CN105857156B - 一种智能化油罐车防侧翻控制系统及使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种智能化油罐车防侧翻控制系统及使用方法，所述的防侧翻控制系统包括车架、罐体、多维气动压板调节装置、组合式压板、重心环形调节装置、六维调姿仿生轮腿、中央控制器、罐体重心控制器、罐车传感器。所述的使用方法主要特征如下：中央控制器对罐体重心控制器和轮腿调姿控制器进行协调控制，罐体重心控制器对压板调节控制器、压板控制器和重心环形调节控制器进行协调控制，轮腿调姿控制器对六维调姿仿生轮腿进行六维调姿。本发明能够实现油罐车底盘的重心和油罐车罐体的重心的实时在线监控和控制，保证油罐车在高速行驶状态下，受到坏路面和外界干扰时的防侧翻，显著能够提高油罐车的行驶稳定性、安全性和抗侧翻能力。

Description

一种智能化油罐车防侧翻控制系统及使用方法

技术领域

本发明涉及一种智能化油罐车防侧翻控制系统，包括油罐车罐体的多维气动压板调节装置、组合式压板和重心环形调节装置，油罐车的六维调姿仿生轮腿，属于汽车零部件创新领域。

本发明还涉及一种智能化油罐车防侧翻控制系统的使用方法，包括中央控制器、罐体重心控制器、轮腿调姿控制器以及压板调节控制器、压板控制器、重心环形调节控制器之间的协同控制步骤，属于汽车智能化控制领域。

背景技术

目前，石油仍然是全世界不可替代的重要资源。中国是个石油大国，对石油资源的需求量巨大且与日俱增。关于石油的运输，我国各省市的石油分配路线为：将石油从储油基地的总站运输到各地分散的加油站和油库等。其中，承担着石油的运输功能的特殊车辆就叫做油罐车。在我国，油罐车得到了充分应用，包括各种专用的运输罐车。油罐车主要用作石油的衍生品的运输和储藏，根据不同的用途和使用环境有多种加油或运油功能。从汽车的类型上来看，油罐车是一种在公路上行驶用来运输油液的重型汽车。随着石油需求的增加，油罐车的数量也在迅速上升。油罐车是液体运输的最安全的方式，油罐车逐渐成为中国公路运输中最重要的方式之一，对我国的国民经济的发展有着重要的意义。

油罐车具备很多运输上的优点，在中国公路运输上也扮演着越来越重要的角色。但是油罐车在运输过程中的整车侧翻问题一直成为困扰人们的重大难题。根据汽车理论的知识，我们知道，在运输型车辆上，车辆的横向稳定性是车辆安全运行的首要问题之一，一直为人们所关注。针对油罐车而言，由于油罐车轮距长、装载量大、盛装的油液易燃易爆等因素，故此类车辆一般比较难驾驶。近年来，由于油罐车整车侧翻而产生罐体漏油爆炸的事故层出不穷，造成重大的人员伤亡。那么，怎样有效防止油罐车的侧翻事故，保证油罐车的行驶安全是我们迫切需要解决的技术难题。油罐车极易侧翻产生爆炸事故，究其原因，有两大点：第一，油罐车的车体大多比较笨重，在转向和行驶时不够灵活，当油罐车在行驶过程中遭遇坏路面如坑洼路和损伤路、外部干扰如侧向风等影响时，油罐车极易发生侧滑或者侧翻；第二，基于油罐车罐体的加油和卸油原理，油罐车在从总站出发前会把整个罐体的油液加满，当油罐车行驶到需要卸油的加油站时，就会将罐体内的油液卸除一定数量，但由于油罐车在中途加油站处的停放次数以及每次停放时的卸油量均无法预知，因此，在这种情况下，油罐车内油液会经常处于不满的状态，这必然会导致油罐车在行驶的过程中由于罐体中未装满的液体的晃动而产生多余的力，使得油罐车的重心摇摆不定，这对油罐车的操纵稳定性和安全性产生了极大的威胁。鉴于以上两点，油罐车在行驶的过程中，整车行驶的安全性越来越难得到保障。为了减少油罐车的交通事故，防止油罐车在行驶过程中发生侧翻现象，许多发明人进行了多种方法的尝试。

目前，油罐车的防侧翻功能主要采用两种技术方案来实现。第一，针对油罐车的罐体结构进行改进设计。传统的油罐车的罐体结构中，大型油罐车罐体多为承载式罐体结构，为防止罐体中的液体产生波动，罐体中设有横向隔板和纵向防波板，通过交通运输工程中的各种应用实例证明，此技术方案很难保证罐体中的油液不产生晃动，油罐车的行驶安全性得不到保障。为此，人们对油罐车的罐体结构尝试了各种形式的改进，如在中国专利申请号为201310404161.2中公开了一种防油罐车侧翻的罐体机构，包括电机、减速器、螺纹轴和推盘，通过螺纹轴推动推盘将罐体中的油液挤压到更小的体积来实现防侧翻功能；如在中国专利申请号为201410027878.4中公开了一种防油罐车侧翻的分仓罐体，包括罐体和若干隔板，通过隔板将罐体分仓，以此实现油液在各个舱内的逐渐装油和卸油过程。第一种技术方案忽略了采用推盘挤压的方式会导致罐体的重心整体后移，在油罐车上坡或者下坡时，极易导致油罐车产生俯仰翻倒，引发重大交通事故；第二种技术方案采用多块隔板的方式对罐体进行分仓，仍不能保证每个分舱内的油液不晃动，且前面舱内的油液均呈装满状态会导致整车的重心偏高，存在着安全隐患。本发明人在中国专利申请号为201410111943.1中公开了一种基于罐体结构的油罐车防侧翻方法和装置，采用在罐体内设置六块纵板，通过单向阀、呼吸阀、液位报警阀的协调控制实现油罐车的自动装油和卸油过程。此技术方案在极大的程度上实现了油罐车罐体内油液的不晃动，且显著降低油罐车整车的重心，保证了油罐车行驶时的安全性。但此技术方案并不能保证油罐车在遇到外界环境因素干扰时，如遭遇坏路面和侧向风仍然具有自动防侧翻的功能，且该技术方案的智能化程度有待进一步提高。超出上述专利所提供的油罐车防侧翻的技术方案，很少涉及改进油罐车罐体结构来实现防止油罐车侧翻的方案。

第二，基于现有专利和相关文献中记载的汽车防侧翻装置，采用创造学中的移植原理，将汽车的防侧翻装置用到油罐车的防侧翻领域上，并结合本领域技术人员常规的技术手段来实现技术的转化。目前，在汽车的防侧翻装置现有技术中，主要有两大类技术方案。(1)汽车防侧翻支架。如在中国专利申请号为201410153677.9中公开了一种车辆的防侧翻装置和车辆，包括侧倾支撑器，采用控制器控制侧倾支撑器伸出以防止车辆发生侧翻；如在中国专利申请号为201510329399.2中公开了一种用于车辆的防侧翻装置，包括车架和侧向支承结构，用于防止卡车的防侧翻。

在汽车的防侧翻试验装置领域也用到此类型的汽车防侧翻支架。根据汽车试验学的知识，我们得知，在进行车辆的极限试验、高速操控性能试验等各类汽车的探索性试验时，需要汽车在高速行驶过程中不断调速和调姿，因此，汽车的侧翻系数较大，尤其对于重型汽车。现有的汽车防侧翻试验支架中，投入到实际使用的仅有孔辉汽车科技公司的防翻支架，采用钛合金材料制成，成对安装在车辆的前后位置。该技术方案解决了汽车多种试验工况下的防侧翻，包括操稳和转向系试验等，但对于汽车的高速探索性试验，该防翻支架并不能有效的保证车辆的抗侧翻。在此基础上，出现了多种改进设计。如在中国专利申请号为201210122652.3中公开了一种轿车高速行驶操控性试验和防抱死试验用防侧翻装置，包括两根平行的横梁，横梁的两端连接着V形架，V形架通过支撑板和万向球连接；如在中国专利申请号为201110256078.6中公开了一种用于商用车高速行驶操控性能试验防侧翻装置，包括骑马螺栓、方钢管、U形刚、加强板、轮轴及车轮总成；此两种技术方案的万向球和车轮总成不能根据汽车的侧翻情况进行自适应调整，不能对汽车的复杂体位进行实时的调整，在高速行驶状态下，汽车的侧翻危险系数较高。

综上所述，将汽车防侧翻支架移植到油罐车防侧翻上，虽对于油罐车的底盘的侧翻有辅助支撑作用，但考虑到，油罐车的整车的重心集中在罐体中心附近，因此，该类侧翻支架并不能有效的实现油罐车整车的防侧翻。超出上述专利所提供的技术方案，现有文献和专利资料中均未涉及到汽车高速行驶状态下的防侧翻支架的技术方案。

(2)通过控制汽车的底盘的重心来实现汽车的防侧翻。如在中国专利申请号为201110348121.1中公开了一种汽车和汽车用防侧翻安全系统及其防侧翻安全装置，包括配重箱和活塞式配重块，通过配重块的左右移动实现对汽车重心的调整；又如在中国专利申请号为200810232901.8中公开了一种汽车防侧翻系统，通过改变汽车减震器的结构，并加装油缸总成来实现汽车重心向转弯方向的同一方向偏移，并降低车身重心，减少汽车侧翻的几率。此类技术方案能降低和调节油罐车的底盘重心，但不能实现对油罐车盛装罐体的重心的控制和调节。现有专利和相关文献中均未有涉及到油罐车底盘重心和油罐车罐体重心协调控制的相关技术方案。

