CN113184053A - 一种横纵向间距可调式线控底盘及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种横纵向间距可调式线控底盘，包括：多个轮毂电机车轮模块分别一一对应的与车辆的轮胎相连接；多个轮距调节系统，其一端分别一一对应的与轮毂电机车轮模块相连接；后端固定车架设置在后端两个轮距调节系统的另一端之间；下滑轨车架，其一端与后端固定车架相连接；前端固定车架设置在前端两个轮距调节系统的另一端之间；上滑体车架，其一端与前端固定车架相连接，另一端可滑动的设置在下滑轨车架上；轴距锁止机构，其固定在上滑体车架上，用于可选择的锁定上滑体车架和下滑轨车架的位置。本发明还公开了一种横纵向间距可调式线控底盘的控制方法，实现轮毂电机驱动车轮在轴距调节和轮距调节过程中与相应锁止装置驱动电机的协同工作。

Description

一种横纵向间距可调式线控底盘及其控制方法

技术领域

本发明涉及线控底盘技术领域，更具体的是，本发明涉及一种横纵向间距可调式线控底盘及其控制方法。

背景技术

线控底盘是指具有车轮独立驱动、独立制动且结合线控技术和网络控制的集成化汽车底盘，其采用了轮毂电机作为车辆的动力驱动单元，并结合轮毂电机融合单轮转向系统、单轮制动系统和单轮悬架系统形成多系统融合的车轮模块，通过电机控制器独立地进行车轮六分力的控制，并且在先进线控技术的支持下完成整车底盘域的集成控制。

传统车辆由于车桥和车架的结构限制，使得车辆的轴距和轮距是一个定值。但从车辆动力学角度分析，大轮距能够使得车辆具有良好的侧向稳定性和抗风性能；小轮距能够提高车辆在狭窄道路的通过性。同时，轴距可调的汽车在越壕和翻越垂直地势等环境下优势明显，且能够优化各车轮的载荷分布情况，进一步提高车辆的动力学性能。

目前针对车辆等载具轴距、轮距可调的底盘结构有很多，中国专利文献CN204055962U，公开了一种变轮距车辆的转向系统，提出了一个通过改变对角轮胎连线的夹角同时改变轮距和轴距，但是该方案轮距和轴距调节存在耦合，并且机械结构复杂。

中国专利文献CN102514628A，公开了一种轮距无级调节的车辆底盘，将单一车轮悬架上方设置丝杠滑块，通过丝杠和丝杠螺母的传动进行轮距的调节，但是该方案无法获得车辆较大的侧偏刚度，应用范围有限。

中国专利文献CN106717208B，公开了一种轴距和高度可调的高地隙自走式底盘及其转向机构，采用“油缸+平行四杆机构”的方式实现了轴距的调节，但轴距调节范围有限，且使用油缸作为驱动装置无法在低温条件下进行应用。

有鉴于此，有必要提供一种横纵向间距可调式线控底盘及其控制方法。

发明内容

本发明的目的是设计开发了一种横纵向间距可调式线控底盘，通过轮毂电机车轮模块分别与轮距调节系统、多个轴距调节装置间的配合，实现了车辆轮距的无级调节和轴距的多级调节，并能够在轮距、轴距调节完成后进行锁止，提高了车辆的稳定性。

本发明还设计开发了一种横纵向间距可调式线控底盘的控制方法，根据车辆的多个状态参数，通过车轮的驱动和制动的转换，实现轮毂电机驱动车轮在轴距调节和轮距调节过程中与相应锁止装置驱动电机的协同工作，同时在调节过程中保持良好的稳定性。

本发明提供的技术方案为：

一种横纵向间距可调式线控底盘，包括：

多个轮毂电机车轮模块，其分别一一对应的与车辆的轮胎相连接；以及

多个轮距调节系统，其一端分别一一对应的与所述轮毂电机车轮模块相连接；

后端固定车架，其设置在后端两个轮距调节系统的另一端之间；

下滑轨车架，其一端与所述后端固定车架相连接，所述下滑轨车架上等间距的设置多个限位孔；

前端固定车架，其设置在前端两个轮距调节系统的另一端之间；

上滑体车架，其一端与所述前端固定车架相连接，另一端可滑动的设置在所述下滑轨车架上；

轴距锁止机构，其固定在所述上滑体车架上，用于可选择的锁定所述上滑体车架和下滑轨车架的位置；

其中，所述轮距调节系统包括：

悬架端支架，其设置在所述轮毂电机车轮模块上；

剪叉式装置，其包括两个第一端、两个第二端、两个第三端和两个第四端，所述两个第一端对称铰接在所述悬架端支架上，所述两个第二端与所述两个第一端对称的铰接在所述前端固定车架或后端固定车架上，所述两个第三端可滑动的对称设置在所述悬架端支架上，所述两个第四端与所述两个第三端对称可滑动的设置在所述前端固定车架或后端固定车架上；

