本申請(qǐng)是申請(qǐng)日為2013年7月10日、申請(qǐng)?zhí)枮?01380046101.6的中國(guó)專利申請(qǐng)的分案申請(qǐng)。

相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用

本申請(qǐng)要求于2012年7月10日提交的第61/670,074號(hào)美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)的權(quán)益，該申請(qǐng)通過引用整體并入本文。

本公開涉及車輛技術(shù)領(lǐng)域，并且具體地涉及用于傾轉(zhuǎn)-轉(zhuǎn)向三輪車輛的轉(zhuǎn)向和控制系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

在傳統(tǒng)系統(tǒng)中，當(dāng)傾轉(zhuǎn)三輪車輛啟動(dòng)轉(zhuǎn)彎時(shí)，艙室開始傾斜。隨后，艙室的傾斜可以機(jī)械方式使前輪反轉(zhuǎn)向。然而，需要非常大的力來啟動(dòng)車輛的傾斜。這將高載荷置于車輛的傾斜致動(dòng)器上。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本公開的一個(gè)實(shí)施方式提供了三輪車輛。該三輪車輛包括：?jiǎn)蝹€(gè)前輪；兩個(gè)后輪；乘客艙室；電子轉(zhuǎn)向控制單元；以及轉(zhuǎn)向輸入轉(zhuǎn)置，轉(zhuǎn)向輸入裝置配置成對(duì)應(yīng)于在轉(zhuǎn)向輸入裝置處接收的、與轉(zhuǎn)動(dòng)三輪車輛相關(guān)的輸入將電子信號(hào)發(fā)送至電子轉(zhuǎn)向控制單元；其中，電子轉(zhuǎn)向控制單元配置成響應(yīng)于接收的電子信號(hào)使前輪反轉(zhuǎn)向，其中，前輪的反轉(zhuǎn)向引起乘客艙室向三輪車輛的轉(zhuǎn)動(dòng)方向傾斜。

另一個(gè)實(shí)施方式提供了用于三輪車輛的電子轉(zhuǎn)向控制單元。電子轉(zhuǎn)向控制單元包括：輸入單元，配置成對(duì)應(yīng)于在轉(zhuǎn)向輸入裝置處接收的輸入來接收第一電子信號(hào)，該第一電子信號(hào)與三輪車輛的轉(zhuǎn)動(dòng)相關(guān)；以及耦接致動(dòng)器臂的輸出單元，該致動(dòng)器臂控制三輪車輛的單個(gè)前輪的轉(zhuǎn)向，其中，響應(yīng)于從輸入單元接收的第一電子信號(hào)，輸出單元被配置成將第二電子信號(hào)發(fā)送至致動(dòng)器臂，以使前輪反轉(zhuǎn)向，其中，前輪的反轉(zhuǎn)向引起三輪車輛的乘客艙室向三輪車輛的轉(zhuǎn)動(dòng)方向傾斜。

附圖說明

圖1為根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式的三輪車輛的示例。

圖2和圖3為根據(jù)某些實(shí)施方式的三輪車輛的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)配置的示意圖。

圖3為根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式包括電子后輪轉(zhuǎn)向的車輛的示意圖。

圖4為根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式對(duì)直接傾轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)向傾轉(zhuǎn)所需的扭矩進(jìn)行比較的概念圖。

圖5為根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式的三輪車輛的概念圖。

圖6為根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式示出使三輪車輛以低速轉(zhuǎn)向的概念圖。

圖7為根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式示出使三輪車輛以高速轉(zhuǎn)向的概念圖。

圖8為根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式的示例性旋轉(zhuǎn)致動(dòng)器的概念圖。

圖9為根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式示出轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)的概念圖。

圖10a-10b為根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式示出后輪轉(zhuǎn)向與使用電子穩(wěn)定性控制之間進(jìn)行比較的概念圖。

具體實(shí)施方式

本文描述的一些實(shí)施方式總體上涉及具有兩個(gè)后輪和一個(gè)前輪的三輪車輛。圖1為根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式的三輪車輛100的示例。車輛100的后部102包括兩個(gè)后輪104以及驅(qū)動(dòng)后輪104的電機(jī)。車輛100的前部106包括乘客艙室108和前輪110。前部106可相對(duì)于后部102關(guān)于縱軸旋轉(zhuǎn)，使得前部106可在轉(zhuǎn)動(dòng)期間傾斜。

