CN102378713B - 可转向车辆及其控制方法 - Google Patents

Abstract

一种用于单独地控制可转向车辆(1、21、31、85)内的每个从动轮(3、6、7、23、27、26、32、33、34)的车轮速度的方法和装置，所述车辆包括前桥(2、22、81)和至少两个后桥(4、5、25、82、83)，且具有全轮驱动，所述方法包括如下步骤：-记录如下参数和所述参数的值：a.车辆的转向角度，b.车辆的轴距，和c.车辆的轮距；-基于车辆行驶期间连续记录的所述参数值来计算每个所述从动轮的、使该从动轮的车轮滑移最小的车轮速度；-根据所述计算出的车轮速度单独地控制每个所述从动轮的车轮速度；以及，-如果所述轴距发生改变，则自动记录所述发生改变的轴距值并基于当前新的所述参数值相应地重新计算每个从动轮的所述车轮速度。

Description

可转向车辆及其控制方法

技术领域

本发明涉及根据所附权利要求1的前序部分的可转向车辆。特别地，本发明将应用于汽车相关领域，并且旨在用作对所述车辆的每个从动轮单独地控制车轮速度的装置。本发明还涉及根据所附权利要求10的前序部分的、旨在用于这种可转向车辆的方法。

本发明还涉及一种计算机程序、计算机程序产品和用于计算机的存储介质，它们都用于计算机上以执行所述方法。

背景技术

例如，卡车可配备有6×6车轮的动力传动系，这意味着所述卡车具有6个车轮且所有车轮都被驱动。前桥能够具有阿克曼转向装置以使所述卡车转向。两个后桥能够通过传动轴和三个差速器驱动，其中所述差速器对车辆每一侧的后轮的转速差进行补偿并对两个后桥之间的转速差进行补偿。前桥上的车轮能够通过布置在每个前轮附近的车轮液压马达驱动。根据现有技术，通常，所述后驱动桥和所述前轮之间存在固定的比例，这意味着：例如，当所述卡车行驶经过转弯处时且所述车轮以未对每个车轮的车轮路径进行补偿的车轮速度被驱动时，可能发生车轮滑移。所述车轮滑移导致燃料消耗增加并且轮胎磨损也增大。

关于如何适配所述车轮速度，通过JP3901431可获得一种已知的解决方案，其中公开了带有车辆转向的4×4轮的电驱动工业车辆。在此，根据所要求的加速度和转向角度来计算每个从动轮的车轮速度，以最小化该车辆行驶经过转弯处时的车轮滑移。

US5465806公开了带有阿克曼转向装置的4×4轮的电驱动车辆。其中，也根据转向角度来计算每个从动轮的车轮速度，以最小化该车辆行驶经过转弯处时的车轮滑移。

WO2005047042公开了带有铰接式转向和车桥转向的车辆构造的另一个示例，其中，记录每个相邻的驱动桥对的相对转向角度，并通过所记录的与所述车桥相关的相对转向角度来控制每个驱动桥的每个驱动轮的转速。分别位于车辆左右两侧的从动轮基本上跟随相同的轨迹。

本发明的目的是提供一种更先进的布置结构，以使车辆行驶经过转弯处时的车轮滑移最小化，同时不会增加车辆的操纵复杂性。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种更先进的动力传动系(推进单元和变速器)控制。此外，本发明寻求提供这样的动力传动系控制：该动力传动系控制能够自动适应车辆的当前转向角度和灵活的车辆轴距，例如该车辆装配有转向架提升器、多于一个的转向装置、或用于改变所述车辆的车架长度的装置。

本发明的目的是提供一种改进的动力传动系控制，该动力传动系控制能够在不增加车辆的操纵复杂性的情况下进一步最小化车轮滑移。

通过所附权利要求1中限定的可转向车辆实现了上述目的。根据本发明的第一方面，提供了一种可转向车辆，该车辆包括(包括但不限于)第一车辆转向装置、布置在至少一个前桥和至少两个后桥上的车轮，其中，所述后桥中的至少一个和所述前桥被驱动，并且其中，控制单元布置成记录以下参数：

