CN105416250B - 一种脱困装置 - Google Patents

Abstract

一种小汽车的脱困自救方法及装置，小汽车熄火，车身底部向路面伸出支撑脚，直至支撑脚抓牢路面；车身被起重抬高，直至车胎在泥泞陷坑位置上方悬空，车胎底部高于泥泞处的路面；支撑脚保持不动，小汽车车身相对支撑脚转动，直至车胎下方离开第二步所述的泥泞陷坑位置；车身整体降落路面，支撑脚收回，小汽车发动，开始行驶。本方法和装置能够帮助驾驶员轻松、快速、高效地脱困自救，无需依靠人力或其它外力，大大改善了驾驶员在恶劣路况下驾驶的体验感；装置结构简单，可靠性好，并且动力源为车载电源、液压油路，利用对现在车辆结构的改造；脱困时驾驶员不需离开驾驶室，在车外进行操作，不会受雨雪等恶劣天气环境的限制。

Description

一种脱困装置

技术领域

本发明涉及小汽车的位置调整领域，尤其涉及一种小汽车的脱困自救方法及装置。

背景技术

小型汽车由于底盘较低，雨天在泥泞的道路上行驶或者在久雨天气导致路基疏松的道路上行驶，很容易不小心陷入泥坑或疏松凹坑。目前的脱困自救方法，通常包括以下几种：

1、采用倒车-前进-再倒车的方法进行摆脱，这种脱困方式能够摆脱的凹坑有限；

2、利用铁锨等工具挖或填补车轮前后路面，帮助汽车摆脱，这种脱困方式需要一定的体力；

3、利用人力助推帮助轿车摆脱，这种脱困方式需要借助驾驶员之外的其它人的帮助；

4、借助其他车辆拖曳进行摆脱，这种脱困方式需要借助其它车辆的帮助；

5、借助链板、防沙板等工具垫住车轮，防止车轮打滑脱困，这种脱困方式也需要一定的体力和垫装技巧。

并且，以上脱困方法都具有费时、费力、效率低等缺点，在雨雪等恶劣天气实施起来更加困难。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种能够帮助因道路原因导致陷入泥坑或疏松凹坑的被困车辆进行轻松、快速、高效地脱困自救的方法及装置。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种小汽车的脱困自救方法，其特征在于：

第一步，小汽车熄火，车身底部向路面伸出支撑脚，直至支撑脚抓牢路面；

第二步，车身被起重抬高，直至车胎在泥泞陷坑位置上方悬空，车胎底部高于泥泞处的路面；

第三步，支撑脚保持不动，小汽车车身相对支撑脚转动，直至车胎下方离开第二步所述的泥泞陷坑位置；

第四步，车身整体降落路面，支撑脚收回，小汽车发动，开始行驶。

本发法通过对小汽车车身的顶升和转向，使车胎脱离原先的受困位置，然后再降落车身，发动汽车，就可以轻易的驶离陷坑位置。并且，这一动作可以通过控制系统，由坐在驾驶位上的驾驶员利用小汽车自带的液压油路、电路作为动力，控制小汽车上配置的脱困装置实现，省时省力，高效轻松，大大改善了驾驶员在恶劣路况下驾驶的体验感。

一种应用上述的小汽车的脱困自救方法的脱困装置，其特征在于：

所述装置包括底座，转轴，驱动电机，支撑脚，压力传感器，测距传感器，摄像头，伸缩撑拉杆，显示屏和控制单元，其中：

小汽车底部开设一个开口向下的工作腔，工作腔内侧配置水平的底座，

一根竖直的转轴上端固定在工作腔顶部，下端转动安装在底座上，下端端部配置驱动电机，驱动电机固定在底座上，驱动电机信号连接控制单元；

底座下方围绕转轴配置至少三个支撑脚，支撑脚上端转动安装在底座上，下端为球形脚部，脚部配置压力传感器，压力传感器信号连接控制单元；

支撑脚通过带有自锁阀的伸缩撑拉杆连接底座，伸缩撑拉杆上端转动连接底座，下端转动连接支撑脚，伸缩撑拉杆、支撑脚和底座构成一个三角形的支撑结构；

伸缩撑拉杆伸缩时，驱动支撑脚在靠近底座的行程高位和垂直于底座的行程低位之间往复转动，并且伸缩撑拉杆能够将支撑脚锁定在转动过程中的任一行程位置，伸缩撑拉杆信号连接控制单元；

