CN101553392A

CN101553392A - 铰接控制系统

Info

Publication number: CN101553392A
Application number: CNA2007800455537A
Authority: CN
Inventors: C·克龙诺瓦; R·利伯格; T·兰登
Original assignee: Scania CV AB
Current assignee: Scania CV AB
Priority date: 2006-12-12
Filing date: 2007-12-11
Publication date: 2009-10-07
Anticipated expiration: 2027-12-11
Also published as: SE0602672L; ES2389693T3; SE530628C2; EP2091807A4; BRPI0719562A2; PL2091807T3; RU2446959C2; EP2091807A1; EP2091807B1; BRPI0719562B1; WO2008073045A1; SE530628C3; CN101553392B; RU2009126575A

Abstract

本发明涉及一种供具有前车体(11)和后车体(12)的铰接车辆(10)所使用的铰接控制系统，所述前后车体(11、12)被设置成由铰接装置(13)连接在一起，所述铰接装置(13)包括提供相对于彼此的相对转动的第一阻尼装置和第二阻尼装置，所述系统包括用于通过控制所述第一阻尼装置和所述第二阻尼装置而控制所述转动的控制装置。所述系统包括用于控制所述第一阻尼装置的第一控制单元(31)，以及与所述第一控制单元(31)分开并且用于控制所述第二阻尼装置的第二控制单元(32)。本发明还涉及一种车辆。

Description

铰接控制系统

技术领域

本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的用于铰接车辆的铰接控制系统。本发明还涉及一种根据权利要求15所述的铰接车辆。

背景技术

长的车辆具有许多优点，例如它们与较短的车辆相比具有更高的装载能力。但是，缺点是长的车体例如在转弯时需要大量的空间。因此，市区使用的长的车辆通常构造成铰接车辆。这种车辆例如为公共汽车、铰接货车和拖挂式卡车。所述铰接便于车辆在市区区域中的通过能力，而且同时具有了长车体的优点，即较高的载客能力或装载(运输)能力。

传统的铰接车辆的传动系统使用的是转向前轴和位于例如为卡车的前车体上的传动轴，以及一个或多个位于例如为挂车的后车体上的轴。起同样功能的方案对于铰接公共汽车也是通用的，这种情况下发动机和传动装置安装在前车体的转向轴与传动轴之间的地板下方，其中前车体牵引后车体。这种公共汽车的驾驶特性一般与拖挂式卡车的驾驶特性类似。

但是这种方案与尤其是对于城市公共汽车来说希望具有尽可能低的地板以使上下车既快速又方便的结构带来了物理上的冲突，其原因是由于发动机和传动装置所需的必要空间使得难以达到这样低的地板设置。因此，铰接公共汽车通常将发动机和传动装置置于公共汽车后车体的后部中，即在铰接后面。但是，前车体由后车体推动的方案带来很大程度上不同于非铰接车辆和具有作为牵引器的前车体的铰接车辆的驾驶特性。

例如，如果铰接头可以太过自由、即太过无阻尼地转动，那么就存在车辆的后车体可能将中轴，即前车体的后轴，或将车辆的中部甩出并侧向地推出的风险，尤其是在冬天的条件下以及其它的易打滑的条件下。此外，如果高速运转期间铰接太过无阻尼，那么车辆就可能变得不平稳。另一方面，如果铰接太过受阻尼，那么例如在转弯期间必要的转动将会被阻止并且车辆将倾向于继续向前直行。

因为这些原因，已经公开了许多铰接控制系统，其中铰接通常由阻尼机构控制，所述阻尼机构用于根据当前的驾驶条件提供铰接的适当阻尼常数。这种阻尼机构通常是电控的，其中所述阻尼常数例如基于例如为转向角、当前铰接角、车速、铰接角速度(articulation angle rate)和铰接角加速度的参数而被控制。

但是，如果系统出现故障，那么这种电控阻尼系统通常就不能使车辆继续运行，所以需要有一种改进的铰接阻尼系统。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种解决以上提及的问题的铰接控制系统。该目的由根据权利要求1的特征部分所述的系统实现。

根据本发明，所述铰接控制系统包括铰接装置，所述铰接装置包括第一阻尼装置和第二阻尼装置，其中所述系统包括控制所述第一阻尼装置的第一控制单元，以及与所述第一控制单元分开的、控制所述第二阻尼装置的第二控制单元。

