(12)发明专利申请
(10)申请公布号 CN 109017994 A(43)申请公布日 2018.12.18
(21)申请号 201810693795.7(22)申请日 2018.06.29
(71)申请人 北京中云智车科技有限公司
地址 102208 北京市昌平区回龙观镇回龙
观东大街338号创客广场A1-06-190(72)发明人 关超文 马宁 赵越 (74)专利代理机构 北京理工大学专利中心
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代理人 仇蕾安 杨志兵(51)Int.Cl.
B62D 21/00(2006.01)B60K 1/02(2006.01)B62D 5/04(2006.01)B60G 3/06(2006.01)B60G 13/00(2006.01)
权利要求书2页 说明书4页 附图4页
(54)发明名称
一种无人车通用化线控底盘
(57)摘要
本发明提供一种无人车通用化线控底盘，其驱动、制动、转向全部采用线控，底盘机械电控一体化封装，即插即用，具有通用化，平台化的特点。包括：车架，安装在车架上的驱动系统、转向系统和电路系统，外包在车架上的车身，以及通过悬架系统与车身相连的车轮；由伺服电机向作为驱动轮的车轮提供驱动力矩和制动力矩，并通过其内部的抱闸实现驻车制动；转向系统由电机为作为转向轮的车轮提供转向力矩；电路系统包括电源和整车控制器；电源为整车控制器以及驱动系统和转向系统中的电机供电；整车控制器用于接收上位机的驱动指令、制动指令和转向指令。
CN 109017994 ACN 109017994 A
权 利 要 求 书
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1.一种无人车通用化线控底盘，其特征在于，包括：车架，安装在所述车架上的驱动系统(1)、转向系统(3)和电路系统(4)，外包在所述车架上的车身，以及通过悬架系统(2)与所述车身相连的车轮；
所述驱动系统(1)为伺服电机驱动系统，由伺服电机向作为驱动轮的车轮提供驱动力矩和制动力矩，并通过其内部的抱闸实现驻车制动；
所述转向系统(3)为电机转向系统，由电机向作为转向轮的车轮提供转向力矩；所述电路系统(4)包括电源和整车控制器；所述电源为所述整车控制器以及驱动系统(1)和转向系统(3)中的电机供电；所述整车控制器用于接收上位机的指令，所述指令包括驱动指令、制动指令和转向指令，当接收到驱动指令或制动指令后，控制所述驱动系统(1)中的伺服电机输出驱动力矩或制动力矩；当接收到转向指令后，控制所述转向系统(3)中的伺服电机输出转向力矩。
2.如权利要求1所述的无人车通用化线控底盘，其特征在于，还包括上装接口系统(6)，所述上装接口系统(6)包括设置在所述车身上用于为外部设备提供信号流接口的通信接口(53)和用于对外供电的供电接口(52)，所述电路系统中的电源直接连接至所述供电接口(52)或通过直流变压器连接至所述供电接口(52)。
3.如权利要求2所述的无人车通用化线控底盘，其特征在于，所述上装接口系统(6)中还包括设置在所述车身上为所述电路系统(4)中的电源充电的充电接口(54)。
4.如权利要求1所述的无人车通用化线控底盘，其特征在于，所述驱动轮为两个后车轮，每个后车轮对应一套驱动系统(1)，形成后轮驱动系统，所述整车控制器接收到驱动指令或制动指令后，分别或同时控制两套驱动系统中的驱动电机输出驱动力矩或制动力矩。
5.如权利要求1所述的无人车通用化线控底盘，其特征在于，四个车轮均作为驱动轮，每个车轮对应一套驱动系统(1)，形成四轮驱动系统。
6.如权利要求4或5所述的无人车通用化线控底盘，其特征在于，所述驱动系统(1)包括驱动电机(11)和驱动传动机构，驱动电机(11)为伺服电机；
驱动传动机构包括：惰轮传动箱(12)、减速器(14)和万向传动总成；所述万向传动总成包括万向节(15)和半轴(16)；所述惰轮传动箱(12)内设置相互啮合的齿轮A与齿轮B,所述驱动电机(11)的输出轴与齿轮A同轴相连，所述减速器(14)的输入轴与齿轮B同轴相连，所述驱动电机(11)和减速器(14)均固接在所述惰轮传动箱(12)上；所述减速器(14)的输出轴通过转接轴(17)与万向节(15)相连，所述万向节(15)通过半轴(16)和作为驱动轮的车轮相连以传递扭矩。
7.如权利要求1所述的无人车通用化线控底盘，其特征在于，所述转向轮为两个前车轮，两个前车轮由一套转向系统提供转向力矩。
8.如权利要求1所述的无人车通用化线控底盘，其特征在于，四个车轮均作为转向轮，其中两个前车轮由一套转向系统提供转向力矩，两个后车轮由一套转向系统提供转向力矩。
