專利名稱：車廂自動(dòng)平衡裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及車廂平衡技術(shù)，特別涉及一種車廂自動(dòng)平衡裝置，該裝置特別適 用于專門運(yùn)輸需要盡量垂直放置、不宜移動(dòng)、不宜顛簸的物品的車輛或其它交通工具。
背景技術(shù)：
汽車車廂傾斜等姿態(tài)的變化，容易導(dǎo)致所運(yùn)輸?shù)呢浳锇l(fā)生相對(duì)移動(dòng)，尤其是車輛 行駛在崎嶇不平的道路上，貨物發(fā)生相對(duì)移動(dòng)的頻率更高，而現(xiàn)實(shí)生活中的路面均屬于此 種情況。汽車車廂自動(dòng)平衡裝置是保證貨物在運(yùn)輸過(guò)程中不發(fā)生相對(duì)移動(dòng)和碰撞，以降低 貨物損壞率的有效技術(shù)。傳統(tǒng)的車廂平衡裝置是通過(guò)液壓裝置分別驅(qū)動(dòng)車廂的四個(gè)角來(lái)實(shí) 現(xiàn)平衡，或通過(guò)控制懸掛系統(tǒng)分別調(diào)整每個(gè)車輪的高度等方式來(lái)實(shí)現(xiàn)車廂的有限平衡。但 是，無(wú)論是采用液壓裝置，或是采用控制懸掛系統(tǒng)的車廂平衡裝置都存在著安裝復(fù)雜、體積 大以及成本高的缺點(diǎn)，而且，這類純機(jī)械式的平衡技術(shù)的平衡響應(yīng)速度慢，且平衡精度極其 有限，只能實(shí)現(xiàn)大傾角范圍內(nèi)的車廂平衡，而且只能應(yīng)用于平衡汽車車廂，效果不佳，難以 大規(guī)模推廣和使用，未能實(shí)現(xiàn)車廂真正意義上的平衡。
實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)與不足，提供一種響應(yīng)速度快、 平衡精度高的車廂自動(dòng)平衡裝置。本實(shí)用新型的目的是通過(guò)下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的車廂自動(dòng)平衡裝置，包括調(diào)整車 廂姿態(tài)的3環(huán)平衡機(jī)構(gòu)、采集車廂姿態(tài)信號(hào)的加速度傳感器和根據(jù)車廂姿態(tài)信號(hào)輸出平衡 控制信號(hào)給3環(huán)平衡機(jī)構(gòu)的控制系統(tǒng)；所述加速度傳感器安裝在底盤上；所述3環(huán)平衡機(jī) 構(gòu)設(shè)置有外環(huán)、中環(huán)和內(nèi)環(huán)；其中，所述外環(huán)通過(guò)連接件與汽車底盤相連接，通過(guò)調(diào)整該連 接件的高度，可以調(diào)節(jié)車廂活動(dòng)的自由度；所述中環(huán)與外環(huán)通過(guò)縱向軸連接，縱向軸在外環(huán) 的一端還連接有無(wú)刷電機(jī)1，無(wú)刷電機(jī)1與控制系統(tǒng)相連接，無(wú)刷電機(jī)1通過(guò)縱向軸控制中 環(huán)的角度(即翻滾角)；所述內(nèi)環(huán)與中環(huán)通過(guò)橫向軸連接，橫向軸在中環(huán)的一端還連接有無(wú) 刷電機(jī)2，無(wú)刷電機(jī)2與控制系統(tǒng)相連接，無(wú)刷電機(jī)2通過(guò)橫向軸控制內(nèi)環(huán)的角度(即俯仰 角)；所述內(nèi)環(huán)通過(guò)支撐物與車廂連接，通過(guò)調(diào)整該支撐物的高度，也可調(diào)節(jié)車廂活動(dòng)的自 由度。作為優(yōu)選的技術(shù)方案，所述無(wú)刷電機(jī)1安裝在底盤上。所述無(wú)刷電機(jī)2安裝在中環(huán)上，中環(huán)上與無(wú)刷電機(jī)2相對(duì)的位置安裝有重量與無(wú) 刷電機(jī)2相當(dāng)?shù)钠胶鈮K，用以抵消中環(huán)上的無(wú)刷電機(jī)自重產(chǎn)生的偏力。所述控制系統(tǒng)可以根據(jù)實(shí)際情況安裝在底盤、車廂或其它位置上。