专利名称：车辆防倾翻设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种通过在车辆转向过程中抑制车辆的侧倾运动而防止车辆倾翻的设备。
背景技术：
已知通过抑制车辆的侧倾运动而防止车辆倾翻的车辆防倾翻设备。这种车辆防倾翻设备的示例包括安装在车辆的作为所谓双常平架支撑机构上的用于储存能量的飞轮(参见日本专利申请公报No. 2008-143390 (JP-2008-143390-A))。在根据JP-2008-143390-A的设备中，在轨道车辆的侧倾运动中出现异常的情况下，垂直于车辆前后方向的常平架轴受限制而在飞轮上产生陀螺效应，使得陀螺效应充当对抗车辆侧倾运动的稳定作用。 期望使用飞轮式车辆防倾翻设备有效地抑制车辆的侧倾运动。
发明内容
本发明提供了一种飞轮式车辆防倾翻设备，该设备通过有效抑制车辆在转弯过程中的侧倾运动而防止车辆倾翻。更具体地，本发明提供了一种包括多个(例如，两个)飞轮的飞轮式车辆防倾翻设备。由飞轮在车辆上产生的陀螺力矩的方向取决于飞轮的转动方向。更具体地，如果在车辆的横摆角速度矢量与飞轮的角动量矢量之间具有90°或更大的角度，那么飞轮的陀螺效应相反地作用。本发明的一个方面涉及一种车辆防倾翻设备，所述车辆防倾翻设备安装在车辆上以防止所述车辆的倾翻。所述车辆防倾翻设备包括第一飞轮设备，所述第一飞轮设备包括第一飞轮和第一常平架支撑结构，所述第一飞轮构造为能量储存设备并且在第一转动方向上转动，所述第一常平架支撑结构以可绕第一轴和第二轴转动的方式支撑所述第一飞轮，所述第二轴垂直于所述第一轴并垂直于所述车辆的前后方向延伸；以及第二飞轮设备，所述第二飞轮设备包括第二飞轮和第二常平架支撑结构，所述第二飞轮构造为能量储存设备并且在与所述第一转动方向相反的第二转动方向上转动，所述第二常平架支撑结构以可绕第三轴和第四轴转动的方式支撑所述第二飞轮，所述第四轴垂直于所述第三轴并垂直于所述车辆的所述前后方向延伸。所述第一常平架支撑结构包括用于限制所述第一飞轮绕所述第二轴的转动的第一转动限制装置。所述第二常平架支撑结构包括用于限制所述第二飞轮绕所述第四轴的转动的第二转动限制装置。所述车辆防倾翻设备进一步包括转动限制控制装置，所述转动限制控制装置用于控制所述第一转动限制装置和所述第二转动限制装置，以便在所述车辆沿一个侧倾方向进行侧倾运动时限制所述第一飞轮的转动而不限制所述第二飞轮的转动、并且在所述车辆沿另一侧倾方向进行侧倾运动时限制所述第二飞轮的转动而不限制所述第一飞轮的转动。根据以上方面，在车辆中，第一飞轮由第一轴和第二轴可转动地支撑。在该状态下，第一飞轮相对于车辆在三个轴向方向上是自由的，因此在第一飞轮上没有陀螺效应产生。同时，在第一飞轮绕垂直于车辆前后方向的第二轴的转动受到限制的状态下，在车辆转弯过程中在第一飞轮上产生陀螺效应，使得该陀螺效应能够用作对抗车辆的侧倾运动的稳定作用。另外，在车辆中，第二飞轮由第三轴和第四轴可转动地支撑。在此状态下，第二飞轮相对于车辆在三个轴向方向上是自由的，因此在第二飞轮上没有陀螺效应产生。同时，在第二飞轮绕垂直于车辆前后方向的第四轴的转动受到限制的状态下，在车辆转弯过程中在第二飞轮上产生陀螺效应，使得该陀螺效应能够用作对抗车辆的侧倾运动的稳定作用。第一和第二飞轮沿彼此相反的方向转动。由第一和第二飞轮在车辆上产生的每个陀螺力矩的方向取决于飞轮的转动方向。因此，可以使由第一飞轮在车辆上产生的陀螺力矩的方向与由第二飞轮在车辆上产生的陀螺力矩的方向彼此不同。
