专利名称：用于车辆的制动系统及方法
技术领域：
本发明涉及用于对车辆进行制动的制动系统及方法。
背景技术：
诸如汽车、全地形车(ATV)、三轮车和摩托车之类的轮式车辆通常装备有一个或多个制动器用于使车辆减速或者停止。车辆的驾驶者能够通过致动踏板、操纵杆、或者定位在车辆上并在驾驶者可触范围内的其他致动器来致动制动器。一种常见类型的制动器——盘式制动器——利用制动钳与制动盘之间的摩擦使车辆的车轮相对于车辆的车身的转动减慢或停止。由此产生的轮胎与地面之间的摩擦对车辆施加制动力以使车辆减速。通常，理想的是能够使行进中的车辆在其停止之前所行驶的距离减至最小。为此， 理想的是使制动期间每个车轮与地面之间的摩擦达到最大。众所周知，轮胎相对于地面滑动时能够由轮胎产生的最大可能摩擦(动摩擦)小于轮胎相对于地面滚动而不滑动时能够由轮胎产生的最大可能摩擦(静摩擦)。因此，通过增大车轮上的制动力矩、直到轮胎与地面之间的制动力几乎不足以引起滑动来改善在很多类型的地面上的制动性能。该原理的一个应用为临界刹车；在临界刹车中，驾驶者调节制动器以在轮胎开始滑动之前提供尽可能大的制动力矩。然而，有效的临界刹车依赖于驾驶者的技术和经验，并且难以在一些类型的地面上进行。此外，临界刹车不允许独立地控制每个车轮处的制动力——独立地控制每个车轮处的制动力在并非所有的车轮都在相同类型的地面上时(例如，一些车轮在干燥的路面上，而其他的车轮在冰面上)可能是期望的——，并且在其他的车轮达到其最大制动力之前一些车轮可能开始滑动。改善制动性能的一种尝试是使用防抱死制动系统(ABS)。控制单元检测车辆的车轮之间的转速差以判断一个或多个轮胎是否相对于地面滑动。如果特定的轮胎在滑动，则控制单元减小相应的车轮上的制动力矩以试图恢复静摩擦并使由车轮产生的制动力达到最大。本质上，ABS对每个车轮单独地进行临界刹车。因而，每个车轮以在其特定地面上提供最大制动力的速度独立地转动，并因此极可能多地促进车辆的制动。ABS的额外的益处在于汽车能够在制动的同时进行转向，因为车轮没有锁死并且保持一定的牵弓I力。虽然现在ABS普遍地用在汽车中，但其成本对于ATV的价格而言通常过高。此外， 部件——尤其是每个车轮上的制动器——容易增加和分散ATV的重量，而将重量减至最小对于ATV而言是重要的设计考虑要素。此外，各个制动器构成簧下重量，这些簧下重量会降低乘车品质。此外，ABS的适用范围局限于通过实心车桥或锁定差速器连接的两个车轮，比如一些ATV，这是因为两个车轮不能够以不同的速度转动，而能够以不同的速度转动是在某些制动状态中所期望的。
为了将车辆重量减至最小并集中车辆重量，一些ATV在实心的后桥的一部分上或者在从发动机延伸至后差速器的传动轴上设置有单个后部盘式制动器。在2002年12月10 日授权的美国专利No. 6，491，126中描述了这种布置的示例，该项专利通过参引全部并入本文中。因此，需要一种用于ATV的制动系统，该制动系统允许其所应用的车轮具有不同的转速。还需要一种对车辆进行制动的方法，该方法为其所应用的车轮提供不同的转速。
发明内容
本发明的目的在于改进现有技术中存在的不便中的至少一些。本发明的又一目的在于提供一种制动系统，其中，单个制动器应用于能够以不同速度转动的两个车轮。本发明的又一目的在于提供一种具有单个制动器的制动系统，该单个制动器通过限滑差速器在两个车轮上施加制动力矩。本发明的又一目的在于提供一种具有单个制动器的制动系统，该单个制动器能够在两个车轮上同时施加不同的制动力矩。本发明的又一目的在于提供一种对车辆进行制动的方法，由此单个制动器能够在两个车轮上同时施加不同的制动力矩。在一个方面中，本发明提供一种包括车架的车辆。车架上布置有用于支撑一个或多个乘员的座椅。发动机由车架支撑。多个车轮由车架支撑。多个车轮中的至少一个操作性地连接于发动机，用于推进车辆。转向装置通常布置在座椅的前方并且操作性地连接到多个车轮中的至少一个，用于对车辆进行转向。限滑差速器由车架支撑。第一半轴和第二半轴操作性地连接至限滑差速器。第一半轴支撑多个车轮中的第一车轮。第二半轴支撑多个车轮中的第二车轮。制动器操作性地连接至限滑差速器。制动器通过限滑差速器的至少一部分选择性地在第一车轮和第二车轮上施加制动力矩，以降低车辆的速度。在另一方面，轴操作性地连接至限滑差速器，用于将发动机的输出扭矩提供到限滑差速器。制动器通过轴操作性地连接到限滑差速器。在另一方面，制动器包括安装在轴上并且与轴一起转动的制动盘。制动钳由车架支撑并且操作成选择性地与制动盘摩擦接合以施加制动力矩。在另一方面，制动器的至少一部分安装在限滑差速器的至少一部分上。在另一方面，控制单元电连接至限滑差速器。当制动器致动时，响应于第一车轮与第二车轮的转速之间的差值大于第一预定差值，控制单元操作成选择性地提高限滑差速器的接合程度。在另一方面，选择性地提高限滑差速器的接合程度包括使制动器提高限滑差速器的离合器的接合程度。离合器操作性地布置在限滑差速器的至少一部分与第一半轴和第二半轴中的一个之间。在另一方面，第一预定差值在7至9RPM之间。在另一方面，轴具有第一部分和第二部分。制动器的所述至少一部分安装在轴的第一部分上。轴的第二部分连接到限滑差速器。滑动离合器将轴的第一部分操作性地连接到轴的第二部分，使得滑动离合器操作性地布置在制动器与限滑差速器的所述至少一部分之间。