CN112677721A - 一种用于复杂地形的多驱动模态车辆及其越障方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于复杂地形的多驱动模态车辆及其越障方法，属于路轨两用车辆及越障救援技术领域，解决了现有技术中路轨两用车辆救援时越障能力差、上轨操作复杂且时间长的问题。本发明包括车辆主体(1)、轮胎驱动组件(3)、轨道轮驱动组件(4)和机械足组件(5)，轮胎驱动组件(3)、轨道轮驱动组件(4)和机械足组件(2)均设在车辆主体上；轮胎驱动组件(3)用于在平整路面行驶，轨道轮驱动组件(4)用于铁路轨道行驶，机械足组件(5)用于越野或跨越障碍。本发明在执行抢险救援任务时，可以根据不同情况选择较佳的驱动模态，从而节约抵达事故现场的时间成本，提高了救援效率。

Description

一种用于复杂地形的多驱动模态车辆及其越障方法

技术领域

本发明涉及路轨两用车辆及越障救援技术领域，尤其涉及一种用于复杂地形的多驱动模态车辆及其越障方法。

背景技术

近年来，随着我国经济的发展，城市化进程的加快，城市交通受到了前所未有的压力，为了缓解城市交通的压力，地下交通快速发展起来。随着我国地下交通的发展，地下空间的应用场景也越发复杂，如地下商场、地下管廊等地下建筑也增长迅速。

由于地下空间内的建筑结构十分复杂，地形多变，障碍物过多，空间尺寸要求严格。当地下交通出现火灾、交通事故等灾情时，救灾车辆无法迅速到达灾情发生地点。当前的地铁救援需要从地铁总站调集救灾车辆，同时需要调度各条线路上的地铁列车为救灾车辆空出路线，在复杂的交通路网中抵达事故地点需要消耗大量宝贵的救灾时间。当地下商场、管廊等场合等发生险情时，救援车辆没有合适的通道通行，无法直接到达地下救灾地点，影响救灾效率。

为提高救援效率，一般使用路轨两用专业救援车辆，这类车辆通过路轨转换装置在轨道、公路两种模式之间进行切换，但是这类车辆在应用中具有很大的局限性，抵达事故地点的时间长、救援装备更新成本高、救援效率低。此外，现有的越野车辆功能单一，一般用于载人或者实现轻负载的运载功能，遇到障碍较多、障碍物高度较高的山地环境时，通行困难，车辆通过能力较差。

针对地下空间救援及复杂地形应用等领域，现有车辆无法有效解决面临的问题，亟待解决。

发明内容

鉴于上述的分析，本发明实施例旨在提供一种用于复杂地形的多驱动模态车辆及其越障方法，用以解决现有路轨两用车辆救援时越障能力差、上轨操作复杂且时间长的问题。

一方面，本发明提供了一种用于复杂地形的多驱动模态车辆，包括车辆主体、轮胎驱动组件、轨道轮驱动组件和机械足组件，轮胎驱动组件、轨道轮驱动组件和机械足组件均设在车辆主体上；

轮胎驱动组件用于在平整路面行驶，轨道轮驱动组件用于铁路轨道行驶，机械足组件用于越野或跨越障碍。

进一步地，所述多驱动模态车辆包括轮胎驱动模态、轨道驱动模态和越障驱动模态。

进一步地，所述机械足组件包括依次连接的机械足髋关节、机械足大腿、机械足小腿和机械足足部。

进一步地，所述车辆主体包括车辆底座和驱动模块支架，驱动模块支架设于车辆底座的两端。

进一步地，所述机械足髋关节与驱动模块支架转动连接。

进一步地，所述轮胎驱动组件包括轮胎和保持架，保持架与所述驱动模块支架连接，轮胎通过轮胎输入轴与保持架连接。

进一步地，所述轨道轮驱动组件包括升降滑道和滑块，升降滑道设于所述车辆底座内，滑块的一端在升降滑道内滑动。

进一步地，所述轨道轮驱动组件还包括轨道轮，轨道轮设于所述滑道的另一端。

进一步地，所述轨道轮驱动组件包括轨道轮，轨道轮设于机械足大腿与机械足小腿连接处。

另一方面，本发明提供了一种用于复杂地形的多驱动模态车辆的越障方法，步骤包括：

步骤1：多驱动模态车辆以轮胎驱动模态运动到月台边缘，并倾斜靠近月台边缘，当多驱动模态车辆的一端轮胎越过月台边缘后展开机械足，采用机械足组件驱动，另一端位于月台上采用轮胎驱动组件驱动；

步骤2：多驱动模态车辆的另一端轮胎越过月台边缘后采用机械足组件驱动，直至车辆整体越过月台；

步骤3：机械足组件收缩，车辆主体下移，使得轮胎接触地面，采用轮胎驱动组件驱动；

步骤4：在轮胎驱动模态下转向，使得轨道轮对准轨道，展开轨道轮，并采用轨道轮驱动组件驱动，完成越障；

或，步骤1：多驱动模态车辆以轮胎驱动模态运动到月台边缘，当多驱动模态车辆以轮胎的一侧轮胎运动到月台边缘后采用履带及摆臂驱动组件驱动，另一侧位于月台上采用轮胎驱动组件驱动；