轮距锁止机构，其固定在所述前端固定车架或后端固定车架上，用于限制所述两个第四端的位置。

优选的是，所述轮毂电机车轮模块包括轮毂电机、转向电机、转向传动机构、悬架系统和制动系统。

优选的是，所述悬架系统为双横臂独立悬挂，所述制动系统为液压制动器。

优选的是，所述轮距锁止机构包括：

第一驱动电机，其固定在所述前端固定车架或后端固定车架上；

第一锥齿轮，其与所述第一驱动电机的输出端相连接；

第二锥齿轮，其与所述第一锥齿轮相啮合；

丝杠，其与所述第二锥齿轮相连接；

锁止滑块，其可滑动的设置在所述丝杠上，且所述锁止滑块设置在所述两个第四端之间。

优选的是，所述轴距锁止机构包括：

第二驱动电机，其固定在所述上滑体车架上；

主动齿轮轴，其与所述第二驱动电机的输出端相连接；

从动齿轮轴，其包括齿轮端和轴端；

其中，所述齿轮端与所述主动齿轮轴相啮合，所述从动齿轮轴能够相对于所述主动齿轮轴进行沿自身轴向方向的移动，所述轴端可选择的插入所述限位孔内。

优选的是，还包括：

电机控制器，其与所述轮毂电机、转向电机和第一驱动电机相连接；

多个转角传感器，其分别一一对应的设置在所述多个轮毂电机车轮模块上；

多个轮距位移传感器，其分别一一对应的设置在所述轮距调节系统上；

轴距位移传感器，其设置在所述下滑轨车架内；

多个轮速传感器，其分别一一对应的设置在所述多个轮毂电机车轮模块上；

多个测距雷达，其布设在车辆的四周；

横摆角速度传感器，其设置在车辆的质心；

整车控制器，其与所述电机控制器、多个转角传感器、多个轮距位移传感器、轴距位移传感器、轮速传感器、多个测距雷达和横摆角速度传感器相连接，用于命令的下达和传输。

一种横纵向间距可调式线控底盘的控制方法，使用所述的横纵向间距可调式线控底盘，包括如下步骤：

步骤一、采集各车轮的轮速信号、转角信号和周围环境信号；

步骤二、当S＜20kph且P_v＜0.5°时，车辆模式能够转换为轴距调节模式；

当S＝0kph且P_v＝90°时，车辆模式能够转换为轮距调节模式；

其中，S为车速，P_v为车轮转角，v＝1,2,3,4；

步骤三、当车辆为轴距调节模式时，根据周围环境信号判断障碍物的位置，将靠近障碍物的前端车轮或后端车轮作为制动车轮，另一端的车轮作为驱动车轮，同时调节所述前端车轮或者后端车轮的驱动力矩差值；

当车辆为轮距调节模式时，根据周围环境信号判断障碍物的位置，将靠近障碍物的左侧车轮或右侧车轮作为制动车轮，另一侧的车轮作为驱动车轮；

其中，所述驱动车轮的轮心最高速度为20kph；

步骤四、当车辆的轴距调节完成后，轴距锁止机构启动；

当车辆的轮距调节完成后，轮距锁止机构启动。

优选的是，当所述轮距锁止机构启动时，所述第一驱动电机的角速度与所述车轮转速满足：

式中，n_d为车轮转速，r为车轮的有效滚动半径，t为轮距调节时间，a为剪叉式结构一个单元的横向距离，l_x为剪叉式结构的单杆长度，ω_wt为第一驱动电机的角速度，i_bg为第一锥齿轮副角传动比，p为丝杠的导程。

