CN110329014A - 一种电控可卸载式车轮收放装置及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电控可卸载式车轮收放装置，包括下横臂、传动短轴、扭杆弹簧、车轮收放作动器、电磁式卸载机构和滑动花键套；下横臂与传动短轴固连；传动短轴与扭杆弹簧同轴设置，并且二者之间能够通过滑动花键套连接；车轮收放作动器设置在传动短轴上，用于当滑动花键套轴向滑动与扭杆弹簧脱离连接，而与车轮收放作动器连接时，驱动传动短轴、悬架及车轮抬升；电磁式卸载机构与所述的滑动花键套连接，用于完成滑动花键套的轴向滑动。本发明采用电磁式卸载机构和车轮收放作动器结合，能够快速响应并完全卸除车轮收放过程中悬架弹性和阻尼元件施加于车轮收放装置的载荷。

Description

一种电控可卸载式车轮收放装置及控制方法

技术领域

本发明属于轮式水陆两栖车的水陆工况切换设备领域，具体涉及一种电控可卸载式车轮收放装置及控制方法。

背景技术

水陆两栖车是一种同时具备车与船的特性，既可在陆地行驶，又可泛水浮渡的特种车辆。由于其具备卓越的水陆通行性能，可在陆地和水域两种工况下快速转换行驶而不受路桥或江河湖海等水域的限制，因而在军事战略机动、水陆作业、抢险救灾、旅游娱乐、交通运输等专业领域具有突出的优势和特殊的历史意义。

轮式水陆两栖车的陆上行驶装置为车轮，水上行驶可采用车轮直接划水，或用专门的水上推进器（螺旋桨或喷水推进器）驱动，其结构简单，但水上速度和机动性差。对机动性要求较高的水陆两栖车为了减小水陆两栖车在水中行驶的阻力，提高水陆两栖车的机动性，采用车轮收放装置或水陆行驶转换装置，在水中行驶时将车轮抬升收起，尽量使车轮高于水面，减小甚至消除由车轮产生的阻力。

结构上，传统悬架结构进行车轮收放必然引起悬架弹性元件和减震器的压缩和拉伸，收起时车轮向上移动距离大，弹簧压缩量大，悬架结构和收放作动器受到很大的弹簧反作用力和减震器阻尼力，造成功率损失和部件磨损，而且收起后弹簧一直处于较大的压缩状态，会使悬架过早损坏。因此现有一类车轮收放装置是通过移动弹性元件上支点位置来减少收起时的弹性元件和减震器的压缩量，减少压缩反作用力；另一类是通过采用可卸载弹性元件或减震器，通过对液压油的卸载，使压缩时不会产生大的反作用力。因此，现有的车轮收放装置可以分为收放时弹性元件上支点移动和固定两种。

上支点移动类车轮收放装置的上支点往往通过铰接与连杆、丝杠螺母、滑块滑轨、液压作动器等机构或零部件连接，保证上支点可移动。上述机构和零部件往往左右悬架共用一套，造成左右悬架在结构上横跨车辆，整个装置占用车厢或机舱的大量空间，不利于动力传动系统的布置和车内空间的利用。此外，采用铰接的上支点在路上行驶时受到悬架弹性元件的冲击，极易造成铰接点、丝杠螺母、滑轨滑块、液压缸油封的过渡磨损、变形甚至毁坏，可靠性较差；同时长期使用引起的变形磨损和变形会导致车轮放下后车轮定位参数发生改变，影响车辆的操纵稳定性。

上支点固定类车轮收放装置的上支点固定，无过度磨损，但是采用筒式减震器与液压作动器一体式可卸载弹性元件，液压缸既提供车轮收放动力又起减振作用，要求有很好的密封性和可靠性，结构复杂，成本高，恶劣环境下容易失效。吉布斯公司在美国申请了两栖车辆车轮收放的专利，其液压缸既提供收放动力又起隔绝地面振动的作用，车轮收起时，液压缸下端输入液压力，将车轮收起；当放下车轮时，上端输入液压力放下车轮；当起减振作用时，液压缸与外部管路隔绝，依靠气体的压缩起到减振作用。该装置同时运用两种介质，且液压系统结构复杂，成本高，可靠性较差，另一方面，收起车轮时，液压缸上端油液被活塞推出缸体，受到液压阀的限流阻碍，产生一定的阻尼力，系统响应较差，而且不能做到完全卸载，使作动器负载最小。

上述两种类型的车轮收放装置都采用轴向作用的弹性元件和阻尼元件，如螺旋弹簧、油气弹簧、筒式减震器等。轴向作用弹性元件和阻尼元件轴向尺寸大，体积较大，布置上需要防止避免运动干涉，占用的空间较大。

控制上，现有的水陆两栖车车轮收放装置大都采用液压控制或者通过机械结构控制，由于液压系统的迟滞和机械结构的装配间隙，控制系统对于控制操作和命令的响应不够及时，增加了整个车轮收放动作完成所需的时间；控制精度低，不能保证悬架的抬升高度不变和车轮定位参数在合理范围内。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种电控可卸载式车轮收放装置及控制方法，能够快速响应收放动作指令并在收放过程中完全卸除悬架弹性、阻尼元件施加给车轮收放装置的载荷。

本发明为解决上述技术问题所采取的技术方案为：一种电控可卸载式车轮收放装置，其特征在于：它包括下横臂、传动短轴、扭杆弹簧、车轮收放作动器、电磁式卸载机构和滑动花键套；其中，

下横臂与传动短轴固连；

传动短轴与扭杆弹簧同轴设置，并且二者之间能够通过滑动花键套连接；

电磁式卸载机构与所述的滑动花键套连接，用于完成滑动花键套的轴向滑动；

车轮收放作动器设置在传动短轴上，用于当滑动花键套轴向滑动而与扭杆弹簧脱离连接，而与车轮收放作动器连接时，驱动传动短轴及悬架、车轮抬升。

按上述方案，所述的车轮收放作动器包括蜗轮、蜗杆和电动机；其中，电动机给蜗杆提供动力，蜗杆与所述的蜗轮啮合，蜗轮与所述的传动短轴通过轴承连接。

按上述方案，所述的电磁式卸载机构包括传动拨叉、电磁开关和控制电路；其中，

电磁开关包括外部的线圈组，线圈组内设有接触盘和动铁芯，接触盘为轴向移动件，接线柱即触点固定，动铁芯为活动件，动铁芯通过传动杆与所述的传动拨叉的一端连接，传动拨叉的另一端与所述的滑动花键套通过拨叉导环连接；

