CN1009069B - 装有气胎舵轮的快速车辆的自导系统 - Google Patents

Abstract

在装有气胎(5)的舵轮(4)的车辆的轨道(8)上安有导轮(7)，(7′)的自导系统中，当舵轮(4)与轨道(8)之间提供机械去耦装置时即使运行速度至少超过80公里/时以上，摆动的周期性现象都可被消除，该装置使舵轮(4)可自由转向一个角度，该角度是相对于轨道(8)所确定的设定转向角而预定的。

Description

本发明涉及装有气胎舵轮的快速车辆用的自导系统。其中气胎舵轮可以是主动轮，该自导系统包括，在舵轮附近，沿车辆运行方向延伸的和支承企图跟随轨道运动的导轮的第一支承臂，和相对于导向轴沿与车辆运行方向相反的纵向延伸的第二支承臂，这第二支承臂也支承一个导轮，这二个支承臂也能绕二个基本上水平的轴垂直振荡，并连接于能绕基本上垂直的枢轴旋转预定角度范围的横臂，该垂直枢轴连接于转台，而转台至少接一个联轴杆，该联轴杆与为上述导向轴的舵轮之一导向的导向杆铰接，以使转台绕基本上垂直的轴旋转以控制导向轴，第一支承臂比第二支承臂更为刚性地被连接于该转台。

它主要用于靠轮胎运行的公共运输车辆。

特别是，它涉及双形态型车辆的自导系统，即当车辆在它的底层结构上运行时，车辆由自导向轨道系统导向，或当车辆自行时，则由驾驶员人工操纵导向。

从欧洲专利NO.0062370已知，车辆的自动导向系统至少装有一个导向轴，该轴装有带气胎的轮子，该带有气胎的轮子可以是主动轮。

该已知系统包括了在导向轴附近，沿车辆运行方向延伸的称为传感器的第一支承臂。这个臂与安装在基本垂直的枢轴上的转台连接，并被连接到至少一个铰接到为一个舵轮导向的导向杆上的联轴杆。

它也包括称为随动的第二支承臂，随动臂相对于导向轴沿车辆运行的相反方向延伸。这第二支承臂与转台相接，以便能够环绕基本垂直的枢轴在独立于转台而预定的范围内水平旋转。

这二支承臂各自支承一个设计成随轨道运动的导轮。

本系统包括抬起传感器臂和随动臂的装置。通过将该两臂抬起并把导向轴和一舵轮连接，使得车辆能够由人工操纵。

第一支承臂至今一直是传感器臂，通过提供使第一支承臂起相反作用的装置可以进行双向行驶，此时该臂成为能在一定范围内绕轴作水平旋转的随动臂，该旋转范围对转台是独立的，并能限制或抑止第二支承臂绕轴水平旋转的游动或自由度（freedom），第二支承臂以前是随动臂，而现在已成为传感器臂。

然而，这已知系统的缺点是使导向轴上的车轮的固有振荡模型不稳定。在时速为30-60公里级的某一临界速度时会出现这种不稳定性，并使车轮产生过度的横向振荡运动。

在这情况下，以这种速度运行的车辆是危险的，这是因为不管轨道所引起的路线轨迹是直线还是曲线，自导向的导轮会发生不适宜的出轨。

在无导向的公路车辆中，导向轴旋转，并不断地从由Z形道路所转化的某一定量的摆动中得益，由于道路状况和在轮子的转动部件的静态和/或动态不平衡状况和陀螺仪效应引起的扰动作用使导轮交替转向左或转向右，上述轮子的转动部件是鼓轮、轮缘和充气部件。

因此，这些Z形的振幅和频率取决于这些干扰的大小，同时也取决于由主销倾斜角度和车轮角度所产生的返回力大小及所引起的转动量的大小。

为防止一个非制导的导向轴出现周期性摆动现象，本质是平衡被引起的转动量，限止这些量和使产生的转向装置和悬架的几何尺寸能使本系统固有频率值保持在不同于这些干扰频率的值，从而防止出现共振现象，即众所周知的摆动。

也已经发现，有必要消除铰链和将各舵轮同另一个舵轮相连接的连接体中的任何间隙。

舵轮的不适时的和不平稳的绕轴转动将转化成摆动。这种现象随在一定临界速度时的某种干扰而加剧。

如欧洲专利No.0062370所述已经发现，在导向轴上加一用在轨道上的导轮进行导向的系统，能够引进使舵轮呈周期性摆动现象的振荡干扰，其大小取决于导轮和轨道的状态以及当处于时速高于30公里的运行速度时，这些周期性摆动现象与由人工驾驶车辆时所发生的摆动相同，至少如果不采取特别的预防措施的话。