支撑脚腿部为液压式伸缩腿，能够沿轴向伸缩并且锁紧，支撑脚腿部信号连接控制单元；

小汽车底部配置测距传感器和带照明的摄像头，测距传感器和摄像头分别信号连接控制单元，小汽车驾驶位配置显示屏，显示屏信号连接控制单元。

控制单元的操作系统安装在车内，通过带照明的摄像头实时监视车底对应的路况环境并通过车内显示屏显示给驾驶员，全程控制汽车原地转向及脱困装置的运行及回收；可伸缩支撑脚的不同步伸缩可适应高低不平的路况，确保每一个支撑脚都充分抓牢地面；脚部设计成球形，保证了支撑脚能与地面进行硬接触，有利于地面支撑力的有效及可靠传递；压力传感器装置于支撑脚底部，用来测试支撑脚的受力值；测距传感器用来测试车身与地面的垂直距离，反馈给控制单元控制车身的抬升高度；伸缩撑拉杆用来控制支撑脚的转动，并且将支撑脚锁定在转动过程中的任一行程位置；可伸缩支撑脚的同步伸缩负责抬升/放下车身；驱动电机负责在车身抬升到合适高度后，转动车身方向。

在车辆正常行驶情况下，此装置被回收在车身底部的工作腔内，安装位置在车辆重心线上。一旦车辆陷入泥坑或疏松凹坑，且反复倒车不能脱离困境，驾驶员在车内即可启动本装置，可通过车内显示屏观察，利用控制单元进行脱困操作，控制单元接收压力传感器和测距传感器信号，控制所述伸缩撑拉杆、支撑脚和驱动电机能够顺次进行如下四个动作：

A、支撑脚抓牢地面：

控制单元控制伸缩撑拉杆伸展，每个支撑脚由行程高位向行程低位转动；

转动过程中，如果某个脚部接触到地面，压力传感器测试到该支撑脚受到向上的地面支撑力大于等于一设定值，反馈信号给控制单元，控制单元判断该脚部已接触地面，控制该支撑脚对应的伸缩撑拉杆停止伸展并锁定在该位置，保持该支撑脚的支撑位置不变；

其它支撑脚继续转动，直至转动至行程低位或者与地面接触为止，支撑脚对应的伸缩撑拉杆停止伸长并锁定在对应的拉伸位置；

转动至行程低位仍未与地面接触的支撑脚，控制单元控制其腿部沿轴向伸长，直至该脚部接触地面，支撑脚腿部停止伸长并锁紧在该位置；

待所有脚部接触地面后，控制单元对所有支撑脚的转动位置和伸长长度进行微调并锁定，使每个支撑脚受到的地面支撑力保持相对均衡，并大于等于上述设定值，避免其它支撑脚在运动过程中使某个支撑脚处于悬空状态，微调过程中，控制单元优先微调支撑脚的转动位置，次后微调支撑脚的轴向伸长长度。

B、车身的抬升：

控制单元控制所有支撑脚的腿部同时沿轴向缓慢伸长，并且所有支撑脚在垂直于汽车底盘方向上的伸长长度相同，保证车身平稳抬升，直至测距传感器测量到车胎底部位于路面上方一个设定值，控制单元将支撑脚锁定在该位置，保持车身的抬升高度不变；

如果抬升过程中，某一在上述A动作中尚未转动到行程低位的支撑脚的腿部沿轴向伸长至最长，依然无法达到其它支撑脚在垂直于汽车底盘方向上的伸长长度，控制单元控制该支撑脚对应的伸缩撑拉杆伸长，使该支撑脚朝向自身的行程低位转动，以补偿该支撑脚在垂直于汽车底盘方向上的伸长长度，使其与其它支撑脚对车身的抬升同步。

C、车身的转动换向：

控制单元控制驱动电机启动，使车身绕转轴中心线缓慢的旋转一个角度，调整车身方向，直至从显示屏上观察到的从摄像头上传回的图像显示车胎下方已经离开泥泞陷坑位置，保证车辆下降接触地面后不会陷入之前的泥泞陷坑位置，即可停止转向；