步骤2：待多驱动模态车辆以轮胎的另一侧轮胎运动到月台边缘后采用履带及摆臂驱动组件驱动；

步骤3：车辆主体下移使得轨道轮接触轨道，多驱动模态车辆以轮胎的履带向上摆动脱离地面，采用轨道轮驱动组件驱动，完成越障。

与现有技术相比，本发明至少可实现如下有益效果之一：

(1)多驱动模态车辆，利用轮胎适应平整路面，利用履带跨越小型障碍，利用摆臂跨越大型障碍，利用轨道轮适应铁路轨道，在执行抢险救援任务时，可以根据不同情况选择较佳的行进模式，从而节约抵达事故现场的时间成本，提高了救援效率；

(2)多驱动模态车辆，利用轮胎适应平整路面，利用机械足跨越障碍，利用轨道轮适应铁路轨道，在执行抢险救援任务时，可以根据不同情况选择较佳的行进模式，从而节约抵达事故现场的时间成本，提高了救援效率；

(3)当处于轮胎驱动模态时，驱动状态为四驱，公路轮胎均由轮胎驱动电机经轮胎传动装置驱动，在减轻动力***的质量的同时，提高了传动效率，弥补了现有路轨两用车辆动力性不足的缺点；

(4)采用四驱转向提高了多驱动模态车辆的机动性，能够减缓轮胎磨损，易于多驱动模态车辆进行转向操作；

(5)履带前端的楔型结构设计提升了多驱动模态车辆的接近角，增强了其通过性；当遇到大型障碍时，四个履带通过摆臂杆起到单关节腿部的作用，提升了路轨机动平台的越障能力；

(6)采用蜗轮蜗杆结构用于控制轨道轮的升降，利用涡轮蜗杆的自锁功能能够保证轨道轮升降后的稳定性，避免当采用轨道模式时滑块在升降滑道内滑动；

(7)张紧单元对履带张紧过程中，增大张紧杆与摆臂杆的夹角，从而改变履带外廓的形状，增大了履带行驶过程中的接近角，提升了履带的通过性，进而提高了多驱动模态车辆的越障性能。

本发明中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过说明书以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。

附图说明

附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。

图1为具体实施例的多驱动模态车辆的结构示意图；

图2为具体实施例的多驱动模态车辆的局部结构放大图；

图3为具体实施例的多驱动模态车辆轨道驱动模态状态图(一)；

图4为具体实施例的多驱动模态车辆越障驱动模态状态图(一)；

图5为具体实施例的多驱动模态车辆斜向平移状态图；

图6为具体实施例的多驱动模态车辆原地转向状态图；

图7为具体实施例的多驱动模态车辆轮胎驱动模态状态图(一)；

图8为具体实施例的多驱动模态车辆越障驱动模态状态图(二)

图9为具体实施例的多驱动模态车辆轨道驱动模态状态图(二)；

图10为具体实施例的多驱动模态车辆轮胎驱动模态状态图(二)；

图11为具体实施例的多驱动模态车辆越障驱动模态状态图(三)

图12为具体实施例的多驱动模态车辆轨道驱动模态状态图(三)。

附图标记：

1-车辆主体；11-车辆底座；111-限位部；12-模块化设备安装架；121-连接孔；13-驱动模块支架；2-机械足组件；21-履带；22-履带主动轮；23-履带从动轮；24-摆臂驱动轮；25-摆臂杆；26-张紧轮；27-张紧杆；28-履带驱动电机；29-履带传动装置；3-轮胎驱动组件；31-轮胎；32-保持架；33-轮胎驱动电机；34-轮胎传动装置；4-轨道轮驱动组件；41-轨道轮；42-升降滑道；43-滑块；5-机械足组件；51-机械足髋关节；52-机械足大腿；53-机械足小腿；54-机械足足部。

具体实施方式

下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本发明一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。

实施例1

本发明的一个具体实施例，公开了一种可跨越垂直障碍的多驱动模态车辆，包括车辆主体1、履带及摆臂驱动组件2、轮胎驱动组件3和轨道轮驱动组件4，履带及摆臂驱动组件2、轮胎驱动组件3和轨道轮驱动组件4设在车辆主体上。

履带及摆臂驱动组件2用于跨越障碍，轮胎驱动组件3用于在平整路面行驶，轨道轮驱动组件4用于铁路轨道行驶。

与现有技术相比，本实施例提供的可跨越垂直障碍的多驱动模态车辆，利用轮胎适应平整路面，利用履带跨越小型障碍，利用摆臂跨越大型障碍，利用轨道轮适应铁路轨道，在执行抢险救援任务时，可以根据不同情况选择较佳的行进模式，从而节约抵达事故现场的时间成本，提高救援效率；相对于不具备较强越障能力、只能从平交道口或地铁总站等月台与轨道无高度差的地方进行上轨操作的路轨两用救援车辆，可以利用摆臂跨越大型障碍，在任意地铁站跨越月台与铁轨之间的高度差，完成上轨操作，极大地节约了救援时间。

车辆主体1包括车辆底座11、置物架12和驱动模块支架13，置物架12设在车辆底座11的顶部，驱动模块支架13设在车辆底座11的两端。

具体而言，车辆底座11采用框架式结构，内部设有四轮转向***和轨道轮升降***。车辆底座11的两端分别对称设有两个立柱，即车辆底座11的四角各设有一个立柱，四个立柱分别与四个驱动模块支架13铰接，四轮转向***包括设在车辆底座11内的四个转向舵机及与转向舵机配套的传动机构，在多驱动模态车辆行进的过程中，转向舵机将分别控制四个驱动模块支架13旋转，通过四个驱动模块支架13旋转运动的配合，可以实现多驱动模态车辆的旋转、原地转向、斜向平移等运动。