本发明的目的是防止在装有一个由轨道上的导轮作导向用的装置的导向轴上发生周期性摆动现象。

由本发明在权利要求中所表述的解决方案，其特征包含在自导系统中通过舵轮与轨道之间的间隙设置一个允许舵轮自由转向一个角度的去耦装置，这角度是相对于轨道所产生的设定的转角来预定的。

用导向轴和车辆悬挂体之间的去耦装置作为本方案的补充更为有利。

舵轮和轨道的去耦包括将机械间隙引入至少一个连接构件，该构件设计成将轨道所产生的设定转角传递到舵轮，该机械间隙给与舵轮相对于设定转角自由转动一预定幅度，这个幅度应足以消除舵轮的任何振荡现象。

导向轴的自导向“导轮/轨道”系统的去耦合可采用多种方法。

第一种方法包括通过允许其上有导轮转动的轴在由其支承臂所支承的轴瓦中在将其滑动行程限制在预定范围内的滑块之间进行滑动，从而使至少一个导轮可横向自由移动一定幅度，该幅度是相对于其支承臂而预定的。

第二种方法包括通过允许导轮绕其转动的轮毂经轴承在具有平直部分并与支承臂成一体的轴上、并在将滑动行程限制到预定范围内的限止行程挡块之间进行滑动，从而使至少一个导轮可自由横向移动， 其移动幅度是相对于其支持臂而预定的。

第三种方法包括通过提供限制一车辆运行反向装置的行程的装置以便在反向装置和装有第一支承臂的横臂上的附件之间维持一间隙，从而使第一支承臂可相对于转台自由水平绕轴转动，其预定的转角幅度小于第二支持臂的相对于转台自由水平绕轴转动的角幅度。

第四种方法包括通过提供允许在连接转台与舵轮的联轴杆的两端之间并在将滑动限制在预定范围内的行程限制挡块之间进行滑动的装置，以使转台可自由绕轴水平转动一预定角幅度，该角幅度是相对于舵轮而预定的。

导轮与轨道的去耦可以由导向轴和悬挂体的去耦顺利地完成。这由车体适当的横向悬挂体产生，以便减少在舵轮左右的横向加速。

这样的横向悬挂可以由包围悬挂气袋的圆柱套管构成，以保持悬挂气袋与它们的活塞基本同轴。圆柱套和行程限止挡块仅允许限止在预定值的横向运动。基本上水平的液压减震器可减小横向振荡。

这些去耦装置有提供自导系统的整体稳定性和可靠性的优点。事实上，至少在时速高于80公里的运行速度时才会出现共振的风险。进而，在自导系统中避免了过大的机械应力。

通过一些依照本发明的车辆自导系统的实施例和非限止性实例的方法，在以下所述的说明书中所示的详细图解将展现出本发明的详细特征和细节。

图1是装有气胎舵轮和装有依照本发明自导系统的导向轴的俯视图。

图2是沿图1的Ⅱ-Ⅱ线的剖面图。

图3和图4是使导轮相对于所述导轮的支承臂去耦的去耦装置的垂直剖面图。

图5是使横臂上铰接的支承臂相对于转台去耦的去耦装置的俯视 图。

图6是使转台相对舵轮去耦的去耦装置的剖面图。

图7是使导轮相对轨道去耦的去耦装置的垂直剖面图。

图8是使导轮相对于它的支承臂自由振荡的装置的垂直剖面图。

图9是使导向轴相对于车辆悬挂体去耦的去耦装置的垂直横剖面图。

在这些附图中，同样的参考数字表示同一的或相同的另件。

如图1和图2所示，有气胎车轮的快速车辆装有依照本发明的自导系统，该系统包括作为一个整体用参考数字[1]表示的导向轴，该导向轴包括每一端上装有主销[3]的轴体[2]，该主销[3]支承由导向杆[6]操纵的带有气胎[5]的轮子[4]导向轴[1]上装有双向自动导向装置，该装置包括导轮[7]和[7′]，导轮[7]和[7′]将同在车辆（未画出）运行轨道纵向轴线上延伸的轨道[8]啮合。

这些导轮[7]和[7′]装在由支承臂[10]和[10′]支承的轴[9]和[9′]上，支承臂[10]和[10′]相对于导向轴[1]在车辆运行的二个可能的方向上延伸。支承臂[10]和[10′]能环绕基本水平的枢轴[11]和[11′]垂直地振荡，该水平枢轴由横臂[12]和[12′]支承，横臂[12]和[12′]能绕基本垂直的枢轴[13]和[13′]水平旋转，垂直的枢轴[13]和[13′]由转台支承，该转台作为一个整体以参考数字[14]表示，转台装在导向轴[1]的车体[2]的基本垂直枢轴[15]上。

