本申請(qǐng)主張2014年3月11日以洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院(Polytechnique Fédérale de Lausanne(EPFL))的名義提交的在先歐洲申請(qǐng)No.EP14158788.1的優(yōu)先權(quán)，通過引用將該在先申請(qǐng)的整個(gè)內(nèi)容并入本申請(qǐng)中。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明的主題屬于用于起伏地形的車輛的領(lǐng)域，打算將所述車輛用于特別地在其中機(jī)動(dòng)性被認(rèn)為難以達(dá)到的特定環(huán)境(例如自然或工業(yè)災(zāi)難區(qū)域或甚至在其他星球上)中。

根據(jù)車輛的大小及車載的技術(shù)手段，這樣的車輛可以是遠(yuǎn)程控制的或自主的或被用戶駕駛的。這樣的車輛也可以以玩具的形式提出。

背景技術(shù)：

在現(xiàn)有技術(shù)中已知類似的車輛，例如機(jī)器人。

例如，PCT申請(qǐng)WO 01/53145公開了一種用于起伏地形的車輛。該車輛包括六個(gè)輪子和底盤。

更具體地，已知車輛包括底盤和后部支承，其中底盤基板由呈菱形形狀的平臺(tái)構(gòu)成。移動(dòng)(locomotion)設(shè)備是滾動(dòng)型的。其包括具有輪子的前部滾動(dòng)機(jī)組、具有在右手側(cè)串聯(lián)的兩個(gè)輪子及在左手側(cè)串聯(lián)的兩個(gè)輪子的中部機(jī)組和具有連接到支承的輪子的后部機(jī)組。每個(gè)輪子都提供有電動(dòng)機(jī)。至少對(duì)于前部和后部輪子，輪子和底盤之間的連接包括旋轉(zhuǎn)引導(dǎo)單元，其允許輪子繞垂直于其自己的驅(qū)動(dòng)軸的軸旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)向電動(dòng)機(jī)控制該旋轉(zhuǎn)。中部機(jī)組的滾動(dòng)電動(dòng)機(jī)的差速控制以及前部和后部機(jī)組的轉(zhuǎn)向電動(dòng)機(jī)的差速控制允許車輛被轉(zhuǎn)向并且特別地允許其在具有極小摩擦力的點(diǎn)上轉(zhuǎn)動(dòng)。電動(dòng)機(jī)的控制單元集中在中央控制元件中。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是改進(jìn)已知系統(tǒng)并提供與當(dāng)前已知的車輛相比更簡(jiǎn)單且更有效的車輛。

根據(jù)實(shí)施例，本發(fā)明涉及具有高通過能力的車輛，包括至少四個(gè)輪子和基座。輪子通過剛性裝置成對(duì)地固定到基座并且每對(duì)輪子形成轉(zhuǎn)向架(bogie)，轉(zhuǎn)向架以旋轉(zhuǎn)方式被鉸接到基座以使得輪子的軌跡的樞軸位置不物理上存在，并且樞軸位置位于在轉(zhuǎn)向架水平時(shí)輪子的旋轉(zhuǎn)軸下面；一個(gè)轉(zhuǎn)向架的旋轉(zhuǎn)以下述方式通過傳動(dòng)裝置被傳動(dòng)到另一轉(zhuǎn)向架：轉(zhuǎn)向架中的每一個(gè)相對(duì)于基座的傾斜形成具有相同值但相反的角。

