滑動轉向全地形車的製作方法
2023-09-22 19:19:35
專利名稱：滑動轉向全地形車的製作方法
技術領域：
本發明涉及ー種滑動轉向全地形車(ATV)，其包括轉向裝置，由此ATV具有滑動轉向輪或環形履帶，並且該轉向裝置包括差速齒輪箱
背景技術：
現有的ATV具有不同的布置並具有不同的驅動和轉向系統。能夠在這種車輛上實現轉向的方式主要有兩類。在這種車輛的第一類也是最常見類型中，車輛通過至少兩個車輪轉向，這兩個車輪繞豎直樞轉點水平地樞轉。通過杆或齒輪將這些車輪機械地連接於方向盤或操縱柄。駕駛員轉動操縱柄或方向盤以使車輪轉向井使車輛轉向。能夠以液壓或電力的方式輔助轉向從而減小駕駛員的轉向力。在這種全地形車的第二類中，車輛為滑動轉向式並且不具有水平樞轉的車輪。所有車輪都關於車輛的驅動方向固定地安裝並且剛性地連接於懸架系統或直接連接於車輛本體。這適用於如圖2所示的具有4個、6個、或8個車輪的車輪驅動式車輛或者適用於具有環形履帶而不是車輪的車輛。本發明涉及該第二類。這種滑動轉向的ATV依據不同車輛種類的不同製造商而進行區分，所述車輛種類從非常重的作戰坦克，到商用的雪處理車輛以及用於建築等中的車輛，直至最大重量為大約I噸的輕型車輛等。本發明涉及所有可能的滑動轉向車輛中的一部分，例如屬於相同申請人的美國專利No. 7，131，507中所公開的全履帶式ATV或市場上現有的具有四個、六個或八個車輪的輕量小型車輛。這些車輛的乾重量低於大約ー噸。現有技術中已知的ATV的一個缺點——同樣為輕量ATV (以下稱為LATV)的ー個缺點——涉及轉向，尤其是在較高車輛速度並且特別是在易變的或變化的地麵條件下要求平穩控制和完全安全的情況下。這些輕型並且相對較小的LATV通常以如下方式轉向將驅動系統分成右輪或右履帶以及左輪或左履帶，並且如果施加轉向，則使用某種類型的離合器使左輪組(或履帯)或右輪組(或履帯)與驅動器分離，並且向該同一輪組或履帶施加制動カ以使其速度減慢並且使車輛因為由此引起的這種車輛的輪組或履帶的速度差而轉彎。這種系統的缺點在於，當沿彎路行駛時使車輛轉向所需的制動使車輛的ー側例如車輛的內側的扭矩無效，然而在車輛的另ー側即外側則需要較大的扭矩和履帶速度以使車輛速度保持恆定。該系統效率低，而且不允許在較高速度下平穩地並且安全地操作車輛，特別是在圍繞這樣的拐角行駛時行駛地麵條件由硬變為軟例如從浙青路分別變化至雪地或泥地的情況下在該拐角處，因為駕駛員必須在地麵條件的這種改變期間適應性調節所施加的制動カ以補償履帶或車輪的較高或較低的附著力及阻力特性，而因為所涉及的反應時間非常短，所以這實際上是不可控制的，因此這些車輛失去控制。為了消除上文所提及的缺點，已知使用差速轉向裝置。現已存在用於作戰坦克等重型車輛的非常重的並且非常複雜的差速轉向系統，例如以下各示例，但是由於其複雜性、重量、尺寸以及成本，這些差速系統不能被用於輕型車輛及小型車輛美國專利No. 6，135，220公開了履帶式車輛並涉及用於支撐驅動機構的模塊化系統。該系統包括兩個驅動單元，該驅動単元包括差速器和使用附加差速器的轉向組件。美國專利No. 4，434，680公開了用於運土牽引車的轉向差速器，但是該轉向差速器不適用於快速移動的LATV並且對於輕型車輛及低成本的車輛來說太複雜。
WO 97/02975公開了具有兩個差速器以及轉向差速器的差速驅動系統。
發明內容
