专利名称：自动转向轴的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于车辆的自动转向轴，并且特别涉及用于例如卡车和公共汽车的多轴商用车辆的轴。
背景技术：
在传统多轴卡车中，设置至少一个可转向的前轴以及一个或多个固定(即不可转向的)后轴，某些或所有的后轴可以被驱动。这种车辆车轮配置的特别困难之处在于当车辆进行转弯时，固定车轮会在地面上出现横向运动，这种现象称为“打滑”(srubbing)。这造成后轮胎的过大磨损，减小其使用寿命，并增加车辆行驶成本。
现有技术采用的减小多轴车辆中由于打滑产生的后轮胎磨损的一个方法是设置“提升轴”。在这种方法中，一个固定轴安装在车辆底盘上，使得当车辆负载很轻时，轴可以提升以便使其车轮离开地面。这种轴的提升不仅消除提升轴的轮胎的轮胎磨损，同时使其不与地面接触，而且通过只有一个固定轴的轮胎与地面接触，还消除车辆转弯时的“打滑”现象，因此减小与地面保持接触的固定轴轮胎的磨损。但是，当车辆负载很重时，提升轴降低以便将负载分配给所有轴时，当车辆转弯时始终出现打滑问题。
减小轮胎磨损的另一方法是将自动转向轴引入具有多个后轴车辆中。与一个固定轴相结合，这种轴通常设置成车辆的许多后轴的一个或多个后轴。自动转向轴包括转向轮，该转向轮跟随车辆行驶方向使得当前转向轴用来进行转弯时，转向作用造成自动转向轴的车轮跟随转弯的方向并因此消除两个(或多个)后轴的车轮的打滑现象。“自动转向”后轴的缺陷在于当车辆后退时，由于后退转向作用的不稳定性，自动转向轴的车轮的转向角度使得自动转向轴的车轮趋于在一个或另一方向上转向到其行程的最大程度。可以通过将自动转向轴安装成提升轴并且在车辆转弯时提升自动转向轴使其不与地面接触来部分克服这种缺陷。但是只有车辆负载很轻的情况才可以实现，否则由于轴的提升可增加保持在地面上的各个轴上的负载，使其超过许可极限。
发明内容
在一个方面中，本发明寻求提供一种用于自动转向轴的控制系统，使得在车辆前进运动过程中实现自动转向作用，但是在车辆后退时迫使自动转向轴在车辆的前后方向上和其车轮对准。
本发明的另一目的在于提供一种用于自动转向轴的控制系统，该系统在自动转向轴上有效地操作以便在前进方向和/或后退方向上行驶时，造成与车轮的可转向轴的转向运动相对应的转向运动。
按照本发明的一个方面，提供一种用于车辆自动转向轴的控制装置，该装置包括具有第一和第二相对流体元件的流体致动器，每个流体元件可进行操作以便朝着中央位置压迫自动转向轴；在第一较高压力下或第二较低压力下供应流体压力到流体元件上的阀装置；检测车辆后退运动或将要后退运动的传感器装置，以及控制装置，该控制装置对传感器装置作出响应并可操作控制阀装置以便在检测到后退或将要后退运动时提供第一较高流体压力到流体元件并且当没有检测到后退运动时提供第二较低流体压力到流体元件上。优选的是，传感器装置检测车辆驾驶员对于倒档的选择。最优选的是传感器检测选档杆在选择倒档的位置中的位置。阀装置包括可操作以便提供多个参考压力到流体元件上的可变减压阀或调节阀。流体元件优选是气囊，最优选的是相对地作用在自动转向轴的转向连接装置内的一个部件上。
本发明的另一方面提供一种用于车辆自动转向轴的主动控制装置，该装置包括用于检测车辆转向车轮的位置的转向角度传感器、可操作以便朝着其转向运动的一个端部压迫自动转向轴的第一流体致动器、可操作以便操作其转向运动的另一端部压迫自动转向轴的第二流体致动器、用于单独供应加压流体到第一和第二流体致动器上的阀装置以及可操作以便根据转向角度传感器的输出控制阀装置从而根据检测的转向角度将不同流体压力提供到第一和第二流体致动器上的控制装置。
流体致动器最好是气囊，并且可单独从调节阀提供连续可变的流体压力。另外，调节阀配置可提供多种不同的流体压力，并且控制装置可操作以便根据检测的转向角度选择用于第一致动器的第一流体压力和用于第二流体致动器的第二流体压力。
