CN115817663A - 一种张紧力自适应调节的履带车辆行动控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及履带行动控制技术领域，公开了一种张紧力自适应调节的履带车辆行动控制系统及方法，控制系统包括主动轮、履带、车体侧板、履带张紧机构、托带组件和悬挂组件；所述车体侧板上相对设置主动轮，并位于两个所述主动轮之间还分别设置有托带组件和悬挂组件，所述主动轮、托带组件和悬挂组件的表面包络设置有履带；所述托带组件用于支撑所述履带，所述悬挂组件用于减少外部对履带的冲击振动；所述车体侧板上还设置作用在所述履带上的履带张紧机构，所述履带张紧机构对所述履带进行张紧力自适应调节。本发明可根据履带车辆行驶工况及履带车辆状态，实现对履带张紧力的实时控制，即实时调节履带松紧程度，进而调节履带的张紧力，整体结构简单、功能可靠也易于实现。

Description

一种张紧力自适应调节的履带车辆行动控制系统及方法

技术领域

本发明涉及履带行动控制技术领域，更具体的说，特别涉及一种张紧力自适应调节的履带车辆行动控制系统及方法。

背景技术

随着全球范围内的能源枯竭和大气污染问题的日益严重、及现代科学技术的快速发展，新能源履带车辆正在逐渐取代传统能源履带车辆。多主动轮电驱动履带车辆相对于两轮驱动履带车辆也有很多优点，如通过性、爬坡性、转向能力等都有所提高，但缺点也比较明显，如履带张紧机构复杂、履带张紧力无法实时调节等。履带张紧力是影响履带可靠性的主要因素，保持履带张紧力的稳定性有利于提高履带的使用寿命，同时使车体在越野工况中发挥出优越的性能。而多主动轮驱动履带车辆的履带张紧方式，不能像传统方式由张紧机构推动诱导轮来调节履带张紧力。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术存在的技术问题，提供一种张紧力自适应调节的履带车辆行动控制系统及方法，能够解决多主动轮电驱动履带车辆张紧机构复杂的问题，并在降低控制系统能耗的基础上实时调节履带张紧力。

为了解决以上提出的问题，本发明采用的技术方案为：

本发明提供一种张紧力自适应调节的履带车辆行动控制系统，包括主动轮、履带、车体侧板、履带张紧机构、托带组件和悬挂组件；

所述车体侧板上相对设置主动轮，并位于两个所述主动轮之间还分别设置有托带组件和悬挂组件，所述主动轮、托带组件和悬挂组件的表面包络设置有履带；所述托带组件用于支撑所述履带，所述悬挂组件用于减少外部对履带的冲击振动；所述车体侧板上还设置作用在所述履带上的履带张紧机构，所述履带张紧机构对所述履带进行张紧力自适应调节。

进一步的，所述悬挂组件包括负重轮、减振支架和油气弹簧，所述油气弹簧设置在所述车体侧板上，并连接减振支架的一端；所述减振支架的另一端活动设置有负重轮，所述负重轮作用在所述履带上。

进一步的，所述履带张紧机构包括液压缸、液压张紧杆、碟片弹簧、张紧轮臂、张紧轮和张紧液压组件，所述液压缸的侧壁转动连接于车体侧板，并通过油路连接张紧液压组件；所述液压缸内设置液压张紧杆，并设置碟片弹簧作用在所述液压张紧杆；所述张紧轮臂的一端转动连接于液压张紧杆的力输出端，中部转动连接有作用在所述履带上的张紧轮，另一端转动连接在车体侧板上。

进一步的，所述张紧液压组件包括控制器、第一电磁换向阀、第二电磁换向阀、单向阀、油泵、油箱和单向节流阀，其中第一电磁换向阀为三位四通U型阀，第二电磁换向阀为三位四通M型阀；

所述单向节流阀的两端分别连接液压缸的有杆腔和第一电磁换向阀的工作油口B，第一电磁换向阀的工作油口A连接液压缸的无杆腔；所述第一电磁换向阀和第二电磁换向阀相连，并分别与控制器进行电连接；所述控制器还连接液压缸；

