一種主動(dòng)懸架機(jī)構(gòu)及控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及航天器控制技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種主動(dòng)懸架機(jī)構(gòu)及控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]巡視器所處的行駛環(huán)境比較惡劣，需要具有較高的通過(guò)能力?，F(xiàn)有的巡視器懸架機(jī)構(gòu)，主要以美國(guó)勇氣號(hào)火星巡視器的搖臂懸架為主。該懸架由一個(gè)主搖臂A和一個(gè)副搖臂B鉸接而成，其懸架結(jié)構(gòu)如圖1所示。懸架主搖臂A與前輪D相連，副搖臂B與中輪E和后輪F相連，左右兩側(cè)懸架分別與車(chē)體上的差速機(jī)構(gòu)C相連。該火星巡視器于2004年I月3日成功登陸火星，在火星工作期間，曾因車(chē)輪下陷而最終喪失移動(dòng)能力，被迫結(jié)束使命。
[0003]火星表面石塊較多，其中大于0.2m?0.5m石塊的覆蓋率為1%，石塊的覆蓋率為月球的兩倍，易使巡視器受到卡滯，同時(shí)火星表面土壤存在表面堅(jiān)硬、里層松軟情況，可能導(dǎo)致巡視器車(chē)輪下陷(如勇氣號(hào)火星巡視器)，這些特殊環(huán)境對(duì)傳統(tǒng)被動(dòng)式巡視器懸架機(jī)構(gòu)提出了挑戰(zhàn)，需要研發(fā)主動(dòng)式的巡視器懸架機(jī)構(gòu)，在出現(xiàn)石塊卡住車(chē)體底部、車(chē)輪下陷等危險(xiǎn)情況后，能夠通過(guò)懸架的變形，提高脫困能力。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]有鑒于此，本發(fā)明提供了一種可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)升降、脫困以及蠕動(dòng)的主動(dòng)懸架機(jī)構(gòu)及控制方法。
[0005]本發(fā)明的一種主動(dòng)懸架機(jī)構(gòu)，包括對(duì)稱(chēng)布置在車(chē)體兩側(cè)且通過(guò)差速機(jī)構(gòu)相連的懸架分機(jī)構(gòu)，懸架分機(jī)構(gòu)包括主搖臂、副搖臂、前輪、中輪和后輪；主搖臂的一端與前輪相連，主搖臂的另一端與副搖臂相連；副搖臂的兩端分別連接中輪和后輪；其特征在于，所述主搖臂包括前半臂和后半臂，前半臂的一端連接所述前輪，另一端通過(guò)張角調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)連接后半臂的一端，后半臂的另一端連接所述副搖臂；
[0006]所述張角調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)用于調(diào)節(jié)所述前半臂與后半臂之間的夾角。
[0007]進(jìn)一步的，所述主搖臂的后半臂與副搖臂互相鉸接，并在鉸接點(diǎn)設(shè)置制動(dòng)器；所述制動(dòng)器用于控制副搖臂繞所述鉸接軸轉(zhuǎn)動(dòng)或不動(dòng)。
[0008]進(jìn)一步的，所述差速機(jī)構(gòu)包括差速器和兩個(gè)差速軸；所述差速器固定在車(chē)體底部的中間位置，差速器兩側(cè)各連接一個(gè)差速軸；所述張角調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)包括第一軸承、第二軸承、第一驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，第二驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)；
[0009]所述第二驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的圓柱狀本體通過(guò)第二軸承與車(chē)體活動(dòng)連接；第二驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)輸出軸沿與同側(cè)的差速軸相同方向與其固連，所述后半臂固連在第二驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的本體上；
[0010]所述第一驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的圓柱狀本體通過(guò)第一軸承安裝在所述第二驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)的本體內(nèi)，第一驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)輸出軸沿所述差速軸方向固定在第二驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)本體上；所述前半臂固連在第一驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)本體上。
[0011]本發(fā)明的一種主動(dòng)懸架機(jī)構(gòu)的升降控制方法，包括:
[0012]在主動(dòng)懸架標(biāo)稱(chēng)狀態(tài)下，控制制動(dòng)器不工作，即使副搖臂可相對(duì)于后半臂轉(zhuǎn)動(dòng)；
[0013]然后，分別控制第一驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和第二驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)，使前半臂和后半臂之間的夾角增加，實(shí)現(xiàn)車(chē)體降低；
[0014]同理，控制第一驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和第二驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)，使所述前半臂與后半臂夾角減小，實(shí)現(xiàn)車(chē)體升高。
