CN106828440A - 一种适用于四驱无人矿车的爆胎安全辅助装置 - Google Patents

Abstract

本发明设计了一种适用于四驱无人矿车的爆胎安全辅助装置，旨在提高无人矿车车轮爆胎后的安全性和保证矿车的工作效率。该辅助装置由驱动机构、传动机构、连接结构和辅助车轮组成。驱动机构采用辅助电机，作为安全辅助装置的动力源；传动机构采用杆系，包括多根传动杆共同工作；连接结构采用铰接结构形式，用于安全辅助装置的固定和各机构之间的连接；辅助车轮装配有轮毂驱动电机，安装叉形机构上，为爆胎的无人矿车提供部分制动力。该爆胎安全辅助装置具有拆装方便、便于维修、适合于恶劣工作环境下工作等特点，工作时该装置具有自锁功能以提高该装置工作的可靠性。

Description

一种适用于四驱无人矿车的爆胎安全辅助装置

技术领域：

本发明属于汽车主动安全的领域，具体设计了一种适用于四驱无人矿车的爆胎安全辅助装置，用于无人矿车爆胎后的安全辅助控制，旨在提高无人矿车爆胎后的稳定性和安全性和工作效率。

技术背景：

据相关数据调查统计，高速公路上的交通事故70％以上是由于高速行驶的汽车爆胎引起的，而且驾驶员由于缺乏爆胎应急处理的经验进行错误操作会导致车毁人亡，跟随汽车常常会发生追尾现象，爆胎汽车与周围行驶车辆也会发生碰撞而造成更严重的交通事故，因此爆胎的控制技术至关重要。现有技术主要是通过轮胎气压监测单元把采集的胎压信号发送给汽车的中央控制单元，中央控制单元决策并发送紧急制动指令以建立爆胎安全控制***，汽车爆胎时纵向执行单元接收控制指令后关闭节气门，横向执行单元接收控制指令后控制转向辅助电机以维持理想的行驶方向。传统汽车一般是前轮转向，在汽车爆胎时,通过主动前轮转向***(Active front steering,AFS)或车身稳定电子***(Electronic Stability Program,ESP)在一定程度上可以控制爆胎后车辆的稳定性，但是ESP***并不是汽车的标准配置***，而且这两种控制***也不是针对汽车爆胎而设计的。针对矿车爆胎的控制一般是设计矿用车的备胎架横梁装置和对矿用车的轮胎进行胎压和温度的监测控制，应用备胎架的装置需要在矿车上配置备胎，而限于矿车应用环境的影响，矿车的轮胎直径及宽度都较大，所以备胎携带不方便，备胎架的应用会影响整车的布置；对矿车轮胎运用胎压和温度的监测控制，此方法需要的监测***需要有控制算法，并且要在整车控制器中编写复杂的程序，需要应用较多的传感器，在矿车恶劣的工作环境下不易保证监测***的正常工作状态。无人驾驶技术是近年来高校和企业研究的热点，也受到了国家的高度重视，而且在航天业和交通运输中已有无人车工作的案例且取得较好的应用效果，因此无人车不久会应用到采矿等工业领域，因此，本专利设计的适用于无人矿车的爆胎安全辅助装置具有较好的应用价值。现有技术中存在一些缺点：一是传统的爆胎控制多是提供一种控制方法，需要在整车控制器内编写复杂的控制程序，而基于设计一种安全辅助装置的方案极少；二是设计的爆胎控制装置多是基于液压***，液压元件制造和加工精度要求较高，装配比较困难，阀系和油路较多、油液受温度和有无空气混入的影响较大、油液污染后影响***可靠性，布置不方便，故障不易检查和排除；三是汽车爆胎后没有充分考虑轮胎脱辋进一步带来的危险；四是没有考虑到爆胎后载荷的分配不均问题。

