自动驾驶和车辆网络技术将更关注智能车辆和交通体系本身。在这种情况下， 传统车辆底盘在机动性和行驶性主动控制方面，给自动驾驶车辆的实现带来很大限制。因此本发明克服以上技术局限，是一种通过力矩矢量控制实现转向的四轮驱动车辆底盘。 本发明非常适用于对机动性和行驶性要求高的军用车辆、自动驾驶车辆以及机器人底盘系统。

技术实现要素：

本发明是一种全新的四轮驱动底盘，采用铰接前、后副车架总成，通过对四个驱动轮转速和扭矩，以及制动力矩的控制，使前、后副车架总成分别根据需要绕各自的铰接主销转动，从而实现转向和平移。本发明取代了传统的转向系统，具有控制灵活，结构简单，通用性高等优点，可用于军用车辆、自动驾驶车辆以及机器人底盘系统。

本发明由前副车架总成，后副车架总成，组合轴承，弹性回正装置，车架，动力单元和电子控制系统组成。前、后副车架总成分别通一对组合轴承铰接于车架前后两端；每对组合轴承的上、下组合轴承的轴线构成铰接主销；弹性回正装置联接车架和副车架总成；副车架总成包括副车架、车轮、制动机构和悬架系统；动力单元有四组，安装在车架上，分别驱动四个车轮；电子控制系统精确控制四个动力单元转速和扭矩，以及制动力矩。

前、后副车架总成的特征在于前副车架总成和后副车架总成具有相同的结构和组成；副车架总成包括副车架、车轮、制动机构和悬架系统；所述副车架上有两个用于安装组合轴承的轴承座，通过组合轴承与车架铰接。

组合轴承的特征在于组合轴承有前、后两对，每对组合轴承有上下两个组合轴承，每个组合轴承由轴承和橡胶衬套组成。每对组合轴承的轴线在一条直线上，该直线构成的铰接主销轴线。前、后副车架总成分别绕各自的铰接主销转动。铰接主销在纵向对称面上，并且与竖直方向有一个小的夹角，在重力的可产生使给前、后副车架总成自动回正的回正力矩。

车架的特征在于前、后两端有安装组合轴承的轴承座，分别通一对组合轴承和所述前、后副车架总成铰接。

弹性回正装置的其特征在于弹性回正装置具有弹性元件，每个回正弹性装置分别联接接前、后副车架总成和车架。当副车架总成相对于车架位于中间平衡位置时，弹性回正装置不提供回正力矩；当副车架总成相对于车架偏离中间平衡位置时，弹性回正装置产生使副车架位总成回到中间平衡位置的回正力矩。

动力单元的特征在动力单元有四组，独立驱动四个车轮；动力单元安装于车架上，不随前、后副车架总成转动。

电子控制系统的特征在于电子控制系统精确控制驱动电机的转速和扭矩，以及制动器力矩，使两侧车轮上产生设定的力矩差，从而使前、后副车架总成分别绕铰接主销向同向或反向转动设定的角度，实现底盘转向和平移。

附图说明

图1：底盘整体布局示意图

图2：底盘前部侧视向剖面图

图3：前副车架及其组件示意图

图4：副车架示意图

图5：回正装置剖面图

图6：回正装置部分结构示意图（一）

图7：回正装置部分结构示意图（二）

图8：组合轴承剖面图

图9：车架示意图

图10：车架局部放大图

图11：车架及动力单元示意图

图12：电子控制系统示意图

图13：底盘转向示意图

图14：底盘平移示意图

编号及名称：1、前副车架总成；2、后副车车架总成；3、车架； 4、左前动力单元；5、右前动力单元；6、左后动力单元；7、右后动力单元；8、弹性回正装置（前）； 9、 弹性回正装置（后） 10、电子控制系统；11、下组合轴承；12、上组合轴承；13、下组合轴承止推件；14、上组合轴承止推件；A、铰接主销；α、铰接主销倾角；15、 左前车轮；16、右前车轮；17、左前悬架系统； 18、右前悬架系统；19、左前制动机构；20、右前制动机构；21、前副车架；22、下轴承座；23、上轴承座； 24、万向节球面滚子滑槽； 25、弹性回正装置底座；26、弹性回正装置外壳；27、限位弹簧； 28、万向节筒形壳； 29、衬套；30、反向回正弹簧；31、正向回正弹簧；32、万向节横销；33、球面滚子；34、回正传动轴；35、回正摆臂； 36、回正摆销；37、正向回正弹簧限位柱； 38、正向回正弹簧固定端； 39；回正装置底座安装孔；40、反向回正弹簧限位柱； 41、万向节球面滚子滑槽；42、反向回正弹簧固定端；43、回正装置外壳安装孔；44、滚动轴承；45、橡胶衬套部分； 46. 滚动轴承内圈；47、滚动体；48、滚动轴承外圈既橡胶衬套内圈；49、橡胶；50、橡胶衬套外圈；51、安装法兰；52、法兰安装孔；53、车架前端上轴承座；54、车架前端下轴承座；55. 车架后端上轴承座；56、车架后端下轴承座；57、车架后端组合轴承安装座安装孔；58、车架后端组合轴承安装座安装孔；59、动力源；60、驱动机； 61、减速装置；62、半轴； 63、外端等速万向节；64、内端等速万向节。

具体实施方式

基于以上发明内容，本发明可以按照如下方式实施。

本发明由前副车架总成1，后副车架总成2，组合轴承11、12，弹性回正机构8、9，车架3，动力单元4、5、6、7，和电子控制系统10组成。

如图1所示，前副车架总成1、后副车架总成2分别位于车架3的前后两端。左前动力单元4和右前动力单元5制成一体化结构，位于车架3前部；左后动力单元6和右后动力单元7制成一体化结构，位于车架3后部。