在另一方面，控制单元电连接至滑动离合器。当制动器被致动时，响应于第一车轮和第二车轮中的至少一个相对于地面滑动并且第一车轮和第二车轮的转速之间的差值小于第二预定差值，控制单元操作成选择性地降低滑动离合器的接合程度。第二预定差值小于第一预定差值。在另一方面，第二预定差值小于1RPM。在另一方面，当制动器被致动时，响应于第一车轮和第二车轮的转速小于预定阈值转速并且第一车轮和第二车轮的转速之间的差值小于第二预定差值，控制单元操作成选择性地降低滑动离合器的接合程度。第二预定差值小于第一预定差值。在另外的方面中，本发明提供一种操作车辆的方法。车辆包括第一车轮和第二车轮。限滑差速器操作性地连接到第一车轮和第二车轮并布置在第一车轮与第二车轮之间。 制动器操作性地连接到限滑差速器，使得限滑差速器的至少一部分操作性地布置在制动器与第一车轮和第二车轮中的每一个之间。该方法包括判断制动器是否被致动；确定第一车轮与第二车轮之间的转速差；当制动器被致动时，响应于转速差大于第一阈值而提高限滑差速器的接合程度；以及降低车辆的速度。在另一方面，该方法包括判断第一车轮和第二车轮是否相对于地面滑动。当制动器被致动时，响应于第一车轮和第二车轮二者都相对于地面具有牵引力并且转速差小于第二阈值，降低限滑差速器的接合程度。第二阈值小于第一阈值。在另一方面，判断第一车轮和第二车轮是否相对于地面具有牵引力包括将车辆的速度与第一车轮和第二车轮中的每一个的转速进行比较。在另一方面，车辆包括至少一个第三车轮。判断第一车轮和第二车轮是否相对于地面具有牵引力包括将所述至少一个第三车轮的转速与第一车轮和第二车轮的转速进行比较。在另一方面，车辆还包括轴，该轴操作性地连接到限滑差速器，用于将发动机的输出扭矩提供给限滑差速器。判断第一车轮和第二车轮是否相对于地面具有牵引力包括将轴的转速与第一车轮和第二车轮中的至少一个的转速进行比较。在另一方面，车轮还包括操作性地布置在制动器与限滑差速器之间的滑动离合器。当制动器被致动时，滑动离合器的接合程度在第一车轮和第二车轮中的至少一个相对于地面滑动时降低。对该申请来说，当结合车轮或者轮胎用到术语“具有牵引力”时，其意味着车轮相对于地面滚动而不滑动。对该申请来说，当结合离合器或者差速器用到术语“接合”时，指的是通过离合器或者差速器耦接的两个部件以相同的速度转动。因此，提高差速器的接合程度通过将两个部件限制成相同的转速或者限制成较小的最大转速差而使差速器表现的更像锁定式差速器一样。类似地，降低差速器的接合程度通过允许两个部件之间具有较大的转速差而使差速器表现的更像开放式差速器一样。本发明的实施方式均具有以上提及的目的和/或者方面中的至少一个，但不一定具有所有的目的和/或者方面。应当理解，在试图获得上述目的时产生的本发明的一些方面可能不满足这些目的和/或者可能满足本文中没有明确叙述的其他目的。本发明的另外的和/或者替代的特征、方面及优点将从下面的描述、附图及权利要求中变得明显。
为了更好地理解本发明以及本发明的其他方面和另外的特征，对结合附图使用的以下描述进行论述，其中图1是从左前侧观察的ATV的立体图；图2是图1的ATV的传动系的示意性布局；图3是图1的ATV的替代性传动系的示意性布局；图4是图3的传动系的发动机和变速器的侧视图；图5是穿过横穿发动机壳体的前驱动轴竖直地截取的图4的发动机的截面图；图6是图4的发动机的部分截面图，其示出在发动机的油底壳上方以及曲轴的配重之间穿过的前驱动轴；图7是图3的传动系的示意性侧视图；图8是图1的ATV的变速器的底部的立体图，其示出除了将变速器耦接至后驱动轴外还选择性地将变速器耦接至前驱动轴的2WD-4WD选择器机构；图9是图1的ATV的替代性传动系的示意性布局，在该替代性传动系中，变速器布置在发动机壳体的前方；图10是图1的ATV的替代性传动系的截面图；图11是从左后侧观察的、根据第一实施方式的制动系统的立体图；图12是图11的制动系统的示意性截面图；图13是从左后侧观察的、根据第二实施方式的制动系统的立体图；图14是图13的制动系统的示意性截面图；图15是从左后侧观察的、根据第三实施方式的制动系统的立体图；图16是图15的制动系统的示意性截面图；图17是根据第四实施方式的制动系统的示意性截面图；以及图18是逻辑图，其示出了根据本发明的实施方式的制动系统的操作。
具体实施例方式在本说明书通篇中，本发明被描述为用于全地形车的前轮，然而能够想到，本发明能够用于全地形车的前轮，或者用于诸如三轮车之类的其他轮式车辆。图1是总体用附图标记10表示的全地形车(ATV)的立体图，该全地形车包括传动系20，本发明的实施方式能够应用于传动系20。ATVlO包括车架12，车身13和用于为车辆提供动力的内燃发动机(图1中不可见)安装于车架12。连接于车架12的还有具有低压轮胎15的四个车轮14，低压轮胎15适用于越野环境以及穿越崎岖的地形。ATV 10还包括跨式座椅18，跨式座椅18安装在车架12上，用于支撑驾驶者并且可选地支撑一个或多个乘客。ATV 10具有被中央纵向轴线8穿过的重心。如在图1中示出，两个前轮14通过各自的前悬挂组件(例如，双A臂式悬挂系统)悬挂在车架12上，而两个后轮14通过各自的后悬挂组件(例如，刚性摇臂式悬挂系统)悬挂在车架上。