CN113365851A - 用于车辆的牵引力控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种牵引力控制系统(11)，其用于控制围绕车轮旋转轴线(5)旋转的车轮(5)与接触表面(6)之间的接触力(F)，该牵引力控制系统(11)包括：至少第一配重(13a‑c)，所述第一配重是可控制的，以在牵引力控制系统(11)联接到车轮(5)时围绕车轮旋转轴线(9)移动；以及配重引导装置(15)，其被构造成以如下方式引导第一配重(13a‑c)：当第一配重(13a‑c)围绕车轮旋转轴线(9)移动时，第一配重(13a‑c)的质心遵循由配重引导装置(15)限定的第一路径，其中，第一路径包括具有第一曲率半径(R₁)的第一部分和具有第二曲率半径(R₂)的第二部分，该第二曲率半径大于第一曲率半径(R₁)。

Description

用于车辆的牵引力控制系统

技术领域

本发明涉及一种用于控制围绕车轮旋转轴线旋转的车轮与接触表面之间的接触力的牵引力控制系统，并且涉及包括这种牵引力控制系统的车辆。

本发明可应用于重型车辆，例如卡车、公共汽车和建筑设备。虽然将针对卡车来描述本发明，但本发明不限于这种特定车辆，而是也可用在其他车辆中，例如公共汽车或各种工程车辆，例如轮式装载机、挖掘机或铰接式运输车等。

背景技术

有效制动的能力对于任何车辆的安全驾驶都是必不可少的。为了防止制动器锁死并且为了增加路面和轮胎之间的摩擦力，已经进行了大量的研发。然而，仍然希望提供车辆的改进的制动能力。

发明内容

本发明的目的是提供车辆的改进的制动能力。

根据本发明的第一方面，此目的通过一种牵引力控制系统来实现，该牵引力控制系统用于控制围绕车轮旋转轴线旋转的车轮与接触表面之间的接触力，该牵引力控制系统包括：至少第一配重，该第一配重是可控制的，以在牵引力控制系统联接到车轮时围绕车轮旋转轴线移动；和配重引导装置，该配重引导装置被构造成以如下方式引导第一配重：即，当第一配重围绕车轮旋转轴线移动时，第一配重的质心遵循由所述配重引导装置限定的第一路径，其中，该第一路径包括具有第一曲率半径的第一部分和具有第二曲率半径的第二部分，该第二曲率半径大于第一曲率半径。

具有第一曲率半径的第一部分和具有第二曲率半径的第二部分可以成角度地间隔开至少90°，并且有利地间隔开约180°。

本发明是基于这样的认知：即，能够通过增加轮胎与路面之间的接触力来增加轮胎与路面之间的摩擦力，并且这能够通过以如下方式使配重围绕车轮旋转轴线移动来实现：即，由配重的移动所提供的净离心力指向路面。本发明人还认识到，这可以通过一种牵引力控制系统来实现，该牵引力控制系统具有配重引导装置，该配重引导装置被构造成沿着一定路径引导至少一个配重，在该路径的不同分段中限定了不同的曲率半径。假定该配重的角速度基本恒定，则从较小曲率半径到较大曲率半径的转变将导致转变到更大的离心力。

根据本发明的牵引力控制系统的各种实施例，所述配重引导装置可以包括：第一引导构件，该第一引导构件联接到第一配重并被布置成围绕车轮旋转轴线旋转，当牵引力控制系统联接到车轮时，第一引导构件限定所述路径的具有第二曲率半径的第二部分；以及第二引导构件，该第二引导构件联接到第一引导构件和第一配重，并被布置成响应于第一引导构件的旋转而围绕配重旋转轴线旋转，该配重旋转轴线平行于车轮旋转轴线并相对于车轮旋转轴线偏移，该第二引导构件限定所述路径的具有第一曲率半径的第一部分。