优选的是，当所述轴距锁止机构启动时，所述从动齿轮轴的升降速度满足：

式中，i_g为齿轮副传动比，q为螺纹锁止销的螺纹导程，ω_wb为第二驱动电机的角速度。

优选的是，当所述车辆模式为轴距调节模式且S＝0kph时，左侧的驱动车轮纵向力与右侧的驱动车轮纵向力满足：

F_lx_l+F_rx_r＝M_f+M_b；

式中，F_l为左侧的驱动车轮纵向力，x_l为左侧的驱动车轮接地区域中心到车辆质心的横向距离，F_r为右侧的驱动车轮纵向力，x_r为右侧的驱动车轮接地区域中心到车辆质心的横向距离，M_f为外界激励对车辆产生的横摆力矩，M_b为制动跑偏产生的横摆力矩；

当所述车辆模式为轴距调节模式且S≠0kph时，所述左侧的驱动车轮纵向力与右侧的驱动车轮纵向力满足：

式中，F_li为各车桥左侧的车轮驱动力，F_ri为各车桥右侧的车轮驱动力，i＝1，2,3…n，n为车轴的个数；

当所述车辆模式为轮距调节模式时，前端的驱动车轮纵向力与后端的驱动车轮纵向力满足：

F_ffx_ff+F_rrx_rr＝M_f+M_b；

式中，F_ff为前端的驱动车轮纵向力，x_ff为前端的驱动车轮接地区域中心到车辆质心的横向距离，F_rr为后端的驱动车轮纵向力，x_rr为后端的驱动车轮接地区域中心到车辆质心的横向距离。

本发明所述的有益效果：

(1)、本发明设计开发的一种横纵向间距可调式线控底盘，采用轮毂电机车轮模块可实现车轮90度转向，提高了轮距调节范围，同时剪叉式伸缩机构的轮距调节机构在保证轮距调节可行性的基础上提高了车辆的侧向刚度，丝杠的自锁效应可以实时限制剪叉式伸缩机构的滑块位置，进而完成了轮距锁止，最后通过驱动车轮的轮毂电机与轮距锁止装置驱动电机的协同工作实现了轮距的无级调节；

(2)、本发明设计开发的横纵向间距可调式线控底盘，在车辆直行状态下，通过上滑体车架和下滑轨车架沿车辆的纵向运动实现轴距调节，保证了车辆在轴距调节过程中的稳定性，通过电机驱动齿轮传动完成螺纹销的垂向移动实现上滑体车架和下滑轨车架的纵向约束，完成了轴距锁止，整套锁止机构体积小，布置难度低，在实际轴距调节过程中通过轮毂电机与轴距锁止驱动电机的协同工作完成轴距的多级调节；

(3)、本发明设计开发的一种横纵向间距可调式线控底盘的控制方法，根据车辆的多种状态参数，利用轮毂电机线控底盘的欠约束系统的特性，使得车辆能够通过车轮驱动转矩和制动转矩的分配实现底盘在原地的轮距调节和轴距调节，或通过车辆纵向对称面或横向对称面两侧车轮的驱动力矩差值实现底盘在行车过程中的轮距调节和轴距调节，同时为轮距调节和轴距调节的解耦控制提供了条件，进行车辆横纵向轮廓尺寸的调整，最后在车辆进行轮距和轴距调节时，也能够通过差动驱动转矩进行车辆横摆率的优化，保障了车辆的操稳特性，在无人作业小车等无人驾驶领域具有一定的应用前景。

