本發(fā)明涉及汽車，尤其是平移旋轉(zhuǎn)復(fù)合運動的類主銷轉(zhuǎn)向機構(gòu)及其構(gòu)成的模塊底盤。

背景技術(shù)：

1、自動駕駛技術(shù)的發(fā)展，對底盤的性能提出了更高的要求，底盤需要具備更快的響應(yīng)速度、更高的控制精度以及更強的冗余性，以確保車輛在復(fù)雜的駕駛環(huán)境中安全、穩(wěn)定、可靠地運行。在這一背景下，線控底盤技術(shù)逐漸成為智能駕駛的核心技術(shù)。線控底盤技術(shù)的核心在于通過電子信號控制車輛的關(guān)鍵部件，包括線控制動技術(shù)、線控驅(qū)動技術(shù)、線控懸架技術(shù)和線控轉(zhuǎn)向技術(shù)。其中，線控轉(zhuǎn)向技術(shù)實現(xiàn)了方向盤和轉(zhuǎn)向機構(gòu)的高度解耦，擺脫了機械結(jié)構(gòu)的約束，不僅具有傳統(tǒng)機械系統(tǒng)的所有優(yōu)點，還可以對角傳遞特性的進(jìn)行優(yōu)化，理論上能夠?qū)崿F(xiàn)任意的轉(zhuǎn)向意圖。

2、現(xiàn)有的技術(shù)方案中，為了實現(xiàn)更靈活的轉(zhuǎn)向，增強底盤的機動性能，提出了用電氣交互取代了各輪間的機械連接，將轉(zhuǎn)向系統(tǒng)集成在底盤的各個角模塊，各輪的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)間相互獨立，高度解耦，可以實現(xiàn)底盤的全輪獨立轉(zhuǎn)向。

3、但是，此類技術(shù)方案仍有缺陷。

4、一些技術(shù)方案（如公布號cn?116279806?a，公布號cn?108995711a，公布號cn118004283?a，公布號cn?116750075?a，公布號cn116409376?a）提出將傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)向橫拉桿拆斷，通過左右電缸控制推桿推動轉(zhuǎn)向節(jié)，在保留了連桿轉(zhuǎn)向機構(gòu)的基礎(chǔ)上實現(xiàn)了各輪的獨立轉(zhuǎn)向；一些技術(shù)方案（如公布號cn?117341807?a，公布號cn118928526?a，公布號cn109229235a）將整個懸架系統(tǒng)集成于轉(zhuǎn)向電機下方，通過轉(zhuǎn)向電機帶動整個懸架旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)各輪的大角度獨立轉(zhuǎn)向；還有一些技術(shù)方案（如公布號cn118306475?a，公布號cn118769778a，公布號cn?118254865?a，公布號cn?117901945?a，公布號cn?105313953a）將電機軸與主銷或轉(zhuǎn)向臂固連，通過電機軸帶動主銷或轉(zhuǎn)向臂旋轉(zhuǎn)實現(xiàn)各輪的大角度獨立轉(zhuǎn)向，上述的此類技術(shù)方案雖然賦予了各輪更大的自由度，可以實現(xiàn)各輪的大角度獨立轉(zhuǎn)向，但由于取消了機械結(jié)構(gòu)的約束，只依賴單一的轉(zhuǎn)向電機或電缸執(zhí)行轉(zhuǎn)向動作，系統(tǒng)冗余性差，可靠度低，大角度轉(zhuǎn)向時抖振劇烈且需要消耗大量的功率，大功率執(zhí)行器又占用了大量的底盤空間，增加了底盤的質(zhì)量，降低了底盤的性能。

5、另一些技術(shù)方案（如公布號cn?119037534?a，公布號cn118683621a，公布號cn118529129a）保留了傳統(tǒng)汽車中的轉(zhuǎn)向桿系結(jié)構(gòu)，僅取消了方向盤和轉(zhuǎn)向電機間的機械連接，采用電信號進(jìn)行替代，此類技術(shù)方案雖然具有高度的可靠性，但強機械約束使各輪無法完成大角度轉(zhuǎn)向，底盤轉(zhuǎn)向模式單一，沒有充分發(fā)揮線控底盤靈活程度高，機動能力強的優(yōu)點。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提出平移旋轉(zhuǎn)復(fù)合運動的類主銷轉(zhuǎn)向機構(gòu)及其構(gòu)成的模塊底盤，轉(zhuǎn)向機構(gòu)實現(xiàn)大角度轉(zhuǎn)向功能的基礎(chǔ)上，克服了現(xiàn)有獨立轉(zhuǎn)向的技術(shù)方案中轉(zhuǎn)向抖振劇烈以及轉(zhuǎn)向電機功耗高的缺陷，且保留了轉(zhuǎn)向桿系的機械連接，具有高度的可靠性，而其構(gòu)成的模塊底盤則可以根據(jù)實際工況切換大量不同的轉(zhuǎn)向模式，可以實現(xiàn)多軸底盤大角度轉(zhuǎn)向以及多軸底盤蟹行運動，能夠適應(yīng)復(fù)雜多變的駕駛環(huán)境。

