專利名稱：具有分布馬達的車輛的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于包括汽車在內(nèi)的馬達驅(qū)動的車輛領(lǐng)域，更具體而言，本發(fā)明涉及對上述車輛進行驅(qū)動的電動機的布置。
背景技術(shù)：
電動車和其它電動機驅(qū)動的車輛在本領(lǐng)域是公知的，包括所謂的采用對電動機和化石燃料驅(qū)動的馬達進行一種或另外一種結(jié)合的混合動力車輛，所述化石燃料驅(qū)動的馬達有時是燃氣輪機，例如在1969年11月11日授權(quán)給本發(fā)明的發(fā)明人的題為“電動機驅(qū)動的車輛(ELECTRICMOTOR-DRIVEN AUTOMOBILE)”的美國專利No.3,477,537中披露的燃氣輪機。之后公開相同主題的專利包括授權(quán)給Rosen等人的題為“燃料電池/燃氣輪機混合驅(qū)動的車輛(VEHICLE POWERED BY A FUEL CELL/GASTURBINE COMBINATION)”的美國專利No.6,213,234；授權(quán)給Bates等人的題為“采用雙軸渦輪發(fā)動機的混合電動裝置(HYBRID ELECTRICPROPULSION SYSTEM USING A DUAL SHAFT TURBINE ENGINE)的美國專利No.5,826,673；同樣授權(quán)給Bates等人的名稱同樣為“采用雙軸渦輪發(fā)動機的混合電動系統(tǒng)(HYBRID ELECTRIC PROPULSION SYSTEM USING ADUAL SHAFT TURBINE ENGINE)”的美國專利No.5,762,156，該專利大體上和前一個專利披露相同的內(nèi)容；授權(quán)給Weaver的題為“混合電動車輛驅(qū)動裝置(HYBRID ELECTRIC MOTOR VEHICLE DRIVE)”的美國專利No.5,765,656、以及授權(quán)給Brighton的題為“車輛的電動系統(tǒng)(ELECTRIC PROPULSION SYSTEM FOR VEHICLE)”的美國專利No.5,746,283。所有的這些美國專利都披露了采用電動機這一內(nèi)容，在一些情況下還采用多于一個電動機，每個電動機用于至少兩個車輪中的一個；同時，所有的這些美國專利通常都包括至少兩個用于電動機的動力源，一個是渦輪機，更具體地說是燃氣輪機，除’283專利外，其中用燃氣輪機代替了風(fēng)力渦輪機，另一個動力源可以是燃料電池或蓄電池。所述的燃氣輪機通常驅(qū)動發(fā)電機，而發(fā)電機進而驅(qū)動一個或多個電動機或給電力存儲裝置——燃料電池或蓄電池或二者充電，發(fā)電機有時在一些驅(qū)動條件下驅(qū)動電動機，而在其它驅(qū)動條件下對電力存儲裝置充電。例如，在授權(quán)給本發(fā)明的發(fā)明人的’537專利中披露的電動機驅(qū)動的汽車或者采用燃氣輪機驅(qū)動發(fā)電機向用于每個車輪的馬達提供電流，或者采用蓄電池以實現(xiàn)同樣的目的，該汽車能利用由燃氣輪機驅(qū)動的發(fā)電機的輸出來驅(qū)動蓄電池。
在上述專利中，除了授予本發(fā)明的發(fā)明人的’537專利外，僅有授予Rosen等人’234專利和授予Brighton的’283專利披露了具有多于一個電動機的車輛。授予Rosen等人’234專利披露了一種具有用于兩個后輪16中的每一個的獨立的電動機18的車輛；每個電動機18通過各自的傳動系20與相應(yīng)的車輪16驅(qū)動連接。根據(jù)’234專利的汽車采用燃氣輪機26驅(qū)動發(fā)電機24向電動機18提供電能。不是總依賴于由燃氣輪機驅(qū)動的發(fā)電機產(chǎn)生的電能，與每個車輪相連的電動機也可接收來自燃料電池22的電流。(燃料電池不能通過電流再充電，而是必須由氫或者產(chǎn)生氫的材料來填加燃料。)’234專利還披露了采用飛輪80也可是蓄電池82，二者可被用于存儲能量包括例如在制動過程中的能量回收。動力控制器30響應(yīng)控制或“指令”信號例如由駕駛員發(fā)出的加速或制動信號來調(diào)節(jié)電動機18。動力控制器30通過調(diào)節(jié)烴類燃料和空氣向燃料電池22和燃氣輪機26的供給控制電動機轉(zhuǎn)矩。在低負荷工況下，所需能量少于燃料電池22的最大電能輸出，動力控制器30使電動機所需電力由燃料電池和利用燃料電池廢氣的燃氣輪機產(chǎn)生。當(dāng)車輛的所需動力超過燃料電池的輸出能力時，動力控制器使額外的烴類燃料和壓縮空氣供給到燃氣輪機，以產(chǎn)生車輛所需的高至所能維持的最大動力級的額外動力。
