用於車輛的接地結構的製作方法

2023-09-19 16:57:00

專利名稱：用於車輛的接地結構的製作方法
技術領域：
本發明涉及機動車輛的接地結構(ground connection)。特別是涉及接 地系統，在所述接地系統中，豎直懸架使用滑道，車輛的推進使用電機， 滑道和電機嵌設在車輪內。
背景技術：
從專利申請EP0878332公知這樣一種接地結構，其中，輪架相對於車 輛底盤的豎直懸架的自由度通過固定到輪架上的豎直柱在固定到支承件的 引導裝置中的運動所允許，支撐件本身連接到車體。該接地結構還包括旋 轉牽引電機、將牽引電機連接到車輪的減速裝置、盤式制動器裝置、懸架 彈簧、用於控制懸架運動的電機和使得車輪可轉向的樞軸。該接地結構的 構造可有效地確保所提供的所有功能。本發明的一個目的是提供一種上述類型的接地結構，其中，顯著改善 了質量、剛度和空間要求之間的平衡。具體地講，接地結構的質量、特別是其非懸掛部件的質量是車輛的動 力學性能的一個重要方面。接地結構的機械剛度也是一個重要方面。剛性 不足可能對車輪平面的引導質量產生不利影響，而且還會對接地結構的元 件的使用壽命的損害因素產生不利影響，例如由於材料的疲勞、與由變形 產生的摩擦相關的磨損。可以理解，空間要求是一個特別重要的特徵，因 為這種類型的接地結構的特殊優點是，將所有功能集成在車輪的內部體積 空間中。本領域普通技術人員知曉，這三個特徵(質量、剛度、空間要求)彼 此緊密關聯。因此，也可以說，本發明旨在提供一種上述類型的接地結構， 對於該接地結構，三個方面中的至少一個方面得到顯著改善而不必使其他 方面受到損害。本發明的另一目的是使上述類型的接地結構的維護可得到顯著簡化。發明內容上述這些目的通過這樣一種用於車輛的接地結構實現，所述接地結構 包括相對於連接到車輛的支撐件(10)滑動的用於輪架的滑動懸架，所 述懸架包括固定到輪架的大致豎直的柱(8)，輪架相對於支撐件(10)的 懸架的自由度通過柱在引導裝置(11)中的運動所允許，所述引導裝置連 接到支撐件；以及用於通過安裝在車輪中的第一旋轉電機驅動車輪的裝置， 第一旋轉電機藉助於可逆的減速裝置驅動車輪，所述減速裝置包括固定到 車輪的環形齒輪、和連接到第一電機的驅動小齒輪，且限定第一旋轉電機 的轉動速度與車輪的轉動速度之間的減速比，所述減速比大於10，所述接 地結構不具有機械腳踏閘。優選地，減速比大於15，且還優選地，所述減速裝置包括兩級減速。 優選地，所述減速裝置包括減速齒輪，所述減速齒輪一方面與驅動小 齒輪配合，另一方面與固定到車輪上的環形齒輪配合。還優選地，減速齒 輪包括兩個同軸的整體式帶齒的輪，兩個帶齒的輪的齒為螺旋狀且沿相同 的方向定向。優選地，第一電機的轉動軸線與車輪的轉動軸線平行。優選地，驅動小齒輪具有螺旋齒，且以與第一電機的軸獨立的方式被 相對於車輪的軸線引導。優選地，對包括車輪和環形齒輪的轉動組件的引導通過一對滾動軸承 提供，所述一對滾動軸承套設在輪架的凸出部分上。進一步優選地，所述接地結構還包括用於控制懸架運動的第二旋轉電 機，所述第二電機固定到引導裝置；以及由第二電機驅動的懸架小齒輪， 所述懸架小齒輪與固定到柱上的齒條配合。此外，優選地，柱的軸線大致 定位在車輪的中心平面上，且與車輪的轉動軸線相交。優選地，所述接地結構還包括相對於支撐件引導的引導裝置的樞轉連 接件，以允許車輪繞著樞轉軸線轉向，所述樞轉軸線優選與柱的軸線大致 對應。本發明還涉及一種車輛，所述車輛包括這種接地結構，它還包括用於 吸收電能的裝置，所述裝置能夠在制動過程中吸收由第一電機產生的電能。優選地，吸收裝置包括電阻器，所述電阻器浸沒在熱傳遞液體的池中。 還優選地，吸收裝置包括用於儲存電能的裝置，所述裝置能夠在制動過程 中儲存由第一電機產生的電能的一部分。


