自動空氣懸架控制系統、車輛牽引控制系統和牽引方法與流程
2023-12-11 03:46:57 1
自動空氣懸架控制系統、車輛牽引控制系統和牽引方法相關申請本申請要求2014年3月4日提交的美國臨時專利申請序列號61/947,561的利益和優先權，該申請的內容通過引用合併於此。技術領域本發明總體涉及車輛空氣懸架。更具體地，本發明涉及用於6×2車輛的空氣懸架的控制系統。
背景技術：
在北美，具有聯掛式後軸的大多數半牽引車-掛車組合體以所謂的6×4配置運轉。此術語指明在牽引車上存在六個獨立的車輪位置(即，前軸兩個以及兩個後軸中的每個兩個)，並且這些車輪位置中的四個被驅動以提供車輛推進力。通常，這意圖表示四個後車輪位置被驅動，並且兩個前軸車輛位置未被驅動並且主要目的是使車輛轉向。在較少的程度上存在額外的配置，諸如6×2(僅兩個後軸中的一個被驅動)和4×2(具有兩個軸的卡車僅具有一個驅動軸)配置。4×2配置受聯邦橋梁法限制，僅容許一定的總車輛載荷，而6×2配置與6×4配置具有相等閥載荷運載能力。6×4配置的關鍵優點是牽引力，而關鍵缺點是由驅動第二軸所需的額外齒輪組的寄生損失導致的燃料經濟性下降。當燃料價格低時，車隊傾向於指定6×4配置以提高生產率，因為將有更少的卡車因牽引力問題而被卡住，尤其是在諸如雪和冰的惡劣天氣下。由於燃料價格在近年來顯著上漲，車隊轉向6×2配置，將其作為改進他們的總燃料操作成本的可行方法。多年來6×2配置已被廣泛用於歐洲及世界其他地區。為了克服固有的牽引力問題，歐洲牽引車裝配有電子控制空氣懸架(ECAS)，其包括控制單元、壓力傳感器、車輪速度傳感器以及閥，並且具有一定的控制邏輯，以當檢測到車輪打滑時朝向驅動軸並遠離非驅動軸轉移載荷。通過增大驅動軸上的載荷，獲得更多牽引作用力並且車輪可以以緩慢的速度移動，直到能夠重新獲得足夠的牽引力，此時系統返回其正常操作，保持在兩個聯掛軸之間的50/50載荷偏置。ECAS系統在歐洲是標準供給，但是，由於它們的額外成本和複雜性，它們尚未廣泛用於北美。在北美，當6×2配置已被採用時，手動「空氣傾倒」閥通常已經被設置到駕駛室，給予駕駛員在需要時從非驅動軸懸架釋放空氣的選項，因此將載荷傳遞到驅動軸。雖然簡單且低成本，但是此方法容許操作者誤差，這可疏忽地在驅動軸上留下過大載荷，違反聯邦橋梁法。為了有效地使用，這將需要駕駛員的額外訓練和經驗。系統已經開始在北美出售，用於將使此過程自動化的6×2配置的控制模塊，類似於ECAS系統。在所有這些情形中，系統監控車輪速度和方向，並且當車輪打滑時調整空氣壓力，以將更多載荷作用在驅動軸上。同樣，一旦重新獲得牽引力並且車輛回到正常速度，載荷偏置就回到在聯掛軸之間50/50。輪胎設計、使用和磨損領域的技術人員將識別出具有聯掛的50/50載荷偏置的6×2牽引車的固有設計缺點。6×4配置和6×2配置的關鍵區別是6×4配置分裂從兩個驅動軸之間的發動機傳遞的扭矩。在6×2配置的情形中，100％的驅動扭矩必須通過單個驅動軸。在同一軸載荷下增大的扭矩將成比例地增大輪胎經歷的縱向打滑。縱向打滑是所有橡膠充氣輪胎在旋轉以驅動車輛時都會經歷的現象。它是沿行進方向發生的打滑。此打滑致使輪胎隨時間磨損，並且在增大的扭矩被施加於6×2配置的情況下，將顯著降低該車隊經歷的輪胎壽命。