在此方面的变型中，可以检测车辆速度，并且根据检测的速度将流体压力施加到第一和第二致动器上。一个流体压力的大小可根据车辆速度进行选择，并且流体压力之间的差值可选择成与检测的转向角度相对应。控制装置可以操作以便只在阈值速度以下的速度下提供不同的压力，其中当车辆速度超过阈值时为致动器提供相等的压力。在另一变型中，控制装置可布置成只在阈值速度以下的前进速度下提供不同的压力，其中当车辆前进速度超过阈值以及当车辆后退时为致动器提供相等的压力。
本发明的另一方面包括用于车辆的自动转向轴组件，该组件包括枢转地安装以便从第一端部位置转向运动到第二端部位置的一对短轴、连接短轴的横拉杆、可操作以便压迫短轴离开转向运动的第一端部的第一流体致动器、可操作以便压迫短轴离开转向运动的第二端部的第二流体致动器以及用于提供流体压力到流体致动器的阀装置。流体致动器最好是气囊，最优选的是相对安装在壳体上并作用在相对于横拉杆固定的操作元件上。轴组件还可包括用于检测安装在轴上的车轮的转动方向的传感器和响应传感器输出以便操作阀装置从而根据转动方向将高或低压力提供给流体致动器的控制装置。
本发明的又一方面提供一种具有这种自动转向轴及其控制装置的车辆，控制装置包括检测倒档的选择的传感器、流体压力源和当选择倒档时提供高流体压力到致动器上的控制装置。
最好是，车辆还包括检测车辆转向轴的转向角度的传感器和可操作以便将不同流体压力施加到致动器的各自流体元件上以便在自动转向轴内形成与可转向轴的转向运动相对应的转向运动的控制装置。更优选的是，车辆还包括检测车辆速度的传感器，并且根据速度传感器检测的车辆速度来确定与可转向轴的转向运动相对应的自动转向轴运动的程度。
本发明的另一方面提供将车辆自动转向轴转换成主动控制装置的套件，该套件包括流体致动器，流体致动器包括可安装在车辆上并具有连接到自动转向轴的转向连接装置上的操作元件，壳体包括可操作以便在相对方向上朝着中间位置压迫操作元件的相对的流体元件，有选择地提供流体压力到流体元件上的阀元件可响应控制装置的输入以便操作阀元件从而在具有控制输入时提供较高流体压力到流体元件上的控制装置。最好是控制输入与车辆驾驶员的倒档选择相对应，并且可通过安装在车辆齿轮箱上的开关检测。该套件还包括安装在车辆上以便检测车辆的可转向轴的转向角度的传感器、可操作以便将不同流体压力施加到致动器的各自流体元件上以便在自动转向轴内产生与可转向轴的转向运动相对应的转向运动的控制装置。
本发明的另一方面包括控制车辆自动转向轴的方法，该方法包括如下步骤检测车辆运动或将要运动的方向，并操作致动器以便朝着车轮和车辆纵向轴线对准的位置压迫自动转向轴，其中朝着中央位置压迫自动转向轴的力取决于行驶或将要行驶的方向。
本发明的另一方面提供可定位的流体致动器，该致动器包括细长壳体、从壳体延伸出来的输出元件、位于壳体内并可操作以便在相对于壳体的第一纵向方向上压迫输出元件的第一流体元件和定位在壳体内并可操作以便在与第一方向相对的第二纵向方向上压迫输出元件的第二流体元件，第一和第二流体元件包括气囊。
现在将参考
本发明的实施例，附图中图1是六轮牵引车单元的透视图；图2与图1类似，表示其一个轴提升的牵引车单元；图3是表示车辆的转向控制系统的示意图；图3A和3B示意表示图3控制系统的两种可选择阀系统；图4是转向致动器的透视图；以及图5是提升自动转向轴安装在车辆底盘上的实例的详细视图。
具体实施例方式
现在参考图1，可以看到具有三个轴的牵引车单元1。前轴上安装前车轮2，从驾驶室3使用方向盘4驾驶前车轮以便控制车辆转弯。
在牵引车的后部，具有另外两个轴。最后面的轴是固定的，非转向轴承载后车轮5。在后车轮5的前面是承载在提升自动转向轴上的另一组车轮6。
