CN105102304B - 载重卡车 - Google Patents

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Abstract

一种载重卡车，具有安装在底盘上的叉状提升机构、一对前轮(24、26)和单个的后轮(30)。至少一个前轮(26)和后轮(30)为驱动轮，驱动轮的速度基于卡车在向前/反转模式下还是在侧向模式下被驱动而相对于彼此不同地变化，在向前/反转模式下，前轮(24、26)排列为与底盘的前后轴线大致平行，且通过使后轮(30)转向来控制转向，在侧向模式下，后轮(30)被排列为与底盘的前后轴线大致垂直，且通过使至少一个前轮(26)转向来控制转向。当卡车在向前/反转模式下操作且朝向驱动前轮(26)所一侧转向时，该轮的相对速度(26)逐渐减小且在后轮(30)的旋转轴线与前轮位置相交时停止，并且随着后轮(30)的旋转轴线以增大的转向角穿过相交点而以增大的速度被反转地驱动。在处于侧向操作模式时，当卡车沿着朝向底盘的后端部的方向转向时，后轮(30)的相对速度逐渐减小且在转向的前轮(26)的旋转轴线与后轮位置相交时停止，并且所述后轮(30)随着转向的前轮(26)的轴线以进一步增大的转向角穿过所述相交点而以增大的速度被反转地驱动。

Description

载重卡车
技术领域
本发明涉及载重卡车，且涉及这种卡车的转向和牵引方面的改进。
本发明具体涉及三轮卡车，该三轮卡车具有一对前轮和单独的后轮，且能够以各个轮被排列为(在空档转向位置)与卡车的底盘的前后轴线平行的向前-反转(forward-reverse)操作模式操作，或者以各个轮被排列为(在空档转向位置)彼此平行但与底盘的前后轴线垂直的侧向操作模式操作。
背景技术
图1示出了这种承载负荷12的卡车10的一个实例。该卡车具有U形底盘14，U形底盘14具有从桥部20向前延伸的一对臂16、18，在所述臂之间设置有叉状提升机构22。一对前轮24、26朝向所述臂的前端部28设置，每个前轮在一个臂上。单独的后轮30被设置在卡车10的后端部32的中心处。在图1中，卡车被示出为处于侧向模式下的空档转向位置(neutralsteering position)。
传统上，这种卡车仅由单独的后轮30驱动。这可能导致在加速和制动时出现不期望的效果。卡车上装有负荷的情况下，加速可能导致围绕负荷的扭矩转向，如图1中所示。
在仅对后轮进行制动时，在制动期间，转动效果和方向是相反但夸大的。在制动期间，由于没有进行制动的闲置前轮顶部上的负荷的动量，卡车围绕后轮转动。由于较小的轮尺寸，前轮是闲置的且没有进行制动，因此有更小的直径来保持负荷平台处于低位，从而最大化存储空间。在该实施例中，后轮大于用于负荷承载能力的前平台轮。
图2示出了一种使用电驱动马达和制动器的卡车，其具有一个驱动前轮26和一个驱动后轮30。前右轮26被驱动，而前左轮24闲置。通过这种方案，加速、减速和制动时的转动效果被消除。然而，由于在向前-反转模式或侧向模式下左转和右转时马达速度和马达转矩发生变化，这种卡车在转向时遇到问题。
因此，需要一种载重卡车，其解决了现有技术的缺点中的至少一些。
发明内容
本发明提供一种载重卡车，具有安装在底盘上的叉状提升机构，所述底盘具有前端部和后端部以及左侧和右侧，所述卡车包括：
一对前轮和单独的后轮，每个前轮朝向所述底盘的前端部设置，一个前轮在左侧且另一个前轮在右侧，所述后轮朝向所述底盘的所述后端部的中心设置，
其中，所述前轮中的至少一个被驱动且能够转向，所述后轮被驱动且能够转向，
其中，所述卡车能够以如下模式操作：
向前/反转操作模式，其中，所述前轮被排列为与所述底盘的前后轴线大致平行，且通过在与所述前轮平行时对处于空档转向位置的所述后轮进行转向来控制转向，和
