CN110329026B - 一种主动馈能式双臂姿态独立调节悬架 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种主动馈能式双臂姿态独立调节悬架，包括减速电机、两个扭杆弹簧、两个叶片减振器、两个摇臂和两个机械式整流装置，两个扭杆弹簧分布于减速电机的两侧，减速电机的输出端分别与两个扭杆弹簧的一端连接，两个扭杆弹簧的另一端分别与两个摇臂连接固定，两个叶片减振器分别套设于两个扭杆弹簧上，两个叶片减振器分别与减速电机的壳体两端连接固定，两个机械式整流装置分别与两个叶片减振器连接，机械式整流装置用于与发电机连接。实现车身高度主动调节同时具有基本减振功能，提升车辆崎岖路面的通过性，山地路面的越障性，平缓路面的稳定性，能回收车辆的振动能，并将其转化为电能。

Description

一种主动馈能式双臂姿态独立调节悬架

技术领域

本发明涉及车辆悬架技术领域，具体涉及一种主动馈能式双臂姿态独立调节悬架。

背景技术

随着时代进步，无人化、智能化是未来战争的必然趋势，是人类战争形态发展不可逆的潮流，于是无人作战平台应运而生。早有专家断言，“20世纪地面作战的核心武器是坦克，21世纪则将是无人作战平台，而无人地面车辆更是无人作战平台的最重要的载体”。无人地面车辆，是一种能够自主或遥控行驶、利用特定装备执行特殊任务的系统，具有体积小、成本低、安全性高、任务范围广等特点，在侦察监视、扫雷清障、安全巡逻、城市作战等方面有着巨大的发展潜力，已成为世界各国争相研制的“热点”兵器。但是，现有的无人地面车辆结构上基本是常见的轮式或履带式车辆的缩小版，车轮尺寸及悬架运动空间的限制使得小型车辆的越野能力和抗冲击能力极为有限，究其原因是没有一套性能强大，结构紧凑，功能多样的悬架系统。与此同时，无人地面车辆往往装载大量复杂的电控系统，其功耗对无人地面车辆的续驶能力造成极为不利的影响。

针对目前小型地面无人车辆越野能力较差的关键问题，需要开发一款高度集成的臂式主动悬架系统，配合轮毂电机驱动的独立转向、驱动系统，使得无人地面车辆具备体积小、高越野能力、高机动性、可快速重构等特点，双臂独立调节更要能够根据实际需要调节车身姿态，使之能够应对各种路况下的工作。在悬架系统的基础功能上，配合馈能系统回收车辆行驶时受到的振动能，并将其转化为电能应用到车辆的电控系统，减少车载电源在控制系统上的损耗，延长车辆续驶里程，对于提升无人地面车辆的战斗力具有重要的现实意义。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，针对现有技术存在的上述缺陷，提供了一种主动馈能式双臂姿态独立调节悬架，实现车身高度主动调节同时具有基本减振功能，提升车辆崎岖路面的通过性，山地路面的越障性，平缓路面的稳定性，能回收车辆的振动能，并将其转化为电能。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：

一种主动馈能式双臂姿态独立调节悬架，包括减速电机、两个扭杆弹簧、两个叶片减振器、两个摇臂和两个机械式整流装置，两个扭杆弹簧分布于减速电机的两侧，减速电机的输出端分别与两个扭杆弹簧的一端连接，两个扭杆弹簧的另一端分别与两个摇臂连接固定，两个叶片减振器分别套设于两个扭杆弹簧上，两个叶片减振器分别与减速电机的壳体两端连接固定，两个机械式整流装置分别与两个叶片减振器连接，机械式整流装置用于与发电机连接。