附图说明

图1为本发明所述横纵向间距可调式线控底盘的结构示意图。

图2为本发明所述横纵向间距可调式线控底盘的俯视结构框图。

图3为本发明所述轮毂电机车轮模块的一侧装配结构示意图。

图4为本发明所述轮毂电机车轮模块的另一侧装配结构示意图。

图5为本发明所述车辆前端的轮距调节系统的结构示意图。

图6为本发明所述轮距调节系统的结构示意图。

图7为本发明所述前端固定车架的装配结构示意图。

图8为本发明所述A部分的结构示意图。

图9为本发明所述轮距锁止机构的结构示意图。

图10为本发明所述轴距调节系统的结构示意图。

图11为本发明所述B部分的结构示意图。

图12为本发明所述轴距锁止机构的结构示意图。

图13为本发明所述轴距调节系统在最小轴距位置处的纵向切面图。

图14为本发明所述轴距调节系统横向切面图。

图15为本发明所述横纵向间距可调式线控底盘的控制方法的流程图。

具体实施方式

下面结合对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

如图1、图2所示，本发明提供的一种横纵向间距可调式线控底盘，具体包括：4个车轮110、4个轮毂电机车轮模块120、4个轮距调节系统130和轴距调节系统140，其中，所述4个轮毂电机车轮模块120一一对应的与4个车轮110相连接，4个轮毂电机车轮模块120位于前桥、后桥两侧，作为车辆轴距调节和轮距调节的动力单元，为车轮110的驱动、转向、制动、悬架系统集成模块，轮毂电机车轮模块120包括轮毂电机、转向电机、转向传动机构、悬架系统和制动系统，通过轮毂电机实现驱动，通过转向电机和转向传动机构完成车轮转向，悬架系统为双横臂独立悬架，制动系统为液压制动器；4个轮距调节系统130一端一一对应的与所述4个轮毂电机车轮模块120相连接，前端固定车架141作为前桥的轮距调节系统130的安装基体，车辆前桥的2个轮距调节系统130的另一端分别设置在所述前端固定车架141的两侧；后端固定车架142作为后桥的轮距调节系统130的安装基体，车辆后桥的2个轮距调节系统130的另一端分别设置在所述后端固定车架142的两侧，轴距调节系统140设置在所述前端固定车架141和后端固定车架142之间，通过滑轨结构进行车辆轴距的多级调节。

如图3、图4、图5、图6所示，所述轮距调节系统130包括：悬架端支架131、2个悬架端滑道132、剪叉式装置133、2个车架端滑道134和悬架端滑块135，所述悬架端支架131的一侧与轮毂电机车轮模块120相连接，另一侧上纵向设置有对称的2个悬架端滑道132，所述2个悬架端滑道132之间设置有可滑动的悬架端滑块135，所述剪叉式装置133包括两个第一端、两个第二端、两个第三端和两个第四端，所述两个第一端对称铰接在所述悬架端支架131的下端，所述两个第三端分别设置在所述悬架端滑块135的两端，以车辆的前桥一侧的轮距调节系统130为例，所述前端固定车架141的一侧纵向设置有对称的2个车架端滑道134，所述两个第二端与所述两个第一端对称的铰接在所述前端固定车架141上，所述前端固定车架141的两侧结构相同，所述前端固定车架141的另一侧连接所述车辆的前桥另一侧的轮距调节系统130，在车辆轮距减小时，剪叉式装置133的悬架端滑块135沿2个悬架端滑道132上移。

如图7、图8、图9所示，所述轮距锁止机构160采用丝杠锁止装置，利用丝杠的自锁效应和“丝杠螺母-滑块-丝杠螺母”的结构形式，用于限制所述两个第四端的位置实现轮距的约束，所述轮距锁止机构160具体包括：第一驱动电机161、锁止滑块162、丝杠163、下端丝杠固定支架164、丝杠滑块165、上端丝杠固定支架166、2个第一联轴器167、第二锥齿轮168和第一锥齿轮169，所述第一驱动电机161设置在所述前端固定车架141上，其输出端通过第一联轴器167与所述第一锥齿轮169相连接，所述第二锥齿轮168与所述第一锥齿轮169相啮合，所述第二锥齿轮通过第一联轴器167与所述丝杠163相连接，且所述丝杠163的两端分别通过上端丝杠固定支架166和下端丝杠固定支架164可转动的固定在所述2个车架端滑道134之间，在所述丝杠163上设置有可滑动的丝杠滑块165，所述锁止滑块162设置在所述丝杠滑块165上，且所述锁止滑块162设置在所述2个车架端滑道134之间，锁止滑块162上设置有丝杠163穿过的通孔，以实现丝杠滑块165推动锁止滑块162产生线位移，且所述锁止滑块162与所述悬架端滑块135对称，所述两个第四端分别设置在所述锁止滑块162的两端，与此同时，通过轮毂电机和第一驱动电机161的协同工作完成轮距的无级调节。

