用于能够悬浮的陆路运输车辆的沿着地面行进的系统

摘要

用于沿着地面行进的能够悬浮的陆路运输车辆(2)的系统，陆路运输车辆具有多个轮子，包括至少一个机动化轮子(3)、机动化轮子的驱动设备(6)和/或机动化轮子(3)的制动器(8)、设计成用于相对于车辆(2)的车身使机动化轮子(3)竖直移动的竖直定位致动器(9)、以及控制装置，控制装置设计成在车辆的加速阶段和/或制动阶段期间，控制竖直定位致动器(9)，以便调节机动化轮子的竖直位置，以增加搁置在机动化轮子上的负载，从而增加能够由机动化轮子传递到地面的最大力，以便增加能够由驱动设备(6)和/或制动器(8)产生的最大驱动和/或制动扭矩，而机动化轮子(3)不会打滑或滑动。

说明书

技术领域

本发明涉及用于能够悬浮的陆地运输车辆的地面移动系统的领域。

背景技术

一些特别具有创新精神的企业现在并且在世界各地开展寻求在真实条件下测试颠覆性的称为“超回路列车

在这些项目中，使座舱高速移动通常利用磁感应推进原理。座舱由线性感应马达推进，这些马达以固定间隔沿着管路定位。

也引起座舱悬浮，这使得座舱能够在没有(或几乎没有)摩擦的情况下在管路内部滑动。这种悬浮需要创造一种提升力。提升可以是磁性的，在这种情况下，通过为座舱配备磁体来获得。提升也可以是气垫提升。

为了使座舱能够在管路内部“起飞”并且维持悬浮，座舱必须超过一定的速度。

在低速时，即大约100km/h(公里/小时)左右和以下，设想使用更传统的系统来沿着地面运动。术语“地面”在本文中意指座舱在地面上，特别是在管路内部，而没有被悬浮。因此，“地面”可以是例如平坦的地面或任何形状的轨道。

因此，座舱设有轮子、用于驱动轮子旋转的驱动设备以及用于制动座舱的轮制动器。至关重要的是确保地面移动系统能够在座舱出发时施加相当大的加速度，而且该系统能够在座舱到达目的地时有效地制动座舱。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于能够悬浮的陆地运输车辆的地面移动系统，该系统能够具有高性能的加速和制动。

为了实现该目的，提出了一种用于能够悬浮的陆地运输车辆的地面移动系统，该车辆具有多个轮子，包括至少一个被致动的轮子、用于驱动被致动的轮子的驱动设备和/或用于制动被致动的轮子的制动器、布置成相对于车辆的车身使被致动的轮子竖直移动的竖直定位致动器、以及控制装置，控制装置布置成在车辆的加速阶段和/或制动阶段期间起作用，以控制竖直定位致动器，以便调节被致动的轮子的竖直位置，以增加由被致动的轮子承载的负载，并由此增加能够由被致动的轮子传递到地面的最大力，从而增加能够由驱动设备和/或制动器产生的最大驱动和/或制动扭矩，而被致动的轮子不会打滑或滑动。

已知的是，在现有技术的能够悬浮的陆地运输车辆在地面上的加速阶段期间，从动轮(即装备有用于驱动它们旋转的设备的轮子)能够产生最大驱动扭矩，超过该最大驱动扭矩发生打滑。最大驱动扭矩尤其取决于施加到从动轮的负载、从动轮与地面之间的摩擦系数以及车辆与地面之间的接触表面的状态。同样，在制动阶段期间，制动轮能够产生最大制动扭矩，超过该最大制动扭矩就发生打滑。

这些打滑和滑动现象降低了车辆的加速和制动性能，特别是在可能需要非常高的加速或非常猛的制动的紧急情况下。当使用轮胎时，当车辆的重量或轮胎的压力可能在宽范围内变化并且当轮胎磨损时，性能的降低最大。

