CN108216423A - 一种多轮式液压悬挂的智能控制全电动移动平台 - Google Patents

Abstract

本发明涉及新概念电动车领域，具体是一种多轮式液压悬挂的智能控制全电动移动平台。移动平台底盘顶部设置有控制器以及实时监测移动平台底盘行驶速度的速度传感器，每个圆锥滚子轴承内圈底部均设置有距离传感器和图像传感器，每个圆锥滚子轴承内圈顶部设有角度传感器，每个电动车轮上设置有实时监测电动车轮转速的转速传感器。多个车轮能够提升抓地能力，能够很好地适应复杂路面，即使坏了少数车轮，也不会有翻车的危险，也不会影响车辆行驶至维修地点；多个液压悬挂电动车轮的结构、功能一致，多轮结构相比于传统四车轮结构增加了维修性、互换性。

Description

一种多轮式液压悬挂的智能控制全电动移动平台

技术领域

本发明涉及新概念电动车领域，具体是一种多轮式液压悬挂的智能控制全电动移动平台。

背景技术

汽车是一种技术比较成熟的日常交通工具，是典型的移动平台，近年来电动汽车或者是纯电动汽车引起人们重视并快速发展，它利用蓄电池作为储能动力源，通过电池向电动机提供电能，驱动电动机运转，从而推动汽车行驶；这类电动汽车一部分仅仅是将蓄电池代替燃油、电动机代替内燃机，仍然采用机械传动，遵循“动力-传动-行动”的能量传输链路，也有一部分纯电动汽车采用电传动，直接将电动机与车轮复合（即轮毂电机驱动系统），动力控制由机械硬连接改为直接驱动电机的软连接，能通过电子控制器，实现各轮毂从零到最大速度之间的无级变速和轮毂间的差速要求，省去了传统的机械换档、离合器、变速器、传动轴和机械差速器等装置，应用前景良好。现有的汽车一般拥有4个或者多于4个车轮，具有比较好的舒适性和速度，但是相对于履带式车辆而言，轮式车辆复杂路况通过性比较差，对路况要求相对较高，而且现有车辆虽然有悬挂系统，但是车轮垂直路面伸长、缩短的距离有限，在凸凹不平的路面行驶容易受到限制；履带式车辆是一种典型的特种车辆，履带相当于自铺的道路，例如挖掘机等履带式车辆在松软路面或者凸凹不平路面具有良好的复杂路况通过性，履带是由主动轮驱动、围绕着主动轮、负重轮、诱导轮和托带轮的柔性链环，履带销将各履带板连接起来构成履带链环，众所周知，链环结构相当于多个履带串联，于是履带式车辆的履带一旦发生故障（任意一个履带板发生断裂或者脱落），车辆将不能行驶。

目前，智能控制技术快速发展，利用传感器和控制器，合理、协调地控制液压悬挂系统，根据路面状况相适应地调节电动车轮的伸缩或转向，对于提高多轮式电动移动平台的复杂路况通过性具有重要意义。

发明内容

本发明为了提高特种车辆适应复杂路况的能力，采用液压悬挂、多个电动车轮的结构，利用智能控制技术在需要时有效调节车轮的利用率及伸缩长度，并减小横向力对液压悬挂系统的影响，提供了一种多轮式液压悬挂的智能控制全电动移动平台。

本发明是通过以下技术方案实现的：一种多轮式液压悬挂的智能控制全电动移动平台，包括设置有多个电动车轮的移动平台底盘，以及与电动车轮相对应的液压悬挂装置，

所述液压悬挂装置包括分别与滚子滚动配合的圆锥滚子轴承内圈和圆锥滚子轴承外圈；

所述圆锥滚子轴承外圈顶端向内延伸并与电动机的机壳固定连接，圆锥滚子轴承内圈内部向内延伸并与电动机的输出端固定连接，电动机的输出端能够控制圆锥滚子轴承内圈与圆锥滚子轴承外圈之间发生相对转动，圆锥滚子轴承内圈顶部设置有至少一个与圆锥滚子轴承外圈限位及分离的电磁销子；

