CN101410266A - 用于车辆的接地结构 - Google Patents

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Abstract

本发明特别是涉及一种用于车辆的接地结构，包括：车轮(1)；相对于连接到车辆的支撑件(10)滑动的用于轮架的滑动悬架，所述悬架包括固定到轮架的大致竖直的柱(8)，轮架相对于支撑件(10)的悬架的自由度通过柱在引导装置(11)中的运动所允许，所述引导装置(11)连接到支撑件；以及用于通过使用安装在车轮中的第一旋转电机(15)驱动车轮的装置，第一电机借助于可逆的减速装置驱动车轮，所述减速装置包括固定到车轮的环形齿轮(16)、和连接到第一电机的驱动小齿轮(17)，且限定第一机器的转动速度与车轮的转动速度之间的减速比，该减速比大于10，所述接地结构不具有机械脚踏闸。

Description

用于车辆的接地结构
技术领域
本发明涉及机动车辆的接地结构(ground connection)。特别是涉及接地系统，在所述接地系统中，竖直悬架使用滑道，车辆的推进使用电机，滑道和电机嵌设在车轮内。
背景技术
从专利申请EP0878332公知这样一种接地结构，其中，轮架相对于车辆底盘的竖直悬架的自由度通过固定到轮架上的竖直柱在固定到支承件的引导装置中的运动所允许，支撑件本身连接到车体。该接地结构还包括旋转牵引电机、将牵引电机连接到车轮的减速装置、盘式制动器装置、悬架弹簧、用于控制悬架运动的电机和使得车轮可转向的枢轴。该接地结构的构造可有效地确保所提供的所有功能。
本发明的一个目的是提供一种上述类型的接地结构，其中，显著改善了质量、刚度和空间要求之间的平衡。
具体地讲，接地结构的质量、特别是其非悬挂部件的质量是车辆的动力学性能的一个重要方面。接地结构的机械刚度也是一个重要方面。刚性不足可能对车轮平面的引导质量产生不利影响，而且还会对接地结构的元件的使用寿命的损害因素产生不利影响，例如由于材料的疲劳、与由变形产生的摩擦相关的磨损。可以理解，空间要求是一个特别重要的特征，因为这种类型的接地结构的特殊优点是，将所有功能集成在车轮的内部体积空间中。
本领域普通技术人员知晓，这三个特征(质量、刚度、空间要求)彼此紧密关联。因此，也可以说，本发明旨在提供一种上述类型的接地结构，对于该接地结构，三个方面中的至少一个方面得到显著改善而不必使其他方面受到损害。
本发明的另一目的是使上述类型的接地结构的维护可得到显著简化。
发明内容
上述这些目的通过这样一种用于车辆的接地结构实现，所述接地结构包括：相对于连接到车辆的支撑件(10)滑动的用于轮架的滑动悬架，所述悬架包括固定到轮架的大致竖直的柱(8)，轮架相对于支撑件(10)的悬架的自由度通过柱在引导装置(11)中的运动所允许，所述引导装置连接到支撑件；以及用于通过安装在车轮中的第一旋转电机驱动车轮的装置，第一旋转电机借助于可逆的减速装置驱动车轮，所述减速装置包括固定到车轮的环形齿轮、和连接到第一电机的驱动小齿轮，且限定第一旋转电机的转动速度与车轮的转动速度之间的减速比，所述减速比大于10，所述接地结构不具有机械脚踏闸。
优选地，减速比大于15，且还优选地，所述减速装置包括两级减速。
优选地，所述减速装置包括减速齿轮，所述减速齿轮一方面与驱动小齿轮配合，另一方面与固定到车轮上的环形齿轮配合。还优选地，减速齿轮包括两个同轴的整体式带齿的轮，两个带齿的轮的齿为螺旋状且沿相同的方向定向。
优选地，第一电机的转动轴线与车轮的转动轴线平行。
优选地，驱动小齿轮具有螺旋齿，且以与第一电机的轴独立的方式被相对于车轮的轴线引导。
优选地，对包括车轮和环形齿轮的转动组件的引导通过一对滚动轴承提供，所述一对滚动轴承套设在轮架的凸出部分上。