2、本發(fā)明采用以下技術(shù)方案。

3、平移旋轉(zhuǎn)復(fù)合運動的類主銷轉(zhuǎn)向機構(gòu)及其構(gòu)成的模塊底盤，所述類主銷轉(zhuǎn)向機構(gòu)為復(fù)合轉(zhuǎn)向模式獨立行駛模塊的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)包括中部的主轉(zhuǎn)向電機（15）、兩端處均和兩側(cè)車輪（10）處的轉(zhuǎn)向臂連接的轉(zhuǎn)向橫拉桿（14）；所述轉(zhuǎn)向橫拉桿兩端分設(shè)有用于安裝行駛模塊兩側(cè)輔助轉(zhuǎn)向電機的帶孔安裝平臺，左輔助轉(zhuǎn)向電機（12）、右輔助轉(zhuǎn)向電機（1）的電機殼體與帶孔安裝平臺剛性連接，兩電機的電機軸穿過帶孔安裝平臺的孔后，分別與轉(zhuǎn)向橫拉桿左右兩側(cè)的轉(zhuǎn)向臂剛性連接，當(dāng)輔助轉(zhuǎn)向電機工作時，其電機軸驅(qū)動轉(zhuǎn)向臂繞轉(zhuǎn)向橫拉桿相對轉(zhuǎn)動以帶動車輪轉(zhuǎn)向；

4、模塊底盤包括一個以上的獨立行駛模塊；

5、所述轉(zhuǎn)向橫拉桿與其兩端的轉(zhuǎn)向臂連接組合為模塊底盤的用于轉(zhuǎn)向的轉(zhuǎn)向桿系；所述主轉(zhuǎn)向電機經(jīng)傳動機構(gòu)與轉(zhuǎn)向橫拉桿相連以通過轉(zhuǎn)向桿系傳動使模塊底盤轉(zhuǎn)向。

6、所述主轉(zhuǎn)向電機內(nèi)置角度傳感器，左輔助轉(zhuǎn)向電機、右輔助轉(zhuǎn)向電機的電機殼體均與各自對應(yīng)的角度傳感器的外圈部固定連接，且電機軸均與各自對應(yīng)的角度傳感器的內(nèi)圈部經(jīng)鍵槽配合連接，所述角度傳感器用于監(jiān)測其對應(yīng)的電機的輸出轉(zhuǎn)角并實時反饋給模塊底盤的控制器。

7、控制器通過處理三臺轉(zhuǎn)向電機處角度傳感器反饋的轉(zhuǎn)角信號數(shù)據(jù)，控制左、右輔助轉(zhuǎn)向電機配合主轉(zhuǎn)向電機驅(qū)動轉(zhuǎn)向桿系運動，實現(xiàn)對轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的閉環(huán)控制。

8、主轉(zhuǎn)向電機和輔助轉(zhuǎn)向電機均采用高功率密度的傳動機構(gòu)，根據(jù)電機安裝位置的底盤空間限制采用或變換相應(yīng)的構(gòu)型，在橫向尺寸較大的空間內(nèi)使用蝸輪蝸桿傳動機構(gòu)的轉(zhuǎn)向電機，在垂向尺寸較大的空間內(nèi)使用行星輪傳動機構(gòu)的轉(zhuǎn)向電機，通過連接錐齒輪傳動機構(gòu)改變傳動方向，對轉(zhuǎn)向機構(gòu)構(gòu)型進(jìn)行變換，以適配底盤空間。

9、所述復(fù)合轉(zhuǎn)向模式獨立行駛模塊包括以型材成型的框架，左輔助轉(zhuǎn)向電機、右輔助轉(zhuǎn)向電機安裝于框架兩側(cè)具有較大垂向尺寸的空間處，主轉(zhuǎn)向電機安裝于框架內(nèi)部具有較大橫向尺寸的空間處。

