CN212073542U - 一种可调心车轮 - Google Patents

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孙桂涛
江韫琦
徐龙飞
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Abstract

一种可调心车轮,属于车辆领域。主要解决现有车辆车轮轮心位置固定,在野外非结构路面车辆底盘与环境接触时车辆无法正常行驶的问题。它通过车轮上的三个电液伺服作动器协调运动实现车轮轮心位置的调节。控制系统中的触摸屏作为人机交互界面,可实现功能选择和参数设置功能;与触摸屏相连的主控制器接收指令并进行相应计算后,将各车轮轮心位置指令通过CAN总线接口电路发送至各车轮微控制器,车轮微控制器接收指令后,进行相应计算,协调控制车轮各电液伺服作动器协调运动,既可实现期望的轮心位置,又可提供一定驱动扭矩。该发明实现了车轮轮心位置的实时动态调节,既能提高乘坐人员的舒适性,同时也能提高车辆对不同路面的适应性和运行的安全性。

Description

一种可调心车轮
技术领域:
本发明涉及一种可调心车轮,属于车辆领域。
背景技术:
车辆作为现代生活中较为常见的出行工具之一,在军事、工业和人民日常生活中的作用日益凸显。车轮作为车辆的重要组成单元,发挥着举足轻重的作用,但现有车辆车轮轮心相对车轮位置固定,在野外非结构路面行驶过程中极易造成轮轴与地面环境发生接触影响车辆正常行驶。
发明内容:
本发明是为了解决现有车轮轮心位置固定,在野外非结构路面车辆底盘与环境接触时车辆无法正常行驶,提供了一种可调心车轮。
本发明所述一种可调心车轮,它主要包括机械结构和控制系统两部分。其中机械结构主要包括车轮外圈(A1)、轮心连接件(A2)、第一电液伺服作动器(A4)、第二电液伺服作动器(A7)、第三电液伺服作动器(A10)、第一联接销轴(A3)、第二联接销轴(A5)、第三联接销轴(A6)、第四联接销轴(A8)、第五联接销轴(A9)、第六联接销轴(A11)。
一种可调心车轮控制系统包括触摸屏(B1)、主控制器(B2)、惯性测量单元(B3)、CAN总线接口电路(B4)、微控制器(B5)、DA转换器(B6)、AD 转换器(B7)、第一液压阀驱动电路(B8)、第二液压阀驱动电路(B9)、第三液压阀驱动电路(B10)。
所述车轮外圈(A1)分别通过第一联接销轴(A3)、第三联接销轴(A6)、第五联接销轴(A9)与第一电液伺服作动器(A4)、第二电液伺服作动器(A7)、第三电液伺服作动器(A10)一端联接,所述第一电液伺服作动器(A4)、第二电液伺服作动器(A7)、第三电液伺服作动器(A10)另一端分别通过第二联接销轴(A5)、第四联接销轴(A8)、第六联接销轴(A11)与轮心连接件 (A2)联接。
所述触摸屏(B1)、惯性测量单元(B3)输出端均连接到主控制器(B2) 输入端,所述主控制器(B2)通过CAN总线接口电路(B4)与微控制器(B5) 传输信号,所述微控制器(B5)输出端与DA转换器(B6)输入端连接,所述DA转换器(B6)输出端分别与第一液压阀驱动电路(B8)、第二液压阀驱动电路(B9)、第三液压阀驱动电路(B10)输入端连接,所述AD转换器(B7) 输出端与微控制器(B5)输入端连接。
所述AD转换器(B7)用于采集第一电液伺服作动器(A4)、第二电液伺服作动器(A7)和第三电液伺服作动器(A10)位移传感器信息。
所述CAN总线接口电路(B4)包含多个输入接口,用于与其他车轮微控制器连接,接口数量与调心车轮数量相同。
所述微控制器(B5)通过协调控制第一电液伺服作动器(A4)、第二电液伺服作动器(A7)、第三电液伺服作动器(A10)运动,既可实现轮心位置调节,又可驱动车轮外圈(A1)相对轮心连接件(A2)轴心转动。
所述触摸屏(B1)上具有车轮手动调心、车轮自动调心和无需调心按钮,手动模式下可分别设置各车轮轮心位置信息。