鑑於上文所提及的現有技術，本發明的目的是為滑動轉向LATV提供ー種有效但是簡單、並且易於製造的差速轉向裝置，從而使得能夠在較高車輛速度下以高安全性和平穩性以受控的方式行駛和轉向，即使在當圍繞拐角快速行駛時地表麵條件顯著變化的情況下也如此。該目的由ー種差速轉向裝置來實現，其中，ATV是輕型ATV(LATV)，並且其中，差速轉向裝置設計成產生與轉向裝置的轉向角度有關而與車輛行駛於其上的地表麵條件無關的、車輛的兩個驅動單元的限定的差速，由此，附加轉向驅動作用於差速齒輪上。
從參照附圖的以下詳細描述中，其它的特性和優點將變得顯而易見。圖I示出了根據現有技術的全履帶LATV的簡化立體圖；圖2示出了根據現有技術的輪式LATV的簡化側視圖；圖2A示出了圖2中的LATV的俯視圖；圖3示出了根據本發明的車輛的驅動部件的簡化俯視圖；圖4示意性地示出了根據本發明的差速轉向裝置；圖5示出了根據本發明的液壓轉向単元；以及圖6示出了電子節氣門的簡化圖。
具體實施例方式如下文中將詳細描述的，該新的差速轉向系統原理能夠被用在車輪或履帶驅動的滑動轉向車輛上，其允許在高達超過60mph的高速下同樣安全地控制車輛，並且使車輛保持軌跡，即使在車輛圍繞拐角轉向的過程中行駛表面從浙青地面突然變成雪地或泥地的情況下也如此。該新系統基於以下方式運轉驅動動力由內燃發動機產生，該內燃發動機通過軸連接於變速箱或直接連接於差速轉向齒輪箱。驅動及轉向單元的確切構造及其設計方式不相關，其可以實現為例如電氣式、液壓式、以及機械式或者這些方式的結合。如果車輛向前直線行駛，則將動カ施加至位於車輛驅動單元右側和左側中的每ー側的兩個車輪組或者履帶，兩個驅動單元均精確地以相同的速度轉彎，而與各側的根據行駛表麵條件所需的扭矩無關。例如，在車輛的一側處於雪地或泥地這樣的又軟又滑的表面上，而另ー側處於混凝土或浙青這樣的硬表面上的情況下。如果車輛轉向至ー側，則位於轉向齒輪箱中的轉向系統將由液壓系統和差速齒輪產生的差速應用於各驅動單元的行駛速度。右驅動單元和左驅動單元的速度依據車輛行駛的期望轉角半徑而不同。兩個驅動單元的差速是通過兩個驅動單元之間的傳動比的受控變化來實現的，而不是通過施加任何轉向制動來實現的，因此不會使驅動動力無效。施加於驅動系統的總扭矩在轉向期間不變，而僅改變扭矩的分布。在一側減小的扭矩被施加/添加至另ー側。基於該特性，車輛在轉向期間保持恆定的行駛速度，而無需向驅動單元提供任何額外的動カ以補償轉向制動損失。下文將解釋的電子節氣門控制系統正好補償液壓系統啟動轉向輸入所需的額外動力。該系統允許對車輛的駕駛性能進行控制以平穩地且容易地進行駕駛，而且能夠對這 樣的車輛速度極限進行控制該車輛速度極限用於不同駕駛模式即學習者模式，或者僅是為了在以通過電子節氣門而不是任何硬性發動機倒檔限制器所控制的限制車速來駕駛車輛平穩倒退時實現安全性。相同的功能能夠應用於其它檔位，也就是說，在較小傳動比時保護髮動機使其免於過度反應。在該示例中，通過操縱柄來完成轉向輸入，但是也能夠通過方向盤完成，或者甚至能夠通過用於車輛的遠程控制的伺服機構來完成。該轉向輸入裝置的轉向角度限定車輛的兩個驅動單元的差速並且因此限定了取決於車輛的速度的車輛的轉彎半徑；並且這與兩個驅動單元上的各種各樣的附著條件無關。由於轉向系統的布置，轉向效果以遞減的方式取決於車輛的速度，從而在低的車輛速度下，轉向輸入導致驅動單元的較高的差速比，並且因此導致車輛的較小的轉彎半徑。