根據(jù)各實(shí)施方式，車輛100使用線控驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其中，轉(zhuǎn)向、電機(jī)控制以及前部106的傾斜由傳感器、致動(dòng)器以及計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)控制。轉(zhuǎn)向輪輸入以及加速器和制動(dòng)輸入由電子控制單元(ecu)接收，然后，該電子控制單元計(jì)算信號(hào)以發(fā)送至控制車輛100的轉(zhuǎn)向、傾斜以及前進(jìn)的各個(gè)致動(dòng)器和電機(jī)。例如，來自每個(gè)車輪處的轉(zhuǎn)向角傳感器、轉(zhuǎn)向輪扭矩傳感器以及速度傳感器的測(cè)量有助于在轉(zhuǎn)彎時(shí)確定傾轉(zhuǎn)角。線控驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)還可通過連接至轉(zhuǎn)向輪的轉(zhuǎn)向反饋致動(dòng)器向駕駛員提供觸覺反饋，從而在轉(zhuǎn)彎時(shí)為駕駛員提供轉(zhuǎn)向反饋。

在各實(shí)施方式中，所公開的線控系統(tǒng)具有幾種故障檢測(cè)方法。例如，編碼器通常內(nèi)置在電機(jī)中，諸如，傾轉(zhuǎn)電機(jī)以及前輪轉(zhuǎn)向電機(jī)。編碼器用于為ecu提供與傾轉(zhuǎn)角和前輪轉(zhuǎn)動(dòng)角有關(guān)的信息。諸如絕對(duì)傾斜角編碼器和線性位置傳感器的冗余傳感器分別用于在傾轉(zhuǎn)角和前輪轉(zhuǎn)動(dòng)角的測(cè)量中檢測(cè)任何誤差或不一致。

在一個(gè)實(shí)施方式中，為了使車輛的前部分傾斜，單個(gè)致動(dòng)器耦接至車輛的后部分和前部分。致動(dòng)器被描述為蝸桿齒輪，其通過單個(gè)或冗余的電機(jī)設(shè)置而旋轉(zhuǎn)，以使車輛的前部分相對(duì)于后部分傾斜。

在高速轉(zhuǎn)彎的初始階段或傾斜轉(zhuǎn)動(dòng)期間，線控驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)能夠使前輪反轉(zhuǎn)向。反轉(zhuǎn)向是指在轉(zhuǎn)彎的相反方向上前輪的非直觀性轉(zhuǎn)向，以將傾斜引入轉(zhuǎn)彎。反轉(zhuǎn)向極大地降低了引發(fā)車輛前部?jī)A斜所需的扭矩量。引起傾斜之后，前輪能夠轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)入轉(zhuǎn)彎以完成轉(zhuǎn)彎。

在高速轉(zhuǎn)彎期間，三輪傾斜車輛具有在后輪上失去牽引的傾向。在一些實(shí)施方式中，所公開的設(shè)計(jì)通過將牽引控制系統(tǒng)集成至線控系統(tǒng)解決此問題。例如，牽引控制系統(tǒng)使用車輛制動(dòng)系統(tǒng)，以在轉(zhuǎn)彎時(shí)使內(nèi)輪減速，從而在高速轉(zhuǎn)彎期間維持后輪與地面接觸并維持對(duì)車輛的控制。

電子轉(zhuǎn)向和傾斜控制系統(tǒng)

本文所述的一些實(shí)施方式提供了用于使三輪車輛傾斜的電子控制系統(tǒng)，其能夠基于來自于多種傳感器的輸入在寬范圍的駕駛條件下優(yōu)化傾斜及轉(zhuǎn)向控制。本文所述的一些實(shí)施方式提供了用于傾斜三輪車輛的控制系統(tǒng)和控制程序。例如，控制程序可包括作為轉(zhuǎn)向和反轉(zhuǎn)向功能的穩(wěn)定性控制，以使車輛傾斜轉(zhuǎn)動(dòng)。

一個(gè)實(shí)施方式使用偏轉(zhuǎn)傳感器來控制三輪傾斜車輛。此外，偏轉(zhuǎn)傳感器可結(jié)合其它傳感器來使用以實(shí)現(xiàn)線控驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。車輛中的ecu能夠接收來自多個(gè)傳感器(下面提供的示例)的輸入并執(zhí)行計(jì)算，從而控制和/或預(yù)測(cè)可導(dǎo)致車輛不穩(wěn)定或失控的情況。這不可能用傳統(tǒng)方法來實(shí)現(xiàn)，因?yàn)樵诂F(xiàn)有系統(tǒng)中沒有提供任何精確方式來處理這種類型的數(shù)據(jù)。

圖2和圖3概略地示出了根據(jù)本申請(qǐng)的一些實(shí)施方式的三輪車輛的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)配置。兩幅圖都描述了三輪車輛的配置，其具有：位于前面的一個(gè)輪13以及由電動(dòng)機(jī)31供電的位于后面的兩個(gè)輪27、27a；驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制器30；變速器32；后驅(qū)動(dòng)軸26、26a；內(nèi)燃電機(jī)，或者內(nèi)燃電機(jī)和電子電機(jī)的混合組合。