第一配重可以以如下方式联接到第一引导构件：第一配重响应于第一引导构件的旋转而围绕车轮旋转轴线旋转。

第一配重可以以第一配重能够相对于第一引导构件径向移动的方式联接到第一引导构件；并且第一配重可以以第一配重能够相对于第二引导构件径向移动的方式联接到第二引导构件。

根据实施例，所述牵引力控制系统可以包括：第二配重，该第二配重是可控制的，以在牵引力控制系统联接到车轮时围绕车轮旋转轴线移动；并且所述配重引导装置可以被构造成以如下方式引导第二配重：即，当第二配重围绕车轮旋转轴线移动时，第二配重的质心遵循由配重引导装置限定的第二路径，其中，该第二路径包括具有第一曲率半径的第一部分和具有第二曲率半径的第二部分，该第二曲率半径大于第一曲率半径。

利用附加的配重，对于所述配重的给定的旋转速度，能够以更高频率实现轮胎和路面之间的所期望的更高接触力。

第二路径的第一曲率半径可以基本等于第一路径的第一曲率半径；并且第二路径的第二曲率半径可以基本等于第一路径的第二曲率半径。

第二配重的质心的所述第二路径可以与第一配重的质心的所述第一路径基本相同。

在牵引力控制系统包含不止一个配重的情况下，该牵引力控制系统中包括的这些配重可以有利地围绕车轮旋转轴线基本均匀成角度地分布。

根据实施例，所述牵引力控制系统可包括第一配重、第二配重和第三配重；并且所述配重引导装置可包括：第一引导构件，该第一引导构件被布置成围绕车轮旋转轴线旋转，第一引导构件包括：第一径向延伸狭缝，该第一径向延伸狭缝容纳第一配重，限制第一配重以沿着第一径向延伸狭缝移动，并且限定车轮旋转轴线与第一配重之间的第一最大距离；第二径向延伸狭缝，该第二径向延伸狭缝容纳第二配重，限制第二配重以沿着第二径向延伸狭缝移动，并且限定车轮旋转轴线与第二配重之间的第二最大距离；以及第三径向延伸狭缝，该第三径向延伸狭缝容纳第三配重，限制第三配重以沿着第三径向延伸狭缝移动，并且限定车轮旋转轴线与第三配重之间的第三最大距离；以及第二引导构件，该第二引导构件被布置成围绕配重旋转轴线旋转，该配重旋转轴线平行于车轮旋转轴线并相对于车轮旋转轴线偏移。第一配重可联接到第二引导构件而相对于配重旋转轴线以第一最大距离旋转，第二配重可联接到第二引导构件而相对于配重旋转轴线以第二最大距离旋转，并且第三配重可联接到第二引导构件而相对于配重旋转轴线以第三最大距离旋转。

根据本发明实施例的牵引力控制系统可以有利地被包括在车辆中，该车辆还包括：车身；以及车轮，该车轮被布置成在与接触表面接触的同时相对于车身围绕车轮旋转轴线旋转。该牵引力控制系统是可控制的，以便以如下方式联接到车轮：即，至少该牵引力控制系统的第一配重围绕车轮旋转轴线移动。

有利地，由牵引力控制系统中包括的配重引导装置限定的第一路径可具有在车轮旋转轴线与接触表面之间的第二曲率半径，并且具有与车轮旋转轴线相比离所述接触表面更远的第一曲率半径。

根据实施例，所述车辆可包括联接器，该联接器是可控制的，以便以如下方式将牵引力控制系统联接到车轮：即，至少第一配重响应于车轮围绕车轮旋转轴线的旋转而围绕车轮旋转轴线移动。

所述车辆还可包括制动系统，该制动系统是可操作的，以响应于制动请求而向车轮施加减速扭矩；并且所述联接器可构造成：响应于制动请求而将牵引力控制系统联接到车轮。

根据本发明的第二方面，提供了一种控制根据本发明实施例的车辆的方法，该方法包括以下步骤：接收制动请求；以及，响应于该制动请求，控制所述联接器以将牵引力控制系统联接到车轮。