按照上述技术方案，减速电机的个数为2个，两个减速电机并排布置，两个减速电机的输出端分别与两个扭杆弹簧连接。

按照上述技术方案，扭杆弹簧的外端依次套设有吊耳和空心螺母，吊耳通过轴承与扭杆弹簧套接，空心螺母通过螺纹套设于吊耳外端。

按照上述技术方案，吊耳与摇臂的外端面之间套设有止推轴承，摇臂通过轴承与叶片减振器连接，吊耳用于与车架连接。

按照上述技术方案，吊耳上设有摇臂限位块。

按照上述技术方案，叶片减振器包括减振器壳体和减振器套筒，减振器套筒套设于减振器壳体内，减振器套筒套设于扭杆弹簧上，减振器套筒的外端与同侧的摇臂连接，减振器壳体与减振器套筒之间的腔体为密封腔，腔体内充满阻尼油液。

按照上述技术方案，机械式整流装置与叶片减振器之间连接有主齿轮，主齿轮套设于减振器套筒上；

机械式整流装置包括传递轴第一齿轮、传递轴单向齿轮、惰轮、输出轴单向齿轮、输出轴第一齿轮、传递轴和输出轴，传递轴第一齿轮和传递轴单向齿轮分别套设于传递轴上，输出轴单向齿轮和输出轴第一齿轮分别套设于输出轴上，传递轴单向齿轮通过单向轴承与传递轴套接，输出轴单向齿轮通过单向轴承与输出轴套接，主齿轮与传递轴第一齿轮啮合，输出轴第一齿轮通过惰轮与传递轴单向齿轮啮合，输出轴用于与发电机连接。

按照上述技术方案，减振器套筒的外圈设有减振叶片，减振器壳体与减振器套筒之间设有减振隔板，减振隔板与减振器壳体连接固定，减振叶片和减振隔板将减振器壳体与减振器套筒之间的空间分隔成两个腔体，两个腔体之间连接有液压管，液压管实现两个腔体之间阻尼油液的流通。

按照上述技术方案，液压管上连接有电磁阀。

按照上述技术方案，所述的主动馈能式双臂姿态独立调节悬架还包括控制器，控制器分别与减速电机连接。

本发明具有以下有益效果：

1、由摇臂、扭杆弹簧和叶片减振器构成基本减振功能，减速电机通过扭杆弹簧独立调节两侧摇臂转动，主动扭转调节构成车身高度，实现车身高度主动调节同时具有基本减振功能，使得车辆能够模拟出步行、爬行，高速行驶三种姿态，提升车辆崎岖路面的通过性，山地路面的越障性，平缓路面的稳定性，机械整流装置能回收车辆的振动能，并将其转化为电能。

2、机械整流装置既是整流模块也是加速模块，在完成机械整流的同时实现了齿轮的二级加速，为控制系统提供能源。

附图说明

图1是本发明实施例中主动馈能式双臂姿态独立调节悬架的结构示意图；

图2是图1的A-A剖视图；

图3是本发明实施例中吊耳的结构示意图；

图4是本发明实施例中机械整流桥的结构示意图；

图中，1-空心螺母，2-吊耳，3-摇臂，4-圆柱轴承，5-机械式整流装置，6-减振器壳体，7-电机轴套，8-步进电机，9-止推轴承，10-主齿轮，11-减振器叶片，12-扭杆弹簧，13-蜗轮蜗杆减速机，14-电机轴，15-联轴器，16-减振器套筒，17-隔板，18-减振器隔板，19-传递轴第一齿轮，20-输出轴单向齿轮，21-输出轴第一齿轮，22-传递轴单向齿轮，23-传递轴，24-输出轴，25-惰轮，26-限位块，27-车架。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。

参照图1～图4所示，本发明提供的一个实施例中的主动馈能式双臂姿态独立调节悬架，包括减速电机、两个扭杆弹簧12、两个叶片减振器、两个摇臂3和两个机械式整流装置5，两个扭杆弹簧12分布于减速电机的两侧，减速电机的输出端分别与两个扭杆弹簧12的一端连接，两个扭杆弹簧12的另一端分别与两个摇臂3连接固定，两个叶片减振器分别套设于两个扭杆弹簧12上，两个叶片减振器分别与减速电机的壳体两端连接固定，两个机械式整流装置5分别与两个叶片减振器连接，机械式整流装置5用于与发电机连接。