所述第二电磁换向阀的进油口P连接单向阀，并连接控制器；所述单向阀连接油泵后与油箱连接；所述第二电磁换向阀的出油口T也与油箱连接。

进一步的，所述张紧液压组件还包括溢流阀和过滤器，所述单向阀和所述油箱之间还设置与油泵并联的溢流阀，所述油泵和油箱之间还设置过滤器。

进一步的，所述第二电磁换向阀的进油口P与单向阀之间还设置蓄能器，用于维持张紧液压组件的压力。

进一步的，所述悬挂组件采用五组等间距设置在两个所述主动轮之间，并分别作用在所述履带上。

进一步的，所述油气弹簧和减振支架两者同轴设置，并与竖直方向之间的夹角为30°。

进一步的，所述托带组件包括托带轮，并与所述悬挂组件位于两个所述主动轮轴线的两侧；所述托带轮采用两个等间距设置于所述张紧轮的两侧。

本发明还提供一种张紧力自适应调节的履带车辆行动控制方法，该方法的具体步骤包括如下：

步骤S1：履带车辆行驶，判断是否为正常行驶工况，如果是，则执行步骤S2；否则执行步骤S3；

步骤S2：油泵供油，第一电磁换向阀和第二电磁换向阀两者处于中位，碟片弹簧带动液压张紧杆进行伸缩，通过张紧轮作用在履带上实现被动张紧，并执行步骤S6；

步骤S3：油泵工作，液压缸中的液压油驱动液压张紧杆进行伸缩，控制器实时监测液压缸中无杆腔的压力值；

步骤S4：将监测到的压力值与设定值进行比较，判断是否达到设定值，如果未达到，则执行步骤S5；否则执行步骤S6；

步骤S5：控制器根据监测到的压力值，发送相应的控制信号给第一电磁换向阀和第二电磁换向阀，调整液压缸内无杆腔的压力值，液压张紧杆带动张紧轮臂运动，张紧轮主动张紧履带，并返回步骤S4；

步骤S6：判断车辆是否为紧急制动，如果否，则对履带的张紧力进行实时调整，返回步骤S5；如果是，则执行下一步；

步骤S7：油泵工作，将第二电磁换向阀调至中位，将第一电磁换向阀调至左位，液压缸锁紧，并固定张紧轮。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

(1)本发明通过在车体侧板设置主动轮对履带车辆进行驱动，分别设置托带组件和悬挂组件对履带进行支撑，并通过履带张紧机构可根据履带车辆行驶工况及履带车辆状态，实现对履带张紧力的实时控制，即实时调节履带松紧程度，进而调节履带的张紧力，整体结构简单、功能可靠也易于实现，也降低了控制系统的能耗。

(2)本发明的悬挂组件通过负重轮与履带配合，并通过减振支架和油气弹簧连接负重轮，可以起到支撑车体侧板，结构简单、可靠并能够缓冲和衰减来自地面对履带的冲击振动。

(3)本发明的履带张紧机构通过液压缸连接张紧液压组件，并通过碟片弹簧作用在液压张紧杆上，张紧轮臂连接张紧轮并与履带配合，通过改变张紧轮的位置来调节履带张紧力，张紧液压组件也能够实现对履带进行主动和被动张紧模式，可靠、方便。

(4)本发明的张紧液压组件采用相连的第一电磁换向阀和第二电磁换向阀，通过控制器对电磁换向阀进行相位控制，调节液压缸内液压油推动液压张紧杆运动，实现对履带进行主动张紧，并且仅在主动张紧履带时由张紧液压组件提供履带张紧动力，从而可降低履带车辆系统能耗，增加履带车辆的运行稳定性。