-车辆的转向角度，

-车辆的轴距，

-车辆的轮距，并且

还基于所述参数来计算每个从动轮的车轮速度，以控制所述从动轮的车轮速度从而使所述从动轮具有最小的车轮滑移，

其特征在于，

所述控制单元布置成自动记录发生改变的轴距并相应地重新计算每个从动轮的所述车轮速度。

根据本发明的车辆的前述实施例的进一步的实施例，所述轴距通过如下项中的至少一个而改变：

a.用于对所述后桥上的车桥载荷进行差异化分配(differentiation)的装置，

b.布置成用于提升所述后桥中的一个或数个的转向架提升器，

c.第二车辆转向装置，其中所述第一车辆转向装置和所述第二车辆转向装置布置成二者被组合使用或每次仅使用一个，

d.车架，该车架包括用于改变所述车架的长度的装置。

根据本发明的车辆的前述实施例的另一个实施例，所述第一车辆转向装置是布置在所述前轮上的阿克曼转向装置，且所述第二车辆转向装置是在所述前轮和所述后轮之间布置在所述车架上的铰接式转向装置。

根据本发明的车辆的前述实施例的另一个实施例，第三车辆转向装置在所述前轮和所述后轮之间布置在所述车架上，作为另一个铰接式转向装置。

根据本发明的车辆的一个进一步的实施例，所述第一车辆转向装置是布置在所述前轮上的阿克曼转向装置，且所述第二车辆转向装置是布置在所述后轮上的另一个阿克曼转向装置。

根据本发明的车辆的一个实施例，所述车辆包括三个后桥。此实施例的特征在于，所述第二转向装置是布置在所述三个后桥中的两个后桥上的阿克曼转向装置。

根据本发明的车辆的所述两个前述实施例中的一个进一步的实施例，所述车辆包括两个前桥。此实施例的特征在于，所述第一转向装置是布置在所述两个前桥上的阿克曼转向装置。

根据本发明的车辆的另一个实施例，所述后桥中的至少一个后桥由第一推进单元驱动，且所述前桥或多个前桥上的所述车轮由布置成与每个所述前轮紧密连接的第二推进单元单独地驱动。

根据本发明的车辆的另一个实施例，所述第二推进单元是液压马达或电动马达，而所述第一推进单元是内燃机。

根据本发明的方法是用于对可转向车辆内的每个从动轮单独地控制车轮速度的方法，所述车辆包括(包括但不限于)前桥和至少两个后桥，且所述车辆具有前轮驱动器和后轮驱动器。所述方法包括如下步骤：

-记录如下参数和所述参数的参数值：

a.车辆的转向角度，

b.车辆的轴距，以及

c.车辆的轮距；

-基于车辆行驶期间连续记录的所述参数值来计算每个所述从动轮的、将使该从动轮的车轮滑移最小的车轮速度；

-根据所述计算出的车轮速度，单独地控制每个所述从动轮的车轮速度；以及

-如果所述轴距发生改变，则自动记录所述改变的轴距值并基于当前新的所述参数值来相应地重新计算每个从动轮的所述车轮速度。

从权利要求1之后的从属权利要求中，可得到本发明的另外的有利实施例。

附图说明

下面将参考附图更详细地描述本发明，出于例示性目的，这些附图示出了本发明进一步优选的实施例并且也示出了技术背景，在附图中：

图1a和图1b均示意性地示出了根据本发明一个实施例的车辆的顶视图。

图1a和图1b示意性地示出了两个不同的车辆构造的顶视图，其中，车辆的轴距能够改变且能够使用本发明的不同实施例。

图2a至图2i示意性地示出了不同的车辆构造的顶视图，其中车辆轴距能够改变且能够使用本发明的不同实施例。

图3a至图3c示意性地示出了车辆轴距能够如何改变的侧视图。

图4a至图4b示意性地示出了车辆轴距能够如何改变的另一种可能性的顶视图。

图5示出了应用于计算机设备上的本发明。

具体实施方式

图1a公开了本发明的一个实施例，其中，具有全轮驱动和阿克曼转向装置的车辆1包括：带有前从动轮3的一个前桥2；和带有从动轮6和7的两个后桥(转向架)4和5。两个所述后桥以已知方式受到驱动，在此示出的示例中，所述后桥由第一推进单元8驱动，该第一推进单元8能够是内燃机。该内燃机经由变速器9、传动轴10和差速器11、12和13驱动所述后轮。因此，来自所述第一推进单元的输出扭矩均匀地分别分配到所述后桥4和5之间以及所述后轮6和7之间。根据现有技术，当带有阿克曼转向装置的车辆转弯时，所述车轮将不跟随相同的轨迹，这意味着所述车轮将以不同的车轮转速滚转。为此，差速器12布置成对所述两个后桥之间的速度差进行补偿，且差速器12和差速器13中的每一个均布置成分别对所述成对的后轮6和7的左侧后轮和右侧后轮之间的转速差进行相应补偿。