车辆底座11的内部设有轨道轮的升降滑道，在升降滑道外侧固定有升降驱动电机及升降传动装置，为了防止轨道轮41的过度升降，在车辆底座11的底端设有限位部111，本实施例中，限位部111为设在车辆底座11底面的限位凹槽，为了避免轨道轮轴与限位部111的撞击，限位部111内设有弹性缓冲件。

置物架12呈锥形方台状壳体结构，顶部设置有连接孔121，通过四周均布的螺栓与车辆底座11相连接。在置物架12的顶部设有连接孔121，连接孔121设有螺纹，可以快速与不同的上层机构进行装配，从而实现多种功能，提高多驱动模态车辆的利用率，体现了模块化的设计思想。同时，置物架12中空的设计也为升降式轨道轮驱动组件4预留了升降空间，保证升降滑道42在行驶过程中不受外界尘土等污物的磨损，提高了升降轨道42的使用寿命。

履带及摆臂驱动组件2包括履带单元、摆臂单元和驱动单元，履带单元用于驱动多驱动模态车辆行进及跨越小型障碍，摆臂单元用于驱动多驱动模态车辆跨越大型障碍，驱动单元为履带单元及摆臂单元提供动力。

履带单元包括履带21、履带主动轮22和履带从动轮23，履带21连接履带主动轮22和履带从动轮23，摆臂单元包括摆臂驱动轮24和摆臂杆25，摆臂驱动轮24和履带主动轮22同轴设置，摆臂杆25的一端设于摆臂驱动轮24的圆周臂面，且与摆臂驱动轮24固连。

考虑到履带21的张紧，履带及摆臂驱动组件2还包括张紧单元，张紧单元包括张紧轮26和张紧杆27，张紧单元设于履带主动轮22和履带从动轮23之间，张紧杆27的一端与张紧轮26连接，另一端与履带从动轮23连接，摆臂杆25的另一端与张紧杆27连接。

在张紧过程中，可以增大张紧杆27与摆臂杆25的夹角，从而改变履带21外廓的形状，增大履带21行驶过程中的接近角，提升履带21的通过性。

具体而言，摆臂驱动轮24与摆臂杆25的一端固连，摆臂杆25的另一端与张紧杆27铰接，张紧杆27内部靠近铰接点处安装有张紧转向舵机，可以驱动张紧杆27相对于摆臂杆25旋转，从而实现对履带21的张紧，减小滑磨损失。张紧杆27两端分别与履带从动轮23和张紧轮26铰接，即张紧杆27的两端连接在履带从动轮23和张紧轮26的安装轴上，履带从动轮23和张紧轮26通过轴承与安装轴连接。

值得注意的是，张紧轮26位于摆臂杆25的下方，摆臂杆25的端部连接于张紧杆27的中部。

履带21的前端采用楔型结构设计，通过摆动履带21来调整其接地姿态，实现履带21与地面的面接触，增大接地面积，减小压强，提升了履带21运行模式下的稳定性，增强了车辆在泥泞下的通过性。

本实施例中，履带单元设有四个，每个履带单元仅依靠驱动模块支架13与车辆底座11相连接，且位于驱动模块支架13的外侧。驱动模块支架13可以带动履带及摆臂驱动组件实现±40°的旋转。履带21套在履带主动轮22及履带从动轮23外侧，履带21的外侧设有齿型结构，可增强其越野性能，履带21内侧中间部分设有齿型结构，可以与履带主动轮22、履带从动轮23相啮合。

驱动单元包括履带驱动电机28和履带传动装置29，履带驱动电机28和履带传动装置29均设于保持架32上，履带传动装置29的一端与履带驱动电机28连接，另一端与履带输入轴连接。

需要说明的是，保持架32上设有履带驱动电机安装孔，履带驱动电机28设于预留的履带驱动电机安装孔内，通过螺栓与压紧环固定，履带传动装置29中的多级传动齿轮依靠轴承与挡圈固定保持架32上，末级输出齿轮与履带输入轴同轴连接，履带输入轴通过对置圆锥滚子轴承同轴设于轮胎输入轴外部，如此设置能够在保证动力传输功能的前提下，节约空间。需要说明的是，履带主动轮22和摆臂驱动轮24设于履带输入轴上，轮胎31设于轮胎输入轴上。

履带输入轴上设有分动装置，分动装置为六个以履带输入轴为轴线均布于履带主动轮22内部的分动器组成，每个分动器包含促动器、选位滑块与复位弹簧。履带主动轮22内表面、摆臂驱动轮24内表面以及履带输入轴外表面均设有与选位滑块对应的滑槽，可以通过控制促动器的施力作用，以及复位弹簧的共同作用下推动选位滑块，使选位滑块在履带输入轴上的滑道运动，进而使选位滑块位于履带主动轮22与履带输入轴之间，或者位于摆臂驱动轮24与履带输入轴之间。由此可实现选位滑块在两个位置间的运动，两个位置分别对应履带驱动电机28的动力传输至履带主动轮22或摆臂驱动轮24。

考虑到日常应用情况，履带主动轮22的动力传递路线为常闭状态，摆臂驱动轮24的动力传递路线为常开状态，即通常状态下，履带主动轮22接收履带驱动电机28的动力，当需要摆臂杆25摆动时，通过分动装置使得摆臂驱动轮24接收履带驱动电机28的动力。

本实施例中，履带主动轮22与摆臂驱动轮24同轴布置，且与轮胎31同轴，履带主动轮22的半径小于轮胎31的半径，避免当多驱动模态车辆处于轮胎驱动模态时，履带21接触地面干扰正常行驶。