部分a(線控轉(zhuǎn)向的轉(zhuǎn)向組件)、b(前輪組件)以及c(傾轉(zhuǎn)控制組件)包括車輛的前部或“艙室”)，而部分d(推進(jìn)模塊/后輪轉(zhuǎn)向)是獨(dú)立的推進(jìn)模塊。這兩個(gè)部分通過傾轉(zhuǎn)致動(dòng)器變速箱19沿車輛縱軸連接。艙室相對(duì)于推進(jìn)模塊保持在豎直位置。低速時(shí)，艙室可能有極小的傾斜或者沒有傾斜，而高速時(shí)，車艙傾斜可能高達(dá)45度。

車輛配置包括電子轉(zhuǎn)向控制單元(“esc”或“e”)，其負(fù)責(zé)管理轉(zhuǎn)向功能和車輛穩(wěn)定性功能。車輛還包括向esc(e)提供信息的多個(gè)傳感器。這些傳感器包括轉(zhuǎn)向角傳感器3；轉(zhuǎn)向扭矩傳感器4；與每個(gè)車輪相對(duì)應(yīng)的多個(gè)輪速傳感器14、29和29a；橫向加速度傳感器36；橫擺率傳感器35；側(cè)傾傳感器34；傾斜角傳感器37以及前轉(zhuǎn)向臂位置傳感器33。自然地，車輛的其它實(shí)施方式可包括更多或更少的傳感器。所感測(cè)的情況以及轉(zhuǎn)向意圖被轉(zhuǎn)換成校準(zhǔn)信號(hào)，該信號(hào)是車輛操作的指示，并被傳送至esc(e)。

前輪轉(zhuǎn)向致動(dòng)器8通過前輪轉(zhuǎn)向致動(dòng)器電機(jī)控制器11以及前輪轉(zhuǎn)向電機(jī)10由esc(e)系統(tǒng)來驅(qū)動(dòng)。前輪13的轉(zhuǎn)向角由致動(dòng)器桿9和轉(zhuǎn)向臂12來控制，并通過線性位置傳感器33由esc來確認(rèn)。前制動(dòng)鉗14還耦接至前輪。在正常駕駛中，基于駕駛員的意圖，通過轉(zhuǎn)向輸入裝置1、轉(zhuǎn)向軸2、轉(zhuǎn)向角傳感器3、轉(zhuǎn)向扭矩傳感器4、轉(zhuǎn)向變速箱6和/或由輪速傳感器15、29和29a所確定的車輛速度意圖來計(jì)算施加至前輪13的反轉(zhuǎn)向量。

較低車速時(shí)，不施加反轉(zhuǎn)向，且車輛僅在意圖行駛方向上跟隨前輪。較高速度時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)方向完全基于車輛的傾斜角。這種轉(zhuǎn)動(dòng)方法與摩托車轉(zhuǎn)彎類似，并用來強(qiáng)調(diào)像汽車一樣“轉(zhuǎn)動(dòng)(turning)”車輛和“傾斜轉(zhuǎn)動(dòng)(lean-turning)”之間的差別。由于esc基于速度、轉(zhuǎn)向角以及轉(zhuǎn)向輸入力來解釋駕駛員的意圖，所以不需要駕駛員干預(yù)。由于致動(dòng)器5和5a將轉(zhuǎn)向反饋以阻力的形式提供給駕駛員，所以駕駛員感覺“轉(zhuǎn)動(dòng)”和“傾斜轉(zhuǎn)動(dòng)”之間沒有差別。反饋致動(dòng)器5和5a是由電機(jī)控制器控制的電機(jī)。esc通過轉(zhuǎn)向反饋控制器7向反饋致動(dòng)器5、5a提供反饋指令。這種通信雙向運(yùn)行，因?yàn)檗D(zhuǎn)向反饋控制器7還將扭矩和位置數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)送至esc。

在傾斜轉(zhuǎn)動(dòng)中，一旦前輪反轉(zhuǎn)向引起傾斜轉(zhuǎn)動(dòng)，那么，傾斜致動(dòng)器通過傾斜電機(jī)21將艙室旋轉(zhuǎn)至請(qǐng)求相對(duì)于樞軸線20轉(zhuǎn)動(dòng)所需的目標(biāo)傾斜角，該傾斜電機(jī)21能夠利用蝸桿17將18安裝至艙室，并由傾斜電機(jī)控制器16控制，而前輪13返回到直線向前的位置。在正常駕駛操作下，此種行為所需的扭矩量幾乎為零。在這種情況下，致動(dòng)器可被最好描述為“調(diào)節(jié)”傾斜轉(zhuǎn)動(dòng)。還通過反轉(zhuǎn)向來執(zhí)行傾斜轉(zhuǎn)動(dòng)之外的旋轉(zhuǎn)，在這種情況下，通過ecs使前輪轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)入傾斜轉(zhuǎn)動(dòng)，并使用傾斜致動(dòng)器以使艙室處于豎直位置。