动铁芯在线圈组导电时形成的磁场下轴向运动，同时使得传动拨叉产生向传动短轴的摆动，带动滑动花键套向传动短轴一侧轴向运动；动铁芯轴向运动达到一定行程后推动接触盘运动，使接触盘与接线柱接触，此时电磁开关闭合；

动铁芯外设有第一复位弹簧，用于在线圈组不导电时带动动铁芯、传动拨叉、滑动花键套复位，同时接触盘受第二复位弹簧的复位轴向力与接线柱脱离，电磁开关断开；

所述的控制电路分别与电磁开关的线圈组、接触盘、接线柱连接，用于给线圈组通电，当电磁开关闭合时，判断滑动花键套与扭杆弹簧脱离连接，控制车轮收放作动器抬起传动短轴、悬架、车轮。

按上述方案，定义所述的滑动花键套靠近传动短轴一端为前端，靠近扭杆弹簧一端为后端；滑动花键套前端的外部设有外矩形花键，用于与车轮收放作动器的内矩形花键套配合；滑动花键套后端的外部设有所述的拨叉导环，用于放置所述的传动拨叉，并辅助传动拨叉拨动滑动花键套从而实现轴向滑动；滑动花键套前端和后端的内部均设有内矩形花键，分别与传动短轴和扭杆弹簧的外花键配合。

按上述方案，所述的滑动花键套的内矩形花键和外矩形花键的花键齿端均具有倒角；滑动花键套的内矩形花键、以及传动短轴和扭杆弹簧的外花键，均分别设有以一定角度间隔布置的两处缺齿。

按上述方案，所述的传动杆的端部设有孔，所述的传动拨叉的上端穿过所述的孔并能够在孔中滑动，所述的传动拨叉的中部通过铰接固定在壳体上，传动拨叉的下端通过铰接的矩形滑块装配在所述的拨叉导环的环槽内；所述的壳体固定在车架上。

按上述方案，所述的控制电路还包括在悬架抬升行程限位块处设置的第一接近开关、传动杆的前端设置的第二接近开关；其中第一接近开关与所述的线圈组串联，第二接近开关与电动机串联，第一接近开关和第二接近开关用于控制电动机回路的通断，从而控制所述的车轮收放作动器完成收放动作；

控制电路中第一接近开关、第二接近开关和电磁开关之间的连接和布置位置用于完成以下逻辑：当收到车轮抬升指令时，闭合第一继电器，给线圈组通电，滑动花键套与扭杆弹簧脱离啮合而与车轮收放作动器建立啮合，电磁开关闭合，控制单元控制车轮收放作动器进行抬升动作；当悬架抬升至预设位置时，第一接近开关断开，线圈组断电，电动机断电停止输出；当收到车轮下降指令时，闭合第二继电器，控制单元控制车轮收放作动器进行下降动作；当悬架下降到预设位置时，滑动花键套受复位弹簧轴向作用力自动与扭杆弹簧啮合，使得传动杆随之动作而触动第二接近开关断开，电动机停止输出。

按上述方案，所述的扭杆弹簧上还设有同轴式摩擦减震器；同轴式摩擦减震器的部分摩擦片通过花键座与扭杆弹簧中部花键配合，随扭杆弹簧发生扭转；同轴式摩擦减震器的其余摩擦片固定于同轴式摩擦减震器的的外壳上，不能够转动；所述的部分摩擦片和其余摩擦片交替布置并在一定的轴向压力下相互接触。

利用所述的电控可卸载式车轮收放装置实现的收放控制方法，其特征在于：本方法包括：

抬升控制：

1.1）判断车轮收放装置是否存在故障；若存在故障则进行直接驱动控制调整啮合，然后进入1.3），若无故障则进行1.2）；

1.2）低速小角度啮合控制，调整后直接进入1.3）：控制电动机以转角为α低速反转，然后以转角为β低速正转，直至滑动花键套与车轮收放作动器啮合连接，α大于单个滑动花键套用于与车轮收放作动器连接的外花键齿相位角与传动机构传动比之积，且nθ≤α≤（n+1）θ，nθ≤β≤（n+1）θ，θ为满足电动机控制精度的最小角度，n为正整数；所述的传动机构由电动机的输出端、车轮收放作动器和滑动花键套前端外花键构成；

1.3）高速大角度抬升：控制电动机正常转动，驱动传动短轴及悬架、车轮抬升；所述的低速是相对电动机正常转动的转速而言更低的速度；

下降控制：

2.1）高速大角度下降：控制电动机正常转动，驱动传动短轴及悬架、车轮下降；

2.2）判断车轮收放装置是否存在故障；若存在故障则进行直接驱动电机进行啮合调整，若否，则进行低速小角度啮合控制，低速小角度啮合控制如抬升控制1.2）。

按上述方法，所述的电磁式卸载机构包括传动拨叉、电磁开关和控制电路；其中，电磁开关包括外部的线圈组，线圈组内设有动铁芯，后端设有接触盘和接线柱，接线柱为固定件，动铁芯、接触盘为活动件，动铁芯通过传动杆与所述的传动拨叉的一端连接，传动拨叉的另一端与所述的滑动花键套通过拨叉导环连接；动铁芯在线圈组导电时形成的磁场下轴向运动，同时使得传动拨叉产生向传动短轴的摆动，带动滑动花键套向传动短轴一侧轴向运动；动铁芯轴向运动达到一定行程后推动接触盘运动，使接触盘与接线柱接触，此时电磁开关闭合；动铁芯外设有第一复位弹簧，用于在线圈组不导电时带动动铁芯、传动拨叉、滑动花键套复位，同时接触盘受第二复位弹簧的复位轴向力与接线柱脱离，电磁开关断开；

