一种载人月球车

1.一种载人月球车，包括车身底盘系统、驱动系统以及配装有丝网轮胎的外壳；其特征在于：所述驱动系统，为四个，均布在车身底盘系统的四周；所述的驱动系统包括驱动轴以及驱动电机，所述的驱动电机至少包括一个轮毂电机，每一个轮毂电机配备一个外壳；轮毂电机置于外壳内，包括内定子、外转子；内定子与驱动轴相嵌固定，外转子与外壳的内壁连接固定；
每一个驱动系统均与一个转向系统联动连接；
所述转向系统，包括转向轴，转向轴一端与驱动轴联动连接，另一端则通过减速器与转向电机的动力输出端固定；
每一个转向系统均通过一个悬架系统与车身底盘系统连接；
所述悬架系统，包括上悬架梁、下悬架梁、连接架，上悬架梁、下悬架梁、连接架以及车身底盘系统构成平行四杆结构，该平行四杆结构中：上悬架梁、下悬架梁相平行，且上悬架梁、下悬架梁的两端均分别与连接架、车身底盘系统对应铰接，同时上悬架梁、下悬架梁与车身底盘系统之间还连接有减振装置；
所述减速器、转向电机的安装座均固定在连接架上；
所述驱动电机包括两个轮毂电机：第一轮毂电机、第二轮毂电机，第一轮毂电机的内定子与驱动轴的一端相嵌固定，第二轮毂电机的内定子与驱动轴的另一端相嵌固定，第一轮毂电机、第二轮毂电机的外转子分别与一个外壳的内壁连接固定；
驾驶员根据路况或者需求，使得载人月球车处于以下8种工作模式中的任一工作模式：
平路行驶时，同时启动四个驱动系统，每一个驱动系统中，只有一个轮毂电机处于工作状态，另一个轮毂电机则处于自由转动状态；
上坡时，四个驱动系统同步驱动，每一个驱动系统中，两个轮毂电机均处于工作状态；
下坡时，四个驱动系统同步驱动，每一个驱动系统中，一个轮毂电机处于工作状态，为驱动电机，另一个驱动电机用来回收下坡能量；
处于制动模式时，驱动电机停止驱动转变为制动电机进行制动，回收月球车行驶中的动能；
处于360度转向模式时，在驱动系统工作的同时，控制转向电机同步工作，完成静止状态下的原地360度转向；
处于差速转向模式时，转向电机控制转向轴的转角一致，通过控制驱动轮的转速，完成差速转向；这种模式就是先控制转向电机，使四组双轮的前进方向一致，然后控制驱动轮转速，使左右两边车轮转速不一致，完成转向；
转向故障模式：若其中一个转向电机出现故障，启动转向电机故障下的差速转向模式，即控制其他转向电机，按照故障车轮方向控制余下的各车轮方向，行进间转向通过差速转向完成，即可继续工作；
驱动故障模式：若某一驱动系统的其中一个轮毂电机出现故障，启动隔离模式，切断该故障轮毂电机的电路，使其可自由转动，同组另一同轴轮毂电机代替其继续工作。
2.根据权利要求1所述载人月球车，其特征在于：所述车身底盘系统为方形桁架结构。
3.根据权利要求1所述载人月球车，其特征在于：所述减振装置为电磁减振器。

一种载人月球车\n技术领域\n[0001] 本发明涉及一种载人月球车。\n背景技术\n[0002] 21世纪月球探测的特点是建立月球基地、开发和利用月球资源，这些活动离不开人的参与。载人月球车作为载人登月工程实施所配套的部分，其可以扩大航天员月面活动范围，搭载航天员和月面试验设备进行远距离月面勘探、试验，并具有对登月服提供电能补给和月面试验支持功能。目前，实施月球探测计划的国家和组织都在根据自己的月球探测计划，研制各种月球车，并将其作为各自国家空间发展战略的一个不可或缺的内容。随着各国探月计划的深入，载人月球车的研究和开发、进展快慢、其功能的完善程度与性能的好坏，将直接关系到整个月球探测及行星探测的进程。