制动装置与方法与流程

本发明关于一种制动装置与方法，且特定地但非专门受限地关于一种回转式制动装置与方法。

背景技术：

制动系统为车辆的基本组件，其用以减小车辆的速度或防止车辆不合需要的加速，例如在下坡行进期间。在习知制动系统中，相抵于耦接至车辆轮子的旋转圆盘或转鼓而按压制动衬片或蹄片。此造成在对应圆盘或转鼓的表面上出现摩擦力。借助于此等摩擦力，车辆的动能转化成热能且因此减小车辆的总动能。尽管此等习知制动系统广泛地用于车辆中，但其具有若干缺点。详言之，制动衬片或蹄片会由于使用此等制动系统而磨损，且因此其应定期地被更换。又，随着制动衬片及蹄片磨损，其会将灰尘粒子释放至周围空气中，从而造成污染及对个体的可能健康问题。此外，此等系统中所产生的无法作为热而耗散的热能的量造成摩擦表面的温度快速地上升。当温度上升超过临限值时，制动系统的效能显著降低。此问题亦被称为制动衰退(brakefade)。

制动系统的组件在连续使用期间的过热为将动能转化成热能的制动系统的潜在问题。为了在一定程度上处理此问题，可使用一些空气动力技术(诸如在盘式制动器中使圆盘通风，或在鼓式制动器中将散热片并入至转鼓上)以增加制动系统的冷却速率。替代地或另外，对于适用系统，可提供额外冷却系统以便自制动系统的组件去除所产生的热能。此需要增加车辆的冷却系统的容量或安装特定用于制动系统的单独的冷却系统。然而，两种途径皆会造成车辆的成本增加且亦造成车辆的重量增加，此可不利地影响车辆的效能。此外，可自此等制动系统获得的连续制动动力的量受到可自制动系统去除的热能的量限制，且因此受到空气冷却容量及/或所使用的外部冷却系统的容量限制。

为了减小所产生的热能的量，可使用再生制动系统。举例而言，在电再生系统中，借由使用发电机或马达将车辆的一些动能转化成电能，且将所获得的能量储存于电池或电容器中。然而，此等系统复杂且其需要将发电机/马达及电池/电容器安装至车辆，此会增加车辆的成本及重量两者。另一方面，在具有飞轮的机械再生制动系统中，车辆的动能直接储存于飞轮中。然而，此类系统中所使用的飞轮大且重，此可不利地影响车辆的动力。又，独立于所使用的再生制动系统的类型，可储存的能量的量受到能量储存媒体的容量(例如电池/电容器的容量)及飞轮的最大安全转速限制。因此，其被视为不适合于连续使用。

技术实现要素：

因此，本发明设法处理此等问题。

因此，本发明的一目标是提供一种改良型制动装置与方法以用于获得预期量的连续制动动力，而不直接将动能转化成热能，此帮助减少全球增温及环境污染。

本发明的另一目标是提供一种改良型制动装置与方法以用于提供预期量的恒定且连续的制动动力。

本发明的另一目标是提供一种改良型制动装置与方法以用于生产较少振动的制动系统。

本发明的另一目标是提供一种改良型制动装置与方法以用于生产廉价、耐用且安全的制动系统。

本发明的另一目标是提供一种改良型制动装置与方法以用于生产轻质制动系统。

此等目标是借由如权利要求1的制动装置及如权利要求37的制动方法解决。

因此，根据本发明的第一态样，提供一种制动装置，其包含：一主体；内部支撑构件，其用于支撑该主体以用于围绕一第一轴旋转；外部支撑构件，其用于支撑该内部支撑构件以用于围绕一第二轴旋转，其中该第一轴相对于该第二轴以大于0度的一阿法角定向；用于使该主体围绕该第一轴旋转的构件；用于将被预期围绕一第四轴而制动的一旋转连接至该主体，以便围绕该第二轴而将旋转及扭矩传动至该主体的构件，其中该第二轴相对于该第四轴以大于0度且小于90度的一贝他角定向；用于支撑该外部支撑构件的悬挂构件，其中该悬挂构件经建构以允许该第二轴围绕该第四轴旋转，且该悬挂构件经建构以防止该外部支撑构件围绕该第二轴旋转；借此进一步允许该主体围绕为进动轴的一第三轴旋转，该主体围绕该进动轴的进动由于使该主体围绕该第一轴旋转及围绕该第二轴施加扭矩至该主体而出现，该主体围绕该第一轴的旋转及围绕该第二轴施加至该主体的扭矩一起致使该主体进一步围绕该第三轴旋转，该主体同时围绕该第一轴、该第二轴及该第三轴旋转，该主体围绕该第一轴的旋转及该主体围绕该第三轴的旋转一起致使围绕该第二轴出现一制动扭矩；借此获得相抵于被预期围绕该第四轴而制动的该旋转的制动扭矩。

本发明的一个态样为：该主体围绕该第二轴的该旋转及该主体围绕该第三轴的该旋转被观测为如同该主体围绕该第四轴旋转，该主体围绕该第一轴的该旋转及该主体围绕该第三轴的该旋转一起致使围绕该第二轴出现一制动扭矩；借此获得相抵于被预期围绕该第四轴而制动的该旋转的制动扭矩。