设电磁开关为SQ1；

在悬架抬升行程限位块处设置第一接近开关SQ2，传动杆的前端设有第二接近开关SQ3，第一接近开关与所述的线圈串联，第二接近开关与电动机串联，第一接近开关和第二接近开关用于控制电动机回路的通断，从而控制所述的车轮收放作动器完成收放动作；

所述的控制电路包括所述的第一接近开关SQ2、第二接近开关SQ3、控制器、第一继电器和第二继电器，其中，蓄电池给控制器供电，控制器的第一输出端通过第一继电器、SQ2后，一路连接线圈组后接地，另一路连接电动机后接地，线圈组分为相互串联的保持线圈和接近线圈，且保持线圈靠近SQ2，SQ1与保持线圈相互并联；控制器的第二输出端通过第二继电器、SQ3、电动机后接地；

所述的1.1）通过检测第一接近开关和第二接近开关的信号，判断车轮收放装置是否存在故障，即当SQ3被触发断开，V_SQ3=1，SQ2未被触发，V_SQ2=0，从而确定滑动花键套与车轮收放作动器啮合，无故障，否则为发生故障；故障时直接进行调整且默认调整结束后滑动花键套与车轮收放作动器连接或进入啮合调整控制；

当抬升到位后，进一步判断车轮收放装置是否存在故障，SQ2被触发，SQ3未被触发，即V_SQ2=1且V_SQ3=0时，无故障；

所述的下降控制2.1）之前，先判断车轮收放装置是否存在故障，即当第一接近开关SQ2被触发而断开，V_SQ2=1，第二接近开关SQ3未触发，V_SQ3=0，说明无故障；当有故障时，依然进行2.1），下降动作完成后直接进行低速小角度啮合调整；当无故障时，进行2.1）之后通过主动调整固定内花键套相位实现快速啮合，并再次通过检测第一接近开关和第二接近开关的信号，判断车轮收放装置是否存在故障。

本发明的有益效果为：采用电磁式卸载机构，且布置于悬架横臂与弹性元件之间，响应快，能够实现完全卸除悬架弹性元件和阻尼元件施加给车轮收放装置的载荷，使车轮收放过程中作动器负载最小，可减下作动器功率达到减小空间占用和节能的效果；采用电动机作为作动器，比液压系统响应快且效率高；蜗轮蜗杆机构作为传动机构，能够实现机械自锁，完成收放动作后，作动器可卸载，不需要设置锁止机构，降低了装置复杂程度。

附图说明

图1为本发明一实施例的装置及原理示意图。

图2为车轮收放作动器和电磁式卸载机构部分剖面图。

图3为滑动花键套前端花键齿端面倒角示意图。

图4为传动短轴B端和扭杆弹簧端部外矩形花键端面倒角示意图。

图5为滑动花键套与内矩形花键套啮合截面图。

图6为滑动花键套与传动短轴、扭杆弹簧端部外矩形花键啮合截面图。

图7为控制电路原理图。

图8为抬升控制流程图。

图9为下降控制流程图。

图10为啮合控制流程图。

图中：1-下横臂，2-车轮收放作动器，3-传动短轴，4-电磁式卸载机构，5-同轴式摩擦减震器，6-扭杆弹簧，7-控制器，7-1-指令信号，8-连接座，9-1-第一轴套，9-2-第二轴套，9-3-第三轴套，10-蜗轮，11-蜗杆，12-传动杆，13-动铁芯，14-接触盘，15-接线柱，16-线圈组，16-1-保持线圈，16-2-接近线圈，17-1-第一复位弹簧，17-2-第二复位弹簧，18-拨叉轴，19-传动拨叉，20-矩形滑块，21-壳体，22-外矩形花键，23-滑动花键套，24-内矩形花键套，25-双列角接触轴承，26-密封装置，27-倒角斜面，28-蓄电池，29-1-第一继电器，29-2-第二继电器，30-1-行程开关，30-2-第一接近开关，30-3-第二接近开关，31-搭铁，32-电动机。

具体实施方式

下面结合具体实例和附图对本发明做进一步说明。

本发明提供一种电控可卸载式车轮收放装置，基于双横臂悬架结构，如图1至图7所示，它包括下横臂1、传动短轴3、扭杆弹簧6、车轮收放作动器2、电磁式卸载机构4和滑动花键套23。下横臂1与传动短轴3固连；传动短轴3与扭杆弹簧6同轴设置，并且二者之间通过滑动花键套23连接；车轮收放作动器2设置在传动短轴3上，用于当滑动花键套23轴向滑动而与扭杆弹簧6脱离连接时，收放传动短轴3；电磁式卸载机构4与所述的滑动花键套23连接，用于完成滑动花键套23的轴向滑动。其中图1仅为左前悬挂俯视图，其它部分与图1类似。

本发明采用扭杆弹簧6为弹性元件，同轴式摩擦减震器4为阻尼元件，整个悬架结构承担悬架本身的功能之外属于车轮收放装置的一部分。下横臂1上安装橡胶限位块，限制车轮收起的最大行程。

传动短轴3布置于下横臂1与弹性元件、阻尼元件之间，用于分割悬架几何和减振器件，并作为车轮收放装置的传动零件。如图2所示，传动短轴2其两端定义为A端和B端，其A端通过三角花键与连接座8配合，连接座8通过螺钉装配于下横臂1铰接处，与下横臂1转动轴线同轴装配，B端加工有矩形外花键。

扭杆弹簧6较长，与下横臂1转动轴线同轴装配，扭杆弹簧6的一端装配有与传动短轴B端相同的矩形外花键，另端具有三角外花键。传动短轴B端和扭杆弹簧6另一端与具有矩形内花键的滑动花键套23装配，可实现传动短轴和扭杆弹簧的切向耦合；扭杆弹簧6另一端通过外花键与固定座内花键装配，固定座固定在车身或车架上。水陆两栖车在陆地上行驶时，悬架发生跳动，下横臂1带动传动短轴3转动，传动短轴3带动扭杆弹簧6扭转。