如上所述，授予Brighton的’283專利還披露了一種具有四個電動機5的車輛，每個車輪的一個電動機用于向車輪施加轉(zhuǎn)矩。Brighton披露了使每個電動機(驅(qū)動馬達)5與軸120相連以驅(qū)動各自的車輪130。電動機5可直接被連接到車輪130上，或者通過速度控制機構(gòu)140進行連接。導(dǎo)線105與主發(fā)電機相連。導(dǎo)線150與動力儲備組件102相連。根據(jù)Brighton專利的車輛具有將主發(fā)電機輸出的動力轉(zhuǎn)換到存儲動力裝置例如蓄電池組的控制裝置，以在操縱條件允許時對存儲動力裝置再充電并保持其儲存的電能。
除了采用渦輪發(fā)動機作為一個動力源的混合型車輛外，大多數(shù)汽車制造商包括本田(Honda)和豐田(Toyota)目前都正在開發(fā)汽油-電動混合型車輛。在這些汽車中，在一些工況下變速器通過汽油發(fā)動機和電動機二者驅(qū)動旋轉(zhuǎn)，而后變速器與傳統(tǒng)技術(shù)采用同樣方式使車輪旋轉(zhuǎn)。(因此，對于這些混合型車輛僅有一個電動機為所有驅(qū)動輪提供驅(qū)動力/轉(zhuǎn)矩，所有車輛中至少有兩個是驅(qū)動輪。)在所有發(fā)明人已公知的現(xiàn)有技術(shù)中，即便是根據(jù)一些現(xiàn)有技術(shù)車輛可具有一個向一個車輪施加轉(zhuǎn)矩的電動機以及向另一個車輪施加轉(zhuǎn)矩的另一個電動機，但還沒有任何有關(guān)具有在此被稱為分布電動機布置的車輛的披露，所述分布電動機的布置即至少兩個電動機在控制器的控制下起作用，從而實際上使每個電動機提供與另一個電動機施加的轉(zhuǎn)矩相一致的轉(zhuǎn)矩，這具有與有腿或有翼的動物向肌肉發(fā)出協(xié)調(diào)命令以使其腿或翅膀進行移動的相同的方式。這種具有多個分布馬達的布置比當(dāng)前的單線布置——一個馬達和一個變速器具有更強的適應(yīng)性，這是因為在當(dāng)前的布置中，如果馬達或變速器出現(xiàn)故障，則車輛停止運行，然而在具有分布馬達的車輛中，必須發(fā)動機和其各自的變速器都出現(xiàn)故障才能使車輛停止運行。
現(xiàn)有技術(shù)還公開了已經(jīng)被稱為“線傳(drive-by-wire)”技術(shù)的內(nèi)容，這種技術(shù)是指無需使用聯(lián)系駕駛員和車輛驅(qū)動組件的機械連接裝置，而是使用電連接即導(dǎo)線來使車輛加速、制動和轉(zhuǎn)向。然而，根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的這種車輛仍然采用單個發(fā)動機和變速器對每個驅(qū)動車輪施加轉(zhuǎn)矩。
因此，需要提供一種具有分布馬達/馬達系統(tǒng)的車輛，理想的是一種具有與馬達部件相連的控制系統(tǒng)的車輛，其中馬達部件和控制系統(tǒng)是以一種與在現(xiàn)有技術(shù)車輛中的機械連接相比無故障率相當(dāng)高的方式相連接。

發(fā)明內(nèi)容
由此，本發(fā)明的第一方面是提供一種具有多個驅(qū)動輪(10a)和多個轉(zhuǎn)向輪的適于在路面上行駛的機動車輛，所述機動車輛的特征在于，其包括包括多個電動機的分布馬達系統(tǒng)，每個電動機連接到各自的驅(qū)動輪上，每個驅(qū)動輪響應(yīng)各自的驅(qū)動力；以及一個控制器，其對指示所需速度變化或所需的行駛方向變到反向或從反向變回的信號作出響應(yīng)，還對電源作出響應(yīng)，還對指示至少一個所述驅(qū)動輪或至少一個所述轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)速表信號作出響應(yīng)，用于向多個電動機中的每個提供各自的驅(qū)動力以根據(jù)指示所需速度或所需的行駛方向變到反向或從反向變回的信號來控制所述機動車輛的速度。