旋转过程中，底座通过支撑脚抓牢地面，保持不动，转轴由驱动电机驱动，带动车身相对底座转动，底座和转轴之间通过轴承连接。

D、车身下降及装置回收：

控制单元控制所有支撑脚的腿部同时沿轴向缓慢回缩，并且所有支撑脚在垂直于汽车底盘方向上的回缩长度相同，保证车身平稳下降，直至所有支撑脚上的压力传感器测试到对应的支撑脚受到向上的地面支撑力均小于一设定值，反馈信号给控制单元，控制单元判断车胎已顺利落地，继续将所有支撑脚沿轴向回缩至最短长度，并控制伸缩撑拉杆回缩，带动每个支撑脚绕上端向上转动至行程高位，整个装置处于回收位置，小汽车启动，驶离脱困；

在支撑脚回缩过程中，如果某一在上述B动作中尚未转动到行程低位的支撑脚的腿部沿轴向回缩至最短，依然无法达到其它支撑脚在垂直于汽车底盘方向上的回缩长度，控制单元控制该支撑脚对应的伸缩撑拉杆缩短，使该支撑脚朝向自身的行程高位转动，从而补偿该支撑脚在垂直于汽车底盘方向上的回缩长度，保证车身的平稳下降。

进一步的，为增强整个装置的脱困能力，可以将所述转轴设计为伸缩轴，转轴能够沿轴向伸长或缩短，使底座外露于小汽车底盘下方，或者缩回至工作腔内。

再进一步，所述支撑脚腿部为套筒液压缸式伸缩腿。套筒液压缸又称伸缩式液压缸，是可以得到较长工作行程的具有多级套筒形活塞杆的液压缸，能够进一步增大支撑脚腿部的伸缩比，增强整个装置的脱困能力。

再进一步，所述小汽车底部的工作腔开口处覆盖活动的盖板，盖板与小汽车的底盘平齐。在不使用脱困装置的时候，盖板可以对整个装置及装置安放的工作腔起到保护作用。

再进一步，所述驱动电机为步进电机。步进电机可以在控制单元的控制下转动一个选定的角度，从而控制车身的精确换向。

再进一步，所述测距传感器为涡流测距传感器。涡流测距传感器在分析测量中，特别是对非接触的高精度振动、位移信号，能连续准确地采集到振动、转动等轨迹运动的多种参数。

再进一步，所述支撑脚数量为4～5个，并且其中任意三个支撑脚不位于同一直线上。控制单元可以根据路况具体选择其中的至少3个支撑脚工作，避免某个支撑脚卡在凹坑内某个较高的小陷坑里，或者某个支撑脚无法触及凹坑其下方的凹坑最低处。

再进一步，伸缩撑拉杆为液压伸缩撑拉杆，不仅支撑的可靠性好，并且结构简单。

本发明的有益效果在于：

1、能够帮助驾驶员轻松、快速、高效地脱困自救，无需依靠人力或其它外力，大大改善了驾驶员在恶劣路况下驾驶的体验感；

2、装置结构简单，可靠性好，并且动力源为车载电源、液压油路，利用对现在车辆结构的改造；

3、脱困时驾驶员不需离开驾驶室，在车外进行操作，不会受雨雪等恶劣天气环境的限制。

附图说明

图1为本发明一种优选结构正视透视示意图

图2为图1的俯视图

图3为另一种底座结构的俯视图

图4为一种优选结构在车身抬升时与地面的配合示意图

图5为另一种优选结构在支撑脚抓牢地面时与地面的配合示意图

图1～5中：1为底座，2为转轴，3为驱动电机，4为脚部，5为伸缩撑拉杆，6为腿部。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

自救装置包括底座1，转轴2，驱动电机3，支撑脚，压力传感器，测距传感器，摄像头，伸缩撑拉杆5，显示屏和控制单元。

小汽车底部开设一个开口向下的工作腔，工作腔内侧配置水平的底座1，图2中底座1为圆形，图3中的底座1为三角形。

一根竖直的转轴2上端固定在工作腔顶部，下端转动安装在底座1上，下端端部配置驱动电机3，其中，图4中的转轴2为伸缩轴，包括内外套装的母轴和公轴，两轴之间键连接，转轴2能够受控制单元控制，在液压驱动下沿轴向伸长或缩短，使底座1外露于小汽车底盘下方，或者缩回至工作腔内，从而增强整个装置的脱困能力。

