混合电动地面移动系统 |
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| 申请号 | CN201510751642.X | 申请日 | 2015-11-06 | 公开(公告)号 | CN105667204A | 公开(公告)日 | 2016-06-15 |
| 申请人 | 通用汽车环球科技运作有限责任公司; | 发明人 | A.G.霍姆斯; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种混合电动地面移动系统。用于车辆的 车轮 组件包括 轮毂 部分，该轮毂部分 支撑 多个可控制的可变长度径向取向的 轮辐 元件，所述轮辐元件支撑可适应轮缘组件，该轮缘组件支撑轮胎元件。所述轮毂部分与旋 转轴 线同心并包括支撑结构。所述可控制的可变长度径向取向的轮辐元件垂直于所述 旋转轴 线且每一个包括机械联接到轮毂部分的支撑结构的第一端部、单个可控制到 选定 长度的长度变化 致动器 以及联接到可适应轮缘组件的内周边的第二端部。所述可适应轮缘组件包括多个分段的区段。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种用于车辆的车轮组件，包括： |
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| 说明书全文 | 混合电动地面移动系统技术领域[0001] 本发明涉及车辆推进系统。 背景技术发明内容[0003] 用于车辆的车轮组件包括轮毂部分，所述轮毂部分支撑多个可控制的可变长度径向取向的轮辐元件，所述轮辐元件支撑可适应轮缘组件，该轮缘组件支撑轮胎元件。所述轮毂部分与旋转轴线同心并包括支撑结构。所述可控制的可变长度径向取向的轮辐元件垂直于旋转轴线并且每一个包括机械联接到轮毂部分的支撑结构的第一端部，单个可控制到选定长度的长度变化致动器以及联接到可适应轮缘组件的内周边。所述可适应轮缘组件包括多个分段的区段。 [0004] 根据本发明一方面，提供一种用于车辆的车轮组件，包括： [0005] 轮毂部分，支撑多个可控制的可变长度轮辐元件，所述轮辐元件支撑可适应轮缘组件，该轮缘组件支撑轮胎元件； [0006] 所述轮毂部分与旋转轴线同心并包括支撑结构； [0007] 所述可控制的可变长度轮辐元件每一个包括： [0008] 机械联接到轮毂部分的支撑结构的第一端部； [0009] 可单个控制到选定长度的长度变化致动器；以及 [0010] 联接到可适应轮缘组件的内周边的第二端部；以及 [0011] 所述可适应环形轮缘组件包括多个弧形区段。 [0012] 优选地，所述轮辐元件包括径向取向的轮辐元件。 [0013] 优选地，所述轮辐元件包括偏心取向的轮辐元件。 [0014] 优选地，所述可控制的可变长度轮辐元件垂直于所述旋转轴线。 [0015] 优选地，所述轮胎元件包括一体的充气轮胎。 [0016] 优选地，所述轮胎元件包括履带。 [0017] 优选地，所述可适应环形轮缘组件的多个弧形区段柔韧地相互联接。 [0018] 根据本发明另一方面，提供一种车辆推进系统，其包括功率分流动力总成系统，所述功率分流动力总成系统包括： [0020] 第一和第二电动机械车轮，联接到所述轴，并被构造成在不向所述动力总成系统施加扭矩的情况下产生车辆推进。 [0021] 优选地，所述内燃发动机包括机械联接到行星齿轮组的电动机/发电机，所述行星齿轮组经由所述轴联接到第一和第二电动机械车轮，所述内燃发动机可联接到电动机/发电机，所述电动机/发电机机械联接到扭矩传递装置，所述扭矩传递装置机械联接到轴。 [0022] 优选地，被构造成在不向所述动力总成系统施加扭矩的情况下产生车辆推进的所述第一和第二电动机械车轮包括被构造成实现车轮偏心以在所述轴上产生力矩从而产生车辆推进的第一和第二电动机械车轮。 [0023] 优选地，被构造成在不向所述动力总成系统施加扭矩的情况下产生车辆推进的所述第一和第二电动机械车轮包括被构造成实现车轮偏心以在所述轴上产生力矩从而产生车辆制动的第一和第二电动机械车轮。 [0024] 优选地，被构造成在不向所述动力总成系统施加扭矩的情况下产生车辆推进的所述第一和第二电动机械车轮包括被构造成实现车轮偏心以在车辆处于停止位置时实现车辆平衡的第一和第二电动机械车轮。 [0025] 优选地，所述第一和第二电动机械车轮各自包括车轮组件，该车轮组件包括： [0026] 轮毂部分，支撑多个可控制的可变长度轮辐元件，所述轮辐元件支撑可适应环形轮缘组件，所述轮缘组件支撑环形轮胎元件； [0027] 所述轮毂部分与所述轴同心并包括支撑结构； [0028] 所述可控制的可变长度轮辐元件每一个包括： [0029] 机械联接到轮毂部分的支撑结构的第一端部； [0030] 单个可控制到选定长度的长度变化致动器；以及 [0031] 联接到所述可适应轮缘组件的内周边的第二端部；以及 [0032] 所述可适应环形轮缘组件包括多个分段的区段。 [0033] 根据本发明又一方面，提供一种用于在两轮车辆中产生推进的方法，所述车轮每一个包括支撑多个可控制的可变长度轮辐元件的轮毂部分，所述轮辐元件支撑可适应环形轮缘组件，所述车轮联接到轴，所述轴限定了公共旋转轴线，所述方法包括： [0034] 将车辆的重心布置在旋转轴线之前；以及 [0035] 依次收缩和延伸可变长度轮辐元件，以围绕所述公共旋转轴线产生力矩。 [0036] 优选地，依次收缩和延伸所述可变长度轮辐元件以围绕所述公共轴线产生力矩包括依次收缩并然后延伸可变长度轮辐元件，以产生车轮偏心，从而围绕所述公共旋转轴线产生力矩。 [0037] 优选地，所述依次收缩并然后延伸所述可变长度轮辐元件以产生车轮偏心从而围绕所述公共旋转轴线产生力矩包括依次收缩并然后延伸可变长度轮辐元件以产生车轮偏心从而实现车辆推进。 [0038] 优选地，所述依次收缩并然后延伸所述可变长度轮辐元件以产生车轮偏心从而围绕所述公共旋转轴线产生力矩包括依次收缩并然后延伸所述可变长度轮辐元件以产生车轮偏心从而实现车辆制动。 [0039] 优选地，所述方法还包括收缩所述可变长度轮辐元件中的选定一些，以抵消围绕所述旋转轴线的力矩，从而实现在非移动状态下的车辆平衡。 附图说明[0041] 现在将参照附图借助于示例来描述一个或多个实施方式，附图中： [0042] 图1示意性示出根据本发明的包括推进系统的车辆的前部局部剖视图，该推进系统采用功率分流动力总成系统，该功率分流动力总成系统包括第一和第二电动机械车轮； [0043] 图2示意性示出根据本发明的组装到车辆轴上的电动机械车轮的实施方式的局部剖开的侧视图，包括组装到车轮轮毂上并支撑环形可适应轮缘组件的径向取向的可变长度线性致动器的阵列，所述轮缘组件支撑轮胎元件； [0044] 图3是根据本发明的采用电动机械车轮的实施方式的两轮车辆的实施方式的等轴视图；以及 [0045] 图4-1和4-2示意性示出根据本发明的采用电动机械车轮的实施方式的两轮车辆的实施方式。 具体实施方式[0046] 现在参照附图，其中图示仅出于说明某些示例性实施方式的目的，并非用于限制本发明的目的，图1示意性示出了包括采用功率分流动力总成系统20的推进系统的车辆10的前部局部剖开视图。功率分流动力总成系统20包括内燃发动机(发动机)22、电动机/发电机30和联接到第一和第二电动机械车轮60的齿轮系40，其中，电动机械车轮60产生车辆推进和向前运动，而不向动力总成系统20施加扭矩。 [0047] 发动机22可以是燃烧燃料以产生扭矩的任何适当装置，并且优选地被构造成执行自动起动和自动停止操作。如图所示，发动机22联接到隔离器装置24，该隔离器装置24减小传递到其他动力总成元件的扭转发动机振动。隔离器24联接到制动器元件26，所述制动器元件26经由轴构件或其他适当的扭矩联接装置联接到齿轮系40的行星齿轮组42的节点。