(5)本发明的托带组件采用托带轮来支撑履带，减小履带的上支段振动，结构简单，并可以进一步提高履带的稳定性。

(6)本发明的控制方法先判断履带为被动张紧模式或主动张紧模式，并在被动张紧模式时液压缸不工作，仅通过碟片弹簧带动液压张紧杆运动，主动张紧模式时，液压缸工作，通过控制器调节两个电磁换向阀的相位，来调节液压腔的压力值，带动张紧轮位置上的改变，进而调节履带张紧力，整个控制方法简单，易于实现，提高了车辆运行的稳定性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明中的方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一个简单介绍，显而易见地，下面描述中的附图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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。其中：

图1为本发明张紧力自适应调节的履带车辆行动控制系统的示意图。

图2为本发明中履带张紧机构的组成原理图。

图3为本发明中液压缸内部的示意图。

图4为本发明中张紧液压组件的组成原理图。

图5为本发明张紧力自适应调节的履带车辆行动控制方法的流程图。

附图标记说明如下：1-主动轮、2-托带轮、3-液压缸、4-张紧轮、5-负重轮、6-减振支架、7-油气弹簧、8-张紧轮臂、9-履带、10-车体侧板、11-液压张紧杆、12-碟片弹簧、13-控制器、14-第一电磁换向阀、15-第二电磁换向阀、16-蓄能器、17-单向阀、18-溢流阀、19-油泵、20-过滤器、21-油箱、22-单向节流阀、30-履带张紧机构、40-托带组件、50-悬挂组件。

具体实施方式

除非另有定义，本文所使用的所有技术和科学术语与属于本发明技术领域的技术人员通常理解的含义相同；本文在说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明，例如，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置为基于附图所示的方位或位置，仅是便于描述，不能理解为对本技术方案的限制。

本发明的说明书和权利要求书及上述附图说明中的术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含；本发明的说明书和权利要求书或上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。本发明的说明书和权利要求书及上述附图说明中，当元件被称为“固定于”或“安装于”或“设置于”或“连接于”另一个元件上，它可以是直接或间接位于该另一个元件上。例如，当一个元件被称为“连接于”另一个元件上，它可以是直接或间接连接到该另一个元件上。

此外，在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本发明的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

参阅图1所示，本发明提供一种张紧力自适应调节的履带车辆行动控制系统，包括主动轮1、履带9、车体侧板10、履带张紧机构30、托带组件40和悬挂组件50；

所述车体侧板10上相对设置主动轮1，并位于两个所述主动轮1之间还分别设置有托带组件40和悬挂组件50，所述托带组件40和悬挂组件50位于两个所述主动轮1轴线的两侧；所述主动轮1、托带组件40和悬挂组件50表面包络设置有履带9，所述托带组件40用于支撑所述履带9，所述悬挂组件50用于减少外部对履带9的冲击振动；所述车体侧板10上还设置作用在履带9上的履带张紧机构30。

具体的，所述车体侧板10的两侧分别设置两组相对分布的主动轮1，履带车辆行动控制系统采用四驱驱动方式，由四个主动轮1提供行驶动力，即在车体侧板1每侧的前主轴与后主轴上各装有一个主动轮1，采用四轮驱动方式相对于两轮驱动能够提供强有力行驶动力，对较为复杂的行驶工况也具有更强行驶稳定性。

进一步的，所述主动轮1上设置对应的减速增扭机构，所述减速增扭机构采用大功率电机驱动，并通过CAN总线连接履带车辆内的控制系统，大功率电机可在不同工况下根据接收到的控制指令，对主动轮1所需的驱动力矩进行实时扭矩补偿，保持同侧两个电机具有相同的转速。

进一步的，所述悬挂组件50包括负重轮5、减振支架6和油气弹簧7，所述油气弹簧7设置在所述车体侧板10上，并连接减振支架6的一端。所述减振支架6的另一端活动设置有负重轮5，所述负重轮5作用在所述履带9上。