所述圆锥滚子轴承外圈顶部安装有保护套，保护套内侧底部安装有液压缸，保护套与液压缸外壁之间设有弹性材料层，液压缸的活塞杆穿过保护套，且活塞杆的伸出端同心的固定有液压悬挂固定盘，位于活塞杆外围的保护套上至少固定有三个导向杆，与导向杆对应的液压悬挂固定盘上分别相应的穿置有直线轴承，直线轴承的外圈与液压悬挂固定盘固定连接，直线轴承的内圈与导向杆过盈配合，并且所有导向杆中心所围成的圆心位于活塞杆的中心线上；

所述圆锥滚子轴承外圈底部两侧相对的设置有两支撑杆，每个支撑杆分别支撑固定于电动车轮的轮轴上，每个液压悬挂固定盘分别固定于移动平台底盘底部，并且与液压悬挂固定盘相对应的移动平台底盘底部开有可允许导向杆上下滑移的腔体。

作为本发明技术方案的进一步改进，所述保护套外侧底部向外延伸并且通过销子固定于圆锥滚子轴承外圈顶部。

作为本发明技术方案的进一步改进，所述移动平台底盘顶部设置有控制器以及实时监测移动平台底盘行驶速度的速度传感器，每个圆锥滚子轴承内圈底部均设置有距离传感器和图像传感器，每个圆锥滚子轴承内圈顶部设有角度传感器，每个电动车轮上设置有实时监测电动车轮转速的转速传感器。

本发明的有益效果：

（1）多个车轮能够提升抓地能力，能够很好地适应复杂路面，即使坏了少数车轮，也不会有翻车的危险，也不会影响车辆行驶至维修地点；多个液压悬挂电动车轮的结构、功能一致，多轮结构相比于传统四车轮结构增加了维修性、互换性。

（2）液压悬挂电动车轮采用液压控制，在控制器的控制下可以伸长、缩短，灵活地适应凸凹不平等复杂路况；

（3）当移动平台空载或者轻载情况下，可以将部分液压悬挂电动车轮收缩，减少地面的摩擦，减少能量消耗；

（4）全电动的移动平台的液压悬挂电动车轮具有可控转向功能，多个车轮结构可以使全电动的移动平台原地转弯（原位转向），灵活掉头，在复杂路况具有良好适应性；

（5）液压悬挂装置采用了弹性材料、刚性保护套结构，对液压装置有缓冲和减震的作用，同时有效解决了液压装置在工作过程中出现的横向力导致液压杆四周轻微晃动的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为多轮式液压悬挂的智能控制全电动移动平台的液压悬挂装置的结构示意图。

图2为液压悬挂装置的另一结构示意图。

图3为图1的俯视图。

图4为图3中A-A的剖面图。图中所示的活塞杆为缩短状态。

图5为另一A-A剖面图。图中所示的活塞杆为中间状态。

图6为又一A-A剖面图。图中所示的活塞杆为伸长状态。

图7为液压悬挂装置的局部放大图。

图8为全电动平台的结构示意图。

图9为液压悬挂装置与移动平台底盘的连接示意图。

图10为全电动平台的运行示意图。

图中：1-移动平台底盘，2-控制器，3a-导向杆，3b-活塞杆，3c-液压缸，3d-第一腔室液压油，3e-第二腔室液压油，3f-弹性材料层，3g-保护套，4-液压悬挂固定盘，5-直线轴承，6-销子，7a-圆锥滚子轴承外圈，7b-圆锥滚子轴承内圈，8-电动机，9-轮轴，10-电动车轮，11-支撑杆。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。