侧向操作模式，其中，所述后轮被排列为与所述底盘的前后轴线大致垂直，且通过在与所述后轮平行时对处于空档转向位置的所述前轮中的至少一个进行转向来控制转向，
所述卡车还包括用于以相对于彼此变化的转动速度驱动至少一个前轮和所述后轮的电动马达控制系统，
其中，当所述卡车在空档转向下以所述向前/反转模式或所述侧向模式操作时，所述电动马达控制系统以与前后轮直径的比率彼此成反比的旋转速度驱动至少一个前轮和所述后轮，
其中，当所述卡车以所述向前/反转操作模式操作且沿着朝向至少一个被驱动的所述前轮所在的一侧的方向转向时，该轮的相对速度根据所述后轮的转向角而逐渐地减小，从而所述前轮在所述后轮的旋转轴线与所述前轮的位置相交时停止，且所述前轮随着所述后轮的轴线以进一步增加的转向角穿过所述相交点而以增加的速度被反转地驱动；
其中，当所述卡车以所述侧向操作模式操作且沿着朝向所述底盘的后端部的方向转动时，所述后轮的相对速度根据至少一个转向的前轮的转向角而逐渐地变小，从而所述后轮在至少一个转向的所述前轮的旋转轴线与所述后轮的位置相交时停止，且所述后轮随着转向的所述前轮的轴线以进一步增加的转向角穿过所述相交点而以增加的速度被反转地驱动。
因此，可见所述卡车是具有不对称的双驱动轮的卡车，两个驱动轮位于不同的沿前后方向的轴线上且驱动轮的位置沿侧向方向相对于彼此横向移位。通过在向前/反转模式和侧向模式两者中改变前轮和后轮的相对速度，在所有时间可以维持较好的牵引。
当沿其他方向转向时(在向前/反转模式下远离驱动前轮和在侧向模式下远离后轮)，相对速度被类似地调节以确保通过每个驱动轮维持牵引。
优选地，所述底盘在平面视图中为大致U形，具有一对向前延伸的臂，每个臂在所述叉状提升机构的一侧，在所述叉状提升机构的后面在所述臂之间具有桥部，并且其中，所述前轮被相应地定位为朝向左臂和右臂的前端，且所述后轮被大致定位在所述桥部的中央。
在一优选实施例中，所述一对前轮中的另一个是闲置的非驱动轮。
在一个方面中，基于接收自一个或多个传感器的一个或多个输入信号，所述电动马达控制系统输出用于控制所述驱动轮的控制信号。有利地，所述输入信号包括转向角输入信号。优选地，所述输入信号包括节流阀输入信号。在一个示例性布置中，由与相应的驱动轮相关联的多个传感器提供所述输入信号。理想地，由轮位置传感器、速度传感器、节流阀传感器中的至少一个提供所述输入信号。
在另一方面中，所述驱动轮中的每一个与一起形成所述电动马达控制系统的相应的电动马达相关联。有利地，所述驱动轮中的每一个与相应的轮位置传感器相关联。优选地，所述驱动轮中的每一个与相应的速度传感器相关联。理想地，所述驱动轮中的每一个与相应的电动马达控制器相关联。在一个示例性布置中，所述相应的电动马达控制器接收来自节流阀传感器的输入信号。优选地，所述相应的电动马达控制器接收来自所述相应的轮位置传感器的输入信号。在一个实例中，所述相应的电动马达控制器接收来自所述相应的速度传感器的输入信号。
附图说明
图1为一示例性卡车的平面图；
图2为一示例性卡车的另一平面图；
图3为根据本发明的卡车的平面图；
图4A为处于向前/反转模式的图3所示卡车的平面图；
图4B为转动的图3所示卡车的平面图；
图4C为转动的图3所示卡车的平面图；
图4D为转动的图3所示卡车的平面图；
图4E为转动的图3所示卡车的平面图；
图5A为处于侧向模式的在空挡转向位置的图3所示卡车的平面图；
图5B为转向的图3所示卡车的平面图；
图5C为转向的图3所示卡车的平面图；
图5D为转向的图3所示卡车的平面图；
图5E为转向的图3所示卡车的平面图；
图5F为转向的图3所示卡车的平面图；
图6A为图3所示卡车的平面图，所述卡车处于向前/反转模式；
图6B为转向的图3所示卡车的平面图；
图6C为转向的图3所示卡车的平面图；
图6D为转向的图3所示卡车的平面图；