所述前轮3由第二推进单元14和15单独驱动。所述第二推进单元能够是布置成与每个所述前轮紧密连接的、作为车轮马达的液压马达或电动马达。如图1a可见，所述前桥2包括阿克曼转向装置，且用于所述前轮之一(左侧前轮或右侧前轮)的车轮马达布置成在所述车轮的转向运动(在竖向平面内扭转)中跟随所述车轮。

下面提到了对轴距值进行记录。在下文中，该术语“轴距”是指理论轴距，该理论轴距可以根据关于不同转向角度和车辆构造的已知几何关系计算出来，这将在下文中描述。因此，控制单元16的存储器包括所述几何关系，以便能够计算关于不同转向角度和车辆构造的理论轴距。对于带有三个或更多个车桥的车辆来说，其理论轴距取决于车桥之间的载荷分配比。对于带有单个前桥和后转向架的卡车来说，其理论轴距将是后桥间的位置与前桥之间的距离。如果所述后桥之间的载荷分配比为50％，则此位置将位于所述车轴的中间。例如，根据装载在车辆上的货物的分配，其理论轴距将发生变化。另外，在如下所述的实施例中，布置在能够利用阿克曼转向装置转向的车桥上的车轮能够由如上所述的车轮马达驱动，而不可转向的车桥上的车轮能够通过动力传动系中的推进单元驱动，如上所述，该动力传动系包括变速器、传动轴和差速器。

所述推进单元的驱动扭矩由控制单元16控制。在所公开的示例中，所述控制单元16也布置成控制所述变速器9。所绘出的方框17表示如下设备，该设备用来记录用于计算和控制所述不同的从动轮3、6和7的车轮速度的参数。所述控制单元16被编程为执行如下步骤：

-记录如下参数和所述参数的值：

a.车辆的转向角度，即图1a中的所述前桥的所述阿克曼转向装置的转向角度，

b.车辆的轴距，以及

c.车辆的轮距；

-基于车辆行驶期间连续记录的所述参数值来计算每个所述从动轮的、将使该从动轮的车轮滑移最小的车轮速度；

-根据所述计算出的车轮速度，单独地控制每个所述从动轮的车轮速度；以及

-如果所述轴距发生改变，则自动记录所述改变的轴距值并基于当前新的所述参数值来相应地重新计算每个从动轮的所述车轮速度。

根据本发明，所述控制单元被编程为：如果所述记录的轴距参数值已发生改变，则自动进行记录。如果轴距已发生改变，则控制单元被编程为：基于所述发生改变的轴距和当前轮距及转向角度相应地重新计算每个从动轮的所述车轮速度。

对于根据图1a的实施例，图3a公开了所述轴距能够如何改变的示例。图3a公开了装配有根据现有技术的转向架提升器的卡车31，即，其中例如带有车轮的两个后桥中的后一个后桥32能够被提升。在图3a中，两个后桥中的后一个后桥32被提升，且轴距是前轮33的中心与这些后轮中的前一个车轮34的中心之间的水平距离x。图3b公开了一个示例，其中两个后桥中的前一个后桥34能够被提升。因此，得到了前轮33的中心与这些后轮中的后一个后轮32的中心之间的水平距离y。在图3c中，所述后桥都不被提升，并且，在后桥32和34的车桥载荷相等的条件下，轴距是前轮33的中心与恰好在所述后轮32和34中间的点之间的水平距离z。根据本发明的一个实施例，所述控制单元16能够被编程为：如果所述示例性的转向架提升器之一被激活或未被激活，则经由用于记录参数的所述设备17进行记录。此信息能够与关于所述距离z和x和/或y的程序化信息、前述轮距、以及当前转向角度一起用来计算所述车轮速度。

