CN101687522B - 摇摆稳定半拖车接轮设备 - Google Patents

Abstract

公开了一种将拖车(102)可脱离地连接到牵引车(104)的半拖车接轮设备(106)。平衡桥(216)支撑在牵引车(104)上，并可关于在牵引运动的方向上延伸的摇摆轴线(220)枢转。平衡桥(216)包括从摇摆轴线(220)各自的第一和第二侧横向延伸的第一和第二臂(222、224)。半拖车接轮头(228)连接到平衡桥(216)以与平衡桥(216)一起关于摇摆轴线(220)而运动。半拖车接轮头(228)可相对于平衡桥(216)关于在摇摆轴线(220)横向的俯仰轴线(234)枢转。第一和第二阻尼元件(236、238)分别可操作地插置于牵引车(104与第一和第二臂(222、224)之间。当拖车(102)附接到半拖车接轮头(228)时，第一和第二阻尼元件(236、238)在不平坦道路上行进过程中抵抗着拖车(102)关于摇摆轴线(220)的摇摆运动。

Description

摇摆稳定半拖车接轮设备

相关申请

本申请主张2007年4月30日提交的美国临时专利申请No.60/915,081享有根据35U.S.C.§119(e)的权益，其通过援引被合并入本文。

技术领域

本发明的领域涉及用于将拖车可脱离地连接到牵引车的半拖车接轮设备(fifth wheel apparatus)以及稳定拖车摇摆运动的方法。

背景技术

用于将拖车附接到牵引车的半拖车接轮组件是已知的，其中位于拖车前方的中枢销连接到位于牵引车后方的半拖车接轮组件。半拖车接轮组件允许拖车关于偏航轴线枢转。

然而在崎岖不平地形上的行进过程中(例如，越野道路，不平坦道路)，崎岖不平地形会导致拖车从一侧摇摆到另一侧，这可引起牵引车和拖车的不稳定操纵。拖车的摇摆运动在拖车的重心高于牵引车的重心时是尤其成问题的。发明人认识到已知半拖车接轮组件不足以解决与越野道路牵引或不平坦道路上行进相关联的问题——即，已知半拖车接轮组件不足以控制所附接的拖车的摇摆运动。因此，需要对拖车的摇摆运动加以控制的改进的半拖车接轮组件，其可改进在越野驱动条件下或在不平坦道路上行进过程中的操纵。还需要改进的半拖车接轮组件用于具备高重心的牵引拖车。

发明内容

优选实施例公开了一种用于将拖车可脱离地连接到牵引车的半拖车接轮设备。半拖车接轮设备包括适于支撑在牵引车上的平衡桥。所述平衡桥可关于在牵引运动的方向上延伸的摇摆轴线而枢转，并且平衡桥包括从摇摆轴线各自的第一和第二侧横向延伸的第一和第二臂。半拖车接轮设备包括连接到平衡桥的半拖车接轮头，以与平衡桥一起关于摇摆轴线而运动。半拖车接轮头可相对于平衡桥关于在摇摆轴线横向的俯仰轴线而枢转。半拖车接轮设备包括可操作地插置于牵引车与第一和第二臂各自的远端区域之间的第一和第二阻尼元件。当拖车附接到半拖车接轮头时，第一和第二阻尼元件在不平坦道路上行进过程中抵抗着拖车关于摇摆轴线的摇摆运动。

从参照附图进行的对优选实施例的下列详细描述，另外的方面和优点将是显而易见的。

附图说明

图1示出了根据优选实施例的铰接的车辆；

图2是根据优选实施例的连接器设备的等距视图；

图3是图1的连接器设备的后视图；

图4是图1的连接器设备的左视图；

图5是图1的连接器设备的俯视图。

具体实施方式

图1示出了包括拖车102的铰接的车辆100，所述拖车102经由支撑在牵引车104安装表面(例如，卡车底板)上的连接器设备106(例如，半拖车接轮设备)而可脱离地连接到牵引车104。牵引车104可为技术人员已知的任意类型的牵引车，包括例如卡车，皮卡，拖拉机，强力牵引车(prime mover)，拖车台车等。拖车102可为实现半拖车接轮连接的任意类型的拖车。尽管不是必需的，拖车102的重心可以高于牵引车104的重心。拖车102包括位于拖车102的前端上的中枢销102′(图3所示)，所述中枢销连接到连接器设备106。