例如，將輪子固定到基座的剛性裝置可以是桿。

根據(jù)車輛的實(shí)施例，傳動(dòng)裝置包括差速器。

根據(jù)實(shí)施例，傳動(dòng)裝置包括減震裝置，該減震裝置能夠是可變的或不能夠是可變的。所述裝置可以是沖擊吸收器。

根據(jù)實(shí)施例，傳動(dòng)裝置包括預(yù)加載裝置。所述預(yù)加載裝置可是可調(diào)節(jié)的。

根據(jù)實(shí)施例，每個(gè)輪子被單獨(dú)地驅(qū)動(dòng)。

根據(jù)實(shí)施例，輪子中的至少一個(gè)可繞垂直于其旋轉(zhuǎn)軸的軸旋轉(zhuǎn)。

根據(jù)實(shí)施例，單個(gè)轉(zhuǎn)向架的輪子的軌跡對(duì)齊在相同平面中。

根據(jù)實(shí)施例，單個(gè)轉(zhuǎn)向架的輪子的軌跡位于兩個(gè)不同并且平行的平面中。

根據(jù)實(shí)施例，一個(gè)轉(zhuǎn)向架的一個(gè)輪子的軌跡與另一轉(zhuǎn)向架的一個(gè)輪子的軌跡位于相同的平面中。

根據(jù)實(shí)施例，兩個(gè)轉(zhuǎn)向架相對(duì)于彼此對(duì)齊或相對(duì)于彼此偏移。

根據(jù)實(shí)施例，轉(zhuǎn)向架的輪子中的至少一個(gè)被一對(duì)輪子替代。

根據(jù)實(shí)施例，所述車輛是遠(yuǎn)程控制的或被駕駛的或自主的。

提出的車輛的架構(gòu)具體地包括剛性并且鉸接的底盤，該底盤以這樣的方式將車輛的主體連接到至少四個(gè)驅(qū)動(dòng)輪子：這些輪子永久與地面接觸并且車輛的重量被分布在這四個(gè)輪子之間。

作為車輛的鉸接的底盤為其提供的高地通過的結(jié)果，根據(jù)本發(fā)明的車輛能夠在沒有除了輪子的機(jī)動(dòng)化之外的任何其他機(jī)動(dòng)化的情況下克服其大小比車輪的大小顯著更大的障礙。底盤本身因此被稱為被動(dòng)式的，與此相對(duì)的是主動(dòng)式底盤，其將涉及額外的致動(dòng)器以便修改底盤的配置，并且所述底盤單單通過重力而移動(dòng)。

原創(chuàng)的特征涉及底盤的特定架構(gòu)，其第一次允許將平行的轉(zhuǎn)向架應(yīng)用到四輪車輛；與此相比，現(xiàn)有技術(shù)中最少的為六個(gè)輪子，見上面引用的公開WO 01/53145。

存在大量的應(yīng)用領(lǐng)域，這些應(yīng)用領(lǐng)域覆蓋全地形車輛的應(yīng)用的整體。特別地，并且以非窮盡的方式，

·在發(fā)生災(zāi)難時(shí)的干預(yù)(在殘骸中調(diào)動(dòng))，

·使用遠(yuǎn)程控制的或自主的車輛用于在對(duì)人類不友好的環(huán)境中進(jìn)行操作(例如，ABC污染、拆除核電站)或用于爆炸裝置清除(EDO&UXO)，

