СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ СОЧЛЕНЕНИЕМ
METHOD OF ARTICULATION CONTROL

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к системе управления сочленением для сочлененных транспортных средств в соответствии с ограничительной частью независимого пункта 1 формулы изобретения. Настоящее изобретение также относится к сочлененному транспортному средству в соответствии с независимым пунктом 15 формулы изобретения.
Уровень техники
Длинные транспортные средства имеют ряд преимуществ, например, они допускают более высокую грузоподъемность по сравнению с более короткими транспортными средствами. Однако недостатком является то, что кузов длинного транспортного средства требует много места, например, при повороте на угол. Вследствие этого длинные транспортные средства для городского использования часто конструируют как сочлененные транспортные средства. Примерами таких транспортных средств являются автобусы, сочлененные грузовики и грузовики с прицепом. Сочленение способствует доступности в городских районах, в то же время учитывая преимущества кузова длинного транспортного средства, т.е. более высокую вместимость пассажиров или грузоподъемность (емкость транспортировки).
Традиционная система трансмиссии для сочлененных транспортных средств использует управляемый передний мост и мост трансмиссии на переднем кузове транспортного средства, например грузовика, и один или более мостов, расположенных на заднем кузове транспортного средства. Подобное функциональное решение является общепринятым также для сочлененных автобусов, причем в этом случае двигатель и трансмиссию устанавливают под полом между мостом рулевого управления и мостом трансмиссии переднего кузова транспортного средства, и при этом передний кузов транспортного средства тянет задний кузов транспортного средства. Характеристики управления таких автобусов обычно подобны характеристикам управления грузовика с прицепом.
Однако такое решение накладывает физические ограничения, которые препятствуют необходимости иметь, в частности, относительно городских автобусов, конструкцию, которая дает в результате как можно низкий пол, чтобы делать посадку и высадку быстрой и легкой, поскольку трудно выполнить такой низкий пол вследствие необходимости пространства, требуемого для двигателя и трансмиссии.
Вследствие этого сочлененные автобусы часто имеют двигатель и трансмиссию, размещенные в задней части заднего кузова автобуса, т.е. сзади сочленения. Однако решение, в котором передний кузов транспортного средства толкают с помощью заднего кузова транспортного средства, навязывает характеристики управления, которые существенно отличаются от несочлененных транспортных средств и сочлененных транспортных средств, имеющих передний кузов транспортного средства, действующий как тягач.
Например, если соединение сочленения может поворачиваться слишком свободно, т.е. является слишком недемпфированным, имеется риск того, что задний кузов транспортного средства может выбрасывать и толкать средний мост, т.е. задний мост переднего кузова транспортного средства или среднюю часть транспортного средства, в сторону, в частности, во время зимних условий и, иначе, скользких условий. Кроме того, если сочленение является слишком недемпфированным во время работы на высокой скорости, транспортное средство может стать неустойчивым. С другой стороны, если сочленение является слишком демпфированным, необходимому повороту, например, при повороте на угол, будет создано препятствие, и транспортное средство будет стремиться продолжать двигаться точно вперед.
Вследствие этих причин раскрыт ряд систем управления сочленением, в которых сочленением обычно управляют посредством демпфирующего механизма для обеспечения подходящего коэффициента демпфирования сочленения в зависимости от текущих условий управления. Такие демпфирующие механизмы обычно управляются электронным способом, при котором коэффициентом демпфирования, например, управляют на основании параметров, таких как угол рулевого управления, текущий угол сочленения, величина транспортного средства, величина угла сочленения и ускорение угла сочленения.
Однако такие электрически управляемые системы демпфирования часто являются неспособными допускать продолженную работу транспортного средства, если система подвержена неисправности, и, следовательно, существует необходимость в усовершенствованной системе демпфирования сочленения.
Сущность изобретения
Задачей настоящего изобретения является создание системы управления сочленением, которая решает вышеуказанные проблемы. Эта задача достигается посредством системы в соответствии с отличительной частью независимого пункта 1 формулы изобретения.
В соответствии с настоящим изобретением система управления сочленением содержит средство сочленения, содержащее первое демпфирующее средство и второе демпфирующее средство, причем система содержит первое устройство управления для управления первым демпфирующим средством и второе устройство управления, отдельное от первого устройства управления, для управления вторым демпфирующим средством.
