用于铰接式车辆的第五轮控制装置的制作方法

1.本公开涉及用于自动地稳定铰接式车辆并且还用于调整包括第五轮装置的半挂车上的轮轴载荷的控制装置和方法。
2.本发明可以应用于货物运输车辆，诸如用于各种类型的货物运输的拖车和半挂车组合。尽管将主要针对半挂车车辆描述本发明，但是本发明不限于这种特定车辆，而是还可以用于包括第五轮装置的其它车辆，诸如休闲车辆。


背景技术：

3.第五轮联接装置提供半挂车与拖车或牵引车之间的链接。拖车包括被称为第五轮的通常为马蹄形的台座，该马蹄形的台座具有狭槽，该狭槽被构造成接纳被附接于半挂车的主销。然后，半挂车坐落在第五轮上，并且拉力经由主销传递到半挂车。当拖车转向时，以主销为中心的半挂车的面向下的表面相对于固定的第五轮(该第五轮不旋转)的面向上的表面旋转。
4.半挂车上的载荷经由第五轮连接影响拖车的前后轮轴上的载荷分布。可以期望调整轮轴载荷分布，即，期望将一些载荷从一个轮轴转移到另一个轮轴，以达到更优选的轮轴载荷分布。
5.铰接式车辆的整体稳定性能也至少部分地取决于第五轮装置。具有阻尼铰链接头的第五轮装置倾向于提高车辆稳定性能。
6.us 2,847,230公开了一种第五轮装置，该第五轮装置具有被布置在牵引机框架和第五轮组件之间的力分配和阻尼装置。通过该力分配和阻尼装置，挂车载荷对牵引机的影响可以部分地移位，例如，从牵引机后轮轴移位到牵引机前轮轴。在卡车驾驶室中布置有手动控制接口，以控制力分配和阻尼装置。操作者基于个人经验和手动检查可以通过手动操作该控制接口来调整轮轴载荷分布，以粗略地达到期望的轮轴载荷分布。调整该力分配和阻尼装置以达到优选的轮轴载荷分布可能不是直截了当的，尤其是对于没有经验的操作者更是如此。因此，需要一种更简化的调整轮轴载荷的方法。


技术实现要素：

7.本公开的目的在于提供用于调整轮轴载荷的改进的方法和控制装置。本公开的另一个目的是提供用于稳定铰接式车辆的方法和控制装置。
8.这些目的至少部分地通过用于铰接式车辆的第五轮控制装置来实现。控制装置包括第五轮和致动器，该第五轮具有被偏压的铰链接头，该致动器被布置成控制被偏压的铰链接头的偏压力和/或阻尼力。应注意，控制装置包括控制单元，该控制单元被配置成响应于与铰接式车辆的当前状态相关联的一个或多个输入传感器信号而自动地控制致动器，以获得铰接式车辆的目标轮轴载荷和/或稳定铰接式车辆。
9.这样，车辆的驾驶员或其它车辆操作者无需手动配置致动器以获得期望的轮轴载荷分布，这与上述现有技术相比是一个优点。如下文将描述的，控制装置可以连接到多个车
辆传感输入端，以使控制自动化，由此取决于操作场景和其它外部条件而获得更优化的轮轴载荷分布和更稳定的车辆。目标轮轴压力可以取决于场景被手动配置，或者也可以将目标轮轴压力预先配置为适合于例如特定车辆的优化轮轴载荷。
10.所公开的第五轮控制装置允许取决于使用情况来优化驱动轮轴载荷，通过在整个车辆组合中重新分配轮轴载荷，这对于固定的第五轮位置是一个优点。
11.所公开的控制装置特别适合于没有驾驶员存在并且能够手动调整致动器的自主系统。
12.根据一些方面，轮轴载荷是驱动轮轴载荷，并且控制单元被布置成控制第一方向上的偏压力，以提高驱动轮轴载荷，并且控制第二相反方向上的偏压力，以降低驱动轮轴载荷。
13.这样，驱动轮轴载荷能够根据需要而增加和减少，这是一个优点。驱动轮轴载荷能够取决于车辆操作场景而被自动调整，这是一个优点。
14.根据其它方面，第五轮控制装置包括轮轴载荷传感器。控制单元被布置成从轮轴载荷传感器获得当前轮轴载荷，并且控制致动器以减小当前轮轴载荷与目标轮轴载荷之间的差值。
15.因此，轮轴载荷分布被自动优化成期望的目标轮轴载荷分布。例如，在装载和卸载车辆时将自动调整轮轴载荷分布，以维持目标轮轴载荷。
16.根据一些进一步方面，第五轮控制装置包括轮胎打滑传感器。控制单元被布置成获得轮胎打滑的指示，并且响应于获得轮胎打滑的指示来控制致动器，以提高驱动轮轴载荷。这样，在牵引力不足的情况下，例如由于挂车载荷不均匀或路面湿滑，所提出的控制装置将暂时提高驱动轮轴载荷压力，由此提高牵引力并减少车轮打滑。驱动轮轴载荷的这种临时提高在驾驶员无需手动控制系统的情况下自动地发生，这是一个优点，因为这允许驾驶员专注于控制车辆。
