CN214523235U - 一种电动微型公铁两用车遥控底盘 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及电动车底盘，特别是一种电动微型公铁两用车遥控底盘，属于车辆底盘设计领域。包括：驱动系统、电气系统、车架系统、悬架系统、复合车轮系统；底盘使用动力电池作为能源供给，带位置编码器和精密行星减速器的直流无刷电机作为动力输出；驱动、转向、制动功能通过遥控器发出的指令实现；底盘上的硬件接口丰富，适应性好。本发明具有结构简单、通用性能好、维护方便、转弯半径小、制造成本低、运行平稳的特点，解决了传统公铁两用车底盘空间狭小、能耗高、底盘笨重、通用性差的问题。

Description

一种电动微型公铁两用车遥控底盘

技术领域

本实用新型涉及电动车底盘，特别是一种电动微型公铁两用车遥控底盘，属于车辆底盘设计领域。

背景技术

公铁两用车又称公路和铁路两用车，是指能在公路上或轨道上运行的专用车辆，具有机动性强、工作效率高、安全性高的特点。公铁两用车在轨道消防、轨道检修及轨道巡逻等诸多领域发挥着重要作用。近些年，环保无污染、轻巧灵敏、小转弯半径、可靠性能高、制造成本低、可批量生产、设计和制造周期短的公铁两用车正受到某些铁路专线的青睐，并且得到广泛关注。

目前市面上的公铁车主要包括公路和铁路两套行走系统，公铁车的生产方式有两种：一种是通过改装传统的内燃机汽车生产，使用的依旧是传统车的底盘，各个组成部分几乎不能改动。底盘组成相对复杂，零件多，安装空间小，维修不便，制造成本高，安全稳定性差。底盘结构布置位置相对较高，不便铁路行走系统和附属设备的安装；另外一种是自主研发，可以根据实际的使用需求进行设计，针对不同的铁路专线，不同的使用环境研发，灵活性好，但制造成本高，生产周期长，通用性差，难以批量生产。

实用新型内容

本实用新型提供一种电动微型公铁两用车遥控底盘，具有结构简单、通用性能好、维护方便、转弯半径小、制造成本低、运行平稳的特点，解决了传统公铁两用车底盘空间狭小、能耗高、底盘笨重、通用性差的问题。此类底盘采用动力电池作为动力源，两个直流无刷电机通过CAN通讯实现驱动、制动功能，四个独立的弹簧减震器作为底盘的支撑部件，采用较小的底盘空间布置形式实现车辆行驶、转向、传动、制动功能。不需要采用传统内燃机汽车的底盘系统，大大简化了底盘重量，结构紧凑简单，使底盘质量更轻，可通过人力实现车辆上轨和下轨。使用直流无刷电机驱动，运行时无污染，经济性能好，安全可靠。底盘上有多余的空间，可以安装附属电器设备或机械装置来完备公铁两用车的实际使用功能，具有良好的应用前景。

本实用新型所采用的技术方案为：

所述遥控底盘包括驱动系统、电气系统、车架系统、悬架系统、复合车轮系统。

所述驱动系统为直流无刷电机驱动系统，直流无刷电机为底盘提供驱动力矩、制动力矩，电机的内部集成了刹车机构，可以实现制动和驻车；所述驱动系统包括带位置编码器和精密行星减速器的直流无刷电机、梅花形弹性联轴器、球笼式万向传动总成、带内花键的法兰盘、复合驱动车轮；直流无刷电机输出轴与球笼式万向传动总成输入轴通过所述梅花形弹性联轴器连接，球笼式万向传动总成输出轴与所述带内花键的法兰盘通过花键连接，带内花键的法兰盘与复合驱动车轮通过螺栓连接；所述球笼式万向传动总成包括球笼式万向传动总成输入轴、中间轴、球笼式万向传动总成输出轴、防尘罩。

所述电气系统保证底盘上的电器设备能够正常工作；所述电气系统包括串联连接的动力电池、电池BMS管理系统、电源变压器、PLC控制器、继电器、带触控面板和遥控接收器的底盘控制器、电机控制器、车速传感器、硬件扩展接口系统；所述动力电池与电池BMS管理系统连接，电池BMS管理系统与底盘控制器连接，底盘控制器与所述电机控制器连接，电机控制器与直流无刷电机相连接；底盘控制器向电机控制器发出控制指令，实现直流无刷电机的驱动、制动、驻车制动功能。