进一步的，所述悬挂组件50采用五组等间距设置在两个所述主动轮1之间，并分别作用在所述履带9上。

进一步的，为了使得该履带车辆的减振效果达到最佳，所述油气弹簧7和减振支架6两者同轴设置，并与竖直方向呈一定的夹角，优选为30°。

进一步的，参阅图2和图3所示，所述履带张紧机构30包括液压缸3、液压张紧杆11、碟片弹簧12、张紧轮臂8、张紧轮4和张紧液压组件，所述液压缸3的侧壁转动连接于车体侧板10，为张紧轮4的位置移动提供基础，并通过油路连接张紧液压组件。所述液压缸3内设置液压张紧杆11，并设置碟片弹簧12作用在液压张紧杆11。所述张紧轮臂8的上端转动连接于液压张紧杆11的力输出端，中部转动连接有张紧轮4，下端转动连接在车体侧板10上。所述张紧轮4作用在所述履带9上，下压实现对履带9进行张紧。

进一步的，所述托带组件40包括托带轮2，所述托带轮2采用两个并位于所述履带张紧机构30的两侧。具体的，两个所述托带轮2等间距位于所述张紧轮4的两侧。

具体的，所述主动轮1、托带轮2和负重轮5的外表面由履带9所包络共同组成履带行动系统的行走机构，所述托带组件40通过托带轮2来支撑履带9的上支段(图1中所示方向)，减小履带9的上支段振动，从而提高履带9的稳定性。所述悬挂组件50和托带轮2的数量可以根据实际需要进行增加或减少。

参阅图4所示，所述张紧液压组件包括控制器13、第一电磁换向阀14、第二电磁换向阀15、单向阀17、油泵19、油箱21和单向节流阀22，其中第一电磁换向阀14为三位四通U型阀，第二电磁换向阀15为三位四通M型阀。

所述液压缸3的低压油路上设有单向节流阀22，即所述单向节流阀22的两端与液压缸3的有杆腔和第一电磁换向阀14工作油口B相连接，第一电磁换向阀14工作油口A连接液压缸3的无杆腔。所述第一电磁换向阀14和第二电磁换向阀15相连，并分别与控制器13电连接，即第一电磁换向阀14的进油口P、出油口T分别与第二电磁换向阀15的工作油口A、B相连接。所述控制器13还连接所述液压缸3和第二电磁换向阀15的进油口P。

所述第二电磁换向阀15的进油口P与单向阀17相连接，并连接所述控制器13，通过单向阀17控制油路的通、断。所述单向阀17连接油泵19后与油箱21连接，所述第二电磁换向阀15的出油口T也与油箱21连接。

具体的，所述控制器13用于接收压力传感器、车辆状态、路面信息等外部反馈信号，通过控制器13计算并发出相应的控制信号给第一电磁换向阀14、第二电磁换向阀15，继而控制张紧液压组件的主动和被动张紧。

进一步的，所述张紧液压组件还包括溢流阀18和过滤器20，所述单向阀17和所述油箱21之间还设置与油泵19并联的溢流阀18，所述油泵19和油箱21之间还设置过滤器20。

具体的，所述溢流阀18用于在主动张紧模式时发挥溢流作用，与单向节流阀22配合，调节平衡液压系统的流量，还可以起安全保护作用。所述过滤器20用于过滤液压系统中的杂质。

进一步的，所述第二电磁换向阀15的进油口P与单向阀17之间还设置蓄能器16。所述蓄能器16用于在主动张紧模式维持张紧液压组件的压力，具有保压作用，还可以吸收液压系统冲击，有液压缓冲效果。

参阅图5所示，本发明还提供一种张紧力自适应调节的履带车辆行动控制方法，该方法的具体步骤包括如下：

步骤S1：履带车辆行驶，判断是否为正常行驶工况，如果是，则表示履带9为被动张紧模式，执行步骤S2；否则履带9为主动张紧模式，执行步骤S3；

步骤S2：正常行驶工况，油泵19处于供油状态，第一电磁换向阀14处于中位，第二电磁换向阀15处于中位，碟片弹簧12带动液压张紧杆11进行伸缩，通过张紧轮4作用在履带9上，实现被动张紧，并执行步骤S6；