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，所述機動車輛還可包括至少一個轉(zhuǎn)向馬達，其中所述控制器進一步對指示所需車輛行駛方向改變的信號作出響應(yīng)，并對所述至少一個轉(zhuǎn)向馬達提供相應(yīng)的轉(zhuǎn)向動力。
同時根據(jù)本發(fā)明的第一方面，所述機動車輛還可包括速度控制接口，其對由所述機動車輛的操縱者提供的指示所需速度變化或所需變到反向或從反向變回的速度控制輸入作出響應(yīng)，用于提供所述指示所需速度變化或所需的行駛方向變到反向或從反向變回的信號；以及轉(zhuǎn)向接口，其對由所述機動車輛的操縱者提供的指示所需任何所述車輛的轉(zhuǎn)向輪位置變化的轉(zhuǎn)向輸入作出響應(yīng)，用于提供指示所需的所述車輛行駛方向變化的信號。而且，所述控制器包括速度控制計算機，其對指示所需速度變化或所需的行駛方向變到反向或從反向變回的信號作出響應(yīng)，也對電源作出響應(yīng)，還對指示至少一個所述驅(qū)動輪或至少一個所述轉(zhuǎn)向輪的轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)速表信號作出響應(yīng)，用于為多個電動機中的每個提供各自的驅(qū)動力，還用于為作為轉(zhuǎn)向動力的所述電源提供分流；以及轉(zhuǎn)向計算機，其對所述電源分流作出響應(yīng)，也對指示至少一個所述驅(qū)動輪或至少一個所述轉(zhuǎn)向輪的轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)速表信號作出響應(yīng)，還對指示所需車輛行駛方向變化的所述信號作出響應(yīng)，用于提供相應(yīng)的轉(zhuǎn)向動力。
仍然根據(jù)本發(fā)明的第一方面，每個電動機可被包括在馬達箱內(nèi)，所述馬達箱還包括與各自驅(qū)動輪相連的齒輪箱，其中所述馬達箱被防震安裝到所述車輛的車架上或在具有單片式車身的車輛中被防震安裝到所述車輛的車身上。而且，所述電動機具有由超導(dǎo)態(tài)材料制成的繞組。
仍然根據(jù)本發(fā)明的第一方面，所述電動機與所述驅(qū)動輪的連接可包括用于所述驅(qū)動輪至少之一的從動齒輪，所述從動齒輪與所述驅(qū)動輪為一體，并適于與各自電動機的主傳動齒輪相連。而且，所述從動齒輪被布置在所述驅(qū)動輪輪緣的外周，并朝向所述驅(qū)動輪的中心取向。此外，所述主傳動齒輪自所述驅(qū)動輪的中心偏置以提供齒輪減速。
仍然根據(jù)本發(fā)明的第一方面，所述電動機與用于所述各自驅(qū)動輪的車輪安裝架一體。
依然根據(jù)本發(fā)明的第一方面，至少所述車輛車輪中的一些被旋轉(zhuǎn)安裝到所述車輛上，另外至少所述車輛車輪中的一些被安裝成可相對于所述車輛整體地從一個位置移動到另一個位置，所述車輛還包括整體移動至少所述車輛車輪中的一些的裝置。


從以下結(jié)合附圖的詳細說明中能夠清楚地了解到本發(fā)明的上述和其它目的、特點和優(yōu)點，其中圖1是本發(fā)明一個實施例中的車輛的示意圖/框圖，因此包括控制器和多個電動機，每個電動機與各自的驅(qū)動輪相連并由所述控制器操作運行；圖1A是具有整體式從動齒輪并由主傳動齒輪以提供齒輪減速的方式驅(qū)動的驅(qū)動輪的一個實施例的透視圖；
圖2是所述控制器和與其相連的部件的示意圖/框圖，包括除了圖1所示的部件之外的車輪定位部件；以及圖3是本發(fā)明另一個實施例中的車輛的示意圖/框圖，其中布置了四個馬達和(驅(qū)動)車輪操縱部件的每個部分，每個馬達用于各自的驅(qū)動輪，所述車輪操縱部件不僅用于驅(qū)動車輪，而且還用于轉(zhuǎn)動車輪并能夠相對車架對車輪重新定位。
具體實施例方式
本發(fā)明——一種具有所有部件都在(中央)控制器的控制下的分布馬達/驅(qū)動系統(tǒng)的車輛——提供了一種與現(xiàn)有技術(shù)涉及的任何車輛相比獨特并不同的驅(qū)動車輛的形式。從以下的描述中可以認識到，通過提供用于每個從動(驅(qū)動)輪的馬達和齒輪布置，本發(fā)明省去了對機械傳動的需要并因此省去了對電動車車軸的需要。另外，在采用電動機的情況下，通過抵消或反轉(zhuǎn)馬達實現(xiàn)制動。