水陆两栖车的行走机构的控制系统及方法与流程

1.本发明涉及军用运输车领域，特别涉及一种水陆两栖车的行走机构的控制系统及方法


背景技术：

2.现有技术中，水陆两栖车包括水陆两栖战车及运输车，属于军用特殊车辆，一般包括设置在车尾的喷水推进器用于在水上航行时提供前进动力，而在路上行驶时采用车轮驱动提供动力，从而实现水陆两栖的功能。但是由于军用运输车或战车所应用环境的不同，造成其需要适应不能的工作模式和场景，如从水中登陆上岸时，在水路交界处时，由于此处松软、属于淤泥、淤沙等环境，仅采用轮胎这种行走机构无法有效快速的登陆，对于战车的抢滩登陆等性能有影响。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种水陆两栖车的行走机构的控制系统及方法，采用轮胎和履带两种行走机构来提供水陆两栖车的行走，提高一些特殊工况下的行走能力，同时对于履带的抬升和下降进行控制。
4.为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种水陆两栖车的行走机构的控制系统，包括整车控制器、动力系统，所述动力系统包括动力系统控制部件、动力系统执行机构，所述动力系统控制部件与动力系统执行机构连接，所述整车控制器的输出端与动力系统控制部件连接，所述动力系统输出动力至行走机构；所述行走机构包括多对车轮及车轮传动机构；所述行走机构还包括履带及履带传动机构，所述动力系统输出动力分别通过车轮传动机构驱动车轮转动、通过履带传动机构驱动履带转动。
5.所述行走机构还包括车轮升降机构、履带升降机构，所述车轮升降机构、履带升降机构分别设置在车架上，用于实现对于车轮的升降控制以及履带的升降控制，所述整车控制器的输出端分别通过车轮升降控制部件、履带升降控制部件连接车轮升降机构、履带升降机构。
6.所述整车控制器与人机交互系统连接，所述整车控制器根据人机交互系统输入的参数来控制车轮、履带的升降和或转动速度。
7.所述人机交互系统包括人机交互界面以及工作模式切换模块，所述整车控制器根据工作模式切换模块切换的工作模式来控制车轮、履带的升降。
8.所述整车控制器的输入端连接方向盘转角传感器、轮胎驱动轴转速传感器、履带转速传感器、车速传感器。
9.所述整车控制器分别与履带压力传感器、位移传感器连接，所述履带压力传感器用于采集履带与地面压力数据，所述位移传感器用于采集履带升降过程的位移数据。
10.一种水陆两栖车的行走机构的控制方法，所述整车控制器根据人机交互系统输入的控制参数控制履带的升降以控制履带是否参与工作，所述整车控制器检测车速信号，仅
在车速为零时才执行人机交互界面的履带放下操作指令使得履带参与整车运动。
11.在履带放下后，整车控制器监测方向盘转角信号，判断此时整车处于直行还是转向工况；在直行工况下，整车控制器监测车轮驱动轴的转速信号以及履带转速信号，将两者的转速差与预设速度阈值比较，当速度差大于预设速度阈值时，调节履带转速向车轮驱动轴的转速变化直至速度差小于预设速度阈值；在转向工况时，整车控制器监控方向盘转角达到转向角度阈值，通过当前车速以及方向盘转角，采用阿卡曼转向模型模拟计算出车辆两侧的履带的目标转速，然后分别控制车辆两侧的履带达到目标速度以满足车辆转向需求。
12.整车控制器通过履带升降机构驱动履带下降时，实时监控履带压力信号以及下降的位移信号，当压力数据达到预设阈值时或位移达到设定位移时，停止控制履带升降机构，此时位置履带初始工作位置。