17.因而，例如，出于增加牵引力的目的，所公开的第五轮控制装置允许控制第五轮俯仰运动，以获得优化的驱动轮轴载荷。这对于在湿滑道路条件下的空载车辆组合的情况尤其有利。该技术在倒车时可能尤其相关，这是由于在此用例中通常会出现负挂车间距。
18.根据其它方面，控制单元能够配置成轮胎更换模式，其中，控制单元适应于控制致动器以降低选定轮轴的轮轴载荷，由此简化选定轮轴上的轮胎更换或其它维护，这是一个优点。
19.根据一些方面，第五轮控制装置包括铰接角度传感器和/或车辆倾斜传感器，该铰接角度传感器和/或车辆倾斜传感器被布置成记录铰接式车辆的当前铰接角度和/或当前倾斜角度。控制单元被布置成响应于铰接式车辆的当前铰接角度和/或当前倾斜角度来控制致动器，以调整被偏压的铰链接头的阻尼力。
20.这样，铰接式车辆能够在可能由于稳定性问题而倾翻的场景下被自动稳定。
21.根据一些这样的方面，控制单元被布置成确定车辆的静态场景稳定性值，并且响应于确定出的静态场景稳定性值来调整被偏压的铰链接头的阻尼力。
22.可能出现稳定性问题的示例场景包括：当铰接式车辆以较大的铰接角度停放时挂车载荷倾翻、铰接式车辆停放在具有较大坡度的路面上以及停放在不稳定的表面上，诸如渡轮等。有利的是，车辆在这些和其它可能存在问题的场景下被自动稳定。
23.根据方面，第五轮控制装置包括运动传感器，该运动传感器被布置成记录铰接式车辆的运动状态。控制单元被布置成从运动传感器获得当前运动状态，并且响应于当前运动状态来控制致动器，以调整被偏压的铰链接头的阻尼力。
24.因而，有利地，铰接式车辆能够在关键事件期间被自动地稳定，诸如急刹车、高速转弯等，在这些事件中稳定性可能是一个问题。这样，能够防止不希望的事件，诸如折裂、翻倒等。
25.本文还公开了与上述优点相关联的控制单元、方法、计算机程序、计算机程序产品、系统和车辆。
26.一般而言，权利要求中使用的所有术语均应根据其在技术领域中的通常含义来解释，除非本文另有明确定义。所有对“一/一个/该元件、装置、部件、措施、步骤等”的引用除非另有明确说明，否则将被公开解释为指元件、装置、部件、措施、步骤等的至少一个实例。除非明确说明，否则本文公开的任何方法的步骤不必按照所公开的确切顺序执行。当研究所附权利要求和以下说明时，本发明的进一步特征和优点将变得显而易见。本领域技术人员应认识到，在不脱离本发明的范围的情况下，可以组合本发明的不同特征以产生除下文所述的那些实施例之外的实施例。
附图说明
27.参考附图，下面是作为示例引用的本发明的实施例的更详细描述。在附图中：
28.图1示意性地示出第五轮装置；
29.图2示出了半挂车辆；
30.图3示出了第五轮控制装置；
31.图4a至图4b示意性地示出示例载荷分布；
32.图5a至图5b示意性地示出车辆场景；
33.图6是示出方法的流程图；
34.图7示意性地示出控制单元；并且
35.图8示出示例计算机程序产品。
具体实施方式
36.现在将在下文中参考附图更全面地描述本发明，其中示出了本发明的某些方面。然而，本发明可以以许多不同的形式体现并且不应被解释为限于本文阐述的实施例和方面；相反，这些实施例是通过示例的方式提供的，以使本公开将是彻底和完整的，并且将向本领域技术人员充分传达本发明的范围。在整个说明中，相同的附图标记指代相同的元件。
37.应理解，本发明不限于本文所述和附图中所示的实施例；相反，本领域技术人员应认识到在所附权利要求的范围内可以做出许多改变和修改。
38.拖车和半挂车之间的连接在确定铰接式车辆的静态和动态机械性能方面起着重要作用。本公开集中于拖车和半挂车的组合，其连接包括第五轮装置，诸如图1中所示。众所周知，通过控制第五轮的俯仰角度，可以调整轮轴载荷分布。本公开引入了用于控制第五轮装置的俯仰角度的自动控制装置。这种自动控制是通过将第五轮控制装置连接到本文所述的各种车辆传感器系统而实现的。