所述的同轴式摩擦减震器5作为悬架系统的阻尼元件，外壳固定于车身或车架上，其轴线与扭杆弹簧6轴线重合，即与下横臂1的旋转轴线重合，扭杆弹簧6穿过同轴式摩擦减震器5。同轴式摩擦减震器5的部分摩擦片通过花键座与扭杆弹簧6中部花键配合，可以随扭杆弹簧6发生扭转，同轴式摩擦减震器5的其余摩擦片固定于减震器外壳上，不能够转动，所述的部分摩擦片和其余摩擦片交替布置并在一定的轴向压力下相互接触，当扭杆弹簧6发生扭转时，带动与之固连的部分摩擦片转动并与固定的其余摩擦片发生摩擦，从而产生阻碍扭转的反向转矩，即产生减震阻尼，实现减震作用。

进一步的，所述的车轮收放作动器2包括蜗轮10、蜗杆11和电动机32，以实现悬架横臂、传动短轴与扭杆弹簧、同轴式摩擦减震器的运动分割，从结构上保证悬架弹性和阻尼元件可完全卸载。其中，电动机32给蜗杆11提供动力，蜗杆11与所述的蜗轮10啮合，蜗轮10与所述的传动短轴3通过轴承连接，本实施例中，通过双列角接触轴承25连接。

所述的电磁式卸载机构4包括传动拨叉19、电磁开关和控制电路。其中，电磁开关包括外部的线圈组16，线圈组16内设有接触盘14和动铁芯13，接触盘14为轴向移动件，动铁芯13为活动件，接线柱15即触点固定，动铁芯13通过传动杆12与所述的传动拨叉19的一端连接，传动拨叉19的另一端与所述的滑动花键套23通过拨叉导环连接。动铁芯13在线圈组16导电时形成的磁场下向接触盘14运动并与接触盘14吸合导通电磁开关，同时使得传动拨叉19产生向传动短轴3的摆动，带动滑动花键套23向传动短轴3一侧轴向运动；动铁芯13轴向运动达到一定行程后推动接触盘14运动，使接触盘14与接线柱15接触，此时电磁开关闭合；动铁芯3外设有第一复位弹簧17-1，第一复位弹簧17两端分别与弹簧限位和线圈端部接触，用于在线圈组16断电时带动动铁芯13及其他传动机构复位，同时接触盘14受第二复位弹簧17-2的复位轴向力与接线柱15脱离，电磁开关打开。传动拨叉19兼具杠杆和拨叉的作用，上端穿过传动杆12杆端预留孔，传动拨叉19转动时上端可在孔内滑动，中部有拨叉轴18通过铰接固定于壳体21上，传动拨叉19下端通过铰接的矩形滑块20装配于滑动花键套23外部导环环槽内，矩形滑块20可在环槽内滑动并给滑动花键套23施加轴向力。整个壳体21固定于车身或车架上，密封装置26用于壳体密封，第一轴套9-1、第二轴套9-2、第三轴套9-3，对内部结构起到轴向限位支撑作用。

所述的控制电路分别与电磁开关的线圈组16、接触盘14、接线柱15连接，用于给线圈组16通电，当电磁开关导通时，判断滑动花键套23与扭杆弹簧6脱离连接，控制车轮收放作动器2抬起传动短轴3、悬架和车轮。

滑动花键套23可沿轴向滑动，也可随传动短轴3、扭杆弹簧6转动而发生转动。定义所述的滑动花键套23靠近传动短轴3一端为前端，靠近扭杆弹簧6一端为后端；滑动花键套23前端的外部设有外矩形花键22，用于与车轮收放作动器的内矩形花键套24配合；滑动花键套23后端的外部设有所述的拨叉导环，用于放置所述的传动拨叉19，并辅助传动拨叉19拨动滑动花键套23从而实现轴向滑动；滑动花键套23前端和后端的内部均设有内矩形花键，分别与传动短轴3和扭杆弹簧6的外花键配合。

所述的滑动花键套23的内矩形花键和外矩形花键22的花键齿端均具有倒角，便于滑动花键套快速滑动啮合：传动拨叉19给滑动花键套23施加轴向力时，滑动花键套23内外矩形花键的花键齿端倒角斜面与内矩形花键套24、扭杆弹簧一端的外花键齿端倒角斜面接触，在轴向力作用下斜面相对滑动并引起滑动花键套24切向转动，内外花键达到配合角度，进而实现内外花键啮合。滑动花键套23的内矩形花键、以及传动短轴3和扭杆弹簧6的外花键，均分别设有以一定角度间隔布置的两处缺齿，保证两者每次啮合周向位置一定，防止发生误啮合，造成陆上行驶时车轮定位参数改变或者车轮收起不到位。

所述的车轮收放作动器2和电磁式卸载机构4集成于一个壳体21内，共用一个状态切换零件，即滑动花键套23。电动机32作为动力源，受控制电路控制，其输出端与减速齿轮组相连，主要作用是降低翻转机构输出端转速；减速齿轮组输出端齿轮与蜗杆11同轴，蜗轮10通过双列角接触轴承25与传动短轴3装配，蜗轮10端面通过螺栓固定有内矩形花键套24，用于与滑动花键套23的外花键啮合。动力经蜗轮10蜗杆11改变动力方向并传递至固定内矩形花键套24，再经滑动花键套23传递至传动短轴3，施加转矩驱动传动短轴3转动并带动下横臂1转动，从而带动整个悬架转动，即实现车轮收放动作。

控制电路还包括在悬架抬升形成限位块处设置的第一接近开关30-2、传动杆12的前端设置的第二接近开关30-3，第一接近开关30-2与所述的线圈组16串联，第二接近开关30-3与电动机32串联，第一接近开关30-2和第二接近开关30-3用于控制电动机32回路的通断，从而控制所述的车轮收放作动器2完成收放动作。电磁开关即为行程开关30-1。