当车辆沿一个侧倾方向进行侧倾运动时，仅第一飞轮设备的第二轴的转动受到限制，而不限制第二飞轮设备的第四轴的转动，从而仅在第一飞轮上产生陀螺效应。同时，当车辆沿另一侧倾方向进行侧倾运动时，仅第二飞轮设备的第四轴的转动受到限制，而不限制第一飞轮设备的第二轴的转动，从而仅在第二飞轮上产生陀螺效应。换而言之，可根据车辆的侧倾运动方向在第一与第二飞轮之间切换产生陀螺效应的飞轮。因此，根据上述方面，无论车辆左转还是右转，可使其中一个飞轮的陀螺效应用作对抗车辆的侧倾运动的稳定作用以防止车辆的倾翻。在以上方面中，所述第一飞轮设备和所述第二飞轮设备可以沿车辆的前后方向、左右方向、或上下方向布置。在以上方面中，所述车辆防倾翻设备可进一步包括侧倾状态检测装置，所述侧倾状态检测装置用于检测与所述车辆的侧倾运动相关联的侧倾状态；以及能量回收控制装置，所述能量回收控制装置用于在由所述侧倾状态检测装置所检测到的侧倾状态超过预先确定的阈值的情况下执行通过所述第一飞轮和所述第二飞轮回收所述车辆的能量的能量回收控制。根据以上方面，车辆的能量通过能量回收控制由飞轮来回收。当回收能量时，正在转动的飞轮的转动速度进一步提高，从而促进了在飞轮上产生的陀螺效应。换言之，可以增大在飞轮上产生的陀螺力矩。在以上方面中，所述的车辆防倾翻设备可进一步包括报警装置，所述报警装置用于向所述车辆的驾驶者发出预定警报；以及警报控制装置，所述警报控制装置用于控制所述报警装置以发出引发使所述车辆减速的操作的警报。在以上方面中，车辆防倾翻设备可进一步包括用于发送控制信号以便使所述车辆减速的车辆减速控制信号发送装置。在以上方面中，所述车辆减速控制信号发送装置可控制所述能量回收控制装置以使所述车辆减速。在以上方面中，储存在所述第一飞轮中的能量的量与储存在所述第二飞轮中的能量的量可彼此不同。在这种情况下，储存在第一和第二飞轮中的其上产生用作进行左转的车辆上的稳定作用的陀螺效应的飞轮(以下称为“左转飞轮”)中的能量的量可以大于储存在其上产生用作进行右转的车辆上的稳定作用的陀螺效应的飞轮(以下称为“右转飞轮”)中的能量的量。
下文将参照附图描述本发明示例性实施方式的特征、优点以及技术和工业重要性。附图中相同的附图标记指示相同的 元件，其中图I是示出结合有根据本发明第一实施方式的车辆防倾翻设备的组合车辆的示意性构造的分解立体图；图2示出第一和第二飞轮设备的示意性构造；图3A和3B分别是示出第一和/或第二限制机构的示例的示意性构造的截面图；图4是示出第一和/或第二限制机构的另一示例的示意性构造的截面图；图5是示出根据本发明第一实施方式的车辆防倾翻设备的电气结构的框图；图6A和6B示出了通过单常平架支撑机构安装在车辆上的一般飞轮的陀螺效应；图7A至7C示出了使用根据本发明第一实施方式的车辆防倾翻设备防止组合车辆倾翻的机构；图8示出组合车辆的坐标轴；图9是示出车辆模型的侧倾角度变化的图；图10是示出车辆实物模型的侧倾角度变化的图；图11是示出在组合车辆的侧倾运动中发生异常的情况下执行的异常侧倾运动程序的流程的流程图；图12A和12B示出在当组合车辆进行左转时侧倾运动发生异常的情况下出现的第一和第二飞轮的姿态变化；图13A和13B示出在当组合车辆进行右转时侧倾运动发生异常的情况下出现的第一和第二飞轮的姿态变化；图14是示出根据本发明第二实施方式的车辆防倾翻设备的电气结构的框图；图15是示出在组合车辆的侧倾运动中发生异常的情况下执行的异常侧倾运动程序的流程的流程图；以及图16是示出根据本发明第三实施方式的车辆防倾翻设备的电气结构的框图。