通過下面對優選實施例的描述，可使本發明的其他目的和優點更為清 楚。附圖分別如下圖1是沿包括根據本發明的接地結構的車輪的轉動軸線的豎直平面的 剖視圖；圖2是局部剖切透視圖，圖中特別是示出了本發明的該實施例的減速 裝置；圖3和4是從車輛外側觀看時的根據本發明的接地結構的透視圖，其 中車輪未被示出。減速裝置在圖3中清楚可見；圖5是從車輛內部觀看時的接地結構的俯視圖；圖6是用於引導和控制根據本發明的接地結構的懸架的部件的局部剖 切透視圖；以及圖7是電裝置的結構和操作的實例的示意性圖示，所述電裝置提供了 對根據本發明的接地結構的牽引/制動的控制。
具體實施方式
車輪1請參見圖。車輪由輪輞2和輪輻3組裝。示出了安裝在輪輞2 上的輪胎4。車輪藉助於滾動軸承6繞著其軸線5可轉動地安裝在輪架7 上。車輪的驅動動力由用於驅動車輪的裝置提供，所述裝置包括安裝在輪 架7上的旋轉電力牽引機15。根據本發明的基本特徵，電力牽引機還用於 制動車輛。當在這種情況下使用"制動"時，該術語可理解為在車輛行駛 時不僅使車輛減速而且通過向車輪傳遞制動轉矩以允許其快速和完全停止 的動作，從而可使車輪靜止不動。該制動功能因此與電動車輛領域眾所周 知的回收能量("再生制動")的概念完全不同，其不可完全省去傳統制動 裝置。根據本發明的接地結構的基本特徵是這樣的它不具有機械腳踏閘， 即沒有利用摩擦的傳統制動裝置，例如盤式制動器或鼓式制動器。"腳踏閘" 被理解為在車輛行駛時提供制動的制動器。該腳踏閘與停車制動器不同， 停車制動器本身具有使車輛在停止之後例如在沒有駕駛員的過程中靜止不 動的功能。該靜止不動的功能不需要任何特殊的耗散能量的能力。因此， 可以理解，根據本發明的接地結構可包括機械停車制動器，儘管它未包括 機械腳踏閘。
旋轉電力皿機15同時也是旋轉電力m機。因此，它本身能夠保證 車輪的制動和驅動。這就是，為什麼在本申請中根據上下文，術語"牽引 機"、"牽引/制動機"或"第一機"用於表示同一對象，該對象在附圖中具
有附圖標記15。
牽引/制動機15藉助於減速裝置連接到車輪。減速裝置包括固定到車 輪的至少一個環形齒輪16、和由牽引機15驅動的小齒輪17。減速比，即 牽引機的轉動速度與車輪的轉動速度之間的比值，大於10: 1。優選地，減 速比大於15: 1。該減速比可以通過使小齒輪17直接與環形齒輪16嚙合獲 得。
然而，優選地，減速裝置包括兩級減速，在此成圖中所示的在小齒輪 17與環形齒輪16之間施加減速齒輪13的形式。由減速裝置確定的減速比 是唯一和固定的。
減速齒輪13在這種情況下包括兩個同軸的整體式帶齒的輪131和132， 初級輪131與牽引/制動機的小齒輪17嚙合，(相對於初級輪，尺寸減小的) 次級輪132與環形齒輪16嚙合。優選地，減速齒輪13藉助於一對具有圓 錐滾子14的滾動軸承被相對於輪架7引導，且軸向螺釘134吸收由圓錐滾 動軸承傳遞到它們的支撐件的力的軸向分量。
優選地，初級輪的齒、次級輪的齒、小齒輪的齒和環形齒輪的齒是螺 旋狀的。齒的角度使得減速裝置保持為可逆的，即它們可在一個方向上和 另一方向上轉動，而且也可以以可接受的效率將轉矩從牽引/制動機傳遞到 車輪和從車輪傳遞到牽引/制動機。優選地，初級輪的齒的角度和次級輪的 齒的角度沿相同方向定向。這種特性可使作用在減速齒輪上、進而作用在 輪架上的軸向力最小化。優選地，對小齒輪17的引導功能完全由輪架、例如藉助於一對具有球 或滾子的滾動軸承18實施。因此，小齒輪包括其自己的引導裝置，該引導 裝置與牽引/制動機15的軸的引導裝置獨立。小齒輪自然地通過連接裝置 例如本身公知的互補凹槽而保持被牽引/制動機的軸轉動驅動。通過採用這 種方式，無論傳遞的轉矩的強度如何，小齒輪與環形齒輪或與減速齒輪的 嚙合質量始終能令人滿意，因為這既不歸因於剛性，也不歸因於牽引/制動 機的軸的高效引導。而且，作用在小齒輪17上的軸向力未傳遞到牽引機的 軸。