根据本发明的第三方面，提供了一种计算机程序，该计算机程序被配置成：当在根据本发明实施例的车辆中包括的处理器上运行时，该计算机程序使处理器执行根据本发明实施例的方法的步骤。

附图说明

参考附图，下面是作为示例引用的本发明实施例的更详细描述。

在这些图中：

图1是根据本发明实施例的、卡车形式的车辆的侧视图，其具有根据本发明实施例的牵引力控制系统。

图2是根据本发明的示例实施例的牵引力控制系统的分解示意图。

图3A至3C示意性地示出了图2中的牵引力控制系统的操作。

图4是示意性地示出了对图1中的车辆的制动系统和牵引力控制系统的控制的框图。

图5是示意性地示出了根据本发明的方法的示例实施例的流程图。

具体实施方式

图1示意性地示出了一种车辆(这里为卡车1的形式)，其包括车身3和车轮5，该车轮5被布置成：在与接触表面6接触的同时，相对于车身围绕车轮旋转轴线9旋转。车辆1包括控制单元7，该控制单元7被配置成至少响应于制动请求而控制车辆1的制动系统的操作。

如图1中示意性地示出的，该车辆还包括根据本发明的示例实施例的牵引力控制系统11。牵引力控制系统11能够由控制单元7控制，以联接到车轮5来增加车轮5的轮胎8与接触表面6之间的牵引力。稍后将更详细地描述可以如何实现这种增加的牵引力。

图2是根据本发明的示例实施例的牵引力控制系统11的分解示意图。参考图2，牵引力控制系统11包括：实心的第一配重13a、实心的第二配重13b和实心的第三配重13c；配重引导装置15，配重13a至13c联接到该配重引导装置15；以及外壳21。

配重引导装置15包括第一引导构件17和第二引导构件19a-19c。第一引导构件17被布置成：当安装在车辆1中时，第一引导构件17围绕车轮旋转轴线9旋转，并且第二引导构件19a-19c中的每一个均布置成围绕配重旋转轴线23旋转，如图2中示意性示出的，配重旋转轴线23平行于车轮旋转轴线9并且相对于车轮旋转轴线9偏移。

第一引导构件17设有第一径向延伸狭缝25a、第二径向延伸狭缝25b和第三径向延伸狭缝25c，并且第二引导构件19a-19c中的每一个均具有各自的椭长孔26a-26c。如图2中示意性地示出的，配重13a-13c中的每一个均通过引导销22a-22c联接到第一引导构件17及其相应的第二引导构件19a-19c，所述引导销22a-22c由第一引导构件的相应的狭缝25a-25c及其相应的第二引导构件19a-19c的椭长孔26a-26c容纳。

从下文参照图3A至图3C的后续描述中可以明显看出，第一引导构件17和第二引导构件19a-19c被构造成沿着一定路径引导这些配重13a-13c，每个配重在该路径中经历从第一半径R₁到第二半径R₂的相当突然的转变，该第二半径R₂大于第一半径R₁。

在图3A至图3C中，第一配重13a将跟随牵引力控制系统11旋转半圈(180°)。需要注意，这可对应于车轮5的半圈旋转或者在车轮5的转数和牵引力控制系统11的转数之间可存在一些传动比(gear ratio)。在后一种情况下，牵引力控制系统11例如可以受到控制以比车轮5旋转得更快。

首先参照图3A，第一配重13a被示出为相对于车轮旋转轴线9处于第一角位置，其相对于穿过车轮旋转轴线9的竖直线10为0°。在该第一角位置，第一配重13a沿着由第一曲率半径R₁限定的路径以第一角速度ω₁移动。如图3A中示意性示出的，第一曲率半径R₁由与第一配重13a相关联的第二引导构件19a决定，并且配重旋转轴线23是第一配重13a的旋转中心。这意味着，由第一配重13a提供的当前离心力为