前轮和后轮14具有10至12英寸的轮缘并且均配置有低压轮胎15，低压轮胎 15安装在每个车轮的轮缘上并且被充气至不大于^g/cm2 (即，不大于196kPa或者^psi) 的压力。仍参照图1，ATV还包括转向机构16，转向机构16由车架12旋转地支撑以使驾驶者能够对车辆进行转向。转向机构16包括车把，该车把连接在转向柱(未示出)上，其中转向柱用于致动连接在左前轮和右前轮14上的转向连杆。如本领域已知的，ATV 10由具有发动机亮体30的内燃发动机——例如气缸配置成单V或者双V型的4循环单顶置凸轮发动机——提供动力，不过，本领域的技术人员将容易理解，能够替换成其他类型和构型的发动机。如现有技术中还已知的，气缸容置连接在曲轴34上的往复式活塞31。发动机的曲轴34耦接在传动系20上，传动系20将扭矩传递给后轮14，从而提供至少两轮驱动OWD)，并且可选地，传动系20还将扭矩传递给前轮14，用于四轮驱动(4WD)牵引。图2示意性地示出根据本发明的实施方式的传动系20的布局和动力单元。应当理解，本发明能够应用于替代性的传动系构型，并且不局限于应用在所示出的传动系20。如上所述，传动系20机械地耦接至内燃发动机。在示出的实施方式中，传动系20包括可拆地连接于发动机壳体30的后部的独特(distinct)的变速器40。优选用诸如螺栓之类的螺纹紧固件70将变速器40连接至发动机壳体30，螺纹紧固件70有助于变速器40的组装和拆卸。如在图2中示出，发动机和变速器40通过无级变速器(CVT) 22操作性地连接，无级变速器(CVT) 22具有将发动机输出装置32连接至变速器输入装置42的皮带25。发动机输出装置32包括曲轴34，曲轴34连接至内燃发动机的气缸中的活塞31并由活塞31驱动。驱动带轮36安装在曲轴34上，驱动带轮36通过皮带25驱动相应的从动带轮46。从动带轮46安装至输入轴44，输入轴44将动力传递至变速器40。变速器具有齿轮箱(未示出，但现有技术中周知)以减小输入轴44的角速度，以便获得较大的扭矩。如在图2中示出的，变速器40操作性地连接至前驱动系统50和后驱动系统60。 前驱动系统50包括前驱动轴52，前驱动轴52在后端连接至变速器40 (即，连接至变速器 40的中间轴84的前端)并在前端连接至前限滑差速器(LSD)54。将在下文中详细地论述 LSD讨的操作。前LSD M连接于左前半轴56和右前半轴58，左前半轴56和右前半轴58 则又连接于前轮14。类似地，后驱动系统60包括后驱动轴62，后驱动轴62在前端连接至变速器40 (即，连接至变速器40的中间轴84的后端)并在后端连接至后差速器64。差速器64连接于左后半轴66和右后半轴68，左后半轴66和右后半轴68则又连接于后轮14。 因此，传动系20允许驾驶者选择两轮驱动QWD)牵引(即，动力仅传递至后驱动轴)或者四轮驱动(4WD)牵引(即，动力传递至前驱动轴和后驱动轴)。能够想到，传动链能够用于代替驱动轴52、62中的一个或者两个。为了使驾驶者能够在2WD与4WD模式之间进行选择，可选地，变速器40可以包括能够选择性地接合或者断开前后驱动轴的耦接的2WD-4WD选择器。这就使驾驶者能够在 2WD与4WD之间切换。变速器40还能够包括变速器选择器，以使驾驶者能够选择用于车辆的多种驱动模式中的一种，这些驱动模式包括驻车、空档、倒车和行驶。在一个实施方式中，该行驶模式还包括高速行驶和低速行驶。如本领域普通技术人员能理解的，变速器选择器使得能够选择其他的行驶模式，例如三个或更多个前进行驶速度。变速器选择器自身连接至驾驶者能够容易地接近的换档器(未示出)，因此使驾驶者能够在坐在驾驶者座椅上的同时致动变速器选择器。图3示出替代性传动系20的布局和动力单元，在替代性传动系20中，前驱动轴52 为铰接式驱动轴，其具有通过万向接头53a连接的两个子轴52a、53。如在图3中示出，第一子轴53在后端连接至中间轴84的前端并在前端通过万向接头53a连接至第二子轴52a的后端部。因此，第一子轴53贯穿发动机壳体30而第二子轴5 从伸出发动机壳体30的万向接头53a延伸并终止于前差速器M处。本领域普通技术人员将理解，传动系20可以改动成包括附加的子轴。图4是通过紧固件70可拆地连接在发动机壳体30的后表面的变速器40的侧视图。发动机和变速器40通过由皮带驱动的CVT 22操作性地连接，CVT 22将曲轴34上的驱动带轮36耦接至变速器40输入轴44上的从动带轮46。如现有技术中已知的，由于所述带轮中的一个或多个的相对的锥形侧面的打开或关闭，驱动带轮36和从动带轮46允许连续可变的传动比。应当理解，可以使用变速器40的替代构型。如在图4中所示，中间轴84具有带花键的后端88，后端88从变速器40的后部伸出以与后驱动轴62的前端上的互补的花键啮合。如在图4中进一步示出，前驱动轴52的第一子轴53穿过发动机壳体30并从发动机壳体30的前表面伸出以终止于万向接头53a中。万向接头53a旋转地连接前驱动轴52 的第一子轴53和第二子轴52a。在另一实施方式中，单个前驱动轴52穿过发动机壳体30 以将来自变速器40的扭矩传递给前差速器M并传递给前轮14。如在图4中示出，前驱动轴52 (或者优选实施方式中的第一子轴5 在曲轴34的下方、油底壳37的上方穿过发动机壳体30的底部，如将在以下描述和示出的那样。图5是前驱动轴52的穿过发动机壳体30的第一子轴53的截面图。