这样具有的优点是，如果其中一个控制单元工作不正常，那么另一个控制单元就能够使用其相关的阻尼装置保持铰接机构的令人满意的控制，从而确保车辆以安全方式持续运行。

本发明的另外的特征及其优点从下面的对优选实施方式和附图的详细描述中将会是显而易见的，其中所述优选实施方式和附图仅以示例的方式给出，而并不应被解释为任何限制。

附图说明

图1示出了可以使用本发明的铰接车辆。

图2示出了铰接头的阻尼机构。

图3示意性地示出了根据本发明的阻尼机构控制系统。

具体实施方式

在本发明的说明书和权利要求书中，词组“前车体”应被解释为具有至少一个转向轴的车体。此外，“后车体”应被解释为具有至少一个后轴的车体，其中所述后车体被布置成可以使用铰接装置、即可转动接头而与所述前车体连接。

此外，在说明书和权利要求书中，术语“控制单元”应被解释为包括控制逻辑的单元，所述控制逻辑能够与其它控制单元交换数字数据。

如上所述，铰接车辆与平常的车辆相比通常具有增加的容量。图1公开了公共汽车10形式的铰接车辆的一个示例，本发明可以有利地应用在其上。所述公共汽车10由前车体11和后车体12组成，其中所述前车体11和所述后车体12利用铰接机构13被连接在一起，下面将对此进行更详细的描述。所述前车体包括使车10转向的转向轴14(通常称作前轴或A轴)以及第二轴15(车辆B轴或中轴)。所述后车体包括传动轴16(C轴或后轴)，其由位于所述后车体12的端部处的发动机17和变速箱18提供动力。因此，所公开的车辆属于推动器结构，其中前车体11由后车体12推动。如上所述，推动器结构带来与具有牵引器结构的车辆不同的驾驶特性。这些不同因为使用了铰接机构13而得到补偿，其在图2中被更详细地公开。所述铰接机构包括铰接单元，所述铰接单元由转盘20构成，其带有被布置成刚性地固定到所述后车体12上的其一端22，并带有刚性地固定到所述前车体11上的另一端21。将所公开的转盘使用在牵引器式的铰接车辆上，其自身中的自由转动转盘即可以提供足够的机构来实现所述前车体11与所述后车体12之间的必要相对运动(转动)。但是，当使用在推动器式的车辆中时，在道路易打滑或车辆高速转弯时，转盘的无阻尼转动会发生车辆折成V形的事故(jack-knifing)。因此，所公开的铰接机构设有两个液压阻尼缸23、24形式的阻尼装置，它们提供适当的且可变的阻尼常数以使前车体与后车体相对于彼此的相对运动受阻尼。通过改变供给到缸23、24的液压压力，可以根据当前驾驶条件控制和调节阻尼常数。例如，当车速小于或等于30km/h时，并且如果在任意方向上铰接角大于或等于例如7°并且不再增大，那么液压缸可以被布置成提供最小的阻尼以便于使铰接处能够适当地伸直(在该示例中，如果铰接角小于或等于7°，那么车辆被认为是向前直行。当然，所述角度可以设置到任何适合的角度)。此外，在相同的情况下，如果发现铰接角正在增大，那么可以立即增大阻尼常数以防止车辆发生被折成V形的事故。

另一方面，如果车速大于30km/h，那么为了防止折成V形的事故和/或不平稳的驾驶，可以不管铰接角为多少而按照与车速的关系来增大阻尼常数。阻尼常数与车速之间的所述关系可以例如是线性的(对于不同的车速区间具有相同或不同的导数)或成指数关系。

正如以上提及的那样，阻尼常数通过控制阻尼缸的液压压力而被控制。而所述液压压力使用致动器而被控制，所述致动器例如为电流控制的比例阀，其中所得到的液压压力取决于控制电流。如从图中可看出的那样，每个缸23、24由比例阀25、26分别控制。

此外，控制单元27用于基于主要的驾驶条件来确定比例阀控制电流以便于始终确保令人满意的驾驶特性。所述控制单元27包括将所确定的电流施加到比例阀的装置，例如通过将所确定的控制电流供给到与所述比例阀连接的输出端上。图中示意性地示出了所述控制单元，其位置通常由车辆的设计者决定。例如，所述控制单元27可以被布置在转盘20上或者其附近，或者被布置在前车体和后车体任意一个中的适当位置。所述控制单元27与车辆数据通讯总线相连接，以便于能够与其它的车辆控制系统单元通讯并且接收相关的数据，以能够实现阻尼机构的适当的运行，即确定适当的控制电流。这种数据例如可以由车速和/或一个或多个单独车轮的转速和/或行驶方向组成。所述数据通常在车辆通讯总线上传送，并且因此，对于控制单元27来说简单地通过收取在所述通讯总线上传送的数据，所述数据经常可用。