在一個(gè)實(shí)施方式中，機(jī)動(dòng)操縱時(shí)的后穩(wěn)定性控制通過集成的電子穩(wěn)定性控制應(yīng)用或模塊由esc系統(tǒng)來執(zhí)行。一旦檢測(cè)到不穩(wěn)定情況或者超過車輛偏轉(zhuǎn)、側(cè)傾、或橫向加速目標(biāo)的情況，將制動(dòng)力選擇性地施加于后卡鉗28、28a，從而使車輛回到其意圖路線。

可選地，如圖3所示，后穩(wěn)定性控制受到由后輪轉(zhuǎn)向電機(jī)控制器22控制的后輪轉(zhuǎn)向臂25、25a通過后輪轉(zhuǎn)向組件24的影響。在這個(gè)實(shí)施方式中，基于傾斜角及控制器通過后輪轉(zhuǎn)向(rws)致動(dòng)器23來計(jì)算后轉(zhuǎn)向。在這種配置中，還能夠?qū)崿F(xiàn)電子穩(wěn)定性控制。

反轉(zhuǎn)向以接合傾斜

在一些實(shí)施方式中，車輛的側(cè)翻閾值通過重心(cg)高度與能夠由輪胎轉(zhuǎn)移的最大橫向力之間的簡(jiǎn)單關(guān)系來確定?，F(xiàn)代的輪胎能夠產(chǎn)生高達(dá)0.8的摩擦系數(shù)，這意味著，在輪胎失去附著力之前(即，0.8g(標(biāo)準(zhǔn)重力單位))，車輛能夠成功繞過產(chǎn)生等于車輛自身重量的80％的橫向力的轉(zhuǎn)彎。與車輛的有效半胎面有關(guān)的cg高度決定長(zhǎng)高(l/h)比，該長(zhǎng)高比確定使車輛翻轉(zhuǎn)所需的橫向力。只要輪胎的側(cè)向力能力小于翻轉(zhuǎn)所需的側(cè)向力，那么，車輛在翻轉(zhuǎn)之前將滑動(dòng)。

快速開始的轉(zhuǎn)彎將側(cè)傾加速度給予車體，這可導(dǎo)致車體超過其穩(wěn)態(tài)側(cè)傾角。當(dāng)滑移的車輛突然重新獲得牽引并開始再次轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，以及當(dāng)一個(gè)方向上的急轉(zhuǎn)彎之后跟隨相反方向上的同樣的急轉(zhuǎn)彎時(shí)(即，回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)彎)，在有突然的轉(zhuǎn)向輸入時(shí)這種情況發(fā)生。車輛的側(cè)傾力矩取決于重心在其側(cè)傾中心之上的垂直位移。側(cè)傾超量的程度取決于慣性側(cè)傾力矩以及懸架的側(cè)傾阻尼特性之間的平衡。具有(臨界值的)50％阻尼的汽車具有的側(cè)翻閾值比具有零阻尼的相同汽車的側(cè)翻閾值大將近1/3。

即使車輛有抵抗側(cè)翻的高安全穩(wěn)定裕度，超出穩(wěn)態(tài)傾斜角能夠提起內(nèi)輪離開地面。一旦脫離地面發(fā)生，車輛抵抗側(cè)翻的阻力將指數(shù)級(jí)減小，這迅速導(dǎo)致無法挽回的情況。在懸架回彈力與反方向轉(zhuǎn)動(dòng)力結(jié)合的回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)期間，慣性側(cè)傾力矩達(dá)到更大值以將車體在其側(cè)傾極限之間從一個(gè)極端橫向拋擲至另一個(gè)極端。涉及超出穩(wěn)態(tài)側(cè)傾角的慣性力可超過轉(zhuǎn)動(dòng)速率本身所產(chǎn)生的力。

圖4是根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式比較直接傾轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)向傾轉(zhuǎn)所需扭矩的概念圖。如圖4所示，在轉(zhuǎn)向機(jī)動(dòng)操縱期間，使用前輪反轉(zhuǎn)向?qū)χ聞?dòng)器速度和扭矩需求具有極大影響。如圖4中左側(cè)圖所示，沒有反轉(zhuǎn)向的100km/hr的iso標(biāo)準(zhǔn)回轉(zhuǎn)機(jī)動(dòng)操縱需要1000nm的最大有效傾轉(zhuǎn)扭矩。相比之下，如圖4中右側(cè)圖所示，具有反轉(zhuǎn)向時(shí)，相同的機(jī)動(dòng)操縱僅需要100nm的有效傾轉(zhuǎn)扭矩—完全是數(shù)量級(jí)減小。傾轉(zhuǎn)或機(jī)動(dòng)操縱速度還極大地增加至每秒高達(dá)82°。