具体实施例方式下面将参照附图描述本发明的实施方式。图I是示出结合有根据本发明第一实施方式的车辆防倾翻设备I的作为机动车辆示例的组合车辆2的示意性构造的分解立体图。组合车辆2为例如半挂式组合车辆，并且包括充当牵引车辆的牵引车3以及充当被牵引车辆的半挂车(以下简称为“挂车”)4。牵引车3和挂车4通过联接器(未示出)彼此联接，联接器用作能够进行绕竖向轴线的转动运动的联接设备。挂车4构造成使得集装箱6能够安装在挂车4的上表面上。在以下描述中，朝向组合车辆2的前方的方向定义为X方向，朝向组合车辆2的左侧的方向定义为Y方向，并且朝向组合车辆2的竖直上方的方向定义为Z方向。第一飞轮设备10和第二飞轮设备20安装在组合车辆2上而并排布置在组合车辆2的前后方向上。更具体地，第一飞轮设备10设置在挂车4的前部中，第二飞轮设备20设置在挂车4的后部中。挂车4包括在左右方向上延伸的前框架7、在左右方向上延伸的后框架8、以及使前框架7和后框架8彼此连接的多个(例如，两个)连接框架9。左右连接框架9在前后方向上延伸从而将前框架7的左右端部和后框架8的左右端部彼此连接。第一飞轮设备10和第二飞轮设备20固定于连接框架9。在图I中，从图的可见性的角度看，第一飞轮设备10和第二飞轮设备20被示出为在集装箱6中。然而，飞轮设备10和20可以设置在挂车4上。另外，挂车4还设有能量供给设备(未示出)，该能量供给设备向第一飞轮设备10和第二飞轮设备20供给能量或者允许由第一飞轮设备10和第二飞轮设备20回收能量。该能量供给设备也固定于连接框架9。因此，在第一飞轮设备10和第二飞轮设备20沿组合车辆2的前后方向并排安装的情况下，还可以在挂车4的宽度方向上确保用于布置诸如能量供给设备的外围设备的足够的空间。第一飞轮设备10包括用于储存能量的第一飞轮11。第二飞轮设备20包括用于储存能量的第二飞轮21。能量供给设备连接于第一飞轮11和第二飞轮21ο发电机马达适于用作根据本发明的能量供给设备。能量供给设备在电能储存(充电)到第一飞轮11和第 二飞轮21中时用作电动马达，在电能从第一飞轮11和第二飞轮21释放(放电)时用作动力发电机。这种发电机马达的示例包括在日本专利申请公报No. 11-69511 (JP-A-69511)中描述的发电机马达。图2示出了第一飞轮设备10的示意性构造。将参照图I和2描述第一飞轮设备10的构造。第一飞轮11包括圆盘状第一轮体(未示出)和容纳第一轮体的第一壳体13。第一轮体使用铸铁或CFRP(碳纤维强化塑料)形成。第一轮体相对于第一壳体13以高速且在平面图中看时逆时针地绕第一转轴14转动。换言之，第一轮体的角速度方向是自下而上的。能量通过第一轮体的转动能储存到第一飞轮11中。第一轮体的转动在下文中有时称作第一飞轮11的转动。第一飞轮11由充当内常平架的第一常平架16支撑为能够绕第一转轴14转动。第一常平架16由充当外常平架的第二常平架18通过第一常平架轴(第一轴)15可转动地支撑。第二常平架18由第一飞轮设备10的壳体(未示出)通过第二常平架轴(第二轴)17支撑。第二常平架轴17沿Y方向延伸(包含在垂直于X方向的平面中)。第一常平架轴15延伸成包含在垂直于Y方向的平面(X-Z平面)中。第一常平架轴15与第二常平架轴17之间的假想交点与第一飞轮11 (第一轮体)的重心一致。因此，在没有外力作用在组合车辆2上的情况下，第一飞轮11可保持在预定姿态(其中第一转轴14沿竖直方向延伸)。第二飞轮设备20以与第一飞轮设备10相同的方式构造。将参照图I和图2描述第二飞轮设备20的构造。第二飞轮21包括圆盘状第二轮体(未示出)和容纳第二轮体的第二壳体23。第二轮体相对于第二壳体23以高速且在平面图中看时顺时针地(沿与第一飞轮11的转动方向相反的方向)绕第二转轴24转动。换言之，第二轮体的角速度方向是自上而下的。能量通过第二轮体的转动动能储存到第二飞轮21中。第二轮体的转动在下文中有时称作第二飞轮21的转动。在该实施方式中，例如，第一轮体和第二轮体具有彼此相同的直径和质量。然而，本发明不局限于此。第二飞轮21由充当内常平架的第三常平架26支撑为能够绕第二转轴24转动。第三常平架26由充当外常平架的第四常平架28通过第三常平架轴(第三轴)25可转动地支撑。