本专利设计了一种适用于四驱无人矿车的爆胎安全辅助装置，通过驱动机构中的电机为杆系传动机构提供动力，杆系传动机构通过铰接的结构实现连接铰接结构连接以实现杆系相对位置的变化，结构简单可靠、便于加工制造；运动副为面接触，工作时压强小、承载能力大、耐冲击；在原动件运动规律不变的情况下，通过改变各个构件的相对长度使从动件得到不同的运动规律，使机构的运动规律容易控制；安全辅助装置运动到终态时，传动杆4垂直于地面,辅助车轮能够与路面接触并滚动，辅助车轮与地面之间的垂向作用力使爆胎车轮所在车轴高度升高以使车轴上的两车轮离地，四轮汽车转为三轮行驶模式，避免四轮汽车爆胎车轮同轴的未爆胎车轮发生轮辋脱落的危险，避免无人矿车在较高车速行驶时爆胎后因紧急制动而发生后轮先抱死的隐患；辅助车轮装有轮毂驱动电机，通过轮毂驱动电机反转为爆胎汽车提供部分制动力，弥补爆胎车轮所在车轴的两车轮因离地引起的汽车制动力的减少量，使爆胎的无人矿车在逐渐减速之后能够安全的停车或者继续工作，避免出现侧滑、甩尾或翻车等事故的发生；连接辅助车轮的叉形结构与设计有减震器结构的传动杆4连接，可以缓和辅助车轮触地时产生的冲击，并使无人矿车在爆胎后的行驶过程中缓冲、减震，提高汽车行驶的平顺性。

发明内容：

本发明属于汽车主动安全的领域，具体设计了一种适用于四驱无人矿车的爆胎安全辅助装置，用于无人矿车爆胎后的安全辅助控制，旨在提高无人矿车后轮爆胎后的稳定性、安全性和工作效率。为了实现上述目的，本发明按如下技术方案实现：

技术方案中所述的爆胎安全辅助装置，其特征在于安全辅助装置由驱动机构、传动机构、连接结构和辅助车轮组成；驱动机构采用电机，为安全辅助装置提供动力；传动机构采用杆系，包括4根传动杆，杆系运动到工作终态时该装置具有自锁功能；连接结构采用铰接结构，用于安全辅助装置的固定和各杆系之间的连接；辅助车轮装配有轮毂驱动电机，既可以提供驱动力又可以通过轮毂驱动电机的反转为爆胎的无人矿车提供部分制动力。

技术方案中所述的爆胎安全辅助装置，驱动机构中的电机通过螺栓固定于汽车前轴和后轴之间的底盘部位，具体安装位置要满足辅助装置在工作终态时辅助车轮位于车轴的中间正下方的要求，电机输出轴在空间上与车轴平行，并且电机输出轴端一段加工成四角棱形结构，在轴端末加工出螺纹，杆1的一端加工出四角棱形的通孔，电机输出轴的棱形结构与杆1的通孔进行配合，电机输出轴轴末端用螺栓与螺纹配合，防止杆1在电机输出轴上的轴向相对运动，通过电机输出轴的旋转运动带动传动杆1运动，进而实现整个安全辅助装置的工作。

技术方案中所述的爆胎安全辅助装置，传动机构采用杆系，包括4根传动杆，传动杆2的一端与车架铰接，杆2的另一端与传动杆1的未加工棱形通孔的一端、传动杆3的一端通过连接结构铰接，传动杆3另一端与传动杆4中间部位通过连接结构铰接，铰接结构连接以实现杆系相对位置的变化，结构简单可靠、便于加工制造；运动副为面接触，工作时压强小、承载能力大、耐冲击；在原动件运动规律不变的情况下，通过改变各个构件的相对长度使从动件得到不同的运动规律，使机构的运动规律容易控制。