图7A为图3所示卡车的平面图，所述卡车处于侧向模式；
图7B为转向的图3所示卡车的平面图；和
图7C为转向的图3所示卡车的平面图。
具体实施方式
现在参照一些示例性载重卡车对本发明进行描述。将理解的是，所述示例性卡车被提供用于协助对本发明的理解而不构成任何形式的限制。此外，在不脱离本发明的精神的情况下，参照任一附图描述的特征或元素可与其他附图的特征或元素或者其他等价元素相互交换。
图3示出卡车的示意性布置，卡车大致被构造为与图1和图2的卡车一致，且其中相同的附图标记表示相似的部件。
前左轮24是闲置的，而前右轮26和后轮30被驱动。驱动轮中的每一个被提供有相应的电动马达和速度传感器34(前)、36(后)，相应的轮位置传感器38(前)、40(后)，和相应的电动马达控制器42(前)、44(后)。另外，节流阀传感器46确定了节流阀位置。电动马达控制器42、44各自接收来自在它们的控制下与轮相关联的节流阀传感器、电动马达和速度传感器、和轮位置传感器的输入。基于这些输入，电动马达控制器42、44向电动马达输出控制信号，从而以下述方式驱动相应的轮26、30。
一对电动马达控制器42、44被共同地称为电动马达控制系统。图3的电动马达控制系统被实现为一对分离的马达控制器，替代地，一个马达控制器可采用单独的CPU、计算机系统、可编程控制器或专用的控制电路来执行图3中所示的两个控制器的功能。
首先，当处于空档转向位置时，无论在向前/反转模式(图4A)或侧向操作模式(图5A)电动马达控制系统以与前后轮直径的比率彼此成反比的旋转速度驱动前轮26和所述后轮30。因此例如，如果后轮的直径比前轮的直径大2.5倍，前轮在空档转向位置将比后轮转动地快2.5倍。
该空档旋转速度比率在卡车转动时变化。
图4B示出了朝右(即，朝向驱动前轮所在的一侧)转动的卡车，由于后轮的角度变化，而前轮保持平行于底盘的前后轴线48(参见图4A)，因此发生转向。转向角在图4C中增加，其结果是后轮的旋转轴线52与前轮的旋转轴线54之间的相交点50逐渐移动至更加靠近图4B和图4C之间的卡车。
在图4D中，后轮的旋转轴线52与驱动前轮26相交，使得相交点与前轮26重合。以另一路径观察，后轮此时以一角度转向，该角度导致后轮遵循以驱动前轮的位置为圆心的圆56。
在一系列的图4A至图4B至图4C至图4D中，电动马达控制器逐渐地减小前轮26相对于后轮30的速度，届时驱动前轮停止。
一旦随着自图4D所示的位置的后轮的转向角增大相交点50移动到驱动前轮26的位置内，前轮26以逐渐增加的速度被反转驱动。在图4E中，可以看到这种转向位置的实例，后轮此时以其旋转轴线垂直于前轮且重合于底盘的前后轴线48的方式转向。
图5A示出处于侧向模式下载空档转向位置的卡车，轮24、26、30彼此平行且垂直于前后轴线48。在该模式中，后轮维持在垂直位置，且通过前驱动轮26完成转向。闲置的非驱动轮也优选地转向。
随着卡车被侧向驱动且沿后端部32的方向转动(图5B)，旋转轴线52、54的相交点50再次逐渐地朝向卡车移动。在图5C中所示的位置，相交点与后轮30的重合。在一系列的图5A至图5B至图5C中，后轮相对于前轮的旋转速率逐渐地变慢，直到如图5C中的后轮静止且前轮遵循以后轮的位置为圆心的旋转圆56。
在图5D、图5E和图5F中，前轮26的转动角连续地增大，相交点50逐渐移动到后轮内，直到如图5F中的驱动前轮的旋转轴线54垂直于前后轴线48。一旦相交点已经移动到后轮内(即超过了图5C中的转向位置且朝向图5D中的转向位置)，则后轮相对于前轮反转其旋转方向(至其已经以较小的转向角旋转的方向)。该反转的旋转速度从图5C(0速度)至图5D至图5E至图5F持续地增大(相对于前轮的旋转速度)。