在所示的牵引车中，第五车轮连接器7设置用来连接载货拖车。本发明还适用于在内部承载负载的例如公共汽车和卡车的车辆，而不只是附图的拖车。
图3示意表示牵引车的传动装置的配置。前车轮2支承在短轴上，短轴连接到通过横拉杆2b连接在一起的转向臂2a上。在驾驶室内通过方向盘4经由传统的转向连接装置转向前车轮2。
后车轮5安装在固定轴5a上，并通过连接到发动机(未示出)的传动轴5c提供动力的差速器5b驱动。
车轮6安装在连接到通过横拉杆6b连接的各自转向臂6a上的短轴上，使得车轮6在自动转向期间保持适当对准。如图4详细所示的转向致动器7包括细长壳体8和致动器元件9。致动器元件9通过第一和第二气囊10a、10b在壳体8的纵向运动，气囊通过管线12和13经由控制单元11供应气压。壳体8安装在车轮底盘上，并且致动器元件9固定在自动转向轴的横拉杆6b上。致动器元件可形成横拉杆6b的一部分，或者可以通过横拉杆的半件和多个部分连接到各自转向臂6a上。
控制单元11通过阀系统14控制加压流体供应到气囊10a和10b内。在图3A所示的阀系统内，来自储罐14a的高压空气引导到可变减压阀14b上，可变减压阀通过来自控制单元11的信号控制，以便在所选择的压力下输出空气。输出空气通过导管12和13引导到气囊10和10b，以相同的压力供应两个气囊。
在图3B所示的可选择阀系统中，来自储罐14a的高压空气引导到一对可变减压阀14c和14d，两个减压阀通过来自控制单元11的各自信号控制，以便在各自选择的压力下输出空气。从阀14c输出的空气通过导管12引导到气囊10a，并且来自阀14d的输出空气通过导管13引导到气囊10b。根据控制单元11所确定的那样，气囊可在不同或相同的压力下供应空气。
对于图3所示的自动转向配置，当车辆沿着直的路径前进时，自动转向轴的转向几何形状配置内的转向作用保持车轮6和车轮5对准。当驾驶员转动方向盘并且车辆进入弯曲路径时，与前车轮2转动相比，该转向作用使得车轮6转过较小的程度，以便避免后车轮5和6在转弯过程的打滑现象。
在本发明的第一实施例中，图3A的阀系统用来将例如两巴的低流体压力同时供应到气囊10a和10b内，同时车辆向前运动。两个气囊内的低压将致动器元件9压迫到中间位置，因此在车辆直线行驶时趋于保持车轮6和后车轮5在前后方向上对准。致动器还用来减小自动转向轴的转向连接装置内的振动。
当车辆进入弯道时，车轮6上的转向作用抵抗气囊10a和10b的偏压作用横向压迫横拉杆6b。当气囊在低压下加压时，气囊施加的力不足以克服转向作用施加的力，并且车轮6将转向以便跟随行驶方向，以便避免打滑现象。
但是当车辆后退行驶时，即使车辆在直线上后退，施加在车轮6上的转向作用也使其转到其行程的一个或另一个极端。为了克服这种困难，在换档器门电路15a检测何时驾驶员通过换档杆15b选择门电路“R”位置来接合倒档。当控制单元11检测到选择倒档，阀组件14协作以便将气囊10a和10b内的压力增加到例如八巴的高压。这产生大大增加的偏压作用以便将横拉杆6b返回到其中央位置。车辆可接着后退，车轮6的转向作用不克服气囊10的偏压，并且车轮6接着在后退操作中保持与车轮5在前后方向上对准。由于后退通常只以低速进行短距离，可以忽略由于打滑现象造成的轮胎磨损。
在第一实施例中，自动转向轴的两个气囊以相同压力操作，并且当车辆向前行驶时以低压(通常是2巴，但可以从1-5巴)操作，当车辆后退行驶时以高压(通常8巴，但可以从6-10巴)操作。该配置使得在后退时抵抗在车辆后退时趋于将自动转向车轮转到其行驶的一个或另一个极端的转向作用，将自动转向轴的车轮锁定在“直线”位置。施加到气囊10的“高”和“低”压力的大小可根据车辆的负载情况确定，例如通过检测支承车辆底盘的悬挂气囊内的压力，与车辆没有负载或负载很轻时所使用的压力相比，对于车辆负载很重的时使用更高的压力。