所述车架系统是底盘的装配基体，用于支撑、连接底盘上的零部件，并承受来自车内外的载荷；所述车架系统包括车架、底板、直流无刷电机安装支架；所述驱动系统、电气系统、悬架系统均安装在所述车架上。

所述悬架系统将外界作用于复合车轮的力和力矩传递到车架上，缓冲公路或铁路带来的冲击，保证底盘正常行驶；所述悬架系统包括U型支臂、A型支臂、弹簧减震器、转向羊角、弹簧减震器安装吊耳、U型支臂安装吊耳、A型支臂安装吊耳、U型支臂安装球头、A型支臂安装球头、支臂安装螺栓。

所述复合车轮系统产生驱动力和制动力，同时支撑底盘，保证底盘的越障能力；所述复合车轮系统包括橡胶车轮、导轮、带内花键的法兰盘与橡胶车轮连接螺栓、导轮与橡胶车轮连接螺栓；导轮与橡胶车轮用螺栓连接或焊接方式锁定成一体。

所述底盘驱动方式为对角驱动，四个复合车轮中只有左前复合车轮和右后复合车轮为驱动轮，其余两个复合车轮为复合从动车轮，起支撑底盘的作用；所述驱动方式可使底盘实现直线或转向行驶。

所述底盘使用CAN总线通讯，减少了线束的数量和线束的容积，提高了电气系统的可靠性、可维护性，能实现数据共享，改善系统的灵活性，通用性高、适用性强、扩展性好。

本实用新型的有益效果：

（1）使用复合车轮，可以同时在轨道或铁路上行驶，拆卸方便，易于维护，可靠性能高；结构简单，制造成本低，可以批量生产。

（2）使用U型、A型支臂和弹簧减震器，安装和拆卸方便，行驶稳定性好。

（3）底盘质量轻，占用空间小、转弯半径小，通用性和适用性能好。

（4）底盘部分使用CAN总线通讯，硬件接口丰富，扩展性能好。

（5）车架结构轻巧，可安装机械装置或电器设备，能满足不同的使用需求。

（6）使用动力电池作为动力源，直流电机提供驱动力矩，节能环保、噪音小，安全无污染，运行稳定可靠。

（7）底盘制造周期短，经济性能好，通用性能高，具有很好的应用前景。

附图说明

图1为电动微型公铁两用车遥控底盘控制框图；

图2为电动微型公铁两用车遥控底盘实物布置图；

图3为电动微型公铁两用车遥控底盘局部剖视图；

图4为电动微型公铁两用车遥控底盘电器设备布置图。

其中：1-复合驱动车轮、2-悬架系统、3-复合从动车轮支撑轴、4-驱动系统、5-球笼式万向传动总成、6-车架系统、7-电气系统、8-复合从动车轮、9-复合车轮系统、10-铁轨、11-轨道路枕、12-弹簧减震器安装吊耳、13-U型支臂、14-弹簧减震器、15- U型支臂安装吊耳、16-梅花形弹性联轴器、17-球笼式万向传动总成输入轴、18-防尘罩、19-U型支臂安装球头、20-橡胶车轮、21-导轮、22-橡胶车轮轮辋、23-橡胶车轮轮辐、24-带内花键的法兰盘与橡胶车轮连接螺栓、25-带内花键的法兰盘、26-球笼式万向传动总成输出轴、27-导轮与橡胶车轮连接螺栓、28-A型支臂安装球头、29-转向羊角、30-中间轴、31- A型支臂安装吊耳、32-直流无刷电机安装支架、33-带位置编码器和精密行星减速器的直流无刷电机、34-车架、35-直流无刷电机位置编码器、36-支臂安装螺栓、37-A型支臂、38-带有阻尼且可以伸缩的横向稳定杆、39-电机控制器、40-电源变压器、41-PLC控制器、42-继电器、43-车速传感器、44-底板、45-动力电池、46-带触控面板和遥控接收器的底盘控制器、47-电池BMS管理系统、48-硬件扩展接口系统、49-木板。