如果所有車輛都近似滿載地行駛，則增加的縱向打滑很可能不是嚴重的問題，因為可通過非驅動軸的改善的磨損補償驅動軸輪胎的增加的磨損。但是很少是這種情形。根據美國運輸部門的研究，牽引車-掛車組合體等級8車輛所運載的載荷的53％在60000磅以下。假設前轉向軸保持約12000磅的載荷，並且其餘載荷均衡地分布在其他軸之間，這將使約24000磅作用在牽引車和掛車聯掛系統上的每個軸上。對於50/50載荷偏置，驅動軸將僅被加載至其法定20000磅極限內的約12000磅，同時仍取得100％驅動扭矩。此外，如果非驅動後軸是可在升高狀態(其中，它在地面上方間隔開一些距離)和展開狀態(其中，它接觸地面)之間移動的類型，則可存在下述境況，在該境況中，非驅動後軸優選不在升高和展開狀態之間移動，無論空氣懸架控制系統是否另有指令。因此，有利的是提供一種包括互鎖裝置的空氣懸架控制系統，以防止在一定境況下可升降的非驅動後軸移動。
技術實現要素：
本主題具有若干個方面，所述方面可分別地或一起具體化成下面描述和要求權利的裝置和系統。這些方面可單獨地或與本文描述的主題的其他方面組合地被採用，並且對這些方面全體的描述並非意圖排出分別使用這些方面或如所附權利要求中所陳述的分別地或以不同組合地要求這類方面的權利。在一個方面，提供一種與車輛組合使用的自動空氣懸架控制系統，所述車輛具有被配置成在升高狀態和展開狀態之間移動的非驅動後軸、驅動後軸、駐車制動器以及與後軸相連以向每個後軸施加載荷的空氣懸架。所述自動空氣懸架控制系統被編程為：命令所述空氣懸架向所述後軸中的一個或兩個施加載荷並且在選定的載荷狀態下在所述升高狀態和展開狀態之間移動所述非驅動後軸，並且當所述駐車制動器被接合時，防止所述非驅動後軸從所述升高狀態移動到所述展開狀態，或者當所述駐車制動器被接合時，防止所述非驅動後軸從所述展開狀態移動到所述升高狀態。在另一方面，提供一種車輛牽引控制系統。所述系統包括：非驅動後軸，其被配置成在升高狀態和展開狀態之間移動；驅動後軸；駐車制動器；與後軸相連的空氣懸架；以及與所述空氣懸架相連的自動空氣懸架控制系統。自動空氣懸架控制系統被編程為：命令所述空氣懸架向所述後軸中的一個或兩個施加載荷並且在選定的載荷狀態下在所述升高狀態和展開狀態之間移動所述非驅動後軸，並且當所述駐車制動器被接合時，防止所述非驅動後軸從所述升高狀態移動到所述展開狀態，或者當所述駐車制動器被接合時，防止所述非驅動後軸從所述展開狀態移動到所述升高狀態。在另一方面，提供一種控制車輛的牽引的方法，所述車輛具有被配置成在升高狀態和展開狀態之間移動的非驅動後軸、驅動後軸、駐車制動器以及與後軸相連以向每個後軸施加載荷的空氣懸架。所述方法包括：經由所述空氣懸架向所述後軸中的一個或兩個施加載荷；並且確定所述後軸是否經受載荷狀態，在所述載荷狀態下所述非驅動後軸從所述升高狀態被移動到所述展開狀態。如果所述後軸經受載荷狀態，在所述載荷狀態下所述非驅動後軸從所述升高狀態被移動到所述展開狀態，並且駐車制動器分離，則所述非驅動後軸移動，當所述駐車制動器被接合時防止這種移動。在另一方面，提供一種控制車輛的牽引的方法，所述車輛具有被配置成在升高狀態和展開狀態之間移動的非驅動後軸、驅動後軸、駐車制動器以及與後軸相連以向每個後軸施加載荷的空氣懸架。