轮胎驱动组件3包括轮胎31、保持架32、轮胎驱动电机33和轮胎传动装置34，保持架32与驱动模块支架13连接，轮胎驱动电机33设在保持架32上，轮胎传动装置34与轮胎驱动电机33连接。

具体地，保持架32上设有履带驱动电机安装孔和轮胎驱动电机安装孔，轮胎驱动电机33和履带驱动电机28对应设于安装孔内。保持架32设于两个驱动模块支架13的之间，每个驱动模块支架13上对应设有一个保持架32，保持架32通过螺杆与驱动模块支架13连接。

轮胎驱动电机33通过压紧环和螺栓固定到保持架32上，多级齿轮组成的轮胎传动装置34通过轴承与挡圈固定在保持架32上，轮胎传动装置34的输入齿轮与轮胎驱动电机33的输出轴相啮合，轮胎传动装置34的末级输出齿轮与轮胎输入轴固连并将动力传出，履带输入轴外侧依靠对置的圆锥滚子轴承与驱动模块支架13的孔位保持同轴关系，在保证其可以相对转动的前提下，为防止轮胎输入轴在受侧向力作用时左右窜动，轮胎输入轴外侧通过六根螺栓与直径920mm的轮胎31相连接，轮胎31表面设有越野花纹，以增强其在轮胎驱动模态下的越野性能。

本实施例中，每个轮胎驱动组件3仅依靠驱动模块支架13与车辆底座11保持连接，在不发生结构干涉的前提下，每个驱动模块支架13可以实现±40°的旋转，依靠四个驱动模块支架13的旋转运动的配合实现多驱动模态车辆的旋转、原地转向、斜向平移等运动。

轨道轮驱动组件4包括轨道轮41和轨道轮升降***，轨道升降***用于控制轨道轮41的升降，轨道轮升降***包括升降滑道42、滑块43、升降传动装置、升降驱动电机和蜗轮蜗杆，升降滑道42通过螺栓固设在车辆底座11的内部，升降滑动42的外侧设有升降驱动电机，升降驱动电机的输出齿轮与多级齿轮构成的升降传动装置的输入齿轮相啮合，升降传动装置的输出齿轮与涡轮同轴固连，由此输出齿轮的转动能够带动涡轮转动，涡轮利用轴承固设在升降滑道42的外侧的支撑轴上，蜗杆两端固设有能够与升降滑道42相配合的滑块43，滑块43能够在升降滑道42内升降，升降滑道42的侧壁设有通孔，以便实现涡轮蜗杆在通孔处啮合，蜗杆在涡轮的带动下，滑块43在升降滑道42的约束下上下运动。设于蜗杆下部的滑块43连接轨道轮41，能够实现行程为450mm的轨道轮上下往复运动。

具体地，两轨道轮41同轴设置，轨道轮轴设于与滑块43转动连接，滑块43内部设有轨道轮驱动电机及轨道轮传动装置，用于驱动轨道轮41的转动，示例性地，轨道轮驱动电机的输出轴设有与轨道轮传动装置的输入齿轮啮合的齿轮，轨道轮传动装置的输出齿轮与设于轨道轮轴上的齿轮啮合，实现轨道轮驱动电机的动力的传递。

本实施例中，采用蜗轮蜗杆结构用于控制轨道轮41的升降，利用涡轮蜗杆的自锁功能能够保证轨道轮41升降后的稳定性，避免当采用轨道模式时滑块43在升降滑道42内滑动。

本实施例的多驱动模态车辆，包括轮胎驱动模态、轨道驱动模态和越障驱动模态，轮胎驱动模态通过轮胎驱动组件3执行，轨道驱动模态通过轨道轮驱动组件4执行，越障驱动模态通过履带及摆臂驱动组件2执行。

当多驱动模态车辆采用轮胎驱动模态在平整路面行驶时，选用轮胎31来驱动多驱动模态车辆，履带21和轨道轮41脱离地面。如图1所示，滑块43在升降驱动电机、升降传动装置以及蜗轮蜗杆的作用下上升，从而带动轨道轮41运行上升行程，最终与限位部111相接触，抵达上限位置，脱离地面，履带驱动电机28工作，通过履带传动装置29，并经过分动装置传递至摆臂驱动轮24，带动摆臂杆25向上转动，实现履带及摆臂驱动组件的抬升运动，使其脱离地面，仅有轮胎31接触地面用于驱动多驱动模态车辆行驶。

如图2所示，轮胎驱动电机33在电控***控制下开始工作，轮胎驱动电机33的运动随即传递至轮胎传动装置34中，经过多级齿轮传递过程中的减速增扭，最终末级输出齿轮的运动与力矩被传递到轮胎输入轴上，轮胎输入轴依靠轮胎固定螺钉与轮胎31同轴固连在一起，即最终的运动与力矩被传递到轮胎31上，该力矩克服轮胎所受到的阻力矩，即可驱动多驱动模态车辆运动。

值得注意的是，多驱动模态车辆所采用的路轨两用驱动模式为“分动式”，即多驱动模态车辆内轨道轮驱动***、履带驱动***和轮胎驱动***完全分离，互不影响。即驱动轨道轮的电机、传动装置与驱动履带摆臂的电机、传动装置和驱动轮胎的电机、传动装置三部分相互独立。

本实施例中，驱动模块支架13能够在转向舵机的驱动下绕车辆底架1上的立柱旋转±40°，履带及摆臂驱动组件2、轮胎驱动组件3安装在驱动模块支架13上，即驱动模块支架13的旋转可以带动履带21、轮胎31的旋转，四个轮胎31不同旋转角度的组合可以使多驱动模态车辆以不同的轨迹运动。