\n[0003] 然而，由于受到月表本身特殊的物理特性及月面环境等因素的影响，对载人月球车的设计提出了较为苛刻的技术要求。一方面，载人月球车的研制要考虑材料、工艺、控制、车载传感器、遥控、遥感、制导等多方面的技术；另一方面，由于月球车要在高温差、高辐射、地形多变的环境下工作，需要其具有较高的车速、较大的爬坡度及承载能力、较好的平顺性、可靠的制动性能、良好的月面适应性及较强的越野能力，以适应月表环境和条件。因此对月球车的各项技术要求非常高，尤其是对月球表面工作环境的适应性和月球车工作的可靠性。基于上述原因，到目前为止，只有美国实现了载人月球车研制（“阿波罗”系列载人月球车），并成功进行了飞行试验，而其他国家只是局限于概念车的研制阶段。各概念设计结构各异、尺寸不一、性能不同，但大多集中于某个特定研究领域，设计存在特殊化和多样化的特点，设计过程缺少继承性; 同时设计过程中很多自觉和经验方法的引入可能导致设计的不科学、构型性能下降等问题，缺乏一个全面、层次化的系统总体研究。\n发明内容\n[0004] 本发明针对现有技术的不足，提供一种载人月球车，该月球车具有更强的适应恶劣路面条件的行驶能力，可适应月球表面特殊路况、特殊环境的要求。\n[0005] 为实现以上的技术目的，本发明将采取以下的技术方案：\n[0006] 一种载人月球车，包括车身底盘系统、驱动系统以及配装有丝网轮胎的外壳；所述驱动系统，为四个，均布在车身底盘系统的四周；所述的驱动系统包括驱动轴以及驱动电机，所述的驱动电机至少包括一个轮毂电机，每一个轮毂电机配备一个外壳；轮毂电机置于外壳内，包括内定子、外转子；内定子与驱动轴相嵌固定，外转子与外壳的内壁连接固定；每一个驱动系统均与一个转向系统联动连接；所述转向系统，包括转向轴，转向轴一端与驱动轴联动连接，另一端则通过减速器与转向电机的动力输出端固定；每一个转向系统均通过一个悬架系统与车身底盘系统连接；所述悬架系统，包括上悬架梁、下悬架梁、连接架，上悬架梁、下悬架梁、连接架以及车身底盘系统构成平行四杆结构，该平行四杆结构中：上悬架梁、下悬架梁相平行，且上悬架梁、下悬架梁的两端均分别与连接架、车身底盘系统对应铰接，同时上悬架梁、下悬架梁与车身底盘系统之间还连接有减振装置；所述减速器、转向电机的安装座均固定在连接架上。\n[0007] 所述驱动电机包括两个轮毂电机：第一轮毂电机、第二轮毂电机，第一轮毂电机的内定子与驱动轴的一端相嵌固定，第二轮毂电机的内定子与驱动轴的另一端相嵌固定，第一轮毂电机、第二轮毂电机的外转子分别与一个外壳的内壁连接固定。\n[0008] 所述车身底盘系统为方形桁架结构。\n[0009] 所述减振装置为电磁减振器。\n[0010] 根据以上的技术方案，相对于现有技术，本发明具有以下的优点：\n[0011] 本发明在对已有的载人月球车方案（主要为美国“阿波罗”系列） 的研制情况进行深入调研分析的基础上，结合国、内外车辆车身、悬架、驱动、转向等领域的先进技术，提出载人月球车的创新性总体设计方案及其控制方式，力图提高月球车的适应性和稳定性，为载人月球车的开发设计提供理论基础及技术支持。该新型月球车具有更强的适应恶劣路面条件的行驶能力，可适应月球表面特殊路况、特殊环境的要求。驱动系统一方面省去了传统动力机及其附属动力传输装置，避免月球特殊环境下燃油变性的复杂机制，另一方面节省空间为在载人月球车上安装大量其他设备仪器提供可能；转向系统可完成360度转向功能，增加了月球车在复杂表面的灵活性与对月球复杂表面的适应性；悬架则和减震器配合，增强了对月球表面恶劣的工作环境的适应性，在质量轻的同时可减少车身受到的冲击，并提高车轮的地面附着力。