在較高的車輛速度下，相同的轉向輸入導致驅動單元的較低的差速比並且因此導致較大的轉彎半徑。該遞減特性允許低速下的車輛的高的可操作性，而在高速下提供了平穩且安全的反應。從對此也相當關注的汽車應用中也已知這種特性。如果在轉向過程中，地表面改變，則系統平衡每側所需的扭矩並且保持與轉向輸入需求相同的差速比。轉向系統的該特性是非常有利的，並且在較高的車輛速度以及在各種各樣的或改變的地表麵條件下同樣有助於使車輛安全地且精確地轉向。圖I示出了根據現有技術的全履帶LATV的簡化立體圖，在該LATV中，兩個履帶50由安裝於懸架臂的惰輪51支撐。跨騎式座位53可容納ー個人或一前一後兩個人，駕駛員通過摩託車型操縱柄52控制車輛。圖2示出了根據現有技術的輪式LATV的簡化立體圖，在該LATV中，車輪55通常直接安裝於車身54。座位56同樣提供用於兩個人的空間，但這兩個人是並排的，駕駛員通過轉向杆57以將ー個杆向後拉使得車輛轉到相應側的方式來控制車輛。圖3示出了根據本發明的車輛的簡化的俯視圖，其中在本示例中為汽油內燃發動機的發動機I通過可變傳動裝置2和切換齒輪箱3為快速前進檔、低速檔、空擋，倒檔以及停車等位置的選擇給送動力。發動機還可以是柴油機或任意其它類型的動カ裝置。本齒輪箱組件為手動換擋式齒輪箱，其還可以是自動齒輪箱、或任意其它類型的離合器以及包括靜液壓驅動器的傳動裝置。齒輪箱3聯接於驅動軸4，該驅動軸4將動カ送至車輛後部的差速齒輪箱5。差速齒輪箱的輸出與位於兩側的最終驅動軸6以及制動器7相連接並且將動力給送至位於車輛的每ー側的履帶51。發動機還驅動液壓泵9，如果駕駛員做出轉向輸入，則該液壓泵9根據圖5中的功能性說明對液壓轉向馬達8進行供給。部件的本布置方案是能夠根據屬於同一申請人的美國專利No. 7，131，507來實現該系統的方式的示例。在本上下文中，精確的布置不重要，可以不同的方式設置發動機以及轉向齒輪箱，從而獲得系統的相同的功能性。圖4示意性地示出了根據本發明的差速轉向裝置，其中，來自發動機的動カ傳至聯接器11和輸入軸10，然後傳至錐齒輪以及齒輪減速單元15。將從動齒輪減速單元15剛性連接於位於兩側的差速齒輪輸入軸16並且將動カ給送至在本示例中為行星齒輪組的差速齒輪箱14的輸入齒輪19。還可將差速齒輪實現為錐齒輪組或任意其它類型的齒輪箱布置。在本示例中的輸入作用於行星齒輪組的恆星齒輪19，但是在具有根據系統適配的傳動比的輸入/輸出的任意構造中，輸入還可作用於行星齒輪或齒圈。在本布置中，動カ輸出從齒圈12被導引至輸出軸20和連接凸緣13上。轉向輸入 從液壓轉向馬達8通過齒輪和軸23、24、25、22被導引至行星齒輪架21和行星齒輪。當在沒有任何轉向輸入的情況下在向前或倒退方向上直線駕駛車輛時，所有這些部件都靜止不動，獲得在兩側具有相同輸出速度的差速齒輪的固定傳動比。因此兩個履帶51被剛性地連接用於最大牽引。當駕駛員施加轉向輸入時，例如下面圖5中所詳細描述的，差速齒輪受到來自轉向系統的驅動。根據轉向量，液壓馬達8關於所要求的轉彎方向在ー個方向上較快地進行驅動而在另ー個方向上較慢地進行驅動，並且通過齒輪和軸23、24、22、25驅動行星齒輪架21。行星齒輪架21通過軸18移動行星齒輪17，改變恆星齒輪19與齒圈12之間的行星齒輪組的傳動比並獲得兩個輸出軸20的差速。為了保持車輛的恆定速率，外側輸出軸20和驅動單元需要比空檔車輛速度運轉得更快，另ー側輸出軸需要等量地比空檔車輛速度運轉得更慢，這可通過如下方式實現通過中間軸25使一側的行星齒輪架的旋轉方向反向以將行星齒輪組的傳動比或者改變成正的或者改變成負的。