因此，油罐车的整车防侧翻技术是本领域中长期存在的技术难题，且尚未得到解决，存在着技术空白。

随着互联网和自动控制技术的飞跃发展，针对我国目前的交通发展现状，我国交通运输行业提出了智能运输系统的概念，这意味着我国的交通运输将向着自动化和智能的方向发展。我们必须要对我国目前使用的各种重要的交通运输工具进行智能化再设计，以适应未来的发展需要，提高我国的综合实力。目前，在油罐车的防侧翻的技术难题上，国内外现有的专利文件和文献均未涉及到采用智能化控制系统来实现。采用自动化控制技术实现油罐车底盘重心和油罐车罐体重心协调控制的技术方案是本领域的首创，可有效填补本领域的技术空白。从智能化交通运输工具的角度出发，我们希望油罐车能够实现实时的在线监控和实时的防侧翻。本发明首次提出采用智能化控制系统来实现油罐车的防侧翻。

本发明借鉴飞机起落架方向稳定性好，操纵转弯较灵活的优点，基于创造学中的移植原理和仿生学原理，首次将飞机“起落架”技术创造性的用到汽车防侧翻装置上，并结合并联机构的理论，提出了油罐车的六维调姿仿生轮腿的设计；本发明提出了油罐车罐体的多维气动压板调节装置、组合式压板和油罐车重心环形调节装置的设计，结合气动控制技术，通过两者的协调控制实现油罐车底盘的重心和油罐车罐体的重心的实时监控和实时控制，实现油罐车的在线实时防侧翻的功能，可有效保证油罐车在高速行驶状态下，受到坏路面和外界干扰时的防侧翻，显著能够提高油罐车的行驶稳定性、安全性和抗侧翻能力。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种智能化油罐车防侧翻控制系统及其使用方法，能有效填补油罐车智能化防侧翻领域的技术空白，克服油罐车防侧翻装置现有技术的缺陷，实现油罐车行驶重心的实时在线监控和调整，从而显著提高油罐车在各种路况和外界干扰下的稳定性、安全性和抗侧翻能力。

本发明所要解决的技术问题采用以下技术方案来实现。

就智能化油罐车防侧翻控制系统而言，本发明提出了一种智能化油罐车防侧翻控制系统，由车架、罐体、多维气动压板调节装置、组合式压板、重心环形调节装置、六维调姿仿生轮腿、中央控制器、罐体重心控制器、罐车传感器组成。所述的车架上设有多组X向基轨，所述的罐体安装在车架的X向基轨上；所述的罐体的坐标系和车辆坐标系的各坐标轴的方向相同。所述的罐车传感器包括轮速传感器和陀螺仪传感器。所述的罐体的截面形状为油罐车罐体常用的任意截面形状。

所述的多维气动压板调节装置的数量为三个；其中，每个多维气动压板调节装置均具有一个平移和两个转动共三个自由度的运动与调节功能，且三个多维气动压板调节装置可以同步进行调节，也可以单独进行调节；从机构学角度上讲，所述的多维气动压板调节装置为3-{RPS}结构的并联机构，其中R表示转动副，P表示移动副，S表示球副，且本发明中的移动副P均由双作用气缸实现。所述的多维气动压板调节装置由压板调节控制器、连接平台、第一并联支链、第二并联支链、第三并联支链组成，且所述的第一并联支链、第二并联支链、第三并联支链结构完全相同，均是采用{RPS}结构，且上述三个支链中的移动副P均由双作用气缸实现。所述的连接平台固定安装在油罐车罐体顶板的内壁上，所述的压板调节控制器安装在油罐车罐体顶板的外壁上。

所述的第一并联支链由第一转动副、第一主气缸、第一弹簧和第一球铰组成。其中，所述的第一主气缸的下端通过第一转动副与连接平台相连接，第一主气缸的上端通过第一球铰与组合式压板相连接；所述的第一弹簧套装在第一主气缸的活塞杆上。所述的第二并联支链由第二转动副、第二主气缸、第二弹簧和第二球铰组成。其中，所述的第二主气缸的下端通过第二转动副与连接平台相连接，第二主气缸的上端通过第二球铰与组合式压板相连接，所述的第二弹簧套装在第二主气缸的活塞杆上。所述的第三并联支链由第三转动副、第三主气缸、第三弹簧和第三球铰组成。其中，所述的第三主气缸的下端通过第三转动副与连接平台相连接，第三主气缸的上端通过第三球铰与组合式压板相连接，所述的第三弹簧套装在第三主气缸的活塞杆上。所述的第一并联支链的第一转动副、第二并联支链的第二转动副、第三并联支链的第三转动副的轴线互不平行。

在使用多维气动压板调节装置对组合式压板的位置姿态进行多自由度调节的过程中，分为三个主要阶段进行。第一阶段：当油罐车罐体内的油液盛装满时，组合式压板位于罐体内接近顶板的位置，在压板调节控制器的控制下，多维气动压板调节装置的三条并联支链维持不工作状态，且紧贴在罐体的顶板附近的罐体内壁处；第二阶段：在油罐车进行卸油步骤时，随着罐体内的油液不断的流出，罐体内油液的液面高度不断下降，此时，为保证罐体内的油液不产生晃动以及维持罐体内的气压恒定，在压板调节控制器的控制下，多维气动压板调节装置的第一主气缸、第二主气缸、第三主气缸作为驱动副产生驱动，使得三条并联支链产生沿罐体坐标系Z轴负方向的平移运动，组合式压板在三条并联支链的推动下产生向下平移运动，所述的组合式压板的平移速度和油液下降的速度成正比，且组合式压板和油液液面所包围的空间大小始终恒定，进而保证罐体内气压始终保持额定值，进而保证罐体内油液不发生晃动；第三阶段：在油罐车的重心偏摆角度超过预设的角度范围，油罐车罐体有向罐体坐标系Y轴正方向或者负方向侧翻的倾向时，为防止罐车侧翻，需要调节油罐车的罐体重心到安全位置。此时，组合式压板与重心环形调节装置协调作用来调节油罐车罐体的重心。在压板调节控制器的控制下，通过驱动多维气动压板调节装置的三条并联支链同步进行调节，使组合式压板产生绕罐体坐标系X轴顺时针或者逆时针转动，从而调整罐体内油液的分布，同时，三条并联支链产生沿罐体坐标系Z轴负方向的平移，对罐体内的油液进行推压。

所述的组合式压板由压板控制器、主板支撑架、左翼侧板、右翼侧板、左调节弹簧、右调节弹簧、罐压检测器、呼吸阀、排气管、T形防漏软橡胶层组成。所述的的主板支撑架为组合式压板的主体框架和装配基体，主要起到支撑和连接的作用；所述的主板支撑架上表面设有三组安装座，每组安装座的数量为三个，所述的安装座与多维气动压板调节装置的三条并联支链中的第一球铰、第二球铰、第三球铰连接。所述的主板支撑架为中空结构，主板支撑架中空部分的正中间位置安装有中间限位块，所述的中间限位块起支撑和定位的作用。所述的左翼侧板通过左调节弹簧和中间限位块连接，所述的右翼侧板通过右调节弹簧与中间限位块连接；所述的左调节弹簧和右调节弹簧均为自锁式气弹簧；所述的罐压检测器安装在主板支撑架的下底面上，主要用于检测组合式压板与罐体内壁包络形成的油液盛装空间内的气体压力，并将测得的压力值与预设的压力范围进行比较，若所测压力值不在预设的压力范围内，则通过呼吸阀进行调节；所述的呼吸阀与排气管连通；所述的排气管位于组合式压板的中间位置，且排气管穿过主板支撑架和中间限位块，所述的排气管的上端和下端分别固定安装在主板支撑架的上表面和下底面上。所述的排气管的上端和大气相连，排气管的下端和呼吸阀连通。沿罐体坐标系X轴负方向望去，所述的左翼侧板的左边缘与罐体的左侧内壁相接触，左翼侧板的前、后边缘与罐体的前、后内壁相接触，且所述的左翼侧板的前、后、左边缘均包有T形防漏软橡胶层，所述的T形防漏软橡胶层具有较好的弹性和气密性，主要用于油液的防漏，同时用于保持左翼侧板与罐体内壁的良好接触；所述的左翼侧板的下底面安装有防波层，主要用于吸收因油液的晃动而产生的波动；沿罐体坐标系X轴负方向望去，所述的右翼侧板的右边缘与罐体的右侧内壁相接触，右翼侧板的前、后边缘与罐体的前、后内壁相接触，且所述的右翼侧板的前、后、右边缘均包有T形防漏软橡胶层，所述的T形防漏软橡胶层具有较好的弹性和气密性，主要用于油液的防漏，同时用于保持右翼侧板与罐体内壁的良好接触；所述的右翼侧板的下底面安装有防波层，主要用于吸收因油液的晃动而产生的波动。所述的主板支撑架的前、后边缘设有T形防漏软橡胶层，主板支撑架的下底面设有防波层；所述的T形防漏软橡胶层包括主体橡胶层、支护橡胶层、一级调整缸、二级调整缸，所述的主体橡胶层、支护橡胶层铰接连接；所述的一级调整缸的一端和支护橡胶层铰接，另一端和主板支撑架、左翼侧板或右翼侧板连接，所述的二级调整缸的一端和支护橡胶层铰接，另一端和主板支撑架、左翼侧板或右翼侧板连接。