技术方案中所述的爆胎安全辅助装置，传动杆4设计为减震器结构，一端与车架铰接，另一端与装有辅助车轮的叉形机构相连，具体设计为电磁可调悬挂***，该***包括车身位移传感器、电磁液压杆和筒式减震器组成，该悬挂***仅需通过改变电流大小进行磁场强度的调节就可以实现控制阻尼系数的目的，无人矿车运行于不平路面引起车路跳动时，传感器将采集到的信号发送给整车控制***，整车控制器发送控制减震器电子线圈电流的指令，通过电流的运动改变磁场强度以实现改变电磁液粘度的目的，实现减震器高度的自动调整，实现控制车身、减震的功能，保证矿车平顺行驶；爆胎后无人矿车载荷分布不均，通过减震器高度的自动调整，可以实现无人矿车爆胎后的载荷平衡，但是此时车身向前倾斜，对于传统有人车是不允许的，但是对本专利适用的无人矿车是可以的。

技术方案中所述的爆胎安全辅助装置，辅助车轮通过装配的轮毂驱动电机反转为爆胎汽车提供部分制动力，弥补爆胎车轮所在车轴的两车轮离地引起的汽车制动力的减少量，使爆胎的无人矿车在逐渐减速之后能够安全的停车或者继续工作，避免出现侧滑、甩尾或翻车等事故的发生；辅助车轮为装配有轮毂驱动电机的车轮，紧凑的驱动电机和集成化的主动悬挂***的应用，使辅助装置具有轻量化的特点，同时车轮集成电子悬挂***有助于缓冲路面冲击，通过对轮毂驱动电机驱动力的有效控制，可以实现有效的载荷转移，增大该被控车轮的垂向力，进而增大该被控车轮的侧向及纵向最大轮胎力值，通过轮胎力最大值的增加可以更好的保证爆胎车辆的安全性。

技术方案中所述的爆胎安全辅助装置，在工作终态时传动杆4运动到垂直于地面的状态，车轮实现与路面接触并在道路上滚动，车轮受到与汽车行驶方向相反的作用力，传动杆2和转动杆3共线，安全辅助装置自锁，保证了装置工作的可靠性；辅助装置中杆系实现自锁后，此时驱动机构的电机停止对传动杆1动力的输出，相对于装置没有自锁功能时需要电机一直提供动力的装置，可以减少能量的消耗，节省能源。

技术方案中所述的爆胎安全辅助装置，辅助在工作过程中实现四轮汽车转为未爆胎车轴车轮和辅助车轮的三轮行驶模式，爆胎车轮所在车轴的两车轮在辅助车轮的作用下实现离地，可以避免高速行驶的无人矿车爆胎后因紧急制动而产生后轮先抱死的隐患，同时避免未爆胎车轮发生轮胎脱辋的危险。

技术方案中所述的爆胎安全辅助装置，传动杆系和车轮的相关尺寸设计考虑车辆底盘的离地间隙、在不对原有机构产生运动干涉的条件下设计杆系和车轮的具体尺寸。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

1，由于采用线传动电机，可通过直线位置检测反馈控制，即可大大提高转向精度；同时由于线传动电机响应迅速，可缩小转向时间。

2，采用的线传动电机具有速度快，加、减速过程短的特点，可实现快速转向和回正，甚至在紧急情况下也可以实现紧急转向。

3，由于采用线传动电机，可使转向运动安静，噪声低，而且效率高。

4，通过旋转连接线传动电机轴和拉杆接头的带有内螺纹的柱形套筒，可增大两侧转向轮的转角范围。

5，接构简单，零部件数量少，布置起来也相对容易，并且不需要对原有设计进行大的变动。

6，由于采用线传动电机作为动力源，不需要中间转化机构把旋转运动转化为直线运动，而可以直接产生直线运动，使接构大大简化，进一步节约了安装空间，并增加的***的可靠性。

附图说明：

下面结合附图对本发明做进一步的说明：

图1是本发明所述的安全辅助装置的原始位置示意图；

图2是本发明所述的安全辅助装置的工作过程位置示意图；

图3是本发明所述的安全辅助装置的工作终态位置示意图；

图中箭头表示车辆的行驶方向；V表示车辆行驶的速度。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的描述。