Это имеет преимущество в том, что, если одно из устройств управления отказывает, другое устройство управления может, с использованием соединенного с ним демпфирующего средства, поддерживать удовлетворительное управление механизмом сочленения и, таким образом, гарантировать продолженную работу транспортного средства безопасным способом.
Дополнительные характеристики настоящего изобретения и его преимущества будут очевидны из следующего подробного описания предпочтительных вариантов осуществления и прилагаемых чертежей, которые приведены только в качестве примера, и никоим образом не должны быть истолкованы как ограничивающие.
Краткое описание чертежей
Фиг.1 представляет собой вид сочлененного транспортного средства, в котором может быть использовано настоящее изобретение.
Фиг.2 представляет собой демпфирующий механизм для сочленения.
Фиг.3 представляет собой схематичный вид системы управления демпфирующим механизмом в соответствии с настоящим изобретением.
Подробное описание предпочтительных вариантов
осуществления изобретения
В описании и формуле изобретения настоящего изобретения выражение «передний кузов транспортного средства» должно быть интерпретировано как кузов транспортного средства, имеющий, по меньшей мере, один мост рулевого управления. Кроме того, выражение «задний кузов транспортного средства» должно быть интерпретировано как кузов транспортного средства, имеющий, по меньшей мере, один задний мост, и причем задний кузов транспортного средства выполнен с возможностью соединения с передним кузовом транспортного средства с использованием средства сочленения, т.е. поворачиваемого соединения.
Кроме того, в описании и формуле изобретения понятие устройства управления должно быть интерпретировано как устройство, содержащее управляющие логические устройства, которые могут обмениваться цифровыми данными с другими устройствами управления.
Как указано выше, сочлененные транспортные средства часто имеют увеличенную грузоподъемность по сравнению с обычными транспортными средствами. На фиг.1 показан пример сочлененного транспортного средства в виде автобуса 10, в котором преимущественно может быть использовано настоящее изобретение. Автобус 10 состоит из переднего кузова 11 транспортного средства и заднего кузова 12 транспортного средства, причем передний кузов 11 транспортного средства и задний кузов 12 транспортного средства соединены друг с другом с использованием механизма 13 сочленения, который будет описан более подробно ниже. Передний кузов транспортного средства содержит мост 14 рулевого управления (часто называемый передний мост или мост А), предназначенный для управления транспортным средством, и второй мост 15 (мост В или средний мост транспортного средства). Задний кузов транспортного средства содержит мост 16 трансмиссии (мост С или задний мост), который приводят в действие посредством двигателя 17 и коробки 18 передач, расположенных в конце заднего кузова 12 транспортного средства. Следовательно, раскрытое транспортное средство представляет конфигурацию толкача, в которой передний кузов 11 транспортного средства толкают задним кузовом 12 транспортного средства. Как было отмечено выше, транспортные средства конфигурации толкача навязывают характеристики управления, которые отличаются от транспортных средств, имеющих конфигурацию тягача. Эти различия компенсируют с использованием механизма 13 сочленения, который более подробно раскрыт на фиг.2. Механизм сочленения содержит устройство сочленения, состоящее из поворотной площадки 20, которая одним своим концом 22 выполнена с возможностью жесткого крепления к заднему кузову 12 транспортного средства, а другим концом 21 с возможностью жесткого крепления к переднему кузову 11 транспортного средства. Если раскрытая поворотная площадка использована в транспортном средстве с сочленением типа тягача, свободный поворот самой поворотной площадки обеспечивал бы достаточный механизм для обеспечения необходимого относительного движения (поворота) между передним кузовом 11 транспортного средства и задним кузовом 12 транспортного средства. Однако при использовании в транспортном средстве типа толкача недемпфированный поворот поворотной площадки мог бы вызвать складывание вдвое транспортного средства, когда дороги являются скользкими или когда транспортное средство поворачивает на угол с высокой скоростью. Вследствие этого раскрытый механизм сочленения снабжен двумя демпфирующими средствами в виде гидравлических демпфирующих цилиндров 23, 24, которые используют для того, чтобы обеспечить подходящий и переменный коэффициент демпфирования, чтобы демпфировать относительное движение переднего кузова транспортного средства и заднего кузова транспортного средства друг относительно друга. Посредством изменения гидравлического давления, поданного в цилиндры 23, 24, можно управлять коэффициентом демпфирования и регулировать его в соответствии с имеющимися условиями управления. Например, когда скорость транспортного средства меньше или равна 30 км/ч и если угол сочленения больше или равен, например, 7° в любом направлении и не увеличивается, гидравлические цилиндры могут быть выполнены с возможностью обеспечения минимального демпфирования таким образом, чтобы позволить сочленению распрямляться (в этом примере допускают, что транспортное средство должно быть направлено точно вперед, если угол сочленения меньше или равен 7°). Конечно, этот угол может быть любым подходящим углом. Кроме того, в той же самой ситуации, если обнаруживают, что угол сочленения увеличивается, коэффициент демпфирования немедленно может быть увеличен, чтобы предотвратить складывание вдвое транспортного средства.