9.如权利要求7或8所述的无人车通用化线控底盘，其特征在于，所述转向系统(3)包括转向电机(31)和转向传动机构；
所述转向传动机构包括：减速机(32)、转向机(34)和转向拉杆(35)；所述转向机(34)为齿轮齿条传动机构；所述转向电机(31)通过所述减速机(32)与转接轴(33)的相连，转接轴
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权 利 要 求 书
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(33)的另一端与转向机(34)中的齿轮同轴固接，转向机(34)中齿条的两端各连接一根转向拉杆(35)，两根所述转向拉杆(35)的另一端分别和两个同轴的转向轮的转向立柱(10)相连，所述转向拉杆(35)的轴向与转向轮的轴向平行。
10.如权利要求1、2或3所述的无人车通用化线控底盘，其特征在于，所述悬架系统(2)包括：两根横臂、避震器(22)、推杆(24)和换向块(23)；所述换向块(23)上设置有三个呈三角形分布的连接点，分别令为连接点A、连接点B和连接点C；两根所述横臂的一端分别和与之对应的车轮的转向立柱(10)相连，其中一根横臂的另一端与换向块(23)上的连接点C销接，换向块(23)能够绕该连接点处的销轴转动；另一根横臂上固接有推杆耳片(25)，所述推杆(24)的一端与推杆耳片(25)固接，另一端与换向块(23)上的连接点B固接；所述避震器(22)的一端与换向块(23)上的连接点A销接，另一端与车架固接。
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说 明 书
一种无人车通用化线控底盘
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技术领域
[0001]本发明涉及一种汽车底盘，具体涉及一种无人驾驶车辆通用底盘，属于车辆底盘设计领域。
背景技术
[0002]目前，人工成本不断上升，市场上对于各类小型无人车的需求日渐增强，在厂区、住宅区、校园等多种固定场景下的商用无人车辆的落地项目越来越多。然而，目前此类无人车企业却只能选择传统轮式机器人作为其运载底盘。这类底盘往往没有针对上述场景进行通用性设计，平顺性、机动性都难以达到车辆的标准，也不具备足够的续驶里程，难以满足小型无人车的需要。
[0003]而现在市场上常见的保安车，扫地车等产品又多针对有人驾驶的情况进行设计，除驱动系统外，转向、悬架等系统完全为机械连接，难以进行线控化改造，无法直接为无人车辆的感知系统供电，也无法收取决策系统发出的指令。[0004]因此，针对特定场景下使用的小型商用无人车辆使用的线控化底盘对于目前的无人车市场来说具有相当的意义。
发明内容
[0005]有鉴于此，本发明提供一种无人车通用化线控底盘，其驱动、制动、转向全部采用线控，底盘机械电控一体化封装，即插即用，具有通用化，平台化的特点。[0006]所述的无人车通用化线控底盘包括：车架，安装在所述车架上的驱动系统、转向系统和电路系统，外包在所述车架上的车身，以及通过悬架系统与所述车身相连的车轮；[0007]所述驱动系统为伺服电机驱动系统，由伺服电机向作为驱动轮的车轮提供驱动力矩和制动力矩，并通过其内部的抱闸实现驻车制动；[0008]所述转向系统为电机转向系统，由电机相作为转向轮的车轮提供转向力矩；[0009]所述电路系统包括电源和整车控制器；所述电源为所述整车控制器以及驱动系统和转向系统中的电机供电；所述整车控制器用于接收上位机的指令，所述指令包括驱动指令、制动指令和转向指令，当接收到驱动指令或制动指令后，控制所述驱动系统中的伺服电机输出驱动力矩或制动力矩；当接收到转向指令后，控制所述转向系统中的伺服电机输出转向力矩。
[0010]还包括上装接口系统，所述上装接口系统包括设置在所述车身上用于为外部设备提供信号流接口的通信接口和用于对外供电的供电接口，所述电路系统中的电源直接连接至所述供电接口或通过直流变压器连接至所述供电接口。
[0011]所述上装接口系统中还包括设置在所述车身上为所述电路系统中的电源充电的充电接口。
[0012]所述驱动轮为两个后车轮，每个后车轮对应一套驱动系统，形成后轮驱动系统，所述整车控制器接收到驱动指令或制动指令后，分别或同时控制两套驱动系统中的驱动电机
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说 明 书
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输出驱动力矩或制动力矩。
