一种车架稳态自适应平衡系统

1.本发明涉及车架技术领域，特别是一种车架稳态自适应平衡系统。


背景技术：

2.在重型商用车的车身部件架构中，车架主要起到了承载车身重量和平衡前后轮胎载重压力等作用，其重量在整个车身的总体重量中所占的比例也比较大。商用车在急转弯、急停等危险工况下行驶时，整车很容易产生漂移和侧翻，造成严重事故的发生。传统车架尺寸框架和重量比较大，且左右和前后的重量分布较为均衡，然而在整车装配的环境下，考虑到驾驶室中驾驶员、车载设备和货物重量分布的随机性，很容易造成车体在前后或左右方向上重量的不均匀，这种缺陷很可能使得整车在急转弯、急停工况下侧翻。因此，亟需一种自适应的车载质量的智能化匹配系统来自动调整车身质量，避免这种侧翻等危险事故的可能性。


技术实现要素：

3.本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本技术的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。
4.鉴于上述和/或现有的车架稳态自适应平衡系统中存在的问题，提出了本发明。
5.因此，本发明所要解决的问题在于如何提供一种车架稳态自适应平衡系统。
6.为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种车架稳态自适应平衡系统，其包括，磁体单元，设置于车架的拐角处，包括固定盘，以及设置于两个所述固定盘之间的磁体组件，所述固定盘与车架固定连接，所述磁体组件朝向与相对应的所述车架边梁平行；滑动单元，设置于相邻的两个所述磁体单元之间，包括与所述车架滑动配合的支架滑移板、设置于两个所述支架滑移板之间的质量块、设置于所述支架滑移板侧面的隔离板、设置于所述隔离板和所述支架滑移板之间的弹簧、固定于所述车架上的伸缩件，以及设置于所述隔离板侧面的挡板，所述伸缩件的伸缩端分别与所述挡板配合。
7.作为本发明所述车架稳态自适应平衡系统的一种优选方案，其中：所述磁体组件包括支撑柱、多个环绕在所述支撑柱四周的铁芯、缠绕在每一个所述铁芯上的绕磁线圈，以及用于固定所述铁芯的支撑环，所述支撑环与所述固定盘固定连接。
8.作为本发明所述车架稳态自适应平衡系统的一种优选方案，其中：所述车架上设置有滑轨，所述支架滑移板上设置与所述滑轨配合的第一凹槽。
9.作为本发明所述车架稳态自适应平衡系统的一种优选方案，其中：所述车架包括长边梁和短边梁，在所述长边梁的中部还设置有磁体单元。
10.作为本发明所述车架稳态自适应平衡系统的一种优选方案，其中：所述滑动单元沿所述车架周向均匀布置。
11.作为本发明所述车架稳态自适应平衡系统的一种优选方案，其中：所述伸缩件包
括设置于车架上的气囊、以及与所述气囊配合的阻尼器，所述阻尼器与所述挡板配合。
12.作为本发明所述车架稳态自适应平衡系统的一种优选方案，其中：所述质量块材料为铁。
13.作为本发明所述车架稳态自适应平衡系统的一种优选方案，其中：所述长边梁和短边梁采用槽钢，所述滑动单元嵌入在所述长边梁和短边梁内。
14.作为本发明所述车架稳态自适应平衡系统的一种优选方案，其中：所述车架设置有上下两层，并采用焊接进行固定。
15.作为本发明所述车架稳态自适应平衡系统的一种优选方案，其中：在所述车架上均匀设置有多个高度传感器。
16.本发明有益效果为：多个可滑移的质量块可以改善车身的周向质量分布，改善了传统车架固定质量分布的缺陷，同时在各隔离板间的弹簧作用下也能避免在一定程度上削减冲击能量，进一步减小侧翻的可能性。
附图说明
17.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：
18.图1为实施例1中车架稳态自适应平衡系统的结构图。
19.图2为实施例1中车架稳态自适应平衡系统的磁体单元滑动单元示意图。
