CN112666962A - 姿态可调的水陆两栖车及其姿态控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种姿态可调的水陆两栖车，包括车体和质心调节装置，所述质心调节装置包括与车体的底部固定连接滑轨，所述滑轨与质量块滑动配合，所述车体的上端和下端分别设有气囊。本发明还提供了一种姿态可调的水陆两栖车姿态控制方法，包括水上姿态控制模式和登陆姿态控制模式，当两栖车目标质心偏移量或登陆倾斜角较小时，只通过质量块进行调节；当两栖车目标质心偏移量或登陆倾斜角较大时，同时调节质量块和开启防侧翻气囊或辅助登陆气囊。本发明姿态调节既快速又调节幅度大、可适用于水陆多种调节工况、不额外增加两栖车的重量、提高了两栖车的驾驶稳定性和安全性。

Description

姿态可调的水陆两栖车及其姿态控制方法

技术领域

本发明涉及水陆两栖车技术领域，具体地指一种姿态可调的水陆两栖车及其姿态控制方法。

背景技术

目前国际上，厢式水陆两栖车水上的安全性成为制约厢式水陆两栖车设计的关键要素，现有公开专利多为船体基础上增加储水舱，通过水上工况下储水以调整船体质量分布，储水的形式虽然可以一定程度上调整整车质量分布，但是存在诸多缺点：一是仅适用于水上工况的调整，无法用于陆地工况的调整；二是水上调整时间长，系统通过进出水的形式调整，反应周期过长，不利于快速响应；三是增加储水功能导致船体质量增加，不利于整车经济性和动力性。

此外，现有两栖车通过车轮收放装置实现水陆工况，受制于车体结构和车体在水上姿态，两栖车大都仅能实现浅滩登陆，不具备水上垂直上岸能力。

发明内容

本发明的目的就是要克服上述现有技术存在的不足，提供一种可快速调整姿态、防止侧翻和提高登陆能力的姿态可调的水陆两栖车及其姿态控制方法。

为实现上述目的，本发明提供一种姿态可调的水陆两栖车，包括车体和质心调节装置，其特征在于：所述质心调节装置包括互相滑动配合的滑轨和质量块，所述质量块为动力电池，所述滑轨与车体的底部固定连接，所述车体的上端和下端分别设有气囊。

进一步地，所述滑轨包括上下布置的阳极滑板和阴极滑板，所述阳极滑板上设有与动力电池阳极端滑动配合的阳极滑槽，所述阴极滑板上设有与动力电池阴极端滑动配合的阴极滑槽。

进一步地，所述动力电池的阳极端为阳极输出转轮，所述动力电池的阴极端为阴极输出转轮，所述阳极输出转轮和所述阴极输出转轮与内置于动力电池的驱动电机连接。

进一步地，所述阳极滑槽和所述阴极滑槽的表面为导电材料，其他部分为绝缘材料，阳极滑槽和阴极滑槽的导电部分分别与外部电路的正极和负极连接。

进一步地，所述动力电池的下端还固定设有多个滚动机构，所述滚动机构均匀分布在以动力电池的质心为圆心的圆周上。

进一步地，所述滚动机构为万向轮或滚珠。

进一步地，所述阳极滑槽和所述阴极滑槽均包括有纵向滑槽和横向滑槽。

进一步地，所述纵向滑槽和所述横向滑槽上设有动力电池定位坐标。

进一步地，所述气囊包括辅助登陆气囊和防侧翻气囊。

进一步地，所述辅助登陆气囊沿车体下端纵向设置。

进一步地，所述防侧翻气囊分别设置在车体上端和下端的边缘转角处，所述车体在防侧翻气囊对应处设有水压传感器。

本发明还提供一种基于上述姿态可调的水陆两栖车的姿态控制方法，其特征在于：包括水上姿态控制模式，当两栖车目标质心偏移量小于或等于临界质心偏移量时，只通过调节质量块的位置控制车体质心位置；当两栖车目标质心偏移量大于临界质心偏移量时，控制质量块向目标质心偏移方向移动至最大位移处并开启防侧翻气囊。