如果被致动的轮子是从动轮，即配备有驱动设备的轮子，则通过调节被致动的轮子的竖直位置，本发明的地面移动系统使得能够增加能产生的最大驱动扭矩，而没有打滑。

同样，如果被致动的轮子是致动轮，即配备有制动器的轮子，则根据本发明的地面移动系统使得能够通过调节制动轮的竖直位置增加能产生的最大制动扭矩，而没有打滑。

这用作提高车辆的加速和制动性能。

还提供了一种能够悬浮的陆地运输车辆，其包括以上描述的地面移动系统。

根据对本发明的特定、非限制性实施例的以下描述，可以更好地理解本发明。

附图说明

参考附图，附图中：

-图1是本发明的地面移动系统的示意图；

-图2是超回路列车

-图3是在本发明的地面移动系统的控制装置中实施的功能框图。

具体实施方式

参考图1并且在该示例中，用于移动超回路列车

在该示例中，每个被致动的轮子3设有轮胎。

每个转向架4因此具有四个被致动的轮子3，即定位在所述转向架4右侧上的两个被致动的轮子3和定位在所述转向架4左侧上的两个被致动的轮子3。

每个转向架4上有朝向座舱2的中间定位的两个内部的被致动的轮子3，以及朝向座舱2的端部定位的两个外部的被致动的轮子3。

在被致动的轮子3中，包括所谓的“从动”轮3a和所谓的“制动”轮3b。从动轮3a是外部的被致动的轮子3。制动轮3b是内部的被致动的轮子3。

对于每个转向架4，地面移动系统1具有两个驱动设备6。

每个驱动设备6用于驱动相应的从动轮3a旋转。当然，驱动设备6在加速座舱2时使用，但也可用于通过将扭矩施加到从动轮3a来制动座舱2，该扭矩在与由座舱2的移动施加的加速度相反的方向上起作用。

在该示例中，驱动设备6是独立的。每个驱动设备6包括电动马达。电动马达具有输出轴，该输出轴经由机械接口与相关联的从动轮3a协配，机械接口可选地包括减速系统和/或离合器系统，以便驱动从动轮3a旋转。

对于每个转向架4，地面移动系统1包括两个制动器8，即与每个制动轮3b相关联的一个制动器8，以便制动所述制动轮3b。

制动器8是独立的。每个制动器8包括制动致动器以及摩擦构件，例如由与环境条件和预期的制动和磨损性能兼容的材料制成的转子/定子盘的叠层。

在该示例中，制动致动器是机电致动器。每个制动致动器都包括电动马达和推动器。制动致动器的电动马达驱动推动器，该推动器朝向制动轮3b的制动器8的摩擦构件线性移动并且在摩擦构件上施加制动力以便对制动轮3b进行制动。

对于每个转向架4，地面移动系统还包括四个竖直定位致动器9。每个竖直定位致动器9用作相对于座舱2的车身(或转向架)向相应的被致动的轮子3(即从动轮3a或制动轮3b)施加竖直运动，并调整被致动的轮子3的竖直位置。

在该示例中，竖直定位致动器9是独立的机电致动器。

每个竖直定位致动器9包括支腿，支腿由紧固到座舱2的车身的缸体和在缸体中滑动的杆制成。被致动的轮子3安装在杆的底端处。

每个竖直定位致动器9还包括电动马达。电动马达驱动杆，杆直线运动并且使被致动的轮子3竖直移动。

每个竖直定位致动器9还包括减震设备和弹簧。

应当注意，每个竖直定位致动器9还用作伸出/缩回致动器。竖直定位致动器9在座舱2在地面上加速和制动的阶段期间，将其底部处具有被致动的轮子3的杆伸出，以便将被致动的轮子3放置在地面上，并且在座舱2悬浮的同时缩回杆。

应当注意，用于切换轮子-承载杆的一种可能的技术可以如下。支柱可以在其外表面上带螺纹。因此，由马达旋转的螺杆组可以沿着支柱移动。杠杆臂用作使轮子下降或上升。

为了控制和供电驱动设备6、制动器8的制动致动器和竖直定位致动器9的电动马达，地面移动系统1包括控制装置。控制装置包括两个第一电源模块11(每个转向架4一个)、两个第二电源模块12(每个转向架4一个)和两个电气控制模块13。

在每个转向架4中，第一电源模块11通过用于每个致动器的信号线15(对于每个致动器不同)并且通过用于每个致动器的电源线16(对于每个致动器不同)连接到从动轮3a的每个竖直定位致动器9。

在每个转向架4中，第一电源模块11通过信号线17(对于每个设备不同)并且通过电源线18(对于每个设备不同)连接到从动轮3a的每个驱动设备6。

在每个转向架4中，第二电源模块12通过用于每个致动器的信号线19(对于每个致动器不同)并且通过用于每个致动器的电源线20(对于每个致动器不同)连接到制动轮3b的每个竖直定位致动器9。

在每个转向架4中，第二电源模块12通过用于每个制动器的信号线21(对于每个制动器不同)并且通过用于每个制动器的电源线22(对于每个制动器不同)连接到制动轮3b的每个制动器8(并因此连接到它们的制动致动器)。