如图10、图13、图14所示，所述轴距调节系统140包括：上滑体车架143和下滑轨车架144，所述上滑体车架143的一端焊接在所述前端固定车架141，上滑体车架143上具有螺纹通孔，所述下滑轨车架144的一端焊接在所述后端固定车架142上，且所述下滑轨车架144的上部中轴线设置有滑槽145，所述上滑体车架143的下部中轴线设置有工字型结构，所述工字型结构可滑动的设置在所述滑槽145中，上滑体车架143与下滑轨车架144在车辆最小轴距处设置有端面限位，所述下滑轨车架144上等间距的设置多个限位孔146。

如图11、图12所示，所述轴距锁止机构150用于可选择的锁定所述上滑体车架和下滑轨车架的位置完成轴距的约束，所述轴距锁止机构150包括：第二驱动电机151、主动齿轮152、从动齿轮153、限位销154和第二联轴器155，其中，所述第二驱动电机151固定在所述上滑体车架143上，所述第二驱动电机151的输出端通过第二联轴器151与所述主动齿轮152相连接，所述从动齿轮153与所述主动齿轮152相啮合，所述从动齿轮153能够相对于所述主动齿轮152进行纵向移动，从动齿轮153的齿轮厚度大于主动齿轮152，从动齿轮153距离上滑体车架143较近一侧的轴端设置有轴向距离大于上滑体车架143的螺纹通孔长度的外螺纹端；限位销154的一端与所述从动车轮153相连接，另一端设置在所述上滑体车架143内且可选择的插入所述限位孔146内。

在轴距锁止机构150工作过程中，第二驱动电机151驱动主动齿轮152带动从动齿轮153转动，实现外螺纹端旋入或旋出上滑体车架143的螺纹通孔，完成轴距的锁止和锁止解除。

所述横纵向间距可调式线控底盘还包括：电机控制器、4个转角传感器、4个轮距位移传感器、轴距位移传感器、4个轮速传感器、4个测距雷达、横摆角速度传感器、CAN总线和整车控制器(图中未示出)，其中，电机控制器与所述轮毂电机、转向电机和第一驱动电机161相连接，用于轮毂电机转速、转向电机转角、轮距锁止驱动电机转角的采集与控制；4个转角传感器分别一一对应的设置在所述4个轮毂电机车轮模块120上，用于检测各车轮的转角；4个轮距位移传感器分别一一对应的设置在所述轮距调节系统130上，用于检测轮距的变化量；轴距位移传感器设置在所述下滑轨车架144内，用于检测轴距的变化量；4个轮速传感器分别一一对应的设置在所述4个轮毂电机车轮模块120上，用于监测各车轮转速的变化量，进而反映车辆当前的纵向速度情况；4个测距雷达，其布设在车辆的四周，用于探测车辆与车辆四周的障碍物距离；横摆角速度传感器设置在车辆的质心，用于检测轴距轮距调节时及车辆转弯工况下的车辆横摆运动情况；CAN总线连接电机控制器、轮速传感器、转角传感器、轮距位移传感器、轴距位移传感器、测距雷达和横摆角速度传感器，所述CAN总线用于传输车轮转速信号、车轮转角信号、轮距调节信号、轴距调节信号和车身横摆角速度信号；整车控制器连接CAN总线，通过接收的轮速信号、车轮转角信号、轮距调节信号、轴距调节信号、周围环境信号和车身的横摆角速度信号，通过CAN总线将驱动车轮所用轮毂电机的控制指令发送给电机控制器，实现在轮距调节和轴距调节过程中驱动车轮所用轮毂电机的力矩分配与控制。

本发明设计开发的一种横纵向间距可调式线控底盘，通过驱动车轮的轮毂电机与轮距锁止装置驱动电机的协同工作实现了轮距的无级调节，通过轮毂电机与轴距锁止驱动电机的协同工作完成轴距的多级调节。

如图15所示，本发明还提供了一种横纵向间距可调式线控底盘的控制方法，使用所述的横纵向间距可调式线控底盘，包括如下步骤：

步骤一、采集各车轮的轮速信号、转角信号和周围环境信号；

步骤二、当S＜20kph且P_v＜0.5°时，车辆模式能够转换为轴距调节模式；

当S＝0kph且P_v＝90°时，车辆模式能够转换为轮距调节模式；

其中，S为车速，P_v为车轮转角，v＝1,2,3,4；

步骤三、当车辆为轴距调节模式时，根据周围环境信号判断障碍物的位置，将靠近障碍物的前端车轮或后端车轮作为制动车轮，另一端的车轮作为驱动车轮，同时调节所述前端车轮或者后端车轮的驱动力矩差值，防止车辆失稳；