具体实施方式

结合附图对本实用新型的具体实施方式做出详细的说明。

实施例1：

本实用新型提供一种电动公铁两用车遥控底盘，包括驱动系统、电气系统、车架系统、悬架系统、复合车轮系统，具有通用性、适用性好的优点，底盘上的硬件接口丰富，拓展性能好。底盘占用空间小，对角方式驱动，可以平稳直线行驶或转向，转弯半径小，结合相对应的控制策略可以实现原地转向，能运用到某些狭小的工作环境中。同时，具有经济性好，环保性能高，制造成本低，运行平稳的特点，解决了传统公铁两用车笨重不灵敏，能耗高，噪声大，应用领域单一的问题。

电动公铁两用车遥控底盘控制框图如图1所示，带有PWM接口的底盘控制器接收到遥控信号发生器和电池管理系统输入的信号后，通过控制策略驱动电机控制器工作，当电机控制器得到指令以后驱动直流无刷电机输出驱动力矩，使底盘能够直线行驶或转向。底盘控制器会根据电机控制器和其他系统反馈过来的信号实时控制直流无刷电机的驱动力矩，使电机能在不同工况下满足使用需求。在经过弯道时，底盘控制器会根据相应的控制策略和指令控制两个直流无刷电机的转速，使两个复合驱动车轮产生的驱动力矩不一致，从而实现底盘转向功能。

车架系统主要包括车架、底板、直流无刷电机安装支架，车架是圆形钢管焊接而成，属于承载式车架，底板由高强度的塑料制作而成，质量轻，安装性能好。车架整体占用空间小，车架中心对称，可以方便车身表皮的安装，减小了工作量。底板上空间充足，可以安装机械装置、电器设备、传感器，如：升降台、清扫装置、摄像头、激光雷达，根据不同的铁路专线安装相应的设备，满足铁路专线的使用需求。直流无刷电机安装支架为L型，直流无刷电机通过六个螺栓和L型支架连接，能够保证直流无刷电机在任何情况下平稳工作，不会出现抖动或者掉落等意外情况。

复合车轮系统主要包括橡胶车轮、导轮、带内花键的法兰盘与橡胶车轮连接螺栓、导轮与橡胶车轮连接螺栓。橡胶车轮和导轮通过四个螺栓连接，橡胶车轮受到的驱动力矩通过螺栓传递给导轮，从而驱动车辆能够行驶。复合驱动车轮为左前复合车轮和右后复合车轮，复合从动车轮为左后复合车轮和右前复合轮。

悬架系统包括U型支臂、A型支臂、弹簧减震器、转向羊角、弹簧减震器安装吊耳、U型支臂安装吊耳、A型支臂安装吊耳、U型支臂安装球头、A型支臂安装球头、支臂安装螺栓。A型支臂与车架底部连接，U型支臂与车架中部连接，A型、U型支臂与转向羊角、弹簧减震器连接，弹簧减震器与车架、U型支臂连接，支臂安装吊耳、弹簧减震器安装吊耳与车架采用焊接方式连接，其余连接处均采用螺栓连接。转向羊角内圆柱面与球笼式万向传动总成输出轴和复合从动车轮支撑轴的外圆柱面相贴合，其与车架共同支撑整个悬架系统。

转向功能根据控制策略、遥控信号、四个带有阻尼且可以伸缩的横向稳定杆实现，横向稳定杆由球头、杆身、螺旋弹簧、螺旋弹簧限位块、限位垫片、阻尼器组成。横向稳定杆球头与转向羊角上的转向节臂连接，横向稳定杆的另一端与支臂安装吊耳连接，支臂安装吊耳焊接在车架底部。直流无刷电机在底盘前后两端，分别驱动左前复合车轮和右后复合车轮，底盘需要转向时，通过遥控器和底盘控制器向两个电机控制器发送不同的转速指令，两个复合驱动车轮在受到不同的驱动力矩以后，会使底盘受到不同的单边驱动力矩，车架受到复合驱动车轮产生的横摆力矩后，同轴的复合从动车轮会往相同的方向偏转，底盘便可实现转向功能。此种转向方式转弯半径小，在某些特殊或者狭窄的地方，还可以实现原地转向，底盘能适应不同的工作环境。当底盘需要直线行驶时，控制两个直流无刷电机的转速和输出扭矩相同，复合从动车轮通过横向稳定杆上的弹簧和阻尼器的相互作用实现自动回正。当四个车轮相互平行，两个直流无刷电机转速和扭矩又相同时，底盘便能够直线行驶。