同時，齒輪裝置(包括作為從動/驅(qū)動輪一部分的從動齒輪以及用于驅(qū)動輪的由馬達旋轉(zhuǎn)并優(yōu)選從從動齒輪中心偏移以有效提供齒輪減速的主傳動齒輪)完全適于高速操作和臨界制動，并使得更換車輪容易(只是通過將更換的車輪滑動到車輪繞其轉(zhuǎn)動并使車輪旋轉(zhuǎn)的軸上，直至從動齒輪與主傳動齒輪的輪齒嚙合)。另外，通過對每個驅(qū)動輪采用一個馬達很容易實現(xiàn)四輪驅(qū)動。而且，本發(fā)明可以對每個車輪采用單獨(獨立)齒條和小齒輪操縱裝置(由控制器對每個轉(zhuǎn)向輪提供轉(zhuǎn)向指令)。也能夠認識到，每個車輪/馬達/轉(zhuǎn)向機構(gòu)組件可被設(shè)置成單獨一個聯(lián)合裝置，或者車輪/馬達組件被設(shè)置成一個聯(lián)合裝置，而轉(zhuǎn)向機構(gòu)被設(shè)置成另一個聯(lián)合裝置。同時本發(fā)明突出的特點就在于，由于采用多個馬達提供驅(qū)動，在車輛中的一個馬達出現(xiàn)故障的情況下，車輛仍然可行駛；也就是說，本發(fā)明車輛的性能比現(xiàn)有技術(shù)車輛的性能下降的更加適度。
在此是以公知的混合型汽車串聯(lián)布置的實施例來描述本發(fā)明，即在所述布置中燃料驅(qū)動的發(fā)動機驅(qū)動直流發(fā)電機，接著直流發(fā)電機給聯(lián)合組成分布驅(qū)動馬達以旋轉(zhuǎn)車輪的電動機供電，每個電動機通過包括行星齒輪裝置的常規(guī)連接與各自車輪相連。然而，應(yīng)該認識到，并不是將本發(fā)明限制于上述布置。無論是采用電動機作為分布馬達/驅(qū)動系統(tǒng)的部件還是采用其它類型的發(fā)動機甚至包括汽油機，而且無論是否采用混合裝置(多于一種動力源)，本發(fā)明都是有用的。也就是說，本發(fā)明包括了甚至提供一種具有多個汽油或代用燃料發(fā)動機(不再具有任何電動機)的(非混合型)車輛，每個發(fā)動機用于至少兩個車輪中的一個，如上所述，所有的發(fā)動機都在單獨控制器的控制下。因此，本發(fā)明進一步包括其中的每個部件(至少兩個)都是并聯(lián)混合裝置的分布馬達/驅(qū)動系統(tǒng)，即在所述并聯(lián)混合裝置中采用例如在Toyota生產(chǎn)的Prius并聯(lián)混合型汽車上的動力分配裝置，使每個車輪能同時被燃油/耗油發(fā)動機還有電動機(通過變速器)驅(qū)動。(Prius動力分配裝置是具有行星齒輪組的變速箱；它將汽油發(fā)動機、直流發(fā)電機和Prius的電動機鉤連在一起，并可以采用汽油發(fā)動機或電動機或二者一起向車輪提供轉(zhuǎn)矩。)然而，鑒于非電動機與電動機相比的復(fù)雜性以及在操作和制造上的復(fù)雜性，本發(fā)明的分布馬達/驅(qū)動系統(tǒng)的每個部件優(yōu)選還是采用電動機。
現(xiàn)在參照圖1，根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的實施例，一種改進的車輛包括一對受到適當(dāng)支承的主驅(qū)動輪10a，每個主驅(qū)動輪10a通過相應(yīng)的主傳動齒輪11和齒輪箱11a被連接到各自的電動機12上，這樣當(dāng)電動機反轉(zhuǎn)時(例如通過使電動機內(nèi)勵磁線圈的導(dǎo)線換向，所述導(dǎo)線位于控制器13內(nèi))，電動機可充當(dāng)制動系統(tǒng)的一部分?？刹捎镁哂羞m配動力及28V額定電壓的變速直流馬達或115V 400周期的交流馬達或其它類型的馬達。(在圖1中，雙粗連接線表示傳輸大電流同時也是傳輸用來發(fā)射信號的小電流的電路總線，細連接線表示傳輸更小電流和僅被用于發(fā)射信號的導(dǎo)線，通常通過線路對地產(chǎn)生的電壓。)齒輪箱通常包括行星齒輪裝置并根據(jù)電動機軸(未示出)的轉(zhuǎn)速自動調(diào)整到適當(dāng)?shù)凝X輪嚙合，從而為主傳動齒輪11提供適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)速。
