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CN112339856A - 基于铰接式四驱底盘的转向方法 - Google Patents

基于铰接式四驱底盘的转向方法 Download PDF

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CN112339856A CN202011109367.9A CN202011109367A CN112339856A CN 112339856 A CN112339856 A CN 112339856A CN 202011109367 A CN202011109367 A CN 202011109367A CN 112339856 A CN112339856 A CN 112339856A
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Abstract

本发明公开了一种基于铰接式四驱底盘的转向方法，该铰接式四驱底盘包括由两个支架铰接而成的铰接式车架，每个支架上均安装有两个由独立旋转驱动装置驱动的行走车轮，两个支架上的四个行走车轮位于同一平面内，两个支架的铰接轴线与一假定矩形的两条对角线交点重合，两个支架上的四个行走车轮分别对应设于假定矩形的四个角上，铰接式四驱底盘还包括用于驱动两个支架相对转动的转向驱动组件。转向方法是结合转向驱动组件的驱动和主动调节各行走车轮的转速来控制转向，使铰接式车架的瞬时转向原点位于前端行走车轮的轴线上，本发明具有行驶灵活性好、结构简单紧凑、易于制作、成本低、工作稳定可靠、转向路径精准等优点。

Description

基于铰接式四驱底盘的转向方法
(本申请是“一种铰接式四驱底盘及其转向方法”的分案申请，原申请的申请日为2019年10月18日，申请号为201910994178.5，发明创造名称为“一种铰接式四驱底盘及其转向方法”。)
技术领域
本发明涉及车辆工程技术领域，具体涉及一种基于铰接式四驱底盘的转向方法。
背景技术
新能源车辆近几年在国家政策的扶持下发展迅速。而大部分传统农田作业车辆自重大、功耗高，不具备完全电动化的条件，而在直播、植保等领域，由于作业机械体积小巧，消耗功率也不大，具备完全电动化的潜力。
铰接式车身由于其转向角度大，在南方复杂的行驶环境背景下相比于传统轮式拖拉机行驶性能优势明显，近年来基于铰接式车身的农田作业车也层出不穷。然而，现有铰接式车身存在结构复杂、稳定性差、转向时不能保证准确转向路径等缺点。并且，在直播、植保等领域，现有铰接式车身均非纯电动驱动控制，难以实现自动驾驶或远程操控。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术存在的不足，提供一种行驶灵活性好、结构简单紧凑、易于制作、成本低、工作稳定可靠、转向路径精准性的基于铰接式四驱底盘的转向方法。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
一种基于铰接式四驱底盘的转向方法，该铰接式四驱底盘包括由两个支架铰接而成的铰接式车架，每个支架上均安装有两个由独立旋转驱动装置驱动的行走车轮，两个支架上的四个行走车轮位于同一平面内，两个所述支架的铰接轴线与一假定矩形的两条对角线交点重合，两个支架上的四个行走车轮分别对应设于所述假定矩形的四个角上，所述铰接式四驱底盘还包括用于驱动两个支架相对转动的转向驱动组件；
该转向方法是，以一个支架远离铰接轴线的一端为铰接式车架的前端，另一个支架远离铰接轴线的一端为铰接式车架的后端；在铰接式车架直线向前行走过程中需要转向时，先通过转向驱动组件驱使两个支架相对转动，按照公式(3)计算得到差速Δv，
Figure BDA0002728073880000011
式中，v0表示铰接式四驱底盘行走的时速，α为目标转向角，W为左右行走车轮的轮距，L为前后行走车轮的轴距；
之后由独立旋转驱动装置控制各行走车轮的转速，使位于后端且远离转向方向一侧的行走车轮的车速调整至v0-Δv，位于后端且靠近转向方向一侧的行走车轮的车速调整至v0+Δv，从而使铰接式车架的瞬时转向原点O位于前端行走车轮的轴线上。
作为上述技术方案的进一步改进：
所述转向驱动组件包括连接于两个支架之间的伸缩驱动件。
所述伸缩驱动件为电动伸缩杆。