在越野道路条件或不平坦道路上的运行过程中，路面坑洼或其他崎岖不平地形(即，道路冻胀，车轮印，岩石，砾石，不平坦表面等)会导致拖车102和牵引车104相对于彼此偏移。例如，路面坑洼或砾石会产生拖车102的摇摆/倾翻运动。连接器设备106允许拖车102和牵引车104相对于彼此关于摇摆、俯仰和偏航轴线而枢转。特别地，连接器设备106提供了关于摇摆轴线的大致运动范围并允许将拖车102的摇摆运动加以抵消，使得铰接的车辆100作为整体在崎岖不平地形上的行进过程中可更稳定。

图2至5示出了连接器设备106的实施例的各种视图。连接器设备106包括支撑在牵引车104上、或者形成牵引车104部件的框架202。如图所示，框架202可为托盘结构，其包括纵支撑梁204和横支撑梁206。框架202不限于托盘结构，而是可包括为连接器设备106和拖车102提供稳定性的任意结构或构造。框架202可配置成便于将连接器设备106改装到特殊类型的车辆——例如，高机动性多用途轮式车(即，

)。

连接器设备106包括支撑在框架202上、并且从框架202向上延伸的桥座208。优选地，桥座208刚性安装到框架202。可替代地，可去掉框架202并且桥座208可直接安装到牵引车104。桥座208为了稳定可为金字塔形状(如图所示)，并且可由若干块金属板沿它们的邻接边缘焊接在一起而形成。桥座208不限于所示的金字塔形状，而是可包括从框架202及牵引车104向上延伸的任意形状。桥座208包括从桥座208的顶部向上延伸的前铰接板210和后铰接板212。连接器设备106可包括用以为前铰接板210和后铰接板212提供结构支撑的角撑板214。

前铰接板210和后铰接板212为插置于前铰接板210与后铰接板212之间的平衡桥216提供了摇摆枢转装配。平衡桥216通过一个或更多个摇摆销218可枢转地连接到前铰接板210和后铰接板212，所述一个或更多个摇摆销设立了沿牵引运动方向(图1中箭头108所示)延伸的摇摆轴线220。摇摆轴线220的位置相对于牵引车104是固定的。桥座208和铰接板210、212可被设定尺寸并被配置成将摇摆轴线220置于牵引车104的安装表面上方的近似30至40厘米(cm)处。平衡桥216经由摇摆销218到前铰接板210和后铰接板212的连接允许平衡桥216响应于拖车102的摇摆运动(图3中箭头220′所示)而关于摇摆轴线220枢转。可替代地，取代了铰接板210和212以及摇摆销218，连接器设备106可包括允许平衡桥216关于摇摆轴线枢转的任意关节结构，优选地相对于牵引车104固定。

平衡桥216包括从摇摆轴线220的第一和第二侧横向延伸的第一臂222和第二臂224。每个臂222、224从摇摆轴线220延伸的长度可达到或小于牵引车104的安装表面宽度的1/2。例如，如果牵引车104的安装表面具有近似2.1米(m)的宽度，臂222和224可具有近似1.0m或更少的长度，优选地在大约0.5m至0.7m之间的范围内。第一和第二臂222和224可包括向第一和第二臂222和224提供结构支撑和刚性的角撑板222′和224′。尽管不是必需的，第一和第二臂222和224可从摇摆轴线220大体向下伸展(sweep)，如图1和2所示。

连接器设备106包括一对俯仰铰接塔台226，所述的一对俯仰铰接塔台226支撑在平衡桥216的中心部上、并且从平衡桥216的中心部向上延伸。连接器设备106还包括半拖车接轮头228，其具有与俯仰铰接塔台226重叠的向下悬垂裙部230。半拖车接轮头228用于接收拖车102的中枢销102′，并且由此将拖车102连接到牵引车104。一对俯仰铰接销232可枢转地将半拖车接轮头228结合到俯仰铰接塔台226，从而允许半拖车接轮头228关于在摇摆轴线220横向的俯仰轴线234而枢转(图4中箭头234′所示)。在所示实施例中，俯仰轴线234位于摇摆轴线220上方。其他构造也是有可能的，其中俯仰轴线234位于摇摆轴线220下方、或与摇摆轴线220距框架202相同的距离。平衡桥216用作半拖车接轮头228的摇轴架(rockercradle)，使得半拖车接轮头228与平衡桥216一起关于摇摆轴线220枢转。