13.在履带工作过程中，实时监控履带压力数据、位移数据，整车控制器通过履带升降机构控制车辆两侧的履带压力一致并均预设压力阈值。
14.本发明的优点在于：通过增加履带行走机构的方式提升特定工况下的行走能力机动能力，提高水陆两栖车辆的性能，提升在滩涂、水路交界处的行车性能；提供的履带抬升控制，可以有效地实现对于履带参加工作的控制以及速度匹配控制，从而使得履带的工作更加可靠。
附图说明
15.下面对本发明说明书各幅附图表达的内容及图中的标记作简要说明：
16.图1为本发明控制系统原理图。
具体实施方式
17.下面对照附图，通过对最优实施例的描述，对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
18.本实施例提供一种轮履复合式水陆两栖车的履带控制系统，其主要在现有轮胎的基础上增加履带辅助系统，可以在水路交界处等增加履带通行的方式快速通过这种陆地环境，通过履带可以实现快速机动行驶。陆上行驶时由车轮驱动，发动机动力通过at变速箱传递至陆上分动箱，然后分配扭矩至各车桥车轮，越野行驶时可用履带辅助驱动，提高通过能力；水上行驶时由一个水上推进器推进航行，发动机动力通过水陆分动箱传至后端喷水推进器；岸滩登陆时喷水推进器、车轮、履带组合驱动，履带作为辅助驱动，其动力通过水陆分动箱驱动液压泵传递动力至履带液压马达。此方案可实现多工况行驶，轮履切换速度快，越野通过性高。
19.如图1所示，一种水陆两栖车的行走机构的控制系统，包括整车控制器、动力系统，整车控制器的输出端与动力系统连接，动力系统主要包括发动机及发动机控制器，发动机用于输出扭矩等动力经机械传动送入到行走机构，发动机控制器与整车控制器连接用于接收到整车控制器的控制信号来控制发动机的工作。行走机构包括多对车轮及车轮传动机构；行走机构还包括履带及履带传动机构，动力系统输出动力分别通过车轮传动机构驱动车轮转动、通过履带传动机构驱动履带转动。以轮履复合式的行走机构来为水路双栖车提
供行走动力，当在沙滩、水路交界处、越野等环境下，可以采用履带辅助的方式结合轮胎的工作方式，从而提高越野性能。由于履带在一些里面情况比较好的公路上不需要工作故而设置了履带升降机构来控制履带的升降，履带升降机构包括油气弹簧，油气弹簧用于根据油液压力来进行升降操作，从而完成对于履带的升降控制。液压系统可以包括液压控制器、油箱、油泵以及对应的阀门，油箱通过管道依次经过油泵、阀门后将油压送入到油气弹簧中用于控制油气弹簧的升降，阀门和油泵的控制可以通过液压控制器来进行控制，液压控制器与整车控制器连接用于根据整车控制器传来的控制信号进行控制。进一步地，由于在水上航行的模式下，车轮也是不工作的，可以将车轮提升而实现减少整车的阻力，这样在水上行驶模式下通过整车控制器驱动车轮升降机构、履带升降机构来分别控制车轮和履带的抬升，从而减少在水上航行模式下的阻力，而水上航行模式由操作员在控制面板或操作台上进行操作实现两栖车的模式切换。车轮升降机构、履带升降机构分别设置在车架上，用于实现对于车轮的升降控制以及履带的升降控制，整车控制器的输出端分别连接车轮升降机构、履带升降机构。车轮升降机构可以与轮胎升级机构相同，采用油气弹簧，通过液压控制系统来实现升降控制，包括液压控制器、油泵、油箱、油管道、控制阀等。