其中m是第一配重13a的质量。

在图3B中，第一配重13a被示出为已经相对于车轮旋转轴线9逆时针移动了90°(第一配重13a已经相对于配重旋转轴线23移动了略小的角距离)，从而相对于车轮旋转轴线9处于第二角位置(相对于穿过车轮旋转轴线9的竖直线10为90°)。在该第二角位置，第一配重13a仍沿着由第一曲率半径R₁限定的路径以第一角速度ω₁移动。因此，由第一配重13a提供的当前离心力仍为F_a1。

在图3C中，第一配重13a被示出为已经相对于车轮旋转轴线9逆时针移动了180°，从而相对于车轮旋转轴线9处于第三角位置(相对于穿过车轮旋转轴线9的竖直线10为180°)。在该第三角位置，第一配重13a沿着由第二曲率半径R₂限定的路径以第二角速度ω₂移动。由于第二引导构件19a的椭长孔26a以及第一引导构件17的第一径向延伸狭缝25a的设定尺寸(dimensioning)，第二曲率半径R₂由第一引导构件17的第一径向延伸狭缝25a决定，并且车轮旋转轴线9为第一配重13a的旋转中心。这意味着，由第一配重13a提供的当前离心力现在为

由于第一配重13a在第三角位置的第二角速度ω₂仅稍低于第一配重13a在第一角位置的第一角速度ω₁，而第二曲率半径R₂比第一曲率半径R₁大得多(R₂-R₁＝车轮旋转轴线9与配重旋转轴线23之间的距离)，所以，第一配重13a在第三位置时提供的离心力F_a2大于第一配重13a在第一位置时提供的离心力F_a1。这意味着，当控制该牵引力控制系统11围绕车轮旋转轴线9旋转时，牵引力控制系统11提供在图3A至图3C中向下指向的净离心力。

图4是框图，其示意性地示出了对图1中的车辆的制动系统和牵引力控制系统的控制。参照图4，车辆1的控制单元7包括：用于接收制动请求的输入31；与车辆1的制动系统27联接的第一输出33；和联接到联接器29的第二输出35，该联接器29是可控制的，以便以如下方式将牵引力控制系统11联接到车辆1的车轮5：至少第一配重13a至13c响应于车轮5围绕车轮旋转轴线9的旋转而围绕车轮旋转轴线9移动。

图5是流程图，其示意性地示出了根据本发明的方法的示例实施例。在第一步骤S1中，控制单元7在输入31处接收制动请求。在随后的步骤S2中，响应于该制动请求，控制单元7向第一输出33提供制动系统控制信号以控制该制动系统向车轮5施加减速扭矩，并且向第二输出35提供牵引力控制系统控制信号，以控制联接器29而将牵引力控制系统11联接到车轮5，如上文参照图3A至图3C所描述的。

应当理解，本发明不限于在上文中描述并在附图中示出的实施例；而是，本领域技术人员将认识到，在所附权利要求书的范围可以进行许多修改和变型。例如，牵引力控制系统11可包括除了3以外的其它数目的配重，比如更多数目的配重。此外，所述配重引导装置可以以其他方式构造，只要满足如下功能即可：即，使配重的路径在第一曲率半径和比第一曲率半径大的第二曲率半径之间转变。

Claims (15)

1.一种牵引力控制系统(11)，所述牵引力控制系统(11)用于控制围绕车轮旋转轴线(9)旋转的车轮(5)与接触表面(6)之间的接触力(F)，所述牵引力控制系统(11)包括：

至少第一配重(13a-13c)，所述第一配重(13a-13c)是可控制的，以在所述牵引力控制系统(11)联接到所述车轮(5)时围绕所述车轮旋转轴线(9)移动；以及