下面结合附图对本发明的技术方案进行详细的说明。

一种多轮式液压悬挂的智能控制全电动移动平台，包括设置有多个电动车轮10的移动平台底盘1，以及与电动车轮10相对应的液压悬挂装置，

所述液压悬挂装置包括分别与滚子滚动配合的圆锥滚子轴承内圈7b和圆锥滚子轴承外圈7a；

所述圆锥滚子轴承外圈7a顶端向内延伸并与电动机8的机壳固定连接，圆锥滚子轴承内圈7b内部向内延伸并与电动机8的输出端固定连接，电动机8的输出端能够控制圆锥滚子轴承内圈7b与圆锥滚子轴承外圈7a之间发生相对转动，圆锥滚子轴承内圈7b顶部设置有至少一个与圆锥滚子轴承外圈7a限位及分离的电磁销子；

所述圆锥滚子轴承外圈7a顶部安装有保护套3g，保护套3g内侧底部安装有液压缸3c，保护套3g与液压缸3c外壁之间设有弹性材料层3f，液压缸3c的活塞杆3b穿过保护套3g，且活塞杆3b的伸出端同心的固定有液压悬挂固定盘4，位于活塞杆3b外围的保护套3g上至少固定有三个导向杆3a，与导向杆3a对应的液压悬挂固定盘4上分别相应的穿置有直线轴承5，直线轴承5的外圈与液压悬挂固定盘4固定连接，直线轴承5的内圈与导向杆3a过盈配合，并且所有导向杆3a中心所围成的圆的圆心位于活塞杆3b的中心线上；

所述圆锥滚子轴承外圈7a底部两侧相对的设置有两支撑杆11，每个支撑杆11分别支撑固定于电动车轮10的轮轴9上，每个液压悬挂固定盘4分别固定于移动平台底盘1底部，并且与液压悬挂固定盘4相对应的移动平台底盘1底部开有可允许导向杆3a上下滑移的腔体。

在本发明中，每个电动车轮10上的导向杆3a的数量也可如图1所示的为四个。

具体的，所述保护套3g外侧底部向外延伸并且通过销子6固定于圆锥滚子轴承外圈7a顶部。

进一步的，所述移动平台底盘1顶部设置有控制器2以及实时监测移动平台底盘1行驶速度的速度传感器，每个圆锥滚子轴承内圈7b底部均设置有距离传感器和图像传感器，每个圆锥滚子轴承内圈7b顶部设有角度传感器，每个电动车轮10上设置有实时监测电动车轮10转速的转速传感器。

本发明进一步提供了一种多轮式全电动移动平台的液压悬挂智能控制方法，该控制方法采用的是本发明的一种多轮式液压悬挂的智能控制全电动移动平台，该控制方法包括如下步骤：转速传感器、距离传感器、图像传感器将信息实时传递给控制器2，控制器2控制液压缸3c的有杆腔和无杆腔液压油量，从而控制活塞杆3b的伸缩，活塞杆3b按照凹槽路面伸长、凸起路面收缩、正常路面位于中间来运行，转向时电磁销子为收缩状态，非转向时电磁销子为伸出状态。

具体使用时，所述全电动移动平台配置有主液压泵和主液压阀等执行器装置，每个液压缸3c均配置有子液压阀和子液压泵等执行器装置。移动平台底盘1下方且在多个液压悬挂装置的间隙布满一定厚度的蓄电池，充分利用了液压悬挂装置与移动平台底盘1之间的空间，也能保证移动平台有足够电源，蓄电池为所有移动平台需要供电的控制器2、传感器和执行器装置供电，如：控制器、主液压泵、主液压阀、速度传感器、液压悬挂装置的子液压阀和子液压泵、电动车轮10、电动机8、电磁销子、角度传感器、转速传感器、距离传感器、图像传感器等等。具体应用时，控制器2与蓄电池、各个传感器、各个执行器之间通过导线连接，能够实现各部件的通断电以及信号的传输。