·運(yùn)輸載荷，例如，在建筑和礦物開采的場(chǎng)地中，

·全地形功用或休閑車輛，

·農(nóng)業(yè)(特別是林業(yè)或葡萄栽培)，

·具有高度的機(jī)動(dòng)性的輪椅的領(lǐng)域，

·玩具。

附圖說明

參考附圖將更佳地理解本發(fā)明，附圖示意了本發(fā)明的原理和其若干配置。

圖1A-1D示意了本發(fā)明的原理；

圖2A-2D示意了本發(fā)明的具體位置；

圖3A-3D示意了本發(fā)明的另一具體位置；

圖4A和4B示意了本發(fā)明的另一配置；

圖5A-5F示意了圖4A/4B的相同配置的三種可能構(gòu)造；

圖6A和6B示意了根據(jù)本發(fā)明的車輛的另一配置；

圖7A和7B示意了根據(jù)本發(fā)明的車輛的另一配置；

圖8A和8B示意了根據(jù)本發(fā)明的車輛的另一配置；

圖9A和9B示意了根據(jù)本發(fā)明的車輛的另一配置；

圖10A-10D示意了由根據(jù)本發(fā)明的車輛提供的回轉(zhuǎn)(gyration)可能性；

圖11示意了連接兩個(gè)轉(zhuǎn)向架的機(jī)構(gòu)；

圖12示意了連接轉(zhuǎn)向架的機(jī)構(gòu)的構(gòu)造變體；

圖13示意了連接轉(zhuǎn)向架的機(jī)構(gòu)的另一構(gòu)造變體；

圖14示意了連接轉(zhuǎn)向架的機(jī)構(gòu)的另一構(gòu)造變體；

圖15示意了連接轉(zhuǎn)向架的機(jī)構(gòu)的另一構(gòu)造變體；

圖16示意了連接轉(zhuǎn)向架的機(jī)構(gòu)的另一構(gòu)造變體；

圖17示意了連接轉(zhuǎn)向架的機(jī)構(gòu)的另一構(gòu)造變體；

圖18示意了連接轉(zhuǎn)向架的機(jī)構(gòu)的另一構(gòu)造變體；

圖19示意了連接轉(zhuǎn)向架的機(jī)構(gòu)的另一構(gòu)造變體；

圖20示意了連接轉(zhuǎn)向架的機(jī)構(gòu)的另一構(gòu)造變體；

圖21A-21H示意了通過次序。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明的原理示意在圖1A-1D中。圖1A是底盤1的透視頂視圖。

根據(jù)本發(fā)明，底盤2包括兩個(gè)鉸接的轉(zhuǎn)向架2、3，轉(zhuǎn)向架2、3通過桿5、6a和6b、7、8a、8b連接到中心主體4，在兩個(gè)部分中的桿6a、6b、8a和8b允許避免靜不定性(static indeterminacy)。這兩個(gè)轉(zhuǎn)向架2、3還通過協(xié)調(diào)桿5或6a或6b與中心主體的相對(duì)角度的系統(tǒng)(例如，機(jī)械或液壓系統(tǒng))彼此連接。以這種方式，如在圖2A、2B、2C、2D、3A、3B、3C和3D中可見的，轉(zhuǎn)向架2、3中的每一個(gè)相對(duì)于中心主體1的傾斜形成具有相同但是相反的值的角度。

在常規(guī)轉(zhuǎn)向架中，輪子可遵循繞位于這些輪子的軸之間的樞軸的圓形軌跡。根據(jù)本發(fā)明的轉(zhuǎn)向架的幾何結(jié)構(gòu)被稱為是平行的，因?yàn)樗鼈冊(cè)试S其輪子根據(jù)由構(gòu)成它們的元件的幾何結(jié)構(gòu)限定的軌跡來移動(dòng)但是樞軸位置物理上不存在；因而，其被稱為是虛擬的。

應(yīng)當(dāng)注意，該樞軸位置不位于穿過輪子的軸的直線上，而是位于其下方。還應(yīng)當(dāng)注意，根據(jù)選擇的配置，這些輪子的軌跡可以位于不同的平面中。

以這種方式，盡管車輛坐落在四個(gè)輪子上，但是其底盤不是靜不定性的并且中心主體4的重量以最優(yōu)的方式被分布，這確保了由機(jī)動(dòng)化的輪子R1-R4生成的牽引的相似地最優(yōu)的分布。

圖2A-2D示意了本發(fā)明的原理的配置，其中轉(zhuǎn)向架具有12°的傾斜。

圖3A-3D示意了本發(fā)明的原理的配置，其中轉(zhuǎn)向架具有35°的傾斜。

圖4A和4B示意了在其中輪子R1-R4以圍繞中心主體4的菱形的方式布置的另一配置，桿5’、6’a、6’b、7’、8’a、8’b具有與先前的附圖中的桿5-8b的形狀不同的形狀。該附圖沒有示意輪子R1和R4能夠繞它們自己樞轉(zhuǎn)并且允許根據(jù)圖10B、C和D的回轉(zhuǎn)的事實(shí)。

通過提供寬輪距(wheel base)并且因此提供良好的橫向穩(wěn)定性(傾斜或離心力)，所述配置特別地非常適合于在結(jié)構(gòu)化環(huán)境(例如，垂直臺(tái)階)和非結(jié)構(gòu)化環(huán)境中移動(dòng)的快速車輛。

圖5A-5F示意了圖4A/4B的相同配置的三種可能構(gòu)造，盡管他們?cè)跈C(jī)械上不同，但是在運(yùn)動(dòng)學(xué)上是相同的并且構(gòu)成相同的獨(dú)特配置。