有利地，形成環形齒輪16的部件還形成輪轂，車輪固定在所述輪轂上。 為此，車輪滾動軸承6設置在環形齒輪的中心部分的孔中，且車輪被用螺 釘連接到該中心部分的軸向延伸部25。
優選地，滾動軸承6與環形齒輪16設置在大致相同的平面上。可以理 解，在軸向空間要求方面的該有利的配置形式還可降低質量和/或增大剛 度。
優選地，如圖所示，第一機15的軸線、減速齒輪13的軸線和車輪5 的轉動軸線是平行的。
根據本發明的接地結構的懸架是滑動懸架。輪架固定到大致豎直的柱8 上。該柱可藉助於引導裝置11沿著其軸線9相對於支撐件10滑動，所述 引導裝置例如具有滾子19，這在圖6中清楚可見。該滑動運動與接地結構 的懸架間隙對應。優選地，懸架的性能通過第二旋轉電機12有效地控制。 在本申請中，術語"懸架機"還用於該第二機。支撐件IO用於剛性地或通 過允許另外的自由度、過濾振動或水平懸掛的連接方式將接地結構連接到 車體，所述自由度例如為車體的高度變化和/或輪曲面角的變化(例如根據 專利申請EP1616731的描述)。
優選地，輪架7包括凸出部分，車輪滾動軸承6環繞著所述凸出部分 裝配。因此，包括車輪和環形齒輪的組件被該雙滾珠軸承繞著輪架的固定 部分引導。因此，與車輪滾動軸承被保持在輪架的中心開口的申請 EP0878332的配置形式相比，車輪的引導的固有剛性得到顯著提高。
平移運動的柱8的引導裝置11是"無摩擦的"，即它們具有儘可能小 的摩擦。通過滾動支承引導是非常合適的。滾子19可與形成在柱上的支承滾道配合，滾子可轉動地安裝在引導件11上或相對於引導件11安裝。也 可設想相互滑動的接觸表面，就這個方面來說，它們包括合適的處理，或 它們足夠潤滑。例如，可使用流體支承。
懸架機12藉助於懸架小齒輪21對固定在柱8上的齒條20作用。該配 置形式(特別參見圖6)具有特別好地用於對懸架特性進行有效控制、和比 通過直接電動裝置的控制更準確的優點。
優選地，彈簧22 (例如螺旋彈簧)在輪架7和引導件11之間作用，以 吸收車輛的參考靜態載荷的一部分、優選全部。
優選地，柱的軸線9大致定位在車輪5的轉動軸線上，且大致豎直在 車輪的中心平面上，即柱良好地相對於車輪居中設置。這種配置形式的一 個優點是，對於懸架路徑有利，且減小了作用在柱上或其引導件上的機械 應力。
此外，優選地，當車輪是車輛的驅動輪時，柱的軸線9還與轉向樞軸 的軸線對應。這是在此示出的情況。在圖1中可看見，樞轉連接通過具有 圓錐滾子23的一對滾動軸承提供。這些滾動軸承使得引導件11可繞著豎 直樞轉軸線即繞著柱8的軸線9相對於支撐件10轉動。
當樞轉軸線如此定位時，驅動輪僅經受由於地面施加的力引起的非常 低的轉向轉矩。
在圖3中清楚可見，輪架7形成接收所有減速裝置(環形齒輪16、小 齒輪17和減速齒輪13)的殼體。該殼體由輪輻3側的第一密封罩蓋24和 內側的第二密封罩蓋24封閉。因此，所有齒輪被限制在該殼體中。殼體可 包含合適的潤滑劑。在該圖中還清楚看見的是，該殼體中的小齒輪17和減 速齒輪13的組件。
可獲得的制動或牽引力取決於可在牽引/制動機15的軸上獲得的轉矩、 減速比和車輪半徑。例如，對於能夠產生90Nm的牽引/制動機、減速比為 17且車輪半徑為300mm的情況，牽引或制動力可達到5100N。當抓地系 數為1時，該力對於使用承載5000N的重量的輪胎的潛在可能抓力的100% 來說足夠。載荷和抓地的條件對於現代客車來說是標準的。然而，該示例 的唯一 目的是給出幅度的水平，並不是用於限制本發明所應用的車輛的類 型或種類。可以理解，該力當沿車輛的位移方向作用時表示"牽引力"，當其與車輛的位移方向相反的方向作用時表示"制動力"，不管車輛沿前進檔