这个转台[14]支承一个延伸体[16]，延伸体[16]上装有联轴杆[18]的一个转节[17]，该联轴杆[18]把所述转台[14]连接到至少一个轮子[4]的至少一个导向杆[6]，而这二个轮子[4]相互直接用经转节[20]安装到导向杆[6]上的联轴杆[19]进行连接。

横臂[12]和[12′]有较低附件[21]和[21′]，用以将它们的水平绕轴旋转和支承臂[10]和[10′]的绕轴旋转限止在位于上述横臂[12] 和[12′]的较低附件[21]和[21′]任一侧上的由转台[14]支承的挡块[22]和[22′]之间这一预定范围之内。一个运行反向装置作为一个整体以参考数字[23]表示，它通过阻挡在横臂[12]和[12′]之一方的附件[21]或附件[21′]或防止臂[10]旋转或防止臂[10′]旋转。

为了使导轮[7]，[7′]紧紧靠在轨道[8]上，导轮[7]，[7′]的支承臂[10]，[10′]各自由靠近悬挂系统的横梁的延伸部[24]和[24′]悬挂，悬挂系统作为一个整体用参考数字[25]和[25′]表示。

可见上述类型的自导系统能产生的现象可与常规导向轴内的摆动相比较。

一般建议的传统解决消除摆动的办法包括在导向部件内尽可能地减小所有的间隙。

与这个已被广为承认的传统解决办法相反，本发明建议在自导系统的一个部件中一下子就留出一个足够大的间隙，使得导轮[7][7′]以及舵轮[4]根据它们固有振荡模式沿Z字形轨道转动，按双效刚性机械联接的观点，这些模式不可能相互影响。

依照本发明的特征，当这导轮[7]，[7′]可相对支承臂[10]，[10′]以预定的幅度作横向自由移动时，自导系统中的摆动可被消除。

图3和图4表示依照本发明允许导轮[7]，[7′]可相对于它的支承臂[10]，[10′]自由横向滑动的不同实施例。

在图3中，滑动系统允许绕它的轴[9]自由转动的导轮[7]自由地从左滑到右或反之。滑动在支承臂[10]末端的由双分支叉支承的软摩擦衬套[26]内，并在由弹性挡块[27]限定的范围内进行。

在图4所示的滑动系统中，导轮[7]，[7′]可绕轮毂[28]自由转动。该轮毂带有轴承[29]，轴承[29]能在轴的扁平部分[9′]上滑动，有扁平部分[9′]的轴同支承臂[10]连在一起，可使导轮[7]，[7′]在弹性挡块[27]限定的极限之内横向自由移动。

图5所示的装置允许支承臂[10]和它的横臂[12]相对转台[14]在水平面内绕轴转动。

该绕轴转动装置包括由带有附件[21]的横臂[12]支承的支承臂[10]，附件[21]的旋转由运行反向装置限止，该反向装置与转台[14]成整体。在运行方向上定向的传感器支承臂[10]相对转台[14]的自由振荡度必须小于随动支承臂[10′]的自由振荡度，该随动支承臂[10′]定向于运行的相反方向，以至于导向装置转动的设定值保持正值，即是能够自动地校正舵轮[4]相对轨道[8]所确定的路线的偏差。

在导向轴[2]的导向部件内可安装一个滑动装置，以便使舵轮[4]可自由转向，并能够取消舵轮[4]内由振荡现象引起的水平绕轴旋转的角幅度。这样的装置示于图6，该装置允许联轴杆[18]的一部件[18′]相对于其另一部件[18″]可自由滑动，该联轴杆[18]与转台[14]的延伸部分[16]成整体，该另一部件[18″]与舵轮[4]的导向杆[6]成整体。这滑动系统包括中空的圆柱棒式部件[18′]，在中空的圆柱棒式部件[18′]中的活塞[30]同实心圆柱棒式部件[18″]成整体并可自由滑动，活塞[30]的移动是受弹性挡块[31]限止的。