[0013]四个车轮均作为驱动轮，每个车轮对应一套驱动系统，形成四轮驱动系统。[0014]所述驱动系统包括驱动电机和驱动传动机构，驱动电机为伺服电机；[0015]驱动传动机构包括：惰轮传动箱、减速器和万向传动总成；所述万向传动总成包括万向节和半轴；所述惰轮传动箱内设置相互啮合的齿轮A与齿轮B,所述驱动电机的输出轴与齿轮A同轴相连，所述减速器的输入轴与齿轮B同轴相连，所述驱动电机和减速器均固接在所述惰轮传动箱上；所述减速器的输出轴通过转接轴与万向节相连，所述万向节通过半轴和作为驱动轮的车轮相连以传递扭矩。[0016]有益效果[0017](1)本发明的底盘驱动系统和转向系统均由电机驱动，进而通过控制线路进行控制，能够直接收取决策系统发出的指令，便于上位机进行直接控制。[0018](2)该底盘具有通用化，平台化的特点，可在其上加装各类机械装置用于清扫，运输等各类用途。整个底盘完全封装，其上部完全空白，可安装各类传感器与机械装置，可用于各类商用车辆的使用，包括快递，清扫，检查等。[0019](3)在该底盘上集成具有电源的电路系统，能够直接为无人车辆的感知系统(如雷达、摄像头等各类识别设备以及工控机)供电。[0020](4)本发明中每个电机的转矩和旋转方向都独立可控，在正常行驶状态下，各电机保持扭矩方向一致，可前进或后退。在转弯过程中，通过对转向电机扭矩的协调，进行整车横摆力矩的控制，提升车辆的操纵稳定性。[0021](5)为保证平台的运动平顺性以及操纵稳定性，本发明采用双横臂式悬架系统，车轮通过悬架系统与车身相连，并保证车轮运动过程中的参数稳定。[0022](6)驱动系统中的电机采用伺服电机，使其同时具备有驱动与制动功能。[0023](7)悬架系统中装有换向装置，使避震器能够整个放入车身内部，使得整个车身外形更加简洁。
附图说明
[0024]图1和图2为该通用底盘的整车布置图；[0025]图3为整车电路简图；
[0026]图4为驱动系统结构示意图；[0027]图5为转向系统结构示意图；
[0028]图6为实施例2中悬架系统结构示意图；[0029]图7为上装接口系统结构示意图。[0030]其中：1-驱动系统、2-悬架系统、3-转向系统、4-电路系统、5-上装接口系统、6-车身车架系统、7-车轮、9-轮毂、10-转向立柱、11-驱动电机、12-惰轮传动箱、14-减速器、15-万向节、16-半轴、21-横臂、22-避震器、23-换向块、24-推杆、25-推杆耳片、31-转向电机、32-减速机、33-转接轴、34-转向机、35-转向拉杆、36-杆端轴承、37-转向连接耳片、51-急停开关、52-供电接口、53-信号接口、54-充电接口、55-开关。具体实施方式
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说 明 书
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下面结合附图对本发明的优选实施方式做详细说明。
[0032]实施例1：
[0033]本实施例提供一种无人车通用化线控底盘，具有完整的悬架、制动、转向系统，且全部采用线控，具有通用化、平台化的特点。[0034]如图1和图2所示，该通用底盘包括：车身车架系统6、电路系统4、转向系统3、四个车轮、上装接口系统6、四个悬架系统2和两个驱动系统1。其中车身车架系统6包括封闭车身和方管焊接而成的车架，车身采用非承载式车身，使用方管焊接成的车架作为整体支撑。车身上表面完全平整，最大程度的留出空间用于其他用途的改造，包括不同传感器的安装、货运或者其他装备的安装。驱动系统、转向系统和电路系统均固定安装在车架上，车轮通过悬架系统与车身连接，车身外包在车架上，将车架封闭，保证其内部电路系统防水。[0035]该通用底盘采用后驱动的布置形式，即两个驱动系统1布置在车后部，分别通过半轴与两个后车轮相连；转向系统3布置在车前部，通过转向拉杆与两个前车轮相连；上装接口系统置于整车最前端，提供通信接口及供电接口；悬架系统2位于车身两侧，用于连接车身与车轮。电路系统主要布置在车中部，电池箱位于整车中心，整车控制器与电机控制器布置在电池箱两侧。[0036]如图3所示，驱动系统为轮边电机独立驱动系统，该底盘采用后驱动，即两个驱动系统分别驱动两个后轮，具体为，每个驱动系统包括：驱动电机11、惰轮传动箱12、减速器14和万向传动总成。万向传动总成包括万向节15和半轴16。其中驱动电机11为伺服电机，惰轮传动箱12内设置相互啮合的齿轮A与齿轮B,驱动电机11的输出轴与齿轮A同轴相连，减速器14的输入轴与齿轮B同轴相连，驱动电机11和减速器14均通过螺栓连接在惰轮传动箱12上；通过驱动电机11和减速器14在惰轮传动箱12上的装配位置保证齿轮A与齿轮B的啮合关系。