在现有技术中，两个液压缸通常被设置成彼此独立地工作。这样具有的优点是，如果其中一个缸工作不正常，那么另一个可以提供足够的阻尼以确保继续运行，至少使得车辆能够以安全的方式被驾驶到服务站进行修理。

但是，所描述的方案存在问题。如果控制单元27工作不正常或者失去与通讯总线的连接，那么阻尼机构的控制也完全失去。为了改善该问题，一个或两个阻尼缸可以设有紧急阻尼阀。这种紧急阻尼阀通常由磁性阀构成，其中当施加电压时，根据上述所控制的液压压力被供给到所述缸，当如果断开电压时，预定的液压压力被供给到所述缸。因此，需要能够提供令人满意的低速运行并且同时提供令人满意的高速运行的压力水平。但是，实际上，难以确定出足够低以用于低速和光滑条件并且同时足够高以提供令人满意的高速条件的压力，因此，同样难以获得在控制单元27工作不正常时具有所需驾驶特性的系统。

但是，本发明提供了一种解决该问题的控制逻辑。图3中公开了根据本发明的控制逻辑的示例，从图中可以看出，使用了两个控制单元31、32而不是仅仅一个。每个控制单元31、32控制例如为图2中比例阀25、26的一个阻尼装置致动器，以用于分别控制例如为如上所述的液压缸的阻尼装置，即每个控制单元31、32包括将所确定的控制电流施加到其相关联的致动器的装置，例如通过将所确定的控制电流供给到与比例阀25、26连接的输出端。备选地，所述比例阀可以是电压控制的，在这种情况下，提供电压而不是电流。作为另外的备选方式，所述致动器可以被供给表示例如为液压压力的阻尼装置所需阻尼常数的数字信号。在这种方案中，所述致动器包括将所述数字信号转换成控制信号的装置，例如，所述致动器可以将所述数字信号转换成控制电流。此外，每个控制单元借助于连接装置35、36单独地与车辆通讯总线37相连接。

上述类型的车辆可以仅具有一条通讯总线，所有的车辆控制单元例如以图3中公开的方式与所述通讯总线相连接。但是，通常所述车辆包括多条通讯总线。例如，所述车辆可以包括三条通讯总线，每条都具有多个与其相连接的控制单元。于是不同的车辆控制单元可以基于关键程度而与通讯总线相连接，即负责低关键程度功能的控制单元可以与一条通讯总线相连接，负责半关键程度功能的控制单元可以与第二条通讯总线相连接，相应地，负责高关键程度功能的控制单元可以与第三条通讯总线相连接。在这种系统中，控制单元31、32应当与用于高关键程度功能的通讯总线相连接，因为铰接阻尼机构的不正常工作可能在很大程度上影响以安全方式驾驶车辆的能力。

如果使用其控制单元与第三条通讯总线相连接的高关键程度功能，那么其可以例如构成控制车辆发动机功能的发动机管理系统(EMS)38、控制车辆变速箱功能的变速箱管理系统(GMS)39和控制车辆制动功能的制动管理系统(BMS)40。

驾驶员可以收到关于铰接控制系统损坏/不正常工作的通知，例如通过显示器或者警告灯，并采取必要的动作。显示器/警告灯由仪表板控制单元48控制，所述仪表板控制单元48经由车辆通讯总线37而收到关于铰接系统状态的通知。

EMS 38优选地位于后车体12中，例如与车辆发动机相连接。此外，GMS 39也优选地位于后车体中，例如布置在后车体的适当位置中的面板上。所述控制单元40、48优选地位于前车体中。例如，这些控制单元可以设置在适当位置的共用面板上，以便于实现更方便的组装和更方便的维修。所述控制单元31、32可以位于紧邻阻尼机构的位置，例如位于转盘上或转盘附近。但是，由于以上原因，也可以设想所述控制单元31、32可以共同位于以上提及的任意面板上。备选地，所述控制单元可以彼此分开，例如各位于以上提及的每个面板上，以降低控制单元遭受共同故障的风险，正如下面要公开的那样。