在组合式压板的使用过程中存在着三个主要阶段。第一阶段：油罐车的罐体内油液在进行卸油的步骤中，若罐体内的油液液面高于罐体的XY中心对称面时，随着罐体内油液的减少，为保持罐体内压力平衡以及防止油液波动，在压板调节控制器的控制下，组合式压板沿罐体坐标系Z轴负方向平移，且在组合式压板运动过程中，由于罐体左、右两侧内壁之间的距离不断变大，左调节弹簧和右调节弹簧处于不断释放的状态，且在左调节弹簧和右调节弹簧的弹簧作用力下，左翼侧板和右翼侧板始终与罐体的左、右侧内壁保持密封接触。在压板控制器的控制下，罐压检测器、呼吸阀、排气管共同工作，保持罐体内压力恒定，保证罐体内的油液不波动。当罐体的卸油过程结束后，组合式压板停止运动，左调节弹簧和右调节弹簧在压板控制器的控制下停止，并产生较大的自锁力；第二阶段：若罐体内的油液液面高于罐体的XY中心对称面时，随着组合式压板沿Z轴负方向平移运动，左调节弹簧和右调节弹簧不断处于压缩的状态，且此时左翼侧板与右翼侧板在弹簧力的作用下仍始终与罐体左、右侧内壁保持密封接触的状态，在压板控制器的控制下，罐压检测器、呼吸阀、排气管共同工作，从而保持罐体的压力额定，进而保持罐体内的油液不产生晃动。当罐体的卸油过程结束后，组合式压板停止运动，左调节弹簧和右调节弹簧在压板控制器的控制下停止，并产生较大的自锁力；第三阶段：在油罐车的重心偏摆角度超过预设的角度范围，油罐车罐体有向罐体坐标系Y轴正方向或者负方向侧翻的倾向时，多维气动压板调节装置、组合式压板配合重心环形调节装置协调工作来调节油罐车罐体重心。在此过程中，若油罐车有向Y轴正向侧翻倾向时，组合式压板左调节弹簧压缩、右调节弹簧伸张，若油罐车有向Y轴负向侧翻倾向时，组合式压板左调节弹簧伸张、右调节弹簧压缩，从而实现罐体内油液重心的改变，进而改变整个罐体的重心的位置。

所述的重心环形调节装置的数量至少为三组，所述的每组重心环形调节装置安装在车架的两个X向基轨之间；其中，每组重心环形调节装置包括重心环形调节控制器、周向运动油液筒、托架、辊轮组、驱动齿轮、驱动电机；所述的油罐车罐体的XY中心对称面下部分设有圆形包裹层，所述的圆形包裹层的内表面与罐体外壁焊接连接，所述的圆形包裹层不仅起到加固和支撑罐体的作用，也是周向运动油液筒的安装基体；所述的圆形包裹层的外表面轮廓呈圆形。所述的圆形包裹层的外表面设有三组以上的圆形导轨和侧向支撑导轨。所述的周向运动油液筒呈长腰形，圆心角为90度，所述的周向运动油液筒内用来盛装罐体内自卸出的油液，装油量为罐体容积的1/24；所述的周向运动油液筒上表面设有上凹形槽，用于与圆形包裹层上的圆形导轨配合使用，从而实现周向运动油液筒在圆形导轨上进行周向运动；所述的周向运动油液筒的前后侧面设有侧向凹形槽，用于与圆形包裹层上的侧向支撑导轨配合使用，实现对周向运动油液筒的支撑和导向作用。所述的周向运动油液筒的下底面设有滑行槽；所述的托架安装在车架上，所述的辊轮组安装在托架上，所述的托架和辊轮组的数量均为两个，沿罐车的XZ平面对称布置，所述的辊轮组与周向运动油液筒的滑行槽的两侧面接触，且能实现相互的滑动。所述的油罐车罐体的底部设有第一单向阀，用于实现罐体内油液的自卸；所述的周向运动油液筒的上顶部设有第二单向阀，用于与罐体底部的第一单向阀配合使用，实现将罐体内油液排入到周向运动油液筒内；所述的周向运动油液筒设有泄油阀。当周向运动油液筒产生沿圆形包裹层的周向运动时，周向运动油液筒可将筒内所装油液带到油罐车罐体外壁上的不同位置处，从而实现罐体整个重心的转移和调节。所述的驱动电机安装在油罐车的车架上；所述的驱动齿轮与驱动电机连接；所述的周向运动油液筒的下底部设有两排轮齿，用于和驱动齿轮啮合连接；所述的驱动齿轮为双联齿轮，且驱动齿轮的中部设有传送轮，传送轮和滑行槽的圆弧面啮合；所述的驱动电机为伺服电机；所述的重心环形调节控制器用于控制驱动电机的动作。

在重心环形调节装置进行工作时，主要和多维气动压板调节装置、组合式压板进行协调工作，大致可分为二个主要阶段。第一阶段：在油罐车行驶的过程中，当中央控制器检测到油罐车的重心侧偏值超过安全值，油罐车有向罐体坐标系Y轴正方向或者Y轴负方向侧翻的倾向时，为使油罐车不发生侧翻，应调整油罐车罐体的重心向侧翻的反方向转移。在中央控制器的控制下，压板调节控制器、压板控制器和重心环形调节控制器分别发出控制指令。在压板调节控制器和压板控制器的控制下，组合式压板产生绕罐体坐标系X轴方向的转动以及沿着Z轴负方向的平移，与此同时，油罐车罐体底部的第一单向阀打开，周向运动油液筒上顶部的第二单向阀打开，在组合式压板的压力作用下，油罐车罐体内的油液通过第一单向阀和第二单向阀流入到周向运动油液筒内，当周向运动油液筒内的油液装满后，组合式压板停止运动，在重心环形调节控制器的控制下，驱动电机启动，在驱动齿轮的带动下，周向运动油液筒产生沿圆形包裹层的周向运动，当周向运动油液筒运动到左端或者右端的最高位置处时，在重心环形调节控制器的控制下停止运动；第二阶段：油罐车罐体重心的动态调整过程。当油罐车罐体的重心左右摇摆不定时，为使油罐车罐体的重心尽快恢复到安全位置，周向运动油液筒的运动需要配合油罐车罐体重心的变化不断在线实时调整，既周向运动油液筒向左、向右运动的速度和位移需要根据油罐车罐体重心的实时变化进行相应的迅速调整。

所述的六维调姿仿生轮腿的数量为四个，关于XZ平面左、右对称分布，且分别安装在距油罐车车架前端H1位置和距车架后端H2位置处,其中，H1和H2的数值由整车侧翻试验得到，且H1、H2长度约为车架长度的1/7；所述的车架上安装有四个轮腿储藏箱。其中，六维调姿仿生轮腿包括轮腿调姿控制器、轮腿传感器、气囊反应装置、第一柔性铰链、X向转动关节、第二柔性铰链、Y向转动关节、第一调姿支链、第二调姿支链、第三调姿支链、回转平台、升降液压缸、侧轮控制臂、侧轮。所述气囊反应装置包括高推力气囊、反应物、引发触动器，当引发触动器接收到轮腿调姿控制器的指令后，触发高推力气囊内的反应物在瞬间产生激烈反应，气囊反应装置在瞬间产生较大的推力；所述的气囊反应装置安装在轮腿储藏箱的内侧面上；当六维调姿仿生轮腿不起作用时，六维调姿仿生轮腿通过自动折叠储藏在轮腿储藏箱内；在气囊反应装置在瞬间产生较大推力后，将六维调姿仿生轮腿从轮腿储藏箱内推射出，与此同时，轮腿调姿控制器发出控制信号，使六维调姿仿生轮腿的各运动关节立即产生动作。

所述的X向转动关节通过第一柔性铰链安装在轮腿储藏箱内；所述的X向转动关节由四根气动肌肉组成；所述的X向转动关节可实现绕车辆坐标系X轴的转动；所述的Y向转动关节通过第二柔性铰链和X向转动关节相连接，所述的Y向转动关节由四根气动肌肉组成，所述的Y向转动关节可实现绕车辆坐标系Y轴的转动；所述的Y向转动关节通过第一调姿支链、第二调姿支链、第三调姿支链和回转平台相连接；所述的第一柔性铰链和第二柔性铰链的结构完全相同；所述的第一柔性铰链包括左关节、转筒、弯曲气动肌肉、右关节，所述的左关节安装在转筒上，所述的右关节和转筒铰接，所述的弯曲气动肌肉的两端通过安装座分别安装在转筒和右关节上。