前驱动轴52 的第一子轴53穿过发动机壳体30的底部。如图6中所示，第一子轴53优选地在曲轴43 的下方但在油底壳37的上方穿过发动机壳体30。优选地，前驱动轴52 (或者第一子轴53) 不应接触油底壳37中容纳的油。还能够使驱动轴52在油底壳37的下方而不是在油底壳 37中的油位上方穿过。在任一种设计中，驱动轴52都不会接触油。如在图6中示出，第一子轴53在相邻的配重35之间穿过。本领域普通技术人员将理解，在第一子轴53与曲轴34之间必须设置有足够的间隙使得当活塞触底时，曲轴34 不与第一子轴53干涉。可替代地，在不妨碍封装和重量分布的情况下，能够使第一子轴53 在配重35的旁边穿过而不是在一对相邻的配重35之间穿过。图7是传动系20的示意性侧视图。如在图7中示出的，具有发动机壳体30的V 型发动机具有一对气缸30a。如在内燃发动机领域中所公知的，每个气缸30a均具有往复式活塞31，往复式活塞31连接至连杆(或者活塞杆)31a，连杆31a用于转动公共曲轴34上的对应的曲柄。曲轴34具有两对向下悬挂的配重35 (在图6较清楚地示出)。最后，如上所述，驱动带轮36安装至曲轴34以通过皮带驱动的CVT 22驱动从动带轮46。如在图7中示出，使用诸如螺栓或者螺钉之类的多个螺纹紧固件70将变速器40 紧固至发动机壳体30的后下部，螺纹紧固件70便于组装和拆卸，即，便于将变速器40附接至发动机壳体30并便于从发动机壳体30上移除变速器40。通过将变速器40可拆地连接在发动机亮体30的后部，在质量集中得到了优化的同时，还降低了传动系20的重心。如在图7中示出，变速器40具有用于接合发动机壳体30的后表面的面向前的安装凸缘75。安装凸缘75包括多个周向间隔开的孔，螺纹紧固件70穿过这些孔插入。发动机壳体30具有与安装凸缘75中的孔对应的多个周向间隔开的钻孔。发动机壳体30中的钻孔是钻出的并攻有与紧固件70的螺纹对应的螺纹。应当指出的是，另一种设计构想是在发动机壳体30与变速器40之间设置足够的间隙以用扳手或者其他这种工具来接近所有的紧固件。可选地，如现有技术中已知的，可以设置垫圈以在紧固件70被拧紧到非常高的扭矩的场合下使局部应力减至最小。此外，如现有技术中已知的，可以应用诸如Loctite 之类的螺纹锁扣装置以进一步紧固螺纹连接，从而防止螺纹连接因发动机振动而松动。如在图7和8中还示出，变速器40包括紧固地安装于中间轴84的减速齿轮48。 中间轴84由容置在轴承支座中的多个轴承86支撑并在轴承86上运转。中间轴84的后端具有花键88以与后驱动轴62中的互补的花键啮合。中间轴84的前端也具有与2WD-4WD选择器联接器(例如，带花键的套筒82)选择性地啮合的花键，套筒82被轴向地致动以将动力耦接至第一子轴53，第一子轴53优选地穿过安装凸缘75中的钻孔。第一子轴53穿过发动机壳体30，在配重35之间穿过。第一子轴 53终止于万向接头53a以连接至第二子轴52a。如在图7中进一步示出，发动机和变速器40包括用于容纳环形密封件87的环形槽，环形密封件87用于在第一子轴53穿过的界面处密封发动机壳体30和变速器40，以防止油从发动机壳体30或者变速器40中漏出。图8示出2WD-4WD选择器机构80，选择器机构80选择性地将带花键的套筒82轴向地移动成与带花键的中间轴84啮合接合以耦接前驱动轴52和后驱动轴62。通过绕着枢轴94枢转杠杆臂92来移动套筒82。图9是示出另一实施方式的示意性布局，在该实施方式中，变速器40布置在发动机壳体30的前方(而不是如上述实施方式中那样在后方)。例如，出于封装或重量分布的原因，变速器40可以布置在发动机壳体30的前方。如在图9中所示，变速器40驱动耦接至前驱动轴52和后驱动轴62两者的中间轴84。在该实施方式中，后驱动轴62穿过发动机壳体30以将扭矩传递给LSD 64。优选地，变速器40安装至发动机壳体30的前表面。更优选地，以已经关于后部安装情况的实施方式所描述过的方式紧固变速器40。图10是根据本发明的另一实施方式的传动系的示意性侧视图。该实施方式与在图7中示出的实施方式类似，但与图7中示出的实施方式的不同之处在于，CVT 22的从动带轮46的直径大于驱动带轮36的直径。因而，驱动带轮36与从动带轮46之间的传动比不同于图7的实施方式中的传动比，这导致了不同的车辆性能。参照图11至15，将根据若干个实施方式描述用于ATV 10的前轮14的制动系统。 在多个实施方式中示出的制动系统的类似部件被标以具有不同首位数的类似数字。将不对每个实施方式详细地描述在多于一个的实施方式中类似或共同的一些部件。图11和12示出根据第一实施方式的用于ATV 10的前轮14 (在图9中能够最清楚地看到)的制动系统100。应当理解，制动系统100能够替代地应用于ATV 10的后轮14， 或者应用于任何其他类型的车辆的任何一对车轮。制动器102包括在变速器40与LSD 54之间安装在前驱动轴52上的制动盘104。通过LSD 54外壳的凸缘107安装在车架12上的制动钳106在驾驶者致动ATV 10的制动器致动器186时以已知的方式选择性地与盘104 摩擦接合。制动钳106与盘104之间的摩擦接合使前驱动轴52的旋转减慢，由此通过LSD 讨和各个前半轴56、58在前轮14上施加制动力矩。