圖6A-6B示意了與圖4A/4B的配置在運(yùn)動(dòng)學(xué)上相同的另一配置。

這種配置具有繞中心主體4的菱形的方式的輪子R1-R4。該附圖沒有示意輪子R1和R4能夠繞它們自己樞轉(zhuǎn)并且允許根據(jù)圖10B、C和D的回轉(zhuǎn)的事實(shí)。

通過提供與圖4A/4B的配置相比相對(duì)于中心主體較小的輪距，所述配置特別地非常適合于在結(jié)構(gòu)化環(huán)境(例如，垂直臺(tái)階)和非結(jié)構(gòu)化環(huán)境中須進(jìn)入建筑物(正門)的小尺寸車輛。

圖7A-7B示意了根據(jù)本發(fā)明的車輛的另一配置。

這種配置具有繞中心主體4的平行四邊形的方式的輪子R1-R4。轉(zhuǎn)向架2’、3’中每個(gè)的輪子R1-R4被對(duì)齊并且其軌跡在相同平面(2個(gè)平面)中移動(dòng)。在側(cè)向平面中，可以注意到，輪子中的每一個(gè)被連續(xù)并且等距地放置。

這種配置具有兩個(gè)主要特征：

·相對(duì)于移動(dòng)的參考方向到中心主題的前部(后部)接近；

·輪子在四個(gè)連續(xù)位置(而不是前述配置中的3個(gè)位置)的橫向定序。

這種配置特別地非常適合于自主的或遠(yuǎn)程操作的并且其目的是用于檢查的相對(duì)小的平臺(tái)。在四個(gè)位置的定序特別地非常適合于在其中速度不是決定性標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)化或非結(jié)構(gòu)化環(huán)境中。應(yīng)當(dāng)注意，載荷的大小可以可選地超過底盤4自身。

如果車輛的尺寸小并且其質(zhì)量減小，則可以通過以差速的方式控制左和右轉(zhuǎn)向架2’、3’的輪子的速度來完成回轉(zhuǎn)(以履帶式車輛的方式，“滑移轉(zhuǎn)向”)。不是這樣的話，使輪子中的最少兩個(gè)(R1和R3)能夠繞其垂直軸旋轉(zhuǎn)是合適的。

圖8A和8B示意了根據(jù)本發(fā)明的車輛的另一配置。

該配置具有繞中心主體4呈方形的輪子R1-R4。轉(zhuǎn)向架2”、3”中的每一個(gè)的輪子被對(duì)齊并且其軌跡在相同平面(2個(gè)平面)內(nèi)移動(dòng)。在橫向平面中，可以注意到兩個(gè)轉(zhuǎn)向架以完全對(duì)稱的方式定位。

這種配置具有兩個(gè)主要特征：

·相對(duì)于移動(dòng)的參考方向到中心主題的前部(后部)接近；

·輪子在兩個(gè)連續(xù)位置(而不是圖4A/4B的前述配置中的3個(gè)位置)

的橫向定序。

該配置特別地非常適合于相對(duì)大的平臺(tái)或其載荷很大的平臺(tái)。在兩個(gè)位置的定序特別地非常適合于非結(jié)構(gòu)化環(huán)境。應(yīng)要注意，載荷的大小可以可選地超過底盤4自身。

如果車輛的尺寸小并且其質(zhì)量減小，則可以通過以差速的方式控制左和右轉(zhuǎn)向架2”、3”的輪子的速度來完成回轉(zhuǎn)(以履帶式車輛的方式)。不是這樣的話，使輪子中的最少兩個(gè)(例如，R1和R4)能夠繞其垂直軸旋轉(zhuǎn)是合適的。

圖9A和9B示意了根據(jù)本發(fā)明的車輛的另一配置。

具有六個(gè)輪子R1-R6的這種配置在運(yùn)動(dòng)學(xué)上與圖6A/6B的配置相同，其中每個(gè)轉(zhuǎn)向架的橫向輪子(圖6A/6B中的R2/R4)被轉(zhuǎn)向架2”、3”替代，所述轉(zhuǎn)向架與在圖8A/8B的配置中使用的轉(zhuǎn)向架相同，分別具有輪子R2-R5和R4-R6。