发动机22和制动器26由发动机控制器25可操作地控制。电动机/发电机30可旋转地联接到行星齿轮组42的另一节点。电动机/发电机30可以是任何适当的非燃烧扭矩机器，并且如图所示，是多相电动机，其包括转子和电连接到逆变器32上的定子。高压电池34经由高压总线33电连接到逆变器32，该逆变器32响应于来自逆变器控制器35的控制信号给电动机/发电机30供电。行星齿轮组42包括另一节点，该节点通过齿轮系40可旋转地联接到差速齿轮组44，该差速齿轮组44联接到一对轴45、46，以将扭矩传递到车轮60。 车辆轴45、46在车轮60的单个公共旋转轴线上取向。行星齿轮组42能够是任何适当的齿轮组，它将来自扭矩发生装置，如发动机22和电动机/发电机30的扭矩输入加倍并传递。 发动机22、电动机/发电机30以及齿轮系40的动力总成构造是说明性的。在本发明的范围内，可以采用将牵引扭矩传递到车辆轴45、46的其他动力总成构造。本领域技术人员将理解到可以采用未示出的其他动力总成和车辆部件。 [0048] 车辆10包括多个用户接口装置，通过该用户接口装置，操作者命令车辆的操作。这被描绘为用户接口控制器90，该用户接口控制器90具有操作者输入元件，该操作者输入元件包括加速器踏板91、制动器踏板92、方向盘93和点火开关94。用户接口装置的图示是说明性的。本领域技术人员将理解到用户接口装置可以是多种适当形式。车辆包括控制器15，该控制器15提供逆变器控制器35、发动机控制器25、电动机械车轮控制器55、用户接口控制器90和其他车辆控制器的总体控制。 [0049] 术语控制器、控制模块、模块、控制装置、控制单元、处理器和类似用语是指专用集成电路(ASIC)、电子电路、中央处理单元(例如微处理器)和存储器以及存储装置形式(只读、可编程只读、随机存取、硬盘驱动器等)的相关联的非瞬态存储器部件中的任一个或各种组合。非瞬态存储器部件能够存储机器可读指令，该指令为一个或多个软件或固件程序或例程的形式、组合逻辑电路、输入/输出电路和装置、信号调制和缓冲电路以及能够被一个或多个处理器访问以提供所描述的功能性的其他部件。输入/输出电路和装置包括模拟/数字转换器和相关的装置，其监视来自传感器的输入，且这种输入在预设的采样频率下或者响应于触发事件而被监视。软件、固件、程序、指令、控制例程、编码、算法和类似术语意味着包括校准和查找表的任何控制器可执行指令集。每个控制器执行控制例程以提供期望的功能，包括监视来自感测装置和其他网络控制器的输入以及执行控制和诊断例程以控制致动器的操作。例程可以按照规则间隔，例如每100毫秒执行。可替代的是，例程可以响应于触发事件的发生而执行。控制器之间的通信以及控制器、致动器和/或传感器之间的通信可以利用适当的通信链接16，例如，直接有线链接、网络通信总线链接或无线链接来实现。通信包括以任何适当形式交换数据信号，例如包括经由导电介质交换电信号，经由空气交换电磁信号，经由光波导交换光学信号等。 [0050] 车辆10包括结构元件12，车辆轮毂50和附随的轴承组件安装在该结构元件12上。车辆轴46穿过车辆轮毂50内的开口并联接到主轴56。车辆轴46在车辆轮毂50和轴承组件内旋转。结构元件12和车辆轮毂50可以包括其他车辆元件，如未示出的悬架部件、制动部件等。 [0051] 车辆轮毂50提供用于旋转变压器52的定子51的安装平台，而主轴56提供用于旋转变压器52的转子53的安装平台。定子51电连接到逆变器54，该逆变器54经由高压总线33电连接到电池34。逆变器54由电动机械车轮控制器55可操作地控制。可替代的是，第二电池可以被采用，以向逆变器54提供电力。旋转变压器52是环形变压器或另外的适当装置，其在定子51和转子53之间以交变电流的形式传递电能，且在定子51和转子53之间具有介于其间的空气芯。 [0052] 电动机械车轮60中的一个被详细示出，并包括固定地安装到主轴56上并与该主轴一起旋转的车轮轮毂62。