CN104742679A - 一种自平衡林用汽车底盘 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种自平衡林用汽车底盘，包括前后两根横梁、一根连接梁、两个水平传动机构、四个升降传动机构、两个前驱动机构、两个后驱动机构、前倾斜传感器、后倾斜传感器以及控制器；其中，水平传动机构用于水平方向传输动力，升降传动机构用于升降调节和传动，前驱动机构用于前轮驱动和转向，后驱动机构用于后轮驱动，前倾斜传感器和后倾斜传感器用于实时检测汽车的平衡性，控制器用于实时控制升降传动机构和前驱动机构工作。该汽车底盘能够实时调整汽车车身的平衡性能，尤其适合在林中不平的地面上使用，具有较好的应用前景。

Description

一种自平衡林用汽车底盘

技术领域

    本发明涉及一种汽车底盘，尤其是一种林用汽车的汽车底盘。

背景技术

    目前，现有的汽车底盘完全不能够适应林中使用，汽车在行驶和停放过程中，需要经过一些高低不平的地形，由于现有汽车的底盘距地高度是一定的，这就给汽车通过此地形造成了困难，轻则无法通过，重则会划伤汽车底盘，造成汽车损坏，而且驾驶员也会由于汽车的不平衡来回或左右晃动，汽车操控起来比较累，乘车的舒适性极低。所以有必要设计一种专门适合林用的汽车底盘，能够在高低不平的地形自行调节底盘的倾斜度和高度，使汽车在林中行驶时如履平地。

发明内容

本发明要解决的技术问题是现有的汽车底盘无法适应林中高低不平或倾斜的地面。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种自平衡林用汽车底盘，包括前后两根横梁、一根连接梁、两个水平传动机构、四个升降传动机构、两个前驱动机构、两个后驱动机构、前倾斜传感器、后倾斜传感器以及控制器；连接梁的前端垂直且转动式安装在前侧横梁的中间处，后端垂直且固定安装在后侧横梁的中间处；

两个水平传动机构分别安装在前后两根横梁的下方；水平传动机构包括差速器、左右两根半轴、主动轴以及两个分别安装在横梁左右两端的传动支座；主动轴通过差速器分别驱动左右两根半轴转动；左右两根半轴分别转动式安装在左右两个传动支座上；

四个升降传动机构分别安装在前后两根横梁左右两端的下方；升降传动机构包括上传动链轮、两根上支撑杆、两个中间支撑链轮、两根下支撑杆、下传动链轮、传动链条、下传动轴以及至少一个升降油缸；上传动链轮固定安装在半轴上，并随半轴一起转动；两根上支撑杆的上端均摆动式安装在半轴上，两根上支撑杆的下端与两根下支撑杆的上端摆动式对接，两根下支撑杆的下端摆动式安装在下传动轴上，两根上支撑杆和两根下支撑杆在半轴和下传动轴之间的竖直面内构成菱形压缩结构，半轴的轴向与下传动轴的轴向相平行，菱形压缩结构所在面与半轴和下传动轴的轴向垂直；下传动链轮安装在下传动轴上，并驱动下传动轴转动；两个中间支撑链轮分别转动式安装在两根上支撑杆与两根下支撑杆的两个摆动对接处；传动链条包围在菱形压缩结构四个顶点上的上传动链轮、两个中间支撑链轮以及下传动链轮的外围；

两个前驱动机构分别安装在前侧的两个升降传动机构的下方；前驱动机构包括圆筒形的上转向壳、下传动壳以及转向驱动电机，上转向壳的下圆周边缘处设有凸圈，凸圈嵌于下传动壳内，并可相对下传动壳水平转动；前侧的两个升降传动机构的下传动轴水平且转动式安装在上转向壳内，并在该下传动轴上设有主动齿轮；上转向壳内通过水平支座转动式设有水平转轴；水平转轴与上方的下传动轴相平行；水平转轴上设有主动锥齿轮以及与主动齿轮相啮合的从动齿轮；下传动壳内通过竖直支座竖直且转动式设有一根竖直转轴；竖直转轴的轴心线位于上转向壳的中心线上；竖直转轴的上下两端分别设有上端锥齿轮和下端锥齿轮；上端锥齿轮与主动锥齿轮相啮合；下传动壳内还水平且转动式设有一根前轮主轴；前轮主轴的轴头伸出下传动壳外，并在前轮主轴上设有与下端锥齿轮相啮合的主轴锥齿轮；上转向壳的外圆周上设有一圈齿圈，转向驱动电机安装在下传动壳上，并驱动齿圈水平转动；前侧的两个升降传动机构的升降油缸支撑在前侧的横梁与上转向壳的顶部之间；