如图5所示，为多驱动模态车辆的斜向平移运动。四个驱动模块支架13在转向舵机的控制下，全部向同一方向旋转相同角度，从而带动轮胎31转动。在图6所示，为多驱动模态车辆的原地转向运动。为了避免发生干涉，先将履带21抬升，随后左前方、右后方的驱动模块支架13同时顺时针旋转40°，右前方、左后方的驱动模块支架同时逆时针旋转40°，通过轮胎驱动电机33驱动轮胎31转动，即可实现多驱动模态车辆的原地转向运动。

作为本实施例中的另一种可能，履带及摆臂驱动组件2替换为机械足组件5，机械足组件5用于越野或跨越障碍。

与现有技术相比，本实施例提供的用于复杂地形的多驱动模态车辆，利用轮胎适应公路路面，利用机械足越野或跨越障碍，利用轨道轮对适应铁路轨道，在执行抢险救援任务时，可以根据不同情况选择较佳的驱动模态，从而节约抵达事故现场的时间成本，提高救援效率；相对于不具备较强越障能力、只能从平交道口或地铁总站等月台与轨道无高度差的地方进行上轨操作的路轨两用救援车辆，本实施例提供的用于复杂地形的多驱动模态车辆可以利用机械足组件跨越大型障碍，在任意地铁站跨越月台与铁轨之间的高度差，完成上轨操作，极大地节约了救援时间。

机械足组件5包括机械足髋关节51、机械足大腿52、机械足小腿53和机械足足部54，机械足髋关节51、机械足大腿52、机械足小腿53和机械足足部54依次连接。

具体地，机械足髋关节51通过连接轴与驱动模块支架13连接，且机械足髋关节51能够绕连接轴转动，机械足大腿52的上端与机械足髋关节51连接，机械足大腿52的下端与机械足小腿53的上端铰接，机械足小腿53的下端和机械足足部54铰接。

需要说明的是，机械足髋关节51、机械足大腿52与机械足小腿53连接处、机械足小腿53与机械足足部54连接处对应设有驱动电机和传动装置，使得机械足髋关节51能够绕连接轴转动，机械足小腿53相对机械足大腿52的下端转动，机械足足部54相对机械足小腿53的下端转动。

值得注意的是，机械足组件5可以通过机械足髋关节51绕连接轴实现360°旋转，通过旋转可以将机械足足部54搭至高于车辆主体1的障碍物上，从而跨越高于车辆主体1的障碍。

本实施例中，机械足大腿52的长度大于机械足小腿53和机械足足部54的连接长度，机械足大腿52为桁架结构，机械足小腿53和机械足足部54能够翻折至机械足大腿52的收纳槽内，机械足大腿52结构设置在满足强度的前提下，减轻了重量，同时节省空间，使得机械足组件5结构紧凑。

机械足足部54包括连接部和触地部，机械足小腿53的下端与连接部铰接，触地部的底部为平面，由于机械足小腿53与机械足足部54铰接，且通过电机及传动装置能够实现机械足足部54相对于机械足小腿53的转动，使得触地部始终以平面接触地面，增大接地面积，减小压强，提升了越障驱动模态下的稳定性，增强了车辆在泥泞路况下的通过性。

本实施例中，机械足组件5设有四个，每个机械足组件5通过驱动模块支架13与车辆底座11连接，且位于驱动模块支架13的外侧。驱动模块支架13可以带动机械足组件5实现±40°的旋转。

需要说明的是，连接轴通过对置圆锥滚子轴承同轴设于轮胎输入轴外部，如此设置能够在保证动力传输功能的前提下，节约空间。

作为本实施例的另一种可能，轨道轮41也可安装于机械足组件5的机械足大腿52与机械足小腿53连接处的转轴上，并以此为转轴进行转动进而起到驱动作用。

实施例2

本发明的另一个具体实施例，公开了一种用于复杂地形的多驱动模态车辆的越障方法，采用实施例1的多驱动模态车辆，步骤包括：

步骤1：以轮胎驱动模态运动到月台边缘，当多驱动模态车辆的一侧轮胎31运动到月台边缘后采用履带及摆臂驱动组件2驱动，另一侧位于月台上采用轮胎驱动组件3驱动。

如图4所示，当多驱动模态车辆采用越障行驶模式时，按照多驱动模态车辆的前进方向将四个履带21区分为左前方履带、右前方履带、左后方履带、右后方履带。履带21部分长度(轮胎31至履带21最远端的距离)为1820mm，考虑到现实的影响因素，以及越障对履带的要求，多驱动模态车辆可以跨越1600mm以下的障碍。示例性地，多驱动模态车辆需要执行隧道内抢险救援任务时，需要跨越从月台到铁轨面的高度约为1.2m的垂直落差。在跨越此类大型障碍时，首先通过轮胎驱动模态接近月台边缘，当左前方轮胎与左后方轮胎越过月台边缘后，对应的履带驱动电机28的运动经过履带传动装置29、分动装置，传递给摆臂驱动轮24，在摆臂驱动轮24的作用下，左前方履带向前摆动接触地面或轨道，左后方履带向后摆动接触月台，而后分动装置促动器停止施力，选位滑块在复位弹簧作用下复位，分动装置选择履带主动轮22的动力传递路径，履带驱动电机28的运动经过履带传动装置29传递给履带主动轮22，从而驱动左前方履带、左后方履带转动，此时多驱动模态车辆一侧依靠履带21驱动，另一侧仍然依靠轮胎31驱动。