如图2所示为底盘前部纵向剖面图，底盘后部具有相同的结构。组合轴承11和组合轴承12为一对组合轴承，它们的轴线在一条直线上，构成铰接主销A；在纵向对称面上，铰接主销A与竖直方向有一个小的夹角α。组合轴承11的内圈46与副车架21（图3）上的下轴承座22（图4）配合，下组合轴承止推件13将组合轴承11的内圈固定；组合轴承11的外圈50与车架前端下轴承座54（图9）配合，通过法兰51和安装孔52（图8）、58（图10）固定。组合轴承12的内圈46与副车架21（图3）上的上轴承座23（图4）配合，上组合轴承止推件14将组合轴承12的内圈固定；组合轴承11的外圈50与车架前端下轴承座54（图9）配合，通过法兰51和安装孔52（图8）、58（图10）固定。回正装置8，其外壳26和底座25（图5）利用安装孔39（图6）、43（图7）安装到车架前端上轴承座53（图9）上；其回正传动轴34（图5）的下端，伸入到中空的副车架上安装座23（图4）中，球面滚子33（图5）滑入球面滚子滑槽24（图4）中。

如图3所示为前副车架总成，后副车架总成具有相同结构和组成。副车架21上安装有左前悬架系统17和右前悬架系统18。左前制动机构19和左前轮15安装到左前悬架17上；右前制动机构20和右前轮16安装到右前悬架18上。

如图5所示回正装置剖面图，在回正传动轴34的两端横向穿过两个横销32，通过过盈配合固定，在每个横销的两端套有球面滚子33，回正传动轴的上端伸入万向节筒形壳28内，同时球面滚子33滑入对应的球面滚子滑槽41（图7）。万向节筒形壳通过衬套29安装在底座25和外壳26之间，可以自由转动。回正摆臂35焊接在万向节筒形壳28外部，回正摆销36通过过盈配合压入回正摆臂35中。

如图6和图7所示，正向回正弹簧31为一个卷簧，绕在底座25上且一端固定在底座25上，另一端预紧后卡在止档柱37上；反向回正弹簧30为一个卷簧，绕在外壳26里且一端固定在外壳26上，另一端预紧后卡在止档柱40上。

如图8所示组合轴承剖面图，每对组合轴承的上、下轴承具有相同结构。组合轴承由轴承44和橡胶衬套45组合而成，轴承44可以是滚动轴承，包裹内圈46、滚动体47和外圈48，也可以球铰或衬套；48同时也是橡胶衬套的内圈，橡胶硫化在橡胶衬套内圈48橡胶衬套外圈50之间，48和50上有台阶面，可以使橡胶衬套45承受较大的轴向力。组合轴承内部的轴承44用来支承需要回转的副车架总成1和2，橡胶衬套45部分一方面用于二次隔振，另一方面可用于补偿制造、安装误差和底盘运行过程中的结构变形。

如图11所示，四个动力单元4、5、6、7（图1）均安装在车架3（图1）上，以左后动力单元6为例，驱动机60通过减速装置61，半轴61，内端等速万向节64，外端等速万向节63将动力传递给车轮。驱动机60可以是电机、液压马达或小型发动机。另外动力源59如电池或燃料可以安装在底盘3底部。

如图12所示，电子控制系统10控制四个动力单元的输出转速和扭矩，以及四个制动机构的制动力矩。

在底盘运行过程中，当副车架总成上左右车轮的输出力矩出现差值时，就会在地面摩擦力的作用下使个副车架总成绕铰接主销转动。当副车架总成发生转动时，由于铰接主销倾角α的存在，一侧车轮会升高，另一侧车轮会下降，在重力的作用有使副车架总成回到中间平衡位置的趋势；于此同时，副车架上轴承座23内部的球面滚子滑槽会带动球面滚子33，通过横销32扭动回正传动轴34，回正传动轴34通过另一端的横销32和球面滚子33，利用万向节筒形壳28内的球面滚子滑槽41使万向节筒形壳28相应的转动；焊接在万向节筒形壳28外部回正摆臂35则会绕万向节筒形壳28的轴承摆动，带动摆动销36，最终推动一个方向的回正弹簧的30或31的一端。回正弹簧30或31的反作用力，形成回正力矩，通过以上路径将回正力反作用到副车架总成上。当副车架总成回到中间平和位置时，由于止挡柱37和40的止挡，弹簧30和31的反作用力不会作用到摆动销36上，回正力矩消失。限位弹簧用于支撑和限制回正传动轴34的轴承箱位置，同时可以缓和底盘行驶过程中的振动和冲击，防止回正传动轴34在撞击其他零件产生噪音。回正万向节24、27、28、32、33、34和41用于补偿由于组合轴承橡胶衬套部分变形造成的回正装置的定位偏差。

前副车架总成1和后副车架总成2具有相同回正机理，一方面可以自动纠正来自地面的微小冲击造成副车架总成的小角度偏转，另一方面用于辅助电子控制系统的控制作用。

当电子控制系统控制前、后副车架绕总成绕各自的铰接主销反向转动转动时，底盘实现转向运动（图13），转向中心可根据前、后副车架总成转角差改变。当电子控制系统控制前、后副车架绕总成各自的绕铰接主销同向转动时，底盘实现平移运动（图14）。

上述实施方式只为说明本实发明的技术构思及特点，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明主要技术方案的精神实质所做的等效变换或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。