CN111452580A - 一种双纵臂式电控悬架底盘及其控制方法 - Google Patents

一种双纵臂式电控悬架底盘及其控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种双纵臂式电控悬架底盘及其控制方法，属于电控悬架领域，包括：车架、电动行驶轮和双纵臂总成，所述电动行驶轮通过双纵臂总成连接在所述车架上，所述双纵臂总成包括：转向节臂、上纵臂、下纵臂、扭杆支撑架、上扭杆、下扭杆、支撑架、下扭杆同步带轮、上扭杆同步带轮和同步带。本发明通过悬架调整电机改变扭杆的固定角度，改变悬架的刚度以及车身高度，以适应各种工况下平顺性及操纵稳定性的要求，通过电控系统的配合，对各个悬架进行实时控制，以保证车身的平稳，更加简单科学，符合现在设计要求。

Description

一种双纵臂式电控悬架底盘及其控制方法
技术领域
本发明公开了一种双纵臂式电控悬架底盘及其控制方法，属于电控悬架领域。
背景技术
底盘是移动平台的重要组成部分，移动平台的行驶平顺性与操纵稳定性主要取决于悬架，开发新的悬架对于提高移动平台的平顺性和操纵稳定性有重要的意义，其主要由弹性元件、减震器、导向机构组成。作为移动平台中连接车架与车桥的传递动力装置，悬架的作用是吸收和缓冲振动和冲击，大大提高移动平台的平顺性。被动悬架的刚度和阻尼一旦设定无法改变，因此其无法满足各种行驶工况下对悬架性能的较高要求。主动悬架可根据行驶的不同路况对悬架的刚度和阻尼进行实时的调节，以满足各种行驶状态下对悬架性能的较高要求。然而主动悬架因其价格昂贵、技术要求高、可靠性差等缺点，应用很少。纵臂式悬架有利于移动平台越障，能够提高移动平台的通过性。
发明内容
本发明的目的在于解决现有的主动悬架因其技术要求高、适应性差、可靠性差的问题，提出一种双纵臂式电控悬架系统及其控制方法，具有适应各种工况下的平顺性、操纵的稳定性以及提高移动平台的特点。
本发明所要解决的问题是由以下技术方案实现的：
一种双纵臂式电控悬架底盘，包括：车架、电动行驶轮和双纵臂总成，所述电动行驶轮通过双纵臂总成连接在所述车架上，所述双纵臂总成包括：转向节臂、上纵臂、下纵臂、扭杆支撑架、上扭杆、下扭杆、支撑架、下扭杆同步带轮、上扭杆同步带轮和同步带，所述电动行驶轮可旋转设置在所述转向节臂一侧，所述上纵臂和下纵臂的一端分别可旋转对称布置在所述转向节臂另一侧，所述上纵臂和下纵臂的另一端分别固定在所述上扭杆和下扭杆的一端，所述上扭杆和下扭杆分别通过所述支撑架和扭杆支撑架可旋转支撑搭载在所述车架上，所述上扭杆同步带轮和下扭杆同步带轮分别固定在所述上扭杆和下扭杆的另一端，所述上扭杆同步带轮和下扭杆同步带轮通过所述同步带传动连接。
优选的是，所述双纵臂总成还包括主动同步带轮，所述主动同步带轮可旋转设置在所述支撑架上，所述主动同步带轮、上扭杆同步带轮和下扭杆同步带轮通过所述同步带传动连接。
优选的是，所述同步带为同步齿形带。
优选的是，所述双纵臂总成还包括悬架调整电机，所述悬架调整电机的主轴穿过所述支撑架并固定在其一侧，所述主动同步带轮固定在所述悬架调整电机的主轴上。
一种双纵臂式电控悬架底盘的控制方法，所述控制方法具体步骤如下：
步骤一：获取底盘行驶速度、惯性导航信号、扭杆角度传感器信号和胎压信号进行信号；
步骤二：通过所述底盘行驶速度、惯性导航信号、扭杆角度传感器信号和胎压信号进行信号获取车辆行驶及状态参数；
步骤三：通过所述车辆行驶及状态参数获取调整车身参数。
本发明相对于现有而言具有的有益效果：
1、本发明通过悬架调整电机改变扭杆的固定角度，改变悬架的刚度以及车身高度，以适应各种工况下平顺性及操纵稳定性的要求。同时在越障时，通过电控系统的配合，改变纵臂的角度辅助行驶轮越过障碍物以提高移动平台的通过性。
2、本发明在越障时，通过速度传感器、惯性导航传感器、胎压传感器的检测，判断移动平台的行驶工况及车身姿态，进而对各个悬架进行实时控制，以保证车身的平稳，更加简单科学，符合现在设计要求。
附图说明
图1是本发明实施例等轴侧视图。
图2是本发明实施例部分等轴侧视图。