若根据周围环境信号判断车辆周围没有障碍物且S≠0kph时，驱动车轮设定为后端车轮；

若根据周围环境信号判断车辆周围没有障碍物且S＝0kph时，驱动车轮设定为前端车轮或后端车轮；

当车辆为轮距调节模式时，根据周围环境信号判断障碍物的位置，将靠近障碍物的左侧车轮或后侧车轮作为制动车轮，另一侧的车轮作为驱动车轮；

若根据周围环境信号判断车辆周围没有障碍物时，驱动车轮设定为左侧车轮或右侧车轮；

其中，所述驱动车轮的轮心最高速度为20kph；

步骤四、当车辆的轴距调节完成后，轴距锁止机构启动；

当车辆的轮距调节完成后，轮距锁止机构启动。

其中，根据轮毂电机的电压平衡方程和分布式驱动线控底盘的动力学方程实现单个轮毂电机的电流、电压以及车轮转速的匹配；

所述轮毂电机的电压平衡方程为：

式中，U₁为轮毂电机的定子绕组第一线圈电压，U₂为轮毂电机的定子绕组第二线圈电压，U₃为轮毂电机的定子绕组第三线圈电压，i₁为轮毂电机的定子绕组第一线圈电流，i₂为轮毂电机的定子绕组第二线圈电流，i₃为轮毂电机的定子绕组第三线圈电流，e₁为轮毂电机的定子绕组第一线圈反电动势，e₂为轮毂电机的定子绕组第二线圈反电动势，e₃为轮毂电机的定子绕组第三线圈反电动势，L为轮毂电机绕组的电感，M为轮毂电机绕组的互感，R为轮毂电机绕组的阻值；

根据车辆动力学原理得出分布式驱动线控底盘的动力学方程如下：

式中，n_d为车轮转速，e_n为轮毂电机的定子绕组线圈反电动势，i_n为轮毂电机的定子绕组线圈电流，i＝1,2,3，J为轮毂电机转子的转动惯量，f为轮毂电机内摩擦系数，F_d为单个轮毂电机的制动力，r_d为车轮的有效滚动半径，f_R为滚动阻力系数，G为整车总质量，θ为车辆等效坡度角，a_w为车辆沿车轮滚动平面方向上的加速度，γ为等效旋转质量转动惯量；

考虑到轮距调节时轮毂电机转速较低，因此认为轮毂电机为纯滚动状态，根据机械设计原理中机构运动分析方法，进而得到车轮转速与第一驱动电机转速在协同工作时所满足的方程如下：

式中，r为车轮的有效滚动半径，t为轮距调节时间，a为剪叉式结构一个单元的横向距离，a为剪叉式结构一个单元的横向距离，l_x为剪叉式结构的单杆长度，ω_wt为第一驱动电机的角速度，i_bg为第一锥齿轮副角传动比，p为丝杠的导程；

针对轴距调节模式的原理和轴距锁止机构的特点，根据理论力学得出从动齿轮轴的升降速度与第二驱动电机的角速度间的关系如下：

式中，i_g为齿轮副传动比，q为螺纹锁止销的螺纹导程，ω_wb为第二驱动电机的角速度。

在整车横摆稳定控制方面，保证制动车轮足够的原地制动效能的基础上，尽可能调节制动车轮的地面制动力相等，然后通过调节驱动车轮的电压值、电流值，实现驱动车轮驱动力的调节，以弥补外界激励或因路面条件导致的车辆跑偏问题。

当所述车辆模式为轴距调节模式且S＝0kph时，左侧的驱动车轮纵向力与右侧的驱动车轮纵向力满足：

F_lx_l+F_rx_r＝M_f+M_b；

式中，F_l为左侧的驱动车轮纵向力，x_l为左侧的驱动车轮接地区域中心到车辆质心的横向距离，F_r为右侧的驱动车轮纵向力，x_r为右侧的驱动车轮接地区域中心到车辆质心的横向距离，M_f为外界激励对车辆产生的横摆力矩，M_b为制动跑偏产生的横摆力矩；