两个后传动壳体分别安装在后侧的两个升降传动机构的下方；后侧的两个升降传动机构的下传动轴水平且转动式安装在后传动壳体内，且下传动轴的轴头伸出后传动壳体外；后侧的两个升降传动机构的升降油缸支撑在后侧的横梁与后传动壳体的顶部之间；

前倾斜传感器安装在前侧的横梁上，后倾斜传感器安装在后侧的横梁上；控制器分别与前倾斜传感器、后倾斜传感器、四个升降油缸以及两个转向驱动电机相连。

采用前倾斜传感器和后倾斜传感器分别采集前后两侧的横梁的水平性，并由控制器根据平衡信号控制相应的升降油缸进行平衡调节，使汽车底盘具备自平衡能力；采用菱形压缩结构能够在升降油缸进行升降调节的过程中仍然可以将水平传动机构的驱动力传输至下方的前驱动机构和后驱动机构，而且传动链条在菱形压缩结构的支撑下能够始终保持紧绷状态，防止升降过程中传动链条出现松动；采用上转向壳内的水平转轴上的主动锥齿轮驱动下传动壳内的前竖直转轴转动，即使在转向驱动电机驱动下传动壳相对上转向壳水平转动时，也能够将转动力传输至前轮主轴上；将竖直转轴的轴心线设置位于上转向壳的中心线上，在下传动壳相对上转向壳水平转动时，也确保下端锥齿轮与主轴锥齿轮始终保持啮合状态。

作为本发明的进一步改进方案，两个前驱动机构的下传动壳上还设有角位移传感器，角位移传感器的传动轴上的齿轮与齿圈相啮合；角位移传感器与控制器相连。采用角位移传感器能够实时反馈转向驱动电机驱动下传动壳相对上转向壳水平转动的角度，提高转向精度。

作为本发明的进一步改进方案，两个前驱动机构的下传动壳的顶部还设有一个环形罩盖；齿圈、角位移传感器和转向驱动电机均位于环形罩盖的下方。采用环形罩盖能够防止行驶过程中有异物飞溅到齿圈上而阻碍转向，提高了行驶的安全性。

作为本发明的进一步改进方案，前倾斜传感器和后倾斜传感器为均为陀螺仪。采用陀螺仪既能够检测前后左右的倾斜状态，又能够检测上下运动的加速度，从而在上坡或下坡时也能够对应调节前后升降传动机构的升降状态。

作为本发明的进一步改进方案，升降传动机构包括两个平行安装的升降油缸。采用两个平行安装的升降油缸能够提高底盘的支撑强度，也提高底盘升降的可靠性。

本发明的有益效果在于：（1）采用前倾斜传感器和后倾斜传感器分别采集前后两侧的横梁的水平性，并由控制器根据平衡信号控制相应的升降油缸进行平衡调节，使汽车底盘具备自平衡能力；（2）采用菱形压缩结构能够在升降油缸进行升降调节的过程中仍然可以将水平传动机构的驱动力传输至下方的前驱动机构和后驱动机构，而且传动链条在菱形压缩结构的支撑下能够始终保持紧绷状态，防止升降过程中传动链条出现松动；（3）采用上转向壳内的水平转轴上的主动锥齿轮驱动下传动壳内的前竖直转轴转动，即使在转向驱动电机驱动下传动壳相对上转向壳水平转动时，也能够将转动力传输至前轮主轴上；（4）将竖直转轴的轴心线设置位于上转向壳的中心线上，在下传动壳相对上转向壳水平转动时，也确保下端锥齿轮与主轴锥齿轮始终保持啮合状态。