配重引导装置(15)，所述配重引导装置(15)被构造成以如下方式引导所述第一配重(13a-13c)：当所述第一配重(13a-13c)围绕所述车轮旋转轴线(9)移动时，所述第一配重(13a-13c)的质心遵循由所述配重引导装置(15)限定的第一路径，其中，所述第一路径包括具有第一曲率半径(R₁)的第一部分和具有第二曲率半径(R₂)的第二部分，所述第二曲率半径(R₂)大于所述第一曲率半径(R₁)。

2.根据权利要求1或2所述的牵引力控制系统(11)，其中，所述配重引导装置(15)包括：

第一引导构件(17)，所述第一引导构件(17)联接到所述第一配重(13a-13c)并被布置成围绕所述车轮旋转轴线(9)旋转，当所述牵引力控制系统(11)联接到所述车轮(5)时，所述第一引导构件(17)限定所述路径的具有第二曲率半径(R₂)的所述第二部分；以及

第二引导构件(19a-19c)，所述第二引导构件(19a-19c)联接到所述第一引导构件(17)和所述第一配重(13a-13c)，并且所述第二引导构件(19a-19c)被布置成响应于所述第一引导构件(17)的旋转而围绕配重旋转轴线(23)旋转，所述配重旋转轴线(23)平行于所述车轮旋转轴线(9)并相对于所述车轮旋转轴线(9)偏移，所述第二引导构件(19a-19c)限定所述路径的具有第一曲率半径(R₁)的所述第一部分。

3.根据权利要求2所述的牵引力控制系统(11)，其中，所述第一配重(13a-13c)以如下方式联接到所述第一引导构件(17)：所述第一配重(13a-13c)响应于所述第一引导构件(17)的旋转而围绕所述车轮旋转轴线(9)移动。

4.根据权利要求2或3所述的牵引力控制系统(11)，其中：

所述第一配重(13a-13c)以所述第一配重(13a-13c)能够相对于所述第一引导构件(17)径向移动的方式联接到所述第一引导构件(17)；并且

所述第一配重(13a-13c)以所述第一配重(13a-13c)能够相对于所述第二引导构件(19a-19c)径向移动的方式联接到所述第二引导构件(19a-19c)。

5.根据前述权利要求中的任一项所述的牵引力控制系统(11)，其中：

所述牵引力控制系统(11)包括第二配重(13a-13c)，所述第二配重(13a-13c)是可控制的，以在所述牵引力控制系统(11)联接到所述车轮(5)时围绕所述车轮旋转轴线(9)移动；并且

所述配重引导装置(15)被构造成以如下方式引导所述第二配重(13a-13c)：当所述第二配重(13a-13c)围绕所述车轮旋转轴线(9)移动时，所述第二配重(13a-13c)的质心遵循由所述配重引导装置(15)限定的第二路径，其中，所述第二路径包括具有第一曲率半径(R₁)的第一部分和具有第二曲率半径(R₂)的第二部分，所述第二路径的第二曲率半径(R₂)大于第一曲率半径(R₁)。

6.根据权利要求5所述的牵引力控制系统(11)，其中：

所述第二路径的第一曲率半径(R₁)基本等于所述第一路径的第一曲率半径(R₁)；

所述第二路径的第二曲率半径(R₂)基本等于所述第一路径的第二曲率半径(R₂)。

7.根据权利要求6所述的牵引力控制系统(11)，其中，所述第二配重(13a-13c)的质心的所述第二路径与所述第一配重(13a-13c)的质心的所述第一路径基本相同。

8.根据权利要求6或7所述的牵引力控制系统(11)，其中，所述牵引力控制系统(11)中包括的所述配重(13a-13c)围绕所述车轮旋转轴线(9)均匀成角度地分布。