在本发明的第二实施例中，还使用图3A的阀系统，当车辆向前行驶时气囊10a和10b的压力可保持在从大约1-3巴的低水平，当车辆后退时保持例如从3-7巴的中间水平，以便使得车辆进行某些转向运动。
在本发明另一实施例中，可设置转向角度传感器20以便根据前车轮2转过角度给出一个信号。传感器输出提供给控制单元11，控制单元接着如图3B所示控制阀组件14以便提供不同的压力到气囊10a和10b，从而在适当方向上压迫横拉杆6b，使得车辆6正确对准，沿着弯曲路径后退而不出现打滑现象。在所示实施例中，自动转向轴的车轮6在转向车轮2的相同方向上转向。如果自动转向后轴安装在固定后轴之后，那么可施加不同的压力，以便在转向车轮2的相反方向上转动自动转向轴的车轮6。
在另一实施例中，当车辆向前运动时自动转向轴的动作可通过使用转向角度传感器20来进行帮助以便检测前车轮2的转向运动，并且通过布置控制单元11以便根据前车轮2的转向程度，控制阀组件14，提供不同的压力到气囊10a和10b，使得车轮正确对准，进行转弯。该实施例的另一变型提供速度检测器21，以便检测车轮运动的速度，并提供速度输入到控制单元11，使得低速下的气囊10a和10b的输出可不同于高速下的输出。例如，在前进速度低的情况下，气囊10a和10b可提供不同的压力以便和转向车轮2一致地主动转向车轮6。在较高速度下，例如高于50km/h，控制单元11可提供相同的压力到气囊10a和10b，以便自动转向轴6的转向作用转换成通过车轮6的转向作用驱动的被动自动转向作用。
在另一变型中，当车辆向前运动时通过如上所述施加不同的压力到气囊10上，使得自动转向轴的车轮可主动转向，并可通过施加相同的“高”压力到两个气囊10上保持在用于后退的“直线”位置。
任何的所述实施例可设置在提升自动转向轴上，该自动转向轴在车辆负载很轻时提升离开地面，并且当车辆负载很重时与地面接触以便承载一部分车辆的重量。传感器(未示出)可确定何时轴提升和降低，并且可提供信号到控制单元11，使得只在轴降低并与地面接触时实现气囊10a和10b的控制。当轴提升时，控制单元11可提供相同的低压力到气囊10，以便保持车轮6在前后方向的对准。另外，自动转向轴可以不是提升类型的，并且可保持永远与地面接触。
控制单元可包括根据例如来自速度传感器的传感器输入通过将要施加在气囊10a、10b上的压力值的表格进行编程的微处理器、转向角度传感器、轴提升检测器、悬挂气囊和倒档选择检测器，并可以提供控制信号到可变减压阀14c和14d上，以便施加适当压力到气囊10a和10b。另外，控制装置可根据转向角度、检测的行驶方向、速度和车辆负载重量计算每个气囊所需的流体压力。
在一个可选择的手动应用中，可为驾驶员提供仪表盘开关以便通过图3A所示的阀系统选择两个气囊10内的“低”或“高”压力。当需要自动转向作用时驾驶员选择“低”压力，并且当不需要自动转向作用(例如当后退时)选择“高”压力。仪表盘开关可作为控制单元11和传感器15替代设置，也可以在控制单元11和传感器15以外设置，或者作为人控功能设置。
图5表示提升和自动转向轴的特殊安装配置。在图5中，表示沿着车辆纵向延伸的两个平行底盘梁30。安装支架31连接到每个底盘梁30上(只表示一个梁)，以便将自动转向轴32支承在车辆底盘之下。自动转向轴32包括可以安装枢转的短轴的固定轴梁33。短轴连接到转向臂34上，转向臂通过横拉杆35连接。轴梁33通过大致“L”形摆动臂36相对于底盘保持就位，摆动臂36具有从枢转点37向前延伸的一个分支，和从枢转点向上延伸的另一分支。提升气囊38定位在向上延伸的分支和安装支架31之间，使得提升气囊38的膨胀将造成分支36向上朝着底盘梁30摆动，将转向轴32提升离开地面。
当通过提升气囊38将轴放置成与地面接触时，悬挂气囊39直接作用在底盘梁30和轴33之间，以便在轴33上支承车辆的重量。