控制电路包括控制器7、第一继电器29-1和第二继电器29-2，其中，蓄电池28给控制器7供电，控制器7的第一输出端通过第一继电器29-1、SQ2后，一路连接线圈组16后接地，另一路连接电动机32后接地，线圈组16分为相互串联的保持线圈16-1和接近线圈16-2，且保持线圈16-1靠近SQ2，SQ1与保持线圈16-1相互并联；控制器7的第二输出端通过第二继电器29-2、SQ3、电动机32后接地，即搭铁31。

控制电路中第一接近开关30-2、第二接近开关30-3和行程开关30-2之间的连接用于完成以下逻辑：当收到车轮抬升指令时，闭合第一继电器29-1，给线圈组6通电，滑动花键套23与扭杆弹簧6脱离啮合而与车轮收放作动器2建立啮合，电磁开关闭合，控制器7控制车轮收放作动器进行抬升动作；当悬架抬升至预设位置时，第一接近开关断开，线圈组断电，电动机断电停止输出；当收到车轮下降指令时，闭合第二继电器29-2，控制器7控制车轮收放作动器2进行下降动作；当悬架下降到预设位置时，滑动花键套23受第一复位弹簧17-1轴向作用力自动与扭杆弹簧6啮合，使得传动杆12随之动作而触动第二接近开关30-3断开，电动机32停止输出。

控制器7作为该装置的控制器，可接收人为开关控制信号或上层无人驾驶决策单元的指令信号7-1，进行车轮收放控制。控制电路分为吸引电路和功率电路。吸引电路中第一继电器29-1接收控制器7指令，作为该电磁卸载机构吸引电路的开关。动铁芯13、接触盘14、接线柱15组成功率电路的开关，滑动花键套23与扭杆弹簧6一端外矩形花键完全脱开时，动铁芯13轴向运动将接触盘14推动与连接线柱15接触，即行程开关30-1闭合使功率电路通路，电动机32输出功率。第二继电器29-2为下降功率电路开关。蓄电池28给控制器7供电，再经控制器7给执行元件供电。另有第一接近开关SQ230-2布置于悬架抬升行程限位块处，悬架抬升到设计位置时触发第一接近开关SQ2 30-2，第一接近开关SQ230-2断开抬升功率电路，电动机32停止工作，悬架因蜗轮蜗杆自锁作用保持该位置；第二接近开关SQ3 30-3布置于传动杆12前端，当悬架下降到下降行程标定位置，即扭杆弹簧6不受扭转负载时的悬架位置，滑动花键套23受轴向力复位，传动杆12前端触发第二接近开关SQ3，第二接近开关SQ3断开下降功率电路，电动机32停止工作，悬架基本功能恢复。

为了保证车轮收放装置的实时响应性、机构可靠性和耐久性、收放动作的精确性，所述的电子控制系统采用了考虑响应速度、故障检测、失效处理、运动准确控制的控制方法，包括收放控制方法和啮合控制方法。收放控制方法主要作用是检测车轮收放装置是否发生故障，并控制电动机按额定功率工作，以较高转速驱动其他机构，高效完成指令要求的收放动作。啮合控制方法是在轴向力不能使滑动花键套顺利啮合时，主动调整固定花键套相位或者滑动花键套相位，帮助其达到啮合角度，从而准确快速的啮合，完成车轮收放装置的运动控制和限位。

利用所述的电控可卸载式车轮收放装置实现的收放控制方法，包括：

抬升控制：1.1）控制电磁式卸载机构，使得滑动花键套轴向滑动而与扭杆弹簧脱离连接；判断车轮收放装置是否存在故障；若存在故障则进行直接驱动控制调整啮合，然后进入1.3），若无故障则进行1.2）；1.2）低速小角度啮合控制，调整后直接进入1.3）：若滑动花键套未与车轮收放作动器连接，则控制电动机以转角为α低速反转，然后以转角为β低速正转，直至滑动花键套与车轮收放作动器啮合连接，α大于单个滑动花键套用于与车轮收放作动器连接的外花键齿相位角与传动机构传动比之积，且nθ≤α≤（n+1）θ，nθ≤β≤（n+1）θ，θ为满足电动机控制精度的最小角度，n为正整数；所述的传动机构由电动机的输出端、车轮收放作动器和滑动花键套构成；1.3）高速大角度抬升：控制电动机正常转动，抬升传动短轴；所述的低速是相对电动机正常转动的转速而言更低的速度；

下降控制：2.1）高速大角度下降：控制电动机正常转动，驱动传动短轴及悬架、车轮下降；2.2）判断车轮收放装置是否存在故障；若存在故障则进行直接驱动电机进行啮合调整，若否，则进行低速小角度啮合控制，低速小角度啮合控制如抬升控制1.2）。

本实施例中，抬升控制方法如图8所示：

（1）通过检测接近开关信号，判断传感器或者车轮收放装置是否存在故障。起初，悬架处于低位，根据前述各零部件装配关系知：系统工作正常时，第二接近开关SQ3被触发而断开，其反馈电平信号为高电平，表示为V_SQ3=1，此时，第一接近开关SQ2未触发，其反馈电平信号为低电平，表示为V_SQ2=0。根据两个接近开关反馈的电平信号可以诊断车轮收放装置是否发生故障。

（2）若发生故障，考虑到车轮抬升完成后可能由于装置故障而不能下降，导致两栖车不能出水，所以报故障码并确认是否继续执行指令。若继续执行指令，则判断第二接近开关SQ3是否正常工作，以此作为该装置能否进行啮合控制的标志：若正常工作则可以进行啮合控制，通过主动调整固定内花键套相位实现快速啮合，若出现故障则进行直接驱动控制。

（3）控制器直接驱动控制过程分为低速小角度啮合调整控制和高速大角度抬升控制。若啮合调整控制未实现啮合，则行程开关SQ1不能闭合，功率电路断路，不能进行高速大角度抬升控制。啮合调整转速约为三分之一抬升转速，角度α（下降控制流程图中反转角度γ）大于单个滑动花键套外（内）花键齿相位角与传动机构传动比之积，且nθ≤α（或γ）≤（n+1）θ，θ为满足电动机控制精度的最小角度，n为正整数。β为抬升或下降行程电动机所需转角，同样nθ≤β≤（n+1）θ，θ为满足电动机控制精度的最小角度，n为正整数。