从机构学角度上讲，所述的第一调姿支链、第二调姿支链、第三调姿支链的结构完全相同，都是采用{RPS}结构，其中R表示转动副，P表示移动副，S表示球副，且本发明中的移动副P均由气动肌肉实现；所述的第一调姿支链、第二调姿支链、第三调姿支链共同组成表达式为3-{RPS}结构的并联机构；所述的第一调姿支链包括第一调姿耳座、第一主气动肌肉、第一调姿球铰；所述的第二调姿支链包括第二调姿耳座、第二主气动肌肉、第二调姿球铰；所述的第三调姿支链包括第三调姿耳座、第三主气动肌肉、第三调姿球铰；所述的第一调姿耳座、第二调姿耳座、第三调姿耳座安装在Y向转动关节上，所述的第一调姿球铰、第二调姿球铰、第三调姿球铰安装在回转平台上。

所述的回转平台包括外支架、内支架、行星轮，所述的行星轮的数量为三个，且呈120度角分布；所述的行星轮为驱动件，通过驱动行星轮的转动可实现外支架和内支架的同轴相对转动；所述的内支架上设有回转角度传感器；所述的升降液压缸和内支架同轴安装，且升降液压缸的缸筒安装在内支架的内部；所述的升降液压缸的活塞缸安装在侧轮控制臂上；所述的侧轮控制臂通过轴承和侧轮相连接。

所述的轮腿传感器包括X向关节角度传感器、Y向关节角度传感器、回转角度传感器、调姿支链三维传感器、液压缸位移传感器。所述的X向关节角度传感器用于测量X向转动关节绕X轴的转动角度；所述的Y向关节角度传感器用于测量Y向转动关节绕Y轴的转动角度；所述的回转角度传感器用于测量内支架相对于外支架的转动角度；所述的调姿支链三维传感器用于测量三条调姿支链产生的沿X、Y轴的转动角度以及绕Z轴的伸长长度；所述的液压缸位移传感器用于测量升降液压缸的位移变化量。

就智能化油罐车防侧翻控制系统的使用方法而言，本发明提出了一种智能化油罐车防侧翻控制系统的使用方法，主要包括如下步骤：

a.油罐车在运油途中正常行驶状态下，六维调姿仿生轮腿储藏在轮腿储藏箱内，周向运动油液筒位于圆形包裹层下表面的最低位置处，且周向运动油液筒内未盛装油液，多维气动压板调节装置、组合式压板均处于不工作状态。当油罐车需要在加油站或者油库卸油时，从油罐车罐体卸油动作开始，罐体内油液液面逐渐下降；在油液液面开始下降的同时，通过压板调节控制器的控制，多维气动压板调节装置的三条并联支链产生沿罐体坐标系Z轴负方向的平移运动，则组合式压板随着油液的流动沿罐体坐标系Z轴负方向平移，且组合式压板的移动速度和油液的流动速度成正比，组合式压板和罐体内油液液面所围的空间大小始终恒定；同时，在组合式压板平移的过程中，组合式压板的主板支撑架、左翼侧板、右翼侧板在左调节弹簧、右调节弹簧和T形防漏软橡胶层的作用下始终与罐体的内部侧壁保持密封接触的状态，因此，罐体内油液的气压始终恒定；由于组合式压板和油液液面所围空间较小，仅供罐体内气压平衡用，因此，罐体内油液不会产生较大的晃动。

b.在油罐车行驶途中，中央控制器通过罐车传感器实时监测油罐车的行驶车速、行驶加速度、整车的重心和倾角；当中央控制器检测到油罐车的整车重心侧偏值超过安全值，油罐车有向罐体坐标系Y轴正方向侧翻的倾向时，中央控制器发出指令给四个轮腿调姿控制器，轮腿调姿控制器接收到指令后，触发气囊反应装置的引发触动器，此时，高推力气囊瞬间产生强大推力，将四个六维调姿仿生轮腿从轮腿储藏箱内推射出，与此同时，四个轮腿调姿控制器进行同步调节四个六维调姿仿生轮腿的X向转动关节、Y向转动关节、第一调姿支链、第二调姿支链、第三调姿支链的姿态，其中，Y轴正方向的两个六维调姿仿生轮腿的X向转动关节、Y向转动关节、第一调姿支链、第二调姿支链、第三调姿支链的气动肌肉均呈压缩状态产生强大的支撑力，Y轴负方向的两个六维调姿仿生轮腿的X向转动关节、Y向转动关节、第一调姿支链、第二调姿支链、第三调姿支链的气动肌肉均伸张产生较大的扒地力，在Y轴正方向和Y轴负方向的两个六维调姿仿生轮腿的协调控制下，维持油罐车不发生大角度的侧翻和横摆运动；为纠正油罐车罐体重心回到安全位置，在轮腿调姿控制器对六维调姿仿生轮腿进行调姿的同时，中央控制器发出指令给罐体重心控制器，罐体重心控制器对压板调节控制器、压板控制器和重心环形调节控制器进行协调控制，使压板调节控制器、压板控制器和重心环形调节控制器同步协调工作。压板调节控制器控制组合式压板沿Z轴负方向的平移的位移量以及绕X轴方向转动的方向和角度值，压板控制器控制组合式压板的左调节弹簧压缩、右调节弹簧伸张动作，使得组合式压板在绕X轴方向转动的过程中，仍能与罐体内壁保持密封接触；在组合式压板进行平移和转动运动时，罐体内的油液通过第一单向阀和第二单向阀被压入到周向运动油液筒内，周向运动油液筒的注满油的时间维持在5-10s；当周向运动油液筒油液装满后，组合式压板维持静止状态，此时，在重心环形调节控制器的控制下，周向运动油液筒向左运动到最高位置处。当油罐车罐体重心恢复到正常位置处后，通过压板控制器和压板调节控制器的作用，组合式压板重新回到水平位置，在重心环形调节控制器的作用下，周向运动油液筒回到圆形包裹层下表面最低位置。在油罐车到达下一个加油站时，将周向运动油液筒的油液通过泄油阀卸除。同理，当油罐车有向罐体坐标系Y轴负方向侧翻的倾向时，中央控制器也会做出类似的控制动作。

c.当油罐车行驶在左、右颠簸起伏的路面或者在外界干扰下左、右偏摆时，油罐车的整车重心摇摆不定，若油罐车左、右偏摆的幅度较小时，通过轮腿调姿控制器来控制四个六维调姿仿生轮腿的姿态，使油罐车从横摆和侧翻状态恢复到平稳行驶状态；若油罐车左、右偏摆的幅度较大时，通过中央控制器指挥轮腿调姿控制器和罐体重心控制器联合协调控制，使四个六维调姿仿生轮腿和组合式压板、多维气动压板调节装置、重心环形调节装置同步协调工作，使油罐车的罐体重心调节和油罐车底盘重心尽快恢复到安全位置。

本发明的有益效果是，与现有的技术相比：

(1)本发明的多维气动压板调节装置采用双作用气缸作为驱动副，具有一个平移和两个转动共三个自由度的运动与调节功能，能实现组合式压板的位置的多维同步调整，调整速度快，精度高。

(2)本发明的组合式压板能够根据罐体内壁的不同间距、组合式压板所处的的不同位置实时调整大小，且能有效实现和罐体内壁的密封接触；本发明的组合式压板还能实现对罐体内气压进行实时监测和调节；

(3)本发明的重心环形调节装置采用齿轮传动、圆形导轨行走、导轨和辊轮支撑的方式，实现周向运动油液筒在罐体外壁上的周向运动；本发明的重心环形调节装置与组合式压板、多维气动压板调节装置同步协调工作可实现油罐车罐体重心的动态调整；

(4)本发明借鉴飞机起落架方向稳定性好，操纵转弯较灵活的优点，基于创造学中的移植原理和仿生学原理，首次将飞机“起落架”技术创造性的用到汽车防侧翻装置上，并结合并联机构的理论，提出了油罐车的六维调姿仿生轮腿的设计；

(5)本发明通过轮腿调姿控制器和罐体重心控制器的协调控制实现油罐车底盘的重心和油罐车罐体的重心的实时监控和实时控制，实现油罐车的在线实时防侧翻的功能，可有效保证油罐车在高速行驶状态下，受到坏路面和外界干扰时的防侧翻，显著能够提高油罐车的行驶稳定性、安全性和抗侧翻能力；

(6)本发明在原有油罐车的基础上进行组装既能实现，尤其适用于复杂和恶劣环境下执行油液运输任务的油罐车，在未来的应用前景广阔。

附图说明

图1为本发明的总体结构示意图；

图2为本发明的控制系统流程图；

图3为本发明的多维气动压板调节装置和组合式压板的连接示意图；

图4为本发明的多维气动压板调节装置的结构示意图；

图5为本发明的重心环形调节装置的结构示意图；

图6为本发明的六维调姿仿生轮腿的安装示意图；

图7为本发明的六维调姿仿生轮腿和车架的连接示意图；

图8为本发明的六维调姿仿生轮腿的结构示意图；

图9为本发明的第一柔性铰链的结构示意图；

图10为本发明的六维调姿仿生轮腿不起作用时的安放示意图；

具体实施方式

为了使本发明所实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例和图示，进一步阐述本发明。

如图1、图2所示，本发明的一种智能化油罐车防侧翻控制系统，由车架1、罐体2、多维气动压板调节装置3、组合式压板4、重心环形调节装置5、六维调姿仿生轮腿6、中央控制器7、罐体重心控制器8、罐车传感器9组成。所述的车架1上设有多组X向基轨101，所述的罐体2安装在车架1的X向基轨101上；所述的罐体2的坐标系和车辆坐标系的各坐标轴的方向相同。所述的罐车传感器9包括轮速传感器901和陀螺仪传感器902。所述的罐体2的截面形状为油罐车罐体常用的任意截面形状。