每个电源模块11、12包括电气部件(硬件)和程序(软件)，其用作供电和控制与其连接的电动马达。所讨论的控制包括控制电动马达、致动器本身(驱动设备、制动致动器、竖直定位致动器)、递送动力、管理温度并且管理被致动的轮子3上的轮胎的磨损。

电力线16、18、20、22输送用于控制电动马达的控制电流。

信号线15、17、19、21输送在致动器和电源模块11、12之间交换的数据。该数据可能在两个方向上输送，并且特别地，它可以包括由定位在马达、致动器、制动器8的摩擦构件等上或附近的传感器产生的测量数据。

转向架4a的第一电源模块11由第一高压电力总线HVDC 1和第一低压电力总线LVDC 1供电。

转向架4a的第二电源模块12由第二高压电力总线HVDC 2和第二低压电力总线LVDC 2供电。

转向架4b的第一电源模块11由第二高压电力总线HVDC 2和第二低压电力总线LVDC 2供电。

转向架4b的第二电源模块12由第一高压电力总线HVDC 1和第一低压电力总线LVDC 1供电。

两个电气控制模块13中的每一个包括主电气控制模块13a和备选电气控制模块13b。

主电气控制模块13a经由相应的信号线24(即经由四根不同的信号线24)连接到两个第一电源模块11中的每一个和两个第二电源模块12中的每一个。

主电气控制模块13a由第一低压电源总线LVDC 1供电。

同样，备选电气控制模块13b经由相应的信号线25(即经由四根不同的信号线25)连接到两个第一电源模块11中的每一个和两个第二电源模块12中的每一个。

备选电气控制模块13b由第二低压电源总线LVDC 2供电。

电气控制模块13向电源模块11、12传送控制信号。电源模块11、12根据控制信号并且使用来自HVDC、LVDC电源总线的电能产生用于电动马达的控制电流。

在该示例中，电气控制模块13冗余布置。电气控制模块13以主动-被动模式操作。在正常操作中，只有主电气控制模块13a被激活以产生控制信号。在主电气控制模块13a经受故障的情况下，它被停用并且备选电气控制模块13b产生控制信号。应当注意，有可能实施主动-主动模式，其中，作为示例，各电气控制模块13依次产生控制信号。

因此，当前描述的架构不仅在电气控制模块13方面是冗余的，而且在高压和低压电源总线方面也是冗余的。两条高压电源总线HVDC之一或两条低压电源总线LVDC之一的损失不会导致超过一个电气控制模块13、超过50％的驱动设备6、超过50％的制动器8、或超过50％的竖直定位致动器9的损失。

在加速阶段期间，以上描述的包括电源模块11、12和电气控制模块13的控制装置用作独立地调节从动轮3a的竖直位置，以便增加由从动轮3a承载的负载并因此以便增加可通过从动轮3a传递到地面的最大力，从而在没有从动轮3a打滑的情况下增加驱动设备6能够产生的最大驱动扭矩。

同样，在制动阶段期间，控制装置用作独立地调节从动轮3a和制动轮3b的竖直位置，以便增加由从动轮3a和制动轮3b承载的负载，并因此增加由从动轮3a和制动轮3b传递到地面的最大力，从而在没有从动轮3a和制动轮3b滑动的情况下增加驱动设备6和制动器8能够产生的最大制动扭矩。

本发明的地面移动系统的操作如下。

在座舱2的加速阶段期间，每个驱动设备6产生驱动扭矩以驱动相关联的从动轮3a旋转。驱动扭矩可以增加到最大驱动扭矩，超过该最大驱动扭矩，从动轮3a会打滑。

当驱动扭矩接近最大驱动扭矩时，与所述从动轮3a相关联的竖直定位致动器9通过将从动轮3a稍微移动远离座舱2a的车身而转移座舱2的部分负载。因此，从动轮3a更大程度地压靠地面。这增加了由从动轮3a承载的负载(或重量)。能够通过从动轮3a传递到地面的最大力增加。由于管路的地面与从动轮3a的磨损面(即轮胎与地面接触的表面)之间的摩擦系数恒定，因此能够增加最大驱动扭矩并且因此能够增加施加到从动轮3a的加速度。负载的变化可以由传感器监控，并且特别是由用于感测负载、扭矩、压力、移动等的传感器监控。