所述控制系統(tǒng)優(yōu)選單片機(jī)系統(tǒng)，該單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)置有信號(hào)處理電路與加速度傳感 器相連接，以將加速度傳感器采集到的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)為單片機(jī)系統(tǒng)能識(shí)別的信號(hào)傳給單片 機(jī)。單片機(jī)系統(tǒng)還設(shè)置有接口電路，接口電路分別與無(wú)刷電機(jī)1、無(wú)刷電機(jī)2相連接，單片機(jī)系統(tǒng)輸出的平衡控制信號(hào)通過(guò)接口電路輸出給無(wú)刷電機(jī)1、無(wú)刷電機(jī)2。所述單片機(jī)系統(tǒng)包括單片機(jī)、晶體振蕩電路、復(fù)位電路、調(diào)試接口和液晶顯示模 塊。所述單片機(jī)采用C8051F系列單片機(jī)，具備高速的信號(hào)處理能力。所述加速度傳感器采用MEMS (微電機(jī)系統(tǒng))加速度傳感器，能更好地實(shí)時(shí)、精確地 采集車廂姿態(tài)信號(hào)。為了更好的降低成本，減少體積，所述控制系統(tǒng)、加速度傳感器、無(wú)刷電機(jī)1和無(wú) 刷電機(jī)2均與車載蓄電池相連接，由車載蓄電池直接供電。本實(shí)用新型的優(yōu)選平衡方法如下MEMS加速度傳感器實(shí)時(shí)采集車廂的姿態(tài)信號(hào) 并輸出電壓量至單片機(jī)系統(tǒng)，該姿態(tài)信號(hào)包括有車廂的傾角信號(hào)，傾角信號(hào)可以為車廂的 翻滾角變化值、俯仰角變化值中的一者或兩者；當(dāng)單片機(jī)系統(tǒng)接收到的傾角信號(hào)包括有翻滾角變化值時(shí)，輸出相應(yīng)的平衡控制信 號(hào)給無(wú)刷電機(jī)1，無(wú)刷電機(jī)1通過(guò)縱向軸調(diào)整中環(huán)的角度(即翻滾角)，以補(bǔ)償上述車廂的 翻滾角變化值；當(dāng)單片機(jī)系統(tǒng)接收到的傾角信號(hào)包括有俯仰角變化值時(shí)，輸出相應(yīng)的平衡控制信 號(hào)給無(wú)刷電機(jī)2，無(wú)刷電機(jī)2通過(guò)橫向軸調(diào)整內(nèi)環(huán)的角度(即俯仰角)，以補(bǔ)償上述車廂的 俯仰角變化值。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)在于本實(shí)用新型車廂自動(dòng)平衡裝置通過(guò)加速度傳感器可實(shí)時(shí)、精確地采集車廂姿態(tài)信 號(hào)并輸出電壓至控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)根據(jù)采集到的電壓值的大小判斷車廂的俯仰角變化值 和/或翻滾角，再輸出相應(yīng)的平衡控制信號(hào)分別控制安裝在外環(huán)和中環(huán)上的無(wú)刷電機(jī)，以 改變車廂的姿態(tài)，整個(gè)裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝也簡(jiǎn)單，成本低，體積小，達(dá)到了實(shí)時(shí)響應(yīng)、精確 平衡的目的。并且，該汽車車廂自動(dòng)平衡裝置中，根據(jù)車廂和底盤的寬度、長(zhǎng)度等實(shí)際狀況，可 通過(guò)改變3環(huán)平衡機(jī)構(gòu)中的各環(huán)的半徑、底盤與外環(huán)連接件的高度、內(nèi)環(huán)與車廂支撐物的 高度，根據(jù)車輛的載重量選擇相應(yīng)功率的無(wú)刷電機(jī)，可實(shí)現(xiàn)大傾角范圍內(nèi)的車廂平衡。相對(duì)于通過(guò)液壓裝置分別驅(qū)動(dòng)車廂的四個(gè)角實(shí)現(xiàn)平衡，或通過(guò)控制懸掛系統(tǒng)分別 調(diào)整每個(gè)車輪的高度等方式實(shí)現(xiàn)車廂的有限平衡等傳統(tǒng)的車廂平衡方式，本車廂平衡裝置 克服了傳統(tǒng)平衡裝置通過(guò)改變安裝方式以達(dá)到有限的減少車廂的傾斜和顛簸的目的，并未 實(shí)現(xiàn)真正意義上的平衡的缺點(diǎn)。并且該裝置可直接用于飛機(jī)座椅等類似的設(shè)備上，提高乘 坐的舒適度或安全性。