如图1、图3、图4所示，所述的多维气动压板调节装置3的数量为三个；其中，每个多维气动压板调节装置3均具有一个平移和两个转动共三个自由度的运动与调节功能，且三个多维气动压板调节装置3可以同步进行调节，也可以单独进行调节；从机构学角度上讲，所述的多维气动压板调节装置3为3-{RPS}结构的并联机构，其中R表示转动副，P表示移动副，S表示球副，且本发明中的移动副P均由双作用气缸实现。所述的多维气动压板调节装置3由压板调节控制器301、连接平台302、第一并联支链303、第二并联支链304、第三并联支链305组成，且所述的第一并联支链303、第二并联支链304、第三并联支链305结构完全相同，均是采用{RPS}结构，且上述三个支链中的移动副P均由双作用气缸实现。所述的连接平台302固定安装在油罐车罐体2顶板201的内壁上，所述的压板调节控制器301安装在油罐车罐体2顶板201的外壁上。

如图1、图3、图4所示，所述的第一并联支链303由第一转动副3031、第一主气缸3032、第一弹簧3033和第一球铰3034组成。其中，所述的第一主气缸3032的下端通过第一转动副3031与连接平台302相连接，第一主气缸3032的上端通过第一球铰3034与组合式压板4相连接；所述的第一弹簧3033套装在第一主气缸3032的活塞杆上。所述的第二并联支链304由第二转动副3041、第二主气缸3042、第二弹簧3043和第二球铰3044组成。其中，所述的第二主气缸3042的下端通过第二转动副3041与连接平台302相连接，第二主气缸3042的上端通过第二球铰3044与组合式压板4相连接，所述的第二弹簧3043套装在第二主气缸3042的活塞杆上。所述的第三并联支链305由第三转动副3051、第三主气缸3052、第三弹簧3053和第三球铰3054组成。其中，所述的第三主气缸3052的下端通过第三转动副3051与连接平台302相连接，第三主气缸3052的上端通过第三球铰3054与组合式压板4相连接，所述的第三弹簧3053套装在第三主气缸3052的活塞杆上。所述的第一并联支链303的第一转动副3031、第二并联支链304的第二转动副3041、第三并联支链305的第三转动副3051的轴线互不平行。

如图1、图2、图3、图4所示，在使用多维气动压板调节装置3对组合式压板4的位置姿态进行多自由度调节的过程中，分为三个主要阶段进行。第一阶段：当油罐车罐体2内的油液盛装满时，组合式压板4位于罐体2内接近顶板201的位置，在压板调节控制器301的控制下，多维气动压板调节装置3的三条并联支链维持不工作状态，且紧贴在罐体2的顶板201附近的罐体2内壁处；第二阶段：在油罐车进行卸油步骤时，随着罐体2内的油液不断的流出，罐体2内油液的液面高度不断下降，此时，为保证罐体2内的油液不产生晃动以及维持罐体2内的气压恒定，在压板调节控制器301的控制下，多维气动压板调节装置3的第一主气缸3032、第二主气缸3042、第三主气缸3052作为驱动副产生驱动，使得三条并联支链产生沿罐体坐标系Z轴负方向的平移运动，组合式压板4在三条并联支链的推动下产生向下平移运动，所述的组合式压板4的平移速度和油液下降的速度成正比，且组合式压板4和油液液面所包围的空间大小始终恒定，进而保证罐体2内气压始终保持额定值，进而保证罐体2内油液不发生晃动；第三阶段：在油罐车的重心偏摆角度超过预设的角度范围，油罐车罐体2有向罐体坐标系Y轴正方向或者负方向侧翻的倾向时，为防止罐车侧翻，需要调节油罐车的罐体2重心到安全位置。此时，组合式压板4与重心环形调节装置5协调作用来调节油罐车罐体2的重心。在压板调节控制器301的控制下，通过驱动多维气动压板调节装置3的三条并联支链同步进行调节，使组合式压板4产生绕罐体坐标系X轴顺时针或者逆时针转动，从而调整罐体2内油液的分布，同时，三条并联支链产生沿罐体坐标系Z轴负方向的平移，对罐体2内的油液进行推压。

如图1、图3所示，所述的组合式压板4由压板控制器401、主板支撑架402、左翼侧板403、右翼侧板404、左调节弹簧405、右调节弹簧406、罐压检测器407、呼吸阀408、排气管409、T形防漏软橡胶层410组成。所述的的主板支撑架402为组合式压板4的主体框架和装配基体，主要起到支撑和连接的作用；所述的主板支撑架402上表面设有三组安装座4021，每组安装座4021的数量为三个，所述的安装座4021与多维气动压板调节装置3的三条并联支链中的第一球铰3034、第二球铰3044、第三球铰3054连接。所述的主板支撑架402为中空结构，主板支撑架402中空部分的正中间位置安装有中间限位块4022，所述的中间限位块4022起支撑和定位的作用。所述的左翼侧板403通过左调节弹簧405和中间限位块4022连接，所述的右翼侧板404通过右调节弹簧406与中间限位块4022连接；所述的左调节弹簧405和右调节弹簧406均为自锁式气弹簧；所述的罐压检测器407安装在主板支撑架402的下底面上，主要用于检测组合式压板4与罐体2内壁包络形成的油液盛装空间内的气体压力，并将测得的压力值与预设的压力范围进行比较，若所测压力值不在预设的压力范围内，则通过呼吸阀408进行调节；所述的呼吸阀408与排气管409连通；所述的排气管409位于组合式压板4的中间位置，且排气管409穿过主板支撑架402和中间限位块4022，所述的排气管409的上端和下端分别固定安装在主板支撑架402的上表面和下底面上。所述的排气管409的上端和大气相连，排气管409的下端和呼吸阀408连通。沿罐体2坐标系X轴负方向望去，所述的左翼侧板403的左边缘与罐体2的左侧内壁相接触，左翼侧板403的前、后边缘与罐体2的前、后内壁相接触，且所述的左翼侧板403的前、后、左边缘均包有T形防漏软橡胶层410，所述的T形防漏软橡胶层410具有较好的弹性和气密性，主要用于油液的防漏，同时用于保持左翼侧板403与罐体2内壁的良好接触；所述的左翼侧板403的下底面安装有防波层，主要用于吸收因油液的晃动而产生的波动；沿罐体2坐标系X轴负方向望去，所述的右翼侧板404的右边缘与罐体2的右侧内壁相接触，右翼侧板404的前、后边缘与罐体2的前、后内壁相接触，且所述的右翼侧板404的前、后、右边缘均包有T形防漏软橡胶层410，所述的T形防漏软橡胶层410具有较好的弹性和气密性，主要用于油液的防漏，同时用于保持右翼侧板404与罐体2内壁的良好接触；所述的右翼侧板404的下底面安装有防波层，主要用于吸收因油液的晃动而产生的波动。所述的主板支撑架402的前、后边缘设有T形防漏软橡胶层410，主板支撑架402的下底面设有防波层；所述的T形防漏软橡胶层410包括主体橡胶层4101、支护橡胶层4102、一级调整缸4103、二级调整缸4104，所述的主体橡胶层4101、支护橡胶层4102铰接连接；所述的一级调整缸4103的一端和支护橡胶层4102铰接，另一端和主板支撑架402、左翼侧板403或右翼侧板404连接，所述的二级调整缸4104的一端和支护橡胶层4102铰接，另一端和主板支撑架402、左翼侧板403或右翼侧板404连接。

如图1、图2、图3所示，在组合式压板4的使用过程中存在着三个主要阶段。第一阶段：油罐车的罐体2内油液在进行卸油的步骤中，若罐体2内的油液液面高于罐体2的XY中心对称面时，随着罐体2内油液的减少，为保持罐体2内压力平衡以及防止油液波动，在压板调节控制器401的控制下，组合式压板4沿罐体坐标系Z轴负方向平移，且在组合式压板4运动过程中，由于罐体2左、右两侧内壁之间的距离不断变大，左调节弹簧405和右调节弹簧406处于不断释放的状态，且在左调节弹簧405和右调节弹簧406的弹簧作用力下，左翼侧板403和右翼侧板404始终与罐体2的左、右侧内壁保持密封接触。在压板控制器401的控制下，罐压检测器407、呼吸阀408、排气管409共同工作，保持罐体2内压力恒定，保证罐体2内的油液不波动。当罐体2的卸油过程结束后，组合式压板4停止运动，左调节弹簧405和右调节弹簧406在压板控制器401的控制下停止，并产生较大的自锁力；第二阶段：若罐体2内的油液液面高于罐体2的XY中心对称面时，随着组合式压板4沿Z轴负方向平移运动，左调节弹簧405和右调节弹簧406不断处于压缩的状态，且此时左翼侧板403与右翼侧板404在弹簧力的作用下仍始终与罐体2左、右侧内壁保持密封接触的状态，在压板控制器401的控制下，罐压检测器407、呼吸阀408、排气管409共同工作，从而保持罐体2的压力额定，进而保持罐体2内的油液不产生晃动。当罐体2的卸油过程结束后，组合式压板4停止运动，左调节弹簧405和右调节弹簧406在压板控制器401的控制下停止，并产生较大的自锁力；第三阶段：在油罐车的重心偏摆角度超过预设的角度范围，油罐车罐体2有向罐体坐标系Y轴正方向或者负方向侧翻的倾向时，多维气动压板调节装置3、组合式压板4配合重心环形调节装置5协调工作来调节油罐车罐体2重心。在此过程中，若油罐车有向Y轴正向侧翻倾向时，组合式压板4左调节弹簧405压缩、右调节弹簧406伸张，若油罐车有向Y轴负向侧翻倾向时，组合式压板4左调节弹簧405伸张、右调节弹簧406压缩，从而实现罐体2内油液重心的改变，进而改变整个罐体2的重心的位置。