所述方法包括：經由所述空氣懸架向所述後軸中的一個或兩個施加載荷；並且確定所述後軸是否經受載荷狀態，在所述載荷狀態下所述非驅動後軸從所述展開狀態被移動到所述升高狀態。如果所述後軸經受載荷狀態，在所述載荷狀態下所述非驅動後軸從所述展開狀態被移動到所述升高狀態，並且所述駐車制動器分離，則所述非驅動後軸移動；否則，當所述駐車制動器被接合時防止這種移動。附圖說明圖1是具有空氣懸架的車輛的立體圖，車輛的選定部分被去除以更好地示出空氣懸架；圖2是根據本發明的牽引控制系統的氣動系統的一部分的示意圖；圖3是根據本發明的牽引控制系統的電氣系統的一部分的示意圖；圖4是描繪根據本發明的牽引控制例程的示例性實施方式的圖表。具體實施方式本文公開的實施例是為了提供本主題的描述，並且應該理解，主題可被具體化成未詳細示出的各種其他形式和組合。因此，本文公開的特定實施例和特徵應被解釋成如所附權利要求中限定的那樣限制所述主題。圖1圖示具有前軸12及兩個後軸14和16的車輛10。在優選實施例中，車輛10具有6×2配置，其中，後軸中的一個和前軸12是非驅動的，並且另一個後軸是驅動的。優選地，最前側後軸14是非驅動式軸，其可選擇性地移動至接觸和不接觸地面，並且最後側後軸16是驅動軸。但是最前側後軸14是驅動軸並且最後側後軸16是非驅動式支重軸也在本發明的範圍內。車輛10還包括與至少後軸14和16相連的空氣懸架18。空氣懸架18可包括控制兩個軸14和16的單個系統或用於每個軸14、16的單獨系統，所述單獨系統相互通信以聯合地控制軸14和16。空氣懸架18包括與後軸14和16中每個相連的一個或多個懸架彈簧20。被施加於每個後軸14、16上的載荷可通過調整懸架彈簧20上的空氣壓力來改變，並且由自動空氣懸架控制系統22控制，控制系統22與空氣懸架18的傳感器和閥配合以向懸架彈簧20添加空氣或從其排放空氣。自動空氣懸架控制系統22自身以及制動控制系統是車輛牽引控制系統的一部分，本文將更詳細地描述制動控制系統。非驅動後軸是可升降的，並且包括一個或多個升降彈簧24(圖2)的空氣懸架18與該軸相連並且被配置成在升高狀態(其中，非驅動後軸在地面上方間隔開並且未支承載荷)和展開狀態(其中，非驅動後軸下降並接觸地面，以支承載荷)之間移動非驅動軸。當相連的懸架彈簧20將載荷施加於非驅動後軸時，通過空氣懸架控制系統22(通常通過從升降彈簧24排放空氣或以其他方式降低升降彈簧24中的空氣壓力)致動升降彈簧24，以降低非驅動後軸，使其接觸地面。在不脫離本發明的範圍的情況下，可以用各種方式配置和編程自動空氣懸架控制系統22，但是在一個示例性實施例中，自動空氣懸架控制系統22被編程為，當車輛10被加載得低於一定水平時，保持後軸14和16上的載荷處於不同水平。具體地，在相對低的載荷水平下，自動空氣懸架控制系統22被編程為保持驅動後軸上的載荷高於非驅動後軸上的載荷。換言之，自動空氣懸架控制系統22被編程為偏置聯掛套組的後軸14和16上的載荷，以便一直保持驅動後軸上的相對高的載荷(上至最大法定載荷)。這種牽引控制系統一直提供最好的牽引力，並且減少與運轉6×2配置相關的縱向打滑(即，輪胎磨損)。圖2和3示意性地分別圖示了可用於執行本文描述的牽引控制例程和構思的牽引控制系統的示例性氣動和電氣系統的一部分。