所述的主动馈能式双臂姿态独立调节悬架还包括车架27，减速电机和机械式整流装置5固设于车架27上，两个扭杆弹簧12的外端通过轴承分别与车架27连接，车架27用于与车身连接。

进一步地，减速电机的个数为2个，两个减速电机并排对称布置于车架27上，两个减速电机的输出端分别与两个扭杆弹簧12连接。

进一步地，两个扭杆弹簧12、两个摇臂3、两个叶片减振器和两个机械式整流装置5组成两组对称分布于减速电机的两侧。

进一步地，减速电机通过联轴器15与扭杆弹簧12连接。

进一步地，减速电机包括步进电机8和蜗轮蜗杆减速机13，步进电机8的输出端与蜗轮蜗杆减速机13的输入端连接，蜗轮蜗杆减速机13的输出端与电机轴14的一端连接，电机轴14的另一端通过联轴器15与扭杆弹簧12的一端连接；蜗轮蜗杆减速机13通过电机轴套7与减振器的一端连接。

进一步地，扭杆弹簧12的外端依次套设有吊耳2和空心螺母1，吊耳2通过轴承与扭杆弹簧12套接，空心螺母1通过螺纹套设于吊耳2外端。

进一步地，吊耳2与摇臂3的外端面之间套设有止推轴承9，摇臂3通过圆柱轴承4与减振器套筒16连接，吊耳2用于与车架27连接；吊耳2的上端通过榫卯结构与车架27固定连接。

进一步地，吊耳2上设有摇臂3限位块26；用于对摇臂3进行限位，防止摇臂3转角过大对减振器产生破坏。

进一步地，叶片减振器包括减振器壳体6和减振器套筒16，减振器套筒16套设于减振器壳体6内，减振器套筒16套设于扭杆弹簧12上，减振器套筒16的外端与同侧的摇臂3连接，减振器壳体6与减振器套筒16之间的腔体为密封腔，腔体内充满阻尼油液。

进一步地，机械式整流装置5与叶片减振器之间连接有主齿轮10，主齿轮10套设于减振器套筒16上；悬架具备馈能作用，能够回收车辆的振动能，并将其转化为电能，为控制系统提供能源；

机械式整流装置5包括传递轴第一齿轮19、传递轴单向齿轮22、惰轮25、输出轴单向齿轮20、输出轴第一齿轮21、传递轴23和输出轴24，输出轴24的一侧设有传递轴23，传递轴第一齿轮19和传递轴单向齿轮22分别套设于传递轴23上，输出轴单向齿轮20和输出轴第一齿轮21分别套设于输出轴24上，传递轴单向齿轮22通过单向轴承与传递轴23套接，输出轴单向齿轮20通过单向轴承与输出轴24套接，主齿轮10与传递轴第一齿轮19啮合，输出轴第一齿轮21通过惰轮25与传递轴单向齿轮22啮合，输出轴24用于与发电机连接。

进一步地，当减振器套筒16带动主齿轮10顺时针转动时，传递轴第一齿轮19逆时针转动而传递轴单向齿轮22空转不受力，输出轴单向齿轮20顺时针转动，此时输出轴单向齿轮20带动发电机发电；当减振器套筒16带动主齿轮10逆时针转动时，传递轴单向齿轮22与传递轴第一齿轮19顺时针转动，惰轮25逆时针转动，输出轴第一齿轮21带动输出轴24顺时针转动实现能量回收，输出轴单向齿轮20不受力空转。

