1.运动状态下自动伸缩型水平面平衡调节装置,其特征在于:包括设于车体上的运动平衡装置和设于运动平衡装置上用于发电的感生发电器(1);
所述感生发电器(1),包括感应盒(101)、两组线圈(102)和球形磁铁(103);球形磁铁(103)置于感应盒(101)内,两组线圈(102)相互垂直地贴紧绕制于感应盒(101)外壁,两组线圈(102)串联,当感应盒(101)处于运动状态时,球形磁铁(103)在感应盒(101)内发生运动,使得两组线圈(102)感应出电流进行发电;
所述运动平衡装置,包括载盘(2)、伸缩杆(3)、倾仰角检测器(4)和控制器(5);载盘(2)为三角形盘体,感生发电器(1)设于载盘(2)上;伸缩杆(3)设于车体上且数量为三个,分别设于载盘(2)三个角底部;倾仰角检测器(4)沿车体左右方向放置用于检测车体左倾、右倾、上仰和下俯的角度;控制器(5)与伸缩杆(3)、倾仰角检测器(4)均电连接,控制器(5)用于根据倾仰角检测器(4)的检测角度调节伸缩杆(3)使载盘(2)倾斜后恢复水平状态。
2.根据权利要求1所述的运动状态下自动伸缩型水平面平衡调节装置,其特征在于:所述感应盒(101)内腔固定设有若干圆柱体碰旋柱(104),相邻圆柱体碰旋柱(104)的间距大于球形磁铁(103)直径;所述圆柱体碰旋柱(104)表面采用胶皮材质。
3.根据权利要求1所述的运动状态下自动伸缩型水平面平衡调节装置,其特征在于:所述感应盒(101)内壁采用刚性材料且表面光滑。
4.根据权利要求1所述的运动状态下自动伸缩型水平面平衡调节装置,其特征在于:所述载盘(2)为等边三角形,载盘(2)的一边作为底边位于车体左右方向上,载盘(2)的高线位于车体前后方向上;所述伸缩杆(3)包括设于载盘(2)左侧底角底部的左端伸缩杆(301)、设于载盘(2)右侧底角底部的右端伸缩杆(302)和设于载盘(2)顶角底部的前端伸缩杆(303)。
5.根据权利要求1所述的运动状态下自动伸缩型水平面平衡调节装置,其特征在于:所述倾仰角检测器(4)包括内部中空形成圆柱腔的透明圆柱容器(401);圆柱容器(401)内腔装有液体(402),内壁贴有电连接于控制器(5)的压力传感器(403),压力传感器(403)在内壁圆周上形成压力传感器环形阵列,压力传感器环形阵列中的同位阵元沿轴向延伸至圆柱容器(401)端面,形成压力传感器轴向阵列;压力传感器(403)根据所在位置液体(402)深度不同而输出不同的感应电压,压力传感器环形阵列的每个阵元输出感应电压至控制器(5)。
6.根据权利要求5所述的运动状态下自动伸缩型水平面平衡调节装置,其特征在于:所述圆柱容器(401)内腔所装的液体(402)采用熔点低于-50℃、沸点高于+50℃的液类,液体(402)体积为圆柱容器(401)容积的一半,圆柱容器(401)内腔的剩余空间抽成真空或者充入一个大气压的氮气;所述压力传感器(403)为贴片式扩散硅压力传感器(403),压力传感器环形阵列及压力传感器轴向阵列中每个阵元呈均匀分布。
7.根据权利要求6所述的运动状态下自动伸缩型水平面平衡调节装置,其特征在于:所述控制器(5)包括角度计算单元、伸缩杆调节幅度计算单元和控制单元;
角度计算单元根据压力传感器(403)的感应电压将每个环形阵列中液体(402)深度最大的压力传感器(403)视为有效阵元,所有的压力传感器(403)有效阵元形成有效压力传感器轴向阵列,有效压力传感器轴向阵列输出的系列感应电压值形成圆柱容器(401)内腔壁最大液压值轴向分布向量,用该向量反映圆柱容器(401)的轴截面液位分布,基于轴截面液位分布得到当前轴向倾角;对压力传感器环形阵列中每个阵元进行标号构成索引号,根据高液位一侧端面上压力传感器环形阵列中有效阵元的索引号,得到当前的绕轴仰角;
伸缩杆调节幅度计算单元根据检测的倾角和仰角角度计算得到伸缩杆(3)伸缩长度,控制单元根据伸缩长度调节伸缩杆(3)使载盘(2)倾斜后恢复水平状态。