在每种情况下，考虑到底盘的尺寸、轮的位置、转向角和轮直径，选择的速度将确保可遵循其相应的旋转圆56(见图5F)，而不会相对于彼此滑动。
图6A示出了与图4D实质上相同的转向条件：卡车处于向前/反转模式，且向右转动，使相交点50与前驱动轮26重合，即后轮的旋转轴线52穿过前轮26。图6A示出的是后轮的轴线在空档转向位置时与在当前转向位置时之间的角A通过后轮位置传感器40(图3)测量，或者由该传感器的输出容易地确定，并且随着该角朝向图6A中所见的值增大，前轮马达的速度基于角A而降为0。
在图6B中，关于后轮的旋转轴线52与底盘48的前后轴线之间的角B示出了相同的位置。随着角B从该位置减小至0，前轮电动马达的速度沿反转方向从0开始增大。
图6C示出了相同的卡车，该卡车向左转向，即向远离驱动轮所在的一侧转向。随着转向角增大，则显示图6C中所示的角为角A1。驱动前轮的相对速度随着角A1的增大而逐渐变慢。然而，当转向角如图6C中所示时，闲置轮速度为0，但驱动轮仍然沿着与后轮相同的方向旋转，尽管具有更小的速度。图6D示出了关于角B1的相同的位置，角B1将随着闲置轮开始以增大的速度沿反转方向转动而减小，即后轮轴线52的转向角在闲置轮24的位置内穿过。
图7A示出了与图5C相同的位置，即卡车处于侧向模式，相交点50与后轮位置重合且驱动前轮的旋转轴线54穿过后轮位置。该附图示出了处于侧向模式的前轮轴线54的空档位置与其当前转向角之间的角C。后轮的速度基于该角输入由电动马达控制系统从空档速度调节至0，所述空档速度在处于空档转向位置时正比于轮的直径，当C达到图7A中所示的值时后轮的速度为0。
如图7B中所见，超过那个点的转向角的连续增大可以关于轴线54与垂直于卡车的前后轴线的轴线60之间的角D被观察到。随着D的增大，后轮开始旋转且逐渐旋转地更快，角D减小。
图7C示出了相同的处于侧向模式的卡车，其沿相反地方向转向，即远离后端部地且朝向前端部地转向。相对于空档位置的转向角由图C1所示的角表示。随着C1从0开始增大，相对于前驱动轮的速度，后轮的相对速度通过电动马达速度控制系统而被增大。再一次，可见所述速度可以作为角C1的函数或作为每个驱动轮所遵循的相应的圆56的周长的函数而被计算。
将会意识到，节流阀可被构造为控制前轮、后轮或前轮和后轮两者。有利地，对于本文中示出的卡车，节流阀将在处于侧向模式时控制前轮的电动马达速度，而后轮速度相对于驱动前轮的速度而被调节。处于向前/反转模式时，节流阀将有利地控制后轮速度，而驱动前轮的相对速度被调节以考虑转向角。将会意识到，节流阀还可控制两个轮的速度的结合(诸如两个速度的平均值或任何其他结合)，而电动马达在任意给定时间点向上或向下地控制调节前轮和后轮两者，以确保这些轮的相对速度以恰当的速度遵循恰当的路径，从而确保牵引。
图8示出了电动马达控制功能的逻辑图。由标记为“电子轮RPM差动”的框体表示的电动马达控制功能可以在单个的处理器中执行，该单个的处理器在一个或其他的马达控制器中或者任何其他位置，或者被分配在两个马达控制器之间。所述输入是来自转向角传感器的转向角输入和节流阀输入，而所述输出为送至前驱动轮和后驱动轮的马达控制器指令。
已经参照示例布置对本发明进行了描述，将会理解的是，其不是意欲将本发明的教导限制于这样的布置，而是可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下进行各种修改。以此方式，将会理解的是，本发明仅在必要的范围内按照所附的权利要求被限定。
类似地，说明书中使用的用于“包括”被用于说明所述的特征、整体、步骤或部件的存在，而不是排除一个或多个附加的特征、整体、步骤、部件或其群组的存在。

Claims (16)

1.一种载重卡车，具有安装在底盘上的叉状提升机构，所述底盘具有前端部和后端部以及左侧和右侧，所述卡车包括：