10、所述模塊底盤包括由多個復(fù)合轉(zhuǎn)向模式獨立行駛模塊拼接而成的組合體，相鄰的行駛模塊通過軸間連接模塊采用機械快接結(jié)構(gòu)連接，通過改變構(gòu)成底盤的獨立行駛模塊的數(shù)量和軸間連接模塊的縱向尺寸來改變底盤的構(gòu)型，模塊底盤為線控底盤，當(dāng)獨立行駛模塊的數(shù)量為兩個且前后連接時，線控底盤為二軸構(gòu)型的二軸底盤，通過啟動或禁止左、右輔助轉(zhuǎn)向電機工作，實現(xiàn)行駛模塊在普通轉(zhuǎn)向模式和大角度轉(zhuǎn)向模式間的切換。

11、所述復(fù)合轉(zhuǎn)向模式獨立行駛模塊的懸架系統(tǒng)包括擺臂和與角模塊框架相連的減震彈簧；擺臂包括連接于復(fù)合轉(zhuǎn)向模式獨立行駛模塊的框架處的上擺臂（6）、與減震彈簧（2）相連的下擺臂（19）；

12、所述復(fù)合轉(zhuǎn)向模式獨立行駛模塊的驅(qū)動系統(tǒng)包括分設(shè)于兩側(cè)車輪（10）處的輪胎、輪轂、輪轂電機（9）、輪速傳感器（20），還包括分別對兩側(cè)輪轂電機進(jìn)行控制的第一輪轂電機控制器、第二輪轂電機控制器（16）；

13、所述復(fù)合轉(zhuǎn)向模式獨立行駛模塊的制動系統(tǒng)包括設(shè)于車輪處的制動盤（11）、與制動盤緊鄰的制動卡鉗（7）、制動卡鉗控制器；

14、復(fù)合轉(zhuǎn)向模式獨立行駛模塊的框架處設(shè)有電池；

15、所述轉(zhuǎn)向橫拉桿兩端的帶孔安裝平臺分別安裝于轉(zhuǎn)向橫拉桿兩側(cè)部的第一拉桿（18）、第二拉桿（13）處。

16、平移旋轉(zhuǎn)復(fù)合運動的類主銷轉(zhuǎn)向機構(gòu)及其構(gòu)成的模塊底盤轉(zhuǎn)向方法，所述模塊底盤為線控底盤，包括由多個復(fù)合轉(zhuǎn)向模式獨立行駛模塊連接而成的組合體，各復(fù)合轉(zhuǎn)向模式獨立行駛模塊采用的轉(zhuǎn)向模式包括大角度轉(zhuǎn)向模式、普通轉(zhuǎn)向模式和鎖定轉(zhuǎn)向模式；

17、復(fù)合轉(zhuǎn)向模式獨立行駛模塊的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)工作時，其工況能在大角度轉(zhuǎn)向模式、普通轉(zhuǎn)向模式、鎖定轉(zhuǎn)向模式之間切換；

18、線控底盤以二軸構(gòu)型為基礎(chǔ)，在此基礎(chǔ)上拓展為多軸構(gòu)型時，通過將各個獨立行駛模塊間設(shè)置為不同的轉(zhuǎn)向模式，以根據(jù)實際工況切換多種不同的轉(zhuǎn)向模式，以實現(xiàn)多軸底盤大角度轉(zhuǎn)向以及多軸底盤蟹行運動，使底盤適應(yīng)復(fù)雜多變的駕駛環(huán)境，將普通行駛模式和獨立行駛模式配合使用，通過選擇任意多軸來啟用上述大角度轉(zhuǎn)向模式，以及配合其他軸采用普通轉(zhuǎn)向模式，能夠在直線行駛、蟹行、大角度轉(zhuǎn)向的多種模式間靈活切換，且保證每種模式下底盤工作的可靠性與靈活性。

19、在二軸底盤的構(gòu)型下，將前軸行駛模塊的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)置為大角度轉(zhuǎn)向或普通轉(zhuǎn)向模式，后軸前軸行駛模塊的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)置為鎖定轉(zhuǎn)向模式，此時線控底盤為前輪轉(zhuǎn)向模式；將后軸行駛模塊的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)置為大角度轉(zhuǎn)向或普通轉(zhuǎn)向模式，前軸行駛模塊的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)置為鎖定轉(zhuǎn)向模式，此時線控底盤為后輪轉(zhuǎn)向模式。將前輪和后軸的行駛模塊的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)置均為大角度轉(zhuǎn)向模式，此時可以將線控底盤設(shè)置為大角度轉(zhuǎn)向模式，整車控制系統(tǒng)將匹配對應(yīng)的控制模式，控制底盤進(jìn)行大角度轉(zhuǎn)向；還可以將線控底盤設(shè)置為蟹行模式，整車控制系統(tǒng)將匹配對應(yīng)的控制模式，控制底盤進(jìn)行蟹行。