在該系統內，液壓轉向馬達8的驅動導致兩個行星齒輪架反向旋轉，並且因此導致輸出軸20和最終驅動器13分別相對於輸入軸10的轉速的較低的和較高的傳動比。本系統的重要的優點還引起如下事實即，行星齒輪架21的轉向驅動輸入轉速範圍被差速齒輪輸入軸16的車輛驅動轉速範圍所覆蓋，這導致最終驅動器13的差速取決於車輛速度。因而，在來自操縱柄52的轉向輸入相同的情況下，轉彎半徑隨著車輛速度的增加而變大。該遞減轉向特性是極為有利的並且允許在高車輛速度下安全地控制車輛，而且還允許在低車輛速度下具有最好的可操作性。本系統的另一重要的優點為在該可變傳動比範圍內，兩個最終驅動器13始終聯接在一起，確保了車輛在任何類型的行駛表面和行駛阻カ條件下安全並且平穩地運動，而不受駕駛員施加的扭矩的大小的任何影響。由此可見，通過軸16將輸入驅動軸10剛性連接於位於各側的任何類型的兩個差速齒輪。這些差速齒輪的輸出在各側剛性連接於車輪或履帶的驅動軸6。如果車輛在沒有任何轉向輸入的情況下直線行駛，則附加液壓轉向馬達8、車軸及齒輪2、4停止，並且兩個從動車輪和履帶因此而彼此固定連接並與輸入軸6固定連接。在這種情況下，傳動系是純機械的而無任何額外損耗。如果將轉向輸入施加於馬達8，則馬達根據轉向輸入開始沿向左或向右中的ー個方向轉動。該馬達的轉速範圍取決於轉向輸入的轉向角度。基於軸及齒輪2的作用——這還可以是例如帶傳動，差速齒輪開始轉動，這導致位於兩側的輸出軸20的差速。由於ー個輪或履帶需要比另ー個轉動得更快的事實，或如同在靜止情況下那樣，當原地打轉時，一個軸向前驅動而另ー個軸向後驅動，轉向傳動系需要車軸及齒輪4改變差速齒輪箱的ー個驅動側的旋轉方向。圖5示出了根據本發明的轉向液壓系統，其中，內燃發動機I通過側驅動器驅動液壓泵9以產生用於轉向功能所需的液壓壓力。在本示例中，內燃發動機I還驅動車輛，然而，這對系統的功能性而言不重要。液壓泵9還可由例如単獨的電動機驅動。為了安全，閥27控制工作壓カ並且限制系統最大壓力。優先流量控制閥28以如下方式控制流至轉向閥29的流量將轉向閥的壓力降用作為控制壓カ差。優先流量控制閥28在本布置中用作為壓カ平衡裝置並且實現三通流量控制閥的功能。因此其增加或減少流至轉向閥29的流量，因而控制壓カ差始終保持恆定。使用閥30將控制壓カ差切換至液壓迴路中的一個流動方向或另ー個流動方向。在本系統中，該閥被一體形成於轉向閥29中。轉向閥29 —方面如可調節孔ロ那樣起作用，另ー方面其控制流過液壓轉向馬達8的流動方向，以便根據駕駛員的轉向輸入實現向前旋轉或反向旋轉，從而使車輛轉向ー側或另ー側。使用這種構型，結果在於流量和開ロ的橫截面面積的恆定關係且因此在於液壓轉向馬達8的相關的轉速範圍，與當前系統壓カ以及從液壓泵9的給送的流量無關。 未用於轉向以實現駕駛員的轉向輸入的油量能夠被用於驅動任何工作液壓單元31或將通過帶有熱交換器35和過濾器36的回流管路39回流而返回至油箱37中。油箱通過蓋28通風以防止箱內的負壓或超壓。轉向保持恆定地工作，其獨立於經流量控制閥32和系統壓カ控制閥27控制的用於工作液壓單元的壓力。如果根據內燃發動機I和泵9的工作轉速範圍沒有足夠的體積流量可用於滿足轉向要求的需要，則轉向始終由於優先閥28的作用而具有優先權。在這種情況下，工作液壓系統僅獲取不為轉向功能所需的油。為了通過手柄或任意其它轉向裝置獲得反饋至駕駛員的轉向力，能夠將任選的液壓缸33添加至液壓轉向馬達8的供給管路中。該反饋力與轉向系統中所需的壓力有夫，並且因此與用於車輛的兩個履帶或車輪的牽引的指示器有夫。4-2閥34用於使液壓轉向馬達8的旋轉方向反向井且因此用於保持轉向輸入方向獨立於車輛前進或倒退運動。該閥34能夠通過電的、液壓的或機械的方式來進行切換，由於安全的原因，該閥34始終處於用於向前行駛的默認的位置。