圖5是根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式的三輪車輛的概念圖。建模非傾斜三輪車輛的抵抗側(cè)翻的安全裕度的簡(jiǎn)單方式是使用cg高度、其沿軸距的位置以及車輛的有效半胎面來構(gòu)建底椎。最大橫向g-載荷由輪胎的摩擦系數(shù)決定。朝向地面投影最大轉(zhuǎn)動(dòng)力的合力形成椎體的底。例如，穿過車輛cg作用的1.0g的載荷將導(dǎo)致朝向地面的45度投影。如果椎體的底落在有效半胎面之外，那么車輛將在滑動(dòng)之前翻轉(zhuǎn)。如果椎體的底落在有效半胎面之內(nèi)，那么車輛將在翻轉(zhuǎn)之前滑動(dòng)。

在一些實(shí)現(xiàn)中，車輛是1f2r(一個(gè)前輪胎、兩個(gè)后輪胎)的設(shè)計(jì)，其中，單個(gè)前輪以及乘客隔間傾斜進(jìn)入轉(zhuǎn)彎，而攜帶兩個(gè)并排車輪和動(dòng)力系統(tǒng)的后部不傾斜。兩個(gè)部分通過機(jī)械樞軸連接。傾轉(zhuǎn)三輪車輛提供抵抗側(cè)翻的增加的阻力以及更大的轉(zhuǎn)彎動(dòng)力(corneringpower)—通常超過四輪車輛的轉(zhuǎn)彎動(dòng)力。主動(dòng)傾斜系統(tǒng)是指車輛不需要寬且低的布局來獲得高側(cè)翻穩(wěn)定性。允許車輛傾斜進(jìn)入轉(zhuǎn)彎在選擇cg位置以及相對(duì)車輪之間的間隔方面提供了更大的自由度。

這種類型車輛的側(cè)翻閾值取決于兩個(gè)部分中的每個(gè)的獨(dú)立選取的側(cè)翻閾值。非傾斜部根據(jù)傳統(tǒng)的底椎分析來表現(xiàn)。其長(zhǎng)高比決定側(cè)翻閾值。假定在傾斜部上沒有傾斜限制，那么其將表現(xiàn)為摩托車，并傾斜至平衡轉(zhuǎn)動(dòng)所必需的角度。因?yàn)闆]有有效的傾斜限制，因此傾斜部的重心高度為臨界。

在一些實(shí)施方式中，傾轉(zhuǎn)三輪車輛的側(cè)翻閾值由與決定傳統(tǒng)車輛側(cè)翻閾值相同的幾何關(guān)系和動(dòng)態(tài)力來決定—除了傾斜的影響成為等式的一部分之外。只要傾斜角在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)匹配力向量，那么，正如摩托車一樣，車輛沒有有意義的側(cè)翻閾值。換句話說，在轉(zhuǎn)彎時(shí)將沒有合力的外部投影，如同非傾轉(zhuǎn)車輛的情況一樣。

在穩(wěn)定地增加轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，因?yàn)樾枰３峙c轉(zhuǎn)動(dòng)力的平衡，車輛將以越來越大的角度傾斜。因此，在自由傾斜的情況下，軌道的寬度與側(cè)翻穩(wěn)定性在很大程度上不相關(guān)。然而，對(duì)于具有傾斜限制的車輛，當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)速率增加到超過可由最大傾斜角平衡的速率時(shí)，合力將開始向外部遷移。如在傳統(tǒng)車輛中一樣，超過傾斜限制時(shí)，載荷被轉(zhuǎn)移至外部車輪。

不具有有效傾斜限制的車輛側(cè)翻閾值將很大程度上由非傾斜部的側(cè)翻閾值來決定。但是，根據(jù)樞軸線在與并排車輪的中心線的交叉點(diǎn)處的高度，傾斜部可能具有積極或消極影響。如果樞軸線(即，傾斜部的側(cè)傾軸線)在高于車輪中心的點(diǎn)處投影到輪軸中心線，那么，其將降低由非傾斜部確定的側(cè)翻閾值。如果其投影至低于并排車輪中心的點(diǎn)處，那么，側(cè)傾閾值實(shí)際上將隨著轉(zhuǎn)動(dòng)速率增加而增加。換句話說，在更急劇的轉(zhuǎn)彎中，車輛將變得更加抵抗翻轉(zhuǎn)。如果樞軸線投影至輪軸的中心線，那么傾斜部對(duì)于由非傾斜部確定的側(cè)翻閾值沒有影響。