图3是本发明双纵臂总成中转向节臂和上、下纵臂等轴侧视图。
图4是本发明双纵臂总成中上、下扭杆与上、下纵臂和支撑架等轴侧视图。
图5是本发明双纵臂总成中支撑架与带轮等轴侧视图。
图6是本发明双纵臂式电控悬架控制流程图。
图中，1车架、2电动行驶轮、3-1悬架调整电机、3-2支撑架、3-3主动同步带轮、3-4主动同步带轮挡圈、3-5主动同步带轮锁紧螺钉、3-6下扭杆同步带轮锁紧螺钉、3-7下扭杆同步带轮挡圈、3-8下扭杆同步带轮、3-9同步带、3-10上扭杆同步带轮锁紧螺钉、3-11上扭杆同步带轮挡圈、3-12上扭杆同步带轮、3-13第一上扭杆滑动轴承、3-14第一下扭杆滑动轴承、3-15上扭杆、3-16下扭杆、3-17下纵臂滑动轴承锁紧螺钉、3-18下纵臂滑动轴承挡圈、3-19下纵臂滑动轴承端盖、3-20下纵臂滑动轴承、3-21上纵臂滑动轴承锁紧螺钉、3-22上纵臂滑动轴承挡圈、3-23上纵臂滑动轴承端盖、3-24上纵臂滑动轴承、3-25扭杆支撑架、3-26第二上扭杆滑动轴承、3-27第二下扭杆滑动轴承、3-28上纵臂挡圈、3-29上纵臂锁紧螺钉、3-30下纵臂挡圈、3-31下纵臂锁紧螺钉、3-32上纵臂、3-33下纵臂、3-34转向节臂。
具体实施方式
以下根据附图1-6对本发明做进一步说明：
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
如图1所示，本发明第一实施例在现有技术的基础上提供了一种双纵臂式电控悬架底盘，包括：车架1、电动行驶轮2和双纵臂总成3，电动行驶轮2均通过双纵臂总成3均安装在车架1四角处，四角处的双纵臂总成3结构均相同，接下来将详细介绍双纵臂总成3的具体结构。
双纵臂总成3如图2所示，其包括：转向节臂3-34、上纵臂3-32、下纵臂3-33、扭杆支撑架3-25、上扭杆3-15、下扭杆3-16、支撑架3-2、下扭杆同步带轮3-8、上扭杆同步带轮3-11、主动同步带轮3-3和同步带3-9，电动行驶轮2可旋转安装在转向节臂3-34一侧。上纵臂3-32和下纵臂3-33的一端分别可旋转布置在转向节臂另一侧3-34，具体结构如图3所示，转向节臂3-34另一侧上分别设有上纵臂轴和下纵臂，上纵臂滑动轴承3-24套设在上纵臂轴上，上纵臂3-32一端安装在上纵臂滑动轴承3-24上，为了防止上纵臂滑动轴承3-24窜动，把上纵臂滑动轴承挡圈3-22也套设在所述上纵臂轴，用上纵臂滑动轴承端盖3-23封闭起来，上纵臂滑动轴承端盖3-23与上纵臂3-32一端通过上纵臂滑动轴承锁紧螺钉3-21法兰固定。同样，下纵臂滑动轴承3-20套设在下纵臂轴上，下纵臂3-33一端安装在下纵臂滑动轴承3-20上，为了防止下纵臂滑动轴承3-20窜动，把下纵臂滑动轴承挡圈3-18也套设在所述上纵臂轴，用下纵臂滑动轴承端盖3-19封闭起来，下纵臂滑动轴承端盖3-19与下纵臂3-33一端通过下纵臂滑动轴承锁紧螺钉3-17法兰固定。
上纵臂3-32和下纵臂3-33的另一端分别固定在上扭杆3-15和下扭杆3-16的一端，上扭杆3-15和下扭杆3-16分别通过支撑架3-2和扭杆支撑架3-25可旋转支撑搭载在车架1，具体结构如图4所示，扭杆支撑架3-25上分别设有第一上扭杆通孔和第一下扭杆通孔，第二上扭杆滑动轴承3-26和第二下扭杆滑动轴承3-27分别安装在第一上扭杆通孔和第一下扭杆通孔内，上扭杆3-15和下扭杆3-16的一端分别安装在第二上扭杆滑动轴承3-26和第二下扭杆滑动轴承3-27内，上纵臂锁紧螺钉3-29依次穿过上纵臂挡圈3-28和上纵臂3-32的另一端通过螺纹连接在上扭杆3-15一端上，这样上纵臂3-32转动时上扭杆3-15也同时转动。同样，下纵臂锁紧螺钉3-31依次穿过下纵臂挡圈3-30和下纵臂3-33的另一端通过螺纹连接在下扭杆3-16一端上，这样下纵臂3-33转动时下扭杆3-16也同时转动。支撑架3-2上分别设有第二上扭杆通孔和第二下扭杆通孔，第一上扭杆滑动轴承3-13和第一下扭杆滑动轴承3-14分别安装在第二上扭杆通孔和第二下扭杆通孔内，上扭杆3-15和下扭杆3-16的分别安装在第一上扭杆滑动轴承3-13和第一下扭杆滑动轴承3-14内。