（4）系统无故障时，抬升动作完成会再次通过检测接近开关传感器信号，判断传感器或者车轮收放装置是否存在故障。

下降控制方法如图9所示：

（1）通过检测接近开关信号，判断传感器或者车轮收放装置是否存在故障。起初，悬架处于高位，根据前述各零部件装配关系知：系统工作正常时，第一接近开关SQ2被触发而断开，其反馈电平信号为高电平，表示为V_SQ2=1，此时，第二接近开关SQ3未触发，其反馈电平信号为低电平，表示为V_SQ3=0。根据两个接近开关反馈的电平信号可以诊断车轮收放装置是否发生故障。

（2）考虑到车轮下降动作执行是两栖车出水的必要条件，且滑动花键套内花键和扭杆弹簧端部的矩形外花键有以一定角度间隔布置的两处缺齿，能够防止无啮合，因此报故障码时，默认滑动花键套未与扭杆弹簧连接，不再进行指令确认，直接执行下降指令，进行高速大角度下降；考虑到传感器或车轮收放装置可能存在故障，因此下降动作完成后直接默认进行反向小角度啮合调整。若正常工作则完成高速大角度下降后可以进行啮合控制，通过主动调整固定内花键套相位实现快速啮合，恢复悬架基本功能。

（3）控制器直接驱动控制过程分为低速小角度啮合调整控制和高速大角度下降控制。啮合调整转速约为三分之一抬升转速，下降控制流程图中反转角度γ大于单个滑动花键套外（内）花键齿相位角与传动机构传动比之积，且nθ≤γ≤（n+1）θ，θ为满足电动机控制精度的最小角度，n为正整数。β为抬升或下降行程电动机所需转角，同样nθ≤β≤（n+1）θ，θ为满足电动机控制精度的最小角度，n为正整数。

（4）系统无故障时，抬升动作完成会再次通过检测接近开关传感器信号，判断传感器或者车轮收放装置是否存在故障。

啮合控制流程如图10所示：

（1）基于第二接近开关SQ3反馈的电平信号进行啮合状态判断：抬升行程开始时，第二接近开关SQ3电平V_SQ3由1变成0，说明滑动花键套23外花键与内矩形花键套完成啮合；下降行程结束时，第二接近开关SQ3电平V_SQ3由0变成1，说明滑动花键套23的内花键与扭杆弹簧6一端外花键完成啮合。

（2）抬升行程开始时，扭杆弹簧6承受车辆载荷，发生一定的扭转，而下降行程结束时，扭杆弹簧6不受负载，几乎没有发生扭转，因此，根据两个行程的不同啮合相位，设置了不同的啮合控制。抬升行程开始时，车轮收放作动器2不承受负载且与悬架机构没有结构上的干涉，可以在小角度啮合调整不能完成啮合的情况下转动较大角度进行调整，允许进行最大180度的相角调整，由于缺齿为对称设计，内矩形花键套24转动180度与360度效果相同。下降行程结束时，由于车轮收放作动器2与悬架机构联动，不能实现超过下降行程的角度调整，只能进行小角度调整，所以采用往复调整的控制方法，在行程结束相位角附近进行多次小角度调整。

（3）啮合调整控制流程只有持续未完成啮合才会按流程持续进行设置的调整动作，啮合完成会触发接近开关或行程开关而结束啮合调整控制。

本实施例的工作过程如下：

（1）水陆两栖车从陆地进入水域后，需要收起车轮，进行车轮抬升控制。

a、初始时刻，第一继电器29-1、第二继电器29-2断开，行程开关30-1断开，第一接近开关30-2闭合，吸引电路和功率电路均断开。悬架处于低位，动铁芯13受复位弹簧17作用与线圈组16错开一定位置，传动拨叉19受力使滑动花键套23处于图2位置，后端内花键与扭杆弹簧6啮合，前端内花键与传动短轴3的外花键配合，悬架几何和弹性元件、阻尼元件连接，悬架正常工作。

b、人为将车轮收放装置开关切换至抬升状态或无人车辆上层控制单元发出车轮抬升指令，系统接收开关信号或指令，闭合第一继电器29-1，保持线圈16-1和接近线圈16-2通电产生同向磁场，吸引动铁芯13轴向移动，压缩复位弹簧17，并通过传动拨叉19给滑动花键套23施加轴向力，啮合控制辅助内外花键达到啮合相位附近，滑动花键套23外矩形花键的花键齿端倒角斜面与内矩形花键套24的齿端倒角斜面接触，在轴向力作用下斜面相对滑动并引起滑动花键套23切向转动，内外花键达到配合角度，进而在轴向力作用下滑动花键套23与内矩形花键套24啮合，与扭杆弹簧6脱开，此时行程开关30-1被触发闭合，保持线圈16-1短路，接近线圈16-2保持传动拨叉19及滑动花键套23的位置不变，电动机32启动输出功率，动力经减速齿轮组、蜗轮蜗杆机构、内矩形花键套24、滑动花键套23、传动短轴3至悬架，使悬架抬升。

c、悬架抬升至悬架限位处，触发第一接近开关30-2，第一接近开关30-2断开，抬升功率电路断开，电动机32停止工作，控制器7断开第一继电器29-1，断开吸引电路，电磁吸引力消失，复位弹簧17通过传动拨叉19给滑动花键套23施加反向轴向力，但由于滑动花键套内花键和扭杆弹簧6矩形外花键缺齿相位不同，滑动花键套23不能轴向移动，改变啮合状态，悬架因蜗轮蜗杆自锁作用保持在限位处，悬架抬升完成。

（2）水陆两栖车从水域登上陆地前，需要放下车轮，进行车轮下降控制。

初始时刻，第一继电器29-1、第二继电器29-2断开，行程开关30-1断开，第一接近开关30-2断开，吸引电路和抬升功率电路均断开。悬架处于高位，复位弹簧17通过传动拨叉19给滑动花键套23施加反向轴向力，但由于滑动花键套23的内花键和扭杆弹簧6一端矩形外花键缺齿相位不同，滑动花键套不能轴向移动，保持滑动花键套外花键与固定内花键套啮合。