安装在横拉杆35长度中间点上的致动元件9在包括在壳体内的两个气囊10a和10b之间延伸到转向致动器的壳体8内。转向致动器在图4内详细表示，并如上面进行描述。致动元件9可安装在传统自动转向轴上以便转换该轴，从而使用本发明的控制系统，其方法是除去横拉杆的一部分，该部分的长度与致动元件的长度相等，将横拉杆部件的切断端部连接到致动元件上，并将致动器壳体8安装在车辆上。
致动元件9可在自动转向轴之外的其它装置中用作可定位的线性致动器。致动元件9的位置通过调节施加在各自气囊上的压力、与气囊之间压力差相对应的元件9离开中间位置的移位以及与压力大小相对应的定位“稳定性”来控制。
权利要求
1.一种用于车辆自动转向轴的控制装置，该装置包括具有第一和第二相对流体元件的流体致动器，每个流体元件可进行操作以便朝着中央位置压迫自动转向轴；在第一较高压力下或第二较低压力下供应流体压力到流体元件上的阀装置；检测车辆后退运动或将要后退运动的传感器装置，以及控制装置，该控制装置对传感器装置作出响应并可操作控制阀装置以便在检测到后退或将要后退运动时提供第一较高流体压力到流体元件并且当没有检测到后退运动时提供第二较低流体压力到流体元件上。
2.如权利要求1所述的控制装置，其特征在于，传感器检测车辆驾驶员对于倒档的选择。
3.如权利要求2所述的控制装置，其特征在于，传感器检测车辆倒档杆在选择倒档位置内的位置。
4.如上述权利要求任一项所述的控制装置，其特征在于，阀装置包括可变减压阀。
5.如上述权利要求任一项所述的控制装置，其特征在于，阀装置包括可操作以便提供多个参考压力中一个压力的调节阀。
6.如上述权利要求任一项所述的控制装置，其特征在于，流体元件是气囊。
7.如权利要求6所述的控制装置，其特征在于，气囊相对地作用在自动转向轴的转向连接装置内的一个部件上。
8.一种用于车辆自动转向轴的主动控制装置，该装置包括用于检测车辆转向车轮的位置的转向角度传感器、可操作以便朝着其转向运动的一个端部压迫自动转向轴的第一流体致动器、可操作以便操作其转向运动的另一端部压迫自动转向轴的第二流体致动器、用于单独供应加压流体到第一和第二流体致动器上的阀装置以及可操作以便根据转向角度传感器的输出控制阀装置从而根据检测的转向角度将不同流体压力提供到第一和第二流体致动器上的控制装置。
9.如权利要求8所述的主动控制装置，其特征在于，流体致动器是气囊。
10.如权利要求8或9所述的主动控制装置，其特征在于，从各自调节阀为流体致动器单独提供连续可变流体压力。
11.如权利要求8所述的主动控制装置，其特征在于，为流体致动器单独提供多个不同流体压力中的所选择的一个压力，并且根据检测的转向角度，控制装置可操作以便选择用于第一致动器的第一流体压力和用于第二流体致动器的第二流体压力。
12.如权利要求11所述的主动控制装置，其特征在于，还包括检测车辆速度的传感器，并且根据检测的速度和检测的转向角度，控制装置可操作以便选择并施加流体压力到第一和第二致动器上。
13.如权利要求12所述的主动控制装置，其特征在于，根据车辆速度，控制装置可操作以便选择一个流体压力的大小，并选择与检测的转向角度相对应的流体压力之间的差别。
14.如权利要求12或13所述的主动控制装置，其特征在于，控制装置可操作以便只在车辆速度低于预定阈值速度时提供不同压力到各自致动器，并可操作以便当车辆速度超过阈值时提供相同的压力到各自致动器上。
15.如权利要求12或13所述的主动控制装置，其特征在于，控制装置可操作以便只在前进速度低于阈值速度时提供不同压力到各自致动器，并可操作以便当车辆前进速度超过阈值时以及当车辆后退时提供相同的压力到各自致动器上。