在本发明的另一态样中，该制动装置可包含一第一轴、一第二轴、一第三轴及一第四轴。

该制动装置可提供相抵于被预期围绕该第四轴而制动的该旋转的一连续的、较佳为恒定的制动扭矩。

在该制动装置中，若该第一轴与该第二轴相交，则该阿法角被定义为该第一轴与该第二轴之间的锐角(或在该第一轴与该第二轴垂直的情况下为直角)。若该第一轴与该第二轴不相交，则在沿着接合该第一轴与该第二轴的最短线的方向观察时，该阿法角被定义为该第一轴与该第二轴之间的锐角或直角。表达此几何关系的一替代方式考虑该第一轴上的一点以及考虑穿过此点且平行于该第二轴的一虚线。该阿法角因而被定义为该第一轴与此虚线相交所处的锐角或直角。若该第一轴与该第二轴线平行或重合，则该阿法角为0度。若该第一轴与该第二轴垂直，则该阿法角为90度。因此，该阿法角的最小值为0度，且该阿法角的最大值为90度。

在该制动装置中，若该第二轴与该第四轴相交，则该贝他角被定义为该第二轴与该第四轴之间的锐角(或在该第二轴该第四轴线垂直的情况下为直角)。若该第二轴与该第四轴不相交，则在沿着接合该第二轴与该第四轴的最短线的方向观察时，该贝他角被定义为该第二轴与该第四轴之间的锐角或直角。表达此几何关系的一替代方式考虑该第二轴上的一点以及考虑穿过此点且平行于该第四轴的一虚线。该贝他角因而被定义为该第二轴与此虚线相交所处的锐角或直角。若该第二轴与该第四轴平行或重合，则该贝他角为0度。若该第二轴与该第四轴垂直，则该贝他角为90度。因此，该贝他角的最小值为0度，且该贝他角的最大值为90度。

为了在该制动装置中获得制动扭矩，该阿法角应大于0度，且该贝他角应大于0度且小于90度。

该阿法角的值影响制动扭矩的量值。在使其他参数保持固定时，若将该阿法角设定为0度，则该制动扭矩的量值变为0，亦即，不存在该制动扭矩。该制动扭矩的量值随着该阿法角增大而增大。若将该阿法角设定为90度，则该制动扭矩的量值最大。因此，该阿法角可为90度。

在使其他参数保持固定时，若将该贝他角设定为0度或90度，则该制动扭矩的量值变为0，亦即，不存在该制动扭矩。

本发明的发明者已发现甚至小贝他角值可允许制动装置提供预期制动扭矩量。

内部支撑构件可包含经建构以当允许该主体围绕该第一轴旋转时支撑该主体的任一支撑结构。

该外部支撑构件可包含经建构以当允许内部支撑构件围绕该第二轴旋转时支撑该内部支撑构件的任一支撑结构。

在一个实施方式中，内部支撑构件可包含一内部支架且外部支撑构件可包含一外部支架。该主体可经安装至该内部支架以用于围绕该第一轴旋转，且该内部支架可经安装至该外部支架以用于围绕该第二轴旋转。该外部支架可包含两个支撑零件，其中的每一者经建构以支撑该内部支架的一个末端以用于围绕该第二轴旋转。

该制动装置可包含一框架，其中该悬挂构件可置放于该框架与该外部支架之间以便支撑该外部支架，使得允许该第二轴围绕该第四轴旋转，且防止该外部支撑构件围绕该第二轴旋转。该框架可为该悬挂构件可安装至的任一支撑结构，因此该框架亦可包含一一平台或车辆的一底盘。

制动方法的原理态样在于在制动装置中，独立于主体围绕该第二轴的旋转，允许第二轴围绕该第四轴旋转，且独立于第二轴围绕第四轴的旋转，允许主体围绕该第二轴旋转。此意谓：若该主体最初静止，则该第二轴围绕该第四轴的旋转不应致使该主体相对于该制动装置的该框架(亦即，相对于附接至该制动装置的该框架的一参考框架)而围绕该第二轴旋转，且该主体相对于该制动装置的该框架而围绕该第二轴的旋转不应致使该第二轴围绕该第四轴旋转。此亦另外意谓：若该主体最初静止，则该第二轴围绕该第四轴的旋转不应致使该主体围绕该第四轴旋转，且该主体围绕该第轴的旋转不应致使该主体围绕该第四轴旋转。

该制动装置应满足以下两个特征：(i)若该主体最初静止，则该用于将被预期围绕该第四轴而制动的一旋转连接至该主体以便围绕该第二轴将旋转及扭矩传动至该主体的构件的旋转致使该主体仅围绕该第二轴旋转，亦即，其既不致使该主体围绕该第四轴旋转，亦不致使该第二轴围绕该第四轴旋转；及(ii)允许该第二轴围绕该第四轴旋转(应注意，此亦可为一受限制旋转)，即使该用于将被预期围绕该第四轴而制动的一旋转连接至该主体以便围绕该第二轴将旋转及扭矩传动至该主体的构件保持静止亦如此。

该主体可具有围绕该第三轴的一受限制旋转自由度。举例而言，若该主体具有围绕与该第三轴成一锐角(其小于90度)的一轴x的一旋转自由度(换言之，若沿着该轴x的一向量具有在该第三轴上的一分量)，则该主体具有围绕该第三轴的一受限制旋转自由度，此意谓允许该主体围绕该第三轴旋转。

该制动装置可包含流体轴承构件以便支撑以下各者中的一或多者：该主体；该内部支撑构件；及用于将被预期围绕一第四轴而制动的一旋转连接至该主体以便围绕该第二轴将旋转及扭矩传动至该主体的构件。

该悬挂构件可包含任一悬挂系统，其中该悬挂系统经建构以：(i)支撑该外部支撑构件；(ii)允许该第二轴围绕该第四轴旋转；及(iii)防止该外部支撑构件围绕该第二轴旋转。

该悬挂构件可包含弹性安装构件。因此，该外部支撑构件可借助于弹性安装构件安装至该框架。该弹性安装构件可包含任一类型的一或多个弹性安装件。该弹性安装构件可包含一或多个引擎安装件，较佳地三个或三个以上引擎安装件。引擎安装件亦可被称作马达安装件。