本發(fā)明的實(shí)施方式提供反轉(zhuǎn)向前輪以引起傾斜。反轉(zhuǎn)向是由諸如騎自行車者和騎摩托車者的單軌車輛操作者所使用的技術(shù)，以通過隨時(shí)反轉(zhuǎn)向至期望的方向(轉(zhuǎn)向左邊以向右轉(zhuǎn))而引起朝向給定方向的轉(zhuǎn)彎。

u.s.6,435,522公開了具有“反向-轉(zhuǎn)向(opposite-steering)”的系統(tǒng)，“反向-轉(zhuǎn)向(opposite-steering)”更通常地被稱為“反轉(zhuǎn)向(counter-steering)”。這種轉(zhuǎn)向方法被摩托車采用以引起傾斜轉(zhuǎn)向。然而，u.s.6,435,522中的系統(tǒng)依賴于來自于后傾斜致動(dòng)器的液壓信號(hào)來控制前輪的反向轉(zhuǎn)向。換句話說，u.s.6,435,522中的車輛實(shí)際上必須在接合前輪反轉(zhuǎn)向之前開始傾斜。

相比之下，本文公開的實(shí)施方式使用反轉(zhuǎn)向以引起傾斜，其中，前輪在車輛傾斜之前轉(zhuǎn)向。使前輪反轉(zhuǎn)向極大地降低了傾斜車體所需的扭矩量。在u.s.6,435,522的系統(tǒng)中，需要高程度的扭矩(例如，高達(dá)1000nm(牛頓米))以可以在前輪反向轉(zhuǎn)向之前引發(fā)車輛的傾斜。這樣做需要車輛上的高壓液壓系統(tǒng)以及大量液壓致動(dòng)器。

在一個(gè)實(shí)施方式中，在低于某一閾值速度的速度處(例如，30km/hr(千米每小時(shí)))，通過使前輪轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)入轉(zhuǎn)彎使車輛轉(zhuǎn)向。圖6是根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式示出了使三輪車輛以低速轉(zhuǎn)向的概念圖。低速時(shí)，車輛足夠穩(wěn)定地在達(dá)到此速度不傾斜的情況下安全地轉(zhuǎn)動(dòng)。反轉(zhuǎn)向值愈發(fā)影響目標(biāo)車輪偏轉(zhuǎn)，在該閾值的限制下，產(chǎn)生一定程度的轉(zhuǎn)向不足。如圖6所示，在時(shí)刻a，車輛向前移動(dòng)；在時(shí)刻b，車輛轉(zhuǎn)動(dòng)；在時(shí)刻c，車輛再次向前移動(dòng)。如圖6中的時(shí)序圖所示，當(dāng)以低速完成轉(zhuǎn)彎時(shí)，沒有給予車輛傾斜。在轉(zhuǎn)彎方向上，前輪轉(zhuǎn)向而后輪不轉(zhuǎn)向。

然而，超過閾值速度時(shí)(例如，超過30km/hr)，主動(dòng)前輪轉(zhuǎn)向被有效地禁止。電子轉(zhuǎn)向控制(esc)使用反轉(zhuǎn)向以引起并控制傾斜轉(zhuǎn)向。

圖7是根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式示出了使三輪車輛以高速轉(zhuǎn)向的概念圖。速度超過某一閾值時(shí)，例如，超過30km/hr，轉(zhuǎn)向輪的角度和扭矩被解釋為傾斜意圖。當(dāng)三輪車輛的操作者使車輛以高速進(jìn)入轉(zhuǎn)彎時(shí)(例如，通過轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向輪或接合操縱桿)，基于這些輸入以及車輛速度、偏轉(zhuǎn)、側(cè)傾和橫向加速度，使用反轉(zhuǎn)向來引起傾斜。后輪轉(zhuǎn)向機(jī)械地耦接至傾斜角。峰值扭矩載荷通常發(fā)生在傾斜起始和恢復(fù)時(shí)。在一些實(shí)施方式中，可能的例外是在傾斜會(huì)有助于維持車輛的穩(wěn)定性的低速處的規(guī)避機(jī)動(dòng)操縱。

如圖7所示，在時(shí)刻a，車輛向前移動(dòng)；在時(shí)刻b，車輛開始使用反轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)動(dòng)；在時(shí)刻c，車輛進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，此時(shí)，前輪是直向的；在時(shí)刻d，車輛完成轉(zhuǎn)彎，轉(zhuǎn)向進(jìn)入轉(zhuǎn)彎的方向；在時(shí)刻e，車輛再次向前移動(dòng)。如圖7的時(shí)序圖中所示，在時(shí)刻b，車輛處于朝向地面傾斜的過程中，在時(shí)刻c，傾斜是穩(wěn)定的，并且在時(shí)刻d，車輛脫離傾斜。在時(shí)刻b，前輪進(jìn)行反轉(zhuǎn)向，在時(shí)刻c，前輪向前定向，并且在時(shí)刻d，前輪在轉(zhuǎn)彎的方向上轉(zhuǎn)向。同樣如圖所示，后輪轉(zhuǎn)向基于并對(duì)應(yīng)于傾斜量。在一些實(shí)施方式中，在傾斜事件期間，極少或沒有偏轉(zhuǎn)被給予推進(jìn)模塊。致動(dòng)器速度以及由此轉(zhuǎn)向響應(yīng)被耦接至載荷。在協(xié)調(diào)轉(zhuǎn)向中，與現(xiàn)有方法相比，扭矩載荷相當(dāng)?shù)汀？蓪?shí)現(xiàn)高達(dá)80°每秒的傾斜率。反轉(zhuǎn)向由專用致動(dòng)器來執(zhí)行且對(duì)傾斜率沒有消極影響。