LSD M为常规的离合式限滑差速器， 并且被校准以允许左前轮与右前轮14之间存在预定的最大转速差，该转速差优选地在7至 9RPM之间。能够想到，可以替代地使用任何其他适合类型的LSD 54。还能够想到，前驱动轴52上可以可选地设置有类似于图14的滑动离合器384的机械或者电子滑动离合器(未示出)。这样，应当理解，单个制动器102能够通过前驱动轴52和LSD M将制动力矩施加在两个前轮14上。如下文中将更详细地描述的，能够结合单个制动器102使用LSD 54以基于每个车轮当前的牵引力而在左前轮和右前轮14之间分配制动力矩，从而提高ATV 10 的制动性能。这样，与对于每个前轮14都具有单独的制动器的常规防抱死制动系统相比， 使用更少的部件并且以更低的成本就能够获得常规的防抱死制动系统的一些益处。此外， 单个制动器102和制动系统100的其他部件能够定位成靠近ATV 10的中央纵向轴线8。因而，能够使ATV 10的质量集中，并能够减小ATV 10的总质量和簧下质量。下文中将详细地描述制动系统100制动ATV 10的操作。图13和14示出了根据第二实施方式的用于前轮14的制动系统200。除了 LSD 254是电子控制式LSD外，制动系统200与图11和12的制动系统100相似。控制单元270 电连接至致动器272，致动器272能够改变LSD 254中的离合器274的接合程度，并因而调节左前轮与右前轮14之间的转速差。控制单元270可以使LSD 2M用作开放式差速器(完全断开)、锁定式差速器(完全接合)，或者任何中间程度的接合。控制单元270电连接至车轮速度传感器276、278，车轮速度传感器276、278可以连接在车轮14、前半轴56和58、或者任何其他适合的部件上，控制单元270从车轮速度传感器276、278接收指示前轮14的转速的信号。控制单元270还电连接至车速传感器观0，控制单元270从车速传感器280接收指示ATV 10的行驶速度的信号。控制单元270还电连接至制动器传感器282上，制动器传感器282连接于ATV 10的制动器致动器或者制动系统200的一部分，控制单元270从制动器传感器282接收指示制动器致动器286是否已经致动的信号。制动器202可以由控制单元270机械地操作或控制。下文中将详细地描述制动系统200制动ATV 10的操作。图15和16示出了根据第三实施方式的用于前轮14的制动系统300。除了增设有电子致动的滑动离合器384外，该制动系统与图13和14的制动系统200相似，其中，滑动离合器384位于前驱动轴352上并操作性地布置在驱动轴352的在其上布置有制动器302 的第一部分390与驱动轴352的与LSD 354连接的第二部分392之间。在该布置中，制动钳306直接地而不通过LSD 3M的外壳安装在车架12上。滑动离合器384可以是任何适合的离合器，其设计成传递低于扭矩阈值水平的扭矩并在施加有大于阈值的扭矩时滑动。滑动离合器384优选地为电子控制式滑动离合器，在该情况下，扭矩阈值水平是可变的并能够由控制单元370控制。滑动离合器384在ATV 10的操作期间通常是完全接合的，以通过前驱动轴352将发动机的扭矩输出和制动器302的制动力矩完全地传递给前轮14。如将在下文中详细地描述的，滑动离合器384可以在某些制动状态期间部分地断开以调节由制动器302施加在前轮14上的总制动力矩。下文中将详细地描述的制动系统300制动ATV 10 的操作。
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图17示出了根据第四实施方式的用于前轮14的制动系统400。在该实施方式中， 制动盘404安装在LSD 454的外壳486上。该布置允许LSD 454由操作性地连接在发动机的输出装置32上的皮带或链452驱动。制动器402操作性地布置在皮带或链452与LSD 454的齿轮488之间，并且因此制动器402的应用通过LSD 454在两个前轮14上施加制动力矩。制动器402和离合器474中的每一个都可以是机械式的，如对图11和12的实施方式所描述的，或者由控制单元470控制。下文中将详细地描述制动系统400制动ATV 10的操作。图18示出了根据本发明的实施方式的制动系统的操作的逻辑图。首先将参照具有机械式LSD M的制动系统100来描述操作，然后将参照具有电子控制式LSD 3M的制动系统300来描述操作。应当理解，制动系统200和400以类似方式操作，并且将不再分别地描述其操作。现在将描述制动系统100的操作，该操作从步骤500开始。在步骤505，判断制动器102是否被致动。如果制动器102被致动，则系统前进至步骤510。如果制动器102没有被致动，则系统返回到步骤505并且LSD M优选地以常规的方式起作用直到制动器致动器186被致动。能够想到，可以通过将LSD M构造成使得至少无论制动器102在什么时候被致动都执行步骤510来隐含地(implicitly)执行步骤 505，例如，LSD 54能够构造成无论制动器102是否被致动始终都执行步骤510。在步骤510，LSD 54判断左前轮14与右前轮14之间的转速差是否低于下阈值速度。下阈值速度可以较小，例如低于1RPM，在这种情况下，转速差低于下阈值速度表示或者前轮14与LSD M的接合程度无关地获得类似大小的牵引力，或者LSD M有效地处于完全接合或者锁定状态。