车轮轮毂62包括支撑多个可控制的可变长度线性致动器(线性致动器)64的支撑结构63，该线性致动器64用作轮辐元件，其支撑可适应轮缘组件66，该轮缘组件66支撑轮胎元件68。车轮轮毂62与轴46限定的旋转轴线同心。线性致动器64在一个实施方式中垂直于旋转轴线，并且每一个包括机械联接到车轮轮毂62的支撑结构63的第一端部和联接到可适应轮缘组件66的内周边的第二端部。每个线性致动器64是长度变化致动器，其单个可控制到选定的长度。所述可适应轮缘组件66包括多个分段的区段。功率控制和分配系统65电连接到旋转变压器52的转子53，并与电动机械车轮控制器55连通。以这种方式，旋转变压器52经由功率控制和分配系统65可操作地电联接到线性致动器64，以提供用于线性致动器延伸和收缩的电功率，以实现长度变化。 [0053] 图2示意性示出了组装到车辆轴201上的电动机械车轮组件200的实施方式的局部剖开的侧视图，其包括组装到车轮轮毂220上的径向取向的可变长度线性致动器(线性致动器)240的阵列，其用作轮辐元件，该轮辐元件支撑环形可适应轮缘组件270，该轮缘组件270支撑接触路面的轮胎元件280。电动机械车轮组件200被显示为具有六个线性致动器240，所述六个线性致动器240以60°间隔围绕车轮轮毂220的外周边布置。其他构造可以采用其他数量的线性致动器240而没有限制，例如，包括以72°间隔围绕车轮轮毂的外周边布置的五个线性致动器或者以45°间隔围绕车轮轮毂的外周边布置的八个线性致动器。 [0054] 车辆轮毂202和电定子212提供用于轴201的安装，该轴201联接到主轴204，在所述主轴204上安装车轮轮毂220和电转子253。电转子253对应于旋转变压器52的转子53(图1中示出)，并且电连接到每个线性致动器240，以将电功率优选地经由功率控制和分配系统265供给到该线性致动器。在一个实施方式中，功率控制和分配系统265被显示为元件的阵列，其中每个元件附连到线性致动器240中的一个，与转子253电连接，并且诸如通过使用经由天线256的无线通信而与电动机械车轮控制器55(图1中示出)信号连通。在另一实施方式中，功率控制和分配系统265可以使用旋转变压器52和逆变器54(图1中示出)与电动机械车轮控制器55信号连通。在一个实施方式中，每个线性致动器240信号连接到通信元件215，该通信元件215安装到车轮轮毂220，且通信元件215信号连接到电动机械车轮控制器55(参照图1示出)。电动机械车轮控制器55命令线性致动器240的单独一个的延伸和收缩。 [0055] 线性致动器240在所示的实施方式中垂直于轴201的旋转轴线。每个线性致动器240包括定子部分242和可移动柱塞244。每个线性致动器240单个可控制以实现可选择的预定长度。柱塞244的远侧端部联接到可适应轮缘组件270的内周边。线性致动器240能够是任何适当形式的电动机械装置，该电动机械装置将电功率转变成线性平移，以延伸或收缩柱塞244，并由此延伸或收缩可适应轮缘组件270的相对应部分。在一个实施方式中，线性致动器240包括40mm整体空气支杆和线性马达致动器以及900mm(35英寸)的轮缘部分的外径，该轮缘部分具有50mm的宽度。 [0056] 可适应轮缘组件270是多件环形装置，其包括适当的元件以结构上支撑轮胎组件280。如图所示，可适应轮缘组件270包括六个分离的弧形区段272，所述六个分离的弧形区段272附接到六个线性致动器240的相对应一个。可替代的是，六个弧形区段272可以通过在它们之间的接合部处的铰链或其他适当的装置柔韧地附接到彼此。 [0057] 轮胎组件280是被可适应轮缘组件270结构上支撑并且与该可适应轮缘组件270适形的装置，并且能够是在车轮组件200和地面之间提供牵引力的任何适当装置，并也优选地在车轮组件200和地面之间提供一定大小的弹性变形，从而吸收振动。当线性致动器240中的选定一些被延伸或收缩时，轮胎组件280与可适应轮缘组件270适形。