20.整车控制器与人机交互系统连接，整车控制器根据人机交互系统输入的参数来控制车轮、履带的升降和或速度。人机交互系统包括人机交互界面、工作台，人机交互界面上设置有触控屏、外设等用于实现对于控制数据的手动输入以及相关数据的显示，工作台上设置一些控制开关、切换开关等，包括但不限于工作模式切换模块，整车控制器根据工作模式切换模块切换的工作模式来控制车轮、履带的升降。工作模式切换开关可以为集成在触控屏上的虚拟按键也可以是实体的切换开关。模式开关至少包括路上行驶、水上航行、越野行驶三种公开，分别对应仅车胎工作模式、车胎履带均不工作、车胎履带均工作。
21.在履带参与工作的工况下，整车控制器的输入端连接方向盘转角传感器、轮胎驱动轴转速传感器、履带转速传感器、车速传感器，用于根据方向盘转角、驱动轴速度、履带速度、车速来调节履带速度。
22.在履带参与工作的工况下，先将履带放下至工作位置，通过压力和位移来进行判断此时的位置是否满足工作位置。整车控制器分别与履带压力传感器、位移传感器连接，履带压力传感器用于采集履带与地面压力数据，位移传感器用于采集履带升降过程的位移数据。以压力数据来判断此时的是否下降到合适的工作位置或者以位移数据来判断此时是否达到工作位置(预先标定下方的工作位置对应的位移阈值，当位移数据达到位移阈值时判断为达到工作位置)，当压力达到设置阈值后，履带下方位置满足工作需求，然后在工作的过程中通过压力数据动态调节履带高度。
23.一种水陆两栖车的行走机构的控制方法，整车控制器根据人机交互系统输入的控制参数控制履带的升降以控制履带是否参与工作，整车控制器检测车速信号，仅在车速为零时才执行人机交互界面的履带放下操作指令使得履带参与整车运动。在车速为0时，此时通过人机交互界面通过模式切换来进入履带工作模式，在此时状态下，通过升降机构将履带放下，否则不执行履带放下操作，因为如果车辆正在行驶途中放下履带会造成履带的损伤。人机交互界面系统可以通过输入操作参数或直接是切换至履带工作的工况，此时整车控制器控制履带放下参与工作。
24.在履带放下后，整车控制器监测方向盘转角信号，判断此时整车处于直行还是转
向工况；在直行工况下，整车控制器监测车轮驱动轴的转速信号以及履带转速信号，将两者的转速差与预设速度阈值比较，当速度差大于预设速度阈值时，调节履带转速向车轮驱动轴的转速变化直至速度差小于预设速度阈值；在转向工况时，整车控制器监控方向盘转角达到转向角度阈值，通过当前车速以及方向盘转角，采用阿卡曼转向模型模拟计算出车辆两侧的履带的目标转速，然后分别控制车辆两侧的履带达到目标速度以满足车辆转向需求。整车控制器通过履带升降机构驱动履带下降时，实时监控履带压力信号以及下降的位移信号，当压力数据达到预设阈值时或位移达到设定位移时，停止控制履带升降机构，此时位置履带初始工作位置。
25.在履带工作过程中，实时监控履带压力数据、位移数据，整车控制器通过履带升降机构控制车辆两侧的履带压力一致并均预设压力阈值。
26.履带辅助系统通过油气弹簧的收缩可实现垂直收放，其收起时车辆以轮式正常行走，实现车辆在结构化路面的低能耗高机动行驶。履带辅助系统放下与地面接触时，车辆以轮、履复合行走机构行驶，增大了与地面的接触面积，降低接地比和车轮下陷量，实现车辆在恶劣环境中的可靠行驶。当履带辅助系统不工作时将其收放至车体内部，防止泥沙进入运动关节，进一步对履带行走机构进行保护。
27.为了为提高两栖运输车的运输效率，预先设计其行驶工况，并分别为每一种工况下对应的履带工作与否进行设计，每一种工况可以通过人机交互系统进行切换或者通过实体硬件开关进行切换，具体工作包括：
28.(1)水上航行工况：车辆下水行驶前将履带行走机构收起避免产生额外的水中阻力，车辆在水中行驶时收起各个车轮，最大化减小车轮产生的水中阻力。
29.(2)水陆交界工况：车辆登陆之前放下履带行走机构，保证在车辆接接地面时及时获得足够的驱动力，增强车辆登陆能力。