当所述车辆模式为轴距调节模式且S≠0kph时，所述左侧的驱动车轮纵向力与右侧的驱动车轮纵向力满足：

式中，F_li为各车桥左侧的车轮驱动力，F_ri为各车桥右侧的车轮驱动力，i＝1，2,3…n，n为车轴的个数；

当所述车辆模式为轮距调节模式时，前端的驱动车轮纵向力与后端的驱动车轮纵向力满足：

F_ffx_ff+F_rrx_rr＝M_f+M_b；

式中，F_ff为前端的驱动车轮纵向力，x_ff为前端的驱动车轮接地区域中心到车辆质心的横向距离，F_rr为后端的驱动车轮纵向力，x_rr为后端的驱动车轮接地区域中心到车辆质心的横向距离。

本发明设计开发的一种横纵向间距可调式线控底盘的控制方法，根据车辆的多种状态参数，利用轮毂电机线控底盘的欠约束系统的特性，使得车辆能够通过车轮驱动转矩和制动转矩的分配实现底盘在原地的轮距调节和轴距调节，或通过车辆纵向对称面或横向对称面两侧车轮的驱动力矩差值实现底盘在行车过程中的轮距调节和轴距调节，同时为轮距调节和轴距调节的解耦控制提供了条件，进行车辆横纵向轮廓尺寸的调整，最后在车辆进行轮距和轴距调节时，也能够通过差动驱动转矩进行车辆横摆率的优化，保障了车辆的操稳特性。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的实施例。

Claims (10)

1.一种横纵向间距可调式线控底盘，其特征在于，包括：

多个轮毂电机车轮模块，其分别一一对应的与车辆的轮胎相连接；以及

多个轮距调节系统，其一端分别一一对应的与所述轮毂电机车轮模块相连接；

后端固定车架，其设置在后端两个轮距调节系统的另一端之间；

下滑轨车架，其一端与所述后端固定车架相连接，所述下滑轨车架上等间距的设置多个限位孔；

前端固定车架，其设置在前端两个轮距调节系统的另一端之间；

上滑体车架，其一端与所述前端固定车架相连接，另一端可滑动的设置在所述下滑轨车架上；

轴距锁止机构，其固定在所述上滑体车架上，用于可选择的锁定所述上滑体车架和下滑轨车架的位置；

其中，所述轮距调节系统包括：

悬架端支架，其设置在所述轮毂电机车轮模块上；

剪叉式装置，其包括两个第一端、两个第二端、两个第三端和两个第四端，所述两个第一端对称铰接在所述悬架端支架上，所述两个第二端与所述两个第一端对称的铰接在所述前端固定车架或后端固定车架上，所述两个第三端可滑动的对称设置在所述悬架端支架上，所述两个第四端与所述两个第三端对称可滑动的设置在所述前端固定车架或后端固定车架上；