当需手动调节车轮轮心位置时,驾驶员启动触摸屏(B1)车轮轮心调节功能,并在触摸屏(B1)设置各车轮调心参数,主控制器(B2)接收指令后通过 CAN总线接口电路(B4)传输至微控制器(B5),微控制器(B5)接收指令后,计算出车轮第一电液伺服作动器(A4)、第二电液伺服作动器(A7)、第三电液伺服作动器(A10)位移指令,并分别通过DA转换器(B6)传输至第一液压阀驱动电路(B8)、第二液压阀驱动电路(B9)、第三液压阀驱动电路 (B10),分别驱动第一电液伺服作动器(A4)、第二电液伺服作动器(A7)、第三电液伺服作动器(A10)动作,实现车轮轮心位置调整。
当路况较为简单时且需要调节轮心时,驾驶员通过触摸屏(B1)启动自动车轮调心功能,主控制器(B2)接收调心指令后,依据惯性测量单元(B3)反馈的车身角度信息,主控制器(B2)实时计算各车轮调心指令,并将各车轮调心指令通过CAN总线接口电路(B4)传输至相应车轮微控制器(B5),接收指令后,各车轮微控制器(B5)分别计算出各车轮第一电液伺服作动器(A4)、第二电液伺服作动器(A7)、第三电液伺服作动器(A10)位移指令,并分别通过相应车轮DA转换器(B6)传输至第一液压阀驱动电路(B8)、第二液压阀驱动电路(B9)、第三液压阀驱动电路(B10),驱动第一电液伺服作动器(A4)、第二电液伺服作动器(A7)、第三电液伺服作动器(A10)动作,实现车轮轮心位置调整。
当路况较为简单时且无需要调节轮心时,当车辆行驶在平坦路面时,驾驶员通过触摸屏(B1)启动车轮无调心命令,主控制器(B2)接收指令后,将各车轮几何中心位置作为各车轮轮心指令,并通过CAN总线接口电路(B4)传输至相应车轮微控制器(B5),接收指令后,各车轮微控制器(B5)分别计算出每个车轮第一电液伺服作动器(A4)、第二电液伺服作动器(A7)、第三电液伺服作动器(A10)位移指令,并分别通过相应车轮DA转换器(B6)传输至第一液压阀驱动电路(B8)、第二液压阀驱动电路(B9)、第三液压阀驱动电路(B10),驱动第一电液伺服作动器(A4)、第二电液伺服作动器(A7)、第三电液伺服作动器(A10)动作,实现车轮轮心位置调整。
本发明的优点:车轮轮心可依据不同路况进行相应调节,以适应不同路面,同时,车辆的每个车轮均可以单独调节,并能提供一定驱动力,显著提高车辆越野能力,有效地解决了车辆在非结构路面上因车底盘接触地环境而无法移动的情况,且可提高车辆运行的安全性和稳定性。
本发明结构设计合理,调节灵活,适应多种路况,安全性高、试用范围广,能显著提高车辆行驶在斜坡路面时人员的舒适性。
附图说明
图1是本发明所述一种可调心车轮结构框图;
图2是本发明所述一种可调心车轮控制器结构框图。
具体实施方式
具体实施方式一:下面结合图1说明本实施方式,本实施方式所述一种可调心车轮主要包括车轮外圈(A1)、轮心连接件(A2)、第一电液伺服作动器(A4)、第二电液伺服作动器(A7)、第三电液伺服作动器(A10)、第一联接销轴(A3)、第二联接销轴(A5)、第三联接销轴(A6)、第四联接销轴(A8)、第五联接销轴(A9)、第六联接销轴(A11)。
所述车轮外圈(A1)分别通过第一联接销轴(A3)、第三联接销轴(A6)、第五联接销轴(A9)与第一电液伺服作动器(A4)、第二电液伺服作动器(A7)、第三电液伺服作动器(A10)一端联接,所述第一电液伺服作动器(A4)、第二电液伺服作动器(A7)、第三电液伺服作动器(A10)另一端分别通过第二联接销轴(A5)、第四联接销轴(A8)、第六联接销轴(A11)与轮心连接件 (A2)联接。
具体实施方式二:下面结合图2说明本实施方式,本发明所述一种可调心车轮控制系统包括触摸屏(B1)、主控制器(B2)、惯性测量单元(B3)、CAN总线接口电路(B4)、微控制器(B5)、DA转换器(B6)、AD转换器(B7)、第一液压阀驱动电路(B8)、第二液压阀驱动电路(B9)、第三液压阀驱动电路(B10)。