如图1、图5所示，所述的重心环形调节装置5的数量至少为三组，所述的每组重心环形调节装置5安装在车架1的两个X向基轨101之间；其中，每组重心环形调节装置5包括重心环形调节控制器501、周向运动油液筒502、托架503、辊轮组504、驱动齿轮505、驱动电机506；所述的油罐车罐体2的XY中心对称面下部分设有圆形包裹层507，所述的圆形包裹层507的内表面与罐体2外壁焊接连接，所述的圆形包裹层507不仅起到加固和支撑罐体2的作用，也是周向运动油液筒502的安装基体；所述的圆形包裹层507的外表面轮廓呈圆形。所述的圆形包裹层507的外表面设有三组以上的圆形导轨5071和侧向支撑导轨5072。所述的周向运动油液筒502呈长腰形，圆心角为90度，所述的周向运动油液筒502内用来盛装罐体2内自卸出的油液，装油量为罐体2容积的1/24；所述的周向运动油液筒502上表面设有上凹形槽5021，用于与圆形包裹层507上的圆形导轨5071配合使用，从而实现周向运动油液筒502在圆形导轨5071上进行周向运动；所述的周向运动油液筒502的前后侧面设有侧向凹形槽5022，用于与圆形包裹层507上的侧向支撑导轨5072配合使用，实现对周向运动油液筒502的支撑和导向作用。所述的周向运动油液筒502的下底面设有滑行槽5023；所述的托架503安装在车架1上，所述的辊轮组504安装在托架503上，所述的托架503和辊轮组504的数量均为两个，沿罐车的XZ平面对称布置，所述的辊轮组504与周向运动油液筒502的滑行槽5023的两侧面接触，且能实现相互的滑动。所述的油罐车罐体2的底部设有第一单向阀202，用于实现罐体2内油液的自卸；所述的周向运动油液筒502的上顶部设有第二单向阀5024，用于与罐体2底部的第一单向阀202配合使用，实现将罐体2内油液排入到周向运动油液筒502内；所述的周向运动油液筒502设有泄油阀5025。当周向运动油液筒502产生沿圆形包裹层507的周向运动时，周向运动油液筒502可将筒内所装油液带到油罐车罐体2外壁上的不同位置处，从而实现罐体2整个重心的转移和调节。所述的驱动电机506安装在油罐车的车架1上；所述的驱动齿轮505与驱动电机506连接；所述的周向运动油液筒502的下底部设有两排轮齿5026，用于和驱动齿轮505啮合连接；所述的驱动齿轮505为双联齿轮，且驱动齿轮505的中部设有传送轮5051，传送轮5051和滑行槽5023的圆弧面啮合；所述的驱动电机506为伺服电机；所述的重心环形调节控制器501用于控制驱动电机506的动作。

如图1、图2、图5所示，在重心环形调节装置5进行工作时，主要和多维气动压板调节装置3、组合式压板4进行协调工作，大致可分为二个主要阶段。第一阶段：在油罐车行驶的过程中，当中央控制器7检测到油罐车的重心侧偏值超过安全值，油罐车有向罐体坐标系Y轴正方向或者Y轴负方向侧翻的倾向时，为使油罐车不发生侧翻，应调整油罐车罐体2的重心向侧翻的反方向转移。在中央控制器7的控制下，压板调节控制器301、压板控制器401和重心环形调节控制器501分别发出控制指令。在压板调节控制器301和压板控制器401的控制下，组合式压板4产生绕罐体坐标系X轴方向的转动以及沿着Z轴负方向的平移，与此同时，油罐车罐体2底部的第一单向阀202打开，周向运动油液筒502上顶部的第二单向阀5024打开，在组合式压板4的压力作用下，油罐车罐体2内的油液通过第一单向阀202和第二单向阀5024流入到周向运动油液筒502内，当周向运动油液筒502内的油液装满后，组合式压板4停止运动，在重心环形调节控制器501的控制下，驱动电机506启动，在驱动齿轮505的带动下，周向运动油液筒502产生沿圆形包裹层507的周向运动，当周向运动油液筒502运动到左端或者右端的最高位置处时，在重心环形调节控制器501的控制下停止运动；第二阶段：油罐车罐体2重心的动态调整过程。当油罐车罐体2的重心左右摇摆不定时，为使油罐车罐体2的重心尽快恢复到安全位置，周向运动油液筒502的运动需要配合油罐车罐体2重心的变化不断在线实时调整，既周向运动油液筒502向左、向右运动的速度和位移需要根据油罐车罐体2重心的实时变化进行相应的迅速调整。

如图1、图6、图7、图8、图9、图10所示，所述的六维调姿仿生轮腿6的数量为四个，关于XZ平面左、右对称分布，且分别安装在距油罐车车架1前端H1位置和距车架1后端H2位置处,其中，H1和H2的数值由整车侧翻试验得到；所述的车架1上安装有四个轮腿储藏箱102。其中，六维调姿仿生轮腿6包括轮腿调姿控制器601、轮腿传感器602、气囊反应装置603、第一柔性铰链604、X向转动关节605、第二柔性铰链606、Y向转动关节607、第一调姿支链608、第二调姿支链609、第三调姿支链610、回转平台611、升降液压缸612、侧轮控制臂613、侧轮614。所述气囊反应装置603包括高推力气囊6031、反应物6032、引发触动器6033，当引发触动器6033接收到轮腿调姿控制器601的指令后，触发高推力气囊6031内的反应物在瞬间产生激烈反应，气囊反应装置603在瞬间产生较大的推力；所述的气囊反应装置603安装在轮腿储藏箱102的内侧面上；当六维调姿仿生轮腿6不起作用时，六维调姿仿生轮腿6通过自动折叠储藏在轮腿储藏箱102内；在气囊反应装置603在瞬间产生较大推力后，将六维调姿仿生轮腿6从轮腿储藏箱102内推射出，与此同时，轮腿调姿控制器601发出控制信号，使六维调姿仿生轮腿6的各运动关节立即产生动作。

如图1、图7、图8、图9、图10所示，所述的X向转动关节605通过第一柔性铰链604安装在轮腿储藏箱102内；所述的X向转动关节605由四根气动肌肉组成；所述的X向转动关节605可实现绕车辆坐标系X轴的转动；所述的Y向转动关节607通过第二柔性铰链606和X向转动关节605相连接，所述的Y向转动关节607由四根气动肌肉组成，所述的Y向转动关节607可实现绕车辆坐标系Y轴的转动；所述的Y向转动关节607通过第一调姿支链608、第二调姿支链609、第三调姿支链610和回转平台611相连接；所述的第一柔性铰链604和第二柔性铰链606的结构完全相同；所述的第一柔性铰链604包括左关节6041、转筒6042、弯曲气动肌肉6043、右关节6044，所述的左关节6041安装在转筒6042上，所述的右关节6044和转筒6042铰接，所述的弯曲气动肌肉6043的两端通过安装座6045分别安装在转筒6042和右关节6044上。

如图1、图7、图8、图10所示，从机构学角度上讲，所述的第一调姿支链608、第二调姿支链609、第三调姿支链610的结构完全相同，都是采用{RPS}结构，其中R表示转动副，P表示移动副，S表示球副，且本发明中的移动副P均由气动肌肉实现；所述的第一调姿支链608、第二调姿支链609、第三调姿支链610共同组成表达式为3-{RPS}结构的并联机构；所述的第一调姿支链608包括第一调姿耳座6081、第一主气动肌肉6082、第一调姿球铰6083；所述的第二调姿支链609包括第二调姿耳座6091、第二主气动肌肉6092、第二调姿球铰6093；所述的第三调姿支链610包括第三调姿耳座6101、第三主气动肌肉6102、第三调姿球铰6103；所述的第一调姿耳座6081、第二调姿耳座6091、第三调姿耳座6101安装在Y向转动关节607上，所述的第一调姿球铰6083、第二调姿球铰6093、第三调姿球铰6103安装在回转平台611上。

所如图1、图7、图8所示，述的回转平台611包括外支架6111、内支架6112、行星轮6113，所述的行星轮6113的数量为三个，且呈120度角分布；所述的行星轮6113为驱动件，通过驱动行星轮6113的转动可实现外支架6111和内支架6112的同轴相对转动；所述的内支架6112上设有回转角度传感器6114；所述的升降液压缸612和内支架6112同轴安装，且升降液压缸612的缸筒安装在内支架6112的内部；所述的升降液压缸612的活塞缸安装在侧轮控制臂613上；所述的侧轮控制臂613通过轴承和侧轮614相连接。