具体的，正常工况时，液压油随液压张紧杆11的伸缩，经单向节流阀22流动仅提供单向阻尼。碟片弹簧12为弹性元件起被动张紧作用，此时碟片弹簧12推动液压张紧杆11，使液压张紧杆11伸长并通过张紧轮4为履带9提供张力；当外界压力过大时，液压张紧杆11被压缩即缩进液压缸3内，液压油经单向节流阀22由液压腔a流向液压腔b(图3中所示)，同时单向节流阀22可以提供阻尼，抑制履带9的振动。

步骤S3：车辆转向、减速、通过松软路面时，履带9为主动张紧模式，油泵19处于工作状态，液压缸3工作即液压油驱动液压张紧杆11进行伸缩，控制器13通过液压缸3中压力传感器实时监测液压腔a即无杆腔的压力值；

步骤S4：将监测到的压力值与设定值进行比较，判断是否达到设定值，如果未达到，则执行步骤S5；否则执行步骤S6；

具体的，通过判断履带车辆的车身状态和所行驶的路面调整相应的履带张紧力，并根据监测到的压力值来来实时稳定压力设定值。

步骤S5：控制器13根据监测到的压力值，发送相应的控制信号给第一电磁换向阀14、第二电磁换向阀15，调整液压缸3内液压腔a的压力值，液压张紧杆带动张紧轮臂8运动，通过张紧轮4实现主动张紧履带9的作用，并返回步骤S4。

具体的，当第一电磁换向阀14处于图4中所示方向的左位，第二电磁换向阀15处于右位，液压腔a的压力增大，张紧力增大；当第一电磁换向阀14、第二电磁换向阀15处于右位，液压腔a的压力减小，张紧力减小，通过控制第一电磁换向阀14和第二电磁换向阀15两者的相位，将液压腔a的压力稳定在设定值。

步骤S6：判断车辆是否为紧急制动，如果否，则对履带9的张紧力进行实时调整，返回步骤S5；如果是，则执行下一步；

具体的，两种张紧模式可由控制器13进行切换，确保在不同工况下选择合适的履带张紧模式，达到履带张紧力能够自适应调节以及节省能源的目的。

步骤S7：油泵19处于工作状态，将第二电磁换向阀15调至中位，再将第一电磁换向阀14调至左位，此时液压缸3锁紧，防止张紧轮4振荡来保持制动稳定性。

本实施例中，所述履带张紧机构30对履带进行张紧力自适应调节控制的分为两种模式，一是履带被动张紧模式，二是履带主动张紧模式，并根据履带车辆所行驶的路面工况信息，可实现自由的切换。在被动张紧模式中主要通过碟片弹簧12进行工作，可以达到节省电力能源的目的；在主动张紧模式中主要是由张紧液压组件工作，可实现履带车辆在恶劣工况下保持一定水平张紧力的功能，两种模式均是在推动或收缩液压张紧杆11，从而带动张紧轮4位置上的改变，进而调节履带张紧力。当履带车辆制动时，可进行液压缸3闭锁，固定张紧轮4，避免履带张紧力出现大幅度波动。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种张紧力自适应调节的履带车辆行动控制系统，其特征在于：包括主动轮、履带、车体侧板、履带张紧机构、托带组件和悬挂组件；

所述车体侧板上相对设置主动轮，并位于两个所述主动轮之间还分别设置有托带组件和悬挂组件，所述主动轮、托带组件和悬挂组件的表面包络设置有履带；所述托带组件用于支撑所述履带，所述悬挂组件用于减少外部对履带的冲击振动；所述车体侧板上还设置作用在所述履带上的履带张紧机构，所述履带张紧机构对所述履带进行张紧力自适应调节。

2.根据权利要求1所述的张紧力自适应调节的履带车辆行动控制系统，其特征在于：所述悬挂组件包括负重轮、减振支架和油气弹簧，所述油气弹簧设置在所述车体侧板上，并连接减振支架的一端；所述减振支架的另一端活动设置有负重轮，所述负重轮作用在所述履带上。