一个支架上设有第一限位部，另一个支架上设有用于与第一限位部配合限定两个支架相对转动角度范围的第二限位部，且所述电动伸缩杆在收缩至收缩极限位置之前第一限位部与第二限位部相互接触以阻止两个支架相对转动迫使电动伸缩杆继续收缩，所述电动伸缩杆在伸出极限位置之前第一限位部与第二限位部相互接触以阻止两个支架相对转动迫使电动伸缩杆继续伸出。
两个支架通过铰接组件相互铰接，所述铰接组件包括设于其中一个支架上一块连接板和以可拆卸方式设于另一个支架上的两块间隔布置的夹板，所述连接板插设于两块夹板之间，各夹板与连接板之间均安装有平面轴承。
所述铰接组件还包括铰接定位销和锁紧帽，所述铰接定位销贯穿连接板、两块夹板和所有平面轴承，且铰接定位销的一端设有与其中一块夹板相抵的限位部，所述锁紧帽通过紧固件连接于铰接定位销的另一端，且锁紧帽与另一块夹板相抵。
驱动各行走车轮的独立旋转驱动装置包括旋转驱动件和二级减速箱，所述二级减速箱固定安装在支架上，所述旋转驱动件的驱动端与二级减速箱的输入轴相连，所述行走车轮连接于二级减速箱的输出轴上。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
本发明转向方法采用的铰接式四驱底盘可实现前进后退无差别行驶和转向，保证前进和后退时行驶性能相同，其具有行驶灵活性好、结构简单紧凑、易于制作、成本低、工作稳定可靠的优点。该铰接式四驱底盘尤其适用于农田作业车辆，能够更好的适应复杂的农田作业环境，满足较高的行驶作业需求。
本发明的基于铰接式四驱底盘的转向方法结合转向驱动组件的驱动和主动调节各行走车轮的转速来控制转向，能够保证转向路径精准性。
附图说明
图1为铰接式四驱底盘的立体结构示意图。
图2为铰接式四驱底盘的主视结构示意图。
图3为两个支架之间铰接组件的主剖视结构示意图。
图4为独立旋转驱动装置和行走车轮的剖视结构示意图。
图5为第一种转向方式的原理图。
图6为第二种转向方式的原理图。
图7为第三种转向方式的原理图。
图例说明：
1、铰接式车架；11、支架；101、第一限位部；102、第二限位部；111、连接板；112、夹板；113、平面轴承；114、铰接定位销；1141、限位部；115、锁紧帽；2、行走车轮；3、伸缩驱动件；4、旋转驱动件；5、二级减速箱；51、壳体；52、动力输入轴；53、减速轴；54、动力输出轴；55、一级主动齿轮；56、一级从动齿轮；57、二级主动齿轮；58、二级从动齿轮。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。
如图1和图2所示，本实施例的铰接式四驱底盘，包括由两个支架11铰接而成的铰接式车架1，每个支架11上均安装有两个由独立旋转驱动装置驱动的行走车轮2，两个支架11上的四个行走车轮2位于同一平面内，两个支架11的铰接轴线与一假定矩形的两条对角线交点重合，两个支架11上的四个行走车轮2分别对应设于假定矩形的四个角上，同一支架11上的两个行走车轮2的转动轴线共线，四个行走车轮2位于同一平面内且相互平行，铰接式四驱底盘还包括用于驱动两个支架11相对转动的转向驱动组件。通过转向驱动组件驱动两个支架11相对转动即可实现铰接式车架1(铰接式四驱底盘)的转向。该铰接式四驱底盘可实现前进后退无差别行驶和转向，保证前进和后退时行驶性能相同，其具有行驶灵活性好、结构简单紧凑、易于制作、成本低、工作稳定可靠的优点。该铰接式四驱底盘尤其适用于农田作业车辆，能够更好的适应复杂的农田作业环境，满足较高的行驶作业需求。
本实施例中，转向驱动组件为连接于两个支架11之间的伸缩驱动件3，其结构简单、成本低。优选的，伸缩驱动件3为电动伸缩杆。在其他实施例中，伸缩驱动件3还可以是伸缩油缸和伸缩气缸等伸缩式驱动件。
本实施例中，如图1所示，一个支架11上设有第一限位部101，另一个支架11上设有用于与第一限位部101配合限定两个支架11相对转动角度范围的第二限位部102，且电动伸缩杆在收缩至收缩极限位置之前第一限位部101与第二限位部102相互接触以阻止两个支架11相对转动迫使电动伸缩杆继续收缩，电动伸缩杆在伸出极限位置之前第一限位部101与第二限位部102相互接触以阻止两个支架11相对转动迫使电动伸缩杆继续伸出。这样可防止电动伸缩杆损坏。该种防损坏的机构具有结构简单紧凑、易于制造、成本低的优点。本实施例的第一限位部101包括分设于两个支架11铰接轴线两侧的两个第一挡块，第二限位部102分设于两个支架11铰接轴线两侧的两个第二挡块，两个第一挡块与两个第二挡块一一对应。