该悬挂构件可包含弹簧构件。因此，该外部支撑构件可借助于弹簧构件安装至该框架。该弹簧构件可包含任一类型的一或多个弹簧。该弹簧构件可包含一或多个机械弹簧。

该弹簧构件可包含空气弹簧构件。该空气弹簧构件可包含经建构以借助于缸内部的空气的压缩而充当弹簧的一或多个气压缸。该多个气压缸可为单起作用缸或双起作用缸。该空气弹簧构件可包含一或多个空气波纹管。空气波纹管亦可被称作空气弹簧。

该悬挂构件可经配置及/或建构以允许第二轴围绕第四轴旋转，使得贝他角受限制于大于0度并小于90度的预期值。该悬挂构件的硬度可至多为了允许该第二轴围绕该第四轴旋转，使得该贝他角受限制于大于0度并小于90度的预期值。

气压缸的位置可经定义为该气压缸的活塞的冲程长度。空气波纹管的位置可经定义为该空气波纹管的高度。该制动装置可包含用于量测该空气弹簧构件的位置的构件。用于量测该空气弹簧构件的位置的该构件可包含一或多个传感器以用于量测该一或多个气压缸及空气波纹管中的一或多者的位置。用于量测该空气弹簧构件的位置的该构件可包含一或多个传感器以用于量测该一或多个气压缸及空气波纹管中的一或多者内部的空气的压力值。

该制动装置可包含用于控制该空气弹簧构件的位置的构件。用于控制该空气弹簧构件的位置的该构件可包含用于供应空气至该空气弹簧构件的构件。用于控制该空气弹簧构件的位置的该构件可包含用于自该空气弹簧构件排出空气的构件。用于控制该空气弹簧构件的位置的该构件可基于自该空气弹簧构件获得的位置反馈供应空气至该空气弹簧构件或自该空气弹簧构件排出空气以便将该空气弹簧构件的位置保持在一预期范围内。

用于控制该空气弹簧构件的位置的该构件可控制该空气弹簧构件内部的空气的体积及/或压力。

用于控制该空气弹簧构件的位置的该构件可包含一控制单元。

用于控制该空气弹簧构件的位置的该构件可包含一或多个空气压缩器及加压空气贮槽、用于运送加压空气至该多个气压缸或空气波纹管的一或多个气压管子及管道，及用于每一气压缸或空气波纹管的一或多个进口阀及一或多个出口阀。

用于控制该空气弹簧构件的位置的该构件可经建构以使该主体的质心保持在该第四轴上。

替代空气，诸如氮气及氦气的任何其他类型的气体亦可用于该空气弹簧构件中。

使该外部支撑构件的运动衰减致使被预期围绕该第四轴而制动的旋转的一些动能被转换成热。因此，为了最小化热耗散量，悬挂构件可较佳地经建构以使悬挂构件的衰减比率保持尽可能小。

在该制动装置操作时，该主体可进一步在增大该贝他角的方向上旋转。为了防止此旋转，该制动装置可包含用于限制该第二轴的运动使得该贝他角受限制于大于0度并小于90度的一预期值的构件。用于限制该第二轴的运动的该构件可包含一机械邻接件。该机械邻接件可经安装至该框架以用于围绕该第四轴旋转。该悬挂构件可另外经建构以充当用于限制该第二轴的运动的构件。出于此目的，悬挂构件的硬度可经调整，以使得贝他角受限制于大于0度并小于90度的预期值。

用于将被预期围绕该第四轴而制动的旋转连接至该主体以便围绕该第二轴将旋转及扭矩传动至该主体的构件可经安装以用于围绕该第四轴旋转，用于将被预期围绕该第四轴而制动的旋转连接至该主体以便围绕该第二轴将旋转及扭矩传动至该主体的构件可经啮合至被预期围绕该第四轴而制动的旋转，且用于将被预期围绕该第四轴而制动的旋转连接至该主体以便围绕该第二轴将旋转及扭矩传动至该主体的构件可经建构以当围绕该第四轴旋转时围绕该第二轴将扭矩施加至该主体。

该用于将被预期围绕该第四轴而制动的一旋转连接至该主体以便围绕该第二轴线将旋转及扭矩传动至该主体的构件可包含旋转式连接构件，该旋转式连接构件可经安装以用于围绕该第四轴旋转，该旋转式连接构件可经啮合至被预期围绕该第四轴而制动的该旋转，且该旋转式连接构件可经构造以在该旋转式连接构件围绕该第四轴旋转时围绕该第二轴将扭矩施加至该主体。

该旋转式连接构件可经构造以在该旋转式连接构件围绕该第四轴旋转时经由接触而围绕该第二轴将扭矩施加至该内部支撑构件。换言之，该旋转式连接构件可经构造以经由该内部支撑构件而围绕该第二轴将扭矩施加至该主体，其中该旋转式连接构件与该内部支撑构件接触。

该旋转式连接构件可另外经建构以充当用于限制该第二轴的运动的构件。

可借由调整该主体围绕该第二轴的该旋转的速度来调整该制动扭矩的量值。在使其他参数保持固定时，若增大该主体围绕该第二轴的该旋转的速度，则该制动扭矩的量值亦增大。若减小该主体围绕该第二轴的该旋转的速度，则该制动扭矩的量值亦减小。

该制动装置可包含用于控制被预期制动的该旋转的速度对该主体围绕该第二轴的该旋转的速度的比率的构件。

该用于控制被预期制动的该旋转的速度对该主体围绕该第二轴的该旋转的速度的比率的构件可包含传动构件，使得被预期制动的该旋转可啮合至该传动构件的输入轴件，且该用于将被预期围绕该第四轴而制动的一旋转连接至该主体以便围绕该第二轴将旋转及扭矩传动至该主体的构件啮合至该传动构件的输出轴件。