該配置具有以繞中心主體的菱形的方式的輪子。該圖沒有示意輪子R1和R3能夠繞它們自己樞轉(zhuǎn)的事實(shí)?；剞D(zhuǎn)因此以與圖6A/6B的配置相同的方式進(jìn)行控制，考慮了橫向輪子的滑動(dòng)在轉(zhuǎn)彎操作過程中是可接受的。

該配置特別地非常適合于大的車輛或者相對(duì)來說具有非常重的載荷的車輛。

其特征在于，中心主體4的質(zhì)量的一半被分布在前部和橫向輪子上。也就是說，前部和后部輪子R1、R3每個(gè)支撐該質(zhì)量的重量的1/3并且四個(gè)橫向輪子R2、R4、R5、R6每個(gè)支撐1/6。

圖10A-10D示意了由底盤提供的回轉(zhuǎn)可能性。相對(duì)速度和其角度在圖中通過向量進(jìn)行示意。

圖10A：回轉(zhuǎn)角＝0°；

圖10B：回轉(zhuǎn)角＝α°>0。

旋轉(zhuǎn)中心位于由輪子R1-R4形成的菱形的外側(cè)。

圖10C：回轉(zhuǎn)角＝β°>0。

旋轉(zhuǎn)中心位于由輪子R1-R4形成的菱形上。位置在旋轉(zhuǎn)中心的輪子R2的速度為零。

圖10D：回轉(zhuǎn)角＝90°。

旋轉(zhuǎn)中心位于由輪子R1-R4形成的菱形的中心處并且車輛因此能夠容易地繞自己旋轉(zhuǎn)。

圖11示意了連接兩個(gè)轉(zhuǎn)向架的機(jī)構(gòu)的可能構(gòu)造。這樣，兩個(gè)轉(zhuǎn)向架2、3、2’、3’、2”、3”(見前述附圖)通過協(xié)調(diào)其與中心主體4的相應(yīng)的相對(duì)角度的系統(tǒng)(例如，機(jī)械或液壓系統(tǒng))彼此連接。

圖11示意了利用齒輪的可能的機(jī)械構(gòu)造，所述齒輪被安裝為指示為20的“簡(jiǎn)單的差速器”。自然，完成相同功能的其他等效機(jī)構(gòu)也是可能的。

如在圖2A-2D或3A-3D中可以看到的，根據(jù)本發(fā)明的原理，轉(zhuǎn)向架(例如轉(zhuǎn)向架3)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)將被傳動(dòng)到另一轉(zhuǎn)向架2——但是沿相反方向。

圖12示意了連接轉(zhuǎn)向架的機(jī)構(gòu)21的構(gòu)造變體。

連接兩個(gè)轉(zhuǎn)向架2、3；2’、3’；2”、3”的機(jī)構(gòu)21的該構(gòu)造變體的優(yōu)點(diǎn)是在轉(zhuǎn)向架傾斜處方便地添加沖擊吸收器10的可能性。因此，不需要在每個(gè)輪子處都有沖擊吸收器。減震裝置10可以是氣動(dòng)沖擊吸收器、液壓沖擊吸收器或其他等效系統(tǒng)。

在車輛被使得高速移動(dòng)時(shí)尤其需要所述緩沖吸收器。

圖13示意了使用可變沖擊吸收器11連接轉(zhuǎn)向架的機(jī)構(gòu)22的另一構(gòu)造變體。在車輛被使得根據(jù)特定操作模式具有高速度以及在其他操作模式中具有非常優(yōu)異通過時(shí)需要所述可變沖擊吸收器11。所使用的裝置例如可以是可變黏度沖擊吸收器11。

圖14示意了具有預(yù)加載12的連接轉(zhuǎn)向架的機(jī)構(gòu)23的另一構(gòu)造變體。所述預(yù)加載可以例如通過扭轉(zhuǎn)彈簧機(jī)械地構(gòu)造。

圖15示意了連接轉(zhuǎn)向架的機(jī)構(gòu)24的另一構(gòu)造變體。對(duì)于涉及特別高通過的要求，使預(yù)加載變化的可能性通過調(diào)整裝置13來相當(dāng)簡(jiǎn)單地添加，例如與扭轉(zhuǎn)彈簧12串聯(lián)安裝的電動(dòng)機(jī)。