如图1、图7、图8所示，所述的轮腿传感器602包括X向关节角度传感器6021、Y向关节角度传感器6022、回转角度传感器6023、调姿支链三维传感器6024、液压缸位移传感器6025。所述的X向关节角度传感器6021用于测量X向转动关节605绕X轴的转动角度；所述的Y向关节角度传感器6022用于测量Y向转动关节607绕Y轴的转动角度；所述的回转角度传感器6023用于测量内支架6112相对于外支架6111的转动角度；所述的调姿支链三维传感器6024用于测量三条调姿支链产生的沿X、Y轴的转动角度以及绕Z轴的伸长长度；所述的液压缸位移传感器6025用于测量升降液压缸612的位移变化量。

下面来描述使用上文所述的一种智能化油罐车防侧翻控制系统的具体方法和步骤，主要包括如下步骤：

a.如图1-10所示，油罐车在运油途中正常行驶状态下，六维调姿仿生轮腿6储藏在轮腿储藏箱102内，周向运动油液筒502位于圆形包裹层507下表面的最低位置处，且周向运动油液筒502内未盛装油液，多维气动压板调节装置3、组合式压板4均处于不工作状态。当油罐车需要在加油站或者油库卸油时，从油罐车罐体2卸油动作开始，罐体2内油液液面逐渐下降；在油液液面开始下降的同时，通过压板调节控制器301的控制，多维气动压板调节装置3的三条并联支链产生沿罐体坐标系Z轴负方向的平移运动，则组合式压板4随着油液的流动沿罐体坐标系Z轴负方向平移，且组合式压板4的移动速度和油液的流动速度成正比，组合式压板4和罐体2内油液液面所围的空间大小始终恒定；同时，在组合式压板4平移的过程中，组合式压板4的主板支撑架402、左翼侧板403、右翼侧板404在左调节弹簧405、右调节弹簧406和T形防漏软橡胶层410的作用下始终与罐体2的内部侧壁保持密封接触的状态，因此，罐体2内油液的气压始终恒定；由于组合式压板4和油液液面所围空间较小，仅供罐体2内气压平衡用，因此，罐体2内油液不会产生较大的晃动。

b.如图1-10所示，在油罐车行驶途中，中央控制器7通过罐车传感器9实时监测油罐车的行驶车速、行驶加速度、整车的重心和倾角；当中央控制器7检测到油罐车的整车重心侧偏值超过安全值，油罐车有向罐体坐标系Y轴正方向侧翻的倾向时，中央控制器7发出指令给四个轮腿调姿控制器601，轮腿调姿控制器601接收到指令后，触发气囊反应装置603的引发触动器6033，此时，高推力气囊6031瞬间产生强大推力，将四个六维调姿仿生轮腿6从轮腿储藏箱102内推射出，与此同时，四个轮腿调姿控制器601进行同步调节四个六维调姿仿生轮腿6的X向转动关节605、Y向转动关节607、第一调姿支链608、第二调姿支链609、第三调姿支链610的姿态，其中，Y轴正方向的两个六维调姿仿生轮腿6的X向转动关节605、Y向转动关节607、第一调姿支链608、第二调姿支链609、第三调姿支链610的气动肌肉均呈压缩状态产生强大的支撑力，Y轴负方向的两个六维调姿仿生轮腿6的X向转动关节605、Y向转动关节607、第一调姿支链608、第二调姿支链609、第三调姿支链610的气动肌肉均伸张产生较大的扒地力，在Y轴正方向和Y轴负方向的两个六维调姿仿生轮腿6的协调控制下，维持油罐车不发生大角度的侧翻和横摆运动；为纠正油罐车罐体2重心回到安全位置，在轮腿调姿控制器601对六维调姿仿生轮腿6进行调姿的同时，中央控制器7发出指令给罐体重心控制器8，罐体重心控制器8对压板调节控制器301、压板控制器401和重心环形调节控制器501进行协调控制，使压板调节控制器301、压板控制器401和重心环形调节控制器501同步协调工作。压板调节控制器301控制组合式压板4沿Z轴负方向的平移的位移量以及绕X轴方向转动的方向和角度值，压板控制器401控制组合式压板4的左调节弹簧405压缩、右调节弹簧406伸张动作，使得组合式压板4在绕X轴方向转动的过程中，仍能与罐体2内壁保持密封接触；在组合式压板4进行平移和转动运动时，罐体2内的油液通过第一单向阀202和第二单向阀5024被压入到周向运动油液筒502内，周向运动油液筒502的注满油的时间维持在5-10s；当周向运动油液筒502油液装满后，组合式压板4维持静止状态，此时，在重心环形调节控制器501的控制下，周向运动油液筒502向左运动到最高位置处。当油罐车罐体2重心恢复到正常位置处后，通过压板控制器401和压板调节控制器301的作用，组合式压板4重新回到水平位置，在重心环形调节控制器501的作用下，周向运动油液筒502回到圆形包裹层507下表面最低位置。在油罐车到达下一个加油站时，将周向运动油液筒502的油液通过泄油阀5025卸除。同理，当油罐车有向罐体坐标系Y轴负方向侧翻的倾向时，中央控制器7也会做出类似的控制动作。

c.如图1-10所示，当油罐车行驶在左、右颠簸起伏的路面或者在外界干扰下左、右偏摆时，油罐车的整车重心摇摆不定，若油罐车左、右偏摆的幅度较小时，通过轮腿调姿控制器601来控制四个六维调姿仿生轮腿6的姿态，使油罐车从横摆和侧翻状态恢复到平稳行驶状态；若油罐车左、右偏摆的幅度较大时，通过中央控制器7指挥轮腿调姿控制器601和罐体重心控制器8联合协调控制，使四个六维调姿仿生轮腿6和组合式压板4、多维气动压板调节装置3、重心环形调节装置5同步协调工作，使油罐车的罐体2重心调节和油罐车底盘重心尽快恢复到安全位置。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (3)

1.一种智能化油罐车防侧翻控制系统，其特征在于：由车架、罐体、多维气动压板调节装置、组合式压板、重心环形调节装置、六维调姿仿生轮腿、中央控制器、罐体重心控制器、罐车传感器组成；所述的车架上设有多组X向基轨，所述的罐体安装在车架的X向基轨上；所述的罐体的坐标系和车辆坐标系的各坐标轴的方向相同；所述的罐车传感器包括轮速传感器和陀螺仪传感器；

所述的多维气动压板调节装置的数量为三个；所述的多维气动压板调节装置由压板调节控制器、连接平台、第一并联支链、第二并联支链、第三并联支链组成，且所述的第一并联支链、第二并联支链、第三并联支链结构完全相同；所述的连接平台固定安装在油罐车罐体顶板的内壁上，所述的压板调节控制器安装在油罐车罐体顶板的外壁上；

所述的第一并联支链由第一转动副、第一主气缸、第一弹簧和第一球铰组成，所述的第一主气缸的下端通过第一转动副与连接平台相连接，第一主气缸的上端通过第一球铰与组合式压板相连接，所述的第一弹簧套装在第一主气缸的活塞杆上；所述的第二并联支链由第二转动副、第二主气缸、第二弹簧和第二球铰组成，所述的第二主气缸的下端通过第二转动副与连接平台相连接，第二主气缸的上端通过第二球铰与组合式压板相连接，所述的第二弹簧套装在第二主气缸的活塞杆上；所述的第三并联支链由第三转动副、第三主气缸、第三弹簧和第三球铰组成，所述的第三主气缸的下端通过第三转动副与连接平台相连接，第三主气缸的上端通过第三球铰与组合式压板相连接，所述的第三弹簧套装在第三主气缸的活塞杆上；所述的第一并联支链的第一转动副、第二并联支链的第二转动副、第三并联支链的第三转动副的轴线互不平行；

所述的组合式压板由压板控制器、主板支撑架、左翼侧板、右翼侧板、左调节弹簧、右调节弹簧、罐压检测器、呼吸阀、排气管、T形防漏软橡胶层组成；所述的主板支撑架上表面设有三组安装座，每组安装座的数量为三个，所述的安装座与多维气动压板调节装置的三条并联支链中的第一球铰、第二球铰、第三球铰连接；所述的主板支撑架为中空结构，主板支撑架中空部分的正中间位置安装有中间限位块；所述的左翼侧板通过左调节弹簧和中间限位块连接，所述的右翼侧板通过右调节弹簧与中间限位块连接；所述的左调节弹簧和右调节弹簧均为自锁式气弹簧；所述的罐压检测器安装在主板支撑架的下底面上；所述的呼吸阀与排气管连通；所述的排气管位于组合式压板的中间位置，且排气管穿过主板支撑架和中间限位块，所述的排气管的上端和下端分别固定安装在主板支撑架的上表面和下底面上；所述的排气管的上端和大气相连，排气管的下端和呼吸阀连通；所述的左翼侧板的左边缘与罐体的左侧内壁相接触，左翼侧板的前、后边缘与罐体的前、后内壁相接触，且所述的左翼侧板的前、后、左边缘均包有T形防漏软橡胶层；所述的左翼侧板的下底面安装有防波层；所述的右翼侧板的右边缘与罐体的右侧内壁相接触，右翼侧板的前、后边缘与罐体的前、后内壁相接触，且所述的右翼侧板的前、后、右边缘均包有T形防漏软橡胶层；所述的右翼侧板的下底面安装有防波层；所述的主板支撑架的前、后边缘设有T形防漏软橡胶层，主板支撑架的下底面设有防波层；所述的T形防漏软橡胶层包括主体橡胶层、支护橡胶层、一级调整缸、二级调整缸，所述的主体橡胶层、支护橡胶层铰接连接；