该用于使该主体围绕该第一轴旋转的构件可包含以下各者中的一或多者：一电动马达；一液压马达；及一气动马达。

该主体亦可借助于加压流体而围绕该第一轴旋转。出于此目的，该主体可包含一或多个叶片。该用于使该主体围绕该第一轴旋转的构件可包含用于泵吸流体的构件，及用于投射流体至该主体的该多个叶片上以便使该主体围绕该第一轴旋转的构件。替代地或另外，该主体可包含一或多个流体管道。替代地或另外，该主体可包含在该主体内部的一或多个流体通道。该用于使该主体围绕该第一轴旋转的构件可包含用于将流体泵吸至该主体的一或多个流体管道或通道中的构件，使得随着该流体自该多个管道或通道的喷嘴离开，该主体由于该流体的反作用而围绕该第一轴旋转。

该多个用于使该主体围绕该第一轴旋转的构件所需要的动力可由被预期制动的该旋转提供。为此目的，可提供啮合至被预期制动的该旋转的一发电机及/或一流体泵。

可借由调整该主体围绕该第一轴的该旋转的速度而调整该制动扭矩的量值。在增大该主体围绕该第一轴的该旋转的速度时，该制动扭矩的量值亦增大。在减小该主体围绕该第一轴的该旋转的速度时，该制动扭矩的量值亦减小。可借由控制该用于使该主体围绕该第一轴旋转的构件而调整该主体围绕该第一轴的该旋转的速度。

该制动装置可包含用于控制该用于使该主体围绕该第一轴旋转的构件以便控制该主体围绕该第一轴的该旋转的速度的构件。

该制动装置可包含用于量测以下参数中的一或多者的值的一或多个传感器：该主体围绕该第一轴的该旋转的速度；该用于将被预期围绕该第四轴而制动的一旋转连接至该主体以便围绕该第二轴将旋转及扭矩传动至该主体的构件的该旋转的速度；该贝他角；该制动扭矩的量值；被预期制动的该旋转的速度。该制动装置可包含以下传感器中的一或多者：霍尔效应传感器、光学传感器、接近传感器、流量传感器及扭矩传感器。

该制动装置可包含用于控制该制动扭矩的量值的构件，其中该用于控制该制动扭矩的量值的构件可借由控制以下各者中的一或多者而控制该制动扭矩的量值：该主体围绕该第一轴的该旋转的速度；及被预期制动的该旋转的速度对该主体围绕该第二轴的该旋转的速度的比率。

该阿法角可被设定为90度。

该主体的质心可在该第四轴上。该第一轴、该第二轴、该第三轴及该第四轴可在该主体的质心处相交。该第一轴、该第二轴及该第三轴中的每一者可垂直于该其他两个轴。

该主体可由具有超过70gpa的一弹性模数的一材料(例如刚性合金或钢)制成。该主体可圆柱地对称。每单位质量的该主体围绕该第一轴的惯性矩可高于或等于(2/5)*r2，其中r为该主体的最小边界球体的半径，亦即，含有该主体的最小球体的半径。该主体可包含一轮毂、一腹板及一环状轮缘。

在运用此类制动装置的情况下，有可能的是，不良的振动可起因于该制动装置内的不平衡的内力。此问题可借由使用合适的引擎/马达安装件将该制动装置的框架安装至平台或车辆的底盘而解决。替代地或另外，该制动装置可包含一或多个抗衡质量块(counterbalancemass)，该一或多个抗衡质量块经安装以用于围绕该第四轴旋转。可独自地或结合以上解决方案中的一或两者而使用的一另外选项将提供多个此类制动装置，其经安装在一起以便平衡所述内力。

因此，本发明可延伸至以上类型的两个或多于两个制动装置的总成，其结合用于将被预期制动的该旋转分布至每一制动装置的构件，以便使用于将被预期围绕该第四轴而制动的一旋转连接至该主体以便围绕该第二轴将旋转及扭矩传动至该主体的构件中的每一者以相同转速但以不同各别相角旋转，其中该总成中的不平衡力的量值减小，借以在该总成中出现的振动减小，且由该总成提供的该制动扭矩的量值为由该总成中的制动装置中的每一者提供的制动扭矩的总和。

该制动装置可用于制动任何旋转而不直接将动能转化成热能。该制动装置在制动程序期间不会耗散除了由于摩擦力而耗散的热以外的热。

根据本发明的第二态样，提供在一制动装置中产生制动扭矩的方法，该制动装置包含：一主体；内部支撑构件，其用于支撑该主体以用于围绕一第一轴旋转；外部支撑构件，其用于支撑该内部支撑构件以用于围绕一第二轴旋转，其中该第一轴相对于该第二轴以大于0度的一阿法角定向；用于使该主体围绕该第一轴旋转的构件；用于将被预期围绕一第四轴而制动的一旋转连接至该主体以便围绕该第二轴将旋转及扭矩传动至该主体的构件，其中该第二轴相对于该第四轴以大于0度并小于90度的一贝他角而定向；悬挂构件，其用于支撑该外部支撑构件；该方法包含：建构该悬挂构件以便允许该第二轴围绕该第四轴旋转的步骤；建构该悬挂构件以便防止该外部支撑构件围绕该第二轴旋转的步骤；借此进一步允许该主体围绕为进动轴的一第三轴旋转，该主体围绕该进动轴的进动由于使该主体围绕该第一轴旋转及围绕该第二轴施加扭矩至该主体而出现，该主体围绕该第一轴的旋转及围绕该第二轴施加至该主体的扭矩一起致使该主体进一步围绕该第三轴旋转，该主体同时围绕该第一轴、该第二轴及该第三轴旋转，然而，该主体围绕该第二轴的旋转及该主体围绕该第三轴的旋转被观测为如同该主体围绕该第四轴旋转，该主体围绕该第一轴的该旋转及该主体围绕该第三轴的该旋转一起致使围绕该第二轴出现一制动扭矩；借此获得相抵于被预期围绕该第四轴而制动的该旋转的制动扭矩。