Если, с другой стороны, скорость транспортного средства больше чем 30 км/ч, коэффициент демпфирования может быть увеличен в зависимости от скорости транспортного средства, независимо от угла сочленения, для того чтобы предотвратить складывание вдвое и/или неустойчивое управление. Зависимость между коэффициентом демпфирования и скоростью транспортного средства, например, может быть линейной (с одной и той же или разной производной для разных интервалов скорости транспортного средства) или экспоненциальной.
Как было упомянуто выше, коэффициентом демпфирования управляют с помощью управления гидравлическим давлением демпфирующих цилиндров. В свою очередь, гидравлическим давлением управляют с использованием исполнительного механизма, например, пропорционального клапана, управляемого током, в котором результирующее гидравлическое давление зависит от управляющего тока. Как видно на чертеже, каждым цилиндром 23, 24 управляют посредством пропорционального клапана 25, 26 соответственно.
Кроме того, устройство 27 управления используют для того, чтобы определять токи управления пропорционального клапана на основании преобладающих условий управления, для того чтобы всегда гарантировать удовлетворительные характеристики управления. Устройство 27 управления содержит средство для приложения определенного тока (токов) к пропорциональным клапанам, например, посредством приложения определенного управляющего тока на выходном зажиме, соединенном с пропорциональным клапаном. Устройство управления схематично изображено на чертеже, и его местоположение обычно зависит от конструктора транспортного средства. Например, устройство 27 управления может быть расположено на поворотной площадке или вблизи нее или в подходящем местоположении в любом из переднего кузова транспортного средства и заднего кузова транспортного средства. Устройство 27 управления соединено с шиной передачи данных транспортного средства таким образом, чтобы обеспечить возможность взаимодействия с другими устройствами системы управления транспортным средством и приема соответствующих данных для обеспечения правильной работы демпфирующего механизма, т.е. определения подходящих управляющих токов. Такие данные, например, могут состоять из скорости транспортного средства и/или скорости поворота одного или более отдельных колес и/или направления движения. Эти данные обычно передают по коммуникационной шине транспортного средства, и вследствие этого они часто доступны для устройства 27 управления просто с помощью прослушивания данных, переданных по коммуникационной шине.
В предшествующем уровне техники два гидравлических цилиндра часто выполнены с возможностью независимой работы друг от друга. Это имеет преимущество в том, что, если один из цилиндров отказывает, другой может обеспечивать достаточное демпфирование, чтобы гарантировать продолженную работу, по меньшей мере, до такой степени, чтобы транспортное средство могло быть безопасно приведено в сервисный гараж для ремонта.
Однако с описанным решением существует проблема. Если устройство 27 управления отказывает или теряет контакт с коммуникационной шиной, также теряется управление демпфирующим механизмом. Для того чтобы облегчить эту проблему, один или оба демпфирующих цилиндра могут быть снабжены аварийным демпфирующим клапаном. Такой аварийный клапан часто состоит из магнитного клапана, в котором при приложении напряжения управляемое гидравлическое давление, в соответствии с вышеизложенным, подают в цилиндр, в то же время, если напряжение выключено, в цилиндр подают заданное гидравлическое давление. Следовательно, требуется уровень давления, который может обеспечивать как удовлетворительную работу с низкой скоростью, так и одновременно удовлетворительную работу с высокой скоростью. Однако, на самом деле, трудно определить давление, которое является достаточно низким для низких скоростей и скользких условий и в то же время достаточно высоким, чтобы обеспечивать удовлетворительные высокоскоростные условия, и, таким образом, также трудно получить систему, имеющую требуемые характеристики управления, если устройство 27 управления отказывает.