所述触摸屏(B1)、惯性测量单元(B3)输出端均连接到主控制器(B2) 输入端,所述主控制器(B2)通过CAN总线接口电路(B4)与微控制器(B5) 传输信号,所述微控制器(B5)输出端与DA转换器(B6)输入端连接,所述 DA转换器(B6)输出端分别与第一液压阀驱动电路(B8)、第二液压阀驱动电路(B9)、第三液压阀驱动电路(B10)输入端连接,所述AD转换器(B7) 输出端与微控制器(B5)输入端连接。
所述AD转换器(B7)用于采集第一电液伺服作动器(A4)、第二电液伺服作动器(A7)和第三电液伺服作动器(A10)位移传感器信息。
所述CAN总线接口电路(B4)包含多个输入接口,用于与其他车轮微控制器连接,接口数量与调心车轮数量相同。
所述微控制器(B5)通过协调控制第一电液伺服作动器(A4)、第二电液伺服作动器(A7)、第三电液伺服作动器(A10)运动,既可实现轮心位置调节,又可驱动车轮外圈(A1)相对轮心连接件(A2)轴心转动。
所述触摸屏(B1)上具有车轮手动调心、车轮自动调心和无需调心按钮,手动模式下可分别设置各车轮轮心位置信息。
当需手动调节车轮轮心位置时,驾驶员启动触摸屏(B1)车轮轮心调节功能,并在触摸屏(B1)设置各车轮调心参数,主控制器(B2)接收指令后通过 CAN总线接口电路(B4)传输至微控制器(B5),微控制器(B5)接收指令后,计算出车轮第一电液伺服作动器(A4)、第二电液伺服作动器(A7)、第三电液伺服作动器(A10)位移指令,并分别通过DA转换器(B6)传输至第一液压阀驱动电路(B8)、第二液压阀驱动电路(B9)、第三液压阀驱动电路(B10),分别驱动第一电液伺服作动器(A4)、第二电液伺服作动器(A7)、第三电液伺服作动器(A10)动作,实现车轮轮心位置调整。
当路况较为简单时且需要调节轮心时,驾驶员通过触摸屏(B1)启动自动车轮调心功能,主控制器(B2)接收调心指令后,依据惯性测量单元(B3)反馈的车身角度信息,主控制器(B2)实时计算各车轮调心指令,并将各车轮调心指令通过CAN总线接口电路(B4)传输至相应车轮微控制器(B5),接收指令后,各车轮微控制器(B5)分别计算出各车轮第一电液伺服作动器(A4)、第二电液伺服作动器(A7)、第三电液伺服作动器(A10)位移指令,并分别通过相应车轮DA转换器(B6)传输至第一液压阀驱动电路(B8)、第二液压阀驱动电路(B9)、第三液压阀驱动电路(B10),驱动第一电液伺服作动器(A4)、第二电液伺服作动器(A7)、第三电液伺服作动器(A10)动作,实现车轮轮心位置调整。
当路况较为简单时且无需调节轮心时,当车辆行驶在平坦路面时,驾驶员通过触摸屏(B1)启动车轮无调心命令,主控制器(B2)接收指令后,将各车轮几何中心位置作为各车轮轮心指令,并通过CAN总线接口电路(B4)传输至相应车轮微控制器(B5),接收指令后,各车轮微控制器(B5)分别计算出每个车轮第一电液伺服作动器(A4)、第二电液伺服作动器(A7)、第三电液伺服作动器(A10)位移指令,并分别通过相应车轮DA转换器(B6)传输至第一液压阀驱动电路(B8)、第二液压阀驱动电路(B9)、第三液压阀驱动电路(B10),驱动第一电液伺服作动器(A4)、第二电液伺服作动器(A7)、第三电液伺服作动器(A10)动作,实现车轮轮心位置调整。
本实施方式中,第一液压阀驱动电路(B8)、第二液压阀驱动电路(B9)、第三液压阀驱动电路(B10)用以将DA转换器(B6)输出的电压信号进行功率放大,以满足第一电液伺服作动器(A4)、第二电液伺服作动器(A7)和第三电液伺服作动器(A10)要求。
所述主控制器(B2)和微控制器(B5)均为浮点型DSP,所述的DA转换器 (B6)为16位精度,所述的AD转换器(B7)为16位精度,所述的惯性测量单元(B3)能够检测笛卡尔坐标系下的三轴角速度、三轴加速度信息。
所述第一电液伺服作动器(A4)、第二电液伺服作动器(A7)、第三电液伺服作动器(A10)液压阀为数字液压阀或电液比例阀或电液伺服阀。