30.(3)越野工况：当车辆通过松软路面低速行驶时，控制履带行走机构油气弹簧伸张，放下履带与地面接触并提供驱动力，提高车辆通行效率。当车辆行驶在崎岖路面时，放下履带行走机构并将轮式行走系统油气弹簧伸张至最大行程，车辆离地间隙达到最大值，提高车辆在崎岖路面的通过性。
31.(4)陆上行驶工况：当行驶在路况较好的路面时，控制油气弹簧收缩收起履带行走机构，以轮式行走机构高速行驶，保证了高机动性和低能耗。与此同时，为增加高速行驶稳定性应收缩轮式行走系统的油气弹簧以降低车身高度。
32.对于轮履复合驱动车辆，车轮与履带行走机构分别独立驱动，即车轮和履带行走机构的输出转矩、转速都可以独立控制。因此对车辆进行运动和动力学控制的本质是在感知车轮与地面之间力的作用和传递情况基础上，对车轮和履带的输出转矩和转速进行分布式独立调节，通过履带行走机构和车轮之间输出转矩或转速的差异，使得在满足动力需求基础上产生所需的附着力，由此来改变分布式驱动车辆的运动姿态。此外在一些特殊工况下，还可以通过对车轮和履带行走机构转速进行分布式调节，实现车辆的高通过性和地形适应能力。
33.当使用履带时，整车控制器监测方向盘转角信号，判断整车处于直行工况或转向工况。当判断整车处于直线行驶工况时，整车vcu监测当前驱动轴的转速信号与履带转速信号，当两者速度差大于某一设定阀值时，整车域控制器通过比例电磁阀开度对履带速度进
行调速。当判断整车处于转向工况时：监控方向盘转角达到转向阀值(左转/右转)，通过当前车速(abs采集)和方向盘转角，采用阿卡曼转向模型模拟计算出左右履带的目标车速，对左右履带进行车速的独立控制，以满足履带驱动时整车的转向需求。
34.在控制轮履复合速度匹配过程中，还需要对对履带辅助系统进行高度控制，根据地面起伏情况操纵履带辅助系统升降，避免其承受过大轴荷，损坏结构或液压系统。可以根据液压系统阈值来进行调节，当在行驶过程中调节油气弹簧的升降来实现液压保持在预设标定的液压范围内，从而避免过高的负荷。
35.在轮履复合行驶过程中，实时采集履带压力传感器数据和位移传感器数据；轮履复合控制系统具备标定功能，标定并存储履带压力阈值，履带高位和低位；当履带压力大于标定阈值，停止控制，并反馈履带已触地；当位移传感器达到目标控制值，停止控制，反馈高度调节到位；在行驶过程中，控制系统感知到履带压力大于标定阀值时，控制油气弹簧提升履带辅助系统，减小履带系统承重。
36.履带控制管理：1.实时采集履带压力传感器数据和位移传感器数据；2.具备标定功能，标定并存储履带压力阈值，履带高位和低位；3.仅当车速为零时响应整车控制器发送的履带高度调节指令；4.当履带压力大于标定阈值，停止控制，并反馈履带已触地；当位移传感器达到目标控制值，停止控制，反馈高度调节到位。
37.履带调速控制：当使用履带时，整车控制器监测方向盘转角信号，判断整车处于直行工况或转向工况。当判断整车处于直线行驶工况时，整车vcu监测当前驱动轴的转速信号与履带转速信号，当两者速度差大于某一设定阀值时，整车域控制器通过比例电磁阀开度对履带速度进行调速。当判断整车处于转向工况时：监控方向盘转角达到转向阀值(左转/右转)，通过当前车速(abs采集)和方向盘转角，采用阿卡曼转向模型模拟计算出左右履带的目标车速，对左右履带进行车速的独立控制，以满足履带驱动时整车的转向需求。
38.显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，均在本发明的保护范围之内。