车身底盘在保证一定载荷的作用下的结构强度以及稳定性的前提下，最大限度的减轻了车身重量，增加了车身空间，确保能降低火箭发射及运输的的要求，及满足月球车上操作系统，控制系统和宇航员等的空间需求。\n附图说明\n[0012] 图1是本发明所述载人月球车的总体结构组成示意图；\n[0013] 图2是图1的俯视图；\n[0014] 图3是图1中驱动部分的局部放大图；\n[0015] 图4是图1中转向系统截面图；\n[0016] 图5是图1中驱动系统截面图；\n[0017] 图中编号名称：1.车身底盘系统；2.悬架系统；3.转向系统；4.驱动系统；5.电磁减震器；6.铰接；7.上悬架梁；8.连接架；9.转向电机；10.减速器；11.转向轴；12.驱动轴；13.轮毂电机；14.外壳；15.丝网轮胎；16.下悬架梁；17.底盘；18.车身桁架；19.固定件。\n具体实施方式\n[0018] 附图非限制性地公开了本发明所涉及优选实施例的结构示意图；以下将结合附图详细地说明本发明的技术方案。\n[0019] 本发明所述的载人月球车，如图1、图2所示，包括车身底盘系统、悬架系统、驱动系统以及转向系统；其中：\n[0020] 所述车身底盘系统，如图1-3所示，为桁架结构，呈方形设置；\n[0021] 所述悬架系统，如图1-3所示，为四个，各悬架系统分别安装在方形桁架结构的边角部位，该悬架系统包括上悬架梁、下悬架梁、连接架，上悬架梁、下悬架梁、连接架以及方形桁架结构构成平行四杆结构，该平行四杆结构中：上悬架梁、下悬架梁相平行，且上悬架梁、下悬架梁的两端均分别与连接架、方形桁架结构对应铰接，同时上悬架梁、下悬架梁与方形桁架结构的铰接端皆延伸后通过减振装置与方形桁架结构连接；本方案中，所述减振装置为电磁减振器；即：所述上悬架梁/下悬架梁的一端通过铰链与连接架铰接，另一端通过减振装置与方形桁架结构连接，且上悬架梁/下悬架梁的两端之间的梁体通过铰链与方形桁架结构铰接；\n[0022] 所述驱动系统，如图1、3、5所示，为四个，分布在方形桁架结构的边角部位；所述的驱动系统包括驱动轴、第一轮毂电机、第二轮毂电机，第一轮毂电机、第二轮毂电机结构、参数均一致，包括内定子、外转子，第一轮毂电机的内定子与驱动轴的一端相嵌固定，第二轮毂电机的内定子与驱动轴的另一端相嵌固定，第一轮毂电机、第二轮毂电机的外转子分别与一个外壳的内壁连接，从而把外转子与内定子的相对转动转为丝网轮胎与轴的相对转动，并通过固定件，比如螺钉等锁紧；所述外壳配装有丝网轮胎；\n[0023] 所述转向系统，如图1、3、4所示，为四个，分布在方形桁架结构的边角部位；所述的转向系统包括转向轴，转向轴一端与驱动轴联动连接，另一端则通过减速器与转向电机的动力输出端固定；所述减速器、转向电机的安装座均固定在连接架上。\n[0024] 使用时，驾驶员根据路况或者需要可以采用以下8种工作模式：\n[0025] 平路行驶时，同时启动四个驱动系统，每一个驱动系统中，只有一个轮毂电机处于工作状态，另一个轮毂电机则处于自由转动状态；\n[0026] 上坡时，需要更大的动力驱动，四个驱动系统同步驱动，每一个驱动系统中，两个轮毂电机均处于工作状态，以提供足够的动力；\n[0027] 下坡时，四个驱动系统同步驱动，每一个驱动系统中，一个轮毂电机处于工作状态，为驱动电机，另一个驱动电机用来回收下坡能量；\n[0028] 