进一步地，所述临界质心偏移量为质量块移动至最大位移时，两栖车的质心偏移量。

进一步地，当两栖车位于加速或减速时，控制质量块向驱动轮移动和/或打开与驱动轮相反一侧的防侧翻气囊。

进一步地，当两栖车转向时，控制质量块向转向一侧移动和/或打开与转向方向同侧的防侧翻气囊。

进一步地，当两栖车侧倾时，控制质量块向侧倾相反一侧移动和/或打开与侧倾方向同侧的防侧翻气囊。

本发明还提供一种基于上述姿态可调的水陆两栖车的姿态控制方法，其特征在于：包括登陆姿态控制模式，当登陆倾斜角小于或等于临界登陆倾斜角时，控制质量块向两栖车后侧移动；当登陆倾斜角大于临界登陆倾斜角时，控制质量块向两栖车后侧移动至最大位移处并开启辅助登陆气囊。

进一步地，所述临界登陆倾斜角为质量块向两栖车后侧移动至最大位移时，两栖车能实现登陆的最大倾斜角。

进一步地，辅助登陆气囊在充气状态下的体积沿车体的前端到后端依次变小。

本发明的有益效果：

1、姿态调节既快速又调节幅度大。在目标质心偏移量或目标登陆倾斜角较小时，可以只通过质量块进行调节两栖车的质心，调节速度快；当目标质心偏移量或目标登陆倾斜角较小时，首先调节质量块至最大位移处，然后再利用辅助登陆气囊或防侧翻气囊进行辅助调节，这样既避免了只使用质量块时调节幅度小，又避免了只使用气囊时调节速度慢，可实现即姿态调节快速又幅度大。

2、可适用于水陆多种调节工况。本两栖车在陆地上可以只通过质量块调节姿态，在水上和登陆时可通过质量块和气囊均可实现调节，能够适用于任何需要姿态调节的场景。

3、不额外增加两栖车的重量。相对于在车辆上增加没有额外功能的质量块或者水箱，本发明的质量块采用两栖车自身的动力电池，不额外增加两栖车的重量，提高两栖车的动力性和经济性。

4、提高了两栖车的驾驶稳定性和安全性。本发明可以水陆任意场景实现快速的姿态调节，更有利于两栖车加速、转向和登陆，提高了两栖车的驾驶稳定性；在水上遇到侧倾甚至侧翻风险时，可以快速通过姿态调节防止侧翻，提高了两栖车的安全性。

附图说明

图1为本发明质心调节装置的结构示意图。

图2为本发明质心调节装置。

图3为动力电池结构示意图。

图4为滚动机构结构示意图。

图5为登陆时辅助登陆气囊示意图。

图6为车体上端的防侧翻气囊的位置示意图。

图7为车体下端的防侧翻气囊的位置示意图。

图中各部件标号如下：车体1、动力电池2、阳极输出转轮201、阴极输出转轮202、转轴203、万向轮204、滑轨3、阳极滑板310、阴极滑板320、阳极滑槽311、阴极滑槽321、纵向滑槽301、横向滑槽302、动力电池定位坐标303、辅助登陆气囊4、防侧翻气囊5、水压传感器6。

具体实施方式

下面具体实施方式用于对本发明的权利要求技术方案作进一步的详细说明，便于本领域的技术人员更清楚地了解本权利要求书。本发明的保护范围不限于下面具体的实施例。本领域的技术人员做出的包含有本发明权利要求书技术方案而不同于下列具体实施方式的也是本发明的保护范围。

如图1～7所示，一种姿态可调的水陆两栖车，包括车体1和质心调节装置，质心调节装置包括与车体1的底部固定连接滑轨3和动力电池2，滑轨3与动力电池2滑动配合，滑轨3包括上下布置的阳极滑板310和阴极滑板320，阳极滑板310上设有与动力电池2阳极端滑动配合的阳极滑槽311，阴极滑板320上设有与动力电池2阴极端滑动配合的阴极滑槽321。这样，动力电池作为质量块不会额外增加两栖车的重量，仅仅只是增加滑轨的重量，避免降低了两栖车的动力性和经济性。