该方法可包含调整该制动扭矩的量值的步骤。

调整该制动扭矩的量值的该步骤可包含调整以下各者中的一或多者：该主体围绕该第一轴的该旋转的速度；及被预期制动的该旋转的速度对该主体围绕该第二轴的该旋转的速度的比率。

该方法可包含在不需要该制动扭矩时去除该制动扭矩的步骤。

去除该制动扭矩的该步骤可包含停止该主体围绕该第一轴的该旋转。

去除该制动扭矩的该步骤可包含断开连接被预期围绕该第四轴而制动的旋转与该主体。

去除该制动扭矩的该步骤可包含将该阿法角及/或该贝他角调整为0度。

在该方法中，可提供相抵于被预期围绕该第四轴而制动的该旋转的一连续的、较佳为恒定的制动扭矩。

该方法可包含量测该悬挂构件的位置的步骤。

该方法可包含控制该悬挂构件的位置以便使该主体的质心保持在该第四轴上的步骤。

该方法可包含控制该悬挂构件的位置以便限制该第二轴的运动使得该贝他角受限制于大于0度并小于90度的预期值的步骤。

该方法可包含将该阿法角设定为90度的步骤。

该主要装置及方法权利要求经构造于序言及特性化部分中。此结构是为了更好地理解权利要求的主题。特征分布至序言及特性化部分中并不意味序言的全部特征是已知的且特性化部分的全部特征是新颖的，或反的亦然。权利要求的特征的值独立于所述特征在序言中抑或在特性化部分中。

权利要求中的参考符号的目的是使权利要求更容易为所有人所理解。其并不限制权利要求的范围，但其确实影响其清晰性且可使其能够比原本将可能的表达方式更简明地被表达。

附图说明

借由结合随附图式来阅读目前较佳例示性实施方式的以下详细描述，将更好地了解本发明的此等以及另外特征、态样及优点，在图式中：

图1为根据本发明的第一实施方式的制动装置的示意图；

图2为说明第一轴、第二轴、第三轴及第四轴、含有第二轴及第四轴的平面的法线、阿法角、贝他角及塞塔角的实例定向的图解；

图3说明根据用于使主体围绕第一轴旋转的构件的实施方式的管道在主体的旋转轴件上的实例置放；

图4展示用于限制第二轴的运动的构件的实施方式；

图5展示用于支撑外部支撑构件的悬挂构件的实施方式；

图6说明根据用于使主体围绕第一轴旋转的构件的实施方式的叶片及喷嘴的实例置放；

图7展示制动装置的总成的实施方式；且

图8为说明制动装置的总成的实施方式中的主体在特定瞬时的相对定向的图解。

具体实施方式

本发明并不限于下文所描述的目前较佳例示性实施方式，且可在不改变本发明的要旨的情况下进行适当修改。

参看图1，根据本发明的第一较佳实施方式的制动装置1包含呈实心圆柱形轮的形式的主体2，其同轴地安装于旋转轴件3上以用于与旋转轴件3一起围绕第一轴101旋转。旋转轴件3借助于内部轴承5而安装于内部支架4内。内部支架4又借助于外部轴承7而安装于外部支架6内以用于围绕第二轴102旋转。外部支架6借助于包含四个气压缸9的悬挂系统而悬挂于框架8内。缸9的数目、缸9的位置及定向经判定，以使得(i)外部支架6支撑于框架8内，(ii)允许第二轴102以围绕该第四轴104旋转，及(iii)外部支架6不被允许围绕该第二轴102旋转(亦即，防止外部支架6围绕该第二轴102的任何旋转)。外部支架6较佳地借助于球面接合部附接至每一缸9的杆，且每一缸9的筒较佳地借助于球面接合部附接至框架8。图1中展示缸9的实例置放。在另一实施方式中，缸9亦可经置放以便自底侧支撑外部支架6。此外，缸9亦可经置放以便自顶部侧及底部侧两者支撑外部支架6。缸9的定向亦可经反转，以使得每一缸9的杆附接至框架8且每一缸9的筒附接至外部支架6。缸9可为单起作用缸或双起作用缸。替代气压缸9，或除了气压缸9之外，亦可使用一或多个空气波纹管(空气弹簧)。

制动装置1中的轴承的类型可为流体轴承类型。流体可包含液体及/或气态流体。

制动装置1用以制动被预期围绕第四轴104而制动的旋转。第四轴104可在任何预期定向上。第二轴102相对于第四轴104以贝他角β定向。第一轴101相对于第二轴102以阿法角α定向。为了获得制动扭矩，应将阿法角α设定为大于0度的值，且应将贝他角β设定为大于0度且小于90度的值。该阿法角α较佳地设定为90度。

在制动装置1中，第三轴103经定义为进动轴，主体2围绕该进动轴的进动由于使主体2围绕该第一轴101旋转及围绕该第二轴102将扭矩施加至主体2而出现。换言之，在主体2围绕第一轴101旋转时，若围绕第二轴102将扭矩施加至主体2，则主体2开始围绕第三轴103进动，亦即，第一轴101开始围绕第三轴103旋转。第三轴103垂直于第一轴101及第二轴102两者。第一轴101、第二轴102及第三轴103在主体2的质心处实质上相交。可在图2中看到所述轴的实例定向。