在前一种情况下，LSD M的接合程度对制动性能而言无关紧要。在后一种情况下，能够通过降低LSD M的接合程度来改善制动性能。在这些情况中的任何一种中，都不太可能通过提高LSD M的接合程度来获得制动性能的改善。可以通过LSD讨的常规操作来隐含地执行该步骤，因为在两个前轮14之间没有足够的转速差的情况下，LSD M不会产生提高的接合程度。如果转速差低于下阈值，则程序从步骤515继续。如果转速差不低于下阈值，则程序从步骤530继续。在步骤515，LSD 54判断前轮14是否相对于ATV 10行驶的地面具有牵引力。如果两个前轮14都相对于地面具有牵弓I力，则这表示两个前轮14都能够用以产生制动力。通过允许前轮14以不同的速度转动、从而允许LSD 54根据每个车轮处的最大可用牵引力将制动力矩分配到前轮14，能够潜在地获得改善的制动性能。车轮滑动的一个迹象为两个前轮14以低速转动或者根本不转动。如果一个或者两个前轮14在滑动并且有滑动离合器， 则程序从步骤520继续。如果一个或者两个前轮14在滑动并且没有滑动离合器，则程序返回到步骤505。如果两个前轮14都具有牵引力，则程序从步骤525继续。应当理解，在没有滑动离合器的情况下，当步骤510中的下阈值足够小以使LSD M被有效地锁定时，该构型产生与常规的实心轴一样的制动力。在步骤520，响应于在步骤515中检测到的前轮14的滑动，滑动离合器的接合程度降低。不管扭矩通过LSD M在前轮14之间是如何分配的，都会因制动器102产生如此大的制动力矩以致轮胎不能够保持相对于地面的静摩擦而造成滑动。滑动离合器的接合的降低减小了从制动器102传递给LSD M的制动力矩的大小。因而，LSD M具有较少的在两
13个前轮14之间分配的制动力矩，从而有可能允许LSD M给每个前轮14分配适当量的扭矩以进行制动而不在地面上滑动。程序返回到步骤505。如果前驱动轴上没有设置滑动离合器，则省略步骤520并且程序从步骤515返回到步骤505。在该构型中，在当前的制动条件下，不能够通过LSD 54来进一步改善ATV 10的制动性能。在步骤525，响应于步骤515中两个前轮14都相对于地面具有牵引力的判定，LSD 讨的接合程度降低。能够想到，这可以由于地面施加在每个前轮14上的扭矩而是LSD 54 的常规操作的结果。因而，允许前轮14以不同的速度转动，使得能够在每个前轮14上施加增大的制动力矩而不会使前轮14滑动，从而与常规的锁定式差速器或者实心轴相比，产生增大的牵引力和改善的制动及转向性能。程序返回到步骤505。在步骤530，响应于前轮14的转速差大于下阈值(步骤510)，将转速差与上阈值进行比较。上阈值对应于LSD M的构型所允许的最大转速差。这样，可以通过LSD讨随着转速差增大而增加其接合程度来隐含地进行该比较。本领域中的技术人员应当理解，可以通过校准作用在离合器174上的偏置力来调节上阈值，或者如果使用了不同类型的LSD 54，可以通过校准LSD M来调节上阈值。上阈值优选地在7到9RPM之间，但可以根据期望的乘车品质而更高或者更低。增大上阈值通常使得在诸如混凝土或者铺砌的路面之类的坚固而均勻的地面上容易转动，而减小上阈值通常提供在不规则的或者不均勻的地面上的较好的制动性能，其中在不规则的或者不均勻的地面上，车辆的不同车轮会受到不同水平的牵引力。如果转速差大于上阈值，表示一个前轮14在滑动，则程序从步骤535继续。如果转速差小于上阈值，表示两个车轮都具有牵引力，则程序返回到步骤505。介于下阈值与上阈值之间的转速差表示两个前轮14以不同的转速滚动而不滑动，这与所需的制动情况相对应。应当理解，与具有锁定式差速器的常规的ATV比较，该情况提供改善的制动性能，其中在常规的ATV中，由于每个前轮14与其地面之间的最大可用摩擦量不同，所以某一前轮 14会相对于地面滑动，或者一个前轮14会提供小于其最大制动力的制动力。在步骤535，响应于RPM差高于上阈值，LSD 54的接合程度提高。提高接合程度的目的是将额外的制动力矩传递给没有滑动的车轮以改善ATV 10的制动性能。然后程序返回到步骤505。再次参照图18，现在将描述制动系统300的操作，该操作从步骤500开始。在步骤505，控制单元370基于从制动器传感器382接收到的信号判断制动器302 是否被致动。控制单元370还可以判断制动器302的致动程度，制动器302的致动程度表明驾驶者期望的减速速率。如果制动器302被致动，则程序从步骤505前进到步骤510。如果制动器302没有被致动，则程序返回到步骤505并且LSD 354优选地用作常规的LSD而控制单元370等待进一步的信号。在步骤510，控制单元370接收来自车轮速度传感器276、278的表示左前轮14与右前轮14之间的转速差的信号。能够想到，控制单元370可以接收来自每个车轮速度传感器276、278的表示每个前轮14的转速的单独的信号，或者可以接收表示各个转速之间的差值的单个信号。控制单元370判断转速差是否低于下阈值速度。下阈值速度可以较小，例如低于1RPM，在这种情况下，转速差低于下阈值表示或者前轮14与LSD 354的接合程度无关地获得类似大小的牵引力，或者LSD 3M有效地处于完全接合或锁定状态。在前一种情况下，LSD 3M的接合程度对制动性能而言无关紧要。在后一种情况下，能够通过降低LSD354的接合程度来改善制动性能。