第一和第二阻尼元件236和238可操作地插置于框架202与平衡桥216的第一臂222和第二臂224各自的远端区域之间。阻尼元件236和238包括分别结合到各自的第一臂222和第二臂224的远端区域的第一端240和242。阻尼元件236和238的第二端244和246——与其各自的第一端240、242相对——结合到框架202。可替代地，如果去掉框架202，第二端244和246可直接结合到牵引车104。尽管在所示实施例中提供了两个阻尼元件236和238，铰接的车辆100可在摇摆轴线220每侧上包括多于一个阻尼元件。例如，两个或更多个阻尼元件可以可操作地插置于每个臂222、224与框架202之间。

阻尼元件236和238可实现本领域技术人员已知的任意类型阻尼技术，例如气动的和/或液压的。例如，阻尼元件236和238可为气动隔震器(例如，缓冲气囊/波纹管或空气弹簧)、粘性阻尼元件、汽车减震器、及它们的组合。阻尼元件236和238可与诸如弹簧和弹性垫这样的一个或多个弹性元件相组合。

可进行流体压力调节来按需要改变阻尼元件236和238的硬度和/或阻尼特性，例如用以适应不同道路条件或其他驾驶条件。在气动隔震器的情况下，可使用任意类型的气囊或空气弹簧，包括例如由

制造的双盘绕空气弹簧。阻尼元件236和238的气室内的空气压力可由泵或其他压缩空气源(以增加压力)以及控制阀(以减小压力)调节。铰接的车辆100可包括当铰接的车辆100运动时允许压力调节的控制系统。例如，牵引车104可包括可操作地连接到阻尼元件236和238的车载空气压缩机或泵(未示出)，其与位于牵引车104驾驶室内的控制站一起允许驾驶员手动调节阻尼元件236和238的空气压力。而且，牵引车104可包括自动地调节阻尼元件236和238的压力以补偿牵引负载(例如，重心和车辆总重)和/或驾驶条件变化的传感器和控制系统。例如，如果牵引负载的车辆总重近似3175千克(kg)(即，7000磅)，阻尼元件236和238的压力可为近似241千帕(kPa)(即，35磅/英寸²)。拖车102的牵引负载可大于或小于3175kg并且阻尼元件236和238的压力可被调节为大于或小于241kPa。阻尼元件236和238的特征可在于一个或多个的各种弹簧刚度。例如，具有近似241kPa压力和21.6cm静止高度的阻尼元件236和238的弹簧刚度可为近似113牛/毫米(N/mm)(即，650磅/英寸)。弹簧刚度可调节为大于或小于113N/mm。

在一些情况下，阻尼元件236和238的阻尼特性将优选地是临界阻尼的、或是接近临界阻尼的(例如，在临界阻尼的20％内)但不是欠阻尼的，以快速稳定，而拖车102不发生振荡或摇摆运动——例如，当牵引车104横向驶过相对陡峭的崎岖地带时。在其他驾驶条件中，阻尼元件236和238可为接近临界阻尼的或是稍微欠阻尼的。但是在其他驾驶条件中，可能有益的是具有过阻尼系统从而使得拖车102关于摇摆轴线220的很多旋转能量传递到牵引车104。阻尼元件236和238因为它们的空气室不连接所以可彼此独立。因此，阻尼元件236和238的空气室中的压力可不同地调节从而使拖车102横向平衡或变平稳(level)。

在不平坦道路或崎岖不平地形上行进过程中，不平坦的地面会导致拖车102关于摇摆轴线220的摇摆/角动量。拖车102的角动量导致半拖车接轮头228和平衡桥216关于摇摆轴线220枢转。平衡桥216的枢转运动导致第一和第二臂222、224相对于框架202和牵引车104运动。例如，第一臂222可沿第一弧形路径向框架202运动并且第二臂224可沿第二弧形路径远离框架202运动。第一和第二臂222、224沿各自的第一和第二弧形路径行进的绝对距离可近似相等。