電動機12平行連接，每個電動機的一端接地，另一端與控制器13連接，使得可通過改變輸入電動機的電流來控制電動機12的轉(zhuǎn)速，或者為了能夠使與勵磁線圈相連的導(dǎo)線換向并因此使電動機反轉(zhuǎn)而如圖所示的通過電路總線將與電動機相連的導(dǎo)線都與控制器13相連。電動機12通過控制器13被連接到選擇器電路14上，選擇器14有選擇地將電動機12連接到蓄能器或蓄電池15上或者是基于控制器13提供的選擇指令的直流發(fā)電機16上?？刂破?3響應(yīng)由各自的電壓發(fā)生轉(zhuǎn)速表產(chǎn)生的電壓，每個轉(zhuǎn)速表用于一個電動機，控制器13向基于轉(zhuǎn)速表信號的選擇器14發(fā)出選擇指令。例如，在一些實施方式中，當(dāng)電動機轉(zhuǎn)速表信號高于預(yù)定水平時，控制器13向選擇器14發(fā)出選擇指令以將電動機與發(fā)電機16相連，但是當(dāng)轉(zhuǎn)速表信號降到預(yù)定水平以下時，控制器向選擇器14發(fā)出指令以將電動機12與蓄電池15相連。
仍然參照圖1，發(fā)電機16由燃氣輪機18驅(qū)動，由可調(diào)式燃料供給控制19例如燃油泵等向燃氣輪機18供給燃料，調(diào)節(jié)燃料供給以保持產(chǎn)生恒定的電壓輸出即本實施例中的28V電壓，所述電壓輸出由如圖所示的電壓檢測線檢測。發(fā)電機16經(jīng)選擇器14與蓄電池15相連，當(dāng)蓄電池15的電壓下降到預(yù)定水平時，選擇器14自動起作用即不必在控制器13的指令下將發(fā)電機16的輸出與蓄電池15相連。設(shè)置蓄電池整流充電器(未示出)以通過轉(zhuǎn)換常用(例如在住宅中)電流例如110V或220V交流電的線路對蓄電池15進行充電，而無需啟動電動發(fā)電機。
現(xiàn)在考慮改進車輛的操作，燃氣輪機18點火驅(qū)動發(fā)電機16，調(diào)節(jié)燃氣輪機18的轉(zhuǎn)速(通過調(diào)節(jié)對燃氣輪機的燃料供給)以保持發(fā)電機16的恒定電壓輸出。然后電動機12通過控制器13例如基于從響應(yīng)腳踏板位置或所謂的操縱桿位置的速度接口13a接收到的信號由發(fā)電機16提供能量，在一些實施方式中，由于轉(zhuǎn)速表17產(chǎn)生低電壓，所以電動機12先通過選擇器電路14與蓄電池15相連。在這些實施方式中，當(dāng)車輛達到或超過預(yù)定速度例如每小時30英里時，由轉(zhuǎn)速表17產(chǎn)生的電壓足以使控制器13向選擇器14發(fā)出指令以使電動機從蓄電池15轉(zhuǎn)換連接到發(fā)電機16。當(dāng)車輛降到預(yù)定速度以下(例如每小時30英里)，電動機12在基于由控制器13提供指令的選擇器14的作用下轉(zhuǎn)換回到與蓄電池15的連接。
仍然參照圖1，控制器13響應(yīng)由轉(zhuǎn)向接口13b提供的轉(zhuǎn)向信號而也向轉(zhuǎn)向馬達21a提供電流，其中轉(zhuǎn)向接口13b對例如轉(zhuǎn)向輪位置或操縱桿位置做出反應(yīng)。在操縱桿被用于控制速度和行進方向的情況下，可采用單獨的操縱桿，改進車輛的操縱者推動操縱桿向左或向右可使車輛向左或向右，推動操縱桿越向前車輛在前進方向速度越高，越向后車輛在后退方向速度越高?？刂破?3響應(yīng)轉(zhuǎn)向接口13b發(fā)出的信號向至少一個轉(zhuǎn)向馬達21a提供動力，通過控制器13使其獲得動力。(在一個檢測下提供的電流使馬達以一個方向旋轉(zhuǎn)，在另一個檢測下提供的電流使馬達以另一個方向旋轉(zhuǎn)，也就是與例如轉(zhuǎn)向馬達內(nèi)勵磁線圈相連的導(dǎo)線如果需要在控制器13內(nèi)被換向以使馬達以一個或另一個方向旋轉(zhuǎn)。)轉(zhuǎn)向馬達21a通過轉(zhuǎn)向軸21b與小齒輪21c相連，使得能夠在(馬達驅(qū)動的)齒條和小齒輪轉(zhuǎn)向裝置的齒條21d上旋轉(zhuǎn)小齒輪。照例，齒條通過依次連接到轉(zhuǎn)向臂(未示出)上的拉桿21e被連接到兩個轉(zhuǎn)向輪10b中的每一個上。在圖1所示的實施例中，轉(zhuǎn)向輪10b不同于驅(qū)動輪10a。然而應(yīng)該指出，驅(qū)動輪10a也可以同樣方式轉(zhuǎn)向。同時，除了齒條和小齒輪轉(zhuǎn)向裝置也可以采用其它轉(zhuǎn)向裝置，對于載重汽車或運動用途的車輛，采用循環(huán)滾珠式轉(zhuǎn)向齒輪裝置(與蝸輪配合)經(jīng)常是優(yōu)選。