Однако настоящее изобретение обеспечивает управляющие логические устройства, которые решают эту проблему. Пример управляющих логических устройств в соответствии с настоящим изобретением раскрыт на фиг.3, и, как видно на чертеже, используют два устройства 31, 32 управления вместо одного. Каждое устройство 31, 32 управления управляет одним исполнительным механизмом демпфирующего средства, таким как пропорциональные клапаны 25, 26 на фиг.2, для соответственного управления демпфирующим средством, таким как гидравлический цилиндр, как описано выше, т.е. каждое устройство 25, 26 управления содержит средство для приложения определенного управляющего тока к соединенному с ним исполнительному механизму, например, посредством подачи определенного управляющего тока на выходной зажим, соединенный с пропорциональными клапанами 25, 26. В качестве альтернативы, пропорциональный клапан может управляться напряжением, причем в этом случае вместо тока подают напряжение. В качестве дополнительной альтернативы исполнительный механизм может быть обеспечен цифровым сигналом, представляющим требуемый коэффициент демпфирования средства демпфирования, такой как гидравлическое давление. В таком решении исполнительный механизм содержит средство для преобразования цифрового сигнала в управляющий сигнал, например, исполнительный механизм может преобразовывать цифровой сигнал в управляющий ток. Кроме того, каждое устройство управления отдельно соединяют с коммуникационной шиной 37 транспортного средства посредством средства 35 соединения 35, 36.
Транспортное средство описанного выше типа может иметь только одну коммуникационную шину, с которой соединены все устройства управления транспортного средства, например, способом, как показано на фиг.3. Однако является общепринятым, что транспортное средство содержит множество коммуникационных шин, причем каждая шина имеет множество устройств управления, соединенных с ней. Тогда разные устройства управления транспортным средством могут быть соединены с коммуникационными шинами на основании критичности, т.е. устройства управления, ответственные за функции низкой критичности, могут быть соединены с одной коммуникационной шиной, устройства управления, ответственные за функции частичной критичности, могут быть соединены со второй коммуникационной шиной, а, соответственно, устройства управления, ответственные за функции высокой критичности, могут быть соединены с третьей коммуникационной шиной. В такой системе устройства 31, 32 управления должны быть соединены с коммуникационной шиной, предназначенной для функций высокой критичности, поскольку отказ демпфирующего механизма сочленения может существенно влиять на способность управления транспортным средством безопасным способом.
Функции высокой критичности, устройства управления которых соединены с третьей коммуникационной шиной, если использованы, например, могут составлять систему 38 управления двигателем (EMS), которая управляет функциями двигателя транспортного средства, систему 39 управления коробкой передач (GMS), которая управляет функциями коробки передач транспортного средства, и систему 40 управления тормозом (BMS), которая управляет функциями тормоза транспортного средства.
Водитель может быть информирован об отказе/выходе из строя системы управления сочленением, например, посредством дисплея или предупредительной лампы и может предпринять необходимые действия. Дисплеем/предупредительной лампой управляют посредством устройства 48 управления группой инструментов, которую информируют о состоянии системы сочленения через коммуникационную шину 37 транспортного средства.
EMS 38 предпочтительно расположена в заднем кузове 12 транспортного средства, например, прикреплена к двигателю транспортного средства. Кроме того, GMS 39 также расположена в заднем кузове транспортного средства, например, размещена на панели подходящего местоположения заднего кузова транспортного средства. Устройства 40, 48 управления предпочтительно расположены в переднем кузове транспортного средства. Например, эти устройства управления могут быть размещены на общей панели в подходящем местоположении таким образом, чтобы обеспечить возможность более легкой сборки или более легкого доступа обслуживания. Устройства 31, 32 управления могут быть расположены в непосредственной близости к демпфирующему механизму, например, на поворотной площадке или вблизи поворотной площадки. Однако также предусмотрено, что устройства 31, 32 управления могут быть совместно расположены на любой из вышеупомянутых панелей по вышеизложенным причинам. В качестве альтернативы, устройства управления могут быть больше отделены друг от друга, например, одно на каждой из вышеупомянутых панелей, чтобы уменьшить риск общего отказа устройств управления, как будет описано ниже.