驱动电机3固定在底座1上，驱动电机3为步进电机，信号连接控制单元。

图2～3中，底座1下方配置三个支撑脚，转轴2位于三个支撑脚中心处，支撑脚上端转动安装在底座1上，下端为球形脚部4，脚部4配置压力传感器，压力传感器信号连接控制单元。

支撑脚通过带有自锁阀的伸缩撑拉杆5连接底座1，伸缩撑拉杆5上端转动连接底座1，下端转动连接支撑脚，伸缩撑拉杆5、支撑脚和底座1构成一个三角形的支撑结构，伸缩撑拉杆5为液压伸缩撑拉杆。

伸缩撑拉杆5伸缩时，驱动支撑脚在靠近底座1的行程高位(如图1中虚线部分的支撑脚)和垂直于底座1的行程低位(如图1中实线部分的支撑脚)之间往复转动，并且伸缩撑拉杆5能够将支撑脚锁定在转动过程中的任一行程位置，伸缩撑拉杆5信号连接控制单元。

支撑脚腿部6为套筒液压缸式伸缩腿，能够沿轴向以较大的伸缩比伸缩并且锁紧，支撑脚腿部6信号连接控制单元。

小汽车底部配置测距传感器和带照明的摄像头，测距传感器和摄像头分别信号连接控制单元，小汽车驾驶位配置显示屏，显示屏信号连接控制单元。

在车辆正常行驶情况下，此装置被回收在车身底部的工作腔内，安装位置在车辆重心线上。一旦车辆陷入泥坑或疏松凹坑，且反复倒车不能脱离困境，驾驶员在车内即可启动本装置，可通过车内通过显示屏观察，通过控制单元接收压力传感器和测距传感器信号，控制伸缩撑拉杆5、支撑脚和驱动电机3能够顺次进行如下四个动作：

A、支撑脚抓牢地面(如图5所示)：

控制单元控制伸缩撑拉杆5伸展，每个支撑脚由行程高位向行程低位转动；

转动过程中，如果某个脚部4接触到地面，压力传感器测试到该支撑脚受到向上的地面支撑力大于等于一设定值(如20N)，反馈信号给控制单元，控制单元判断该脚部4已接触地面，控制该支撑脚对应的伸缩撑拉杆5停止伸展并锁定在该位置，保持该支撑脚的支撑位置不变；

其它支撑脚继续转动，直至转动至行程低位或者与地面接触为止，支撑脚对应的伸缩撑拉杆5停止伸长并锁定在对应的拉伸位置；

转动至行程低位仍未与地面接触的支撑脚，控制单元控制其腿部6沿轴向伸长，直至该脚部4接触地面，支撑脚腿部6停止伸长并锁紧在该位置；

待所有脚部4接触地面后，控制单元对所有支撑脚的转动位置和伸长长度进行微调并锁定，使每个支撑脚受到的地面支撑力保持相对均衡，并大于等于上述设定值(如20N)，避免其它支撑脚在运动过程中使某个支撑脚处于悬空状态，微调过程中，控制单元优先微调支撑脚的转动位置，次后微调支撑脚的轴向伸长长度。

B、车身的抬升(如图4所示)：

控制单元控制所有支撑脚的腿部6同时沿轴向缓慢伸长，并且所有支撑脚在垂直于汽车底盘方向上的伸长长度相同，保证车身平稳抬升，直至测距传感器测量到车胎底部位于路面上方一个设定值(如2cm)，控制单元将支撑脚锁定在该位置，保持车身的抬升高度不变；

如果抬升过程中，某一在上述A动作中尚未转动到行程低位的支撑脚的腿部6沿轴向伸长至最长，依然无法达到其它支撑脚在垂直于汽车底盘方向上的伸长长度，控制单元控制该支撑脚对应的伸缩撑拉杆5伸长，使该支撑脚朝向自身的行程低位转动，以补偿该支撑脚在垂直于汽车底盘方向上的伸长长度，使其与其它支撑脚对车身的抬升同步。