在本发明的另一个实施例中，所述控制单元16能够编程为：如果后桥之间的车桥载荷尤其不同，例如由于轮胎压力不同，或者存在转向架提升器但所述转向架提升器仅部分地被提升、即两个后桥的车轮仍然接地，则通过用于记录参数的所述设备17进行记录。

图1b公开了车辆21的另一个实施例。图1a和图1b的实施例之间的主要差异在于：在图1b中，在后桥25上布置了第二车辆转向装置。此后桥在原理上类似于可转向的前桥22，即，阿克曼转向装置布置在带有车轮马达214和215的所述后桥25上。其他车轮以与图1a中所示的实施例相同的方式被驱动。车辆的轴距将根据如何选择第一转向装置和第二转向装置的转向角度而变化。请注意，所述第一转向装置和所述第二转向装置的转向角度能够根据所述转向装置在不同的车辆条件下如何使用而变化。根据本发明，控制单元216能够编程为记录所述第一转向装置和第二转向装置的当前转向角度，并基于所述当前转向角度、轴距和轮距来计算不同的从动轮23、26和27的车轮转速。所述控制单元然后控制所述推进单元，以实现所计算出的转速。

图2a公开了具有八个车轮的全轮驱动车辆，其中在前桥上布置有阿克曼转向装置，且后桥中的一个或两个能够被提升。因此，后桥是三联轴转向架构造。进一步的实施例可以包括其后桥能够被提升的不同组合。因此，可以存在数个轴距。在另一实施例中，这些后桥中的后一个车桥能够被提升。线A指示了车架和所述车桥的几何中心。

图2b公开了具有八个车轮的全轮驱动车辆，其中带有两个前桥和两个后桥。所述前桥包括第一阿克曼转向装置。以与图2a的实施例中类似的方式，两个后桥中的一个能够被提升。因此，可以存在数个轴距。线B指示了车架和所述车桥的几何中心。

图2c至图2g公开了进一步的车辆构造的示例，其中轴距能够根据阿克曼式的第一转向装置和第二转向装置而改变，并且根据本发明，能够自动记录当前的轴距并使用当前的轴距来计算从动轮的正确车轮速度。在图2c至图2g的示例性实施例中，能够通过每次单独地或组合地使用所述第一车辆转向装置和所述第二车辆转向装置来改变轴距。当组合使用时，所述第一转向装置和所述第二转向装置能够具有相同的转向角度值或不同的转向角度值。大量的可能性能够导致许多种不同的可能轴距。

图2c示出了具有六个车轮的全轮驱动车辆，其中阿克曼转向装置布置在两个后桥中的前一个后桥以及前桥上。在进一步的实施例中，两个后桥之一能够被提升(转向架提升器)。线C指示了车架和所述车桥的几何中心。

图2d中公开的实施例公开了具有八个车轮的全轮驱动车辆，其中在前桥上布置有第一阿克曼转向装置，在三个后桥中的最前一个后桥上布置有第二阿克曼转向装置。在此，被提升的后桥可以具有不同组合。因此，可以存在数个轴距。在另一个实施例中，三个后桥中的前两个后桥能够具有第二阿克曼转向装置。线D指示了车架和所述车桥的几何中心。

图2e中公开的实施例类似于图2d的实施例。唯一的差异在于：三个后桥中的后两个后桥装配有第二转向装置。在此，线E也指示了车架和所述车桥的几何中心。在进一步的实施例中，仅三个后桥中的最后一个后桥能够具有第二阿克曼转向装置。

图2f也公开了具有八个车轮的全轮驱动车辆，其中在前桥上布置有第一阿克曼转向装置，并且在三个后桥中的最前一个后桥和最后一个后桥上布置有第二阿克曼转向装置。在此，被提升的后桥可以有多种不同组合。因此，可以存在数个轴距。线F指示了车架和所述车桥的几何中心。

图2g公开了带有两个前桥和两个后桥的、具有八个车轮的全轮驱动车辆。所述前桥包括第一阿克曼转向装置，且两个后桥中的后一个后桥包括第二阿克曼转向装置。在进一步的实施例中，两个后桥之一能够被提升。在另一个进一步的实施例中，仅两个后桥中的前一个后桥能够具有第二阿克曼转向装置。因此，可以存在数个轴距。线G指示了车架和所述车桥的几何中心。