16.一种用于车辆的自动转向轴组件，该组件包括枢转地安装以便从第一端部位置转向运动到第二端部位置的一对短轴、连接短轴的横拉杆、可操作以便压迫短轴离开转向运动的第一端部的第一流体致动器、可操作以便压迫短轴离开转向运动的第二端部的第二流体致动器。
17.如权利要求16所述的自动转向轴组件，其特征在于，还包括用于提供流体压力到流体致动器的阀装置。
18.如权利要求16或17所述的自动转向轴组件，其特征在于，流体致动器是气囊。
19.如权利要求18所述的自动转向轴组件，其特征在于，气囊相对地安装在壳体上并作用在相对于横拉杆固定的操作元件上。
20.如权利要求16-19任一项所述的自动转向轴组件，其特征在于，轴组件还包括用于检测安装在轴上的车轮的转动方向的传感器和响应传感器输出以便操作阀装置从而根据转动方向将高或低压力提供给流体致动器的控制装置。
21.一种具有如权利要求16-20任一项所述的自动转向轴的车辆，还包括控制装置，该控制装置包括检测选择倒档的传感器、流体压力源以及当选择倒档时提供高压力流体到致动器的控制装置。
22.如权利要求21所述的车辆，其特征在于，还包括检测车辆转向轴的转向角度的传感器，并且控制装置可操作以便将不同流体压力施加到致动器的各自流体元件上以便在自动转向轴内形成与可转向轴的转向运动相对应的转向运动。
23.如权利要求22所述的车辆，其特征在于，还包括检测车辆速度的传感器，并且控制装置可对于检测速度作出响应，并控制阀装置，使得根据车辆速度来确定与可转向轴的转向运动相对应的自动转向轴运动的程度。
24.一种用于将车辆自动转向轴转换成主动控制装置的套件，该套件包括流体致动器，流体致动器包括可安装在车辆上并具有连接到自动转向轴的转向连接装置上的操作元件，壳体包括可操作以便在相对方向上朝着中间位置压迫操作元件的相对的流体元件。
25.如权利要求24所述的套件，其特征在于，流体元件是气囊。
26.如权利要求24或25所述的套件，其特征在于，还包括有选择地提供流体压力到流体元件上的阀元件、可响应控制装置的输入以便操作阀元件从而在具有控制输入时提供较高流体压力到流体元件上的控制装置。
27.如权利要求26所述的套件，其特征在于，还包括安装在车辆上以便检测车辆的可转向轴的转向角度的传感器、可操作以便将不同流体压力施加到致动器的各自流体元件上以便在自动转向轴内产生与可转向轴的转向运动相对应的转向运动的控制装置。
28.一种控制车辆自动转向轴的方法，该方法包括如下步骤检测车辆运动或将要运动的方向，并操作致动器以便朝着车轮和车辆纵向轴线对准的位置压迫自动转向轴，其中朝着中央位置压迫自动转向轴的力取决于行驶或将要行驶的方向。
29.一种可定位的流体致动器，该致动器包括细长壳体、从壳体延伸出来的输出元件、位于壳体内并可操作以便在相对于壳体的第一纵向方向上压迫输出元件的第一流体元件和定位在壳体内并可操作以便在与第一方向相对的第二纵向方向上压迫输出元件的第二流体元件，第一和第二流体元件包括气囊。
30.一种大致参考附图的图3、图3A、图3B或图5描述的自动转向轴组件。
31.一种大致参考附图的图1或图3描述的车辆。
32.一种大致参考附图的图4描述的流体致动器。
33.一种控制在这里大致描述的自动转向轴的方法。
全文摘要
描述一种用于车辆的自动转向轴和用于自动转向轴的控制装置，在车辆后退时该装置将自动转向轴的车轮锁定在中间位置，并且当车辆向前行驶时由于自动转向作用松开车轮。在控制装置的变型中，在车辆前进和后退运动中提供自动转向轴主动转向。本发明还提供可定位的线性致动器，该致动器用来控制自动转向轴的转向作用，并包括相对的气囊，该气囊作用在连接到转向连接装置的横拉杆上的致动元件上。
文档编号B62D13/00GK1651294SQ200510009030
公开日2005年8月10日 申请日期2005年2月16日 优先权日2004年11月17日
发明者石智恒, M·格拉齐尔 申请人:格利德－赖特产品有限公司