在其中座舱2被制动的阶段期间，每个制动器8产生制动扭矩以制动相关联的制动轮3b。同样，每个驱动设备6产生形成制动扭矩的相反扭矩，使得能够制动相关联的从动轮3a。这些制动扭矩中的每一个都可以增加到最大制动扭矩，超过该最大制动扭矩，制动轮3b或甚至从动轮3a可能打滑。

当制动扭矩接近最大制动扭矩时，与所述被致动的轮子3(即从动轮3a或制动轮3b)相关联的竖直定位致动器9通过使被致动的轮子3稍微移动远离座舱2a的车身而转移座舱2的部分负载。

这增加了由被致动的轮子3承载的负载(或重量)。能够通过从动轮3a传递到地面的最大力增加。由于管路的地面与被致动的轮子3的轮胎表面之间的摩擦系数恒定，因此能够增加最大制动扭矩并因此增加由被致动的轮子3产生的制动。在该示例中，增加负载增加了轮胎与地面之间的接触面积，从而增加了轮胎对地面的抓地力。

因此，并且参考图2，能够看出在制动阶段，制动轮3b的竖直位置使得它们稍微移动远离座舱2a的车身。每个制动轮3b的中心与车身之间的距离略大于每个从动轮3a的中心与车身之间的距离。在缸体27中滑动的竖直定位致动器9的杆26定位在不同高度处，同时保持座舱2的高度、俯仰、滚动和偏航恒定。能够看出，每个竖直定位致动器9设有弹簧系统28。

参考图3，能够看出控制装置的框图，其包括中央控制器30、竖直定位控制器31、扭矩限制控制器32和扭矩分配器33。

中央控制器30接收用于座舱2的移动指令Cd，其目的是使座舱2加速或制动。用于座舱2的移动指令Cd由座舱2的驾驶员产生，例如通过作用在踏板上、通过座舱2的自动驾驶系统，或者甚至通过座舱2的速度调节器、通过座舱2的自动制动系统等。

中央控制器30还获取特别代表座舱2的移动的第一数据D1。

该第一数据D1包括由第一传感器34直接产生的第一参数的测量值，或者由第一估计算法35产生的第一参数的估计值。

作为示例，第一参数包括特定于座舱2作为整体的参数：座舱2的速度和加速度、座舱2的温度、惯性数据等。

作为示例，第一参数还包括特定于座舱2的每个轮子的参数：轮子的转速、加速度、轮子的轮胎打滑度、轮胎压力、制动器的摩擦构件的温度等。

作为示例，第一参数还包括座舱2外部的参数：座舱2在其中行进的管路的地面条件、环境条件等。

根据第一数据D1和移动指令Cd，中央控制器30因此产生旨在用于被致动的轮子3(即，在该示例中，用于从动轮3a和制动的轮子3b)的扭矩命令Ce。

竖直定位控制器31还获取第一数据D1(或者第一数据D1中的至少一些)，并且特别是表示被致动的轮子3的打滑度的数据。

竖直定位控制器31监控被致动的轮子3的打滑度。

竖直定位控制器31建立或获取负载分布，该负载分布特别地根据被致动的轮子3的打滑度，并且根据座舱2是处于制动阶段还是加速阶段。

然后，竖直定位控制器31控制每个被致动的轮子3的竖直定位致动器9，以调整所述被驱动的轮子3的竖直位置，使得施加在所述被致动的轮子3上的负载对应于负载分布。

为了建立负载分布，竖直定位控制器31在加速阶段期间将负载添加到从动轮3a，并在制动阶段期间将负载添加到制动轮3b(并且可能还添加到从动轮3a，如果在制动阶段期间使用它们的话)。

相反，竖直定位控制器31从任何稍微打滑的被致动的轮子3、或者甚至从任何未被致动的轮子、或者甚至从在加速或制动阶段期间没有被致动的任何被致动的轮子3上去除负载。

竖直定位控制器31然后特别根据该负载分布来控制竖直定位致动器9。为此，竖直定位控制器31产生用于竖直定位致动器9的定位命令Cp，并它获取第二数据D2。

第二数据D2包括由第二传感器36直接产生的第二参数的测量值，或者由第二估计算法37产生的第二参数的估计值。

第二参数与竖直定位致动器9有关，并且作为示例，对于每个竖直定位致动器9，它们包括由所述竖直定位致动器9支承的负载、杆的线性位置、由电动马达消耗的电流、电动马达的转子角位置等。