图2h和图2i公开了进一步的具有六个车轮的全轮驱动车辆构造的示例，所述构造具有一个前桥和两个后桥，且其中能够通过至少一个第一转向装置和一个第二转向装置来改变轴距。

在图2h的实施例中，第一转向装置是布置在所述前桥上的阿克曼转向装置，且第二转向装置是布置在车架H上的铰接式转向装置。所述第二转向装置布置在前桥与两个后桥中的前一个后桥之间。在此，也能够通过组合地或每次单独地使用所述第一车辆转向装置和所述第二车辆转向装置来改变轴距。当组合使用时，所述第一转向装置和所述第二转向装置能够具有相同的转向角度值或不同的转向角度值。大量的可能性能够导致许多种不同的可能轴距。

在图2i的实施例中，所述第一转向装置是布置在所述前桥上的阿克曼转向装置，所述第二转向装置是布置在车架I上的铰接式转向装置。在此，第三转向装置也是布置在所述车架I上的铰接式转向装置。所述第二转向装置和所述第三转向装置都布置在前桥与两个后桥中的前一个后桥之间。因此，能够通过组合地或每次单独地使用所述第一、第二和第三车辆转向装置来改变轴距。当组合使用时，所述第一、第二和第三转向装置能够具有相同的转向角度值或不同的转向角度值。大量的可能性能够导致许多种不同的可能轴距。

图4a和图4b公开了具有六个车轮的全轮驱动车辆85，其阿克曼转向装置布置在前桥81和两个后桥上，其中，在进一步的实施例中，两个后桥之一能够被提升(如例如结合图3a至图3c所描述的)。所述车辆包括伸缩式车架84，用于改变所述车架的长度并因此改变轴距。与图4b中公开的同一车辆相比，在图4a中，车辆85具有更短的轴距。伸缩式车架能够导致数种可能的轴距。与转向架提升器的组合更增加了可能的轴距的数量。

与上述实施例相关，以上这些实施例能够实施有如上所述的、用于对所述后桥上的车桥载荷进行差异化分配的装置。

在上述实施例中，所述第一推进单元和变速器也能够具有混合动力的类型，例如根据现有技术的并联式混合动力电动车辆。

在上述实施例的进一步的实施例中，装配有阿克曼转向装置的所述可转向后桥能够改变为车桥转向装置(例如，参见WO2005047042)。因此，所述计算必须适应于包括车桥转向的车辆构造的相应几何关系，以便能够正确计算出所述车轮速度。

在本发明的进一步的实施例中，在上文中通过不同实施例描述的车辆能够结合到拖车-挂车构造中的挂车。所述挂车能够包括带有从动轮的至少一个从动桥，其中，根据本发明，能够根据所述的上述参数计算出所述挂车的从动轮的车轮速度，并因此使车轮速度适配于当前的参数值。所述拖车上的所述从动轮例如能够由车轮马达驱动(对应于上述车轮马达)。

对于所有上述实施例来说，本发明的益处是：从动轮的车轮速度将自动适配于当前的轴距(理论轴距)，并且将发生最小的车轮滑移，从而节约燃料并降低轮胎磨损。

图5示出了根据本发明一个实施例的设备500，该设备500包括非易失性存储器520、处理器510和读写存储器560。存储器520具有第一存储部530，其中存储有用于控制所述设备500的计算机程序。存储部530中的用于控制所述设备500的计算机程序可以是操作系统。

设备500例如能够包括在控制单元内，例如包括在控制单元16内。数据处理单元510例如能够包括微处理器。

存储器520还具有第二存储部540，其中存储有根据本发明的用于控制所述从动轮的程序。在替代实施例中，用于控制所述从动轮的程序存储在单独的非易失性数据存储介质550中，例如存储在CD或可更换的半导体存储器内。该程序能够以可执行的形式或以压缩状态进行存储。

当在下文提到数据处理单元510运行特定功能时，应清楚的是：数据处理单元510是运行该存储器540内存储的程序的特定部分或运行非易失性存储介质550内存储的程序的特定部分。