第四常平架28由第二飞轮设备20的壳体(未示出)通过第四常平架轴(第四轴)27支撑。第四常平架轴27沿Y方向延伸(包含在垂直于X方向的平面中)。第三常平架轴25延伸成包含在垂直于Y方向的平面(X-Z平面)中。第三常平架轴25与第四常平架轴27之间的假想交点与第二飞轮21 (第二轮体)的重心一致。因此，在没有外力作用在组合车辆2上的情况下，第二飞轮21可保持在预定姿态(其中第二转轴24沿竖直方向延伸)。在第一飞轮设备10和第二飞轮设备20中，第一常平架16和第三常平架26可充当外常平架，第二常平架18和第四常平架28可充当内常平架。在这种情况下，第一常平架轴15和第三常平架轴25可沿X方向延伸，第二常平架轴17和第四常平架轴27可延伸成包含在垂直于X方向的平面(Y-Z平面)中。第一飞轮设备10包括第一限制机构(第一转动限制装置)19(见图3A、3B和4)，第一限制机构19限制第二常平架轴17从而限制第一飞轮11绕第二常平架轴17的转动。第二飞轮设备20包括第二限制机构(第二转动限制装置)29 (见图3A、3B和4)，第二限制机构29限制第四常平架轴27从而限制第二飞轮21绕第四常平架轴27的转动。图3A、3B 和图4中示出了第一限制机构19和/或第二限制机构29的示例。图3A和3B示出了采用摩擦制动装置30作为第一限制机构19和/或第二限制机构29的示例的示意性构造。图3A是示出摩擦制动装置30的主要部分的截面图。图3B示出沿图3A的箭头III看到的摩擦制动装置30。摩擦制动装置30包括制动块32和活塞33，制动块32设置在第二常平架轴17和/或第四常平架轴27的轴承31上，活塞33推动制动块32抵靠第二常平架轴17和/或第四常平架轴27的外周表面。驱动活塞33可推动制动块32抵靠第二常平架轴17和/或第四常平架轴27的外周表面，这样能够限制第二常平架轴17和/或第四常平架轴27，从而限制第二常平架轴17和第四常平架轴27的转动。图4示出了采用电磁制动装置35作为第一限制机构19和/或第二限制机构29的另一示例的示意性构造。在电磁制动装置35中，发电机36产生电压(感应电动势)，并且感应的电动势被用作制动装置的电阻器37的电阻消耗为热能。图5是示出根据本发明第一实施方式的车辆防倾翻设备的电气结构的框图。车辆防倾翻设备I包括控制部41，控制部41包括微计算机。第一限制机构19、第二限制机构29和报警设备42连接至控制部41以便接受控制。报警设备42向组合车辆2的驾驶者发出警报并例如设置在牵引车3 (见图I)的驾驶室中。报警设备42的示例包括监视器和扬声器。控制部41接收来自检测组合车辆2的侧倾角度的侧倾角度传感器(侧倾状态检测装置)43的检测输出。基于侧倾角度传感器43的检测输出，控制部41不仅可获得组合车辆2的侧倾角度的大小而且可以获得组合车辆2的侧倾运动的方向。侧倾角度传感器43设置在例如挂车4中。侧倾角度传感器43由例如陀螺仪传感器形成。图6A和6B示出了通过单常平架支撑机构安装在车辆上的普通飞轮100的陀螺效应。图6A为示出用于说明陀螺效应的模型的示意图。图6B示出了在不同方向上产生的陀螺力矩。如在图I中的，朝向组合车辆2的前方的方向定义为X方向，朝向组合车辆2的左方的方向定义为Y方向。
J y0+ce+k0-JzmXsmO+M (I)
权利要求