在制动装置1中，气压缸9经建构以借助于缸9内部的空气的压缩而充当弹簧。每一缸9的活塞区域应经判定，以便允许缸9携载悬挂系统支撑的总成(其包含外部支架6、内部支架4及主体2)的重量，及亦以便允许当贝他角β在预期值处时第二轴102围绕第四轴104旋转。

制动装置1包含位置控制单元10以用于控制悬挂系统中的缸9的活塞的位置(冲程长度)。悬挂系统中的每一缸9具有位置传感器，其量测缸9的活塞的冲程长度，并提供位置反馈至位置控制单元10。另外，制动装置1亦包含具有空气贮槽的空气压缩器11，及用于运送加压空气至每一缸9的构件(图中未示)。用于将加压空气运送至缸9的构件(图中未示)可包含以下各者中的一或多者：管道；管子、软管、通道、旋转式接合部及阀。空气压缩器11所需要的动力可由外部电力供应器或由被预期制动的旋转提供。位置控制单元10可基于位置反馈借助于供应空气至缸9及/或自缸9排出空气而控制缸9的活塞的位置。取决于悬挂系统中的缸9的组态及类型，可使用缸9的上部腔室及/或底部腔室。替代地或另外，制动装置1可包含一或多个压力传感器以用于量测缸9内部的空气的压力值。位置控制单元10亦可使用自缸9获得的压力反馈。位置控制单元10亦用以在泄漏的情况下提供空气至缸9。

在制动装置1的操作期间，第二轴102围绕第四轴104旋转，致使缸9的活塞杆延伸及回缩。位置控制单元10控制每一缸9的位置，以便使其位置保持在预定范围内。每一缸9的此范围经判定，使得随着缸9的活塞杆在此范围内来回移动，主体2的质心实质上保持在第四轴104上，及亦允许第二轴102当贝他角β实质上在大于0度并小于90度的预期值处时围绕第四轴104旋转。

取决于缸9的组态，位置控制单元10可在制动装置1的操作条件改变的情况下在制动装置1的操作期间停用及启用一组缸9。

制动装置1包含固定在框架8的相对侧的两个弹性减震器12，其经建构以限制外部支架6沿着第四轴104平移运动。因此，此等减震器12在碰撞出现在外部支架6与框架8之间的情况下吸收冲击。

主体2的强度及主体2的密度分布可影响制动扭矩的量值。主体2的形式可不同于实心圆柱形轮。主体2可包含轮毂、腹板及环状轮缘。主体2的形式可使得每单位质量的主体2围绕第一轴101的惯性矩高于或等于(2/5)*r2，其中r为主体2的最小边界球体的半径。最小边界球体被定义为含有主体2的最小球体。主体2亦可由具有超过70gpa的弹性模数的材料制成。第一轴101可相对于主体2定向，使得主体2围绕第一轴101的惯性矩实质上最大化。

主体2借助于加压流体而围绕第一轴101旋转。为此目的，主体2包含安装于旋转轴件3上的一或多个流体管道14，其自旋转轴件3的中心径向地向外导向。除此之外，制动装置1还包含流体泵16，及用于运送加压流体至安装于旋转轴件3上的管道的构件(图中未示)。存在位于旋转轴件3内部的流体通道。进入此通道的流体由如可在图3中看到的轴向配置箭头指示。用于将加压流体运送至管道14的构件(图中未示)可包含以下各者中的一或多者：管道；管子、软管、通道及旋转式接合部。流体泵16所需要的动力可由外部电力供应器或由被预期制动的旋转提供。管道14的喷嘴经定向使得加压流体自喷嘴离开，流体的反作用将扭矩施加至主体2以便使主体2围绕第一轴101旋转。为了增大围绕第一轴101施加至主体2的扭矩的量值，较佳的是将喷嘴在切线方向上定向至主体2。可借由控制流体的流动速率来控制围绕第一轴101施加至主体2的扭矩的量值。

主体2可包含另一组流体管道15，其喷嘴经定向以便在相反方向上围绕第一轴101将扭矩施加至主体2。在此情况下，将流体运送至此组管道15会致使主体2围绕第一轴101减速。可提供阀以便使流体在第一组管道14与第二组管道15之间交替。可在图3中看到第一组管道14及第二组管道15的实例置放。图3中的箭头指示针对此特定实例的流体的流动方向。替代第一组管道14及第二组管道15，亦可在主体2内部提供经类似形成的两组通道。

举例而言，参看图1、图4及图5，制动装置1包含旋转式连接构件17，其用于将被预期围绕第四轴104而制动的旋转连接至主体2以便围绕第二轴102将旋转及扭矩传动至主体2。旋转式连接构件17刚性地耦接至轴件18，轴件18借助于旋转式连接构件轴承19而安装以用于围绕第四轴104旋转。沿着第四轴104的旋转式连接构件17的轴件18啮合至被预期围绕第四轴104而制动的旋转。旋转式连接构件17呈环的形式。在旋转式连接构件17上，存在相对于第四轴104的两个对称槽21。内部支架4包含沿着第三轴103定向的呈实心球体的形式的两个销22。此等两个销22中的每一者由滑动零件20支撑以用于进行球面运动。每一滑动零件20经配置以在旋转式连接构件17上的一个槽21内部滑动。此配置允许内部支架4相对于旋转式连接构件17围绕第三轴103旋转。判定槽21的定向，使得允许内部支架4相对于旋转式连接构件17而围绕第五轴105以受限制方式旋转。第五轴105被定义为垂直于第三轴103及第四轴104两者且穿过主体2的质心的轴线。亦判定槽21的大小及位置，使得允许第二轴102围绕第四轴104完全地旋转，同时旋转式连接构件17保持静止。较佳的是，滑动零件20与对应槽21之间及销22与对应滑动零件20之间的摩擦力的量值尽可能小。在运用此配置的情况下，若主体2最初静止，则旋转式连接构件17的旋转会致使主体2围绕第二轴102旋转。