而且，與通常的一個轉(zhuǎn)向裝置結(jié)合到兩個車輪或者甚至是四個車輪上相比(圖1所示的是將兩個車輪結(jié)合在一起的情況)，通過為每個轉(zhuǎn)向輪提供適于用在單個車輪上的齒條和小齒輪轉(zhuǎn)向裝置(或其它轉(zhuǎn)向裝置)，使控制器13可分別為每個轉(zhuǎn)向輪提供動力，通過設(shè)置分布馬達/驅(qū)動系統(tǒng)(即直接與每個驅(qū)動輪相連的獨立馬達)，本發(fā)明使設(shè)計者選擇車輪的定位時考慮更少的限制，而在現(xiàn)有技術(shù)中必須要考慮設(shè)計具有通過單個變速器與兩個或更多車輪相連的單個發(fā)動機的車輛的問題。當(dāng)然，對車輪進行定位不同于通常的車架的角定位，必須改進車輛懸掛系統(tǒng)。本發(fā)明的許多優(yōu)點彌補了必須設(shè)計適于新型車輛裝置的懸掛系統(tǒng)所產(chǎn)生的不利。實際上，本發(fā)明甚至可使車輪的位置在車輛操作過程中移動，因此例如在轉(zhuǎn)向過程中，內(nèi)輪可向轉(zhuǎn)動方向外側(cè)移動，從而減少了通常懸掛系統(tǒng)在抗翻轉(zhuǎn)時所完成的工作。(理解在轉(zhuǎn)向過程中使轉(zhuǎn)動方向內(nèi)側(cè)的車輪移動到外側(cè)的原因是有好處的，假設(shè)騎自行車并轉(zhuǎn)彎；當(dāng)你進行這一動作時，你會向轉(zhuǎn)彎方向傾斜，所以你的車輪相對于車輛和你實際上是向著轉(zhuǎn)動方向外側(cè)移動。)理想地，為每個電動機12和齒輪箱11a提供具有散熱片(未示出)的獨立的馬達箱12a(圖1)，所述馬達箱12a采用氣體或液體式防震安裝到車輛車架(由虛線10c表示)上，所述車架優(yōu)選是扭桿車架。在所謂的單片式車身的車輛中，馬達箱優(yōu)選被防震安裝到車身上。
盡管也構(gòu)想了其它連接方式，但還是通過為主傳動齒輪11提供心軸齒輪(一種具有突出部11a和凹槽11b的軸，如圖1所示，凹槽11b沿軸設(shè)置并作為輪齒)的形式實現(xiàn)了主傳動齒輪11與其驅(qū)動輪10a的簡單連接，所述心軸齒輪與驅(qū)動輪10a外周上的從動齒輪22(在圖1A中示出并在下文給出描述)配合，從動齒輪22具有突出部和與主傳動齒輪11得到心軸相對應(yīng)的凹槽。在上述裝置中，沒有從馬達箱12a到驅(qū)動輪10a的齒輪減速，也就是對于主傳動齒輪11的每一旋轉(zhuǎn)，都對應(yīng)著從動齒輪(因此也是驅(qū)動輪10a)的一個旋轉(zhuǎn)。
現(xiàn)在參照圖1A，在從馬達箱12a到具有從動齒輪22的驅(qū)動輪10a的另一種可選擇的主傳動齒輪11的連接方式中，通過采用一種更小的偏移的主傳動齒輪來提供從馬達箱12a到驅(qū)動輪10a的齒輪減速，因此對于驅(qū)動輪10a的旋轉(zhuǎn)一圈，所述偏移的主傳動齒輪要旋轉(zhuǎn)幾圈。從動齒輪22被布置在驅(qū)動輪10a(輪緣)的外周，輪齒對著車輪中心，驅(qū)動輪10a在旋轉(zhuǎn)連接到與車架10c相連的車輛安裝架(未示出)的軸(未示出)上旋轉(zhuǎn)并經(jīng)開口22貫穿從動齒輪22后面的中心平面22a。驅(qū)動輪10a通過從驅(qū)動輪10a外側(cè)(遠離車輛一側(cè))突出的軸端上的四方螺帽或其它連接件被固定在軸上。
同時，如上所述，優(yōu)選為了每個轉(zhuǎn)向輪提供一個轉(zhuǎn)向裝置例如齒條和小齒輪轉(zhuǎn)向裝置，也就是不采用將車輪連接在一起的齒條，上述每個轉(zhuǎn)向裝置優(yōu)選被連接到各自的馬達箱上，優(yōu)選是在馬達箱的下面。如上所述，控制器13協(xié)調(diào)不同車輪的轉(zhuǎn)向，因此將齒條和小齒輪轉(zhuǎn)向裝置中的例如齒條保持在原位。同時優(yōu)選地是，每個電動機采用超導(dǎo)態(tài)材料的線圈，也就是在常規(guī)環(huán)境溫度或接近常規(guī)環(huán)境溫度時是超導(dǎo)電的材料，因此使更小的馬達也能產(chǎn)生所需的額定功率。