本实施例中，动力电池2的阳极端为阳极输出转轮201，动力电池2的阴极端为阴极输出转轮202，阳极滑槽311和阴极滑槽321的表面为导电材料，其他部分为绝缘材料，阳极滑槽311和阴极滑槽321的导电部分分别与外部电路的正极和负极连接，阳极输出转轮201和阴极输出转轮202与内置于动力电池2的驱动电机连接。这样既可以保证动力电池在移动至任意位置时均可以稳定的与外部电路相连，又可以通过电机驱动实现快速的移动，姿态调节快速。

本实施例中，动力电池2的下端还固定设有六个万向轮204，万向轮204均匀分布在以动力电池2的质心为圆心的圆周上，即六个万向轮的连线为正六边形，动力电池2上还设有与阳极滑槽311或阴极滑槽321锁止的锁止机构，该锁止机构为现有的可实现任意位置锁止的锁止机构。这样，六个万向轮起到支撑动力电池的作用，保证了在任意位置至少有四个万向轮与下端的阴极滑板320支撑，保证了动力电池的稳定性，锁止机构可以在车辆不开启时对动力电池进行锁紧固定。

本实施例中，阳极滑槽310和阴极滑槽320均包括一个纵向滑槽301和多个横向滑槽302，其中纵向滑槽301沿两栖车的前后中轴线布置，多个横向滑槽302等间隔设置，且其中点与纵向滑槽301相交，整个阳极滑槽310和阴极滑槽320沿两栖车的前后中轴线对称，且当动力电池位于原始位置时，此时阳极输出转轮201和阴极输出转轮202恰好位于某一个横向滑槽302的中心处。这样，当两栖车只进行纵向姿态调节时，动力电池只需沿纵向滑槽移动，当两栖车只进行横向姿态调节时，动力电池只需在原始位置沿横向滑槽移动，当两栖车既进行纵向姿态调节又进行横向姿态调节时，动力电池先纵向移动至与某一横向滑槽相交处，然后再沿横向滑槽移动。

本实施例中，纵向纵向滑槽301和横向滑槽302上设有动力电池定位坐标303。这样，可以通过获取动力电池阳极输出转轮或阴极输出转轮的位置获得动力电池的坐标位置，有利于精确地控制两栖车的质心和登陆倾斜角。

本实施例中，车体1的上端和下端分别设有气囊，气囊包括辅助登陆气囊4和防侧翻气囊5。辅助登陆气囊4沿车体下端纵向设置，且其充气状态下的体积沿车体1的前端到后端依次变小，这样使得两栖车前端向上倾斜，有利于两栖车的登陆。防侧翻气囊5分别设置在车体1上端和下端的边缘转角处，车体1在防侧翻气囊5对应处设有水压传感器6。这样可以通过水压传感器判断两栖车在水上的姿态以及侧翻的风险。

上述姿态可调的水陆两栖车的姿态控制方法如下：

1、水上姿态控制模式，当两栖车目标质心偏移量小于或等于临界质心偏移量时，只通过调节动力电池的位置控制车体质心位置；当两栖车目标质心偏移量大于临界质心偏移量时，控制动力电池向目标质心偏移方向移动至最大位移处并开启防侧翻气囊5。临界质心偏移量为动力电池移动至最大位移时，两栖车的质心偏移量。