参阅图1，整个爆胎安全辅助装置包括驱动机构、传动机构、连接结构和辅助车轮。驱动机构采用电机，电机通过螺栓安装固定在底盘，作为安全辅助装置的动力源；传动机构采用杆系，包括4根传动杆；连接结构采用铰接结构形式，用于安全辅助装置的固定和各机构之间的连接，实现传动杆系的相对位置变化；辅助车轮采用装有轮毂驱动电机的车轮并安装于叉形机构上，轮毂驱动电机既可以为辅助车轮提供驱动力，又可以通过轮毂驱动电机的反转为辅助车轮提供部分制动力；辅助车轮集成化的主动悬挂***的应用，有助于缓冲路面冲击而实现减震效果，同时车轮集成电子悬挂***可以有效的控制俯仰与侧倾运动。

参阅图2，电机通过螺栓安装固定于汽车前轴和车轴之间的底盘上，具体安装位置要满足辅助装置在工作终态时辅助车轮位于车轴的中间正下方的要求，要求其输出轴与车轴在空间上保持平行，输出轴端一段加工成四角棱形结构，在轴端末加工出螺纹，杆1的一端加工出四角棱形的通孔，电机输出轴的棱形结构与杆1的通孔进行配合，电机输出轴轴末端用螺栓与螺纹配合，防止杆1在电机输出轴上的轴向相对运动，通过电机输出轴的旋转运动带动传动杆1运动，传动杆2一端与车架通过连接结构铰接；传动杆2另一端与传动杆1未加工棱形通孔的一端、传动杆3一端通过连接结构铰接；传动杆3另一端与传动杆4的中间位置通过连接结构铰接；传动杆4与车架铰接，另一端与安装有车轮的叉形机构连接。汽车后轮爆胎时，通过电机输出轴的旋转运动带动传动杆1运动，传功杆1通过连接结构带动传动杆2和传动杆3运动，传动杆3通过连接结构带动传动杆4运动。

参阅图3，当安全辅助装置运动到终态位置时，设计的传动杆系保证传动杆2和传动杆3共线，传动杆4处于垂直于路面位置状态，当前位置传动机构实现自锁功能，电机退出工作状态；辅助车轮与路面接触而滚动，通过辅助车轮与地面的垂向作用使车轴上两车轮离地，较高车速时轮毂驱动电机通过反转提供反转驱动力作为部分制动力进行制动力补偿，也可以为辅助车轮提供驱动力。

Claims (9)

1.一种适用于四驱无人矿车的爆胎安全辅助装置，其特征在于安全辅助装置由驱动机构、传动机构、连接结构和辅助车轮组成；驱动机构采用电机，为安全辅助装置提供动力；传动机构采用杆系，包括4根传动杆，杆系运动到工作终态时该装置具有自锁功能；连接结构采用铰接结构，用于安全辅助装置的固定和各杆系之间的连接；辅助车轮装配有轮毂驱动电机，既可以提供驱动力又可以通过轮毂驱动电机的反转为爆胎的无人矿车提供部分制动力。

2.如权利要求1所述的一种适用于四驱无人矿车的爆胎安全辅助装置，其特征在于电机通过螺栓安装于无人矿车前轴和后轴之间的底盘部位，具体安装位置要满足辅助装置在工作终态时辅助车轮位于车轴的中间正下方的要求，电机输出轴在空间上与车轴平行，并且电机输出轴端一段加工成四角棱形结构，在轴端末加工出螺纹，杆1的一端加工出四角棱形的通孔，电机输出轴的棱形结构与杆1的通孔配合实现动力的传输，电机输出轴轴末端用螺栓与螺纹配合，防止杆1在电机输出轴上的轴向相对运动；连接结构采用铰接结构形式，辅助装置在工作过程中各传动杆通过铰接实现相对位置的变化。

3.如权利要求1所述的一种适用于四驱无人矿车的爆胎安全辅助装置，其特征在于传动机构采用杆系结构，具体包括4根传动杆，杆1通过四角棱形通孔与电机输出轴加工的四角棱形结构配合；杆2一端与车架铰接，另一端与传动杆1、杆3铰接；此外，杆3另一端与杆4中间部位铰接；杆4一端与车架铰接，另一端与叉形机构连接，装配有轮毂驱动电机的的辅助车轮安装在叉形机构上。