附图说明

图1为本发明的底盘前侧结构示意图；

图2为本发明的底盘后侧结构示意图；

图3为本发明的底盘左视结构示意图；

图4为本发明的底盘俯视结构示意图；

图5为本发明的控制关系图；

图6为本发明的单杆菱形压缩结构示意图；

图7为本发明的双杆菱形压缩结构示意图。

具体实施方式

如图1-6所示，本发明的自平衡林用汽车底盘包括：前后两根横梁1、一根连接梁3、两个水平传动机构、四个升降传动机构、两个前驱动机构、两个后传动壳体38、前倾斜传感器39、后倾斜传感器40以及控制器；连接梁3的前端垂直且转动式安装在前侧横梁1的中间处，后端垂直且固定安装在后侧横梁1的中间处。

两个水平传动机构分别安装在前后两根横梁1的下方；水平传动机构包括差速器8、左右两根半轴6、主动轴9以及两个分别安装在横梁1左右两端的传动支座11；主动轴9通过差速器8分别驱动左右两根半轴6转动，在左右两根半轴6出现速度差时由差速器8进行协调；左右两根半轴6分别转动式安装在左右两个传动支座11上。

四个升降传动机构分别安装在前后两根横梁1左右两端的下方；升降传动机构包括上传动链轮12、两根上支撑杆13、两个中间支撑链轮15、两根下支撑杆14、下传动链轮16、传动链条17、下传动轴21以及两个平行安装的升降油缸18；上传动链轮12固定安装在半轴6上，并随半轴6一起转动；两根上支撑杆13的上端均摆动式安装在半轴6上，且只能绕半轴6在与半轴6垂直的面内摆动；两根上支撑杆13的下端与两根下支撑杆14的上端摆动式对接，且只能在同一平面内相对摆动；两根下支撑杆14的下端摆动式安装在下传动轴21上，且只能绕下传动轴21在与下传动轴21垂直的面内摆动；两根上支撑杆13和两根下支撑杆14在与半轴6和下传动轴21垂直的平面上构成菱形压缩结构，半轴6的轴向与下传动轴21的轴向相平行，菱形压缩结构所在面与半轴6和下传动轴21的轴向垂直；下传动链轮16安装在下传动轴21上，并驱动下传动轴21转动；两个中间支撑链轮15分别转动式安装在两根上支撑杆13与两根下支撑杆14的两个摆动对接处；传动链条17包围在菱形压缩结构四个顶点上的上传动链轮12、两个中间支撑链轮15以及下传动链轮16的外围，由于两根上支撑杆13和两根下支撑杆14的支撑作用，使得传动链条17始终能够牢牢包围在上传动链轮12、两个中间支撑链轮15以及下传动链轮16的外围上。

如图7所示，为了进一步提高菱形压缩结构的结构强度，可以设置四根上支撑杆13和四根下支撑杆14，使菱形压缩结构的四条边都为两根支撑杆，四根上支撑杆13的下端与四根下支撑杆14的上端分别对应摆动式安装，且上传动链轮12、两个中间支撑链轮15以及下传动链轮16都位于相应位置处的两根支撑杆之间，这样既能够确保菱形压缩结构的结构强度，又能够防止上传动链轮12、两个中间支撑链轮15以及下传动链轮16的中心轴在长期使用后出现歪斜。

两个前驱动机构分别安装在前侧的两个升降传动机构的下方；所述前驱动机构包括圆筒形的上转向壳19、下传动壳20以及转向驱动电机34，在上转向壳19的下圆周边缘处设有凸圈37，凸圈37嵌于下传动壳20内，并可相对下传动壳20水平转动；前侧的两个升降传动机构的下传动轴21水平且转动式安装在上转向壳19内，并在该下传动轴21上设有主动齿轮22；在上转向壳19内通过水平支座24转动式设有水平转轴23；水平转轴23与上方的下传动轴21相平行；在水平转轴23上设有主动锥齿轮26以及与主动齿轮22相啮合的从动齿轮25；在下传动壳20内通过竖直支座28竖直且转动式设有一根竖直转轴27；竖直转轴27的轴心线位于上转向壳19的中心线上；在竖直转轴27的上下两端分别设有上端锥齿轮29和下端锥齿轮30；上端锥齿轮29与主动锥齿轮26相啮合；在下传动壳20内还水平且转动式设有一根前轮主轴31；前轮主轴31的轴头伸出下传动壳20外，用于安装前侧的车轮4，并在前轮主轴31上设有与下端锥齿轮30相啮合的主轴锥齿轮32；在上转向壳19的外圆周上设有一圈齿圈33，转向驱动电机34安装在下传动壳20上，并驱动齿圈33水平转动，从能够根据控制器接收到的转向命令进行转向；前侧的两个升降传动机构的升降油缸18支撑在前侧的横梁1与上转向壳19的顶部之间。