8.根据权利要求7所述的运动状态下自动伸缩型水平面平衡调节装置,其特征在于:所述角度计算单元的计算方法为:步骤1:参数初始化
M←Φ,uthd←μ,k←k′,U←Φ,其中,符号←表示赋值,M表示有效压力传感器轴向阵列索引集,Φ代表空集,uthd表示电压差门限,μ由生产商预设,μ趋近于零,k表示压力传感器(403)所在位置液体(402)深度与对应检测电压的比值,矩阵U表示圆柱容器(401)内腔壁液压分布所反映的检测电压分布,k′由用户对矩阵U的数据进行定期标定并线性拟合后获取;
用U的第n行第k列元素un,k表示轴向自左至右第n环形阵列逆时针第k阵元所对应的检测电压,用U的第n行向量un,:=[un,1,…un,K]反映轴向自左至右第n压力传感器环形阵列所在内T腔壁的液压分布,用U的第k列向量u:,k=[u1,k,…uN,k]反映压力传感器(403)各个环形阵列的逆时针第k阵元所形成的轴向阵列所在内腔壁的液压分布,其中,N表示轴向自左向右共N个压力传感器环形阵列,K表示每个压力传感器环形阵列中共K个阵元;
步骤2:采集零液压下的输出电压以赋值调零矩阵
步骤2.1:将圆柱容器(401)平放,即令轴向倾角θ≈0;
步骤2.2:确定有效压力传感器轴向阵列
控制器(5)读取轴向自左至右第n压力传感器环形阵列所在内腔壁的液压分布采用如下公式计算有效压力传感器轴向阵列索引号m:
确定有效压力传感器轴向阵列,并构建有效压力传感器轴向阵列检测电压向量u:,m=[u0,m,…uN-1,m]T;
步骤2.3:读取与有效压力传感器轴向阵列对称的轴向阵列的检测电压
f(m)←mod(K,m+K/2),
mod(x,y)表示以x为模对y进行取模,则索引号为f(m)的轴向阵列与索引号为m的轴向阵列关于轴线呈几何对称,u′:,f(m)←u:,f(m)
u′:,f(m)即零液压下与有效压力传感器轴向阵列对称的轴向阵列的检测电压,用于后续调零;步骤2.4:赋值调零矩阵U′(:,f(m))←u′:,f(m),
其中U′为检测电压调零矩阵;
步骤2.5:赋值有效压力传感器轴向阵列索引集:M←M∪{m};
步骤2.6:若有效压力传感器轴向阵列索引集M未完备则继续使之更完备
若M达到完备,即M={1,…K},则跳转步骤3,否则控制器(5)通过数据输出模块提示用户将圆柱容器(401)绕轴逆时针旋转一个角度,即360/K度,跳转至步骤2.2;
步骤3:测试当前姿态下的轴向倾角θ
若|U:,m(0)-U′:,m(0)|>uthd,则采用小轴向倾角计算公式,如下:θ=sin-1(k(|U:,m(N-1)-U′:,m(N-1)|-|U:,m(0)-U′:,m(0)|)/a0)其中,sin-1(·)表示正弦反函数,a0表示圆柱容器(401)的轴向长度;
否则,采用大轴向倾角计算公式,如下:
θ=sin-1(k|U:,m(N-1)-U′:,m(N-1)|/((N-n′+1)d))其中,d表示相邻压力传感器(403)的轴向间距,n′的获取采用如下计算公式:n′=min{n||U:,m(n)-U′:,m(n)|>uthd,0≤n≤N-1}步骤4:测试当前姿态下的绕轴仰角 采用如下计算公式:
9.根据权利要求8所述的运动状态下自动伸缩型水平面平衡调节装置,其特征在于:所述伸缩杆调节幅度计算单元的计算方法为:前端伸缩杆(303)的调节幅度△x为:
其中,w为载盘(2)边长;的获取采用上述步骤4所示绕轴仰角计算公式;
当仰角 为正,表示车辆处于上坡状态,此时△x为负数,表示前端伸缩杆(303)需要缩短|△x|的长度;反之,当仰角 为负,表示车辆处于下坡状态,此时△x为正数,表示前端伸缩杆(303)需要伸长|△x|的长度;
左端伸缩杆(301)的调节幅度△y为:
右端伸缩杆(302)的调节幅度△z为:
其中,θ的获取采用上述步骤3所示轴向倾角计算公式;
当倾角θ为正,表示车辆处于右倾状态,此时△y为负数,表示左端伸缩杆(301)需要缩短|△y|的长度;△z为正数,表示右端伸缩杆(302)需要伸长|△z|的长度。