現(xiàn)在參照圖2，控制器13的框圖被顯示包括速度控制計算機25a和轉(zhuǎn)向計算機25b，二者優(yōu)選都從至少一個電壓發(fā)生轉(zhuǎn)速表17(如圖1所示與各自的驅(qū)動輪10a相連)或者其它傳感器或者指示實際車輪速度或電動機轉(zhuǎn)速或二者的傳感器接收信號。速度控制計算機用轉(zhuǎn)速表17產(chǎn)生的信號作為反饋(通常例如在馬達出現(xiàn)故障的情況下)，轉(zhuǎn)向計算機25b利用轉(zhuǎn)速表17例如防止車輛在高速時過度轉(zhuǎn)向，或在使全部四個車輪都轉(zhuǎn)向的情況下防止與前輪相比后輪的轉(zhuǎn)向方式被改變。(通常，高速時后輪與前輪以相同的方向轉(zhuǎn)動，但在低速時后輪以相反的方向轉(zhuǎn)動。)轉(zhuǎn)向計算機25b也通過連接到速度控制計算機25a上而向轉(zhuǎn)向馬達21a提供動力；在轉(zhuǎn)向計算機25b內(nèi)側(cè)的斬波電路(未示出)被用于按需要向轉(zhuǎn)向馬達提供或多或少的動力。速度控制計算機25a也采用斬波電路(未示出)調(diào)節(jié)提供給在各自馬達箱12a內(nèi)的電動機的電流/動力。同時，在如圖1所示的混合車輛串聯(lián)布置的實施例中，根據(jù)工況包括例如車輛行駛的速度和響應(yīng)車輛操縱者加速或制動輸入所需的轉(zhuǎn)矩，速度控制計算機25a向選擇器14發(fā)出選擇指令以從一個動力源到另一個動力源。另外，在操縱者輸入制動信號的情況下，速度控制計算機通過例如使位于速度控制計算機內(nèi)側(cè)的勵磁線圈導(dǎo)線(未示出)換向來調(diào)節(jié)提供給電動機12的動力，以改變在各自電動機12內(nèi)的勵磁線圈的電流方向。最后，速度控制計算機通過發(fā)出選擇信號影響在制動過程中車輛內(nèi)的能量存儲，使得從發(fā)電機流回的動力被提供給蓄電池/蓄能器(圖1)或其它蓄電(與化學(xué)能相對)能力吸收器。
在那些除了能使車輪10a，10b中的一些旋轉(zhuǎn)外，還能使一些車輪相對于車輛整體移動，也就是與簡單地轉(zhuǎn)向相對的實施例中，轉(zhuǎn)向計算機25不僅向至少一個轉(zhuǎn)向馬達21a提供轉(zhuǎn)向動力，而且它也向與依次旋轉(zhuǎn)連接到車輛上的車輪安裝架(未示出)相連的車輪定位馬達27提供車輪定位動力，因此使車輪10a，10b中的至少一些在轉(zhuǎn)向時整體移動，所述移動通常僅有幾英寸，這取決于車輛尺寸和轉(zhuǎn)向速度。
現(xiàn)在參照圖3，根據(jù)本發(fā)明的車輛被示出具有用于四個驅(qū)動輪10a中的每一個的車輛操縱部件31，車輪操縱部件31包括馬達箱12a(圖1和2)車輪定位馬達27(圖2)。每個車輪操縱部件31被示出與控制器13相連用于傳輸動力并由電纜32傳送信號。控制器13被示出從一個或多個電源33例如串聯(lián)或并聯(lián)的機械能量源或化學(xué)能量源接收電能。因此，根據(jù)本發(fā)明，車輛包括四個車輪，每個車輪都是驅(qū)動輪，如圖3中對于一個車輪由兩端箭頭線35所示，每個車輪既可轉(zhuǎn)向也能相對于車架10c被重新定位。
能夠認識到，上述布置僅是本發(fā)明原理的應(yīng)用示例。各種其它類型的轉(zhuǎn)換是能夠被理解的，本領(lǐng)域的技術(shù)人員在不偏離本發(fā)明范圍的前提下可以對上述裝置作出各種改變和提出替換裝置，所附權(quán)利要求旨在能夠覆蓋上述其它類型的轉(zhuǎn)換、修改和裝置。
權(quán)利要求
1.一種具有多個驅(qū)動輪(10a)和多個轉(zhuǎn)向輪(10b)適于在路面上行駛的機動車輛，所述機動車輛其特征在于，其包括分布馬達系統(tǒng)，所述分布馬達系統(tǒng)包括多個電動機(12)，每個電動機(12)連接到各自的驅(qū)動輪(10a)上，每個驅(qū)動輪(10a)響應(yīng)各自的驅(qū)動力；和控制器(13)，其對指示所需速度變化或所需的行駛方向變到反向或從反向變回的信號作出響應(yīng)，也對電源作出響應(yīng)，還對指示車輪(10a，10b)或電動機(12)之一的轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)速表信號作出響應(yīng)，用于向多個電動機(12)中的每個提供各自的驅(qū)動力以根據(jù)指示所需速度或所需的行駛方向變到反向或從反向變回的信號來控制所述機動車輛的速度。
2.如權(quán)利要求1所述的機動車輛，進一步包括至少一個轉(zhuǎn)向馬達(21a)，其中所述控制器(13)也對指示所需車輛行駛方向改變的信號作出響應(yīng)，并為所述至少一個轉(zhuǎn)向馬達(21a)提供相應(yīng)的轉(zhuǎn)向動力。