接下来介绍传动部分，如图5所示，上扭杆同步带轮3-12和下扭杆同步带轮3-8分别安装在上扭杆3-15和下扭杆3-16的另一端，上扭杆同步带轮3-12通过上扭杆同步带轮锁紧螺钉3-10和上扭杆同步带轮挡圈3-11固定在上扭杆3-15另一端，从而限制上扭杆同步带轮3-12的轴向运动。下扭杆同步带轮3-8通过3-6下扭杆同步带轮锁紧螺钉和下扭杆同步带轮挡圈3-7固定在下扭杆3-16另一端，从而限制下扭杆同步带轮3-8的轴向运动。悬架调整电机3-1通过螺栓固定在支撑架3-2上，主动同步带轮3-3安装在悬架调整电机3-1的主轴上，并通过主动同步带轮锁紧螺钉3-5和主动同步带轮挡圈3-4固定在主轴上。上扭杆同步带轮3-12、下扭杆同步带轮3-8和主动同步带轮3-3通过同步带3-9传动连接。为了控制传动精度，同步带3-9采用同步齿形带。
一种双纵臂式电控悬架底盘的控制方法，其中速度传感器安装在电动行驶轮2的轮毂上，惯性导航模块安装在车架1上，气压传感器安装在电动行驶轮2气门嘴上，角度传感器安装在悬架调整电机3-1上，如图6所示，控制方法具体步骤如下：
步骤一：采集底盘行驶速度v；
步骤二：采集惯性导航信号；
步骤三：采集扭杆角度传感器α1、α2、α3、α4信号；
步骤四：采集四个行驶轮胎压p1、p2、p3、p4信号；
步骤五：对采集的行驶速度信号、惯性导航信号、扭杆角度传感器信号、胎压信号进行信号处理，去除棘波，进行平滑处理；
步骤六：计算车身姿态变化速度γ；
步骤七：判断车身姿态变化速度是否在区间[0,a)内；
步骤八：若车身姿态变化速度在区间[0,a)内，调整四个独立悬架使车身高度处于低位,之后程序转至步骤一；
步骤九：若车身姿态变化速度不在区间[0,a)内，判断车身姿态变化速度是否在区间[a,b)内；
步骤十：若车身姿态变化速度在区间[a,b)内,判断底盘行驶速度是否大于i；
步骤十一：若底盘行驶速度大于i，调整四个独立悬架使车身高度处于低位；
步骤十二：若底盘行驶速度不大于i，调整四个独立悬架使车身高度处于中位；
步骤十三：判断车身姿态是否发生改变；
步骤十四：若车身姿态未发生改变，程序转至步骤一；
步骤十五：若车身姿态发生了改变，调整引起姿态改变侧的悬架使车身恢复原姿态，之后程序转至步骤一；
步骤十六：若车身姿态变化速度不在区间[a,b)内，判断车身姿态变化速度是否在区间[b,c)内；
步骤十七：若车身姿态变化速度在区间[b,c)内，调整四个独立悬架使车身高度位于高位；
步骤十八：分别判断胎压p1、p2、p3、p4是否小于k；
步骤十九：若某一胎压小于k，调整该车轮侧的悬架使胎压恢复，之后程序转至步骤二十一；
步骤二十：若某一胎压不小于k，程序转至步骤二十一；
步骤二十一：判断车身姿态是否发生改变；
步骤二十二：若车身姿态发生改变，协调控制四个独立悬架使车身恢复原姿态，之后程序转至步骤一；
步骤二十三：若车身姿态未发生改变，程序转至步骤一。
在具体实施过程中，在移动平台启动行驶时，首先采集移动平台的行驶速度v，惯导信号获取车身姿态，扭杆角度传感器α1、α2、α3、α4信号，四个车轮胎压p1、p2、p3、p4信号。之后对采集的信号进行信号处理，去除棘波，进行平滑处理。然后计算车身姿态的变化速度γ。若车身姿态的变化速度γ在区间[0，a)内，表明移动平台行驶在比较平坦的路面上(如：水泥路面、高速公路)，此时可通过控制悬架调整电机3-1驱动主动同步带轮3-3运动，通过同步带3-9传动带动下扭杆同步带轮3-8、上扭杆同步带轮3-12同步转动，进而改变上扭杆3-15、下扭杆3-16的定位角度，以此来改变悬架的高度和刚度，使车身处于比较低的高度以此来降低行驶过程中的空气阻力同时提高行驶稳定性。若车身姿态的变化速度γ在区间[a，b)内，表明移动平台行驶在平坦结构化路面上(如：城市公路)，此时应根据车速来调整车身的高度。