20、當(dāng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的工況為大角度轉(zhuǎn)向模式時，左輔助轉(zhuǎn)向電機、右輔助轉(zhuǎn)向電機啟動，根據(jù)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的控制指令配合主轉(zhuǎn)向電機完成大角度轉(zhuǎn)向指令，通過三臺電機同時驅(qū)動轉(zhuǎn)向桿系運動，實現(xiàn)復(fù)合轉(zhuǎn)向模式獨立行駛模塊的大角度轉(zhuǎn)向；

21、當(dāng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的工況為普通轉(zhuǎn)向模式時，左右輔助電機的助力轉(zhuǎn)向功能被禁用，僅能跟隨桿系的相對運動而運動，轉(zhuǎn)向桿系完全由主轉(zhuǎn)向電機驅(qū)動；

22、當(dāng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的工況為鎖定轉(zhuǎn)向模式時，三臺轉(zhuǎn)向電機各自鎖定，轉(zhuǎn)向機構(gòu)的形態(tài)被固定，行駛模塊的車輪轉(zhuǎn)角固定不同。

23、本發(fā)明的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)向臂繞轉(zhuǎn)向橫拉桿作相對轉(zhuǎn)動，配合主轉(zhuǎn)向電機，可以跨越轉(zhuǎn)向桿系機械約束帶來的固有死區(qū)，實現(xiàn)大角度轉(zhuǎn)向。該轉(zhuǎn)向機構(gòu)實現(xiàn)大角度轉(zhuǎn)向功能的基礎(chǔ)上，克服了現(xiàn)有獨立轉(zhuǎn)向的技術(shù)方案中轉(zhuǎn)向抖振劇烈以及轉(zhuǎn)向電機功耗高的缺陷，且保留了轉(zhuǎn)向桿系的機械連接，具有高度的可靠性。

24、本發(fā)明中，線控底盤可以以二軸構(gòu)型為基礎(chǔ)，拓展為多軸構(gòu)型，通過將各個獨立行駛模塊間設(shè)置為不同的轉(zhuǎn)向模式，該線控底盤可以根據(jù)實際工況切換大量不同的轉(zhuǎn)向模式，可以實現(xiàn)多軸底盤大角度轉(zhuǎn)向以及多軸底盤蟹行運動，能夠適應(yīng)復(fù)雜多變的駕駛環(huán)境。

25、本發(fā)明中，通過切換不同的轉(zhuǎn)向模式，可以實現(xiàn)車輪轉(zhuǎn)角范圍的擴大，讓車輛具備更高的靈活性，由于本發(fā)明提出的轉(zhuǎn)向模塊構(gòu)成的多軸底盤的每個車輪都具備大角度轉(zhuǎn)向的能力，故可以適配大量的轉(zhuǎn)向模式。

26、本發(fā)明在結(jié)構(gòu)上的創(chuàng)新及其對應(yīng)的優(yōu)點還在于：

27、（1）本發(fā)明改進(jìn)轉(zhuǎn)向橫拉桿大角度轉(zhuǎn)向機構(gòu)。將傳統(tǒng)轉(zhuǎn)向橫拉桿的外球頭結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造，去掉球鉸和銷，改為環(huán)狀結(jié)構(gòu)，上側(cè)面著增加一固定平臺。電機通過螺栓與轉(zhuǎn)向橫拉桿上兩端的固定平臺剛性連接，轉(zhuǎn)向電機輸出軸穿過上述圓環(huán)中心與轉(zhuǎn)向臂固連。當(dāng)主轉(zhuǎn)向電機帶動轉(zhuǎn)向橫拉桿機構(gòu)到達(dá)極限位置時，固連在轉(zhuǎn)向拉桿上的左右輔助轉(zhuǎn)向電機帶動轉(zhuǎn)向臂繞轉(zhuǎn)向拉桿相對轉(zhuǎn)動，配合主轉(zhuǎn)向電機帶動整個轉(zhuǎn)向桿系運動，克服了連桿結(jié)構(gòu)固有的死區(qū)缺陷，實現(xiàn)大角度轉(zhuǎn)向。