圖6示出了根據本發明的用於對發動機扭矩和車輛的駕駛性能進行控制的電子節氣門控制的簡化形式。在現有技術的ATV中，發動機的扭矩是經由節氣門拉索機械地控制，呈節氣門踏板42A或拇指節氣門拉杆42的形式的輸入裝置打開和關閉內燃發動機的節氣門本體以控制驅動車輛所要求的扭矩。
呈節氣門踏板42A或拇指節氣門拉杆42的形式的輸入裝置向電子節氣門控制(ETC)単元41提供電子信號。該控制単元41能夠一體形成於發動機控制單元中以對內燃發動機的燃料、點火等進行控制。由於以下事實S卩，甚至根據本發明的滑動轉向車輛也使用一些動カ増加以使車輛轉向，因此在無需車輛駕駛員做出任何校正以允許安全行駛的情況下，發動機需要給送更多扭矩以保證平穩行駛。/
根據本發明，轉向是由液壓系統啟動的，該液壓系統控制履帶或車輪的差速以使車輛沿ー個方向轉向。如液壓系統中所解釋的，具有動カ輸出49的內燃發動機I驅動液壓泵9，液壓油經由通到液壓泵的供給管路46被供應至該液壓泵，並且從該液壓泵經由壓カ管路47被供應至壓力傳感器48。參見圖5，優先閥28限定所需要的液壓系統的壓カ以產生由液壓轉向馬達8驅動的所要求的差速。用於轉向所需的扭矩主要取決於車輛行駛於其上的地表麵條件。在如浙青或混凝土等硬表面上，需要更大的扭矩且因此需要較高的液壓壓カ以使車輛按照駕駛員的要求滑動轉向。在如泥、沙或雪等軟表面上，需要較小的扭矩以實現車輛的相同的轉向量和半徑。但是，通過傳動所設定的傳動系的傳動比也以相同的方式影響系統。在低速檔選擇小傳動比需要來自發動機的較小的扭矩，而在高速檔使用大傳動比以驅動車輛。為了補償從發動機吸取的該カ矩並且允許自動穩定的車輛行駛，壓カ傳感器48測量所產生的液壓壓カ並且將該值報告給ETC控制單元41。ETC具有集成的模型和映射以計算期望的節氣門開度補償並且將該信息提供給節氣門致動器45。該節氣門致動器經由車軸44改變節氣門本體43的開度，以打開一個或更多個節氣門。根據應用，這可以是用於所有汽缸的一個或更多個節氣門或者用於每個汽缸的単獨的節氣門；本應用示出了每個汽缸有単獨的節氣門，節氣門根據所需扭矩的量而同步，所需扭矩的量反映在更多的節氣門開度百分比中.依據壓カ傳感器48的壓カ輸入值將該補償量計算作為取決於車輛速度的基礎函數。為了適應各種可能的情況，需要用於系統穩定的附加的補償函數。在本發明中，基於三維映射表格或ニ維表格，使用車輛速度、發動機轉速範圍、發動機負荷、檔位以及液壓油溫度來計算節氣門開度的最終校正百分比，以及發動機扭矩，這也可以是如經常在現今的電子節氣門控制系統的類似系統的汽車應用中所使用的計算出的模型函數。參看圖5，除了滑動轉向車輛中的ETC系統的主要功能——補償轉向損失——之夕卜，能夠在沒有任何附加電子設備的情況下，安全地實現其它功能，如優化的駕駛性能、具有降低的發動機動カ以及有限的車輛速度的學習模式、取決於所選檔位的平穩且安全的車輛速度限制、無人駕駛時的遠程控制、或者發動機動カ控制以與附加液壓設備31 —起工作。