C、车身的转动换向：

控制单元控制驱动电机3启动，使车身绕转轴中心线缓慢的旋转一个角度，调整车身方向，直至从显示屏上观察到的从摄像头上传回的图像显示车胎下方已经离开泥泞陷坑位置，保证车辆下降接触地面后不会陷入之前的泥泞陷坑位置，即可停止转向；

旋转过程中，底座1通过支撑脚抓牢地面，保持不动，转轴2由驱动电机3驱动，带动车身相对底座1转动，底座和转轴之间通过轴承连接。

D、车身下降及装置回收：

控制单元控制所有支撑脚的腿部6同时沿轴向缓慢回缩，并且所有支撑脚在垂直于汽车底盘方向上的回缩长度相同，保证车身平稳下降，直至所有支撑脚上的压力传感器测试到对应的支撑脚受到向上的地面支撑力均小于一设定值如20N)，反馈信号给控制单元，控制单元判断车胎已顺利落地，继续将所有支撑脚沿轴向回缩至最短长度，并控制伸缩撑拉杆5回缩，带动每个支撑脚绕上端向上转动至行程高位，整个装置处于回收位置，小汽车启动，驶离脱困；

在支撑脚回缩过程中，如果某一在上述B动作中尚未转动到行程低位的支撑脚的腿部6沿轴向回缩至最短，依然无法达到其它支撑脚在垂直于汽车底盘方向上的回缩长度，控制单元控制该支撑脚对应的伸缩撑拉杆5缩短，使该支撑脚朝向自身的行程高位转动，从而补偿该支撑脚在垂直于汽车底盘方向上的回缩长度，保证车身的平稳下降。

Claims (8)

1.一种脱困装置，其特征在于：

所述装置包括底座(1)，转轴(2)，驱动电机(3)，支撑脚，压力传感器，测距传感器，摄像头，伸缩撑拉杆(5)，显示屏和控制单元，其中：

小汽车底部开设一个开口向下的工作腔，工作腔内侧配置水平的底座(1)，

一根竖直的转轴(2)上端固定在工作腔顶部，下端转动安装在底座(1)上，下端端部配置驱动电机(3)，驱动电机(3)固定在底座(1)上，驱动电机(3)信号连接控制单元；

底座(1)下方围绕转轴(2)配置至少三个支撑脚，支撑脚上端转动安装在底座(1)上，下端为球形脚部(4)，脚部(4)配置压力传感器，压力传感器信号连接控制单元；

支撑脚通过带有自锁阀的伸缩撑拉杆(5)连接底座(1)，伸缩撑拉杆(5)上端转动连接底座(1)，下端转动连接支撑脚，伸缩撑拉杆(5)、支撑脚和底座(1)构成一个三角形的支撑结构；

伸缩撑拉杆(5)伸缩时，驱动支撑脚在靠近底座(1)的行程高位和垂直于底座(1)的行程低位之间往复转动，并且伸缩撑拉杆(5)能够将支撑脚锁定在转动过程中的任一行程位置，伸缩撑拉杆(5)信号连接控制单元；

支撑脚腿部(6)为液压式伸缩腿，能够沿轴向伸缩并且锁紧，支撑脚腿部(6)信号连接控制单元；

小汽车底部配置测距传感器和带照明的摄像头，测距传感器和摄像头分别信号连接控制单元，小汽车驾驶位配置显示屏，显示屏信号连接控制单元；

所述控制单元接收压力传感器和测距传感器信号，控制所述伸缩撑拉杆(5)、支撑脚和驱动电机(3)能够顺次进行如下四个动作：

A、支撑脚抓牢地面：

控制单元控制伸缩撑拉杆(5)伸展，每个支撑脚由行程高位向行程低位转动；

转动过程中，如果某个脚部(4)接触到地面，压力传感器测试到该支撑脚受到向上的地面支撑力大于等于一设定值，反馈信号给控制单元，控制单元判断该脚部(4)已接触地面，控制该支撑脚对应的伸缩撑拉杆(5)停止伸展并锁定在该位置，保持该支撑脚的支撑位置不变；