一些實(shí)施方式提供使用單個(gè)電子致動(dòng)器來控制三輪車輛的傾斜角。在一些情況下，使用單個(gè)電子致動(dòng)器有助于減小成本和整個(gè)系統(tǒng)效率。傳統(tǒng)方法(即，傾斜然后反轉(zhuǎn)向(leanthencounter-steer)方法)需要更大的力來引發(fā)傾斜。由于需要更少的扭矩，本文公開的“反轉(zhuǎn)向然后傾斜(counter-steerthenlean)”方案允許單個(gè)致動(dòng)器。在一些實(shí)現(xiàn)中，單個(gè)電子致動(dòng)器具有蝸桿齒輪驅(qū)動(dòng)。

通過使用驅(qū)動(dòng)車輛傾轉(zhuǎn)的單個(gè)致動(dòng)器，本發(fā)明的實(shí)施方式不需要電力輔助的、包括兩個(gè)互相連接的驅(qū)動(dòng)元件的傾轉(zhuǎn)元件。另外，所公開的車輛上的單個(gè)致動(dòng)器不具有用于空檔位置的第一限制位置，并且不具有用于在一個(gè)方向上或在相反方向上傾轉(zhuǎn)的第二限制位置。當(dāng)在空檔位置時(shí)，所公開的車輛中的致動(dòng)器沒有任何限制。實(shí)際上，在空檔位置中，致動(dòng)器朝向其運(yùn)動(dòng)范圍的中心，使得其能夠向左移動(dòng)或向右移動(dòng)，從而在任一方向上傾轉(zhuǎn)。

所公開的車輛的致動(dòng)器實(shí)質(zhì)上是不相同的，并且不是通過簡(jiǎn)單地行駛至限制位置來操作。在一些實(shí)現(xiàn)中，所公開的車輛的致動(dòng)器使蝸桿齒輪旋轉(zhuǎn)以將軸環(huán)移動(dòng)至不同位置。

后輪轉(zhuǎn)向

在一個(gè)實(shí)施方式中，車輛能夠使用機(jī)械聯(lián)接至車輛傾斜角的后輪轉(zhuǎn)向。通過調(diào)整后輪的角度進(jìn)入轉(zhuǎn)彎，這阻止了由滑動(dòng)引發(fā)的車輛后部中的振動(dòng)。在一個(gè)示例性實(shí)施方式中，在車輛前框架和后軸之間具有物理連接，當(dāng)車輛的前框架進(jìn)行傾斜時(shí)，以機(jī)械方式使后輪轉(zhuǎn)向。

在另一實(shí)施方式中，可通過協(xié)調(diào)傾斜致動(dòng)器和后輪轉(zhuǎn)向兩者的獨(dú)立電機(jī)控制器使每個(gè)后輪轉(zhuǎn)向。

在又一實(shí)施方式中，可通過協(xié)調(diào)傾斜致動(dòng)器和后輪轉(zhuǎn)向兩者的單個(gè)電機(jī)控制器使后輪轉(zhuǎn)向。例如，在一些實(shí)現(xiàn)中，系統(tǒng)可限制為傾斜33°。單個(gè)致動(dòng)器臂基于車輛前框架的傾斜角由esc電子控制。

在再一實(shí)施方式中，可使用旋轉(zhuǎn)致動(dòng)器來控制后輪的轉(zhuǎn)向。圖8是根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式的示例性旋轉(zhuǎn)致動(dòng)器的概念圖。電機(jī)804的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)蝸桿802，蝸桿802使傾斜齒輪801圍繞其軸線以正負(fù)45度旋轉(zhuǎn)。致動(dòng)器變速箱803安裝至艙室部，而后推進(jìn)模塊被牢固地附接至傾斜齒輪801的中心。重型軸承805、805a確保組件的平滑旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。與線性致動(dòng)器類似，這種設(shè)計(jì)是自動(dòng)鎖定的并允許精確的、可重復(fù)的定位。