本实施例中，如图3所示，两个支架11通过铰接组件相互铰接，铰接组件包括设于其中一个支架11上一块连接板111和以可拆卸方式设于另一个支架11上的两块间隔布置的夹板112，连接板111插设于两块夹板112之间，各夹板112与连接板111之间均安装有平面轴承113。该铰接组件的结构简单、易于制作装配、成本低、工作稳定可靠性高。
本实施例中，铰接组件还包括铰接定位销114和锁紧帽115，铰接定位销114贯穿连接板111、两块夹板112和所有平面轴承113，且铰接定位销114的一端设有与其中一块夹板112相抵的限位部1141，锁紧帽115通过紧固件连接于铰接定位销114的另一端，且锁紧帽115与另一块夹板112相抵，也即铰接定位销114的限位部1141和锁紧帽115从外侧夹紧两块夹板112，同时铰接定位销114起到铰接定位作用，这样能够提高结构强度，保证铰接连接的精度、稳定性和可靠性。上述紧固件采用螺钉。
本实施例中，如图4所示，驱动各行走车轮2的独立旋转驱动装置包括旋转驱动件4和二级减速箱5，二级减速箱5固定安装在支架11上，旋转驱动件4的驱动端与二级减速箱5的输入轴相连，行走车轮2连接于二级减速箱5的输出轴上。旋转驱动件4的动力通过二级减速箱5传递至行走车轮2，可有效放大扭矩，提高传动精度。上述二级减速箱5包括固定安装在支架11上的壳体51，壳体51上转动安装有动力输入轴52、减速轴53和动力输出轴54，动力输入轴52上通过花键连接有一级主动齿轮55，减速轴53上通过花键连接有一级从动齿轮56和二级主动齿轮57，动力输出轴54上通过花键连接有二级从动齿轮58，一级主动齿轮55与一级从动齿轮56啮合，二级主动齿轮57与二级从动齿轮58啮合，动力输入轴52与旋转驱动件4相连，动力输出轴54末端设有多边形轴段，行走车轮2设有套设在多边形轴段上并与多边形轴段配合止转的多边形孔，行走车轮2通过螺栓副与动力输出轴54连接固定。
本实施例中，旋转驱动件4采用电机，利于节省能耗，提高运行平稳性，且实现了铰接式四驱底盘的纯电动控制，便于加装相关控制器后实现自动驾驶或远程操控。
第一种本实施例铰接式四驱底盘的转向方法，该转向方法是，如图5所示，以一个支架11远离铰接轴线的一端为铰接式车架1的前端，另一个支架11远离铰接轴线的一端为铰接式车架1的后端；在铰接式车架1直线向前行走过程中需要转向时，先通过转向驱动组件驱使两个支架11相对转动，按照公式(1)计算得到差速Δv，
Figure BDA0002728073880000041
式中，v0表示铰接式四驱底盘行走的时速，α为目标转向角，W为左右行走车轮2的轮距，L为前后行走车轮2的轴距；
之后由独立旋转驱动装置控制各行走车轮2的转速，使位于前端且远离转向方向一侧的行走车轮2和位于后端且靠近转向方向一侧的行走车轮2的车速调整至v0+Δv，位于前端且靠近转向方向一侧的行走车轮2和位于后端且远离转向方向一侧的行走车轮2的车速调整至v0-Δv，从而使铰接式车架1的瞬时转向原点O位于过铰接轴线并与前进方向垂直的直线上。
第二种本实施例铰接式四驱底盘的转向方法，该转向方法是，如图6所示，以一个支架11远离铰接轴线的一端为铰接式车架1的前端，另一个支架11远离铰接轴线的一端为铰接式车架1的后端；在铰接式车架1直线向前行走过程中需要转向时，先通过转向驱动组件驱使两个支架11相对转动，按照公式(2)计算得到差速Δv，
Figure BDA0002728073880000051
式中，v0表示铰接式四驱底盘行走的时速，α为目标转向角，W为左右行走车轮2的轮距，L为前后行走车轮2的轴距；
之后由独立旋转驱动装置控制各行走车轮2的转速，使位于前端且远离转向方向一侧的行走车轮2的车速调整至v0+Δv，位于前端且靠近转向方向一侧的行走车轮2的车速调整至v0-Δv，从而使铰接式车架1的瞬时转向原点O位于后端行走车轮2的轴线上。
第三种本实施例铰接式四驱底盘的转向方法，该转向方法是，如图7所示，以一个支架11远离铰接轴线的一端为铰接式车架1的前端，另一个支架11远离铰接轴线的一端为铰接式车架1的后端；在铰接式车架1直线向前行走过程中需要转向时，先通过转向驱动组件驱使两个支架11相对转动，按照公式(3)计算得到差速Δv，
Figure BDA0002728073880000052
式中，v0表示铰接式四驱底盘行走的时速，α为目标转向角，W为左右行走车轮2的轮距，L为前后行走车轮2的轴距；