Во время нормальной работы устройство 31 управления действует в качестве ведущего устройства шины и выполняет все передачи в коммуникационной шине относительно системы сочленения. Устройство 32 управления может сообщаться по коммуникационной шине 37, но только прослушивает проходящие в текущий момент передачи, действуя в качестве подчиненного устройства. Предпочтительно устройства 31, 32 управления снабжены одним и тем же программным обеспечением, и, для того чтобы определять свою соответственную иерархию, каждое из устройств управления содержит множество входных контактов 46а-с и 47а-с соответственно. С помощью соответствующего соединения этих входных контактов с землей или источником напряжения устройствам управления «сообщают» о том, что, должны ли они действовать в качестве ведущего устройства или подчиненного устройства. Как видно на чертеже, устройство 31 управления имеет контакт 46с, соединенный с землей, и контакты 46а-b, соединенные с источником напряжения, что в этом примере означает, что устройство 31 управления должно действовать в качестве ведущего устройства шины. Подобным образом устройство 32 управления имеет контакт 47а, соединенный с землей, и контакты 47b-с, соединенные с источником напряжения, что, соответственно, означает, что устройство 31 управления должно действовать в качестве подчиненного устройства шины (если устройство 32 управления определяет, что устройство 31 управления отказывает, оно может действовать в качестве ведущего устройства шины, независимо от текущей конфигурации контактов, как будет описано ниже).
Устройство 31 управления дополнительно содержит средство ввода для приема соответственных сигналов датчиков, таких как датчики 41, 42 давления каждого гидравлического цилиндра, по меньшей мере, одного датчика 43 угла сочленения, предназначенного для считывания текущего угла сочленения, и, по меньшей мере, одного переключателя 44 положения, т.е. переключателя, предназначенного для определения конечного положения движения сочленения, когда достигнуто (любое) конечное положение. Если используют два переключателя, также можно определять, какое из двух возможных положений достигнуто, таким образом, что сочленение дополнительно может быть предохранено с помощью приложения высокой степени демпфирования, для того чтобы избежать повреждений транспортного средства. Эти входные сигналы и вычисленные сигналы затем используют вместе с данными, принятыми из коммуникационной шины, например, относительно угла рулевого управления транспортного средства и скорости транспортного средства, чтобы вычислить соответственные управляющие токи для пропорциональных клапанов. Также могут быть приняты во внимание другие параметры, такие как ускорение угла сочленения. Во время нормальной работы устройство 31 управления выполняет все вычисления относительно управляющих токов пропорциональных клапанов и передает инструкции в устройство 32 управления, относительно того, как оно должно управлять соединенным с ним пропорциональным клапаном 26. Устройство 31 управления также может определять, не слишком ли велика текущая скорость транспортного средства для текущего угла сочленения и направления транспортного средства, и, если это так, требовать уменьшения мощности двигателя от EMS 38 и/или подходящего торможения от системы торможения (не показана).
Связь между устройствами 31, 32 управления может быть выполнена с использованием коммуникационной шины 37 транспортного средства, но в раскрытом примере дополнительную специальную коммуникационную шину 45, по меньшей мере, во время нормальной работы, используют только для связи между устройствами 31, 32 управления. Это имеет преимущество в том, что коммуникационная шина транспортного средства не является излишне загруженной. Специальная коммуникационная шина 45 также может быть использована устройствами 31, 32 управления, чтобы проверять правильную работу другого устройства управления. Предпочтительно шина 45 может состоять из шины локальной сети контроллеров (CAN), но также может состоять из любого подходящего интерфейса шины или беспроводной линии связи в соответствии с подходящим протоколом беспроводной связи. Коммуникационная шина 45 также имеет преимущество в том, что, если, например, устройство 31 управления теряет контакт с коммуникационной шиной 37, оно может продолжать взаимодействовать по шине 37 с использованием шины 45 и устройства 32 управления. Кроме того, если шина 37 по любой причине отказала бы в точке в любом месте между средством 35, 36 соединения, шина 45 может быть использована в качестве аварийной линии связи для связи между системами переднего кузова транспортного средства и системами заднего кузова транспортного средства.