人为将车轮收放装置开关切换至下降状态或无人车辆上层控制单元发出车轮抬升指令，系统接收开关信号或指令，闭合第二继电器29-2，下降功率电路闭合，控制器7输出反向电流控制电机反向转动，电动机32驱动减速齿轮组、蜗轮蜗杆机构、内矩形花键套、滑动花键套23、传动短轴3至悬架，使悬架下降，第一接近开关30-2闭合。悬架下降到下降行程标定位置，即扭杆弹簧6不受扭转负载时的悬架位置，滑动花键套23随之转动，啮合控制辅助其内矩形花键与扭杆弹簧6一端外矩形花键达到啮合相位，滑动花键套23受复位弹簧17通过传动拨叉19施加的复位轴向力而轴向运动，传动拨叉19、传动杆12及动铁芯13开始复位，行程开关30-1断开，同时传动杆12前端触发第二接近开关30-2，第二接近开关30-2断开下降功率电路，电动机32停止工作，啮合完成。

滑动花键套23受轴向力作用继续轴向运动，直至其内矩形花键与扭杆弹簧6一端外矩形花键完成啮合，此时，下横臂1通过传动短轴3、滑动花键套23、扭杆弹簧6一端矩形花键与扭杆弹簧6和同轴式摩擦减震器5连接，悬架基本功能恢复，悬架下降完成。

本发明在结构上采用双横臂悬架，纵置扭杆弹簧作为弹性元件，摩擦减震器作为阻尼元件，可靠性高、成本较低；扭杆弹簧和摩擦减震器同轴布置于车身下部两侧，相较于现有车轮收放装置体积小，扭转运动占用空间小，便于布置；采用电磁式卸载机构，且布置于悬架横臂与弹性元件、阻尼元件之间，响应快，且能够实现完全卸载，使车轮收放过程中作动器负载最小，可减下作动器功率达到减小空间占用和节能的效果；采用电动机作为作动器，比液压系统响应快且效率高；蜗轮蜗杆机构作为传动机构，能够实现机械自锁，完成收放动作后，作动器可卸载，不需要设置锁止机构，降低了装置复杂程度。控制上，采用电子控制系统，可接收多种指令信号，通过控制单元控制电机正反转，通过接近开关提高悬架抬升和下降行程末端的响应速度和控制准确性，保证悬架能准确在设定位置停止抬升或下降，进而保证悬架的抬升高度不变、车轮定位参数在合理范围内，也减小了车轮收放装置的磨损。

以上实施例仅用于说明本发明的设计思想和特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，本发明的保护范围不限于上述实施例。所以，凡依据本发明所揭示的原理、设计思路所作的等同变化或修饰，均在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电控可卸载式车轮收放装置，其特征在于：它包括下横臂、传动短轴、扭杆弹簧、车轮收放作动器、电磁式卸载机构和滑动花键套；其中，

下横臂与传动短轴固连；

传动短轴与扭杆弹簧同轴设置，并且二者之间能够通过滑动花键套连接；

电磁式卸载机构与所述的滑动花键套连接，用于完成滑动花键套的轴向滑动；

车轮收放作动器设置在传动短轴上，用于当滑动花键套轴向滑动而与扭杆弹簧脱离连接，而与车轮收放作动器连接时，驱动传动短轴及悬架、车轮抬升。

2.根据权利要求 1所述的电控可卸载式车轮收放装置，其特征在于：所述的车轮收放作动器包括蜗轮、蜗杆和电动机；其中，电动机给蜗杆提供动力，蜗杆与所述的蜗轮啮合，蜗轮与所述的传动短轴通过轴承连接。

3.根据权利要求 1所述的电控可卸载式车轮收放装置，其特征在于：所述的电磁式卸载机构包括传动拨叉、电磁开关和控制电路；其中，

电磁开关包括外部的线圈组，线圈组内设有接触盘和动铁芯，接触盘为轴向移动件，接线柱即触点固定，动铁芯为活动件，动铁芯通过传动杆与所述的传动拨叉的一端连接，传动拨叉的另一端与所述的滑动花键套通过拨叉导环连接；

动铁芯在线圈组导电时形成的磁场下轴向运动，同时使得传动拨叉产生向传动短轴的摆动，带动滑动花键套向传动短轴一侧轴向运动；动铁芯轴向运动达到一定行程后推动接触盘运动，使接触盘与接线柱接触，此时电磁开关闭合；

动铁芯外设有第一复位弹簧，用于在线圈组不导电时带动动铁芯、传动拨叉、滑动花键套复位，同时接触盘受第二复位弹簧的复位轴向力与接线柱脱离，电磁开关断开；

所述的控制电路分别与电磁开关的线圈组、接触盘、接线柱连接，用于给线圈组通电，当电磁开关闭合时，判断滑动花键套与扭杆弹簧脱离连接，控制车轮收放作动器抬起传动短轴、悬架、车轮。

4.根据权利要求3所述的电控可卸载式车轮收放装置，其特征在于：定义所述的滑动花键套靠近传动短轴一端为前端，靠近扭杆弹簧一端为后端；滑动花键套前端的外部设有外矩形花键，用于与车轮收放作动器的内矩形花键套配合；滑动花键套后端的外部设有所述的拨叉导环，用于放置所述的传动拨叉，并辅助传动拨叉拨动滑动花键套从而实现轴向滑动；滑动花键套前端和后端的内部均设有内矩形花键，分别与传动短轴和扭杆弹簧的外花键配合。

5.根据权利要求4所述的电控可卸载式车轮收放装置，其特征在于：所述的滑动花键套的内矩形花键和外矩形花键的花键齿端均具有倒角；滑动花键套的内矩形花键、以及传动短轴和扭杆弹簧的外花键，均分别设有以一定角度间隔布置的两处缺齿。

6.根据权利要求3所述的电控可卸载式车轮收放装置，其特征在于：所述的传动杆的端部设有孔，所述的传动拨叉的上端穿过所述的孔并能够在孔中滑动，所述的传动拨叉的中部通过铰接固定在壳体上，传动拨叉的下端通过铰接的矩形滑块装配在所述的拨叉导环的环槽内；所述的壳体固定在车架上。