20.图3为实施例1中车架稳态自适应平衡系统的磁体单元结构图。
21.图4为实施例1中车架稳态自适应平衡系统的滑动单元结构图。
22.图5为实施例1中车架稳态自适应平衡系统的滑动单元另一视角结构图。
23.图6为实施例1中车架稳态自适应平衡系统的质量块在车架上分布和滑移方向示意图。
24.图7为实施例1中车架稳态自适应平衡系统的质量块移动后的车架系统左右方向上再平衡原理图。
25.图8为实施例1中车架稳态自适应平衡系统的质量块移动后的车架系统前后方向上再平衡原理图。
具体实施方式
26.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
27.在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
28.其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。
29.实施例1
30.参照图1和图8，为本发明第一个实施例，该实施例提供了一种车架稳态自适应平衡系统，车架稳态自适应平衡系统包括车架100、磁体单元200和滑动单元300，磁体单元200和滑动单元300均设置于车架100上。
31.具体的，磁体单元200设置于车架100的拐角处，包括固定盘201，以及设置于两个所述固定盘201之间的磁体组件202，所述固定盘201与车架100固定连接，所述磁体组件202朝向与相对应的所述车架100边梁平行，相邻的两个固定盘201之间设置有两个磁体组件202。所述磁体组件202包括支撑柱202a、多个环绕在所述支撑柱202a四周的铁芯202b、缠绕在每一个所述铁芯202b上的绕磁线圈202c，以及用于固定所述铁芯202b的支撑环202d，所述支撑环202d与所述固定盘201固定连接。同一个所述磁体单元200内的所述绕磁线圈202c缠绕方向相同。
32.滑动单元300设置于相邻的两个所述磁体单元200之间，包括与所述车架100滑动配合的支架滑移板301、设置于两个所述支架滑移板301之间的质量块302、设置于所述支架滑移板301侧面的隔离板303、设置于所述隔离板303和所述支架滑移板301之间的弹簧304、固定于所述车架100上的伸缩件305，以及设置于所述隔离板303侧面的挡板306，所述伸缩件305的伸缩端分别与所述挡板306配合。
33.进一步的，所述车架100上设置有滑轨101，所述支架滑移板301上设置与所述滑轨101配合的第一凹槽301a，所述车架100包括长边梁102和短边梁103，在所述长边梁102的中部还设置有磁体单元200。优选的，所述滑动单元300沿所述车架100周向均匀布置。
34.优选的，所述伸缩件305包括设置于车架100上的气囊305a、以及与所述气囊305a配合的阻尼器305b，所述阻尼器305b与所述挡板306配合，气囊305可通过安装在车架100上的车载泵体进行充气，长边梁102和短边梁103均采用槽钢，所述滑动单元300嵌入在所述长边梁102和短边梁103内，在所述车架100上均匀设置有多个高度传感器104。
35.每个磁体组件202中的铁芯202b上都绕有绕磁线圈202c，哪个或者哪几个磁体组件202上绕磁线圈202c是否供电以及各绕磁线圈202c上的电流强弱都由汽车中央控制单元ecu决定，从而可以通过有效的协调、调度绕磁线圈202c的供电，使得质量块302的滑移速度、滑移距离变得可控。配合安装在车架100上的高度传感器104传递出的高度信号作为反馈，可以实现整车车身的智能化闭环质量调节，弥补现有车身车架模块在智能调控上的缺陷。
36.磁体组件202通电后能够吸引质量块302，质量块302材料优选为铁，多个可滑移的质量块302可以改善车身的周向质量分布，其中在短边梁103内的质量块302滑动有助于改善车体侧倾、滑移以及横摆等多种危险趋势，而在长边梁102内的质量块302滑动有助于改善车身纵向摆动，例如驾驶室、车厢的纵向起伏趋势，可以较好的改善车身的稳定性，在传统车架基础上改善质量分布调节的缺陷，同时各隔离板303间的弹簧304也能在一定程度上削减冲击能量，进一步减小侧翻趋势的可能性。