进一步优选地，所述接地结构还包括用于控制悬架运动的第二旋转电机，所述第二电机固定到引导装置；以及由第二电机驱动的悬架小齿轮，所述悬架小齿轮与固定到柱上的齿条配合。此外，优选地，柱的轴线大致定位在车轮的中心平面上，且与车轮的转动轴线相交。
优选地，所述接地结构还包括相对于支撑件引导的引导装置的枢转连接件，以允许车轮绕着枢转轴线转向，所述枢转轴线优选与柱的轴线大致对应。
本发明还涉及一种车辆，所述车辆包括这种接地结构，它还包括用于吸收电能的装置，所述装置能够在制动过程中吸收由第一电机产生的电能。
优选地，吸收装置包括电阻器，所述电阻器浸没在热传递液体的池中。还优选地，吸收装置包括用于储存电能的装置，所述装置能够在制动过程中储存由第一电机产生的电能的一部分。
附图说明
通过下面对优选实施例的描述，可使本发明的其他目的和优点更为清楚。附图分别如下：
图1是沿包括根据本发明的接地结构的车轮的转动轴线的竖直平面的剖视图；
图2是局部剖切透视图，图中特别是示出了本发明的该实施例的减速装置；
图3和4是从车辆外侧观看时的根据本发明的接地结构的透视图，其中车轮未被示出。减速装置在图3中清楚可见；
图5是从车辆内部观看时的接地结构的俯视图；
图6是用于引导和控制根据本发明的接地结构的悬架的部件的局部剖切透视图；以及
图7是电装置的结构和操作的实例的示意性图示，所述电装置提供了对根据本发明的接地结构的牵引/制动的控制。
具体实施方式
车轮1请参见图。车轮由轮辋2和轮辐3组装。示出了安装在轮辋2上的轮胎4。车轮借助于滚动轴承6绕着其轴线5可转动地安装在轮架7上。
车轮的驱动动力由用于驱动车轮的装置提供，所述装置包括安装在轮架7上的旋转电力牵引机15。根据本发明的基本特征，电力牵引机还用于制动车辆。当在这种情况下使用“制动”时，该术语可理解为在车辆行驶时不仅使车辆减速而且通过向车轮传递制动转矩以允许其快速和完全停止的动作，从而可使车轮静止不动。该制动功能因此与电动车辆领域众所周知的回收能量(“再生制动”)的概念完全不同，其不可完全省去传统制动装置。
根据本发明的接地结构的基本特征是这样的：它不具有机械脚踏闸，即没有利用摩擦的传统制动装置，例如盘式制动器或鼓式制动器。“脚踏闸”被理解为在车辆行驶时提供制动的制动器。该脚踏闸与停车制动器不同，停车制动器本身具有使车辆在停止之后例如在没有驾驶员的过程中静止不动的功能。该静止不动的功能不需要任何特殊的耗散能量的能力。因此，可以理解，根据本发明的接地结构可包括机械停车制动器，尽管它未包括机械脚踏闸。
旋转电力牵引机15同时也是旋转电力制动机。因此，它本身能够保证车轮的制动和驱动。这就是，为什么在本申请中根据上下文，术语“牵引机”、“牵引/制动机”或“第一机”用于表示同一对象，该对象在附图中具有附图标记15。
牵引/制动机15借助于减速装置连接到车轮。减速装置包括固定到车轮的至少一个环形齿轮16、和由牵引机15驱动的小齿轮17。减速比，即牵引机的转动速度与车轮的转动速度之间的比值，大于10∶1。优选地，减速比大于15∶1。该减速比可以通过使小齿轮17直接与环形齿轮16啮合获得。
然而，优选地，减速装置包括两级减速，在此成图中所示的在小齿轮17与环形齿轮16之间施加减速齿轮13的形式。由减速装置确定的减速比是唯一和固定的。
减速齿轮13在这种情况下包括两个同轴的整体式带齿的轮131和132，初级轮131与牵引/制动机的小齿轮17啮合，(相对于初级轮，尺寸减小的)次级轮132与环形齿轮16啮合。优选地，减速齿轮13借助于一对具有圆锥滚子14的滚动轴承被相对于轮架7引导，且轴向螺钉134吸收由圆锥滚动轴承传递到它们的支撑件的力的轴向分量。