4.如权利要求3所述的一种适用于四驱无人矿车的爆胎安全辅助装置，其特征在于与辅助车轮连接的叉形结构与减震器结构的传动杆4连接，当辅助车轮在路面上行驶时，车轮因路面不平会受到冲击，传动杆4设计为减震器结构可以缓和辅助车轮触地时产生的冲击，并使爆胎后的无人矿车在辅助装置工作过程中吸收因路面不平产生的冲击能量，实现缓冲、减震的功能，提高矿车行驶的平顺性；辅助车轮为装配有轮毂驱动电机的车轮，紧凑的驱动电机和集成化的主动悬挂***的应用，有助于缓冲路面冲击而实现减震效果，同时车轮集成电子悬挂***可以有效的控制俯仰与侧倾运动，有助于提高整车的操纵稳定性和平顺性。

5.如权利要求4所述的一种适用于四驱无人矿车的爆胎安全辅助装置，其特征在于传动杆4结构具体设计为电磁可调悬挂***，该***包括车身位移传感器、电磁液压杆和筒式减震器组成，该悬挂***仅需通过改变电流大小进行磁场强度的调节就可以实现控制阻尼系数的目的，无人矿车运行于不平路面引起车路跳动时，传感器将采集到的信号发送给整车控制***，整车控制器发送控制减震器电子线圈电流的指令，通过电流的运动改变磁场强度以实现改变电磁液粘度的目的，实现减震器高度的自动调整，实现控制车身、减震的功能，保证矿车平顺行驶；爆胎后无人矿车载荷分布不均，通过减震器高度的自动调整，可以实现无人矿车爆胎后的载荷平衡，提高行驶的安全性。

6.如权利要求5所述的一种适用于四驱无人矿车的爆胎安全辅助装置，其特征在安全辅助装置工作到终态时，传动杆4运动到垂直于地面的状态，辅助车轮实现与路面接触并在道路上滚动，辅助车轮受到与汽车行驶方向相反的作用力，传动杆2和转动杆3共线，安全辅助装置自锁，保证了装置工作的可靠性；辅助装置中杆系实现自锁后，此时驱动机构的电机停止对传动杆1动力的输出，相对于装置没有自锁功能时需要电机一直提供动力的装置，可以减少能量的消耗，节省能源。

7.如权利要求5所述的一种适用于四驱无人矿车的爆胎安全辅助装置，其特征在于安全辅助装置的安装位置可以保证传动杆4在终态时，辅助车轮位于车轴的正中位置下方，辅助车轮接地后通过与地面的垂直作用力使爆胎车轮所在的车轴的两个车轮离地，当前状态下汽车由四轮转为未爆胎车轴两轮与辅助车轮的三轮行驶模式，避免爆胎车轮同轴车轮发生轮胎脱辋的危险，提高爆胎汽车的行驶路径保持能力、操纵稳定性与安全性。

8.如权利要求7所述的一种车辆爆胎安全辅助装置，其特征在于汽车由四轮转为三轮行驶的工作模式可以避免四轮汽车具有的爆胎后因紧急制动而产生的后轮先抱死的隐患，提高无人矿车爆胎后的安全性；辅助车轮装配的轮毂电机可以提供驱动力，又可以通过轮毂驱动电机的反转提供部分制动力，弥补车轴两车轮离地引起的汽车制动力的减少量，使无人矿车爆胎后在逐渐减速之后能够安全的停车，避免出现侧滑、甩尾或翻车等事故的发生。

9.如权利要求7所述的一种车辆爆胎安全辅助装置，其特征在于辅助车轮采用装有轮毂驱动电机的辅助车轮，轮胎胎面宽度与未爆胎车轮的胎面宽度相同，车轮直径设计考虑到车辆底盘空间，在满足空间要求和对原汽车结构不产生运功干涉的条件下设计辅助车轮的直径，节省布置空间。