3.如權(quán)利要求1所述的機動車輛，進一步包括速度控制接口(13a)，其對由所述機動車輛的操縱者提供的指示所需速度變化或所需變到反向或從反向變回的速度控制輸入作出響應(yīng)，用于提供所述指示所需速度變化或所需的行駛方向變到反向或從反向變回的信號；和轉(zhuǎn)向接口(13b)，其對由所述機動車輛的操縱者提供的指示所需任何所述車輛的轉(zhuǎn)向輪取向變化的轉(zhuǎn)向輸入作出響應(yīng)，用于提供指示所需的所述車輛行駛方向變化的信號。
4.如權(quán)利要求2所述的機動車輛，其中所述控制器(13)包括速度控制計算機(25a)，其對指示所需速度變化或所需的行駛方向變到反向或從反向變回的信號作出響應(yīng)，也對電源作出響應(yīng)，還對指示至少一個所述驅(qū)動輪(10a)或至少一個所述轉(zhuǎn)向輪(10b)的轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)速表信號作出響應(yīng)，用于為多個電動機(12)中的每個提供各自的驅(qū)動力，還用于為作為轉(zhuǎn)向動力的所述電力提供分流；和轉(zhuǎn)向計算機(25b)，其對所述電力分流作出響應(yīng)，也對指示至少一個所述驅(qū)動輪(10a)或至少一個所述轉(zhuǎn)向輪(10b)的轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)速表信號作出響應(yīng)，還對指示所需車輛行駛方向變化的所述信號作出響應(yīng)，用于提供相應(yīng)的轉(zhuǎn)向動力。
5.如權(quán)利要求1所述的機動車輛，其中每個電動機(12)被包括在馬達箱(12a)內(nèi)，所述馬達箱(12a)進一步包括與各自驅(qū)動輪(10a)相連的齒輪箱(11a)，其中所述馬達箱(12a)被防震安裝到所述車輛的車架(10c)上或在具有單片式車身的車輛中被防震安裝到所述車輛的車身上。
6.如權(quán)利要求5所述的機動車輛，其中所述電動機(12)具有由超導(dǎo)態(tài)材料制成的繞組。
7.如權(quán)利要求1所述的機動車輛，其中所述電動機(12)與所述驅(qū)動輪(10a)的連接包括用于至少一個所述驅(qū)動輪(10a)的從動齒輪(22)，所述從動齒輪(22)與所述驅(qū)動輪(10a)為一體，其適于與各自電動機(12)的主傳動齒輪(11)相連。
8.如權(quán)利要求7所述的機動車輛，其中所述從動齒輪(22)被布置在所述驅(qū)動輪輪緣的外周，并朝向所述驅(qū)動輪(10a)的中心。
9.如權(quán)利要求8所述的機動車輛，其中所述主傳動齒輪(11)自所述驅(qū)動輪(10a)的中心偏置以提供齒輪減速。
10.如權(quán)利要求1所述的機動車輛，其中所述電動機(12)與用于所述各自驅(qū)動輪(10a)的車輪安裝架結(jié)合為一體。
11.如權(quán)利要求1所述的機動車輛，其中至少所述車輛車輪(10a，10b)中的一些被旋轉(zhuǎn)安裝到所述車輛上，另外至少所述車輛車輪(10a，10b)中的一些被安裝成可相對于所述車輛整體地從一個位置移動到另一個位置，所述車輛進一步包括整體移動至少所述車輛車輪(10a，10b)中的一些的裝置(27)。
全文摘要
一種具有分布馬達系統(tǒng)即具有多個電動機(12)的電動車輛，每個電動機(12)與各自的驅(qū)動輪(10a)相連，所有的電動機都在控制器(13)的控制下。所有的或僅有一些輪是驅(qū)動輪(10a)，每個驅(qū)動輪(10a)也可具有轉(zhuǎn)向馬達(21a)，每個驅(qū)動輪(10a)甚至還可具有用于例如在轉(zhuǎn)向過程中對所述車輪相對于底盤(10c)進行重新定位的車輪定位馬達(27)。每個電動機(12)、轉(zhuǎn)向馬達(21a)和車輪定位馬達(27)可被結(jié)合成一個車輪操縱部件(31)，根據(jù)從控制器(13)接收的信號并采用由控制器(13)提供的動力可操縱所有車輪操縱部件(31)。每個車輪操縱部件(31)通常給控制器(13)提供指示各自車輪(10a)運動的信號。
文檔編號B60K1/02GK1767965SQ200480008678
公開日2006年5月3日 申請日期2004年3月4日 優(yōu)先權(quán)日2003年3月28日
發(fā)明者保羅·J·普利斯納 申請人:保羅·J·普利斯納