两个后传动壳体38分别安装在后侧的两个升降传动机构的下方；后侧的两个升降传动机构的下传动轴21水平且转动式安装在后传动壳体38内，且下传动轴21的轴头伸出后传动壳体38外，用于安装后侧的车轮4；后侧的两个升降传动机构的升降油缸18支撑在后侧的横梁1与后传动壳体38的顶部之间。

前倾斜传感器39安装在前侧的横梁1上，后倾斜传感器40安装在后侧的横梁1上，在具体实施时前倾斜传感器39和后倾斜传感器40均可设计为陀螺仪；控制器分别与前倾斜传感器39、后倾斜传感器40、四个升降油缸18以及两个转向驱动电机34相连。

如图1所示，为了进一步提高转向精度，在两个前驱动机构的下传动壳20上还设有角位移传感器35，角位移传感器35的传动轴上的齿轮与齿圈33相啮合；角位移传感器35与控制器相连，用于实时采集转向角度。

如图1所示，为了防止齿圈33被阻塞，在两个前驱动机构的下传动壳20的顶部还设有一个环形罩盖36；齿圈33、和转向驱动电机34均位于环形罩盖36的下方。

本发明的自平衡林用汽车底盘在使用时，首先由前倾斜传感器39和后倾斜传感器40实时采集前后侧的横梁1的平衡状态，当横梁1发送倾斜时，便由控制器迅速控制相应位置处的升降油缸18来调节横梁1的平衡状态；当需要转向时，控制器结构方向盘发送的转向信号，并控制两个转向驱动电机34驱动齿圈33开始转向，同时角位移传感器35反馈转过的角度；在升降油缸18升降过程中，菱形压缩结构会跟随发生形变，即上支撑杆13和下支撑杆14之间的夹角发送改变，但是菱形压缩结构的总边长是不变的，从而使得传动链条17始终围绕在上传动链轮12、两个中间支撑链轮15以及下传动链轮16的外围。

Claims (5)

1.一种自平衡林用汽车底盘，其特征在于：包括前后两根横梁（1）、一根连接梁（3）、两个水平传动机构、四个升降传动机构、两个前驱动机构、两个后传动壳体（38）、前倾斜传感器（39）、后倾斜传感器（40）以及控制器；所述连接梁（3）的前端垂直且转动式安装在前侧横梁（1）的中间处，后端垂直且固定安装在后侧横梁（1）的中间处；

两个水平传动机构分别安装在前后两根横梁（1）的下方；所述水平传动机构包括差速器（8）、左右两根半轴（6）、主动轴（9）以及两个分别安装在横梁（1）左右两端的传动支座（11）；所述主动轴（9）通过差速器（8）分别驱动左右两根半轴（6）转动；所述左右两根半轴（6）分别转动式安装在左右两个传动支座（11）上；