然后根據(jù)操作模式涉及底盤的結(jié)構(gòu)的部分激活。

圖16示意了圖11的另一構(gòu)造變體，也就是說，機(jī)構(gòu)25與用于將牽引力傳動(dòng)到汽車中的驅(qū)動(dòng)輪子的機(jī)構(gòu)相同。附加齒輪14允許差速器的組件通過添加位移γ而被傾斜，位移γ與每個(gè)轉(zhuǎn)向架的相對(duì)斜角α相同。轉(zhuǎn)向架3的傾角因此變成γ+α；轉(zhuǎn)向架2的傾角因此變成γ-α。

這種同步配置特別適合于圖8A和8B的配置。

這是因?yàn)樵摳郊幼杂啥?齒輪14)允許了無論轉(zhuǎn)向架的相對(duì)傾斜，在需要的情況下，關(guān)于水平面(或與地面平行)對(duì)車輛的中心主體4的主動(dòng)穩(wěn)定。

圖17示意了圖16的機(jī)構(gòu)仍然與圖14中列出的沖擊吸收器11和預(yù)加載12的添加相容，具有可變(或不可變)沖擊吸收器11、預(yù)加載12和齒輪14的可能的調(diào)整裝置13。

圖18是與圖8A和8B中的配置相同的配置的另一圖形表示。其允許看到，連接兩個(gè)轉(zhuǎn)向架并且通過在車輛的中心處的框X表示的機(jī)構(gòu)可以例如直接連接到轉(zhuǎn)向架的下桿5和7，6a/6b和8a/8b為轉(zhuǎn)向架的上桿。

圖19是圖18中的轉(zhuǎn)向架中的單個(gè)的細(xì)節(jié)。其允許理解，桿5不是直線；就是在將這個(gè)桿鉸接到中心主體4的區(qū)域中的這個(gè)角允許輪子的軌跡的虛擬樞軸位置位于延伸通過輪子的兩個(gè)軸的平面下方。

圖20是與圖5E中的配置相同的配置的單個(gè)轉(zhuǎn)向架的另一圖形表示。桿5相對(duì)于圖19以這樣的方式被修改以便借助于其旋轉(zhuǎn)軸30通過車輛的寬度的一半多。還可以看到在輪子R1上存在輪子繞垂直軸的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)Z。

圖21A-21H示意了在根據(jù)圖6A/6B和1A-3D提出的配置中的一個(gè)中的通過次序。

在圖21a中，車輛到達(dá)障礙前方。在圖21B中，車輛的前部輪子爬在障礙上，作為輪子的爬動(dòng)運(yùn)動(dòng)的結(jié)果障礙使得轉(zhuǎn)向架傾斜。

與此同時(shí)，作為轉(zhuǎn)向架之間連接的結(jié)果，另一轉(zhuǎn)向架在另一方向上傾斜相同角度值。

在圖21C中，前部輪子在障礙上并且前部轉(zhuǎn)向架的傾斜被在另一方向的后部轉(zhuǎn)向架吸收。

在圖21D中，前部輪子和在中部的兩個(gè)輪子在障礙上。

在圖21E中，后部輪子開始爬在障礙上。

在圖21F中，后部輪子到達(dá)障礙上。

在圖21G中，車輛在障礙的另一側(cè)降下并且在圖21H中車輛已經(jīng)完全克服了障礙。

根據(jù)本發(fā)明的車輛可以是被駕駛的、遠(yuǎn)程控制和或自主的。本領(lǐng)域技術(shù)人員已知控制(被駕駛、遠(yuǎn)程控制和或自主，或者其組合)車輛需要的裝置并且它們可以從現(xiàn)有技術(shù)領(lǐng)域(一般地，駕駛汽車或用于車輛(玩具、機(jī)器人等等)的無線電控制的指令)中移用。

上述實(shí)施例和操作模式是示意本發(fā)明的非限制示例。在不背離請(qǐng)求保護(hù)的范圍的情況下，特別是利用等效裝置，各種變體是可能的。也可以組合不同的構(gòu)造和變體。