圖1是3環(huán)平衡機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是3環(huán)平衡機(jī)構(gòu)的安裝示意圖；圖3是實(shí)施例中的車廂自動(dòng)平衡裝置的工作原理圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合實(shí)施方式以及附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的詳細(xì)闡述，但是本實(shí)用新型 的實(shí)施方式不僅限于此。[0024]實(shí)施例如圖1或2所示，該車廂自動(dòng)平衡裝置應(yīng)用于汽車車廂平衡，包括調(diào)整車廂姿態(tài)的 3環(huán)平衡機(jī)構(gòu)、采集車廂姿態(tài)信號(hào)的MEMS加速度傳感器和根據(jù)車廂姿態(tài)信號(hào)輸出平衡控制 信號(hào)給3環(huán)平衡機(jī)構(gòu)的單片機(jī)系統(tǒng)。所述MEMS加速度傳感器安裝在車輪(1 上的底盤(1 上。所述3環(huán)平衡機(jī)構(gòu)設(shè)置有外環(huán)(3)、中環(huán)( 和內(nèi)環(huán)(1)；其中，所述外環(huán)C3)通過(guò) 連接件(14)與汽車底盤(12)相連接，通過(guò)調(diào)整該連接件(8)的高度，可以調(diào)節(jié)車廂(11) 活動(dòng)的自由度。所述中環(huán)⑵與外環(huán)(3)通過(guò)縱向軸(10)連接，縱向軸(10)在外環(huán)(3)的一端 還連接有無(wú)刷電機(jī)(9)，無(wú)刷電機(jī)(9)與單片機(jī)系統(tǒng)相連接，無(wú)刷電機(jī)(9)通過(guò)縱向軸(10) 控制中環(huán)O)的角度(即翻滾角)。所述內(nèi)環(huán)(1)與中環(huán)⑵通過(guò)橫向軸(5)連接，橫向軸(5)在中環(huán)O)的一端還 連接有無(wú)刷電機(jī)(7)，無(wú)刷電機(jī)(7)與單片機(jī)系統(tǒng)相連接，無(wú)刷電機(jī)(7)通過(guò)橫向軸(5)控 制內(nèi)環(huán)⑴的角度(即俯仰角)；所述內(nèi)環(huán)⑴通過(guò)支撐物(6)與車廂(11)連接，通過(guò)調(diào) 整該支撐物(6)的高度，也可調(diào)節(jié)車廂(11)活動(dòng)的自由度。所述無(wú)刷電機(jī)(9)安裝在底盤(12)上。所述無(wú)刷電機(jī)(7)安裝在底盤(12)上，或者安裝在中環(huán)(2)上。當(dāng)安裝在中環(huán)(2) 上時(shí)，中環(huán)( 上與無(wú)刷電機(jī)(7)相對(duì)的位置安裝有重量與無(wú)刷電機(jī)2相當(dāng)?shù)钠胶鈮K0)， 用以抵消中環(huán)⑵上的無(wú)刷電機(jī)(7)自重產(chǎn)生的偏力。所述單片機(jī)系統(tǒng)可以根據(jù)實(shí)際情況安裝在底盤(12)、車廂(11)或其它位置上。該 單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)置有信號(hào)處理電路與加速度傳感器相連接，以將加速度傳感器采集到的模擬 信號(hào)轉(zhuǎn)為單片機(jī)系統(tǒng)能識(shí)別的信號(hào)傳給單片機(jī)。單片機(jī)系統(tǒng)還設(shè)置有接口電路，單片機(jī)系 統(tǒng)輸出的平衡控制信號(hào)通過(guò)接口電路輸出給無(wú)刷電機(jī)(9)、無(wú)刷電機(jī)(7)。