CN109466266A - 山地用特种车辆重心自适应调节气动悬挂系统及控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了山地用特种车辆重心自适应调节气动悬挂系统及控制方法:每个气缸控制一个车轮的纵向移动,每个气缸连接增压阀,所有增压阀均连接至气源发生装置,每个增压阀出气口端均设置泄压阀和压力传感器,增压阀和泄压阀均由MCU控制单元控制,MCU控制单元连接倾角检测传感器;倾角检测传感器对车身倾角测量,计算出车身平面与水平面的前倾角和侧倾角;若倾角大于MCU控制单元的阈值θ,计算每个车轮气缸需要调节的行程,低位置处车轮的增压阀打开使气缸活塞杆向下伸出,高位置处车轮的泄压阀打开使气缸活塞杆向上收缩,直至倾角≤θ,停止调节。本发明实现山地用特种车辆重心自适应调节的功能,增强其爬坡性能,稳定车身。
Description
技术领域
本发明属于车辆重心调节领域,更具体的说,是涉及一种山地用特种车辆重心自适应调节气动悬挂系统及控制方法。
背景技术
近年来,山地资源的高效利用和开发越来越多,对机械化作业和全地形车动力底盘需求迫切,传统车辆底盘由于机械结构复杂、智能化程度不高、无车身重心自动调节等因素,限制了山地工业、农业经济高速发展。
常规山地车辆通常加长轴距和轮距来提高坡度的通过性,但对路面的宽度和转弯半径要求高,并不能适应山地大多数复杂地质条件的应用,山地路况特点:坡度大、路面窄、转弯半径小。针对山地用特种车辆动力底盘需具备轻量化、车身长宽尺寸尽可能短,为了满足有效载载荷的要求,整车重心离地就比较高,如果在大坡度的坡道上行驶就容易翻车,为了提高可靠行驶的最大坡度,除了增加行走驱动轮的输出扭矩外,山地用特种车辆底盘还具有重心可调节的悬挂结构和重心自适应调节的控制方法。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术中的不足,提供了一种自主研制的气缸组成多轮独立驱动的山地用特种车辆重心自适应调节气动悬挂系统及控制方法,以实现山地用特种车辆重心自适应调节的功能,增强其爬坡性能,稳定车身,提高通过性。
本发明的目的可通过以下技术方案实现。
一种山地用特种车辆重心自适应调节气动悬挂系统,包括固定于车身侧面的气缸,所述气缸数量与车轮数量相等,每个气缸的活塞杆分别连接一个车轮的轮毂,每个气缸分别控制其对应车轮的纵向移动,每个气缸的进气口分别通过气体管路连接一个增压阀,所有增压阀的进气口均通过气体管路连接至设置于车身上的气源发生装置,每个增压阀出气口端的气体管路均设置有泄压阀和压力传感器,所有增压阀和泄压阀均由设置于车身上的MCU控制单元进行控制,所有压力传感器均与MCU控制单元连接,所述MCU控制单元连接有设置于车身平面处的倾角检测传感器。
所述气源发生装置包括通过气管依次连接的增压泵、单向阀、储气瓶和调压过滤器,所述储气瓶和调压过滤器之间设置有压力检测传感器。
所述倾角检测传感器用于实时测量车身平面三轴方向的倾斜变化量。
所述压力传感器用于检测每个气缸内的压力。
所述MCU控制单元根据车身平面倾斜及压力变化量,计算每个气缸活塞杆的伸缩行程。
所述增压阀和泄压阀用来执行调节每个气缸中的压强,进而实现调节车身倾斜量变化。
所述增压阀和泄压阀均采用高速电磁阀。
本发明的目的还可通过以下技术方案实现。
一种基于山地用特种车辆重心自适应调节气动悬挂系统的控制方法,包括以下步骤:
①MCU控制单元上电后,通过倾角检测传感器对车身倾角测量,读取车身当前状态,若车身倾斜,则计算出车身平面与水平面的前倾角α和侧倾角β;
②若前倾角α大于MCU控制单元设定的需要调节的阈值θ,即|α|>θ时,MCU控制单元根据前倾角α的大小,计算每个车轮悬挂的气缸需要调节的行程,低位置处车轮的增压阀打开使气缸活塞杆向下伸出,高位置处车轮的泄压阀打开使气缸活塞杆向上收缩,带动车轮上升,进而调节出车身平面与水平面的前倾角α,直至|α|≤θ,停止调节;
③若侧倾角β大于MCU控制单元设定的需要调节的阈值θ,即|β|>θ时,MCU控制单元根据侧倾角β的大小,计算每个车轮悬挂的气缸需要调节的行程,低位置处车轮的增压阀打开使气缸活塞杆向下伸出,高位置处车轮的泄压阀打开使气缸活塞杆向上收缩,带动车轮上升,进而调节侧倾角β,直至|β|≤θ,停止调节,进而实现车身的重心平衡调节。
与现有技术相比,本发明的技术方案所带来的有益效果是:
本发明中倾角检测传感器用于实时测量车身平面三轴方向的倾斜变化量,压力传感器用于检测每个气缸内的压力,MCU控制单元根据车身平面倾斜及压力变化量,计算每个气缸活塞杆的伸缩行程,作为计算每个气缸活塞杆应该伸缩行程的重心的逻辑控制单元,增压阀和泄压阀用来执行调节每个气缸中的压强,进而实现调节车身倾斜量变化;
本发明中各个气缸独立控制,分别控制一个车轮的升降,每个气缸均由一组增压阀和泄压阀独立控制,增压阀和泄压阀均由MCU控制单元进行控制;MCU控制单元上电后,通过对车身倾角测量,读取车身当前状态,计算车身平面与水平面的车身平面与水平面的前倾角α和侧倾角β;当测得傾角在设定不需要调节的范围傾角阈值内,控制单元不开启调节,一旦检测到角度大于设定的阈值,MCU控制单元会根据当前车身倾角,计算每个车轮悬挂的气缸需要调节的行程,控制增压阀和泄压阀,进而实现车身的重心平衡调节。
附图说明
图1是本发明的结构示意图;
图2是本发明中电路示意图;
图3是车辆与水平面的前倾角α和侧倾角β示意图;
图4是车辆爬坡时的示意图;
图5是车辆爬坡调整后的示意图;
图6是车辆一个轮子被垫起调整后的示意图。
附图标记:1气源发生装置;101增压泵;102单向阀;103储气瓶;104调压过滤器;105压力检测传感器;2倾角检测传感器;3增压阀;4MCU控制单元;5泄压阀;6压力传感器;7气缸;8车轮;9车身。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的描述。
本发明的一种山地用特种车辆重心自适应调节气动悬挂系统,包括固定于车身9侧面的气缸7,所述气缸7数量与车轮8数量相等,每个气缸7彼此之间独立控制,图1和图2中所示为六个车轮8、六个气缸7,并不局限于此,还可能是四个车轮8、八个车轮8等。每个气缸7的活塞杆分别连接一个车轮8的轮毂,每个气缸7分别控制其对应车轮8的纵向移动升降,每个气缸7的进气口分别通过气体管路(高压)连接一个增压阀3,所有增压阀3的进气口均通过气体管路连接至设置于车身9上的气源发生装置1,每个增压阀3出气口端的气体管路均设置有泄压阀5和压力传感器6,所有增压阀3和泄压阀5均由设置于车身9上的MCU控制单元4进行控制,所有压力传感器6均与MCU控制单元4连接,所述MCU控制单元4还连接有设置于车身9平面处的倾角检测传感器2。