Поскольку одно из устройств 31, 32 управления работает в качестве ведущего устройства шины, а другое в качестве подчиненного устройства, устройства 31, 32 управления могут быть обеспечены одинаковым исходным адресом, т.е. действовать как одно устройство управления, что касается остальной системы управления транспортным средством. Устройства управления могут содержать средство для определения, отказывает ли другое устройство управления. Это имеет преимущество в том, что, если, например, устройство 32 управления определяет, что устройство 31 управления отказывает, оно может немедленно взять роль ведущего устройства шины, независимо от конфигурации контактов в соответствии с вышеупомянутой ситуацией, чтобы гарантировать продолженную работу механизма сочленения. Устройство 32 управления, например, может определить, что устройство 31 управления отказывает, с помощью определения, что устройство 31 управления прекратило передачу в любой или обеих коммуникационных шинах 37 и 45.
Настоящее изобретение имеет преимущество в том, что, если одно из устройств 31, 32 управления подвержено сбою, все же можно управлять механизмом сочленения, по меньшей мере, в некоторой степени, с использованием другого устройства управления. Если демпфирующие цилиндры имеют достаточные размеры, можно поддерживать нормальные или почти нормальные условия управления с использованием оставшегося цилиндра. Следовательно, это также обеспечивает возможность того, что нормальная или почти нормальная работа может быть поддержана в ситуации, в которой оба устройства управления функционируют правильно, но один из демпфирующих цилиндров отказывает, поскольку в этом случае ответственное устройство управления может уведомить другое об этой проблеме. Например, если демпфирующий цилиндр устройства 32 отказал бы, устройство 31 управления может все же выполнять необходимые вычисления и запрашивать соответствующее управление из устройства 32 управления. Если устройство 31 управления отказало бы, все же возможно для устройства 32 управления выполнять сокращенную работу (вследствие недостатка входных сигналов из датчиков 41-44) на основании скорости и направления транспортного средства. Например, около 50% имеющейся мощности двигателя может быть использовано для управления в такой ситуации, таким образом, гарантируя безопасную транспортировку в сервисный гараж.
В приведенном выше описании только устройство 31 управления снабжено средством для приема сигналов датчиков. Также возможно, что оба устройства управления снабжены средством для приема описанных сигналов датчиков, в соответствии с чем также устройство 32 управления может выполнять более квалифицированные вычисления в соответствии с вышеописанным, если устройство 31 управления отказывает. Кроме того, даже одно или более устройств управления могут быть выполнены с возможностью управления обоими демпфирующими цилиндрами. В таком решении система может поддерживать нормальную работу, даже если одно из устройств управления отказывает.
Конструкция системы сочленения может быть даже более отказоустойчивой, если устройства имеют отдельные плавкие предохранители и отдельное заземление, чтобы уменьшить риск отказа вследствие повреждения земли.
Несмотря на то, что настоящее изобретение описано выше в связи с автобусом, следует понимать, что настоящее изобретение применимо к любому типу сочлененных транспортных средств, в частности, к транспортным средствам типа толкача. Кроме того, в приведенном выше описании демпфирующее средство состоит из гидравлических цилиндров. Конечно, настоящее изобретение также подходит для использования с устройствами сочленения, в которых демпфирующее средство состоит из других типов устройств, поскольку устройство управления может быть использовано, чтобы управлять демпфирующим средством. Такое демпфирующее средство может состоять, если может обеспечить достаточную силу амортизации, например, из пневматических цилиндров или цилиндров, управляемых электрическим мотором. Кроме того, даже, несмотря на то, что настоящее изобретение описано как система, содержащая два устройства управления, также возможно иметь систему с дополнительными устройствами управления, например, тремя или четырьмя, чтобы обеспечить дополнительное резервирование, причем в этом случае дополнительное устройство (устройства) управления может быть выполнено с возможностью принятия функций одного или обоих устройств управления в случае отказа.