1.一种车辆防倾翻设备(1:50:60)，所述车辆防倾翻设备(1:50:60)安装在车辆(2)上以防止所述车辆(2)的倾翻，其特征在于包括 第一飞轮设备(10)，所述第一飞轮设备(10)包括第一飞轮(11)和第一常平架支撑结构(16，18)，所述第一飞轮(11)构造为能量储存设备并且在第一转动方向上转动，所述第一常平架支撑结构(16，18)以可绕第一轴(15)和第二轴(17)转动的方式支撑所述第一飞轮(11)，所述第二轴(17)垂直于所述第一轴(15)并垂直于所述车辆(2)的前后方向延伸；以及 第二飞轮设备(20)，所述第二飞轮设备(20)包括第二飞轮(21)和第二常平架支撑结构(26，28)，所述第二飞轮(21)构造为能量储存设备并且在与所述第一转动方向相反的第二转动方向上转动，所述第二常平架支撑结构(26，28)以可绕第三轴(25)和第四轴(27)转动的方式支撑所述第二飞轮(21)，所述第四轴(27)垂直于所述第三轴(25)并垂直于所述车辆(2)的所述前后方向延伸， 其中， 所述第一常平架支撑结构(16，18)包括用于限制所述第一飞轮(11)绕所述第二轴(17)的转动的第一转动限制装置(19)； 所述第二常平架支撑结构(26，28)包括用于限制所述第二飞轮(21)绕所述第四轴(27)的转动的第二转动限制装置(29);并且 所述车辆防倾翻设备(1:50:60)进一步包括转动限制控制装置，所述转动限制控制装置用于控制所述第一转动限制装置(19)和所述第二转动限制装置(29)，以便在所述车辆(2)沿一个侧倾方向进行侧倾运动时限制所述第一飞轮(11)的转动而不限制所述第二飞轮(21)的转动、并且在所述车辆(2)沿另一侧倾方向进行侧倾运动时限制所述第二飞轮(21)的转动而不限制所述第一飞轮(11)的转动。
2.如权利要求I所述的车辆防倾翻设备(1:50:60)，其中，所述第一飞轮设备(10)和所述第二飞轮设备(20)沿所述车辆(2)的所述前后方向、左右方向、或上下方向中的一个布置。
3.如权利要求I所述的车辆防倾翻设备(I:50:60)，进一步包括 侧倾状态检测装置(43:61，62)，所述侧倾状态检测装置(43:61，62)用于检测与所述车辆(2)的侧倾运动相关联的侧倾状态；以及 能量回收控制装置，所述能量回收控制装置用于在由所述侧倾状态检测装置(43:61,62)所检测到的侧倾状态超过预先确定的阈值的情况下执行通过所述第一飞轮(11)和所述第二飞轮(21)回收所述车辆(2)的能量的能量回收控制。
4.如权利要求I至3中任一项所述的车辆防倾翻设备(1:50:60),进一步包括 报警装置(42)，所述报警装置(42)用于向所述车辆(2)的驾驶者发出预定警报；以及 警报控制装置，所述警报控制装置用于控制所述报警装置(42)以发出引发使所述车辆⑵减速的操作的警报。
5.如权利要求I至3中任一项所述的车辆防倾翻设备(1:50:60),进一步包括 用于发送使所述车辆(2)减速的控制信号的车辆减速控制信号发送装置。
6.如权利要求5所述的车辆防倾翻设备(1:50:60)，其中，所述车辆减速控制信号发送装置控制所述能量回收控制装置以使所述车辆(2)减速。
7.如权利要求I至3中任一项所述的车辆防倾翻设备(1:50:60)，其中，储存在所述第一飞轮(11)中的能量的量与储存在所述第二飞轮(21)中的能量的量彼此不同。
全文摘要
本发明提供了一种车辆防倾翻设备，其包括设置在组合车辆的挂车的前部中的第一飞轮和设置在该挂车的后部中的第二飞轮。第一和第二飞轮中的每一个通过双常平架支撑机构安装在车辆上。当组合车辆进行左转弯(在步骤S3为是)时，第一飞轮的垂直于组合车辆的前后方向的第二常平架轴受到限制，而第二飞轮的垂直于组合车辆的前后方向的第四常平架轴被释放(步骤S4)。当组合车辆进行右转弯(在步骤S3为否)时，第二飞轮的第四常平架轴受到限制，而第一飞轮的第二常平架轴被释放(步骤7)。
文档编号B62D37/06GK102785713SQ201210154868
公开日2012年11月21日 申请日期2012年5月17日 优先权日2011年5月17日
发明者向出尚正, 安艺雅彦, 川原祯弘, 林世彬, 许准会, 须田义大, 高畑良一 申请人:株式会社捷太格特, 须田义大