优选地，初级轮的齿、次级轮的齿、小齿轮的齿和环形齿轮的齿是螺旋状的。齿的角度使得减速装置保持为可逆的，即它们可在一个方向上和另一方向上转动，而且也可以以可接受的效率将转矩从牵引/制动机传递到车轮和从车轮传递到牵引/制动机。优选地，初级轮的齿的角度和次级轮的齿的角度沿相同方向定向。这种特性可使作用在减速齿轮上、进而作用在轮架上的轴向力最小化。
优选地，对小齿轮17的引导功能完全由轮架、例如借助于一对具有球或滚子的滚动轴承18实施。因此，小齿轮包括其自己的引导装置，该引导装置与牵引/制动机15的轴的引导装置独立。小齿轮自然地通过连接装置例如本身公知的互补凹槽而保持被牵引/制动机的轴转动驱动。通过采用这种方式，无论传递的转矩的强度如何，小齿轮与环形齿轮或与减速齿轮的啮合质量始终能令人满意，因为这既不归因于刚性，也不归因于牵引/制动机的轴的高效引导。而且，作用在小齿轮17上的轴向力未传递到牵引机的轴。
有利地，形成环形齿轮16的部件还形成轮毂，车轮固定在所述轮毂上。为此，车轮滚动轴承6设置在环形齿轮的中心部分的孔中，且车轮被用螺钉连接到该中心部分的轴向延伸部25。
优选地，滚动轴承6与环形齿轮16设置在大致相同的平面上。可以理解，在轴向空间要求方面的该有利的配置形式还可降低质量和/或增大刚度。
优选地，如图所示，第一机15的轴线、减速齿轮13的轴线和车轮5的转动轴线是平行的。
根据本发明的接地结构的悬架是滑动悬架。轮架固定到大致竖直的柱8上。该柱可借助于引导装置11沿着其轴线9相对于支撑件10滑动，所述引导装置例如具有滚子19，这在图6中清楚可见。该滑动运动与接地结构的悬架间隙对应。优选地，悬架的性能通过第二旋转电机12有效地控制。在本申请中，术语“悬架机”还用于该第二机。支撑件10用于刚性地或通过允许另外的自由度、过滤振动或水平悬挂的连接方式将接地结构连接到车体，所述自由度例如为车体的高度变化和/或轮曲面角的变化(例如根据专利申请EP1616731的描述)。
优选地，轮架7包括凸出部分，车轮滚动轴承6环绕着所述凸出部分装配。因此，包括车轮和环形齿轮的组件被该双滚珠轴承绕着轮架的固定部分引导。因此，与车轮滚动轴承被保持在轮架的中心开口的申请EP0878332的配置形式相比，车轮的引导的固有刚性得到显著提高。
平移运动的柱8的引导装置11是“无摩擦的“，即它们具有尽可能小的摩擦。通过滚动支承引导是非常合适的。滚子19可与形成在柱上的支承滚道配合，滚子可转动地安装在引导件11上或相对于引导件11安装。也可设想相互滑动的接触表面，就这个方面来说，它们包括合适的处理，或它们足够润滑。例如，可使用流体支承。
悬架机12借助于悬架小齿轮21对固定在柱8上的齿条20作用。该配置形式(特别参见图6)具有特别好地用于对悬架特性进行有效控制、和比通过直接电动装置的控制更准确的优点。
优选地，弹簧22(例如螺旋弹簧)在轮架7和引导件11之间作用，以吸收车辆的参考静态载荷的一部分、优选全部。
优选地，柱的轴线9大致定位在车轮5的转动轴线上，且大致竖直在车轮的中心平面上，即柱良好地相对于车轮居中设置。这种配置形式的一个优点是，对于悬架路径有利，且减小了作用在柱上或其引导件上的机械应力。
此外，优选地，当车轮是车辆的驱动轮时，柱的轴线9还与转向枢轴的轴线对应。这是在此示出的情况。在图1中可看见，枢转连接通过具有圆锥滚子23的一对滚动轴承提供。这些滚动轴承使得引导件11可绕着竖直枢转轴线即绕着柱8的轴线9相对于支撑件10转动。
当枢转轴线如此定位时，驱动轮仅经受由于地面施加的力引起的非常低的转向转矩。