当车速大于阈值i时，表明行驶工况良好移动平台以较高的速度行驶，此时可通过控制悬架调整电机3-1驱动主动同步带轮3-3运动，通过同步带3-9传动带动下扭杆同步带轮3-8、上扭杆同步带轮3-12同步转动，进而改变上扭杆3-15、下扭杆3-16的定位角度，以此来改变悬架的高度和刚度使车身处于比较低的高度以此来降低行驶过程中的空气阻力同时提高行驶稳定性。当车速不大于阈值i时，表明行驶工况不是很好移动平台行驶速度不高，此时可通过控制悬架调整电机3-1驱动主动同步带轮3-3运动，通过同步带3-9传动带动下扭杆同步带轮3-8、上扭杆同步带轮3-12同步转动，进而改变上扭杆3-15、下扭杆3-16的定位角度，以此来改变悬架的高度和刚度使车身处于高度中位以确保移动平台的通过性。接着判断在行驶过程中车身姿态是否发生改变，若姿态发生改变表明路面不平或行驶中遇到障碍物，纵臂发生摆动将路面的冲击转化为扭杆的弹性蓄能，此时可通过控制引起姿态改变侧的悬架调整电机改变扭杆的定位角度以此来弥补姿态变化进而使车身恢复原姿态。若车身姿态的变化速度γ在区间[b，c)内，表明移动平台行驶在非结构化道路上(如：乡村泥泞道路、山间小路)，此时可通过控制悬架调整电机3-1驱动主动同步带轮3-3运动，通过同步带3-9传动带动下扭杆同步带轮3-8、上扭杆同步带轮3-12同步转动，进而改变上扭杆3-15、下扭杆3-16的定位角度，以此来改变悬架的高度和刚度，使车身处于比较高的高度以此来提高行驶通过性。接着判断四个轮胎胎压是否小于阈值k，若有某个轮胎胎压小于阈值k，表明该侧轮胎处于悬空状态，此时应通过悬架调整电机3-1改变扭杆的定位角度，使该侧轮胎着地。接着判断行驶过程中车身姿态是否发生改变，若车身姿态发生改变，此时应协调控制四个独立悬架使车身恢复原姿态(由于此时移动平台行驶在非结构路面上，单独调整某个悬架难以使车身恢复原姿态)。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用。它完全可以被适用于各种适合本发明的领域。对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改。因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (5)

1.一种双纵臂式电控悬架底盘，其特征在于，包括：车架、电动行驶轮和双纵臂总成，所述电动行驶轮通过双纵臂总成连接在所述车架上，所述双纵臂总成包括：转向节臂、上纵臂、下纵臂、扭杆支撑架、上扭杆、下扭杆、支撑架、下扭杆同步带轮、上扭杆同步带轮和同步带，所述电动行驶轮可旋转设置在所述转向节臂一侧，所述上纵臂和下纵臂的一端分别可旋转对称布置在所述转向节臂另一侧，所述上纵臂和下纵臂的另一端分别固定在所述上扭杆和下扭杆的一端，所述上扭杆和下扭杆分别通过所述支撑架和扭杆支撑架可旋转支撑搭载在所述车架上，所述上扭杆同步带轮和下扭杆同步带轮分别固定在所述上扭杆和下扭杆的另一端，所述上扭杆同步带轮和下扭杆同步带轮通过所述同步带传动连接。
2.根据权利要求1所述的一种双纵臂式电控悬架底盘，其特征在于，所述双纵臂总成还包括主动同步带轮，所述主动同步带轮可旋转设置在所述支撑架上，所述主动同步带轮、上扭杆同步带轮和下扭杆同步带轮通过所述同步带传动连接。
3.根据权利要求1或2所述的一种双纵臂式电控悬架底盘，其特征在于，所述同步带为同步齿形带。
4.根据权利要求1或2所述的一种双纵臂式电控悬架底盘，其特征在于，所述双纵臂总成还包括悬架调整电机，所述悬架调整电机的主轴穿过所述支撑架并固定在其一侧，所述主动同步带轮固定在所述悬架调整电机的主轴上。
5.一种双纵臂式电控悬架底盘的控制方法，其特征在于，所述控制方法具体步骤如下：
步骤一：获取底盘行驶速度、惯性导航信号、扭杆角度传感器信号和胎压信号进行信号；
步骤二：通过所述底盘行驶速度、惯性导航信号、扭杆角度传感器信号和胎压信号进行信号获取车辆行驶及状态参数；
步骤三：通过所述车辆行驶及状态参数获取调整车身参数。
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