39.图1示出了第五轮101。第五轮101通过被布置成在接纳狭槽130中接纳半挂车的主销而提供拖车与半挂车之间的链接。第五轮101被布置成通过铰链接头110围绕枢转轴线140进行枢转。这种枢转也可以称为第五轮俯仰运动。第五轮101的铰链接头110被偏压，这意味着第五轮寻求相对于例如第五轮装置的安装平面150的特定枢转角度。致动器115被布置成控制第五轮装置的偏压力120。控制单元310被配置成控制偏压力120。
40.us 2,847,230中公开了致动器115的示例。然而通常可以使用基于液压、气动、机械弹簧等的致动器。这样的致动器是已知的，并且在此将不更详细地讨论。
41.第五轮装置致动器115还可以被布置成控制第五轮装置枢转运动的阻尼力。通过调整阻尼力，可以调整车辆的稳定性。在极端情况下，阻尼力大到锁定第五轮101，由此防止围绕枢转轴线140的任何枢转运动。因而，这里，阻尼第五轮的枢转运动可以包括锁定第五轮的枢转运动。
42.应明白，所公开的控制装置和方法可以与控制偏压力分开地控制阻尼力。因而，本文公开了用于仅控制偏压力、仅控制阻尼力或用于控制阻尼力和偏压力的组合的装置和方法。
43.图2示出了铰接式车辆200，其中可以使用所公开的第五轮控制装置100、300。拖车210(有时也称为牵引机单元)经由第五轮装置100联接到半挂车单元220。所示的拖车210包括两个轮轴。然而，应明白，拖车可以包括多于两个的轮轴，其中一个或多个轮轴可以是可提升的轮轴。
44.铰接式车辆200的轮轴载荷被示出为f1、f2和f3。通常，f2代表驱动轮轴载荷。然而，一些拖车包括多于一个的驱动轮轴，也有一些拖车使用最前轮轴来驱动，但是这种构造相对少见。
45.应明白，这些轮轴载荷可以通过控制第五轮装置100的偏压力120来调整。轮轴载荷的这种重新分布将在下面结合图4a和图4b更详细地讨论和例证。
46.应明白，在某些车辆操作期间，诸如在拖车和半挂车之间的联接期间，可能需要关闭偏压力120。否则可能由于第五轮101的俯仰角度过大而无法联接。因而，根据一些方面，在拖车210联接到铰接式车辆200的半挂车260期间，控制单元310能够配置成处于与零偏压力相关联的联接模式下。
47.总而言之，图1和图2示出了用于铰接式车辆200的第五轮控制装置100。控制装置100包括第五轮101，该第五轮101具有被偏压的铰链接头110和致动器115，该致动器115被布置成控制被偏压的铰链接头110的偏压力120和/或阻尼力。控制装置100包括控制单元310，该控制单元310被配置成响应于与铰接式车辆200的当前状态相关联的一个或多个输入传感器信号来自动地控制致动器115，以获得铰接式车辆的目标轮轴载荷f1、f2、f3和/或稳定铰接式车辆200。
48.图3更详细地示出了第五轮控制装置100。控制单元310包括输出端口312，该输出端口312连接到第五轮101的致动器115。因而，控制单元310被布置成在向上方向120a和向下方向120b上自动地调整偏压力。控制单元310还被布置成控制由致动器施加于围绕铰链接头110的第五轮装置的枢转运动或俯仰运动上的阻尼力。下面将结合图7更详细地讨论实际控制单元310的硬件方面和其它细节。
49.在图4a和图4b中示意性地示出了控制被偏压的铰链接头110的偏压力120的效果。
应注意，为了更清楚地示出偏压力120的机械效果，图示被夸大。
50.通过控制在向上方向120a上的偏压力，铰接式车辆200像图4a中所示的那样“弯曲”。铰接式车辆200的这种弯曲将载荷转移到拖车驱动轮轴上，即，与其它轮轴载荷相比增大了f2。
51.通过控制在向下方向120b上的偏压力，获得了相反的效果。在这种情况下，铰接式车辆在另一个方向上“弯曲”，这将载荷从驱动轮轴转移开，即，与其它轮轴载荷相比减小了f2。