[0015]本發(fā)明的一種主動(dòng)懸架機(jī)構(gòu)的升降控制方法，包括:在主動(dòng)懸架標(biāo)稱(chēng)狀態(tài)下，控制制動(dòng)器工作，即保持副搖臂相對(duì)于后半臂不動(dòng)，控制第一驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和第二驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)，使前半臂與后半臂夾角增加，當(dāng)車(chē)體質(zhì)心位于中輪后方，則實(shí)現(xiàn)前輪抬升；當(dāng)?shù)谝或?qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)質(zhì)心位于中輪前方，則實(shí)現(xiàn)后輪抬升；在主動(dòng)懸架標(biāo)稱(chēng)狀態(tài)下，控制制動(dòng)器工作，然后再控制第一驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和第二驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)，使前半臂與后半臂夾角減小，從而實(shí)現(xiàn)中輪抬升。
[0016]本發(fā)明的一種主動(dòng)懸架機(jī)構(gòu)的升降控制方法，包括:
[0017]S61、在主動(dòng)懸架標(biāo)稱(chēng)狀態(tài)下，控制第一驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和第二驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)，使前半臂與后半臂夾角減小，同時(shí)控制前輪不轉(zhuǎn)動(dòng)以及中輪和后輪向前轉(zhuǎn)動(dòng)，如此實(shí)現(xiàn)中輪和后輪向前移動(dòng)且車(chē)體抬升；
[0018]S62、控制第一驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和第二驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)，使前半臂與后半臂夾角增加，同時(shí)前輪向前滾動(dòng)，中輪和后輪不動(dòng)，如此前輪向前移動(dòng)，中輪、后輪未移動(dòng)，且導(dǎo)致車(chē)體降低；
[0019]S63、控制第一驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和第二驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)，使前半臂與后半臂夾角減小，同時(shí)前輪不動(dòng)，中輪和后輪向前滾動(dòng)，如此導(dǎo)致前輪未移動(dòng)，中輪、后輪向前移動(dòng)，車(chē)體抬升；
[0020]S64、重復(fù)執(zhí)行步驟S61至S63，實(shí)現(xiàn)車(chē)體的蠕動(dòng)。
[0021]本發(fā)明具有如下有益效果:
[0022]本發(fā)明的自動(dòng)懸架機(jī)構(gòu)將現(xiàn)有的主搖臂拆分為前半臂和后半臂，并通過(guò)張角調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)連接在一起，同時(shí)通過(guò)張角調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)控制實(shí)現(xiàn)懸架高低的變化，其中，降低車(chē)體有利于減小車(chē)體所占用的運(yùn)載空間，有利于車(chē)體與運(yùn)載平臺(tái)的壓緊固定，也有利于增加車(chē)體的靜止、運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性；同時(shí)車(chē)體升高的實(shí)現(xiàn)，有利于避免車(chē)體與地面凸起障礙接觸。
[0023]本發(fā)明同時(shí)配合制動(dòng)器的開(kāi)合以及車(chē)輪的協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)車(chē)體的升降、各車(chē)輪的抬起以及整車(chē)的蠕動(dòng)前進(jìn)、后退。當(dāng)車(chē)輪下陷后，可以通過(guò)控制張角調(diào)整機(jī)構(gòu)及制動(dòng)器，將車(chē)輪抬升離地，使車(chē)輪脫陷；當(dāng)巡視器車(chē)體被石塊卡住后，可以通過(guò)控制張角調(diào)整機(jī)構(gòu)將車(chē)體抬升；此外，也可以通過(guò)控制張角調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)車(chē)體折疊或降低車(chē)體高度，有利于提高車(chē)體爬坡時(shí)的穩(wěn)定性。
[0024]本發(fā)明相對(duì)其他類(lèi)型的車(chē)輛主動(dòng)式懸掛機(jī)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、控制便利、功能多樣等特點(diǎn)。
【附圖說(shuō)明】
[0025]圖1為現(xiàn)有的搖臂懸架結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖2為本發(fā)明主動(dòng)懸架結(jié)構(gòu)示意圖-側(cè)視圖；
[0027]圖3為本發(fā)明主動(dòng)懸架結(jié)構(gòu)示意圖-俯視圖；
[0028]圖4為本發(fā)明主動(dòng)懸架張角調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)示意圖；
[0029]圖5為本發(fā)明主動(dòng)懸架升降示意圖；