由于制造容许度，可存在借由旋转式连接构件17经由此等两个销22施加至内部支架4的力的量值的差异。为了减小此差异，可将销22弹性地安装至内部支架4以便允许销22相对于内部支架4的小移动。此提供经由此等两个销22所施加的力的更平衡分布，因此减小主体2的中心上的合力。

在制动装置1操作时，主体2可进一步在增大贝他角β的方向上旋转。参看图1及图5，旋转式连接构件17的轴件18穿过内部支架4的两个环形开口。此组态限制外部支架6围绕第四轴104的运动(及亦第二轴102的运动)使得贝他角β的最大值受限制。为了防止内部支架4与旋转式连接构件17的轴件18之间的直接接触，固定至轴件18的弹性支撑件13置放于其间。贝他角β的预期界限值可借由改变开口直径及/或旋转式连接构件17的轴件18的直径(包括弹性支撑件13的厚度)而设定。

制动装置1亦可包含用于在不需要制动扭矩时使被预期制动的旋转自旋转式连接构件17脱啮的离合器(图中未示)。另外，可提供传动装置以便改变被预期制动的旋转的速度对旋转式连接构件17围绕第四轴104的旋转的速度的比率。在此情况下，传动装置的输入轴件啮合至被预期制动的旋转，且输出轴件啮合至旋转式连接构件17的轴件18。由于旋转式连接构件17将被预期围绕第四轴104而制动的旋转连接至主体2以便围绕第二轴102将旋转及扭矩传动至主体2，所以传动装置亦允许改变主体2围绕第二轴102的旋转的速度，而被预期制动的旋转的速度恒定。

制动装置1较佳包含用于量测以下各者的值的传感器：主体2围绕第一轴101的旋转的速度；旋转式连接构件17的旋转的速度；贝他角β；被预期制动的旋转的速度。制动装置1可包含以下传感器中的一或多者：霍尔效应传感器、光学传感器、接近传感器、流量传感器及扭矩传感器。

制动装置1包含用以提供不同操作条件的自动控制单元23(例如，如可在图1、图4及图5中看到)。取决于应用领域，自动控制单元23自制动装置1的各种传感器取得不同输入信号且设定装置1的参数，诸如主体2围绕第一轴线101的旋转的速度、制动扭矩的量值，及被预期制动的旋转的速度对主体2围绕第二轴102的旋转的速度的比率。自动控制单元23亦可控制制动扭矩的量值，以便使被预期制动的旋转的速度在预期值下保持实质上恒定(例如，以便使车辆下坡行进的速度在预期值下保持实质上恒定)。

为了控制制动扭矩的量值，自动控制单元23控制主体2围绕第一轴101的旋转的速度及/或主体2围绕第二轴102的旋转的速度。可借由改变被预期制动的旋转的速度对旋转式连接构件17围绕第四轴104的旋转的速度的比率(亦即，借由改变传动装置的速度比)来控制主体2围绕第二轴102的旋转的速度。

自动控制单元23亦可控制制动装置1以便在不需要制动扭矩时去除被预期制动的旋转上的制动扭矩。可使用以下各者中的至少一者去除制动扭矩：(i)停止主体2围绕第一轴101的旋转，及(ii)使被预期制动的旋转自旋转式连接构件17脱啮。

应注意，借由将贝他角β设定为0度或90度可能不会完全地去除制动扭矩，这是因为制动装置1中可能出现由内力造成的振动及变形。

在描述制动装置1的操作之前，将介绍另外角度定义。含有第二轴102及第四轴104的平面的法线被定义为正交于此平面且穿过主体2的质心的线。塞塔角θ被定义为第一轴101与含有第二轴102及第四轴104的平面的法线n之间的锐角(或可能为直角)。

在制动装置1的操作中，首先致使主体2围绕第一轴101旋转，这是借助于将自流体泵16获得的加压流体运送至主体2的旋转轴件上的管道。在被预期制动的旋转啮合至旋转式连接构件17时，旋转式连接构件17将被预期制动的旋转连接至主体2以便围绕第二轴102将旋转及扭矩传动至主体2。因此，经由旋转式连接构件17，围绕第二轴102将扭矩施加至主体2以便使主体2围绕第二轴102旋转。首先，围绕第二轴102施加至主体2的扭矩致使主体2围绕第二轴102旋转，使得塞塔角θ变得小于90度(若其尚未小于90度)。换言之，第一轴101不再处于含有第二轴102及第四轴104的平面中。此允许主体2具有围绕第三轴103的受限制旋转自由度，使得主体2能够围绕第三轴103旋转。由于(i)主体2围绕第一轴101的旋转，及(ii)围绕第二轴102施加至主体2的扭矩，主体2开始围绕第三轴103旋转。在文献中，此旋转被称为进动。因此，主体2同时围绕第一轴101、第二轴102及第三轴103旋转。然而，主体2围绕第二轴102的旋转及主体2围绕第三轴103的旋转被观测为如同主体2围绕第四轴104旋转。换言之，主体2并不围绕第四轴104旋转；且主体2围绕第四轴104的所观测旋转实际上为主体2围绕第二轴102及第三轴103两者旋转的结果。主体2围绕第一轴101的旋转及主体2围绕第三轴103的旋转一起致使围绕第二轴102出现制动扭矩。围绕第二轴102的制动扭矩借助于旋转式连接构件17而传动回至被预期围绕第四轴104而制动的旋转。在制动装置1的操作期间，只要制动装置1的参数保持恒定，塞塔角θ便在小于90度的值下保持恒定。塞塔角θ的值取决于制动装置1的参数。因此，制动装置1提供相抵于被预期围绕第四轴104而制动的旋转的连续制动扭矩。