电气系统包括串联连接的动力电池、电池BMS管理系统、电源变压器、PLC控制器、继电器、带触控面板和遥控接收器的底盘控制器、电机控制器、车速传感器、硬件扩展接口系统、电路总开关组成。动力电池共有两个，分布在底盘中部两端，容量大、续航能力强，动力电池与电池BMS管理系统连接，电池BMS管理系统与带触控面板和遥控接收器的底盘控制器连接，底盘控制器与PLC控制器和电机控制器连接，遥控器实时发送控制指令，车速传感器和直流无刷电机位置编码器实时采集信号并反馈到底盘控制器，保证底盘能够正常运行。两个变压器分别向PLC控制器、继电器和底盘控制器提供特定的电压，使其能够正常工作，电机控制器和直流无刷电机直接由动力电池提供电能。硬件扩展接口系统主要包括一些常见的CAN口、取电口、通信口、充电口，接口丰富，拓展性能好，可以接上电子设备或机械装置，如：巡逻设备、检修设备、扫描仪、笔记本电脑。

实施例2：

本电动公铁两用车遥控底盘结构紧凑，在底盘的前后两端安装直流无刷电机，负责驱动左前复合车轮和右后复合车轮,使底盘正常行驶。在遇到紧急情况或者驻车时，可以向电机发送紧急制动命令或驻车制动命令。

本电动公铁两用车遥控底盘特征在于，橡胶车轮通过螺栓连接一个半径小于橡胶车轮的导轮，导轮的踏面与铁轨接触时，内侧的橡胶车轮悬空，完全不起作用。铁轨受到底盘的重力，此时导轮产生底盘行驶的驱动力矩，当导轮旋转时，底盘便可以在铁路上运行，完成相应的铁路专线工作，导轮的轮缘与铁轨紧密贴合，保证导轮始终能在铁轨上运行，不会出现脱轨现象。直流无刷电机固定在安装支架上，通过弹性联轴器与球笼式万向传动总成输入轴连接，实现直流无刷电机到复合车轮驱动力矩的传递。弹性联轴器的内花键与球笼式万向传动总成输入轴的外花键连接，球笼将扭矩传递到中间轴，中间轴将扭矩传递到带球笼的输出轴上，输出轴的外花键与法兰盘的内花键连接。底盘在运行过程中，弹性联轴器与直流无刷电机输出轴固定连接，与球笼式万向传动总成输入轴同轴心连接，在复合车轮收到冲击时，联轴器能相对球笼式万向传动总成有轴向的位移，可以使电机的输出功率损失减少。球笼式万向传动总成主要是为了改变扭矩传递的方向，使电机不受复合车轮在行驶过程中跳动的影响，外球笼外花键与带内花键的法兰盘连接，带内花键的法兰盘与橡胶车轮通过四个螺栓连接，将扭矩传递到复合车轮，使底盘能够正常直行或转向。

底盘十分轻巧，在使用过程中，只需要两人便可实现上轨和下轨，方便快捷，易于维护。底盘占用空间小、转弯半径小、通用性和适用性能好。本底盘使用动力电池作为动力源，电机提供驱动力矩，节能环保、安全无污染，噪音小，运行稳定可靠。解决了以往公铁车笨重不灵敏，底盘结构复杂，空间狭小，不便维修的问题，为公铁车未来的发展提供了新的思路，具有很好的发展前景。

本电动公铁两用车遥控底盘，使用遥控器控制底盘的行驶速度和转向，解放了人力,使铁路检修或清扫作业更加方便、简单和安全。所有操作集成在遥控器上，减少了不必要的操作设备，使底盘质量更轻，节省了材料和能源，也更加符合节能环保的理念。

Claims (7)