在本发明中，全电动移动平台的主液压泵和主液压阀，所有液压悬挂装置的子液压泵、子液压阀都受到控制器2的控制。含有液压油的主液压缸与主液压泵、主液压阀连接，主液压泵为移动平台的总供油装置，子液压泵为所对应的液压悬挂装置的液压油供油装置。

活塞杆3b将液压缸3c分成两个腔室，即有杆腔和无杆腔，分别填充第一腔室液压油3d和第二腔室液压油3e，通过子液压阀和子液压泵改变第一腔室液压油3d和第二腔室液压油3e体积，实现活塞杆3b的伸长与缩短，这种通过子液压阀和子液压泵改变腔室液压油体积的液压控制原理是本领域技术人员公知技术。

在本发明中，所谓的活塞杆3b的伸长与缩短，实质上活塞杆3b的长度是固定的，其所想表达的真正含义为：第一腔室液压油3d和第二腔室液压油3e体积的改变，驱动活塞杆3b在液压缸3c内移动，达到液压悬挂装置伸长、缩短或位于中间的目的。

在平坦路面、爬坡、下坡等情况，所述控制方法的具体控制方式为：

（1）平坦路面情况，控制器2控制移动平台的所有活塞杆3b的状态一致，电动车轮10与路面接触，平均出力，实现移动平台底盘1的平稳；当移动平台底盘1空载或者轻载情况下，可以将部分液压悬挂装置的活塞杆3b收缩，减少地面的摩擦，减少能量消耗。

（2）爬坡情况，控制器2控制移动平台底盘1前面的液压悬挂装置的活塞杆3b缩短、后面的液压悬挂装置的活塞杆3b伸长，实现移动平台底盘1的平稳；在本发明中，爬坡情况实则是一种前面路面凸起，后面路面凹槽的情况。

（3）下坡情况，控制器2控制移动平台底盘1前面的液压悬挂装置的活塞杆3b伸长、后面的液压悬挂装置的活塞杆3b缩短，实现移动平台底盘1的平稳；在本发明中，下坡情况实则是一种前面路面凹槽，后面路面凸起的情况。

在路面行驶时候，控制器2对不同路面的液压悬挂装置的电动车轮10按照具体情况处理。以其中一个某一个电动车轮10为例说明液压悬挂装置的活塞杆3b伸长与缩短控制，按照以下几种典型情况处理：

（1）在平路时候，电动车轮10与路面接触，该电动车轮10正常旋转，为移动平台底盘1行驶出力。

（2）遇到路面凹槽的时候，该电动车轮10与路面不接触并处于悬空状态，电动车轮10不能为移动平台底盘1行驶出力，此时控制器2暂停给该电动车轮10供电，并控制液压悬挂装置的活塞杆3b伸长，此时导向杆3a和直线轴承5的内圈与直线轴承5的外圈之间发生相对位移；该电动车轮10直到接触地面位置并控制其旋转，如果遇到凹槽路面过于凹陷并达到液压悬挂装置伸长极限也不能与路面接触，则活塞杆3b收缩至中间状态，放弃该电动车轮10为移动平台底盘1行驶出力。在本发明中，所述液压悬挂装置的极限受到两方面的限制，一是直线轴承5的内圈与外圈之间的相对位移有极限位置，二是活塞杆3b与液压缸3c之间的相对位移有极限位置。

（3）遇到路面凸起的时候，控制器2控制该电动车轮10的液压悬挂装置的活塞杆3b缩短，正常情况下保证电动车轮10与路面接触，仍然为移动平台底盘1行驶出力。如果该电动车轮10无法在凸起路面运行时（例如该凸起路面为断崖式结构），控制器2暂停给该电动车轮10供电，并控制液压悬挂装置的活塞杆3b缩短至该电动车轮10与路面分离；若液压悬挂装置的活塞杆3b缩短至极限状态，凸起路面还是阻碍整个移动平台底盘1行驶的情况，则控制器2控制所有电动车轮10转向，实现转向绕过凸起障碍物或者掉头；