在一个实施方式中，轮胎组件280是单件的环形可膨胀充气装置。在一个实施方式中，轮胎组件280是单件的不可充气的气动装置。在一个实施方式中，轮胎组件280是单件的液体填充的装置。 在一个实施方式中，轮胎组件280是履带装置。在一个实施方式中，轮胎组件280是分段装置，具有多个单个的节段，所述多个单个的节段附连到可适应轮缘组件270的相应节段，且单个节段中的每一个包括单独的充气、液体或实心装置。 [0058] 与在此描述的电动机械车轮组件相关联的一个操作原理是通过线性致动器中的单独一些的延伸或收缩允许主动操纵车轮的中心位置，包括主动操纵车轮中心相对于车辆的重心的位置。当车轮的中心与车辆重心不同心时，通过重力在车轮和车辆上的作用产生净力矩。 [0059] 将车轮中心定位在相对于车辆中心的偏心位置能够产生车辆的向前或倒退运动，或者协助部分由传统旋转电动机/发电机、发动机或其组合施加到轴的扭矩所产生的运动。当扭矩通过与行星齿轮组联接的发动机和电动机/发电机的组合施加到轴时，功率分流推进系统可以形成，其包括用作电动机/发电机中的一个的电动机械车轮。具体地说，电动机械车轮可以在输入功率分流混合推进系统中用作输出联接的电动机/发电机。当车辆在运动中时电动机械车轮组件200也能够施加车轮偏心来实现制动，并且在车辆处于停止位置处时实现车辆平衡。 [0060] 图3是两轮车辆300的实施方式的等轴视图，其可以采用电动机械车轮组件330的实施方式。如图所示，车辆300包括由顶蓬315封闭的乘客车厢310，顶蓬315示出处于打开位置。车轮罩320覆盖车轮组件330中的一个，该车轮组件330可以是参照图2所描述的电动机械车轮组件200的实施方式。电动机械车轮组件200可以被构造成和控制成为车辆300提供推进、转向和悬架。 [0061] 图4-1和图4-2示意性示出采用电动机械车轮组件430的实施方式的两轮车辆400的实施方式，该电动机械车轮组件430围绕由轴401限定的单个公共旋转轴线旋转。电动机械车轮组件430中的一个被示出并包括十二个线性致动器432。也示出了用于车辆400的重心点415。图4-1示出处于静止状态的两轮车辆400的实施方式，其采用电动机械车轮组件430的实施方式。如图所示，九个线性致动器432处于完全延伸状态，并且三个线性致动器432处于部分或完全收缩状态，导致轮缘434和轮胎436的一部分扁平紧贴路面420。 优选地，三个部分或完全收缩的线性致动器432的收缩大小以引起重心点415与轴401正垂直的方式实现，导致两轮车辆400的稳定站立和停靠。但是，如果制动扭矩也提供在轴 401上，则重心点415不需要精确保持在轴401之上来平衡车辆。在这种情况下，可能由车辆400之内的乘客的移动导致的重心点415的小的移动不会需要额外的功率来平衡车辆。 [0062] 图4-2示出在可移动状态下的两轮车辆400的实施方式，其采用电动机械车轮组件430的实施方式。如图所示，所有十二个线性致动器432都处于完全延伸状态，且重心点415在穿过轴401的垂直线410之前，导致围绕轴401的力矩，该力矩能够被用于加速车辆 400，以抵消车辆上空气动力阻力的作用等。在一个实施方式中，车辆400的向前或倒退运动可以通过依次收缩和依次延伸线性致动器432来实现，这是由于重心点415相对于穿过轴401的垂直线410的移动所引起的力矩。随着车辆向前旋转并增加速度逐，通过渐变化轮缘434和轮胎436的形状，车辆400可以从图4-1所示的静止状态平稳过渡到该可移动状态。 [0063] 详细的描述和附图或图示支持和描述本教导，但是本教导的范围仅由权利要求书限定。虽然已经详细描述了用于实施本教导的一些最佳模式和其他实施方式，但是仍存在用于实践所附权利要求书中限定的本教导的各种替代设计和实施方式。 |
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