所述的重心环形调节装置的数量至少为三组，每组重心环形调节装置安装在车架的两个X向基轨之间；重心环形调节装置包括重心环形调节控制器、周向运动油液筒、托架、辊轮组、驱动齿轮、驱动电机；所述的油罐车罐体的XY中心对称面下部分设有圆形包裹层，圆形包裹层的内表面与罐体外壁焊接连接，圆形包裹层的外表面轮廓呈圆形，圆形包裹层的外表面设有三组以上的圆形导轨和侧向支撑导轨；所述的周向运动油液筒呈长腰形，圆心角为90度，装油量为罐体容积的1/24；所述的周向运动油液筒上表面设有上凹形槽，前后侧面设有侧向凹形槽，下底面设有滑行槽；所述的托架安装在车架上，所述的辊轮组安装在托架上，所述的托架和辊轮组的数量均为两个，沿罐车的XZ平面对称布置，所述的辊轮组与周向运动油液筒的滑行槽的两侧面接触，且能相互滑动；所述的油罐车罐体的底部设有第一单向阀，所述的周向运动油液筒的上顶部设有第二单向阀；所述的周向运动油液筒设有泄油阀；所述的驱动电机安装在油罐车的车架上；所述的驱动齿轮与驱动电机连接；所述的周向运动油液筒的下底部设有两排轮齿，与驱动齿轮啮合连接；所述的驱动齿轮为双联齿轮，且驱动齿轮的中部设有传送轮，传送轮和滑行槽的圆弧面啮合；所述的驱动电机为伺服电机；所述的重心环形调节控制器控制驱动电机的动作；

所述的六维调姿仿生轮腿的数量为四个，关于XZ平面左、右对称分布，且分别安装在车架上；所述的车架上安装有四个轮腿储藏箱；六维调姿仿生轮腿包括轮腿调姿控制器、轮腿传感器、气囊反应装置、第一柔性铰链、X向转动关节、第二柔性铰链、Y向转动关节、第一调姿支链、第二调姿支链、第三调姿支链、回转平台、升降液压缸、侧轮控制臂、侧轮；所述气囊反应装置包括高推力气囊、反应物、引发触动器；所述的气囊反应装置安装在轮腿储藏箱的内侧面上。

2.根据权利要求1所述的一种智能化油罐车防侧翻控制系统，六维调姿仿生轮腿的进一步特征在于：所述的X向转动关节通过第一柔性铰链安装在轮腿储藏箱内；所述的X向转动关节由四根气动肌肉组成；所述的X向转动关节可实现绕车辆坐标系X轴的转动；所述的Y向转动关节通过第二柔性铰链和X向转动关节相连接，所述的Y向转动关节由四根气动肌肉组成，所述的Y向转动关节可实现绕车辆坐标系Y轴的转动；所述的Y向转动关节通过第一调姿支链、第二调姿支链、第三调姿支链和回转平台相连接；所述的第一调姿支链、第二调姿支链、第三调姿支链的结构完全相同；所述的第一调姿支链包括第一调姿耳座、第一主气动肌肉、第一调姿球铰；所述的第二调姿支链包括第二调姿耳座、第二主气动肌肉、第二调姿球铰；所述的第三调姿支链包括第三调姿耳座、第三主气动肌肉、第三调姿球铰；所述的第一调姿耳座、第二调姿耳座、第三调姿耳座安装在Y向转动关节上，所述的第一调姿球铰、第二调姿球铰、第三调姿球铰安装在回转平台上；

所述的回转平台包括外支架、内支架、行星轮、所述的行星轮的数量为三个，且呈120度角分布；所述的行星轮为驱动件；所述的内支架上设有回转角度传感器；所述的升降液压缸和内支架同轴安装，且升降液压缸的缸筒安装在内支架的内部；所述的升降液压缸的活塞缸安装在侧轮控制臂上；所述的侧轮控制臂通过轴承和侧轮相连接；

所述的轮腿传感器包括X向关节角度传感器、Y向关节角度传感器、回转角度传感器、调姿支链三维传感器、液压缸位移传感器。

3.一种如权利要求1-2任一项所述的智能化油罐车防侧翻控制系统的使用方法，其特征是包括以下步骤：

a.油罐车在运油途中正常行驶状态下，六维调姿仿生轮腿储藏在轮腿储藏箱内，周向运动油液筒位于圆形包裹层下表面的最低位置处，且周向运动油液筒内未盛装油液，多维气动压板调节装置、组合式压板均处于不工作状态；当油罐车需要在加油站或者油库卸油时，从油罐车罐体卸油动作开始，罐体内油液液面逐渐下降；在油液液面开始下降的同时，通过压板调节控制器的控制，多维气动压板调节装置的三条并联支链产生沿罐体坐标系Z轴负方向的平移运动，则组合式压板随着油液的流动沿罐体坐标系Z轴负方向平移，且组合式压板的移动速度和油液的流动速度成正比，组合式压板和罐体内油液液面所围的空间大小始终恒定；同时，在组合式压板平移的过程中，组合式压板的主板支撑架、左翼侧板、右翼侧板在左调节弹簧、右调节弹簧和T形防漏软橡胶层的作用下始终与罐体的内部侧壁保持密封接触的状态，因此，罐体内油液的气压始终恒定；由于组合式压板和油液液面所围空间较小，仅供罐体内气压平衡用，因此，罐体内油液不会产生较大的晃动；

b.在油罐车行驶途中，中央控制器通过罐车传感器实时监测油罐车的行驶车速、行驶加速度、整车的重心和倾角；当中央控制器检测到油罐车的整车重心侧偏值超过安全值，油罐车有向罐体坐标系Y轴正方向侧翻的倾向时，中央控制器发出指令给四个轮腿调姿控制器，轮腿调姿控制器接收到指令后，触发气囊反应装置的引发触动器，此时，高推力气囊瞬间产生强大推力，将四个六维调姿仿生轮腿从轮腿储藏箱内推射出，与此同时，四个轮腿调姿控制器进行同步调节四个六维调姿仿生轮腿的X向转动关节、Y向转动关节、第一调姿支链、第二调姿支链、第三调姿支链的姿态，其中，Y轴正方向的两个六维调姿仿生轮腿的X向转动关节、Y向转动关节、第一调姿支链、第二调姿支链、第三调姿支链的气动肌肉均呈压缩状态产生强大的支撑力，Y轴负方向的两个六维调姿仿生轮腿的X向转动关节、Y向转动关节、第一调姿支链、第二调姿支链、第三调姿支链的气动肌肉均伸张产生较大的扒地力，在Y轴正方向和Y轴负方向的两个六维调姿仿生轮腿的协调控制下，维持油罐车不发生大角度的侧翻和横摆运动；为纠正油罐车罐体重心回到安全位置，在轮腿调姿控制器对六维调姿仿生轮腿进行调姿的同时，中央控制器发出指令给罐体重心控制器，罐体重心控制器对压板调节控制器、压板控制器和重心环形调节控制器进行协调控制，使压板调节控制器、压板控制器和重心环形调节控制器同步协调工作；压板调节控制器控制组合式压板沿Z轴负方向的平移的位移量以及绕X轴方向转动的方向和角度值，压板控制器控制组合式压板的左调节弹簧压缩、右调节弹簧伸张动作，使得组合式压板在绕X轴方向转动的过程中，仍能与罐体内壁保持密封接触；在组合式压板进行平移和转动运动时，罐体内的油液通过第一单向阀和第二单向阀被压入到周向运动油液筒内，周向运动油液筒的注满油的时间维持在5-10s；当周向运动油液筒油液装满后，组合式压板维持静止状态，此时，在重心环形调节控制器的控制下，周向运动油液筒向左运动到最高位置处；当油罐车罐体重心恢复到正常位置处后，通过压板控制器和压板调节控制器的作用，组合式压板重新回到水平位置，在重心环形调节控制器的作用下，周向运动油液筒回到圆形包裹层下表面最低位置；在油罐车到达下一个加油站时，将周向运动油液筒的油液通过泄油阀卸除；同理，当油罐车有向罐体坐标系Y轴负方向侧翻的倾向时，中央控制器也会做出类似的控制动作；

c.当油罐车行驶在左、右颠簸起伏的路面或者在外界干扰下左、右偏摆时，油罐车的整车重心摇摆不定，若油罐车左、右偏摆的幅度较小时，通过轮腿调姿控制器来控制四个六维调姿仿生轮腿的姿态，使油罐车从横摆和侧翻状态恢复到平稳行驶状态；若油罐车左、右偏摆的幅度较大时，通过中央控制器指挥轮腿调姿控制器和罐体重心调节控制器联合协调控制，使四个六维调姿仿生轮腿和组合式压板、多维气动压板调节装置、重心环形调节装置同步协调工作，使油罐车的罐体重心调节和油罐车底盘重心尽快恢复到安全位置。