扭矩限制控制器32获取第一数据D1、第二数据D2以及由定位控制器31产生的定位命令Cp。

扭矩限制控制器32的目的是在座舱2的被致动的轮子3显著滑动或打滑的情况下限制由中央控制器30产生的扭矩命令Cc。

执行扭矩限制比传统的防抱死系统执行得更好。扭矩限制考虑被致动的轮子3的竖直定位和传输到竖直定位致动器9的定位命令Cp实时地起作用。

特别地，在被致动的轮子3打滑的情况下，被致动的轮子3上的驱动扭矩或制动扭矩应该减小，除非竖直定位控制器31已经考虑了这种打滑并且已经命令转移在所述被致动的轮子3上的负载，用以调节竖直定位以限制打滑的影响。

扭矩限制控制器32因此产生限制命令Cl，其寻求限制用于被致动的轮子3的扭矩命令Cc，并且其取决于由竖直定位控制器31产生的定位命令Cp。

扭矩分配器33获取由中央控制器30产生的扭矩命令Cc、由扭矩限制控制器32产生的限制命令Cl、以及来自第二传感器36或来自第二估计算法37的第二数据D2。

扭矩分配器33为从动轮3a的驱动设备6和制动轮3b的制动器8产生独立的单独的扭矩命令Cci。

扭矩分配器33通过获取第三数据D3来监控这些单独的扭矩命令Cci。

第三数据D3包括由第三传感器40直接产生的第三参数的测量值，或者由第三估计算法41产生的第三参数的估计值。

第三参数包括驱动设备6、制动致动器或制动器8的摩擦构件的温度、驱动和制动扭矩等。

扭矩分配可以用作管理致动器温度、管理驱动设备6和制动致动器的防抱死动作的不同激活频率、取决于当前阶段是制动阶段还是加速阶段的管理、管理磨损(特别是摩擦构件的磨损)、管理再生制动、管理电动马达电力消耗等。

如上所述，由控制装置产生的负载分布特别地根据被致动的轮子3的打滑度并且根据座舱2处于制动阶段还是加速阶段来建立。

可能设想，根据设备的上述各部件的一些或所有的测量的或评估的温度建立负载分布。这些设备的部件包括被致动的轮子3、竖直定位致动器9、驱动设备6、制动器8、致动器的摩擦构件、制动致动器、电动马达等。

当所述被致动的轮子3的致动器已经被大量激活(在频率和持续时间上)或者它们已经被强有力地激活时，施加到某些被致动的轮子3的负载受到限制。这用作防止设备受到过度加热，这可能导致温度升高到超出可接受的范围。

还可能设想，也根据被驱动的轮子3的轮胎的磨损度建立负载分布。例如，当制动轮3b已经大量制动或已经经受强制制动时(例如，紧急制动)，施加到所述制动轮的负载被限制以便限制其轮胎的磨损。

这用作限制被致动的轮子3的轮胎的磨损。

应当注意，为了改变负载分布，能够设想改变竖直定位致动器9的刚度而不是控制其移动部件(杆)的位置。竖直定位致动器9因此将类似弹簧操作，其刚度被改变。

通过使用理想弹簧等式：

F＝k(x+Δx)，

可以理解，这种方法修改了刚度系数k，并对平衡位置x有影响。需要改变可移动杆的位置以便重新平衡弹簧。

相反，在本发明中，弹簧的刚度没有改变，而是增加了偏移量Δx

增加偏移量可以表示为以下形式：

F＝k(x+Δx+Δx

即

F＝k(x+Δx)+k(Δx

项k(x+Δx)表示弹簧的平衡力，而项k(Δx

已知超回路列车

因此，非常有利的是，在超回路列车

在竖直定位致动器9是液压致动器的情况下，还可能设想修改腔室的内部形状。该解决方案实现起来更复杂且效率更低，因为轮子的定位不太精确。

当然，本发明不限于所描述的实施例，而是涵盖落入由权利要求限定的本发明范围内的任何变型。

在上文中，本发明在超回路列车

以上描述涉及配备有电动马达的机电致动器：旋转驱动设备、制动致动器、竖直定位致动器。当然可以使用不同的致动器，例如液压的或气动的致动器。

控制装置的架构，无论是在其设备(电源模块和电气控制模块)方面还是在其框图方面，当然都可以与以上描述的不同。

座舱可以具有其它数量的轮子和转向架。例如，可以每个转向架有六个或八个轮子，每个座舱有三个或四个转向架等。

还可以在制动轮和从动轮之间具有不同的分布。还可能想象一些轮子可以同时被制动和驱动(即配备有制动器和驱动设备)，或者只有制动轮或只有从动轮设有竖直定位致动器等。