进一步地，振器套筒的外圈设有减振叶片，减振器壳体6与减振器套筒16之间设有减振隔板，减振隔板与减振器壳体6连接固定，减振叶片和减振隔板将减振器壳体6与减振器套筒16之间的空间分隔成两个腔体，两个腔体之间连接有液压管，液压管实现两个腔体之间阻尼油液的流通。

进一步的，减振器套筒16的外端通过花键与摇臂3连接固定，减振器套筒16的内端通过轴承与扭杆弹簧12连接，减振器套筒16的内端设有端板，减振器套筒16的内端端板与减振器壳体6之间设有密封圈。

进一步地，液压管上连接有电磁阀；车身受到振动时，摇臂3转动，液压油反复流经液压管，通过对电磁阀开关频率的控制实现减振器阻尼调节，频率高阻尼小，频率低阻尼大；电磁阀与控制器连接。

进一步地，所述的主动馈能式双臂姿态独立调节悬架还包括控制器，控制器分别与减速电机连接；控制器包括单片机。

本发明的一个实施例中，参照图1所示，本发明提供的一个实施例中的一种主动馈能式双臂姿态独立调节悬架，包括控制模组、减振模组和馈能模组。控制模组包括集成于悬架内部的电机调节装置和装置在车身上的控制装置。机械调节装置包括步进电机8、蜗轮蜗杆减速机13、电机轴套7、联轴器15、扭杆弹簧12、电机轴14。通过对步进电机8的正反转控制实现调节电机轴14的正反转动，带动扭杆弹簧12和摇臂3的旋转实现车身的高度调节。减振模组包括扭杆弹簧12、减振器壳体6、减振器套筒16、减振器叶片11、减振器隔板18、电磁阀、液压管。通过对调节电磁阀占空比实现减振器的阻尼调节。

进一步地，所述控制模组两个步进电机8相互固定套在电机套中，电机套与车身固定连接，步进电机8与蜗轮蜗杆减速机13通过平键连接。蜗轮蜗杆减速机13输出的电机轴14通过联轴器15与扭杆弹簧12配合连接。调节悬架时步进电机8旋转，旋转的转速由蜗轮蜗杆减速机13减速到合适范围后输出到电机轴14，电机轴14通过联轴器15带动扭杆弹簧12旋转，扭杆弹簧12通过矩形花键带动摇臂3的旋转，实现车辆的姿态控制。

进一步地，所述电机轴套7内部设有联轴器15，联轴器15与电机轴14和扭杆弹簧12刚性连接，电机轴套7与叶片减振器之间设有隔板17。

进一步地，所述步进电机8旋转后，当车身姿态达到预定目标，步进电机8停止工作，蜗轮蜗杆减速机13的自锁性能能保持姿态的稳定。此外吊耳2上设有摇臂3限位块26，用于对摇臂3进行限位，防止摇臂3转角过大对减振器产生破坏。

进一步地，所述扭杆弹簧12两端分别与联轴器15和摇臂3连接，车身姿态调节时，扭杆弹簧12作为传动装置，将电机轴14的扭矩传递到摇臂3上，实现车身姿态调节；车身姿态稳定时，扭杆弹簧12作为弹性元件，缓和车辆行驶时受到路面的冲击。

进一步地，所述减振模组中的减振器壳体6与减振器套筒16通过法兰盘和骨架油封连为一体，使得整个外壳集成为一个整体。减振器内部的减振器隔板18与减振器叶片11将减振器分为两个腔体。同时减振器壳体6上开有两个出油口孔，两孔之间通过液压管连接。

进一步地，所述减振器套筒16上固连有减振器叶片11，减振器套筒16与减振器隔板18间密封良好。减振器套筒16套于扭杆弹簧12之上12，减振器套筒16一端与减振器壳体6固定，另一端通过矩形花键连接摇臂3，将摇臂3的转动传递至叶片减振器套筒16，产生阻尼力。