3.根据权利要求1或2所述的张紧力自适应调节的履带车辆行动控制系统，其特征在于：所述履带张紧机构包括液压缸、液压张紧杆、碟片弹簧、张紧轮臂、张紧轮和张紧液压组件，所述液压缸的侧壁转动连接于车体侧板，并通过油路连接张紧液压组件；所述液压缸内设置液压张紧杆，并设置碟片弹簧作用在所述液压张紧杆；所述张紧轮臂的一端转动连接于液压张紧杆的力输出端，中部转动连接有作用在所述履带上的张紧轮，另一端转动连接在车体侧板上。

4.根据权利要求3所述的张紧力自适应调节的履带车辆行动控制系统，其特征在于：所述张紧液压组件包括控制器、第一电磁换向阀、第二电磁换向阀、单向阀、油泵、油箱和单向节流阀，其中第一电磁换向阀为三位四通U型阀，第二电磁换向阀为三位四通M型阀；

所述单向节流阀的两端分别连接液压缸的有杆腔和第一电磁换向阀的工作油口B，第一电磁换向阀的工作油口A连接液压缸的无杆腔；所述第一电磁换向阀和第二电磁换向阀相连，并分别与控制器进行电连接；所述控制器还连接液压缸；

所述第二电磁换向阀的进油口P连接单向阀，并连接控制器；所述单向阀连接油泵后与油箱连接；所述第二电磁换向阀的出油口T也与油箱连接。

5.根据权利要求4所述的张紧力自适应调节的履带车辆行动控制系统，其特征在于：所述张紧液压组件还包括溢流阀和过滤器，所述单向阀和所述油箱之间还设置与油泵并联的溢流阀，所述油泵和油箱之间还设置过滤器。

6.根据权利要求4或5所述的张紧力自适应调节的履带车辆行动控制系统，其特征在于：所述第二电磁换向阀的进油口P与单向阀之间还设置蓄能器，用于维持张紧液压组件的压力。

7.根据权利要求1所述的张紧力自适应调节的履带车辆行动控制系统，其特征在于：所述悬挂组件采用五组等间距设置在两个所述主动轮之间，并分别作用在所述履带上。

8.根据权利要求2所述的张紧力自适应调节的履带车辆行动控制系统，其特征在于：所述油气弹簧和减振支架两者同轴设置，并与竖直方向之间的夹角为30°。

9.根据权利要求1所述的张紧力自适应调节的履带车辆行动控制系统，其特征在于：所述托带组件包括托带轮，并与所述悬挂组件位于两个所述主动轮轴线的两侧；所述托带轮采用两个等间距设置于所述张紧轮的两侧。

10.一种基于权利要求1至9任一项所述的张紧力自适应调节的履带车辆行动控制系统的方法，其特征在于：该方法的具体步骤包括如下：

步骤S1：履带车辆行驶，判断是否为正常行驶工况，如果是，则执行步骤S2；否则执行步骤S3；

步骤S2：油泵供油，第一电磁换向阀和第二电磁换向阀两者处于中位，碟片弹簧带动液压张紧杆进行伸缩，通过张紧轮作用在履带上实现被动张紧，并执行步骤S6；

步骤S3：油泵工作，液压缸中的液压油驱动液压张紧杆进行伸缩，控制器实时监测液压缸中无杆腔的压力值；

步骤S4：将监测到的压力值与设定值进行比较，判断是否达到设定值，如果未达到，则执行步骤S5；否则执行步骤S6；

步骤S5：控制器根据监测到的压力值，发送相应的控制信号给第一电磁换向阀和第二电磁换向阀，调整液压缸内无杆腔的压力值，液压张紧杆带动张紧轮臂运动，张紧轮主动张紧履带，并返回步骤S4；

步骤S6：判断车辆是否为紧急制动，如果否，则对履带的张紧力进行实时调整，返回步骤S5；如果是，则执行下一步；

步骤S7：油泵工作，将第二电磁换向阀调至中位，将第一电磁换向阀调至左位，液压缸锁紧，并固定张紧轮。

Images