37.固定盘201和磁体组件202设置在车架100的各个角点上，由于车架100的各个角点之间的距离是按照驾驶室与车厢之间的平衡位置确定的，这就使得车架100的质量调整分为了4个区段，各个区段把控车身在各区段上的平衡，避免了现有车架前后、左右不合理的质量偏置影响以及车身稳定性、安全性以及车架承载能力上的缺陷。
38.当长边梁102较长时，优选在长边梁102的中部位置再设置一个磁体单元200，这个磁体单元200中的磁体组件202朝向长边梁102平行。
39.在本实施例中，所述车架100设置有上下两层，并采用焊接进行固定，固定盘201上下共设置4层，每两层固定盘201之间各设置有两个磁体组件202。
40.多层磁体组件202和固定盘201组合的设计将车架100的部分质量进行分散，可以很大程度上利用车架的框架空间。在静态的情况下伸缩件305的约束作用将质量块302和支架滑移板301约束在初始平衡位置，使得车架保持较好的平衡性能。极限危险情况下，伸缩件305进行扩张，在保持可控的运动行程下，质量块302和支架滑移板301进行移动，在弹簧304的作用下保持稳定、平缓的质量调整过程。
41.本发明中的车架100是现有的车架结构，且车架夹层间的中的滑动单元300材料来源广泛，零件制作工艺简单，成本低廉。对于中小企业而言，制作成本可控，在提升车体驾驶安全性的同时减小了整改的成本和周期，市场潜力巨大。
42.需要说明的是，本发明所述装置平衡原理如下：
43.首先，预定实施对象为带车厢的轻型运载货车，如图7所示，平衡线保持在车架100形体的中心线上。然后从车身翻转方向考虑，预设由中心线两侧的车身左右质量分别为m1和m2，质量块302质量为δm，两侧的重力势能分别为m1g和m2g，总的初始重力势能为m＝m1*g*h+m2*g*h，其中g为重力加速度，h为车架100距离地面的高度。当产生极限侧翻的趋势时，由于质量块302的调节作用，偏移的质量块302引发的附加质量为k*δm，由此侧翻作用下，翻转后的重力势能mr＝(m1-k*δm)g*(l+δl1)+(m2+k*δm)g*(l-δl2)，其中δl1和δl2为左右侧的车架100距离地面间的距离的改变量，相较于初始车架100状态，重力势能耗散的能量差为-k*δm*g*δl1-k*δm*g*δl2，即等效为由质量块302偏移而减少的翻转重力耗散能量，由此车辆能迅速达到平衡状态。图8所示的车架系统前后方向上再平衡过程和左右方向上减少翻转能量机理相同，此处不再重复说明。
44.在车辆倾倒在接近侧翻时，车架100上的高度传感器104感知左右或前后车轮高度变化，汽车中央控制单元ecu感知到高度传感器104传递的高度信号并判断车架100挂载垂向位移值超标后，车载泵体提升各个气囊305a内的压力，气囊305a通过气体管道向阻尼器305b充气，阻尼器305b扩张并带动挡板306移动，质量块302此时的运动距离增大。此外，汽车中央控制单元ecu控制绕磁线圈202c通电，支撑柱202a上包裹着的铁芯202b在通电的绕磁线圈202c的作用下使得磁体组件202上产生磁力，牵引质量块302进行移动，通过质量的转移平复侧翻趋势，汽车中央控制单元ecu判断高度传感器104传递的高度信号合理后，断开绕磁线圈202c上的电流，磁体组件202上的磁力消失，同时车载泵体减小各个气囊305a的压力，阻尼器305b收缩并带动挡板306回到初始位置，挡板306进一步带动质量块302回复到初始位置，平衡过程结束。
45.应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