进一步地，所述液压管两端分别与减振器两个腔体连接，实现两腔之间阻尼液的流通。液压管上连接电磁阀，车身受到振动时，摇臂3转动，液压油反复流经液压管，通过对电磁阀开关频率的控制实现减振器阻尼调节，频率高阻尼小，频率低阻尼大。

进一步地，所述馈能模块中，主齿轮10套于减振器套筒16之上，受到路面冲击时，摇臂3带动减振器套筒16转动，进而带动悬架馈能模组工作，实现能量回收。

进一步地，所述的机械式整流装置5主要由传递轴第一齿轮19、传递轴单向齿轮22、惰轮25、输出轴单向齿轮20、输出轴第一齿轮21组成。当减振器套筒16带动主齿轮10顺时针转动时，传递轴第一齿轮19逆时针转动而传递轴单向齿轮22空转不受力，输出轴单向齿轮20顺时针转动，此时输出轴单向齿轮20带动发电机发电；当减振器套筒16带动主齿轮10逆时针转动时，传递轴单向齿轮22与传递轴第一齿轮19顺时针转动，惰轮25逆时针转动，输出轴第一齿轮21带动输出轴24顺时针转动实现能量回收，输出轴单向齿轮20不受力空转。

进一步的，所述悬架最侧端装有止推轴承9、吊耳2和空心螺母1，吊耳2与空心螺母1通过螺纹连接，三者配合起到维持悬架的轴向稳定性。

本发明的工作原理：控制单元通过步进电机8带动蜗轮蜗杆减速机13转动，经过联轴器15带动扭杆弹簧12转动，最终带动摇臂3转动，实现车身姿态调节功能。减振模组采用叶片减振器与扭杆弹簧12进行减振。馈能模组通过主齿轮10与机械式整流装置5的传动实现悬架的能量回收。

本发明的提供的实施例一中的实现主动位移控制功能的悬架系统包括控制模组、减振模组和馈能模组。控制模组主要包括单片机，步进电机8、蜗轮蜗杆减速机13、联轴器15。减振模块主要包括叶片减振器、扭杆弹簧12、摇臂3、吊耳2。馈能模组主要包括齿轮组、机械式整流装置5。

在车辆行驶中，随着载荷、车速、路况等参数的改变，悬架系统会根据实际情况对车身高度、车身姿态与减振器阻尼进行调节，提高车辆的稳定性、通过性与越障能力。如图2所示，在需要改变车身姿态时，单片机控制步进电机8工作，经蜗轮蜗杆减速机13降速增扭，连接在蜗轮蜗杆减速机13输出轴上的电机轴14转动，通过联轴器15带动扭杆弹簧12转动，再通过扭杆弹簧12传送至摇臂3，最终实现车身姿态调节的功能。需要反向调节时，只需控制步进电机8反转即可。车身姿态保持稳定时，蜗轮蜗杆减速机13会将扭杆弹簧12一端锁死，防止车身姿态在重力等作用下发生改变。吊耳2上设有限位块26，可将摇臂3转动角度限制在安全范围内，防止对扭杆弹簧12和叶片减振器产生破坏。

当车辆以某一姿态受到路面冲击时，摇臂3在路面冲击下转动，带动与之固定连接的减振器套筒16转动。由于减振器叶片11与减振器隔板18将减振器内部分为两个腔，且减振器壳体6固定，在减振器套筒16转动时，两腔之间产生高低压差，从而使液压油通过液压管在两腔之间反复流动，产生阻尼力，实现减振的效果。通过控制电磁阀的开关频率改变液压管的阻尼力，实现减振器阻尼可调。同时扭杆弹簧12也会跟随摇臂3转动起到弹性元件的作用。

当车辆以某一姿态行驶时，摇臂3在路面冲击下转动，带动与之固定连接的减振器套筒16转动。由于套筒与齿轮组固连，齿轮组随着摇臂3转动，经过机械式整流装置5将主齿轮10的双向转动转化为发电机轴的单向旋转，实现能量的持续回收。