（4）在松软或者泥泞路面电动车轮打滑的时候，该电动车轮10与路面接触但是电动车轮10打滑不能为移动平台底盘1行驶出力，控制器2按照如下方法判断：控制器2通过该电动车轮10的转速可以计算出该电动车轮10外圈的线速度，电动车轮10与路面接触的正常情况下，电动车轮10外圈的线速度与移动平台底盘1行驶速度一致；控制器2对实时监测的电动车轮10外圈的线速度与移动平台底盘1行驶速度动态参数进行比较判断，若该电动车轮10外圈的线速度大于移动平台底盘1行驶速度（假设＞5%），则控制器2判断该电动车轮10与路面打滑，则控制器2暂停给该电动车轮10供电，并控制液压悬挂装置的活塞杆3b缩短至该电动车轮10与路面分离。

在本发明中，电动车轮10通电旋转、轮轴9相对路面不旋转。正常行驶时候，电磁销子实现圆锥轴承外圈7a和圆锥轴承内圈7b的限位；当移动平台底盘1需要转向时候，控制器2控制电磁销子实现圆锥轴承外圈7a和圆锥轴承内圈7b分离，并且控制器2实时接收角度传感器的角度信息，同时控制电动机8旋转一定角度，则电动机8带动圆锥轴承内圈7b转动一定角度、电动车轮10随着圆锥轴承内圈7b转动，当控制器2判断电动车轮10转动的角度合适之后，控制器2控制电磁销子实现圆锥轴承外圈7a和圆锥轴承内圈7b的限位，则电动车轮10的位置固定。具体实施时，圆锥滚子轴承外圈7a在电磁销子的行动轨迹上设置有若干能够与电磁销子限位配合的销槽。

在本发明中，根据每个电动车轮10上的距离传感器和图像传感器所监测的数据，控制器2就能够识别每个电动车轮10的路况信息，根据不同的路面状况对主液压阀、主液压泵、子液压阀、子液压阀进行控制，并由液压油使用量控制活塞杆3b的伸长与缩短长度，能够精确地适应路况，使得电动车轮10的工作状态非常高效灵活可控。

优选的，本发明所述的蓄电池具有充电功能，并且移动平台具有刹车机构，这些技术是本领域人员容易实现的。

如图8所示，优选的本发明所述的电动车轮10共有十六个（或者大于十六个），呈左右两排对称式排列、或者圆周排列（依据实际情况和需要可以设置不同数量的电动车轮10，需要符合对称原则），每个电动车轮10在控制器2的控制下独立工作。

具体实施时候，可以是一个主控制器（控制器2）接收移动平台的速度传感器、角度传感器、距离传感器、图像传感器、转速传感器等所有传感器的输入并控制整个移动平台的电动机、电动车轮、电磁离合器、电磁阀、液压泵等所有执行器，也可以采用分级控制，也即移动平台有一个主控制器（控制器2），每一个液压悬挂电动车轮上设置子控制器，所有子控制器在主控制器（控制器2）的控制下工作并且与主控制器（控制器2）双向通信，主控制器接收移动平台的速度传感器信息输入并控制主液压泵、主液压阀等执行器，每一个液压悬挂电动车轮上的子控制器接收所在的电动车轮10上的角度传感器、距离传感器、图像传感器、转速传感器等所有传感器的输入，并控制所在液压悬挂装置的电动机8、电动车轮10、电磁销子、子液压阀、子液压泵等所有执行器。

在本发明中，所述弹性材料层3f能够避免保护套3g与液压缸3c直接接触，还有一定缓冲、减压、减震、防磨损作用。移动平台在加速、减速或者遇到障碍物情况下，移动平台由于惯性作用，液压缸3c和活塞杆3b将会受到一定横向力影响，在液压缸3c通过弹性材料层3f与保护套3g连接，保护套3g通过导向杆3a、直线轴承5与液压悬挂固定盘4连接，这样减轻了液压悬挂装置横向力影响问题。