一对前轮和单独的后轮，每个前轮朝向所述底盘的前端部设置，一个前轮在左侧且另一个前轮在右侧，所述后轮朝向所述底盘的所述后端部的中心设置，
其中，所述前轮中的一个被驱动且能够转向，所述后轮被驱动且能够转向，
其中，所述卡车能够以如下模式操作：
向前/反转操作模式，其中，所述前轮被排列为与所述底盘的前后轴线大致平行，且通过在与所述前轮平行时对处于空档转向位置的所述后轮进行转向来控制转向，和
侧向操作模式，其中，所述后轮被排列为与所述底盘的前后轴线大致垂直，且通过在与所述后轮平行时对处于空档转向位置的所述前轮中的一个进行转向来控制转向，
所述卡车还包括用于以相对于彼此变化的转动速度驱动所述前轮中的一个和所述后轮的电动马达控制系统，
其中，当所述卡车在空档转向下以所述向前/反转模式或所述侧向模式操作时，所述电动马达控制系统以与前后轮直径的比率彼此成反比的旋转速度驱动所述前轮中的一个和所述后轮，
其中，当所述卡车以所述向前/反转操作模式操作且沿着朝向被驱动的所述前轮中的一个所在的一侧的方向转向时，该轮的相对速度根据所述后轮的转向角而逐渐地减小，从而所述前轮在所述后轮的旋转轴线与所述前轮的位置相交时停止，且所述前轮随着所述后轮的轴线以进一步增加的转向角穿过所述相交点而以增加的速度被反转地驱动；并且
其中，当所述卡车以所述侧向操作模式操作且沿着朝向所述底盘的后端部的方向转动时，所述后轮的相对速度根据转向的所述前轮中的一个的转向角而逐渐地变小，从而所述后轮在转向的所述前轮中的一个的旋转轴线与所述后轮的位置相交时停止，且所述后轮随着转向的所述前轮的轴线以进一步增加的转向角穿过所述相交点而以增加的速度被反转地驱动。
2.根据权利要求1所述的载重卡车，其中，所述底盘在平面视图中为大致U形，具有一对向前延伸的臂，每个臂在所述叉状提升机构的一侧，在所述叉状提升机构的后面的所述臂之间具有桥部，并且其中，所述前轮被相应地定位为朝向左臂和右臂的前端，且所述后轮被大致定位在所述桥部的中央。
3.根据权利要求1或2所述的载重卡车，其中，所述一对前轮中的另一个是闲置的非驱动轮。
4.根据权利要求1或2所述的载重卡车，进一步包括为所述电动马达控制系统提供输入的至少一个转向角传感器。
5.根据权利要求1或2所述的载重卡车，其中，基于接收自一个或多个传感器的一个或多个输入信号，所述电动马达控制系统输出用于控制被驱动的轮的控制信号。
6.根据权利要求5所述的载重卡车，其中，所述输入信号包括转向角输入信号。
7.根据权利要求6所述的载重卡车，其中，所述输入信号包括节流阀输入信号。
8.根据权利要求5所述的载重卡车，其中，由与相应的被驱动的轮相关联的多个传感器提供所述输入信号。
9.根据权利要求8所述的载重卡车，其中，由轮位置传感器、速度传感器、节流阀传感器中的至少一个提供所述输入信号。
10.根据权利要求1或2所述的载重卡车，其中，被驱动的轮中的每一个与一起形成所述电动马达控制系统的相应的电动马达相关联。
11.根据权利要求9所述的载重卡车，其中，被驱动的轮中的每一个与相应的轮位置传感器相关联。
12.根据权利要求11所述的载重卡车，其中，被驱动的轮中的每一个与相应的速度传感器相关联。
13.根据权利要求12所述的载重卡车，其中，被驱动的轮中的每一个与相应的电动马达控制器相关联。
14.根据权利要求13所述的载重卡车，其中，所述相应的电动马达控制器接收来自节流阀传感器的输入信号。
15.根据权利要求13或14所述的载重卡车，其中，所述相应的电动马达控制器接收来自所述相应的轮位置传感器的输入信号。
16.根据权利要求13所述的载重卡车，其中，所述相应的电动马达控制器接收来自所述相应的速度传感器的输入信号。
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