在这些情况中的任何一个中，都不太可能通过提高LSD 354的接合程度来获得制动性能的改善，并且程序从步骤515继续。如果差值不低于下阈值，则该程序前进到步骤530。在步骤515，控制单元370判断前轮14是否都相对于ATV 10行驶的地面滑动。如果前轮14都相对于地面具有牵引力，则这表示两个前轮14都能够用以产生制动力。通过允许前轮14以不同的速度转动、从而允许LSD 354根据每个车轮处的最大可用牵弓丨力将制动力矩分配给前轮14，能够获得改善的制动性能。可以基于从ATV 10的一个或多个传感器接收到的任何适合的一个或多个信号来判断前轮14是否在滑动。两个车轮都在滑动的一个迹象可以是两个前轮14都以低速转动或者完全不转动。前轮14中的一个具有牵引力的一个迹象可以是由地面施加在非滑动前轮14上的作用力较大，从而趋于使前轮14以不同的速度转动。例如，控制单元370可以将前轮14中的任何一个或者两个的当前转速与基准速度进行比较。基准速度可以是后轮14中的一个或者两个的转速，或者是轴52的转速。基准速度可以替代地为ATV 10的当前速度，ATV 10的当前速度由诸如GPS系统(未示出)之类的、与前轮14的当前速度无关的任何适合的装置确定。基准速度可以替代地为前轮14的期望转速，前轮14的期望转速是基于在制动之前车辆或者前轮的速度以及制动力矩的应用持续时间计算出的。该计算可以利用在步骤505中所确定的制动器302的致动程度，该致动程度在制动力矩的应用持续时间内进行加总。在这些情况中的任何一个中，前轮14速度低于基准速度表示车轮正相对于地面滑动。应当理解，在没有滑动离合器的情况下，当步骤510中的下阈值足够低以使LSD 3M被有效地锁定时，该构型产生与常规的实心轴相同的制动力。在步骤520，响应于在步骤515中检测到的前轮14的滑动，滑动离合器的接合程度降低。不管扭矩通过LSD 3M在前轮14之间是如何分配的，都因制动器302产生如此大的制动力矩以致轮胎不能够保持相对于地面的静摩擦而造成滑动。滑动离合器的接合的降低减小了从制动器302传递给LSD 3M的制动力矩的大小。因而，LSD 3M具有较少的在两个前轮14之间分配的扭矩，从而有可能允许两个前轮14制动而不在地面上滑动。程序返回到步骤505。如果前驱动轴上没有设置滑动离合器，则省略步骤502并且程序返回到步骤 505。在该构型中，不能够通过LSD 3M来进一步改善ATV 10的制动性能。在步骤525，响应于表明至少一个前轮14没有相对于地面滑动的迹象，LSD 354的接合程度降低。因而，允许前轮14以不同的速度转动，使得两个前轮14有可能能够以不同的速度滚动而不滑动，从而与常规的锁定式差速器或者实心轴相比，产生增大的牵引力和改善的制动及转向性能。程序返回到步骤505。在步骤530，响应于前轮14的转速差大于下阈值(步骤510)，将转速差与上阈值进行比较。上阈值对应于LSD 3M的构型所允许的最大转速差。这样，可以通过LSD 3M随着转速差增大而提高其接合程度来隐含地进行该比较。本领域中的技术人员应当理解，可以通过校准作用在离合器374上的偏置力来调节上阈值，或者如果使用了不同类型的LSD 354，可以通过校准LSD 354来调节上阈值。上阈值优选地在7和9RPM之间，但可以根据期望的乘车品质而更高或者更低。增大上阈值通常使得在诸如混凝土或者铺砌的路面之类的坚固而均勻的地面上容易转动，而减小上阈值通常提供在不规则的或者不均勻的地面上的较好的制动性能，其中在不规则的或者不均勻的地面上，车辆的不同的车轮会受到不同水平的牵引力。如果转速差大于上阈值，表示一个前轮14在滑动，则程序从步骤535继续。如果转速差小于上阈值，表示两个车轮都具有牵引力，则程序返回到步骤505。介于下阈值与上阈值之间的转速差表示两个前轮14以不同的转速滚动而不滑动，这与所需的制动情况相对应。应当理解，与具有锁定式差速器的常规ATV相比，该情况提供了改善的制动性能， 其中在常规的ATV中，由于每个前轮14与其地面之间的最大可用摩擦量不同，某一前轮14 会相对于地面滑动，或者一个前轮14会提供小于其最大制动力的制动力。在步骤535，响应于高于上阈值的转速差，LSD 354的接合程度提高。提高接合程度的目的是将额外的扭矩传递给没有滑动的车轮以改善ATV 10的制动性能。程序然后返回到步骤505。应当理解，上述装置及方法在提供质量更加集中、重量减轻且簧下重量减轻的ATV 的同时，在至少一些情况下，与常规的锁定式差速器相比，还提供了改善的制动和转向性能。对本发明的上述实施方式的修改和改进对本领域的技术人员来说是显而易见的。 以上描述意在为示例性而非限制性的。因此，本发明的范围应仅由权利要求的范围限定。
权利要求
1.一种车辆，包括 车架；座椅，所述座椅布置在所述车架上，用于支撑一个或多个乘员； 由所述车架支撑的发动机；由所述车架支撑的多个车轮，所述多个车轮中的至少一个操作性地连接于所述发动机，用于推进所述车辆；转向装置，所述转向装置通常布置在所述座椅的前方并且操作性地连接于所述多个车轮中的至少一个，用于对所述车辆进行转向； 由所述车架支撑的限滑差速器；操作性地连接于所述限滑差速器的第一半轴和第二半轴，所述第一半轴支撑所述多个车轮中的第一车轮，所述第二半轴支撑所述多个车轮中的第二车轮；以及制动器，所述制动器操作性地连接于所述限滑差速器，所述制动器通过所述限滑差速器的至少一部分选择性地在所述第一车轮和所述第二车轮上施加制动力矩，以降低所述车辆的速度。