之后由独立旋转驱动装置控制各行走车轮2的转速，使位于后端且远离转向方向一侧的行走车轮2的车速调整至v0-Δv，位于后端且靠近转向方向一侧的行走车轮2的车速调整至v0+Δv，从而使铰接式车架1的瞬时转向原点O位于前端行走车轮2的轴线上。
由于在实际行驶情况中，前后各行走车轮2的行驶阻力时刻变化，若此时仅靠转向驱动组件来提供转向力，铰接式车架1的转弯行驶路径就无法确定。上述转向方法结合转向驱动组件的驱动和主动调节各行走车轮2的转速来控制转向，能够准确的限制铰接式车架1的转向姿态，实现精准的铰接式车架1转向路径。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例。对于本技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明技术构思前提下所得到的改进和变换也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种基于铰接式四驱底盘的转向方法，其特征在于：该铰接式四驱底盘包括由两个支架(11)铰接而成的铰接式车架(1)，每个支架(11)上均安装有两个由独立旋转驱动装置驱动的行走车轮(2)，两个支架(11)上的四个行走车轮(2)位于同一平面内，两个所述支架(11)的铰接轴线与一假定矩形的两条对角线交点重合，两个支架(11)上的四个行走车轮(2)分别对应设于所述假定矩形的四个角上，所述铰接式四驱底盘还包括用于驱动两个支架(11)相对转动的转向驱动组件；
该转向方法是，以一个支架(11)远离铰接轴线的一端为铰接式车架(1)的前端，另一个支架(11)远离铰接轴线的一端为铰接式车架(1)的后端；在铰接式车架(1)直线向前行走过程中需要转向时，先通过转向驱动组件驱使两个支架(11)相对转动，按照公式(3)计算得到差速Δv，
Figure FDA0002728073870000011
式中，v0表示铰接式四驱底盘行走的时速，α为目标转向角，W为左右行走车轮(2)的轮距，L为前后行走车轮(2)的轴距；
之后由独立旋转驱动装置控制各行走车轮(2)的转速，使位于后端且远离转向方向一侧的行走车轮(2)的车速调整至v0-Δv，位于后端且靠近转向方向一侧的行走车轮(2)的车速调整至v0+Δv，从而使铰接式车架(1)的瞬时转向原点O位于前端行走车轮(2)的轴线上。
2.根据权利要求1所述的转向方法，其特征在于：所述转向驱动组件包括连接于两个支架(11)之间的伸缩驱动件(3)。
3.根据权利要求2所述的转向方法，其特征在于：所述伸缩驱动件(3)为电动伸缩杆。
4.根据权利要求3所述的转向方法，其特征在于：一个支架(11)上设有第一限位部(101)，另一个支架(11)上设有用于与第一限位部(101)配合限定两个支架(11)相对转动角度范围的第二限位部(102)，且所述电动伸缩杆在收缩至收缩极限位置之前第一限位部(101)与第二限位部(102)相互接触以阻止两个支架(11)相对转动迫使电动伸缩杆继续收缩，所述电动伸缩杆在伸出极限位置之前第一限位部(101)与第二限位部(102)相互接触以阻止两个支架(11)相对转动迫使电动伸缩杆继续伸出。
5.根据权利要求1所述的转向方法，其特征在于：两个支架(11)通过铰接组件相互铰接，所述铰接组件包括设于其中一个支架(11)上一块连接板(111)和以可拆卸方式设于另一个支架(11)上的两块间隔布置的夹板(112)，所述连接板(111)插设于两块夹板(112)之间，各夹板(112)与连接板(111)之间均安装有平面轴承(113)。
6.根据权利要求5所述的转向方法，其特征在于：所述铰接组件还包括铰接定位销(114)和锁紧帽(115)，所述铰接定位销(114)贯穿连接板(111)、两块夹板(112)和所有平面轴承(113)，且铰接定位销(114)的一端设有与其中一块夹板(112)相抵的限位部(1141)，所述锁紧帽(115)通过紧固件连接于铰接定位销(114)的另一端，且锁紧帽(115)与另一块夹板(112)相抵。
7.根据权利要求1所述的转向方法，其特征在于：驱动各行走车轮(2)的独立旋转驱动装置包括旋转驱动件(4)和二级减速箱(5)，所述二级减速箱(5)固定安装在支架(11)上，所述旋转驱动件(4)的驱动端与二级减速箱(5)的输入轴相连，所述行走车轮(2)连接于二级减速箱(5)的输出轴上。
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