1.一种电动微型公铁两用车遥控底盘，其特征在于，所述遥控底盘包括驱动系统（4）、电气系统（7）、车架系统（6）、悬架系统（2）、复合车轮系统（9）；所述驱动系统（4）为直流无刷电机驱动系统，带位置编码器和精密行星减速器的直流无刷电机（33）为底盘提供驱动力矩、制动力矩，电机的内部集成了刹车机构，可以实现制动和驻车；所述电气系统（7）保证底盘上的电器设备能够正常工作；所述车架系统（6）是底盘的装配基体，用于支撑、连接底盘上的零部件，并承受来自车内外的载荷；所述悬架系统（2）将外界作用于复合车轮上的力和力矩传递到车架上，缓冲公路或铁路带来的冲击，保证底盘正常行驶；所述复合车轮系统（9）产生驱动力和制动力，同时支撑底盘，保证底盘的越障能力。

2.根据权利要求1所述的电动微型公铁两用车遥控底盘，其特征在于，所述驱动系统（4）包括带位置编码器和精密行星减速器的直流无刷电机（33）、梅花形弹性联轴器（16）、球笼式万向传动总成（5）、带内花键的法兰盘（25）、复合车轮系统（9）；直流无刷电机输出轴与球笼式万向传动总成输入轴（17）通过所述梅花形弹性联轴器（16）连接，球笼式万向传动总成输出轴（26）与所述带内花键的法兰盘（25）通过花键连接，带内花键的法兰盘（25）与复合驱动车轮（1）通过螺栓连接；所述球笼式万向传动总成（5）包括球笼式万向传动总成输入轴（17）、中间轴（30）、球笼式万向传动总成输出轴（26）、防尘罩（18）；所述梅花形弹性联轴器（16）能相对球笼式万向传动总成（5）有轴向的位移。

3.根据权利要求1所述的电动微型公铁两用车遥控底盘，其特征在于，所述电气系统（7）包括串联连接的动力电池（45）、电池BMS管理系统（47）、电源变压器（40）、PLC控制器（41）、继电器（42）、带触控面板和遥控接收器的底盘控制器（46）、电机控制器（39）、车速传感器（43）、硬件扩展接口系统（48）；所述动力电池（45）与电池BMS管理系统（47）连接，电池BMS管理系统（47）与带触控面板和遥控接收器的底盘控制器（46）连接，带触控面板和遥控接收器的底盘控制器（46）与所述电机控制器（39）连接，电机控制器（39）与带位置编码器和精密行星减速器的直流无刷电机（33）连接；带触控面板和遥控接收器的底盘控制器（46）向电机控制器（39）发出控制指令，所述控制指令包括驱动指令、制动指令、驻车指令。

4.根据权利要求1所述的电动微型公铁两用车遥控底盘，其特征在于，所述车架系统（6）包括车架（34）、底板（44）、直流无刷电机安装支架（32）；所述驱动系统（4）、电气系统（7）、悬架系统（2）均安装在所述车架（34）上。

5.根据权利要求1所述的电动微型公铁两用车遥控底盘，其特征在于，所述悬架系统（2）包括U型支臂（13）、A型支臂（37）、弹簧减震器（14）、转向羊角（29）、弹簧减震器安装吊耳（12）、U型支臂安装吊耳（15）、A型支臂安装吊耳（31）、U型支臂安装球头（19）、A型支臂安装球头（28）、支臂安装螺栓（36）。

6.根据权利要求1所述的电动微型公铁两用车遥控底盘，其特征在于，所述复合车轮系统（9）包括橡胶车轮（20）、导轮（21）、带内花键的法兰盘与橡胶车轮连接螺栓（24）、导轮与橡胶车轮连接螺栓（27）；导轮（21）与橡胶车轮（20）用螺栓连接或焊接方式锁定成一体。

7.根据权利要求1所述的电动微型公铁两用车遥控底盘，其特征在于，所述底盘的驱动方式为对角驱动，四个复合车轮中只有左前复合车轮和右后复合车轮为驱动轮，其余两个复合车轮为复合从动车轮，起支撑底盘的作用；所述驱动方式可以使底盘实现直线或转向行驶。

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