在制动装置的第二较佳实施方式中，悬挂系统另外经建构以充当用于限制第二轴102的运动的构件。在此实施方式中，悬挂系统的硬度经判定或经调整，以使得贝他角β受限制于大于0度并小于90度的预期值。

参看图4，用于限制第二轴102的运动使得贝他角β受限制于大于0度并小于90度的预期值的构件的另一个较佳实施方式包含将被称作限制臂24的臂24。限制臂24包含两个杆，其刚性地耦接在一起，使得第一杆25被定向所沿着的轴与第二杆26被定向所沿着的轴之间的角度处于贝他角β的预期值。限制臂24安装至制动装置，使得第一杆25沿着第四轴104且经支撑以用于借助于框架8的第一限制臂轴承27而围绕第四轴104旋转；且第二杆26沿着第二轴102且经支撑以用于借助于内部支架4的第二限制臂轴承28而围绕第二轴102旋转。此配置确保第二轴102的运动受限制以便使贝他角β在选定值下保持恒定，同时允许第二轴102围绕第四轴104旋转。

参看图5，悬挂构件的另一个较佳实施方式包含四个引擎安装件29(亦可被称作马达安装件)，其中的每一者的一个末端借助于球面接合部安装至外部支架6的底侧，且其中的每一者的另一末端借助于另一球面接合部安装至框架8。引擎安装件29的数目、引擎安装件29的位置、定向及类型经判定，以使得(i)外部支架6经支撑于框架8内，(ii)允许第二轴102围绕第四轴104旋转，及(iii)外部支架6不被允许围绕第二轴102旋转(亦即，防止外部支架6围绕第二轴102的任何旋转)。

参看图6，在用于使主体2围绕第一轴101旋转的构件的另一个较佳实施方式中，制动装置1包含具有一或多个叶片30的主体2、附接至内部支架4的一或多个喷嘴31的集合、流体泵16，及用于将加压流体运送至附接至内部支架4的喷嘴31的构件(图中未示)。判定喷嘴31的定向及叶片30的形式，使得在将加压流体投射于主体2的叶片30上时，流体致使扭矩围绕第一轴101施加至主体2以便使主体2围绕第一轴101加速。可借由控制流体的流动速率来控制围绕第一轴101施加至主体2的扭矩的量值。亦可提供第二组喷嘴(图6中未展示)以便在相反方向上围绕第一轴101将扭矩施加至主体2，亦即，以便使主体2围绕第一轴101减速。可提供阀以便使流体在第一组喷嘴与第二组喷嘴之间交替。

在用于使主体2围绕第一轴101旋转的构件的另一较佳实施方式中，提供原动力源以便使主体2围绕第一轴101旋转。原动力源可为例如电动马达或液压马达或气动马达。原动力源所需要的动力可由外部电力供应器或由被预期制动的旋转提供。

在第三替代实施方式中，第一轴、第二轴、第三轴或第四轴中的至少一者不穿过主体2的质心。

在第四替代实施方式中，制动装置1的框架8包含车辆的底盘。

在第五替代实施方式中，制动装置1的框架8借助于引擎安装件安装至车辆的底盘以便减小振动。

参看图7，提供制动装置1的总成32的实施方式。总成32包含以2×2数组而配置的四个相同制动装置1。制动装置1的框架8刚性地耦接在一起，诸如制动装置1的第四轴104彼此实质上平行。总成32进一步包含用于将围绕第六轴106的旋转分布至每一制动装置1的构件33，使得用于分布旋转的构件的轴件34啮合至每一制动装置1的旋转式连接构件17的轴件18，以便致使每一制动装置1的旋转式连接构件17以相同转速但以不同各别相角旋转。第六轴106可为实质上平行于制动装置1的第四轴104的任何轴。被预期制动的旋转啮合至用于分布旋转的构件的轴件34。用于分布旋转的构件33可包含一或多个链轮机构、皮带轮机构或齿轮机构。在此实施方式中相角等间隔以便减小内部合扭矩的量值。举例而言，若左上部制动装置1的相角被假定为0度，则左下部制动装置1的相角将为90度，右下部制动装置1的相角将为180度，且右上部制动装置1的相角将为270度。图8中说明制动装置1的主体2在特定瞬时的相对定向。用于分布旋转的构件33确保制动装置1的旋转式连接构件17的旋转同步，以便保持制动装置1的主体2的相对定向。此配置会减小总成32中出现的振动。由总成32提供的制动扭矩的量值为由总成32中的每一制动装置1提供的制动扭矩的总和。

符号说明

1：制动装置

2：主体

3：旋转轴件

4：内部支架

5：内部轴承

6：外部支架

7：外部轴承

8：框架

9：缸

10：位置控制单元

11：空气压缩器

12：弹性减震器

13：弹性支撑件

14：第一组流体管道

15：第二组流体管道

16：流体泵

17：旋转式连接构件

18：旋转式连接构件的轴

19：旋转式连接构件轴承

20：滑动零件

21：旋转式连接构件的槽

22：球面销

23：自动控制单元

24：限制臂

25：限制臂的第一杆

26：限制臂的第二杆

27：第一限制臂轴承

28：第二限制臂轴承

29：引擎安装件

30：主体的叶片

31：喷嘴

32：制动装置的总成

33：用于分布旋转的构件

34：用于分布旋转的构件的轴件

101：第一轴

102：第二轴

103：第三轴

104：第四轴

105：第五轴

106：第六轴

α：阿法角

β：贝他角

θ：塞塔角

n：含有第二轴及第四轴的平面的法线