轮距锁止机构，其固定在所述前端固定车架或后端固定车架上，用于限制所述两个第四端的位置。

2.如权利要求1所述的横纵向间距可调式线控底盘，其特征在于，所述轮毂电机车轮模块包括轮毂电机、转向电机、转向传动机构、悬架系统和制动系统。

3.如权利要求2所述的横纵向间距可调式线控底盘，其特征在于，所述悬架系统为双横臂独立悬挂，所述制动系统为液压制动器。

4.如权利要求1所述的横纵向间距可调式线控底盘，其特征在于，所述轮距锁止机构包括：

第一驱动电机，其固定在所述前端固定车架或后端固定车架上；

第一锥齿轮，其与所述第一驱动电机的输出端相连接；

第二锥齿轮，其与所述第一锥齿轮相啮合；

丝杠，其与所述第二锥齿轮相连接；

锁止滑块，其可滑动的设置在所述丝杠上，且所述锁止滑块设置在所述两个第四端之间。

5.如权利要求4所述的横纵向间距可调式线控底盘，其特征在于，所述轴距锁止机构包括：

第二驱动电机，其固定在所述上滑体车架上；

主动齿轮轴，其与所述第二驱动电机的输出端相连接；

从动齿轮轴，其包括齿轮端和轴端；

其中，所述齿轮端与所述主动齿轮轴相啮合，所述从动齿轮轴能够相对于所述主动齿轮轴进行沿自身轴向方向的移动，所述轴端可选择的插入所述限位孔内。

6.如权利要求5所述的横纵向间距可调式线控底盘，其特征在于，还包括：

电机控制器，其与所述轮毂电机、转向电机和第一驱动电机相连接；

多个转角传感器，其分别一一对应的设置在所述多个轮毂电机车轮模块上；

多个轮距位移传感器，其分别一一对应的设置在所述轮距调节系统上；

轴距位移传感器，其设置在所述下滑轨车架内；

多个轮速传感器，其分别一一对应的设置在所述多个轮毂电机车轮模块上；

多个测距雷达，其布设在车辆的四周；

横摆角速度传感器，其设置在车辆的质心；

整车控制器，其与所述电机控制器、多个转角传感器、多个轮距位移传感器、轴距位移传感器、轮速传感器、多个测距雷达和横摆角速度传感器相连接，用于命令的下达和传输。

7.一种横纵向间距可调式线控底盘的控制方法，使用如权利要求1-6任意一项所述的横纵向间距可调式线控底盘，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一、采集各车轮的轮速信号、转角信号和周围环境信号；

步骤二、当S＜20kph且P_v＜0.5°时，车辆模式能够转换为轴距调节模式；

当S＝0kph且P_v＝90°时，车辆模式能够转换为轮距调节模式；

其中，S为车速，P_v为车轮转角，v＝1,2,3,4；

步骤三、当车辆为轴距调节模式时，根据周围环境信号判断障碍物的位置，将靠近障碍物的前端车轮或后端车轮作为制动车轮，另一端的车轮作为驱动车轮，同时调节所述前端车轮或者后端车轮的驱动力矩差值；

当车辆为轮距调节模式时，根据周围环境信号判断障碍物的位置，将靠近障碍物的左侧车轮或右侧车轮作为制动车轮，另一侧的车轮作为驱动车轮；

其中，所述驱动车轮的轮心最高速度为20kph；

步骤四、当车辆的轴距调节完成后，轴距锁止机构启动；

当车辆的轮距调节完成后，轮距锁止机构启动。

8.如权利要求7所述的横纵向间距可调式线控底盘的控制方法，其特征在于，当所述轮距锁止机构启动时，所述第一驱动电机的角速度与所述车轮转速满足：

式中，n_d为车轮转速，r为车轮的有效滚动半径，t为轮距调节时间，a为剪叉式结构一个单元的横向距离，l_x为剪叉式结构的单杆长度，ω_wt为第一驱动电机的角速度，i_bg为第一锥齿轮副角传动比，p为丝杠的导程。

9.如权利要求8所述的横纵向间距可调式线控底盘的控制方法，其特征在于，当所述轴距锁止机构启动时，所述从动齿轮轴的升降速度满足：

式中，i_g为齿轮副传动比，q为螺纹锁止销的螺纹导程，ω_wb为第二驱动电机的角速度。

10.如权利要求9所述的横纵向间距可调式线控底盘的控制方法，其特征在于，当所述车辆模式为轴距调节模式且S＝0kph时，左侧的驱动车轮纵向力与右侧的驱动车轮纵向力满足：

F_lx_l+F_rx_r＝M_f+M_b；

式中，F_l为左侧的驱动车轮纵向力，x_l为左侧的驱动车轮接地区域中心到车辆质心的横向距离，F_r为右侧的驱动车轮纵向力，x_r为右侧的驱动车轮接地区域中心到车辆质心的横向距离，M_f为外界激励对车辆产生的横摆力矩，M_b为制动跑偏产生的横摆力矩；

当所述车辆模式为轴距调节模式且S≠0kph时，所述左侧的驱动车轮纵向力与右侧的驱动车轮纵向力满足：

式中，F_li为各车桥左侧的车轮驱动力，F_ri为各车桥右侧的车轮驱动力，i＝1，2,3…n，n为车轴的个数；

当所述车辆模式为轮距调节模式时，前端的驱动车轮纵向力与后端的驱动车轮纵向力满足：

F_ffx_ff+F_rrx_rr＝M_f+M_b；

式中，F_ff为前端的驱动车轮纵向力，x_ff为前端的驱动车轮接地区域中心到车辆质心的横向距离，F_rr为后端的驱动车轮纵向力，x_rr为后端的驱动车轮接地区域中心到车辆质心的横向距离。

Images