28、（2）本發(fā)明具備多模式復(fù)合轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。啟動上述輔助轉(zhuǎn)向電機，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)具備大角度轉(zhuǎn)向的能力，此時轉(zhuǎn)向系統(tǒng)為大角度轉(zhuǎn)向模式；通過禁止上述輔助轉(zhuǎn)向電機的助力功能，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)變?yōu)閭鹘y(tǒng)橫拉桿式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，此時轉(zhuǎn)向系統(tǒng)為普通轉(zhuǎn)向模式；通過啟用主轉(zhuǎn)向電機和左右輔助轉(zhuǎn)向電機的鎖止功能，轉(zhuǎn)向桿系鎖定在固定的形態(tài)，此時轉(zhuǎn)向系統(tǒng)為鎖定轉(zhuǎn)向模式。三種轉(zhuǎn)向模式復(fù)合在同一轉(zhuǎn)向系統(tǒng)內(nèi)，可以自由切換。多個轉(zhuǎn)向系統(tǒng)間可以搭配不同的轉(zhuǎn)向模式，改變底盤的動力學(xué)性能，適應(yīng)更多樣的應(yīng)用場景。

29、（3）本發(fā)明具備主輔式轉(zhuǎn)向的獨立行駛模塊。獨立行駛模塊包含兩輪及中間的連接橋，獨立的驅(qū)動、制動、轉(zhuǎn)向及懸架系統(tǒng)，具備獨立行駛的能力，其轉(zhuǎn)向機構(gòu)采用上述改進(jìn)轉(zhuǎn)向橫拉桿轉(zhuǎn)向機構(gòu)，在主轉(zhuǎn)向電機驅(qū)動轉(zhuǎn)向橫拉桿的基礎(chǔ)上，又在轉(zhuǎn)向橫拉桿與左右轉(zhuǎn)向臂連接處增加左右輔助轉(zhuǎn)向電機，輔助主轉(zhuǎn)向電機共同執(zhí)行轉(zhuǎn)向指令，較使用了傳統(tǒng)轉(zhuǎn)向桿系的行駛模塊增強了轉(zhuǎn)向機構(gòu)的運動能力，又克服了使用獨立轉(zhuǎn)向機構(gòu)的行駛模塊轉(zhuǎn)向電機功耗大的缺陷。

30、（4）本發(fā)明具備多模式轉(zhuǎn)向可變構(gòu)型線控底盤架構(gòu)。該底盤架構(gòu)由兩個或以上的主輔式轉(zhuǎn)向的獨立行駛模塊組成，各行駛模塊間采用軸間連接模塊進(jìn)行連接構(gòu)成完整底盤。通過啟動和禁止左右輔助轉(zhuǎn)向電機工作，可以實現(xiàn)行駛模塊在普通轉(zhuǎn)向模式和大角度轉(zhuǎn)向模式間的切換。該底盤架構(gòu)將普通行駛模式和獨立行駛模式配合使用，通過任意多軸啟用上述大角度轉(zhuǎn)向模式，配合其他軸采用普通轉(zhuǎn)向模式，能夠在直線行駛、蟹行、大角度轉(zhuǎn)向等多種模式間靈活切換，且保證每種模式下底盤工作的可靠性與靈活性；即，通過將切換不同的轉(zhuǎn)向模式，可以實現(xiàn)車輪轉(zhuǎn)角范圍的擴大，讓車輛具備更高的靈活性，由本專利提出的轉(zhuǎn)向模塊構(gòu)成的多軸底盤的每個車輪都具備大角度轉(zhuǎn)向的能力，故可以適配大量的轉(zhuǎn)向模式，實施例中列出了兩種特殊的轉(zhuǎn)向模式。

31、（5）本發(fā)明具備集成角度傳感器的轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)。該轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中，主轉(zhuǎn)向電機和輔助轉(zhuǎn)向電機都設(shè)置角度傳感器反饋輸出轉(zhuǎn)角。角度傳感器的外圈與轉(zhuǎn)向電機殼體固連，內(nèi)圈與電機輸出軸配合，通過鍵槽聯(lián)接，能夠?qū)崟r反饋電機的輸出轉(zhuǎn)角?？刂破魍ㄟ^處理三臺轉(zhuǎn)向電機處反饋的轉(zhuǎn)角信號，實現(xiàn)對轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的閉環(huán)控制。

32、（6）本發(fā)明具備高功率密度可換轉(zhuǎn)向電機。主轉(zhuǎn)向電機和輔助轉(zhuǎn)向電機均采用高功率密度的傳動機構(gòu)，且可以根據(jù)不同模塊內(nèi)的空間限制進(jìn)行構(gòu)型變換。通過在橫向尺寸較大的空間內(nèi)使用蝸輪蝸桿傳動機構(gòu)的轉(zhuǎn)向電機，在垂向尺寸較大的空間內(nèi)使用行星輪傳動機構(gòu)的轉(zhuǎn)向電機或連接錐齒輪傳動機構(gòu)改變傳動方向，可以實現(xiàn)對轉(zhuǎn)向機構(gòu)構(gòu)型的變換，更好適應(yīng)底盤空間。