在一個實施例中，牽引控制系統採用集成電子控制單元(ECU)或自動空氣懸架控制系統22和6埠閥體。閥體歧管可總是被罐壓力加壓(例如，處於125psi)，並且容許來到每個控制電路的壓力受閥保持打開的時間量控制。系統的優選實施例監控其每個控制電路中的空氣壓力，並且如果期望更多壓力，則打開閥以容許更多的空氣以短暫激增的方式進入。在全部系統壓力的每次激增之間，關閉閥並且再次測量壓力。ECU22持續監控並且根據需要添加或排放空氣，以保持合適的壓力。這種系統可採用電磁閥，並且總是以全部系統壓力操作，這可消除機械系統的變化的滯後問題。當非驅動軸相比驅動軸被較輕地加載時，其輪胎不可提供與驅動後軸上的輪胎相同的橫向穩定性。在涉及附接到車輛10的掛車的情形中，當非驅動後軸處於支重位置時，在躲避操縱期間，諸如雙移線以避開路上的某物，掛車通過第五車輪給予的載荷將用於轉向車輛。其效果是，駕駛員將感到「尾巴在搖動狗」(即，掛車試圖轉向卡車)並且需要放入更多轉向輸入，以穩定車輛10。由於這不是常見的感覺，因此缺乏經驗的駕駛員可能反應過度，導致其他問題。當非驅動後軸處於推動器位置時，第五車輪在轉向(即前面的)和驅動軸之間，並且就此而言，此現象不會發生。這是本文描述的牽引控制構思優選被合併到具有處於推動器位置的非驅動後軸的車輛中的原因，因為它容許牽引控制系統安全地工作，以便即使在高速公路速度下也可在後軸之間偏置載荷，而不會危害車輛的動力學特性。但是，如上所述，處於支重位置的非驅動後軸也落在本發明的範圍內。為了進一步增加安全性，牽引控制系統和自動空氣懸架控制系統的控制邏輯優選是全自動的，不需要駕駛員或技術員幹預。它將總是保持驅動後軸上的上至其法定極限的最大可得載荷(或至少相對高的載荷)，並且將根據需要自動地升高和展開非驅動後軸(如果作為可升降推動器軸被提供的話)，以確保遵從聯邦橋梁法。無論掛車如何加載，系統將適當地適應並且絕不會使驅動後軸因操作員的錯誤而過載。在一個實施例中，當被分配給兩個後軸14和16的組合載荷小於預先選定的量或水平時，非驅動後軸上未被放置載荷。這對於非驅動後軸可升降的實施例是優選的，在該情形中，非驅動後軸將處於升高狀態。當非驅動後軸未被加載並且處於升高位置時，驅動後軸上的載荷被容許增加，直到它達到閾值量或水平或載荷。牽引控制例程的此部分由圖4的T0-T1時間範圍描繪。閾值量可以是可施加於驅動後軸的最大法定載荷。例如，在一個實施例中，向驅動後軸施加上至20000磅的載荷是合法的，並且後聯掛軸上的組合法定極限為40000磅。在此情形中，閾值量可為20000磅，意味著非驅動後軸將保持處於基礎載荷，直到通過自動空氣懸架控制系統22的操作施加於驅動後軸的載荷約為20000磅。在圖4所示的替代性實施例中，閾值量或水平或載荷低於可施加於驅動後軸的最大法定載荷，諸如當最大法定載荷為20000磅時閾值量為17000磅。在這種實施例中，非驅動後軸將保持未被加載並且處於升高狀態，直到通過自動空氣懸架控制系統22的操作施加於驅動後軸的載荷約為17000磅。當驅動後軸上的載荷達到閾值量時(在圖4中被描繪成發生於時刻T1)，空氣懸架控制系統22可根據各種可行例程中的一個做出反應。圖4圖示一個示例性例程，但是應該理解，在不脫離本發明的範圍的情況下，也可以採用其他牽引控制例程。