或後退檔移位。實際上，它在每種情況下均是源自牽引/制動機15產生的 轉矩的同一力。因此，制動功率足以能夠使車輪靜止不動。顯然，車輪的 完全靜止不動並不是使車輛停止的最好方法，但該示例目的是便於理解本 發明。
因此，四輪車輛實際中可配備四個根據本發明的接地結構且完全免去 機械腳踏閘。根據本發明的車輛也可僅使用兩個這樣的接地結構，如果軸 (例如非驅動軸)仍配備傳統制動器。根據本發明，也可設想在每個車輪 內使用兩個或更多個牽引/制動機。該選擇的一個優點可能是，牽引裝置和、 重要的是制動裝置的可能冗餘。
圖清楚地顯示出在不同元件的機械空間要求方面的本發明的優點。根 據本發明的接地結構的緊湊性使得可例如使用足夠窄的車輪，使得它在停 車操縱過程中不與人行道接觸(見圖1)。
關於重量，本發明提供的優點也很顯著。具體地講，將本發明的優選 實施例與專利申請EP0878332的優選實施例(在該申請的圖1和2中可見) 進行對比。當懸架路徑已從145mm增大到170mm且輪座已從16英寸增大 到17英寸時，觀察到非懸掛質量降低20%左右。
而且，沒有傳統機械制動件(參見申請EP0878332中的盤和卡鉗)，從 而省去了更換墊和盤的常規工作，因此顯著地簡化了車輛的維護。在省去 傳統液壓制動件的優點中，可以提及的一個優點是，消除了墊的任何殘餘 摩擦(公知的是，該摩擦會消耗掉傳統車輛制動操作所需的能量的相當的 一部分)。也可提及的一個優點是，消除了傳統液壓制動件在接地結構上產 生的熱應力，且避免了與墊和盤的磨損產生的粉末相關的不足。
圖7示出了牽引和制動機的控制的優選實施例的原理。機15電連接到 控制器30。控制器30連接到用於儲存電能的裝置31，例如蓄電池組和/或 超級電容器SC。控制器30還連接到用於耗散電能的裝置32，例如電阻器 321，所述電阻器321浸沒在容納於交換器323中的熱傳遞液體322中，交 換器被包含於在此未示出的冷卻迴路中。加速器控制器33、制動器控制器 34和選擇前進檔或後退檔的控制器35可考慮駕駛員的操作意圖。用於產生 電能的裝置36 (例如，燃料電池FC)也可直接連接到控制器30。下面將描述該制動/牽引控制的優選實施例。
當駕駛員選擇前進檔且致動加速器踏板33時，控制器30從儲存裝置 31或產生裝置36向機器15供電，從而車輛可沿前進方向移動。因此，機 器將電能轉換為機械轉動能量。實現的功率特別是取決於加速器控制器的 位置。當駕駛員致動制動器踏板34時，控制器30停止向機器供電且使其 操作反向，因此機器將機械轉動能量轉換為電能。該能量可由儲存裝置31 或由耗散裝置32或者由這兩個裝置同時或順序吸收。
儲存裝置31和耗散裝置32構成用於制動/牽引機產生的電能的吸收裝 置40。被吸收的能量在儲存和耗散之間的分布是可以變化的。可清楚地理 解，當儲存裝置滿時，100%的能量必需被耗散掉。而且，可限制儲存裝置 的功率，即儲存裝置的加載速度例如可與輕微制動對應，如目前熱力發動 機所希望的那樣(稱作"發動機制動")。在該制動水平以外，產生的電能 直接送往耗散裝置。
當駕駛員選擇後退檔時，控制器30可以與前進檔類似的方式向機器15 供電，但是反向轉動(包括在制動情況下)。
已做出的描述限於對一個牽引/制動機的控制。實際中，相同的原理可 用於控制多個牽引/制動機，每個牽引/制動機驅動一個車輪。該控制可考慮 附加標準，例如車輪的速度或打滑，以在所有車輪上以最好的方式限制和/ 或分配牽引/制動力，從而以電力方式實現有助於使驅動(ABS， ESP)具 有高的精度的功能。
權利要求