所述第一电液伺服作动器(A4)、第二电液伺服作动器(A7)、第三电液伺服作动器(A10)液压缸均为单出杆液压缸。
本发明的运行包括以下四种工况:
工况一:
当需手动调节车轮轮心位置时,驾驶员启动触摸屏(B1)车轮轮心调节功能,并在触摸屏(B1)设置各车轮调心参数,主控制器(B2)接收指令后通过 CAN总线接口电路(B4)传输至微控制器(B5),微控制器(B5)接收指令后,计算出车轮第一电液伺服作动器(A4)、第二电液伺服作动器(A7)、第三电液伺服作动器(A10)位移指令,并分别通过DA转换器(B6)传输至第一液压阀驱动电路(B8)、第二液压阀驱动电路(B9)、第三液压阀驱动电路 (B10),进而驱动第一电液伺服作动器(A4)、第二电液伺服作动器(A7)、第三电液伺服作动器(A10)动作,实现车轮轮心位置调整。
工况二:
当路况较为简单时且需要调节轮心时,驾驶员通过触摸屏(B1)启动自动车轮调心功能,主控制器(B2)接收调心指令后,依据惯性测量单元(B3)反馈的车身角度信息,主控制器(B2)实时计算各车轮调心指令,并将各车轮调心指令通过CAN总线接口电路(B4)传输至相应车轮微控制器(B5),接收指令后,各车轮微控制器(B5)分别计算出各车轮第一电液伺服作动器(A4)、第二电液伺服作动器(A7)、第三电液伺服作动器(A10)位移指令,并分别通过相应车轮DA转换器(B6)传输至第一液压阀驱动电路(B8)、第二液压阀驱动电路(B9)、第三液压阀驱动电路(B10),分别驱动第一电液伺服作动器(A4)、第二电液伺服作动器(A7)、第三电液伺服作动器(A10)动作,实现车轮轮心位置调整。
工况三:
当路况较为简单时且无需调节轮心时,当车辆行驶在平坦路面时,驾驶员通过触摸屏(B1)启动车轮无调心命令,主控制器(B2)接收指令后,将各车轮几何中心位置作为各车轮轮心指令,并通过CAN总线接口电路(B4)传输至相应车轮微控制器(B5),接收指令后,各车轮微控制器(B5)分别计算出每个车轮第一电液伺服作动器(A4)、第二电液伺服作动器(A7)、第三电液伺服作动器(A10)位移指令,并分别通过相应车轮DA转换器(B6)传输至第一液压阀驱动电路(B8)、第二液压阀驱动电路(B9)、第三液压阀驱动电路(B10),驱动第一电液伺服作动器(A4)、第二电液伺服作动器(A7)、第三电液伺服作动器(A10)动作,实现车轮轮心位置调整。
工况四:上述工况一、工况二、工况三可通过触摸屏(B1)设置纯轮心位置调节功能,又可设置轮心位置调节和驱动扭矩同时工作功能。

Claims (7)

1.一种可调心车轮,其特征在于,它主要包括机械结构和控制系统两部分;其中机械结构主要包括车轮外圈(A1)、轮心连接件(A2)、第一电液伺服作动器(A4)、第二电液伺服作动器(A7)、第三电液伺服作动器(A10)、第一联接销轴(A3)、第二联接销轴(A5)、第三联接销轴(A6)、第四联接销轴(A8)、第五联接销轴(A9)、第六联接销轴(A11);
一种可调心车轮控制系统包括触摸屏(B1)、主控制器(B2)、惯性测量单元(B3)、CAN总线接口电路(B4)、微控制器(B5)、DA转换器(B6)、AD转换器(B7)、第一液压阀驱动电路(B8)、第二液压阀驱动电路(B9)、第三液压阀驱动电路(B10);
所述车轮外圈(A1)分别通过第一联接销轴(A3)、第三联接销轴(A6)、第五联接销轴(A9)与第一电液伺服作动器(A4)、第二电液伺服作动器(A7)、第三电液伺服作动器(A10)一端联接,所述第一电液伺服作动器(A4)、第二电液伺服作动器(A7)、第三电液伺服作动器(A10)另一端分别通过第二联接销轴(A5)、第四联接销轴(A8)、第六联接销轴(A11)与轮心连接件(A2)联接;