处于制动模式时，驱动电机停止驱动转变为制动电机进行制动，回收车辆行驶中的动能；\n[0029] 处于360度转向模式时，在驱动系统工作的同时，控制转向电机同步工作，完成静止状态下的原地360度转向；\n[0030] 处于差速转向模式时，转向电机控制转向轴的转角一致，通过控制驱动轮的转速，完成差速转向；这种模式就是先控制转向电机，使四组双轮的前进方向一致，然后控制驱动轮转速，使左右（相对于车轮前进方向）两边车轮转速不一致，完成转向。如果本来四组车轮的前进方向就一致，就不需要转动转向电机；\n[0031] 转向故障模式：若其中一个转向电机出现故障，启动转向电机故障下的差速转向模式，即控制其他转向电机，按照故障车轮方向控制余下的各车轮方向，行进间转向通过差速转向完成，即可继续工作；\n[0032] 驱动故障模式：若某一驱动系统的其中一个轮毂电机出现故障，启动隔离模式，切断该故障轮毂电机的电路，使其可自由转动，同组另一同轴轮毂电机代替其继续工作。\n[0033] 综上所述，可知本发明的优点如下：\n[0034] （1）针对驱动系统，本发明包含四组轮毂电机的独立驱动组装置，每组独立驱动装置包括两个同轴轮毂电机，无减速机构，轮毂电机外壳直接与丝网轮胎相嵌固定，轮毂电机包括外转子和内定子，其中外转子与轮毂电机外壳相嵌固定，内定子与驱动轴相嵌固定，从而把外转子与内定子的相对转动转为丝网轮胎与轴的相对转动；因此，本发明采用轮毂电机独立驱动月球车，相比传统设计减少了传动轴、差速器乃至分动器等动力传输装置，简化月球车的底盘机构，有效降低了其重量；\n[0035] （2）针对转向系统：本发明包含四套差速转向电机，分别位于驱动轮上方，通过控制转向电机的转矩实现转向功能，利用转向电机与减速机构控制转向轴的旋转来带动车轮转向实现360度自由转向，保证月球车可向任意方向行驶，可完成紧急掉头、灵活转向等避障功能，有效提高紧急情况下转向的灵活性和车体对月球表面复杂路况的适应性；另外控制驱动系统中的轮毂驱动电机转速也能实现差速转向功能；\n[0036] （3）针对悬架系统：本发明上、下悬架梁、转向驱动装置和车身桁架构成平行四边形结构，平行四边形结构四角采用铰接连接，在电磁减震器配合下维持车身姿态稳定。此结构具有以下优点：可适应月球表面恶劣的工作环境，结构简单，地面适应性强，稳定性高； 电磁减震器根据路况自动调整阻尼，以减少车身晃动和倾斜，提高月球车的平稳性；紧急制动时，瞬时产生的震动能量可通过电磁场的能量的转化迅速消耗掉，提高制动效率；\n[0037] （4）针对车身底盘系统：底盘结构采用底盘与桁架相结合的结构，车身底盘系统采用正方形布局，车轮位于正方形底盘的四角，桁架分布于底盘之上，用来连接悬架。其优点在于：可配合360度转向系统的有效工作；桁架之间可布置各种设备，最大化利用月球车车身空间，满足月球车上操控系统相关设备的布置和宇航员的空间需求；结构简单、高轻量化，在保证强度的前提下有效减了轻车身重量。\n[0038] 因此，本发明所述月球车具有更强的适应不同路面条件的行驶能力，包括一般路面、上坡路面、下坡路面；原地360度转向与差速转向相结合，月球车具有更充足的转向空间、更强的避障能力，提高了月球车转向灵活性；轮毂电机在不同模式下，可在驱动、自由转动、回收能量三种模式之间转换，提高了月球车行驶的经济性，效率更高；对于轮毂电机和转向电机的故障，均有对应的工作模式，提高了月球车工作的可靠性。