所述單片機(jī)系統(tǒng)包括單片機(jī)、晶體振蕩電路、復(fù)位電路、調(diào)試接口和液晶顯示模 塊。所述單片機(jī)采用C8051F系列單片機(jī)，具備高速的信號(hào)處理能力。所述單片機(jī)系統(tǒng)、加速度傳感器、無(wú)刷電機(jī)(9)和無(wú)刷電機(jī)(7)均與車載蓄電池相 連接，由車載蓄電池直接供電。如圖3所示。上述車廂自動(dòng)平衡裝置的平衡原理如下MEMS加速度傳感器實(shí)時(shí)采 集車廂(11)的姿態(tài)信號(hào)并輸出電壓量至單片機(jī)系統(tǒng)，該姿態(tài)信號(hào)包括有車廂(11)的傾角 信號(hào)，傾角信號(hào)可以為車廂(11)的翻滾角變化值、俯仰角變化值中的一者或兩者；當(dāng)單片機(jī)系統(tǒng)接收到的傾角信號(hào)包括有翻滾角變化值時(shí)，輸出相應(yīng)的平衡控制信 號(hào)給無(wú)刷電機(jī)(9)，無(wú)刷電機(jī)(9)通過(guò)縱向軸(10)調(diào)整中環(huán)⑵的角度(即翻滾角)，以補(bǔ) 償上述車廂(11)的翻滾角變化值；當(dāng)單片機(jī)系統(tǒng)接收到的傾角信號(hào)包括有俯仰角變化值時(shí)，輸出相應(yīng)的平衡控制信 號(hào)給無(wú)刷電機(jī)(7)，無(wú)刷電機(jī)(7)驅(qū)動(dòng)通過(guò)橫向軸(5)調(diào)整內(nèi)環(huán)(1)的角度(即俯仰角)， 以補(bǔ)償上述車廂(11)的俯仰角變化值。在具體實(shí)施上，單片機(jī)系統(tǒng)的軟件算法及翻滾角、俯仰角的控制可以按如下方式 實(shí)施單片機(jī)系統(tǒng)定義車頭比車尾高時(shí)(如汽車上坡)，俯仰角為正，車頭比車尾低時(shí)(如汽車下坡)俯仰角為負(fù)，當(dāng)汽車車身右側(cè)比左側(cè)低時(shí)，翻滾角為正，右側(cè)比左側(cè)高時(shí)，翻 滾角為負(fù)。 當(dāng)汽車傾斜時(shí)，如車頭比車尾高出15° (俯仰角為+15° )，右側(cè)比左側(cè)高 10° (翻滾角為-10° )，單片機(jī)系統(tǒng)通過(guò)MEMS加速度傳感器檢測(cè)到該角度值進(jìn)行相關(guān)處 理后，輸出相應(yīng)的平衡控制信號(hào)給接口電路，進(jìn)而控制無(wú)刷電機(jī)(7)和無(wú)刷電機(jī)(9)，分別 轉(zhuǎn)動(dòng)-15°和+10°，補(bǔ)償?shù)妆P傾斜所產(chǎn)生的俯仰角和翻滾角，保持車廂平衡。以上描述了 根據(jù)本實(shí)用新型的原理實(shí)現(xiàn)的特定裝置系統(tǒng)和方法步驟，但是本實(shí)用新型的范圍不僅限于 此。本實(shí)用新型涵蓋落在所附權(quán)利要求及其同等物范圍內(nèi)的所有實(shí)例。
權(quán)利要求1.車廂自動(dòng)平衡裝置，其特征在于包括調(diào)整車廂姿態(tài)的3環(huán)平衡機(jī)構(gòu)、采集車廂姿態(tài) 信號(hào)的加速度傳感器和根據(jù)車廂姿態(tài)信號(hào)輸出平衡控制信號(hào)給3環(huán)平衡機(jī)構(gòu)的控制系統(tǒng)； 所述加速度傳感器安裝在底盤上；所述3環(huán)平衡機(jī)構(gòu)設(shè)置有外環(huán)、中環(huán)和內(nèi)環(huán)；其中，所述 外環(huán)通過(guò)連接件與汽車底盤相連接；所述中環(huán)與外環(huán)通過(guò)縱向軸連接，縱向軸在外環(huán)的一 端還連接有無(wú)刷電機(jī)(1)，無(wú)刷電機(jī)(1)與控制系統(tǒng)相連接；所述內(nèi)環(huán)與中環(huán)通過(guò)橫向軸連 接，橫向軸在中環(huán)的一端還連接有無(wú)刷電機(jī)0)，無(wú)刷電機(jī)( 與控制系統(tǒng)相連接；所述內(nèi) 環(huán)通過(guò)支撐物與車廂連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的車廂自動(dòng)平衡裝置，其特征在于所述無(wú)刷電機(jī)(2)安裝在 中環(huán)上，中環(huán)上與無(wú)刷電機(jī)( 相對(duì)的位置安裝有重量與無(wú)刷電機(jī)( 相當(dāng)?shù)钠胶鈮K。