步骤2：多驱动模态车辆的另一侧轮胎31运动到月台边缘后采用履带及摆臂驱动组件2驱动。

多驱动模态车辆保持此驱动模式(左侧依靠履带21驱动，右侧依靠轮胎31驱动)前进。当右前方轮胎、右后方轮胎运动到月台边缘时，对应的履带驱动电机28的运动经过履带传动装置29、分动装置，传递给摆臂驱动轮24，在摆臂驱动轮24的作用下，左后方履带继续下摆并接触地面或轨道，右前方履带向前摆动接触地面或轨道，右后方履带向后摆动接触月台，而后分动装置促动器停止施力，滑块在弹簧作用下复位，分动装置选择履带主动轮22的动力传递路径，履带驱动电机28的运动经过履带传动装置29传递给履带主动轮22，从而驱动右前方履带、右后方履带转动，此时多驱动模态车辆完全依靠履带驱动，左前方履带、左后方履带和右前方履带在地面或轨道上，而右后方履带在月台面上。

多驱动模态车辆在履带的驱动在继续前进，为右后方履带继续向下摆动腾出空间，使得右后方履带能够接触地面或轨道。

本实施例中，多驱动模态车辆车头向左进入轨道，车头的前端倾斜靠近月台边缘，左前方轮胎、左后方轮胎、右前方轮胎和右后方轮胎依次越过月台边缘，并配合履带的动作越障。

需要说明的是，为了避免多驱动模态车辆在运动过程中与月台下方空间的边界干涉，多驱动模态车辆需要适时转向。

当四个履带21均接触地面时，车辆主体1处于架空状态，即在四个履带21的履带从动轮23端接触地面或轨道，使得车辆主体1架空。

步骤3：车辆主体下移使得轨道轮41接触轨道，多驱动模态车辆两端的履带21向上摆动脱离地面，采用轨道轮驱动组件4驱动，完成越障。

多驱动模态车辆转向使得轨道轮41对准轨道，在摆臂单元的作用下使得车辆主体1下移，使用轨道轮41接触轨道，履带21向上摆动脱离地面，并采用轨道模式行驶。

当多驱动模态车辆移动到轨道上时，采用轨道模式行驶，多驱动模态车辆伸出轨道轮41将车辆主体1抬升，使得轮胎31和/或履带21完全脱离铁轨，由轨道轮41起驱动、导向和制动作用，并完全承载整车质量。如图3所示，在轨道行驶状态下，电控***控制车辆底座11内部的升降驱动电机工作，升降驱动电机的旋转通过升降传动装置传递到涡轮上，涡轮再以较大的传动比将运动传递给蜗杆，由于蜗杆两侧的滑块43受到升降滑道42的约束，所以滑块43可以在涡轮的驱动下沿固定在车辆底座11上的升降滑道42向下运动，当其运动行程达到450mm时，轨道轮41到达下极限位置，此时，轮胎31及履带21已经脱离了铁轨，多驱动模态车辆的状态满足“分动式”驱动模式的要求。在多驱动模态车辆抬升过程中，可以利用摆臂驱动轮24、摆臂杆25及履带21辅助轨道轮41完成抬升动作。

在完成车辆主体1抬升后，轨道轮41与铁轨相配合，电控***即可向轨道轮驱动电机发送信号，轨道轮驱动电机工作经过传动装置传递至轨道轮41上，从而带动多驱动模态车辆前进。

本实施例的多驱动模态车辆能够进行越障，对于不具备较强越障能力、只能从平交道口或地铁总站等月台与轨道无高度差的地方进行上轨操作的路轨两用救援车辆，救援平台的适用范围被大大限制，增加了时间成本，本实施例的多驱动模态车辆可以利用摆臂跨越大型障碍，在任意地铁站跨越月台与铁轨之间的高度差，完成上轨操作，极大地节约了救援时间。

攀爬垂直高度障碍的过程与上述过程恰恰相反，在此不再一一赘述。

如图7-12所示，当采用机械足组件5进行越障时，步骤包括：

步骤1：以轮胎驱动模态运动到月台边缘，使多驱动模态车辆的前端倾斜靠近月台边缘，当多驱动模态车辆的一端轮胎31越过月台边缘后展开机械足，采用机械足组件5驱动，另一端位于月台上采用轮胎驱动组件3驱动。

当多驱动模态车辆采用越障驱动模态时，按照多驱动模态车辆的前进方向将四个机械足组件5区分为左前方机械足组件、右前方机械足组件、左后方机械足组件、右后方机械足组件。示例性地，多驱动模态车辆需要执行隧道内抢险救援任务时，需要跨越从月台到铁轨面的高度约为1.2m的垂直落差。在跨越此类大型障碍时，首先通过轮胎驱动模态接近月台边缘，当左前方轮胎越过月台边缘后，左前方机械足组件展开，使得左前方机械足足部接触地面或轨道，起到支撑及驱动作用，多驱动模态车辆继续前进，当右前方轮胎越过月台边缘后，右前方机械足组件展开，使得右前方机械足足部接触地面或轨道，起到支撑及驱动作用，此时多驱动模态车辆前端依靠机械足组件5驱动，后端仍然依靠轮胎31驱动。