由此通过惰轮传动箱12缩小驱动电机11与减速器14装配体单方向长度，使其能够适应狭小空间内的安装。减速器14的输出轴通过转接轴17与万向节15相连。万向节15内装有三指销，三指销通过卡簧与半轴16相连，半轴16和与之对应的后车轮轮毂9上的球笼式万向节通过花键传递扭矩。由此驱动电机11通过、惰轮传动箱12、减速器14和万向传动总成带动其对应的后车轮转动；由于驱动电机11采用伺服电机，可同时输出驱动力距和制动力矩，同时，其内部装有抱闸，可用于驻车制动。[0037]如图4所示，转向系统3为阿克曼转向系统，包括：转向电机31、减速机32、转向机34和转向拉杆35。其中转向电机31为伺服电机，转向电机31的输出轴通过自身上的螺栓孔与减速机32的输入轴螺纹连接，减速机32的输出轴与转接轴33的一端通过平键连接，转接轴33的另一端与转向机34通过花键连接。转向机34内部为齿轮齿条机构，转接轴33与齿轮齿条机构的齿轮连接，齿轮齿条机构的齿条的两端各连接一根转向拉杆35，由此转接轴33在转动时带动齿轮齿条运动，推动转向拉杆35进行直线运动。其中转向拉杆35的轴向与后车轮的轴向平行，两根转向拉杆35的另一端分别连接两个前车轮，具体为：转向拉杆35通过杆端轴承36与转向连接耳片37相连，转向连接耳片37通过螺栓与前车轮的转向立柱10相连，由此转向系统3的转向通过转向电机31来控制，转向电机31通过减速机32带动转向机34中的齿轮旋转，齿轮带动齿条水平移动，齿条推动转向拉杆，从而带动前车轮转向。[0038]为保证底盘的运动平顺性以及操纵稳定性，悬架系统2采用双横臂式悬架系统，每个车轮对应一个悬架系统2，即每个车轮通过与之对应的双横臂式悬架系统与非承载式车
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身相连，并保证车轮运动过程中的参数稳定。[0039]电路系统包括:整车控制器、高压电池组、直流变压器(DCDC)和三个电机控制器。三个电机控制器分别与转向电机31和两个驱动电机11一一对应。整车控制器从上位机(遥控器、工控机等)获得指令后，分别或同时向两个驱动电机11发布转矩指令，从而驱动或制动车轮；向转向电机31发布位置信号，控制转向电机，以带动底盘转向。高压电池组设置在电池箱内，高压电池组同时向两个驱动电机供电，并在电路连通时通过DCDC向转向电机31供电。高压电池组的通断通过低压电池供电控制的继电器实现。[0040]如图7所示，上装接口系统包括：供电接口52、通信接口53以及充电接口54。车辆底盘整体封装后，在底盘正前方留有急停开关51、供电接口52、通信接口53、充电接口54和开关55。供电接口52可提供5-24V，10-25A的直流供电输出。通信接口53可提供三路CAN通信及两路RS232通信，充电接口54为高压电池组的充电借口。各接口防水且即插即用，为上装感知系统的雷达、摄像头以及规划系统的工控机等用电元器件保留供电接口以及信号流接口，并可以进行整车快速充电功能。以上接口全部安装在钢板上，钢板焊接在车架上。[0041]实施例2：
[0042]在上述实施例1的基础上，为节约轮边空间，为车体设计与造型提供便利，采用如图6所示的悬架系统2，在传统双横臂式悬架系统上增加换向块23，具体为：本实施例中的悬架系统包括：两根横臂21、避震器22、推杆24和换向块23。换向块23为三角形结构，其三个顶点处各设置一个连接点(分别令为连接点A、连接点B和连接点C)；横臂21的两端均装有杆端轴承，两根横臂21的一端分别通过螺栓与转向立柱10相连，其中一根横臂21的另一端与换向块23上的连接点C销接，换向块23能够绕该连接点处的销轴转动；另一根横臂21上焊接有推杆耳片25，推杆24的一端与推杆耳片25通过螺栓连接，另一端与换向块23上的连接点B通过螺栓相连，避震器22的一端与换向块23上的连接点A销接，另一端与车架固接。在车轮上下跳动时，横臂21的摆动推动推杆24，推杆24推动换向块23绕连接点C处的销轴转动并推动避震器22轴向运动，避震器22提供给悬架系统刚度与阻尼。[0043]实施例3：
[0044]在上述实施例1或2的基础上，增加两个驱动系统，分别驱动两个前车轮，形成四轮驱动系统，由此电路系统中增加两个电机控制器，分别用于控制所增加的两个驱动系统中的伺服电机。
[0045]综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
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