[0030]圖6為本發(fā)明主動(dòng)懸架抬輪示意圖；
[0031]圖7為本發(fā)明主動(dòng)懸架蠕動(dòng)示意圖；
[0032]圖8為本發(fā)明主動(dòng)懸架正常運(yùn)動(dòng)與蠕動(dòng)時(shí)受力情況示意圖。
[0033]其中，1-前輪、2_主搖臂、3_前半臂、4_中輪、5_張角調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)、6_后半臂、7_制動(dòng)器、8-副搖臂、9-后輪、10-差速器、11-差動(dòng)軸、12-第一軸承、13-第二軸承、14-第一驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、15-第二驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、16-第一驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)輸出軸、17-第二驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)輸出軸、18-車(chē)體、19-差速機(jī)構(gòu)。
【具體實(shí)施方式】
[0034]下面結(jié)合附圖并舉實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。
[0035]如圖2、圖3、圖4所示，本發(fā)明的主動(dòng)懸架機(jī)構(gòu)，主要由前半臂3、后半臂6、副搖臂8、張角調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)5、制動(dòng)器7及差速器10組成。兩側(cè)懸架機(jī)構(gòu)在車(chē)體18兩側(cè)對(duì)稱(chēng)布置。一側(cè)懸架中，主搖臂2分為前半臂3與后半臂6，前半臂3前端與前輪I連接，前半臂3的一端連接前輪1，另一端通過(guò)張角調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)5連接后半臂6的一端，后半臂6的另一端連接所述副搖臂8。張角調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)5可調(diào)節(jié)所述前半臂3與后半臂6之間的夾角。
[0036]后半臂6后端與副搖臂8鉸接，并在鉸接點(diǎn)設(shè)置制動(dòng)器7，制動(dòng)器7不作用時(shí)，后半臂6與副搖臂8間具有一個(gè)沿鉸接軸的轉(zhuǎn)動(dòng)的自由度，制動(dòng)器7作用時(shí)，后半臂6與副搖臂8固定為一根剛體。
[0037]差速機(jī)構(gòu)19包括差速器10和兩個(gè)差速軸11 ;差速器10固定在車(chē)體18底部的中間位置，差速器10兩側(cè)各連接一個(gè)差速軸11 ;張角調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)5包括第一軸承12、第二軸承13、第一驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)14，第二驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)15。第二驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)15的圓柱狀本體通過(guò)第二軸承13與車(chē)體18活動(dòng)連接；第二驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)輸出軸17沿與同側(cè)的差速軸11相同方向與其固連，后半臂6固連在第二驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)15的本體上。第一驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)14的圓柱狀本體通過(guò)第一軸承12安裝在所述第二驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)15的本體內(nèi)，第一驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)輸出軸16沿所述差速軸11方向固定在第二驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)15本體上；所述前半臂3固連在第一驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)14本體上。
[0038]通過(guò)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)14、15的轉(zhuǎn)動(dòng)，調(diào)整前半臂3、后半臂6與差動(dòng)軸11的轉(zhuǎn)角，從而使前半臂3與后半臂6夾角變化，從而改變主搖臂2的構(gòu)型，實(shí)現(xiàn)懸架的高度變化。通過(guò)分別控制驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)構(gòu)14、15轉(zhuǎn)角比例，實(shí)現(xiàn)在懸架變形運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，差速軸11不發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)車(chē)體僅產(chǎn)生高低方向的平動(dòng)，而不發(fā)生俯仰運(yùn)動(dòng)。
[0039]本發(fā)明主動(dòng)懸架機(jī)構(gòu)的抬升、降低過(guò)程如圖5所示。圖5 I為主動(dòng)懸架標(biāo)稱(chēng)狀態(tài)，在保持制動(dòng)器7不工作的前提下，通過(guò)控制張角調(diào)整機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)14和15轉(zhuǎn)角，使前半