在图3中清楚可见，轮架7形成接收所有减速装置(环形齿轮16、小齿轮17和减速齿轮13)的壳体。该壳体由轮辐3侧的第一密封罩盖24和内侧的第二密封罩盖24封闭。因此，所有齿轮被限制在该壳体中。壳体可包含合适的润滑剂。在该图中还清楚看见的是，该壳体中的小齿轮17和减速齿轮13的组件。
可获得的制动或牵引力取决于可在牵引/制动机15的轴上获得的转矩、减速比和车轮半径。例如，对于能够产生90Nm的牵引/制动机、减速比为17且车轮半径为300mm的情况，牵引或制动力可达到5100N。当抓地系数为1时，该力对于使用承载5000N的重量的轮胎的潜在可能抓力的100％来说足够。载荷和抓地的条件对于现代客车来说是标准的。然而，该示例的唯一目的是给出幅度的水平，并不是用于限制本发明所应用的车辆的类型或种类。可以理解，该力当沿车辆的位移方向作用时表示“牵引力”，当其与车辆的位移方向相反的方向作用时表示“制动力”，不管车辆沿前进档或后退档移位。实际上，它在每种情况下均是源自牵引/制动机15产生的转矩的同一力。因此，制动功率足以能够使车轮静止不动。显然，车轮的完全静止不动并不是使车辆停止的最好方法，但该示例目的是便于理解本发明。
因此，四轮车辆实际中可配备四个根据本发明的接地结构且完全免去机械脚踏闸。根据本发明的车辆也可仅使用两个这样的接地结构，如果轴(例如非驱动轴)仍配备传统制动器。根据本发明，也可设想在每个车轮内使用两个或更多个牵引/制动机。该选择的一个优点可能是，牵引装置和、重要的是制动装置的可能冗余。
图清楚地显示出在不同元件的机械空间要求方面的本发明的优点。根据本发明的接地结构的紧凑性使得可例如使用足够窄的车轮，使得它在停车操纵过程中不与人行道接触(见图1)。
关于重量，本发明提供的优点也很显著。具体地讲，将本发明的优选实施例与专利申请EP0878332的优选实施例(在该申请的图1和2中可见)进行对比。当悬架路径已从145mm增大到170mm且轮座已从16英寸增大到17英寸时，观察到非悬挂质量降低20％左右。
而且，没有传统机械制动件(参见申请EP0878332中的盘和卡钳)，从而省去了更换垫和盘的常规工作，因此显著地简化了车辆的维护。在省去传统液压制动件的优点中，可以提及的一个优点是，消除了垫的任何残余摩擦(公知的是，该摩擦会消耗掉传统车辆制动操作所需的能量的相当的一部分)。也可提及的一个优点是，消除了传统液压制动件在接地结构上产生的热应力，且避免了与垫和盘的磨损产生的粉末相关的不足。
图7示出了牵引和制动机的控制的优选实施例的原理。机15电连接到控制器30。控制器30连接到用于储存电能的装置31，例如蓄电池组和/或超级电容器SC。控制器30还连接到用于耗散电能的装置32，例如电阻器321，所述电阻器321浸没在容纳于交换器323中的热传递液体322中，交换器被包含于在此未示出的冷却回路中。加速器控制器33、制动器控制器34和选择前进档或后退档的控制器35可考虑驾驶员的操作意图。用于产生电能的装置36(例如，燃料电池FC)也可直接连接到控制器30。下面将描述该制动/牵引控制的优选实施例。
当驾驶员选择前进档且致动加速器踏板33时，控制器30从储存装置31或产生装置36向机器15供电，从而车辆可沿前进方向移动。因此，机器将电能转换为机械转动能量。实现的功率特别是取决于加速器控制器的位置。当驾驶员致动制动器踏板34时，控制器30停止向机器供电且使其操作反向，因此机器将机械转动能量转换为电能。该能量可由储存装置31或由耗散装置32或者由这两个装置同时或顺序吸收。
储存装置31和耗散装置32构成用于制动/牵引机产生的电能的吸收装置40。被吸收的能量在储存和耗散之间的分布是可以变化的。可清楚地理解，当储存装置满时，100％的能量必需被耗散掉。而且，可限制储存装置的功率，即储存装置的加载速度例如可与轻微制动对应，如目前热力发动机所希望的那样(称作“发动机制动”)。在该制动水平以外，产生的电能直接送往耗散装置。