1.一種用於車輛的接地結構，包括車輪(1)；相對於連接到車輛的支撐件(10)滑動的用於輪架的滑動懸架，所述懸架包括固定到輪架的大致豎直的柱(8)，輪架相對於支撐件(10)的懸架的自由度通過柱在引導裝置(11)中的運動所允許，所述引導裝置(11)連接到支撐件；以及用於通過安裝在車輪中的第一旋轉電機(15)驅動車輪的裝置，第一旋轉電機藉助於可逆的減速裝置驅動車輪，所述減速裝置包括固定到車輪的環形齒輪(16)、和連接到第一旋轉電機的驅動小齒輪(17)，且限定第一旋轉電機的轉動速度與車輪的轉動速度之間的減速比，所述減速比大於10，所述接地結構不具有機械腳踏閘。
2. 如權利要求l所述的接地結構，其特徵在於，減速比大於15。
3. 如前面權利要求中任一所述的接地結構，其特徵在於，所述減速 裝置包括兩級減速。
4. 如前面權利要求中任一所述的接地結構，其特徵在於，所述減速 裝置包括減速齒輪(13)，所述減速齒輪(13) —方面與驅動小齒輪(17) 配合，另一方面與固定到車輪上的環形齒輪(16)配合。
5. 如權利要求4所述的接地結構，其特徵在於，減速齒輪(13)包 括兩個同軸的整體式帶齒的輪(131， 132)，兩個帶齒的輪的齒為螺旋狀 且沿相同的方向定向。
6. 如前面權利要求中任一所述的接地結構，其特徵在於，第一旋轉 電機(15)的轉動軸線與車輪的軸線(5)平行。
7. 如前面權利要求中任一所述的接地結構，其特徵在於，驅動小齒輪(17)具有螺旋齒，且以與第一旋轉電機的軸獨立的方式被相對於車 輪的軸線引導。
8. 如前面權利要求中任一所述的接地結構，其特徵在於，對包括車 輪(1)和環形齒輪(16)的轉動組件的引導通過一對滾動軸承(6)提 供，所述一對滾動軸承(6)套設在輪架(7)的凸出部分上。
9. 如前面權利要求中任一所述的接地結構，其特徵在於，它還包括 用於控制懸架運動的第二旋轉電機(12)，所述第二旋轉電機固定到引導 裝置(11);以及由第二旋轉電機驅動的懸架小齒輪(21)，所述懸架小 齒輪與固定到柱(8)上的齒條(20)配合。
10. 如前面權利要求中任一所述的接地結構，其特徵在於，柱的軸線 (9)大致定位在車輪的中心平面上，且與車輪的轉動軸線(5)相交。
11. 如前面權利要求中任一所述的接地結構，其特徵在於，它還包括 相對於支撐件(10)引導的引導裝置(11)的樞轉連接件(23)，以允許 車輪繞著樞轉軸線轉向。
12. 如權利要求11所述的接地結構，其特徵在於，樞轉軸線與柱的 軸線(9)大致對應。
13. —種車輛，所述車輛包括根據前面權利要求中任一所述的接地結 構，它還包括用於吸收電能的裝置(40)，所述裝置能夠在制動過程中吸 收由第一旋轉電機產生的電能。
14. 如權利要求13所述的車輛，其特徵在於，吸收裝置包括電阻器 (321)，所述電阻器(321)浸沒在熱傳遞液體(322)的池中。
15.如權利要求13或14所述的車輛，其特徵在於，吸收裝置包括用 於儲存電能的裝置(31)，所述裝置(31)能夠在制動過程中儲存由第一 旋轉電機產生的電能的一部分。
全文摘要
本發明特別是涉及一種用於車輛的接地結構，包括車輪(1)；相對於連接到車輛的支撐件(10)滑動的用於輪架的滑動懸架，所述懸架包括固定到輪架的大致豎直的柱(8)，輪架相對於支撐件(10)的懸架的自由度通過柱在引導裝置(11)中的運動所允許，所述引導裝置(11)連接到支撐件；以及用於通過使用安裝在車輪中的第一旋轉電機(15)驅動車輪的裝置，第一電機藉助於可逆的減速裝置驅動車輪，所述減速裝置包括固定到車輪的環形齒輪(16)、和連接到第一電機的驅動小齒輪(17)，且限定第一機器的轉動速度與車輪的轉動速度之間的減速比，該減速比大於10，所述接地結構不具有機械腳踏閘。
文檔編號H02K51/00GK101410266SQ200780010464
公開日2009年4月15日 申請日期2007年3月20日 優先權日2006年3月23日
發明者D·勞倫特 申請人:米其林研究和技術股份公司