数据处理单元510被配置成通过数据总线514与存储器550通信。数据处理单元510也被配置成通过数据总线512与存储器520通信。另外，数据处理单元510被配置成通过数据总线511与存储器560通信。数据处理单元510也被配置成通过使用数据总线515与数据端口590通信。

根据本发明的方法能够通过数据处理单元510来执行，这通过使数据处理单元510运行该存储器540内存储的程序或所述非易失性存储介质550内存储的程序来执行。

不应认为本发明局限于上述实施例，相反，能够在如下权利要求的范围内构思出多个进一步的变体和修改。

Claims (10)

1.一种可转向车辆（1、21、31、85），所述可转向车辆包括：第一车辆转向装置、布置在至少一个前桥（2、22、81）和至少两个后桥（4、5、25、82、83）上的车轮（3、6、7、23、27、26、32、33、34），其中，所述后桥中的至少一个后桥和所述前桥被驱动，并且其中，控制单元（16、216）布置成记录以下参数：

-车辆的转向角度，

-车辆的轴距（x、y、z），

-车辆的轮距，

并且，所述控制单元（16、216）还基于所述参数来计算每个从动轮的车轮速度，以控制所述从动轮的车轮速度从而使所述从动轮具有最小的车轮滑移，其特征在于，所述控制单元布置成自动记录已发生改变的轴距（x、y、z）并相应地重新计算每个从动轮的所述车轮速度。

2.根据权利要求1所述的可转向车辆，其特征在于，所述轴距通过如下项中的至少一个而改变：

a.用于对所述后桥上的车桥载荷进行差异化分配的装置，

b.布置成用于提升所述后桥中的一个或数个后桥的转向架提升器，

c.第二车辆转向装置，其中所述第一车辆转向装置和所述第二车辆转向装置布置成二者被组合使用或每次仅使用一个，

d.车架（84），所述车架（84）包括用于改变所述车架的长度的装置。

3.根据权利要求2所述的可转向车辆，其特征在于，所述第一车辆转向装置是布置在前轮上的阿克曼转向装置，所述第二车辆转向装置是在所述前轮和后轮之间布置在所述车架上的铰接式转向装置。

4.根据权利要求3所述的可转向车辆，其特征在于，第三车辆转向装置在所述前轮和所述后轮之间布置在所述车架上，作为另一个铰接式转向装置。

5.根据权利要求2所述的可转向车辆，其特征在于，所述第一车辆转向装置是布置在前轮上的阿克曼转向装置，所述第二车辆转向装置是布置在后轮上的另一个阿克曼转向装置。

6.根据权利要求5所述的可转向车辆，其中，所述车辆包括三个后桥，其特征在于，所述第二车辆转向装置是布置在所述三个后桥中的两个后桥上的阿克曼转向装置。

7.根据权利要求5或6所述的可转向车辆，其中，所述车辆包括两个前桥，其特征在于，所述第一车辆转向装置是布置在所述两个前桥上的阿克曼转向装置。

8.根据权利要求1-6中的任一项所述的可转向车辆，其特征在于，所述后桥中的至少一个后桥由第一推进单元（8）驱动，所述前桥上的所述车轮由布置成与每个前轮紧密连接的第二推进单元（14、15）单独地驱动。

9.根据权利要求8所述的可转向车辆，其特征在于，所述第二推进单元是液压马达或电动马达，而所述第一推进单元是内燃机。

10.一种用于对可转向车辆（1、21、31、85）内的每个从动轮（3、6、7、23、27、26、32、33、34）单独地控制车轮速度的方法，所述车辆包括前桥（2、22、81）和至少两个后桥（4、5、25、82、83），且所述车辆具有前轮驱动器和后轮驱动器，所述方法包括如下步骤：

-记录如下参数和所述参数的参数值：

a.车辆的转向角度，

b.车辆的轴距，以及

c.车辆的轮距；

-基于车辆行驶期间连续记录的所述参数值来计算每个所述从动轮的、将使该从动轮的车轮滑移最小的车轮速度；

-根据所述计算出的车轮速度，单独地控制每个所述从动轮的车轮速度；以及

-如果所述轴距发生改变，则自动记录所述改变的轴距值并基于当前新的所述参数值来相应地重新计算每个从动轮的所述车轮速度。

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