以上的仅为本发明的较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明申请专利范围所作的等效变化，仍属本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种主动馈能式双臂姿态独立调节悬架，其特征在于，包括减速电机、两个扭杆弹簧、两个叶片减振器、两个摇臂和两个机械式整流装置，两个扭杆弹簧分布于减速电机的两侧，减速电机的输出端分别与两个扭杆弹簧的一端连接，两个扭杆弹簧的另一端分别与两个摇臂连接固定，两个叶片减振器分别套设于两个扭杆弹簧上，两个叶片减振器分别与减速电机的壳体两端连接固定，两个机械式整流装置分别与两个叶片减振器连接，机械式整流装置用于与发电机连接；

减速电机的个数为2个，两个减速电机并排布置，两个减速电机的输出端分别与两个扭杆弹簧连接；

机械式整流装置与叶片减振器之间连接有主齿轮，主齿轮套设于减振器套筒上；

机械式整流装置包括传递轴第一齿轮、传递轴单向齿轮、惰轮、输出轴单向齿轮、输出轴第一齿轮、传递轴和输出轴，传递轴第一齿轮和传递轴单向齿轮分别套设于传递轴上，输出轴单向齿轮和输出轴第一齿轮分别套设于输出轴上，传递轴单向齿轮通过单向轴承与传递轴套接，输出轴单向齿轮通过单向轴承与输出轴套接，主齿轮与传递轴第一齿轮啮合，输出轴第一齿轮通过惰轮与传递轴单向齿轮啮合，输出轴用于与发电机连接；

当减振器套筒带动主齿轮顺时针转动时，传递轴第一齿轮逆时针转动而传递轴单向齿轮空转不受力，输出轴单向齿轮顺时针转动，此时输出轴单向齿轮带动发电机发电；当减振器套筒带动主齿轮逆时针转动时，传递轴单向齿轮与传递轴第一齿轮顺时针转动，惰轮逆时针转动，输出轴第一齿轮带动输出轴顺时针转动实现能量回收，输出轴单向齿轮不受力空转。

2.根据权利要求1所述的主动馈能式双臂姿态独立调节悬架，其特征在于，扭杆弹簧的外端依次套设有吊耳和空心螺母，吊耳通过轴承与扭杆弹簧套接，空心螺母通过螺纹套设于吊耳外端。

3.根据权利要求2所述的主动馈能式双臂姿态独立调节悬架，其特征在于，吊耳与摇臂的外端面之间套设有止推轴承，摇臂通过轴承与叶片减振器连接，吊耳用于与车架连接。

4.根据权利要求2所述的主动馈能式双臂姿态独立调节悬架，其特征在于，吊耳上设有摇臂限位块。

5.根据权利要求1所述的主动馈能式双臂姿态独立调节悬架，其特征在于，叶片减振器包括减振器壳体和减振器套筒，减振器套筒套设于减振器壳体内，减振器套筒套设于扭杆弹簧上，减振器套筒的外端与同侧的摇臂连接，减振器壳体与减振器套筒之间的腔体为密封腔，腔体内充满阻尼油液。

6.根据权利要求5所述的主动馈能式双臂姿态独立调节悬架，其特征在于，减振器套筒的外圈设有减振叶片，减振器壳体与减振器套筒之间设有减振隔板，减振隔板与减振器壳体连接固定，减振叶片和减振隔板将减振器壳体与减振器套筒之间的空间分隔成两个腔体，两个腔体之间连接有液压管，液压管实现两个腔体之间阻尼油液的流通。

7.根据权利要求6所述的主动馈能式双臂姿态独立调节悬架，其特征在于，液压管上连接有电磁阀。

8.根据权利要求1所述的主动馈能式双臂姿态独立调节悬架，其特征在于，所述的主动馈能式双臂姿态独立调节悬架还包括控制器，控制器分别与减速电机连接。

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