其它支撑脚继续转动，直至转动至行程低位或者与地面接触为止，支撑脚对应的伸缩撑拉杆(5)停止伸长并锁定在对应的拉伸位置；

转动至行程低位仍未与地面接触的支撑脚，控制单元控制其腿部(6)沿轴向伸长，直至该脚部(4)接触地面，支撑脚腿部(6)停止伸长并锁紧在该位置；

待所有脚部(4)接触地面后，控制单元对所有支撑脚的转动位置和伸长长度进行微调并锁定，使每个支撑脚受到的地面支撑力保持相对均衡，并大于等于上述设定值，微调过程中，控制单元优先微调支撑脚的转动位置，次后微调支撑脚的轴向伸长长度；

B、车身的抬升：

控制单元控制所有支撑脚的腿部(6)同时沿轴向伸长，并且所有支撑脚在垂直于汽车底盘方向上的伸长长度相同，直至测距传感器测量到车胎底部位于路面上方一个设定值，控制单元将支撑脚锁定在该位置，保持车身的抬升高度不变；

如果抬升过程中，某一在上述A动作中尚未转动到行程低位的支撑脚的腿部(6)沿轴向伸长至最长，依然无法达到其它支撑脚在垂直于汽车底盘方向上的伸长长度，控制单元控制该支撑脚对应的伸缩撑拉杆(5)伸长，使该支撑脚朝向自身的行程低位转动，以补偿该支撑脚在垂直于汽车底盘方向上的伸长长度，使其与其它支撑脚对车身的抬升同步；

C、车身的转动换向：

控制单元控制驱动电机(3)启动，使车身绕转轴中心线旋转一个角度，直至从显示屏上观察到的从摄像头上传回的图像显示车胎下方已经离开泥泞陷坑位置，保证车辆下降接触地面后不会陷入之前的泥泞陷坑位置，即可停止转向；

旋转过程中，底座(1)通过支撑脚抓牢地面，保持不动，转轴(2)由驱动电机(3)驱动，带动车身相对底座(1)转动；

D、车身下降及装置回收：

控制单元控制所有支撑脚的腿部(6)同时沿轴向缓慢回缩，并且所有支撑脚在垂直于汽车底盘方向上的回缩长度相同，直至所有支撑脚上的压力传感器测试到对应的支撑脚受到向上的地面支撑力均小于一设定值，反馈信号给控制单元，控制单元判断车胎已顺利落地，继续将所有支撑脚沿轴向回缩至最短长度，并控制伸缩撑拉杆(5)回缩，带动每个支撑脚绕上端向上转动至行程高位，整个装置处于回收位置，小汽车启动，驶离脱困；

在支撑脚回缩过程中，如果某一在上述B动作中尚未转动到行程低位的支撑脚的腿部(6)沿轴向回缩至最短，依然无法达到其它支撑脚在垂直于汽车底盘方向上的回缩长度，控制单元控制该支撑脚对应的伸缩撑拉杆(5)缩短，使该支撑脚朝向自身的行程高位转动，从而补偿该支撑脚在垂直于汽车底盘方向上的回缩长度。

2.根据权利要求1所述的脱困装置，其特征在于：所述转轴(2)为伸缩轴，转轴(2)能够沿轴向伸长或缩短，使底座(1)外露于小汽车底盘下方，或者缩回至工作腔内。

3.根据权利要求1所述的脱困装置，其特征在于：所述支撑脚腿部(6)为套筒液压缸式伸缩腿。

4.根据权利要求1所述的脱困装置，其特征在于：所述小汽车底部的工作腔开口处覆盖活动的盖板，盖板与小汽车的底盘平齐。

5.根据权利要求1所述的脱困装置，其特征在于：所述驱动电机(3)为步进电机。

6.根据权利要求1所述的脱困装置，其特征在于：所述测距传感器为涡流测距传感器。

7.根据权利要求1所述的脱困装置，其特征在于：所述支撑脚数量为4～5个，并且其中任意三个支撑脚不位于同一直线上。

8.根据权利要求1所述的脱困装置，其特征在于：所述伸缩撑拉杆(5)为液压伸缩撑拉杆。