在正常操作期间，所述控制单元31起到总线主控器(bus master)的作用并且执行通讯总线上所有的关于铰接系统的通讯。所述控制单元32能够在通讯总线37上通讯，但是在作为从控器(slave)时只接收正在进行的通讯。所述控制单元31-32优选地设有相同的软件，并且为了确定它们相对的级别，所述控制单元分别各包括一组输入引脚46a-c和47a-c。通过将这些输入引脚适当地接地或与电压源相连接，所述控制单元被“告知”它们应当作为主控器还是作为从控器。如图可见，所述控制单元31具有接地的引脚46c和与电压源相连接的引脚46a-b，在该示例中，这意味着所述控制单元31将作为主控器。类似地，所述控制单元32具有接地的引脚47a和与电压源相连接的引脚47b-c，相应地，这意味着所述控制单元32将作为总线从控器(如果所述控制单元32检测到所述控制单元31工作不正常，那么所述控制单元32能够作为总线主控器，而与当前的引脚结构无关，正如下面要公开的那样)。

所述控制单元31还包括用于接收相关传感器信号的输入装置，所述传感器例如为每个液压缸的压力传感器41、42、用于探测当前铰接角并用于计算铰接速度的至少一个铰接角传感器43和至少一个端部位置转换器44，即用于检测任一方向上的铰接运动的端部位置(一个转换器足以用于确定达到(任意)端部位置。如果使用两个转换器，那么也可以确定达到的是两个可能端部位置中的哪一个)，以使得通过施加高程度阻尼可以防止进一步的铰接从而避免车辆损坏的转换器。于是，这些输入信号和计算得到的信号与从通讯总线接收到的关于例如车辆转向角和车速的数据一起被使用，以计算用于比例阀的适当的控制电流。也可以考虑其它的参数，例如铰接角加速度。在正常的运行期间，所述控制单元31执行有关比例阀控制电流的所有计算并且将关于其如何控制其相关联的比例阀26的指令传送到控制单元32。所述控制单元31还可以确定当前的车速对于当前的铰接角和车辆方向是否太高，如果太高，则向EMS 38请求发动机功率的减小和/或向车辆制动系统(未示出)请求适当的制动。

控制单元31、32之间的通讯可以使用车辆通讯总线37来执行，但是在所公开的示例中，附加的专用通讯总线45至少在正常操作期间被单独用于控制单元31、32之间的通讯。这样具有的优点是所述车辆通讯总线不会受到不必要的负载。通讯单元31、32也可以使用所述专用通讯总线45来校验其它通讯单元的适当操作。所述总线45可以优选地由CAN总线构成，但是也可以由任何合适的总线接口或者根据合适的无线通讯协议的无线链路(wireless link)构成。所述通讯总线45还具有的优点是例如如果控制单元31失去了与通讯总线37的联系，那么其能够通过使用总线45和控制单元32继续在总线37上通讯。此外，如果所述总线37由于任何原因在连接装置35、36之间的某一点处工作不正常，那么可以使用总线45作为用于前车体系统与后车体系统之间通讯的紧急通讯线路。

由于控制单元31、32中的一个作为主控器工作，另一个作为从控器工作，所以所述控制单元31、32可以设有相同的源地址，即就车辆控制系统的其余部分来说，它们作为一个单一的控制单元。所述控制单元可以包括用于确定另一个控制单元是否不正常工作的装置。这样具有的优点是例如如果所述控制单元32检测出控制单元31工作不正常，那么所述控制单元32即可以立即承担起总线主控器的角色而不考虑根据以上所述的引脚结构，以确保铰接机构的持续操作。所述控制单元32例如可以通过确定控制单元31在通讯总线37和45之一或二者上的通讯停止来确定控制单元31工作不正常。

本发明具有的优点是，如果其中一个控制单元31、32出现故障，那么仍然可以利用另一个控制单元至少在某种程度上控制铰接机构。如果阻尼缸具有足够的尺寸，那么可以使用余下的缸保持正常的或者几乎是正常的驾驶条件。因此，在两个控制单元均正确工作但其中一个阻尼缸工作不正常的情况下，这也能够保持正常或者几乎正常的操作，因为这种情况下，负责执行功能的控制单元能够将所述状况给另一个控制单元发出警告。例如，如果控制单元31的阻尼缸工作不正常，那么所述控制单元31能够仍然执行必要的计算并且从控制单元32请求适当的控制。如果控制单元31工作不正常，那么控制单元32仍然可以基于车速和方向执行减少的操作(因为缺少了来自于传感器41-44的输入信号)。例如，可以利用约50％的可用发动机功率来在这种情况下进行驱动，从而确保安全运送到服务站。