图7是依照本发明的允许导轮[7]，[7′]相对轨道[8]横向自由移动的装置的原理图。

这装置的特征在于导轮[7]，[7′]有一个比轨道宽的芯子[32]。芯子[32]允许导轮[7，7′]横向移动，直到凸缘[33]与轨道[8]侧面相互阻挡为止。

当导轮校准得十分靠近轨道而处于没有任何横向间隙的状态时会呈现磨损，卡住，甚至出轨的大危险。

图8是依照本发明允许导轮相对于它的支承臂[10]，[10′]在定向上有自由度的装置的原理图。

该装置提出，导轮[7]绕轮毂[28]自由转动，该轮毂能绕基本垂 直的轴[34]旋转，垂直轴[34]与具有平直部分[9′]并装有轴承[29]的水平主轴成一整体。

依照本发明的特点，依照本发明的包括装有气胎轮的导向轴[2]的车体提供有横向悬挂装置以完成垂直悬挂。

该有自由度的系统提出，连接导向轴到车体[35]的垂直悬挂装置由横向悬挂装置完成，该横向装置作为一个整体用参考数字[36]表示。

图9是允许导向轴[2]可相对车辆悬挂车体[35]作自由横向移动的装置的原理图。

因此，在垂直和水平双悬挂装置[36]的实际实施例中，一些充气悬浮缸[37]基本上与活塞[38]保持同轴对准，用圆柱套[39]的方式仅仅允许有限度的横向移动，而横向移动的大小由挡块[40]决定。一个基本水平的双效液压减震器[41]可衰减横向振荡。

显而易见的，本发明不被限制于上述的实施例，在不背离所附的权利要求下，可对这些实施例进行各种各样的改进。

因此，这没有排除采用其他将轨道同舵轮去耦的其他机械手段的可能性，以防止类似于摆动的周期性现象。

Claims (8)

1、一种装了可作主动轮的带有气胎的舵轮的快速车辆的自导系统，包括在舵轮附近，沿车辆运行方向纵向延伸的并支承一个沿着轨道运行的导轮的第一支承臂，相对导向轴沿车辆运行的相反方向纵向延伸的且本身支承一个导轮的第二支承臂，这二个支承臂能够绕两个基本水平的轴垂直振荡，该水平轴连到能绕基本垂直的枢轴在水平面上绕轴转动一个预定的角幅度的横臂，该垂直的枢轴连到转台，该转台同与上述导向轴的舵轮之一的导向杆铰接的至少一个联轴杆相连，以便使上述导向轴上的转台绕基本垂直的枢轴转动，第一支承臂经连接件装到转台上，该连接件的刚性大于第二支承臂的连接件，其特征在于在导向系统的舵轮(4)与轨道(8)之间设置去耦装置，该装置通过舵轮(4)与轨道(8)之间的间隙使上述舵轮(4)可自由转向一预定角度，上述角度是相对于由轨道(8)所给的设定转向角而预定的。

2、如权利要求1所述的自导系统，其特征在于在连接导向构件和定向构件的至少一个连接构件中引入一个机械间隙，该连接构件可将轨道（8）所给定的设定转向角传递到舵轮（4），且该机械间隙使舵轮（4）以预定幅度相对于设定转向角自由转向且该幅度足以消除舵轮（4）的所有振荡现象。

3、如权利要求1或2所述的自导系统，其特征在于通过允许有导轮（7，7′）在其上转动的轴（9）在由其支承臂（10，10′）支承的轴瓦（26）中并在将滑动行程限制在预定范围之内的挡块（27）之间进行滑动，以便使至少一个导轮（7，7′）可用相对于其支承臂而预定的幅度作横向自由移动。

4、如权利要求1或2所述的自导系统，其特征在于通过允许有导轮（7，7′）绕其转动的轮毂（28）经轴承（29）在带平直部分（9′）并与支承臂（10，10′）连在一起的轴上并在将滑动行程限制在预定范围内的限止挡块（27）之间进行滑动，使至少一个导轮（7，7′）可用相对于其支承臂而预定的幅度作横向自由运动。

5、如权利要求1或2所述的自导系统，其特征在于通过提供限制一车辆运行反向装置的行程以便在反向装置（23）和支承第一支承臂（10）的横臂（12）所支承的附件（21）之间维持间隙，从而使第一支承臂（10）可用小于第二支承臂（10′）的相对于转台（14）水平绕轴自由转动角度的预定角幅度相对于转台（14）水平绕轴自由转动。

6、如权利要求1或2所述的自导系统，其特征在于通过提供允许在将转台（14）连到舵轮（4）上的联轴杆（18）的两端之间并在将行程限制在预定范围内的行程限制挡块（27）之间进行滑动的装置，使转台（14）以相对于舵轮（4）而预定的角幅度自由水平绕轴转动。

7、如权利要求1或2所述的自导系统，其特征在于通过提供其中的芯子（32）的宽度大于轨道（8）宽度的至少一个导轮（7，7′）以便在导轮（7，7′）的凸缘（33）和轨道（8）3的侧面之间维持侧向间隙，使至少一个导轮（7，7′）可用相对于轨道（8）而预定的角幅度作自由横向运动。

8、如权利要求1或2所述的自导系统，其特征在于通过提供允许有导轮（7，7′）绕其转动的轮毂（28）在水平上绕垂直于带平直部分并由支承臂（10，10′）所支承的基本垂直的枢轴（34）水平转动的装置，使至少一个导轮（7，7′）可绕基本上垂直的枢轴（34）的轴线自由地相对于其支承臂（10，10′）绕轴转动。

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