步骤2：多驱动模态车辆的另一端轮胎31越过月台边缘后采用机械足组件5驱动，直至车辆整体越过月台。

多驱动模态车辆保持此驱动模式(前端依靠机械足组件5驱动，后端依靠轮胎31驱动)前进。当左后侧轮胎运动到月台并越过边缘后，左后方机械足组件伸展开，使得左后方机械足足部接触地面或轨道，起到支撑及驱动作用，多驱动模态车辆继续前进，当右后方轮胎越过月台边缘后，右后方机械足组件展开，使得右后方机械足足部接触地面或轨道，起到支撑作用，此时多驱动模态车辆完全依靠机械足组件5驱动。

需要说明的是，为了避免多驱动模态车辆在运动过程中与月台下方空间的边界干涉，多驱动模态车辆需要适时转向。

当四个伸展开的机械足组件5均接触地面时，车辆主体1处于架空状态，即在四个机械足组件5的机械足足部接触地面或轨道，使得车辆主体1架空。

步骤3：机械足组件5收缩，车辆主体1下移，使得轮胎31接触地面，采用轮胎驱动组件3驱动。

步骤4：在轮胎驱动模态下转向，使得轨道轮41对准轨道，并采用轨道轮驱动组件4驱动，完成越障。

此时有两种情况：为了便于描述，定义机械足大腿52与机械足小腿53的连接处为膝关节，机械足小腿53与机械足足部54的连接处为踝关节。

一是轨道轮41安放在机械足组件5时，机械足组件5(机械足)展开，使得车辆主体1升起，轮胎31离开地面，将机械足小腿53收放到机械足大腿52内，采用轨道轮41接触轨道，并驱动轨道轮41转动行驶。具体地，电机控制与左前连接轴、右后连接轴相连的机械足髋关节51与膝关节的转动，抬起两条机械足；通过电机控制与左前连接轴、右后连接轴相连的机械足髋关节51与膝关节的转动，使两条机械足大腿52垂直于车辆主体1，且机械足小腿53与机械足大腿52重合也垂直于车辆主体1，使得轨道轮41位于最下端；控制与右前连接轴、左后连接轴相连的机械足髋关节51与膝关节的转动，使得车辆主体1垂直下降，直到左前、右后机械足上的轨道轮41接触轨道；控制与右前连接轴、左后连接轴相连的机械足髋关节51与膝关节的转动，使两条机械足大腿52垂直于车辆主体1，且机械足小腿53与机械足大腿52重合也垂直于车辆主体1，使得右前、左后机械足上的轨道轮41也接触轨道，完成由越野驱动模态至轨道驱动模态的切换，然后车辆可以以轨道驱动模态进行行驶。

二是轨道轮41安放在车辆底座11下方，多驱动模态车辆伸出轨道轮41接触轨道，进而继续展开，将车辆主体1抬升，使得轮胎31脱离地面或轨道，由轨道轮41起驱动、导向和制动作用，并完全承载整车质量。如图12所示，在轨道行驶状态下，电控***控制车辆底座11内部的升降驱动电机工作，升降驱动电机的旋转通过升降传动装置传递到涡轮上，涡轮再以较大的传动比将运动传递给蜗杆，由于蜗杆两侧的滑块43受到升降滑道42的约束，所以滑块43可以在涡轮的驱动下沿固定在车辆底座11上的升降滑道42向下运动，当其运动行程达到450mm时，轨道轮41到达下极限位置，此时，轮胎31已经脱离了铁轨，多驱动模态车辆的状态满足“分动式”驱动模式的要求。

在完成车辆主体1抬升后，轨道轮41与铁轨相配合，电控***即可向轨道轮驱动电机发送信号，轨道轮驱动电机工作经过传动装置传递至轨道轮41上，从而带动多驱动模态车辆前进。

值得注意的是，当多驱动模态车辆以轮胎驱动模态前进过程中遇到大型障碍物时，通过控制机械足髋关节51与膝关节的转动，同时控制踝关节不转动，放下机械足，使机械足小腿52末端贴紧地面，且机械足大腿52与地面所成锐角与机械足小腿53与地面所成锐角角度相同，保证车辆主体1抬升时只沿竖直方向运动；继续控制机械足髋关节51、膝关节的转动，使机械足大腿52与地面所成锐角与机械足小腿53与地面所成锐角角度相同，实现车辆主体1部分抬升，这一过程中，使机械足足部54触地部一直贴紧地面，将车辆主体1抬升到合适高度，使得轮胎31悬空，远离地面，切换为越野驱动模态，可以越过有大型障碍物的区域。

当多驱动模态车辆在野外遇到坡度较高的山地地形时，也可以由轮胎驱动模态转换为越野驱动模态，进行上坡，完成爬坡后，可切换为轮胎驱动模态继续行驶。

当多驱动模态车辆遇到较高的障碍物时，由轮胎驱动模态切换为越野驱动模态(机械足驱动)，然后靠近障碍物，离障碍物足够接近时，以三条机械足为支撑，抬起左前足，沿连接轴作逆时针旋转，将机械足足部54搭在障碍物上，然后，以相同方式通过旋转右前机械足搭在障碍物上，控制前两机械足略微抬起，使车辆主体1不接触障碍物且在运行过程中也不会接触。以后两机械足为驱动机械足，驱动车辆沿斜上方前进，至后两机械足贴近障碍物，此时抬起左后机械足，继续以上述方式搭在障碍物上，然后以左后机械足及前两机械足为支撑，抬起车辆主体1，然后把右后机械足收起，完成越障任务，切换为轮胎驱动模态，继续工作。