所述触摸屏(B1)、惯性测量单元(B3)输出端均连接到主控制器(B2)输入端,所述主控制器(B2)通过CAN总线接口电路(B4)与微控制器(B5)传输信号,所述微控制器(B5)输出端与DA转换器(B6)输入端连接,所述DA转换器(B6)输出端分别与第一液压阀驱动电路(B8)、第二液压阀驱动电路(B9)、第三液压阀驱动电路(B10)输入端连接,所述AD转换器(B7)输出端与微控制器(B5)输入端连接;
所述AD转换器(B7)用于采集第一电液伺服作动器(A4)、第二电液伺服作动器(A7)和第三电液伺服作动器(A10)位移传感器信息;
所述CAN总线接口电路(B4)包含多个输入接口,用于与其他车轮微控制器连接,接口数量与调心车轮数量相同;
所述微控制器(B5)通过协调控制第一电液伺服作动器(A4)、第二电液伺服作动器(A7)、第三电液伺服作动器(A10)运动,既可实现轮心位置调节,又可驱动车轮外圈(A1)相对轮心连接件(A2)轴心转动;
所述触摸屏(B1)上具有车轮手动调心、车轮自动调心和无需调心按钮,手动模式下可分别设置各车轮轮心位置信息;
当需手动调节车轮轮心位置时,驾驶员启动触摸屏(B1)车轮轮心调节功能,并在触摸屏(B1)设置各车轮调心参数,主控制器(B2)接收指令后通过CAN总线接口电路(B4)传输至微控制器(B5),微控制器(B5)接收指令后,计算出车轮第一电液伺服作动器(A4)、第二电液伺服作动器(A7)、第三电液伺服作动器(A10)位移指令,并分别通过DA转换器(B6)传输至第一液压阀驱动电路(B8)、第二液压阀驱动电路(B9)、第三液压阀驱动电路(B10),分别驱动第一电液伺服作动器(A4)、第二电液伺服作动器(A7)、第三电液伺服作动器(A10)动作,实现车轮轮心位置调整;
当路况较为简单时且需要调节轮心时,驾驶员通过触摸屏(B1)启动自动车轮调心功能,主控制器(B2)接收调心指令后,依据惯性测量单元(B3)反馈的车身角度信息,主控制器(B2)实时计算各车轮调心指令,并将各车轮调心指令通过CAN总线接口电路(B4)传输至相应车轮微控制器(B5),接收指令后,各车轮微控制器(B5)分别计算出各车轮第一电液伺服作动器(A4)、第二电液伺服作动器(A7)、第三电液伺服作动器(A10)位移指令,并分别通过相应车轮DA转换器(B6)传输至第一液压阀驱动电路(B8)、第二液压阀驱动电路(B9)、第三液压阀驱动电路(B10),驱动第一电液伺服作动器(A4)、第二电液伺服作动器(A7)、第三电液伺服作动器(A10)动作,实现车轮轮心位置调整;
当路况较为简单时且无需要调节轮心时,当车辆行驶在平坦路面时,驾驶员通过触摸屏(B1)启动车轮无调心命令,主控制器(B2)接收指令后,将各车轮几何中心位置作为各车轮轮心指令,并通过CAN总线接口电路(B4)传输至相应车轮微控制器(B5),接收指令后,各车轮微控制器(B5)分别计算出每个车轮第一电液伺服作动器(A4)、第二电液伺服作动器(A7)、第三电液伺服作动器(A10)位移指令,并分别通过相应车轮DA转换器(B6)传输至第一液压阀驱动电路(B8)、第二液压阀驱动电路(B9)、第三液压阀驱动电路(B10),驱动第一电液伺服作动器(A4)、第二电液伺服作动器(A7)、第三电液伺服作动器(A10)动作,实现车轮轮心位置调整。
2.根据权利要求1所述的一种可调心车轮,其特征在于,主控制器和车轮微控制器通过CAN总线进行通讯。
3.根据权利要求1所述的一种可调心车轮,其特征在于,主控制器和车轮微控制器均为浮点型DSP。
4.根据权利要求1所述的一种可调心车轮,其特征在于,通过惯性测量单元测量车身姿态信息。
5.根据权利要求1所述的一种可调心车轮,其特征在于,微控制器能够控制同一车轮各电液伺服作动器,且能够实现各电液伺服作动器协调运动。
6.根据权利要求1所述的一种可调心车轮,其特征在于,可通过触摸屏设置车轮工作状态。
7.根据权利要求1所述的一种可调心车轮,其特征在于,AD转换器和DA转换器均为16位精度。
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