智能行李箱运动状态控制的研究

2021-04-14李月城

科技视界 2021年4期

关键词：行李箱制动器箱体

李宏李月城

（铜陵学院，安徽铜陵 244000）

0 引言

众所周知，在日常的出行中行李箱的作用十分重要，但是在路途上绝大多数时候它无疑又是一种拖累，所以我们为行李箱加装了驱动系统以及控制装置，以最大限度地减少出行时的不便。

对于一个需要在道路自动行驶的行李箱而言，最先需要解决的无疑是它的驱动装置。在这一方面与传统的驱动装置基本相同，都是利用电机驱动来实现行李箱的自主行动。

虽然市面上已经出现了一些能够自动跟随的行李箱，但是对于行李箱的控制都不是很精准，因此，我们开发了一个手机专属App 来实现对行李箱运动状态的精确控制——对启动、停止以及转向的控制。并且为了解决行李箱在上坡以及上楼梯时过重的问题，加入了对这两种常见状况的控制。

1 悬架的选择

想让一个箱体能够平稳地在道路上运动不可避免地需要考虑悬架的问题。悬架是车架和车轮之间用来传力的连接装置，它更加主要的作用是用来缓冲路面不平产生的冲击载荷，极大限度地减小车身的振动。这样不仅能够使车轮在行驶过程中更加的平顺；同时也能够保证车轮在不平路面上的稳定性。这便是生活中最常见的汽车悬架，它的功能总结起来就是使汽车的行驶更加平稳，减少汽车在运动过程中产生的振动。悬架一般都是由弹性元件、减振器和导向机构等几个主要部件组成的。现代悬架系统所使用的弹性元件基本上都是螺旋弹簧，主要是利用它承受垂直方向载荷的特性，相比较其他的同类型的元件可以更好地缓和不平路面对车体的冲击。虽然螺旋弹簧的性能十分的优秀，但正因为它的这种特性导致螺旋弹簧自身并不能起到减振的作用，因此，此类悬架需要另外安装减振器。当车轮在凹凸不平的路面上行驶时，由于悬架受到的垂直力会使车身剧烈振动。当安装了减振器之后就可以迅速衰减这种振动，并使它具有合理的阻尼。这样就可以利用它的阻尼作用不断减小车轮振动的振幅。导向装置的功能主要是用来传递除弹性元件传递的垂直力以外的各种力和力矩[1]。

现在市面上常用的悬架主要分为独立悬架和非独立悬架两种类型。非独立悬架的两个车轮被安装在一根轴上，当其中的一个车轮产生跳动时同时也会使得安装在另一端的车轮也产生相应的跳动，从而导致整个车身产生较大的振动。独立悬架结构特点是将车桥做成断开的，这样就可以让每一个车轮单独通过弹性悬架与车架连接在一起，彼此之间不会互相干扰。这样单一车轮的振动并不会使得另一个车轮产生振动，车身的振动也会减小，相对于非独立悬架而言更加平稳[1]。虽然目前市面上的悬架种类多种多样，但是悬架系统都没有能做得特别好。这是因为悬架的好坏取决于平顺性和稳定性，但是这两方面又是互相对立矛盾的必须有所取舍。所以在悬架的制造过程中必须充分地综合两方面才能够使得悬架既能保证优良的操纵稳定性，又能具备较好的平顺性。

现代随着科技的不断发展以及人们对于舒适性的追求，新的方向也出现了。被动式的悬架开始逐渐向着主动悬架的方向发展。目前，这方面的发展主要是通过调节减振器阻尼来实现的。阻尼可以调节的减振器主要可以分为两种，一种是通过控制节流阀孔口的大小使通过节流阀孔口的流量发生改变从而达到调节阻尼的目的；还有一种是通过改变使用的减振液的黏性来调节阻尼[2]。前者结构相对于后者来说比较复杂。在这种情况下后者对于我们的研究而言比较简单。通过使用这种阻尼可调的减振使得行李箱获得了更加优秀的减振能力，使得箱体的运动更加平顺，这个也使箱体能够应对多种路况的基础。

由于行李箱整体尺寸较小，所以悬架的设计也需相应变小。经比较发现独立悬架是我们最好的选择。

2 三角轮结构设计

首先对于直线道路的运动并不是十分困难，采用后轮驱动的方式为箱体的运动提供动力，前轮设计成万向轮方便进行转向的功能。后轮采用三脚轮方便应对阶梯这种特殊路况，三角轮三个分轮的传动使用行星齿轮，即由电动机为太阳齿轮提供动力，经由行星小齿轮将动力传递给三个分轮为车轮的转动提供动力[3]。行星轮齿的使用可以保证任意两个车轮处于地面皆可使箱体正常运动。三脚轮主体的转动使用齿轮轴来进行传动。太阳齿轮位于齿轮轴上，此种结构可以使三个分轮与三脚轮主体的运动彼此分离，互不干扰，保证了运动的平稳性。三脚轮主体和分轮采用4个方向不同的单向棘轮，三个分轮使用同向的单向棘轮，三角轮主体使用方向相反的单向棘轮。在平坦道路上，电动机正转，此时只有三角轮的分轮工作，三角轮主体不工作，由分轮为箱体的移动提供动力；当遇到楼梯这种复杂的道路时，电动机反转，这时三角轮的三个分轮锁死，三个单向棘轮因方向的原因均处于不工作的状态，此时只有三角轮主体所连的单向棘轮工作带动箱体进行爬楼梯。

3 制动系统设计

同时我们需要在三脚轮处安装制动器，制动时对驱动装置进行断电以完成对减速和停止状态的控制。通常我们所说的制动器指的是一种能够在我们需要的时候对车辆的运动或运动趋势造成阻碍，从而使车速降低的装置。目前，汽车制造行业所使用的制动器基本上都是摩擦式的，这种类型的制动器大体上可以分为鼓式结构和盘式结构两种。经比较发现，盘式结构更符合人们对行李箱制动系统的需求。对于车辆而言，汽车的行驶速度与之前相比得到显著的提高，而且车辆的舒适度和性能也日益改善。为了提高车辆在高速行驶过程中制动的反应速度、提高制动的稳定性与安全性，盘式结构成为市面上汽车制动器的首选。由于盘式结构制动器的刹车盘直接与外界空气大面积接触，所以盘式制动器制动时所产生的热量能够快速地散发出去，这样能够保证车辆在高速行驶的情况下也能够短时间快速制动，因此在行李箱上我们也选择此类制动。

在通电的情况下，位于制动总泵内的活塞会被立即驱动，从而会使得制动油路中产生制动压力，然后油路中的压力会通过液压油传递到位于制动卡钳上的制动钳活塞，制动钳活塞在压力的作用下向外移动同时推动活塞上安装的制动衬块去夹紧刹车碟盘，这时制动衬块会与刹车盘相互摩擦产生摩擦力，在摩擦力的作用下，车轮的速度逐渐降低，从而使得箱体减速[4]。制动器工作时对驱动系统进行断电，这样可以迅速地完成制动工作，有效地减少刹车片的磨损，延长了制动器的使用寿命。