在本发明中，电动车轮10通过液压悬挂装置实现上下移动，通过圆锥轴承实现旋转功能。当需要其中某个或某几个电动车轮10停止工作时，电动车轮接收控制器2的指令，进而停止驱动。同时，优选的，各电动车轮10的外圈上设置有橡胶，具有有减震、增大摩擦力防打滑等作用。

多个电动车轮10能够提升抓地能力，能够很好地适应复杂路面，即使坏了少数电动车轮10，也不会有翻车的危险，也不会影响车辆行驶至维修地点；多个电动车轮10的结构、功能一致，具有良好的维修性、互换性。

本发明提出的一种整体结构、悬挂装置不同于现有电动车的多轮式液压悬挂的智能控制全电动移动平台，采用可以伸缩控制的液压悬挂电动车轮的结构，以适应复杂路面，具有良好的复杂路面通过性。此类多轮式电动移动平台可以有多种用途，在移动平台上根据需要可以设置客运或者货运，适合用于工作在路面较复杂的特殊环境中。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，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，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (3)

1.一种多轮式液压悬挂的智能控制全电动移动平台，其特征在于，包括设置有多个电动车轮（10）的移动平台底盘（1），以及与电动车轮（10）相对应的液压悬挂装置，

所述液压悬挂装置包括分别与滚子滚动配合的圆锥滚子轴承内圈（7b）和圆锥滚子轴承外圈（7a）；

所述圆锥滚子轴承外圈（7a）顶端向内延伸并与电动机（8）的机壳固定连接，圆锥滚子轴承内圈（7b）内部向内延伸并与电动机（8）的输出端固定连接，电动机（8）的输出端能够控制圆锥滚子轴承内圈（7b）与圆锥滚子轴承外圈（7a）之间发生相对转动，圆锥滚子轴承内圈（7b）顶部设置有至少一个与圆锥滚子轴承外圈（7a）限位及分离的电磁销子；

所述圆锥滚子轴承外圈（7a）顶部安装有保护套（3g），保护套（3g）内侧底部安装有液压缸（3c），保护套（3g）与液压缸（3c）外壁之间设有弹性材料层（3f），液压缸（3c）的活塞杆（3b）穿过保护套（3g），且活塞杆（3b）的伸出端同心的固定有液压悬挂固定盘（4），位于活塞杆（3b）外围的保护套（3g）上至少固定有三个导向杆（3a），与导向杆（3a）对应的液压悬挂固定盘（4）上分别相应的穿置有直线轴承（5），直线轴承（5）的外圈与液压悬挂固定盘（4）固定连接，直线轴承（5）的内圈与导向杆（3a）过盈配合，并且所有导向杆（3a）中心所围成的圆的圆心位于活塞杆（3b）的中心线上；

所述圆锥滚子轴承外圈（7a）底部两侧相对的设置有两支撑杆（11），每个支撑杆（11）分别支撑固定于电动车轮（10）的轮轴（9）上，每个液压悬挂固定盘（4）分别固定于移动平台底盘（1）底部，并且与液压悬挂固定盘（4）相对应的移动平台底盘（1）底部开有可允许导向杆（3a）上下滑移的腔体。

2.根据权利要求1所述的一种多轮式液压悬挂的智能控制全电动移动平台，其特征在于，所述保护套（3g）外侧底部向外延伸并且通过销子（6）固定于圆锥滚子轴承外圈（7a）顶部。

3.根据权利要求1或2所述的一种多轮式液压悬挂的智能控制全电动移动平台，其特征在于，所述移动平台底盘（1）顶部设置有控制器（2）以及实时监测移动平台底盘（1）行驶速度的速度传感器，每个圆锥滚子轴承内圈（7b）底部均设置有距离传感器和图像传感器，每个圆锥滚子轴承内圈（7b）顶部设有角度传感器，每个电动车轮（10）上设置有实时监测电动车轮（10）转速的转速传感器。