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的車廂自動(dòng)平衡裝置，其特征在于所述無(wú)刷電機(jī)(1)安裝在ο
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的車廂自動(dòng)平衡裝置，其特征在于所述無(wú)刷電機(jī)(1)安裝在ο
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4任意一項(xiàng)所述的車廂自動(dòng)平衡裝置，其特征在于所述控制系 統(tǒng)采用單片機(jī)系統(tǒng)，該單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)置有信號(hào)處理電路與加速度傳感器相連接，單片機(jī)系 統(tǒng)還設(shè)置有接口電路，接口電路分別與無(wú)刷電機(jī)(1)、無(wú)刷電機(jī)( 相連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的車廂自動(dòng)平衡裝置，其特征在于所述單片機(jī)采用C8051F系 列單片機(jī)。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的車廂自動(dòng)平衡裝置，其特征在于所述加速度傳感器采用微 電機(jī)系統(tǒng)加速度傳感器。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的車廂自動(dòng)平衡裝置，其特征在于所述控制系統(tǒng)、加速度傳感 器、無(wú)刷電機(jī)(1)和無(wú)刷電機(jī)( 均與車載蓄電池相連接。
專利摘要本實(shí)用新型提供車廂自動(dòng)平衡裝置，包括調(diào)整車廂姿態(tài)的3環(huán)平衡機(jī)構(gòu)、采集車廂姿態(tài)信號(hào)的加速度傳感器和根據(jù)車廂姿態(tài)信號(hào)輸出平衡控制信號(hào)給3環(huán)平衡機(jī)構(gòu)的控制系統(tǒng)；3環(huán)平衡機(jī)構(gòu)設(shè)置有外環(huán)、中環(huán)和內(nèi)環(huán)；外環(huán)通過(guò)連接件與汽車底盤相連接；中環(huán)與外環(huán)通過(guò)縱向軸連接，縱向軸在外環(huán)的一端還連接有無(wú)刷電機(jī)(1)，無(wú)刷電機(jī)(1)與控制系統(tǒng)相連接；所述內(nèi)環(huán)與中環(huán)通過(guò)橫向軸連接，橫向軸在中環(huán)的一端還連接有無(wú)刷電機(jī)(2)，無(wú)刷電機(jī)(2)與控制系統(tǒng)相連接；所述內(nèi)環(huán)通過(guò)支撐物與車廂連接?？刂葡到y(tǒng)根據(jù)采集到的車廂姿態(tài)信號(hào)，分別控制2個(gè)無(wú)刷電機(jī)實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)來(lái)補(bǔ)償車廂的角度變化，通過(guò)3環(huán)平衡機(jī)構(gòu)保持車廂的平衡。
文檔編號(hào)B60G17/0165GK201833848SQ20102011704
公開日2011年5月18日 申請(qǐng)日期2010年2月23日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月23日
發(fā)明者李曦東, 趙祚喜, 辛學(xué)翀, 陳健 申請(qǐng)人:辛學(xué)翀