所述气源发生装置1包括通过气管依次连接的增压泵101、单向阀102、储气瓶103和调压过滤器104,所述储气瓶103和调压过滤器104之间设置有压力检测传感器105。所述倾角检测传感器2用于实时测量车身9平面三轴方向的倾斜变化量。所述压力传感器6用于检测每个气缸7内的压力。所述MCU控制单元4根据车身9平面倾斜及压力变化量,计算每个气缸活塞杆的伸缩行程,作为计算每个气缸活塞杆应该伸缩行程的重心的逻辑控制单元。所述增压阀3和泄压阀5均采用高速电磁阀,用来执行调节每个气缸7中的压强,进而实现调节车身9倾斜量变化。
本发明山地用特种车辆重心自适应调节气动悬挂系统的控制方法,具体过程:
①MCU控制单元4上电后,通过倾角检测传感器2对车身9倾角测量,读取车身9当前状态;这里可以用三轴加速度计来进行测量,通过得到的重力加速度在当前姿态下的加速度值,若车身9倾斜,则计算如图3所示出车身平面与水平面的前倾角α和侧倾角β。
②若前倾角α大于MCU控制单元4设定的需要调节的阈值θ,即|α|>θ时,MCU控制单元4会根据前倾角α的大小,计算每个车轮8悬挂的气缸7需要调节的行程,低位置处车轮8的增压阀3打开使气缸活塞杆向下伸出,高位置处车轮8的泄压阀5打开使气缸活塞杆向上收缩,带动车轮8上升,进而调节出车身平面与水平面的前倾角α,直至|α|≤θ,停止调节,MCU控制单元4停止开启各个增压阀3和泄压阀5。
③若侧倾角β大于MCU控制单元4设定的需要调节的阈值θ,即|β|>θ时,MCU控制单元4会根据侧倾角β的大小,计算每个车轮8悬挂的气缸7需要调节的行程,低位置处车轮8的增压阀3打开使气缸活塞杆向下伸出,高位置处车轮8的泄压阀5打开使气缸活塞杆向上收缩,带动车轮8上升,进而调节侧倾角β,直至|β|≤θ,停止调节,MCU控制单元4停止开启各个增压阀3和泄压阀5,进而实现车身9的重心平衡调节。
以车辆在有坡度的路面行驶为例,根据倾角检测传感器2传来的信号,通过调节增压阀3和泄压阀5对各个支点的气缸7进行泄压或者升压,已达到使车身9保持水平状态。配合压力传感器6,更加精确的调节各个气缸7的伸缩动作,使车身9稳定。
当车辆进行爬坡时,车身平面跟水平面会有一个前倾角α,如图4所示,此时倾角检测传感器2将检测到的角度传给MCU控制单元4。
如果角度达到了需要调节的阈值θ,即|α|>θ,为了保持重心稳定,MCU控制单元4主动调节各个气缸活塞杆的伸缩。根据前倾角α的大小设定每个车轮8的升降大小,进而通过打开增压阀3使低位置的气缸活塞杆向下伸长,对应车身平面上升,打开泄压阀5使高位置的气缸活塞杆向上收缩,对应车身平面下降。直至调节车身平面与水平面夹角在一个合理的水平范围内,即|α|≤θ,停止调节,如图5所示状态。
更为一般的路面上行驶,车身平面与水平面夹角不仅有因前后坡度产生的前倾角α,而且有左右车轮8路况不同产生的车平面侧倾角β,如图2所示,阴影代表车身平面。通过倾角检测传感器2检测计算出前倾角α和侧倾角β。根据计算出的α和β,计算要保持重心稳定每个车轮8对应的气缸7所需的调节行程,进而通过增压阀3和泄压阀5控制实现车身平面重心的平衡。
在路面行驶遇到一个车轮8被垫起时,如图6所示。由于气动悬挂的特性,该车轮8自身的悬挂系统会吸收掉一部分。压力传感器6检测到一个车轮8上的压力突然增加,自身悬挂不能消除的情况下,主动调节该车轮8的活塞杆收缩,使车身平面平衡稳定在一定角度范围内。
尽管上面结合附图对本发明的功能及工作过程进行了描述,但本发明并不局限于上述的具体功能和工作过程,上述的具体实施方式仅仅是示意性的,而不是限制性的,本领域的普通技术人员在本发明的启示下,在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下,还可以做出很多形式,这些均属于本发明的保护之内。