例如，美國臨時專利申請序列號61/779,140描述和說明了額外的示例性牽引控制例程，該申請的內容通過引用合併於此。在所示控制例程中，當驅動後軸上的載荷達到閾值量(被示出為17000磅)時，被施加於驅動後軸的載荷由於自動空氣懸架控制系統的作用而降低，同時容許被施加於非驅動後軸上的載荷增加。在被示出發生在T1-T2時間範圍期間。在所示實施例中，非驅動後軸上的載荷為零，直到T1為止，並且非驅動後軸是可升降軸，它直到T1當被施加於驅動後軸達到閾值量時才與地面接合。在T1處，自動空氣懸架控制系統降低升降彈簧24中的空氣壓力，以降低非驅動後軸使其接觸地面並容許它運載被分配給後軸聯掛結構的組合載荷的一部分。可容許非驅動後軸上的載荷增加任意量，但在優選實施例中，容許非驅動後軸上的載荷增加，直到它達到足以避免「彈跳」的量。在所示實施例中，此「穩定量」約等於3000磅，但是在不脫離本發明的範圍的情況下，可改變穩定非驅動後軸所需的載荷量。在容許增加非驅動後軸上的載荷的同時，降低驅動後軸上的載荷。在一個實施例中，在此階段期間被施加於後軸的載荷的變化率是相匹配的，使得通過被施加於驅動後軸的載荷的減少量抵消被施加於非驅動後軸的載荷的增加量。在另一實施例中，被施加於後軸的載荷的變化率不同，使得兩個後軸上的組合載荷在此階段期間可增加(即，當非驅動後軸上的載荷的增加多於驅動軸經歷的減少時)。圖4示出此過渡階段在T1-T2時間範圍內發生，其佔據有限的時間量，但是應該理解，在T1-T2時間範圍期間(以及在本文描述的任何其他時間範圍期間)執行的控制例程不受限於任何特定的持續時間。當被施加於非驅動後軸的載荷已經達到穩定量或載荷時(在圖4的T2處)，被施加於非驅動後軸的載荷保持處於穩定載荷，如圖4所描繪的發生在T2-T3時間範圍期間。在此同一時間範圍期間，自動空氣懸架控制系統22容許驅動後軸上的載荷增加。驅動後軸上的載荷可以以任何比率增加任何量，但是在所示實施例中，容許驅動後軸上的載荷增加，直到它達到最大法定極限為止。當被施加於驅動後軸上的載荷已經達到預先選定的水平(在圖4中被圖示為最大法定極限或20000磅)，在圖4中的T3處示出，自動空氣懸架控制系統22保持驅動後軸上的載荷處於該水平，同時容許非驅動後軸上的載荷增加。如圖4所示，非驅動後軸上的載荷未達到與驅動後軸上的載荷相同的水平，直到在T4處達到聯掛結構上的最大法定組合載荷(被示出為40000磅)。當已經均衡了後軸上的載荷時，被施加於聯掛結構上的任何其他載荷(其將描繪過載狀態)可相等地施加於所述軸(在圖4的T4右側描繪)。由於被施加於後軸的載荷在中間載荷水平顯著不同，因此牽引控制系統可優選包括向較輕地加載的非驅動後軸施加制動控制特徵或制動壓力配比的制動控制系統。制動壓力配比可通過控制邏輯或利用可商購的載荷配比閥來實現，所述閥是諸如瑞典斯德哥爾摩的TheHaldexGroup製造的那類載荷感測閥，以向較輕地加載的非驅動後軸施加合適的制動壓力，以匹配其載荷，從而避免在正常制動期間鎖定它。在不脫離本發明的範圍的情況下，也可以採用其他控制例程和圖4的控制例程的變形。在一個這種變形中，牽引控制系統包括被配置成確定何時發生車輪打滑的一個或多個傳感器。當檢測到車輪打滑時，為了改進牽引力，載荷從非驅動後軸...