因为第一和第二阻尼元件236和238插置于框架202与各自的第一和第二臂222和224之间、并结合到框架202及各自的第一和第二臂222和224，第一和第二阻尼元件236和238响应于平衡桥216和半拖车接轮头228的枢转运动而压紧和伸长。例如，当第一臂222向框架202运动并且第二臂224远离框架202运动时，第一阻尼元件236压紧并且第二阻尼元件238伸长。阻尼元件236和238吸收拖车102摇摆运动的一些旋转能量(即，动能)。阻尼元件236和238还抵抗被压紧以抵消拖车102的摇摆运动。阻尼元件236和238可用作渐变刚度弹簧，使得弹簧刚度随阻尼元件236和238被压紧而增加。阻尼元件236和238还可抵抗被伸长。图3包括表示摇摆稳定作用力方向的箭头236′和238′。因为摇摆轴线220相对于牵引车104固定，连接器设备106可控制所述拖车102和所述牵引车104的摇摆运动，不仅是不具有固定的摇摆轴线的构造。例如，如果允许平衡桥216浮动(即，垂直运动仅由阻尼元件236和238约束)，拖车102的运动频率能够与阻尼元件236和238的固有频率相结合从而导致不可控的共鸣事件是有可能的。

当阻尼元件236和238抵抗被压紧时，牵引车104的惯性矩阻碍拖车102的摇摆运动并且减小拖车102的角动量。拖车102的旋转能量的显著部分被阻尼元件236、238和牵引车104的悬挂装置被大量传递到牵引车104并在该处被加以吸收。牵引车104的重心可低于拖车102的重心，使得将拖车102的一部分旋转能量传递至牵引车104使铰接的车辆100作为整体更稳定。因为阻尼元件236和238抵抗拖车102的摇摆运动，阻尼元件236、238和牵引车104还经由平衡桥216将恢复力施加到拖车102，其使拖车102返回到平衡(即，平稳)条件。例如，牵引车104的惯性矩可导致拖车102摇摆回到平稳状态、或稳定状态。于是，因为阻尼元件236和238允许拖车102稍微关于摇摆轴线220旋转，同时还提供了对拖车102的摇摆运动的抵抗，铰接的车辆100的驾乘在行进于崎岖不平地形上(即使高速)过程中较为平稳(smoother)且较为稳定。

相反地，阻尼元件236和238还抵消摇摆运动并吸收牵引车104的旋转能量。例如，当牵引车104在崎岖不平地形上行进时，牵引车104中可被引入摇摆运动，使得框架202运动靠近平衡桥216的第一臂222并进一步远离平衡桥216的第二臂224。响应于牵引车104的摇摆运动，第一阻尼元件236压紧并且第二阻尼元件238伸长以吸收牵引车104的一些旋转能量。而且，第一和第二阻尼元件236和238抵抗被压紧并且拖车102抵消牵引车104的摇摆运动。阻尼元件236和238还可抵抗被伸长。于是，因为阻尼元件236和238允许和抵抗牵引车104的摇摆运动，可改进铰接的车辆100的操作和驾乘。

对于本领域技术人员将显而易见的是，在不脱离本发明的基本原理的情况下可对上述实施例的细节进行很多改变。例如，连接器设备106可包括提供摇摆轴线的任意结构和构造，所述摇摆轴线与阻尼元件一起抵消拖车102的摇摆运动。因此，本发明的范围应当仅由下面的权利要求限定。

Claims (17)

1.一种用于将拖车可脱离地连接到牵引车的半拖车接轮设备，包括：

平衡桥，其支撑在牵引车上，并可关于在牵引车的牵引运动方向上延伸的摇摆轴线而枢转，所述平衡桥包括从摇摆轴线各自的第一和第二侧横向延伸的第一和第二臂；

半拖车接轮头，其附接到平衡桥以与所述平衡桥一起关于摇摆轴线而运动，所述半拖车接轮头可相对于平衡桥关于在摇摆轴线横向的俯仰轴线而枢转；以及

可操作地插置于牵引车和第一臂的远端区域之间的第一阻尼元件，以及可操作地插置于牵引车和第二臂的远端区域之间的第二阻尼元件，并且当拖车附接到半拖车接轮头时，第一和第二阻尼元件在不平坦道路上行进过程中抵抗着拖车关于摇摆轴线的摇摆运动。