7.根据权利要求3所述的电控可卸载式车轮收放装置，其特征在于：所述的控制电路还包括在悬架抬升行程限位块处设置的第一接近开关、传动杆的前端设置的第二接近开关；其中第一接近开关与所述的线圈组串联，第二接近开关与电动机串联，第一接近开关和第二接近开关用于控制电动机回路的通断，从而控制所述的车轮收放作动器完成收放动作；

控制电路中第一接近开关、第二接近开关和电磁开关之间的连接和布置位置用于完成以下逻辑：当收到车轮抬升指令时，给线圈组通电，滑动花键套与扭杆弹簧脱离啮合而与车轮收放作动器建立啮合，电磁开关闭合，控制器控制车轮收放作动器进行抬升动作；当悬架抬升至预设位置时，第一接近开关断开，线圈组断电，电动机断电停止输出；当收到车轮下降指令时，控制器控制车轮收放作动器进行下降动作；当悬架下降到预设位置时，滑动花键套受复位弹簧轴向作用力自动与扭杆弹簧啮合，使得传动杆随之动作而触动第二接近开关断开，电动机停止输出。

8.根据权利要求 1所述的电控可卸载式车轮收放装置，其特征在于：所述的扭杆弹簧上还设有同轴式摩擦减震器；同轴式摩擦减震器的部分摩擦片通过花键座与扭杆弹簧中部花键配合，随扭杆弹簧发生扭转；同轴式摩擦减震器的其余摩擦片固定于同轴式摩擦减震器的的外壳上，不能够转动；所述的部分摩擦片和其余摩擦片交替布置并在一定的轴向压力下相互接触。

9.利用权利要求1所述的电控可卸载式车轮收放装置实现的收放控制方法，其特征在于：本方法包括：

抬升控制：

1.1）控制电磁式卸载机构，使得滑动花键套轴向滑动而与扭杆弹簧脱离连接；判断车轮收放装置是否存在故障；若存在故障则进行直接驱动控制调整啮合，然后进入1.3），若无故障则进行1.2）；

1.2）低速小角度啮合控制，调整后直接进入1.3）：控制电动机以转角为α低速反转，然后以转角为β低速正转，直至滑动花键套与车轮收放作动器啮合连接，α大于单个滑动花键套用于与车轮收放作动器连接的外花键齿相位角与传动机构传动比之积，且nθ≤α≤（n+1）θ，nθ≤β≤（n+1）θ，θ为满足电动机控制精度的最小角度，n为正整数；所述的传动机构由电动机的输出端、车轮收放作动器和滑动花键套前端外花键构成；

1.3）高速大角度抬升：控制电动机正常转动，驱动传动短轴及悬架、车轮抬升；所述的低速是相对电动机正常转动的转速而言更低的速度；

下降控制：

2.1）高速大角度下降：控制电动机正常转动，驱动传动短轴及悬架、车轮下降；

2.2）判断车轮收放装置是否存在故障；若存在故障则进行直接驱动电机进行啮合调整，若否，则进行低速小角度啮合控制，低速小角度啮合控制如抬升控制1.2）。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于：所述的电磁式卸载机构包括传动拨叉、电磁开关和控制电路；其中，电磁开关包括外部的线圈组，线圈组内设有动铁芯，后端设有接触盘和接线柱，接线柱为固定件，动铁芯、接触盘为活动件，动铁芯通过传动杆与所述的传动拨叉的一端连接，传动拨叉的另一端与所述的滑动花键套通过拨叉导环连接；动铁芯在线圈组导电时形成的磁场下轴向运动，同时使得传动拨叉产生向传动短轴的摆动，带动滑动花键套向传动短轴一侧轴向运动；动铁芯轴向运动达到一定行程后推动接触盘运动，使接触盘与接线柱接触，此时电磁开关闭合；动铁芯外设有第一复位弹簧，用于在线圈组不导电时带动动铁芯、传动拨叉、滑动花键套复位，同时接触盘受第二复位弹簧的复位轴向力与接线柱脱离，电磁开关断开；

设电磁开关为SQ1；

在悬架抬升行程限位块处设置第一接近开关SQ2，传动杆的前端设有第二接近开关SQ3，第一接近开关与所述的线圈串联，第二接近开关与电动机串联，第一接近开关和第二接近开关用于控制电动机回路的通断，从而控制所述的车轮收放作动器完成收放动作；

所述的控制电路包括所述的第一接近开关SQ2、第二接近开关SQ3、控制器、第一继电器和第二继电器，其中，蓄电池给控制器供电，控制器的第一输出端通过第一继电器、SQ2后，一路连接线圈组后接地，另一路连接电动机后接地，线圈组分为相互串联的保持线圈和接近线圈，且保持线圈靠近SQ2，SQ1与保持线圈相互并联；控制器的第二输出端通过第二继电器、SQ3、电动机后接地；

所述的1.1）通过检测第一接近开关和第二接近开关的信号，判断车轮收放装置是否存在故障，即当SQ3被触发断开，V_SQ3=1，SQ2未被触发，V_SQ2=0，从而确定滑动花键套与车轮收放作动器啮合，无故障，否则为发生故障；故障时直接进行调整且默认调整结束后滑动花键套与车轮收放作动器连接或进入啮合调整控制；

当抬升到位后，进一步判断车轮收放装置是否存在故障，SQ2被触发，SQ3未被触发，即V_SQ2=1且V_SQ3=0时，无故障；

所述的下降控制2.1）之前，先判断车轮收放装置是否存在故障，即当第一接近开关SQ2被触发而断开，V_SQ2=1，第二接近开关SQ3未触发，V_SQ3=0，说明无故障；当有故障时，依然进行2.1），下降动作完成后直接进行低速小角度啮合调整；当无故障时，进行2.1）之后通过主动调整固定内花键套相位实现快速啮合，并再次通过检测第一接近开关和第二接近开关的信号，判断车轮收放装置是否存在故障。