技术特征：
1.一种车架稳态自适应平衡系统，其特征在于：包括，磁体单元(200)，设置于车架(100)的拐角处，包括固定盘(201)，以及设置于两个所述固定盘(201)之间的磁体组件(202)，所述固定盘(201)与车架(100)固定连接，所述磁体组件(202)朝向与相对应的所述车架(100)边梁平行；滑动单元(300)，设置于相邻的两个所述磁体单元(200)之间，包括与所述车架(100)滑动配合的支架滑移板(301)、设置于两个所述支架滑移板(301)之间的质量块(302)、设置于所述支架滑移板(301)侧面的隔离板(303)、设置于所述隔离板(303)和所述支架滑移板(301)之间的弹簧(304)、固定于所述车架(100)上的伸缩件(305)，以及设置于所述隔离板(303)侧面的挡板(306)，所述伸缩件(305)的伸缩端分别与所述挡板(306)配合。2.如权利要求1所述的车架稳态自适应平衡系统，其特征在于：所述磁体组件(202)包括支撑柱(202a)、多个环绕在所述支撑柱(202a)四周的铁芯(202b)、缠绕在每一个所述铁芯(202b)上的绕磁线圈(202c)，以及用于固定所述铁芯(202b)的支撑环(202d)，所述支撑环(202d)与所述固定盘(201)固定连接。3.如权利要求2所述的车架稳态自适应平衡系统，其特征在于：所述车架(100)上设置有滑轨(101)，所述支架滑移板(301)上设置与所述滑轨(101)配合的第一凹槽(301a)。4.如权利要求3所述的车架稳态自适应平衡系统，其特征在于：所述车架(100)包括长边梁(102)和短边梁(103)，在所述长边梁(102)的中部还设置有磁体单元(200)。5.如权利要求4所述的车架稳态自适应平衡系统，其特征在于：所述滑动单元(300)沿所述车架(100)周向均匀布置。6.如权利要求5所述的车架稳态自适应平衡系统，其特征在于：所述伸缩件(305)包括设置于车架(100)上的气囊(305a)、以及与所述气囊(305a)配合的阻尼器(305b)，所述阻尼器(305b)与所述挡板(306)配合。7.如权利要求6所述的车架稳态自适应平衡系统，其特征在于：所述质量块(302)材料为铁。8.如权利要求6或7所述的车架稳态自适应平衡系统，其特征在于：所述长边梁(102)和短边梁(103)采用槽钢，所述滑动单元(300)嵌入在所述长边梁(102)和短边梁(103)内。9.如权利要求8所述的车架稳态自适应平衡系统，其特征在于：所述车架(100)设置有上下两层，并采用焊接进行固定。10.如权利要求2、4、6、7或9任一所述的车架稳态自适应平衡系统，其特征在于：在所述车架(100)上均匀设置有多个高度传感器(104)。

技术总结
本发明公开了一种车架稳态自适应平衡系统，包括车架、磁体单元和滑动单元，磁体单元和滑动单元均设置于车架上，磁体单元包括固定盘，以及设置于两个所述固定盘之间的磁体组件，滑动单元包括与所述车架滑动配合的支架滑移板、设置于两个所述支架滑移板之间的质量块、设置于所述支架滑移板侧面的隔离板、设置于所述隔离板和所述支架滑移板之间的弹簧、固定于所述车架上的伸缩件，以及设置于所述隔离板侧面的挡板。本发明所述系统中多个可滑移的质量块可以改善车身的周向质量分布，改善了传统车架固定质量分布的缺陷，同时在各隔离板间的弹簧作用下也能避免在一定程度上削减冲击能量，进一步减小侧翻的可能性。进一步减小侧翻的可能性。进一步减小侧翻的可能性。


技术研发人员：许恩永 黄其柏 李壮 肖剑锋 赵开阳 杨功卓 童嘉豪
受保护的技术使用者：华中科技大学
技术研发日：2021.11.09
技术公布日：2022/3/7