当驾驶员选择后退档时，控制器30可以与前进档类似的方式向机器15供电，但是反向转动(包括在制动情况下)。
已做出的描述限于对一个牵引/制动机的控制。实际中，相同的原理可用于控制多个牵引/制动机，每个牵引/制动机驱动一个车轮。该控制可考虑附加标准，例如车轮的速度或打滑，以在所有车轮上以最好的方式限制和/或分配牵引/制动力，从而以电力方式实现有助于使驱动(ABS，ESP)具有高的精度的功能。

Claims (15)

1.一种用于车辆的接地结构，包括：车轮(1)；相对于连接到车辆的支撑件(10)滑动的用于轮架的滑动悬架，所述悬架包括固定到轮架的大致竖直的柱(8)，轮架相对于支撑件(10)的悬架的自由度通过柱在引导装置(11)中的运动所允许，所述引导装置(11)连接到支撑件；以及用于通过安装在车轮中的第一旋转电机(15)驱动车轮的装置，第一旋转电机借助于可逆的减速装置驱动车轮，所述减速装置包括固定到车轮的环形齿轮(16)、和连接到第一旋转电机的驱动小齿轮(17)，且限定第一旋转电机的转动速度与车轮的转动速度之间的减速比，所述减速比大于10，所述接地结构不具有机械脚踏闸。
2.如权利要求1所述的接地结构，其特征在于，减速比大于15。
3.如前面权利要求中任一所述的接地结构，其特征在于，所述减速装置包括两级减速。
4.如前面权利要求中任一所述的接地结构，其特征在于，所述减速装置包括减速齿轮(13)，所述减速齿轮(13)一方面与驱动小齿轮(17)配合，另一方面与固定到车轮上的环形齿轮(16)配合。
5.如权利要求4所述的接地结构，其特征在于，减速齿轮(13)包括两个同轴的整体式带齿的轮(131，132)，两个带齿的轮的齿为螺旋状且沿相同的方向定向。
6.如前面权利要求中任一所述的接地结构，其特征在于，第一旋转电机(15)的转动轴线与车轮的轴线(5)平行。
7.如前面权利要求中任一所述的接地结构，其特征在于，驱动小齿轮(17)具有螺旋齿，且以与第一旋转电机的轴独立的方式被相对于车轮的轴线引导。
8.如前面权利要求中任一所述的接地结构，其特征在于，对包括车轮(1)和环形齿轮(16)的转动组件的引导通过一对滚动轴承(6)提供，所述一对滚动轴承(6)套设在轮架(7)的凸出部分上。
9.如前面权利要求中任一所述的接地结构，其特征在于，它还包括用于控制悬架运动的第二旋转电机(12)，所述第二旋转电机固定到引导装置(11)；以及由第二旋转电机驱动的悬架小齿轮(21)，所述悬架小齿轮与固定到柱(8)上的齿条(20)配合。
10.如前面权利要求中任一所述的接地结构，其特征在于，柱的轴线(9)大致定位在车轮的中心平面上，且与车轮的转动轴线(5)相交。
11.如前面权利要求中任一所述的接地结构，其特征在于，它还包括相对于支撑件(10)引导的引导装置(11)的枢转连接件(23)，以允许车轮绕着枢转轴线转向。
12.如权利要求11所述的接地结构，其特征在于，枢转轴线与柱的轴线(9)大致对应。
13.一种车辆，所述车辆包括根据前面权利要求中任一所述的接地结构，它还包括用于吸收电能的装置(40)，所述装置能够在制动过程中吸收由第一旋转电机产生的电能。
14.如权利要求13所述的车辆，其特征在于，吸收装置包括电阻器(321)，所述电阻器(321)浸没在热传递液体(322)的池中。
15.如权利要求13或14所述的车辆，其特征在于，吸收装置包括用于储存电能的装置(31)，所述装置(31)能够在制动过程中储存由第一旋转电机产生的电能的一部分。
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