1.1当两栖车位于加速或减速时，控制动力电池向驱动轮移动和/或打开与驱动轮相反一侧的防侧翻气囊5。这样，两栖车的质心向驱动轮移动，更有利于两栖车的加速或减速。

1.2当两栖车转向时，控制动力电池向转向一侧移动和/或打开与转向方向同侧的防侧翻气囊5。这样两栖车的质心向转向一侧移动或倾斜，增大了转向的向心力。

1.3当两栖车侧倾时，控制动力电池向侧倾相反一侧移动和/或打开与侧倾方向同侧的防侧翻气囊5。这样，两栖车的质心向侧倾相反一侧移动，抵抗了侧倾带来的侧翻风险。

2、登陆姿态控制模式，当登陆倾斜角小于或等于临界登陆倾斜角时，控制动力电池向两栖车后侧移动；当登陆倾斜角大于临界登陆倾斜角时，控制动力电池向两栖车后侧移动至最大位移处并开启辅助登陆气囊4。临界登陆倾斜角为动力电池向两栖车后侧移动至最大位移时，两栖车能实现登陆的最大倾斜角。辅助登陆气囊4在充气状态下的体积沿车体1的前端到后端依次变小。

3、陆地姿态控制模式，只通过控制动力电池的移动来控制两栖车的姿态。当两栖车位于加速或减速时，控制动力电池向驱动轮移动。这样，两栖车的质心向驱动轮移动，更有利于两栖车的加速或减速当两栖车转向时，控制动力电池向转向一侧移动这样两栖车的质心向转向一侧移动或倾斜，增大了转向的向心力。

Claims (10)

1.一种姿态可调的水陆两栖车，包括车体(1)和质心调节装置，其特征在于：所述质心调节装置包括互相滑动配合的滑轨(3)和质量块，所述质量块为动力电池(2)，所述滑轨(3)与车体(1)的底部固定连接，所述车体(1)的上端和下端分别设有气囊。

2.根据权利要求1所述的姿态可调的水陆两栖车，其特征在于：所述滑轨(3)包括上下布置的阳极滑板(310)和阴极滑板(320)，所述阳极滑板(310)上设有与动力电池(2)阳极端滑动配合的阳极滑槽(311)，所述阴极滑板(320)上设有与动力电池(2)阴极端滑动配合的阴极滑槽(321)。

3.根据权利要求2所述的姿态可调的水陆两栖车，其特征在于：所述动力电池(2)的阳极端为阳极输出转轮(201)，所述动力电池(2)的阴极端为阴极输出转轮(202)，所述阳极输出转轮(201)和所述阴极输出转轮(202)与内置于动力电池(2)的驱动电机连接。

4.根据权利要求2所述的姿态可调的水陆两栖车，其特征在于：所述动力电池(2)的下端还固定设有多个滚动机构，所述滚动机构均匀分布在以动力电池(2)的质心为圆心的圆周上。

5.根据权利要求2所述的姿态可调的水陆两栖车，其特征在于：所述阳极滑槽(311)和所述阴极滑槽(321)均包括有纵向滑槽(301)和横向滑槽(302)。

6.根据权利要求1所述的姿态可调的水陆两栖车，其特征在于：所述气囊包括辅助登陆气囊(4)和防侧翻气囊(5)。

7.根据权利要求6所述的姿态可调的水陆两栖车，其特征在于：所述辅助登陆气囊(4)沿车体(1)下端纵向设置。

8.根据权利要求7所述的姿态可调的水陆两栖车，其特征在于：所述防侧翻气囊(5)分别设置在车体(1)上端和下端的边缘转角处，所述车体(1)在防侧翻气囊(5)对应处设有水压传感器(6)。

9.一种基于上述权利要求6～8任意一项所述姿态可调的水陆两栖车的姿态控制方法，其特征在于：包括水上姿态控制模式，当两栖车目标质心偏移量小于或等于临界质心偏移量时，只通过调节质量块的位置控制车体质心位置；当两栖车目标质心偏移量大于临界质心偏移量时，控制质量块向目标质心偏移方向移动至最大位移处并开启防侧翻气囊(5)。

10.一种基于上述权利要求6～8任意一项所述姿态可调的水陆两栖车的姿态控制方法，其特征在于：包括登陆姿态控制模式，当登陆倾斜角小于或等于临界登陆倾斜角时，控制质量块向两栖车后侧移动；当登陆倾斜角大于临界登陆倾斜角时，控制质量块向两栖车后侧移动至最大位移处并开启辅助登陆气囊(4)。

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