權利要求
1.ー種滑動轉向全地形車(ATV)，包括用於位於車輛兩側的車輪或履帶的兩個驅動單元以及包括液壓泵和液壓轉向馬達的液壓轉向裝置，其中，所述全地形車是輕型全地形車(LATV)，並且其中，液壓迴路包括對連接於所述液壓轉向馬達的轉向閥進行控制的優先流量控制閥。
2.如權利要求I所述的輕型全地形車，其中，其乾重量小於大約I噸，其長度小於大約3. 5米，並且其寬度小於大約I. 65米。
3.如權利要求I所述的輕型全地形車，其中，所述優先流量控制閥用作為壓カ差控制閥並且獨立於液壓系統的壓力來控制流到所述液壓轉向馬達的油量。
4.如權利要求I所述的輕型全地形車，其中，所述液壓迴路進ー步包括限壓閥。
5.如權利要求I所述的輕型全地形車，其中，使用液壓閥以根據前進檔或倒檔是否接合來改變液壓油的流動方向。
6.如權利要求I所述的輕型全地形車，其中，用於轉向和輔助驅動的所述液壓泵安裝於發動機殼體上並且由內燃發動機的曲軸直接驅動。
7.如權利要求I所述的輕型全地形車，其中，所述迴路進ー步包括輔助工作液壓系統，並且液壓轉向馬達系統設計成使得相比於所述輔助工作液壓系統始終具有優先權。
8.如權利要求I所述的輕型全地形車，其中，所述液壓轉向馬達作用於如權利要求2所述的差速齒輪上。
9.ー種滑動轉向全地形車(ATV)，包括用於位於車輛兩側的車輪或履帶的兩個驅動單元，其中，所述全地形車是包括發動機扭矩控制裝置的輕型全地形車(LATV)，所述發動機扭矩控制裝置具有與發動機和駕駛員節氣門拉杆或踏板相連接的電子節氣門控制系統。
10.如權利要求9所述的輕型全地形車，其中，所述電子節氣門控制系統根據控制電子節氣門的轉向壓カ傳感器值來補償用於轉向作用所需的扭矩，並且因而補償發動機扭矩。
11.如權利要求9所述的輕型全地形車，其中，將所述電子節氣門控制系統設計成在無駕駛員在所述駕駛員節氣門或踏板上的輸入的情況下對用於轉向作用所需的扭矩進行補償以確保所述發動機在轉向過程中保持其轉速範圍穩定。
12.如權利要求9所述的輕型全地形車，其中，將所述電子節氣門控制系統設計成在沒有發動機轉速範圍限制的情況下根據所接合的檔位不同地控制最大車輛速度。
13.如權利要求9所述的輕型全地形車，其中，將所述電子節氣門控制系統設計成提供學習者模式，在所述學習者模式中，能夠根據駕駛員的技術來調節車輛速度。
14.如權利要求9所述的輕型全地形車，其中，其乾重量小於大約ー噸，其長度小於大約3. 5米，並且其寬度小於大約I. 65米。
15.如權利要求I和9所述的輕型全地形車，其中，所述差速轉向裝置、所述液壓轉向裝置以及所述扭矩補償裝置使得所述輕型全地形車能夠就地轉彎並且能夠行駛於非常急的彎道。
全文摘要
一種滑動轉向全地形車(ATV)，電括用於位於車輛兩側的車輪或履帶的兩個驅動單元和具有差速齒輪的差速轉向裝置，其中，所述全地形車是輕型全地形車(LATV)，並且其中，差速轉向裝置設計成產生與轉向裝置的轉向角度有關而與車輛行駛於其上的表麵條件無關的、車輛的兩個驅動單元的限定的差速，由此，附加轉向驅動作用於差速齒輪上。
文檔編號B62D5/06GK102653283SQ20121005956
公開日2012年9月5日 申請日期2008年12月15日 優先權日2007年12月27日
發明者烏爾斯·文格爾, 比特·科勒, 漢斯-魯道夫·詹尼 申請人:瑞士自動摩託車有限公司