9.根据权利要求1所述的牵引力控制系统(11)，其中：

所述牵引力控制系统(11)包括第一配重(13a)、第二配重(13b)和第三配重(13c)；

所述配重引导装置(15)包括：

第一引导构件(17)，所述第一引导构件(17)被布置成围绕所述车轮旋转轴线(9)旋转，所述第一引导构件(17)包括：第一径向延伸狭缝(25a)，所述第一径向延伸狭缝(25a)容纳所述第一配重(13a)，限制所述第一配重(13a)以沿着所述第一径向延伸狭缝(25a)移动，并且限定所述车轮旋转轴线与所述第一配重之间的第一最大距离(r_max)；第二径向延伸狭缝(25b)，所述第二径向延伸狭缝(25b)容纳所述第二配重(13b)，限制所述第二配重(13b)以沿着所述第二径向延伸狭缝(25b)移动，并且限定所述车轮旋转轴线与所述第二配重之间的第二最大距离(r_max)；以及第三径向延伸狭缝(25c)，所述第三径向延伸狭缝(25c)容纳所述第三配重(13c)，限制所述第三配重(13c)以沿着所述第三径向延伸狭缝(25c)移动，并且限定所述车轮旋转轴线与所述第三配重之间的第三最大距离(r_max)；和

第二引导构件(19a-19c)，所述第二引导构件(19a-19c)被布置成围绕配重旋转轴线(23)旋转，所述配重旋转轴线(23)平行于所述车轮旋转轴线(9)并相对于所述车轮旋转轴线(9)偏移；

其中，所述第一配重(13a)联接到所述第二引导构件(19a)而相对于所述配重旋转轴线(23)以第一最大距离(r)旋转，所述第二配重(13b)联接到所述第二引导构件(19b)而相对于所述配重旋转轴线(23)以第二最大距离(r)旋转，并且所述第三配重(13c)联接到所述第二引导构件(19c)而相对于所述配重旋转轴线(23)以第三最大距离(r)旋转。

10.一种车辆(1)，包括：

车身(3)；

车轮(5)，所述车轮(5)被布置成在与接触表面(6)接触的同时相对于所述车身(3)围绕车轮旋转轴线(9)旋转；以及

根据前述权利要求中的任一项所述的牵引力控制系统(11)，所述牵引力控制系统(11)是可控制的，以便以如下方式联接到所述车轮(5)：至少所述牵引力控制系统(11)的所述第一配重(13a-13c)围绕所述车轮旋转轴线(9)移动。

11.根据权利要求10所述的车辆(1)，其中，由所述牵引力控制系统(11)中包括的所述配重引导装置(15)限定的所述第一路径具有在所述车轮旋转轴线(9)和所述接触表面(6)之间的第二曲率半径(R₂)，并且具有与所述车轮旋转轴线(9)相比离所述接触表面(6)更远的第一曲率半径(R₁)。

12.根据权利要求10或11所述的车辆(1)，其中，所述车辆(1)包括联接器(29)，所述联接器(29)是可控制的，以便以如下方式将所述牵引力控制系统(11)联接到所述车轮(5)：至少所述第一配重(13a-13c)响应于所述车轮(5)围绕所述车轮旋转轴线(9)的旋转而围绕所述车轮旋转轴线(9)移动。

13.根据权利要求12所述的车辆(1)，其中：

所述车辆(1)还包括制动系统(27)，所述制动系统(27)是可操作的，以响应于制动请求而向所述车轮(5)施加减速扭矩；并且

所述联接器(29)被构造成：响应于所述制动请求而将所述牵引力控制系统(11)联接到所述车轮(5)。

14.控制根据权利要求13所述的车辆(1)的方法，所述方法包括以下步骤：

接收(S1)制动请求；以及

响应于所述制动请求，控制(S2)所述联接器(29)以将所述牵引力控制系统(11)联接到所述车轮(5)。

15.一种计算机程序，所述计算机程序被配置成：当在根据权利要求13所述的车辆(1)中包括的处理器(7)上运行时，所述计算机程序使所述处理器(7)执行根据权利要求14所述的方法的步骤。

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