52.根据一些方面，轮轴载荷是驱动轮轴载荷f2。然后，控制单元310被布置成控制在第一方向或向上方向120a上的偏压力，以增大驱动轮轴载荷f2，并且控制在第二方向或向下相反方向120b上的偏压力，以减小驱动轮轴载荷f2。
53.所公开的第五轮控制装置100、300还可以用于简化铰接式车辆上的轮胎更换。根据一些方面，控制单元310能够配置成轮胎更换模式，在所述轮胎更换模式中，控制单元310适应于控制致动器115，以降低选定轮轴的轮轴载荷，由此简化选定轮轴上的轮胎更换或其它维护。例如，在图4b中，驱动轮轴f2上的载荷已经降低，这意味着更容易更换该轮轴上的轮胎。
54.再次参考图3，第五轮控制装置300包括生成传感器输入信号的多个可选传感器，基于这些传感器输入信号可以控制偏压力和/或阻尼力的自动控制。传感器输入信号允许根据车辆的当前操作场景而自动调整偏压力和阻尼力，这是一个优点。通常，传感器输入信号允许反馈控制系统，在该反馈控制系统中，可以指定优选的目标值，然后控制装置控制致动器以获得该优选的目标值。通常，目标值可以取决于场景由驾驶员手动配置380，或者可以预先配置370目标值。
55.例如，第五轮控制装置300可以包括轮轴载荷传感器320。例如，该轮轴载荷传感器可以被布置成与拖车和/或半挂车辆的悬架系统(未示出)连接，或者可以是其它类型的轮轴载荷传感器。控制单元310被布置成从轮轴载荷传感器获得当前轮轴载荷325，并且控制致动器115，以减小当前轮轴载荷325与目标轮轴载荷f1、f2、f3之间的差值。
56.这样，空载挂车将导致用于偏压力120的一种设定。然后，如果挂车被装载，尤其是如果挂车被不均匀地装载，则控制单元310将基于传感器输入325检测到与优选轮轴载荷分布(如预先配置370或手动配置380)相偏离的轮轴载荷分布。然后，控制单元310将通过自动调整偏压力120来自动响应轮轴载荷的变化。因此，无需驾驶员交互就可以促进自动控制，这是一个优点。
57.根据另一个示例，第五轮控制装置300包括轮胎打滑传感器330。该传感器被布置成检测驱动轮轴上的车轮何时相对于路面打滑。例如，轮胎打滑传感器330可以是拖车的防滑系统(未示出)的一部分。控制单元310被布置成获得轮胎打滑的指示335，并且响应于获得轮胎打滑的指示来控制致动器115，以提高驱动轮轴载荷f2。因而，牵引力自动增大，这减少了车轮打滑。
58.第五轮控制装置100、300还可以包括运动传感器340，诸如惯性测量单元(imu)，该运动传感器340被布置成记录铰接式车辆200的运动状态。然后，控制单元310被布置成从运动传感器340获得当前运动状态345，并且响应于当前运动状态来控制致动器115，以调整被偏压的铰链接头110的阻尼力。如上所述，可以通过向第五轮枢转运动施加阻尼力来调整铰
接式车辆200的稳定性。在极端情况下，阻尼可以非常强，以至于将第五轮有效地锁定在给定的俯仰角度。本文公开的系统可以通过运动传感器检测到某些事件，诸如由于高速转弯而导致的急刹车和倾斜，并且基于检测到的事件来控制阻尼力，以在需要时增加车辆稳定性。例如，通过显著地阻尼或甚至锁定第五轮的俯仰运动，可以在急刹车期间提高车辆稳定性，如图5a中所示，其中在位置(a)处施加急刹车以使车辆停止在位置(b)处。这样，可以防止折裂和车辆翻倒。
59.根据其它示例，铰接式车辆200在某些静态场景中可能变得不稳定。图5b中示出了一种这样的场景，其中，铰接式车辆200已经以铰接角度a停放。然后挂车载荷倾翻，从而影响车辆稳定性。图5c示出了另一个示例场景，其中，铰接式车辆已经以一定倾斜角度停放，这可能会导致车辆翻倒。在这些情况下，可以通过向第五轮枢转运动施加阻尼力或者甚至将第五轮101锁定在给定的枢转角度来提高车辆稳定性。因而，根据一些方面，控制单元310被布置成确定车辆的静态场景稳定性值，并且响应于确定出的静态场景稳定性值来调整被偏压的铰链接头110的阻尼力。例如，第五轮控制装置300可以包括铰接角度传感器350和/或车辆倾斜传感器360，该铰接角度传感器350和/或车辆倾斜传感器360被布置成记录铰接式车辆200的当前铰接角度355和/或当前倾斜角度365。控制单元310被布置成响应于铰接式车辆200的当前铰接角度和/或当前倾斜角度来控制致动器115，以调整被偏压的铰链接头110的阻尼力。