Claims (8)
1.一种山地用特种车辆重心自适应调节气动悬挂系统,其特征在于,包括固定于车身(9)侧面的气缸(7),所述气缸(7)数量与车轮(8)数量相等,每个气缸(7)的活塞杆分别连接一个车轮(8)的轮毂,每个气缸(7)分别控制其对应车轮(8)的纵向移动,每个气缸(7)的进气口分别通过气体管路连接一个增压阀(3),所有增压阀(3)的进气口均通过气体管路连接至设置于车身(9)上的气源发生装置(1),每个增压阀(3)出气口端的气体管路均设置有泄压阀(5)和压力传感器(6),所有增压阀(3)和泄压阀(5)均由设置于车身(9)上的MCU控制单元(4)进行控制,所有压力传感器(6)均与MCU控制单元(4)连接,所述MCU控制单元(4)连接有设置于车身(9)平面处的倾角检测传感器(2)。
2.根据权利要求1所述的山地用特种车辆重心自适应调节气动悬挂系统,其特征在于,所述气源发生装置(1)包括通过气管依次连接的增压泵(101)、单向阀(102)、储气瓶(103)和调压过滤器(104),所述储气瓶(103)和调压过滤器(104)之间设置有压力检测传感器(105)。
3.根据权利要求1所述的山地用特种车辆重心自适应调节气动悬挂系统,其特征在于,所述倾角检测传感器(2)用于实时测量车身(9)平面三轴方向的倾斜变化量。
4.根据权利要求1所述的山地用特种车辆重心自适应调节气动悬挂系统,其特征在于,所述压力传感器(6)用于检测每个气缸(7)内的压力。
5.根据权利要求1所述的山地用特种车辆重心自适应调节气动悬挂系统,其特征在于,所述MCU控制单元(4)根据车身平面倾斜及压力变化量,计算每个气缸活塞杆的伸缩行程。
6.根据权利要求1所述的山地用特种车辆重心自适应调节气动悬挂系统,其特征在于,所述增压阀(3)和泄压阀(5)用来执行调节每个气缸(7)中的压强,进而实现调节车身(9)倾斜量变化。
7.根据权利要求6所述的山地用特种车辆重心自适应调节气动悬挂系统,其特征在于,所述增压阀(3)和泄压阀(5)均采用高速电磁阀。
8.一种基于权利要求1至7所述山地用特种车辆重心自适应调节气动悬挂系统的控制方法,其特征在于,包括以下步骤:
①MCU控制单元(4)上电后,通过倾角检测传感器(2)对车身(9)倾角测量,读取车身(9)当前状态,若车身(9)倾斜,则计算出车身平面与水平面的前倾角α和侧倾角β;
②若前倾角α大于MCU控制单元(4)设定的需要调节的阈值θ,即|α|>θ时,MCU控制单元(4)根据前倾角α的大小,计算每个车轮(8)悬挂的气缸(7)需要调节的行程,低位置处车轮(8)的增压阀(3)打开使气缸活塞杆向下伸出,高位置处车轮(8)的泄压阀()打开使气缸活塞杆向上收缩,带动车轮(8)上升,进而调节出车身平面与水平面的前倾角α,直至|α|≤θ,停止调节;
③若侧倾角β大于MCU控制单元(4)设定的需要调节的阈值θ,即|β|>θ时,MCU控制单元(4)根据侧倾角β的大小,计算每个车轮(8)悬挂的气缸(7)需要调节的行程,低位置处车轮(8)的增压阀(3)打开使气缸活塞杆向下伸出,高位置处车轮(8)的泄压阀(5)打开使气缸活塞杆向上收缩,带动车轮(8)上升,进而调节侧倾角β,直至|β|≤θ,停止调节,进而实现车身(9)的重心平衡调节。
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