本实施例的多驱动模态车辆能够进行越障，对于不具备较强越障能力、只能从平交道口或地铁总站等月台与轨道无高度差的地方进行上轨操作的路轨两用救援车辆，适用范围被大大限制，增加了时间成本，相比于这类救援平台，本实施例的多驱动模态车辆可以利用摆臂跨越大型障碍，在任意地铁站跨越月台与铁轨之间的高度差，完成上轨操作，极大地节约了救援时间。

本实发明的多驱动模态车辆，当处于轮胎驱动模态时，驱动状态为四驱，公路轮胎均由轮胎驱动电机经轮胎传动装置驱动，在减轻动力***的质量的同时，提高了传动效率，弥补了现有路轨两用车辆动力性不足的缺点，并且轮胎驱动电机***操作简单，控制精度更高，传动噪声小，有利于车辆整体的优化布置和动力学匹配；采用四驱转向提高了多驱动模态车辆的机动性，能够减缓轮胎磨损，易于多驱动模态车辆进行转向操作。

本实发明的多驱动模态车辆，设有四段履带，分别由四个履带驱动电机控制其运动，在分动装置的控制下，既可以通过履带直接驱动车辆前进，也可以通过摆臂运动驱动车辆前进。当遇到小型障碍时，在履带驱动模式下可以直接跨越，履带前端的楔型结构设计提升了多驱动模态车辆的接近角，增强了其通过性；当遇到大型障碍时，四个履带通过摆臂杆起到单关节腿部的作用，通过步态控制，即可帮助多驱动模态车辆跨越障碍，四段履带的设计大大提升了路轨机动平台的越障能力。

本实发明的多驱动模态车辆，利用轮胎适应平整路面，利用履带跨越小型障碍，利用摆臂跨越大型障碍或利用机械足跨越障碍，利用轨道轮对适应铁路轨道，在执行抢险救援任务时，可以根据不同情况选择最优的行进模式，从而节约抵达事故现场的时间成本，提高救援效率。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于复杂地形的多驱动模态车辆，其特征在于，包括车辆主体(1)、轮胎驱动组件(3)、轨道轮驱动组件(4)和机械足组件(5)，轮胎驱动组件(3)、轨道轮驱动组件(4)和机械足组件(2)均设在车辆主体上；

轮胎驱动组件(3)用于在平整路面行驶，轨道轮驱动组件(4)用于铁路轨道行驶，机械足组件(5)用于越野或跨越障碍。

2.根据权利要求1所述的多驱动模态车辆，其特征在于，所述多驱动模态车辆包括轮胎驱动模态、轨道驱动模态和越障驱动模态。

3.根据权利要求1所述的多驱动模态车辆，其特征在于，所述机械足组件(5)包括依次连接的机械足髋关节(51)、机械足大腿(52)、机械足小腿(53)和机械足足部(54)。

4.根据权利要求3所述的多驱动模态车辆，其特征在于，所述车辆主体(1)包括车辆底座(11)和驱动模块支架(13)，驱动模块支架(13)设于车辆底座(11)的两端。

5.根据权利要求4所述的多驱动模态车辆，其特征在于，所述机械足髋关节(51)与驱动模块支架(13)转动连接。

6.根据权利要求4所述的多驱动模态车辆，其特征在于，所述轮胎驱动组件(3)包括轮胎(31)和保持架(32)，保持架(32)与所述驱动模块支架(13)连接，轮胎(31)通过轮胎输入轴与保持架(32)连接。

7.根据权利要求4所述的多驱动模态车辆，其特征在于，所述轨道轮驱动组件(4)包括升降滑道(42)和滑块(43)，升降滑道(42)设于所述车辆底座(11)内，滑块(43)的一端在升降滑道(42)内滑动。

8.根据权利要求7所述的多驱动模态车辆，其特征在于，所述轨道轮驱动组件(4)还包括轨道轮(41)，轨道轮(41)设于所述滑道(43)的另一端。

9.根据权利要求3所述的多驱动模态车辆，其特征在于，所述轨道轮驱动组件(4)包括轨道轮(41)，轨道轮(41)设于机械足大腿(52)与机械足小腿(53)连接处。

10.一种用于复杂地形的多驱动模态车辆的越障方法，其特征在于，步骤包括：

步骤1：多驱动模态车辆以轮胎驱动模态运动到月台边缘，并倾斜靠近月台边缘，当多驱动模态车辆的一端轮胎(31)越过月台边缘后采用机械足组件(5)驱动，另一端位于月台上采用轮胎驱动组件(3)驱动；

步骤2：多驱动模态车辆的另一端轮胎(31)越过月台边缘后采用机械足组件(5)驱动；

步骤3：机械足组件(5)收缩，车辆主体(1)下移，使得轮胎(31)接触地面，采用轮胎驱动组件(3)驱动；

步骤4：在轮胎驱动模态下转向，使得轨道轮(41)对准轨道，并采用轨道轮驱动组件(4)驱动，完成越障；

或，步骤1：多驱动模态车辆以轮胎驱动模态运动到月台边缘，当多驱动模态车辆以轮胎的一侧轮胎运动到月台边缘后采用履带及摆臂驱动组件(2)驱动，另一侧位于月台上采用轮胎驱动组件(3)驱动；

步骤2：待多驱动模态车辆以轮胎的另一侧轮胎(31)运动到月台边缘后采用履带及摆臂驱动组件(2)驱动；

步骤3：车辆主体(1)下移使得轨道轮(41)接触轨道，多驱动模态车辆以轮胎的履带向上摆动脱离地面，采用轨道轮驱动组件(4)驱动，完成越障。

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