在以上描述中，仅控制单元31设有接收传感器信号的装置。但也可以使两个控制单元都设有接收所述传感器信号的装置，由此，如果控制单元31工作不正常，那么控制单元32也可以根据以上所述执行更多的符合条件的计算。此外，一个或者两个控制单元可以布置成控制两个阻尼缸。在这种方案中，即使其中一个控制单元工作不正常，所述系统也可以保持正常操作。

如果所述单元具有单独的保险丝并且单独接地以减小由于接地故障而造成的不正常工作的风险，那么所述铰接系统结构可以更能够故障保护(fail-safe)。

尽管以上结合公共汽车对本发明进行了描述，但是应该理解的是，本发明可以应用在任何类型的铰接车辆中，尤其是推动器类型的车辆中。此外，在以上描述中，阻尼装置由液压缸构成。当然，本发明同样适于供其中阻尼装置由其它类型装置构成的铰接单元所使用，只要控制单元可以用于控制所述阻尼装置。如果能够提供足够的阻尼力，那么这种阻尼装置可以由例如气动缸或者电动机操作的缸构成。此外，尽管将本发明作为具有两个控制单元的系统进行了描述，但是也可以具有带有附加控制单元、例如三个或四个控制单元的系统，以提供更多的冗余度，在这种情况下，在工作不正常时其它控制单元可以被设置成接管所述控制单元中的一个或两个的功能。

Claims

1.供具有前车体(11)和后车体(12)的铰接车辆(10)所使用的铰接控制系统，所述前后车体(11、12)被设置成由铰接装置(13)连接在一起，所述铰接装置(13)包括提供相对于彼此的相对转动的第一阻尼装置和第二阻尼装置，所述系统包括用于通过控制所述第一阻尼装置和所述第二阻尼装置而控制所述转动的控制装置，

其特征在于，所述系统包括：

-第一控制单元(31)，其包括用于控制所述第一阻尼装置的装置，以及

-第二控制单元(32)，其与所述第一控制单元(31)分开并且包括用于控制所述第二阻尼装置的装置。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述控制单元(31、32)包括能够彼此和/或与其它控制单元交换数字数据的控制逻辑。

3.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，所述装置由用于将控制信号提供给所述阻尼装置的装置构成。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一和第二控制单元(31、32)中的至少一个包括控制所述第一阻尼装置和所述第二阻尼装置的装置。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一控制单元(31)和所述第二控制单元(32)被设置成借助于专用数据通讯链路(45)相互连接。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的系统，其特征在于，所述第一控制单元(31)被设置成使用第一连接装置(35)与车辆通讯总线(37)相连接，而其中所述第二控制单元(32)被设置成使用与所述第一连接装置(35)分开的第二连接装置(36)与车辆通讯总线(37)相连接。

7.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述第一控制单元(31)被设置成关于在所述车辆通讯总线上的通讯起总线主控器的作用，而其中所述第二控制单元(32)被设置成起总线从控器的作用。

8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述第二控制单元(32)包括用于确定所述第一控制单元是否工作不正常的装置，以及用于在所述第一控制单元(31)工作不正常时起总线主控器作用的装置。

9.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其特征在于，所述控制单元(31、32)中的一个或者两个包括用于接收传感器信号的装置。

10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述传感器信号由来自于以下组中的一个或多个传感器的信号组成：铰接角传感器、阻尼压力传感器、车速传感器、车轮转动传感器、转向角传感器、铰接端部位置传感器。

11.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其特征在于，所述铰接车辆(10)的传动轴(16)设置在所述后车体(12)上。

12.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其特征在于，所述第一和第二阻尼装置分别由来自于以下组中的任意一种构成：液压缸、气动缸、电动机操作的缸。

13.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述阻尼装置由液压缸构成，其中所述控制单元被设置成通过控制至少一个液压缸致动阀来控制所述液压缸。

14.根据权利要求1-13中任一项所述的系统，其特征在于，所述第一和第二阻尼装置中每一个的尺寸都被设计成使得所述铰接单元的足够的阻尼可以通过任一个所述阻尼装置而单独实现。

15.铰接车辆(10)，其特征在于，其包括根据权利要求1-14中任一项所述的铰接控制系统。