2.根据权利要求1所述的车辆，还包括轴，所述轴操作性地连接于所述限滑差速器，用于将所述发动机的输出扭矩提供给所述限滑差速器，其中，所述制动器通过所述轴操作性地连接于所述限滑差速器。
3.根据权利要求2所述的车辆，其中，所述制动器包括制动盘，所述制动盘安装在所述轴上并与所述轴一起转动；以及制动钳，所述制动钳由所述车架支撑并且能够操作成选择性地与所述制动盘摩擦接合以施加所述制动力矩。
4.根据权利要求1所述的车辆，其中，所述制动器的至少一部分安装在所述限滑差速器的所述至少一部分上。
5.根据权利要求3所述的车辆，还包括与所述限滑差速器电连接的控制单元，其中 当所述制动器被致动时，响应于所述第一车轮与所述第二车轮的转速之间的差值大于第一预定差值，所述控制单元操作成选择性地提高所述限滑差速器的接合程度。
6.根据权利要求5所述的车辆，其中，选择性地提高所述限滑差速器的接合程度包括使致动器提高所述限滑差速器的离合器的接合程度，所述离合器操作性地布置在所述限滑差速器的所述至少一部分与所述第一半轴和所述第二半轴中的一个之间。
7.根据权利要求5所述的车辆，其中，所述第一预定差值在7至9RPM之间。
8.根据权利要求5所述的车辆，其中 所述轴具有第一部分和第二部分；所述制动器的所述至少一部分安装在所述轴的所述第一部分上；以及所述轴的所述第二部分连接于所述限滑差速器；所述车辆还包括滑动离合器，所述滑动离合器将所述轴的所述第一部分操作性地连接于所述轴的所述第二部分，使得所述滑动离合器操作性地布置在所述制动器与所述限滑差速器的所述至少一部分之间。
9.根据权利要求8所述的车辆，其中所述控制单元与所述滑动离合器电连接；以及当所述制动器被致动时，响应于所述第一车轮和所述第二车轮中的至少一个相对于地面滑动并且所述第一车轮和所述第二车轮的转速之间的差值小于第二预定差值，所述控制单元操作成选择性地降低所述滑动离合器的接合程度， 所述第二预定差值小于所述第一预定差值。
10.根据权利要求9所述的车辆，其中，所述第二预定差值小于1RPM。
11.根据权利要求8所述的车辆，其中当所述制动器被致动时，响应于所述第一车轮和所述第二车轮的转速小于预定阈值转速并且所述第一车轮和所述第二车轮的转速之间的差值小于第二预定差值，所述控制单元操作成选择性地降低所述滑动离合器的接合程度， 所述第二预定差值小于所述第一预定差值。
12.—种操作车辆的方法，所述车辆包括 第一车轮和第二车轮；限滑差速器，所述限滑差速器操作性地连接于所述第一车轮和所述第二车轮并且布置在所述第一车轮与所述第二车轮之间；以及制动器，所述制动器操作性地连接于所述限滑差速器，使得所述限滑差速器的至少一部分操作性地布置在所述制动器与所述第一车轮和所述第二车轮中的每一个之间， 所述方法包括 判断所述制动器是否被致动； 确定所述第一车轮与所述第二车轮之间的转速差；当所述制动器被致动时，响应于所述转速差大于第一阈值，提高所述限滑差速器的接合程度；以及降低所述车辆的速度。
13.根据权利要求12所述的方法，还包括判断所述第一车轮和所述第二车轮是否相对于地面滑动；以及当所述制动器被致动时，响应于所述第一车轮和所述第二车轮二者都相对于地面具有牵引力并且所述转速差小于第二阈值，降低所述限滑差速器的接合程度， 所述第二阈值小于所述第一阈值。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，判断所述第一车轮和所述第二车轮是否相对于地面具有牵引力包括将所述车辆的速度与所述第一车轮和所述第二车轮中的每一个的转速进行比较。
15.根据权利要求13所述的方法，其中， 所述车辆包括至少一个第三车轮；以及判断所述第一车轮和所述第二车轮是否相对于地面具有牵引力包括将所述至少一个第三车轮的转速与所述第一车轮和所述第二车轮的转速进行比较。
16.根据权利要求13所述的方法，其中，所述车辆还包括轴，所述轴操作性地连接于所述限滑差速器，用于将发动机的输出扭矩提供给所述限滑差速器；以及判断所述第一车轮和所述第二车轮是否相对于地面具有牵引力包括将所述轴的转速与所述第一车轮和所述第二车轮中的至少一个的转速进行比较。
17.根据权利要求13所述的方法，其中，所述车辆还包括滑动离合器，所述滑动离合器操作性地布置在所述制动器与所述限滑差速器之间； 所述方法还包括当所述制动器被致动时，在所述第一车轮和所述第二车轮中的至少一个相对于地面滑动时降低所述滑动离合器的接合程度。
全文摘要
一种车辆包括由车架支撑的多个车轮。多个车轮中的至少一个操作性地连接至发动机，用于推进车辆。限滑差速器由车架支撑。第一半轴和第二半轴操作性地连接至限滑差速器。第一半轴支撑多个车轮中的第一车轮。第二半轴支撑多个车轮中的第二车轮。制动器操作性地连接至限滑差速器。制动器通过限滑差速器的至少一部分选择性地在第一车轮和第二车轮上施加制动力矩以降低车辆的速度。还描述了操作车辆的方法。
文档编号B60T1/06GK102481902SQ200980159663
公开日2012年5月30日 申请日期2009年6月12日 优先权日2009年6月2日
发明者皮埃尔·波林 申请人:庞巴迪动力产品公司