60.图6是示出方法的流程图。该方法是上文结合图1至图5讨论的方法。示出了用于获得铰接式车辆200的目标轮轴载荷f1、f2、f3的方法，该铰接式车辆200包括第五轮101，该第五轮具有能够由上文讨论的致动器115和控制装置100、300控制的被偏压的铰链接头110。
61.该方法包括：
62.获得(s1)与铰接式车辆的当前状态相关联的一个或多个输入传感器信号325、335、345，以及
63.响应于所述一个或多个输入传感器信号325、335、345自动地控制(s2)致动器115，以通过调整被偏压的铰链接头110的偏压力120来获得拖车210的目标轮轴载荷f1、f2、f3。
64.还示出了一种用于稳定铰接式车辆200的方法，该铰接式车辆包括第五轮101，该第五轮具有能够由上文讨论的致动器115和控制装置100、300控制的被偏压的铰链接头110。该方法包括：
65.获得(s1)与铰接式车辆的当前状态相关联的一个或多个输入传感器信号325、335、345，以及
66.响应于所述一个或多个输入传感器信号325、335、345自动地控制(s2)致动器115，以通过调整被偏压的铰链接头110的阻尼力来稳定铰接式车辆200。
67.图7在多个功能单元的方面示意性地示出了根据本文讨论的实施例的控制单元310的部件。使用能够执行被存储在例如存储介质730的形式的计算机程序产品中的软件指令的合适的中央处理单元cpu、多处理器、微控制器、数字信号处理器dsp等中的一个或多个的任何组合来提供处理电路710。处理电路710可以被进一步设置成至少一个专用集成电路asic或现场可编程门阵列fpga。
68.特别地，处理电路710被配置成使控制单元310执行一组操作或步骤，诸如结合图5讨论的方法。例如，存储介质730可以存储该组操作，并且处理电路710可以被配置成从存储
介质730检索该组操作以使控制单元310执行该组操作。该组操作可以作为一组可执行指令来提供。因而，处理电路710由此被布置成执行如本文所公开的方法。
69.存储介质730还可以包括永久存储器，例如，可以是磁存储器、光存储器、固态存储器或甚至是远程安装的存储器中的任何一个或其组合。
70.控制单元310可以进一步包括用于与至少一个外部装置通信的接口720，所述至少一个外部装置诸如包括相位控制器和机械可旋转基板的天线阵列。因此，接口720可以包括一个或多个发射器和接收器，其包括模拟和数字部件以及用于有线或无线通信的适当数量的端口。
71.处理电路710控制控制单元310的一般操作，例如，通过向接口720和存储介质730发送数据和控制信号、通过从接口720接收数据和报告以及通过从存储介质730检索数据和指令来控制控制单元310的一般操作。控制节点的其它部件以及相关功能被省略，以免混淆本文呈现的概念。
72.因此，本文公开了一种用于控制铰接式车辆200的第五轮101的控制单元310，该第五轮101具有能够由致动器115控制的被偏压的铰链接头110，该致动器115被布置成连接到控制单元310。控制单元包括：一个或多个输入端口311，所述一个或多个输入端口311用于接收与铰接式车辆的当前状态相关联的相应的输入传感器信号；以及输出端口312，该输出端口312用于控制被偏压的铰链接头110的致动器115。控制单元310被配置成响应于所述一个或多个输入传感器信号而经由致动器115自动地控制被偏压的铰链接头110，以获得铰接式车辆200的目标轮轴载荷f1、f2、f3和/或稳定铰接式车辆200。
73.图8示出了计算机可读介质810，该计算机可读介质810携载包括程序代码装置820的计算机程序，该程序代码装置820用于当所述程序产品在计算机上运行时执行图6中所示的方法。计算机可读介质和代码装置可以一起形成计算机程序产品800。