2.根据权利要求1所述的半拖车接轮设备，其还包括支撑在牵引车上的桥座，其中所述平衡桥支撑在所述桥座上。

3.根据权利要求2所述的半拖车接轮设备，其特征在于，所述桥座包括为所述平衡桥提供摇摆枢转装配的前和后铰接板。

4.根据权利要求3所述的半拖车接轮设备，其特征在于，所述平衡桥经由设立起摇摆轴线的摇摆销而可枢转地连接到所述前和后铰接板。

5.根据权利要求1所述的半拖车接轮设备，其特征在于，响应于拖车相对于牵引车的摇摆运动，第一和第二阻尼元件中的一个压紧并且另一个阻尼元件伸长。

6.根据权利要求5所述的半拖车接轮设备，其特征在于，压紧的阻尼元件抵抗被压紧以抵消拖车的摇摆运动。

7.根据权利要求1所述的半拖车接轮设备，其还包括一对安装在平衡桥上的俯仰铰接塔台，所述一对俯仰铰接塔台包括用于可枢转地将半拖车接轮头连接到所述俯仰铰接塔台的一对俯仰铰接销，其中所述俯仰铰接销设立起俯仰轴线。

8.根据权利要求1所述的半拖车接轮设备，其特征在于，所述第一和第二阻尼元件为气动隔震器。

9.根据权利要求1所述的半拖车接轮设备，其特征在于，所述第 一和第二臂从半拖车接轮头向下伸展。

10.根据权利要求1所述的半拖车接轮设备，其特征在于，所述摇摆轴线的位置相对于牵引车是固定的。

11.一种铰接的车辆，包括：

牵引车；

半拖车接轮设备，其可枢转地支撑在牵引车上，用以相对于牵引车关于在牵引车的牵引运动方向上延伸的摇摆轴线而旋转；

拖车，其经由所述半拖车接轮设备可脱离地连接到牵引车，在不平坦的道路上行进过程中，响应于拖车关于摇摆轴线的摇摆运动，所述半拖车接轮设备相对于牵引车关于摇摆轴线枢转；以及

可操作地插置于牵引车与摇摆轴线的第一横向侧上的半拖车接轮设备 之间的第一阻尼元件，以及可操作地插置于牵引车与摇摆轴线的第二横向侧上的半拖车接轮设备之间的第二阻尼元件，使得拖车关于摇摆轴线的摇摆运动导致第一和第二阻尼元件的一个压紧并且另一个伸长，并且其中压紧的阻尼元件抵抗被压紧以抵消拖车关于摇摆轴线的摇摆运动。

12.根据权利要求11所述的铰接的车辆，其特征在于，所述牵引车具有的重心低于拖车的重心。

13.根据权利要求12所述的铰接的车辆，其特征在于，所述第一和第二阻尼元件吸收拖车的摇摆运动的一部分旋转能量。

14.根据权利要求13所述的铰接的车辆，其特征在于，所述第一和第二阻尼元件将一部分旋转能量传递至牵引车以稳定拖车。

15.一种抵消拖车的摇摆运动的方法，所述拖车经由半拖车接轮设备可脱离地连接到牵引车，所述方法包括：

在牵引车上可枢转地支撑半拖车接轮设备，以关于在牵引车的牵引运动方向上延伸的摇摆轴线而旋转；

响应于道路引起的拖车的摇摆运动，经由第一和第二阻尼元件抵抗并阻止半拖车接轮设备关于摇摆轴线旋转，所述第一和第二阻尼元件可操作地插置于半拖车接轮设备与摇摆轴线的横向侧上的牵引车之间 以由此抵消并稳定拖车的摇摆运动。

16.根据权利要求15所述的方法，其还包括：

响应于拖车的摇摆运动，压紧第一阻尼元件且同时同步地伸长第 二阻尼元件；以及

抵抗第一阻尼元件的压紧以抵抗拖车的摇摆运动。

17.根据权利要求15所述的方法，其中，所述牵引车具有的重心低于拖车的重心，并且抵抗所述半拖车接轮设备的旋转导致拖车的旋转能量传递至牵引车。 

Images