四个升降传动机构分别安装在前后两根横梁（1）左右两端的下方；所述升降传动机构包括上传动链轮（12）、两根上支撑杆（13）、两个中间支撑链轮（15）、两根下支撑杆（14）、下传动链轮（16）、传动链条（17）、下传动轴（21）以及至少一个升降油缸（18）；所述上传动链轮（12）固定安装在半轴（6）上，并随半轴（6）一起转动；所述两根上支撑杆（13）的上端均摆动式安装在半轴（6）上，两根上支撑杆（13）的下端与两根下支撑杆（14）的上端摆动式对接，两根下支撑杆（14）的下端摆动式安装在下传动轴（21）上，两根上支撑杆（13）和两根下支撑杆（14）在半轴（6）和下传动轴（21）之间的竖直面内构成菱形压缩结构，所述半轴（6）的轴向与下传动轴（21）的轴向相平行，所述菱形压缩结构所在面与半轴（6）和下传动轴（21）的轴向垂直；所述下传动链轮（16）安装在下传动轴（21）上，并驱动下传动轴（21）转动；两个中间支撑链轮（15）分别转动式安装在两根上支撑杆（13）与两根下支撑杆（14）的两个摆动对接处；所述传动链条（17）包围在菱形压缩结构四个顶点上的上传动链轮（12）、两个中间支撑链轮（15）以及下传动链轮（16）的外围；

两个前驱动机构分别安装在前侧的两个升降传动机构的下方；所述前驱动机构包括圆筒形的上转向壳（19）、下传动壳（20）以及转向驱动电机（34），所述上转向壳（19）的下圆周边缘处设有凸圈（37），所述凸圈（37）嵌于下传动壳（20）内，并可相对下传动壳（20）水平转动；前侧的两个升降传动机构的下传动轴（21）水平且转动式安装在上转向壳（19）内，并在该下传动轴（21）上设有主动齿轮（22）；所述上转向壳（19）内通过水平支座（24）转动式设有水平转轴（23）；所述水平转轴（23）与上方的下传动轴（21）相平行；所述水平转轴（23）上设有主动锥齿轮（26）以及与主动齿轮（22）相啮合的从动齿轮（25）；所述下传动壳（20）内通过竖直支座（28）竖直且转动式设有一根竖直转轴（27）；所述竖直转轴（27）的轴心线位于上转向壳（19）的中心线上；所述竖直转轴（27）的上下两端分别设有上端锥齿轮（29）和下端锥齿轮（30）；所述上端锥齿轮（29）与主动锥齿轮（26）相啮合；所述下传动壳（20）内还水平且转动式设有一根前轮主轴（31）；所述前轮主轴（31）的轴头伸出下传动壳（20）外，并在前轮主轴（31）上设有与下端锥齿轮（30）相啮合的主轴锥齿轮（32）；所述上转向壳（19）的外圆周上设有一圈齿圈（33），所述转向驱动电机（34）安装在下传动壳（20）上，并驱动齿圈（33）水平转动；前侧的两个升降传动机构的升降油缸（18）支撑在前侧的横梁（1）与上转向壳（19）的顶部之间；

两个后传动壳体（38）分别安装在后侧的两个升降传动机构的下方；后侧的两个升降传动机构的下传动轴（21）水平且转动式安装在后传动壳体（38）内，且下传动轴（21）的轴头伸出后传动壳体（38）外；后侧的两个升降传动机构的升降油缸（18）支撑在后侧的横梁（1）与后传动壳体（38）的顶部之间；

所述前倾斜传感器（39）安装在前侧的横梁（1）上，所述后倾斜传感器（40）安装在后侧的横梁（1）上；所述控制器分别与前倾斜传感器（39）、后倾斜传感器（40）、四个升降油缸（18）以及两个转向驱动电机（34）相连。

2.根据权利要求1所述的自平衡林用汽车底盘，其特征在于：所述两个前驱动机构的下传动壳（20）上还设有角位移传感器（35），所述角位移传感器（35）的传动轴上的齿轮与齿圈（33）相啮合；所述角位移传感器（35）与控制器相连。

3.根据权利要求2所述的自平衡林用汽车底盘，其特征在于：所述两个前驱动机构的下传动壳（20）的顶部还设有一个环形罩盖（36）；所述齿圈（33）、角位移传感器（35）和转向驱动电机（34）均位于环形罩盖（36）的下方。

4.根据权利要求1或2所述的自平衡林用汽车底盘，其特征在于：所述前倾斜传感器（39）和后倾斜传感器（40）为均为陀螺仪。

5.根据权利要求1或2所述的自平衡林用汽车底盘，其特征在于：所述升降传动机构包括两个平行安装的升降油缸（18）。