在另一實(shí)施方式中，可使用穩(wěn)定性控制系統(tǒng)或牽引控制系統(tǒng)(tcs)使后輪轉(zhuǎn)向。在示例性tcs中，速度傳感器測(cè)量每個(gè)車輪的速度。旋轉(zhuǎn)率傳感器測(cè)量車輛圍繞垂直軸線的旋轉(zhuǎn)(即，偏轉(zhuǎn))。附接至轉(zhuǎn)向輪的轉(zhuǎn)向角傳感器測(cè)量駕駛員的轉(zhuǎn)向意圖。控制單元接收來自于速度傳感器、旋轉(zhuǎn)率傳感器以及轉(zhuǎn)向角傳感器的信號(hào)，并將所述信號(hào)發(fā)送至這些傳感器，以控制在制動(dòng)器中增加和/或降低制動(dòng)壓力的液壓?jiǎn)卧Ｔ谝粋€(gè)示例中，控制在轉(zhuǎn)彎時(shí)位于內(nèi)側(cè)的后輪的速度(例如，減速)以調(diào)整車輛的后部穩(wěn)定性。這將消除對(duì)后轉(zhuǎn)向齒條組件、可轉(zhuǎn)向輪轂以及其他懸架元件的需求。在另一實(shí)現(xiàn)中，可使外側(cè)后輪加速來控制穩(wěn)定性，而不是在轉(zhuǎn)彎時(shí)使位于內(nèi)側(cè)的后輪減速。在再一實(shí)現(xiàn)中，可實(shí)現(xiàn)使內(nèi)側(cè)后輪減速以及使外側(cè)后輪加速的結(jié)合。

圖10a-10b為根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式示出了在后輪轉(zhuǎn)向與使用牽引控制之間進(jìn)行比較的概念圖。

在圖10a中，后輪轉(zhuǎn)向機(jī)械地聯(lián)接至傾斜角。在時(shí)刻(1)，車輛正接近轉(zhuǎn)彎。駕駛員開始向轉(zhuǎn)向輪施加扭矩。在時(shí)刻(2)，基于車輛速度，液壓系統(tǒng)開始使艙室傾斜進(jìn)入轉(zhuǎn)彎，引起前輪反轉(zhuǎn)向。這使中等或高載荷置于傾斜液壓系統(tǒng)上。在時(shí)刻(3)，前輪回到向前位置。傾斜角響應(yīng)于駕駛員輸入的轉(zhuǎn)向輪扭矩而增加。隨著傾斜增加，后輪機(jī)械地轉(zhuǎn)向進(jìn)入轉(zhuǎn)彎。在這種情況下，轉(zhuǎn)向不足仍然是一個(gè)問題。

在圖10b中，主動(dòng)轉(zhuǎn)向、牽引以及穩(wěn)定性控制響應(yīng)于條件和駕駛員意圖。在時(shí)刻(1)，車輛正接近轉(zhuǎn)彎。穩(wěn)定性和牽引控制是主動(dòng)的。駕駛員開始轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向輪。在時(shí)刻(2)，基于車輛速度、計(jì)算的駕駛員意圖以及其他動(dòng)態(tài)力，前輪反轉(zhuǎn)向以使艙室傾斜進(jìn)入轉(zhuǎn)彎。傾斜致動(dòng)器上的載荷是最低的，例如，接近于零。作為響應(yīng)，扭矩反饋根據(jù)轉(zhuǎn)向增加。在時(shí)刻(3)，前輪回到向前位置。由于需要維持轉(zhuǎn)彎控制，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)控制后輪上的速度。

手輪輸入控制器(轉(zhuǎn)向接口)

圖9是根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式示出了轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)的概念圖。本公開的一些實(shí)施方式提供包括手輪902的轉(zhuǎn)向控制器，其類似于典型的四輪汽車的轉(zhuǎn)向控制器。在另一實(shí)現(xiàn)中，可使用操縱桿而不是手輪來控制轉(zhuǎn)向。如同汽車一樣，轉(zhuǎn)向控制器用于在機(jī)動(dòng)操縱時(shí)控制車輛的方向。所公開的轉(zhuǎn)向控制器使用兩個(gè)冗余的致動(dòng)器904，其中，兩個(gè)致動(dòng)器904彼此具有180°的關(guān)系，其具有類似的配置(例如，相等地但相反地配置)，并執(zhí)行相同的或等同的功能。致動(dòng)器904不僅提供轉(zhuǎn)向力并控制反饋，而且用于測(cè)量轉(zhuǎn)向角。轉(zhuǎn)向意圖906以及轉(zhuǎn)向扭矩輸入908由轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)中的傳感器來測(cè)量。轉(zhuǎn)向反饋910可在轉(zhuǎn)向柱上被送回手輪。因此，由于兩個(gè)致動(dòng)器都可包括其自己的光學(xué)編碼器，并且可直接決定轉(zhuǎn)向角，因此可能不需要安裝有轉(zhuǎn)向位置傳感器的獨(dú)立軸。

由于這種系統(tǒng)本質(zhì)上是完全電子的，因此能夠動(dòng)態(tài)調(diào)整力反饋、輸入扭矩以及輸入控制比率。這可作為車輛速度、駕駛狀況的函數(shù)或僅作為用戶偏好的函數(shù)來完成。轉(zhuǎn)向控制器的雙致動(dòng)器設(shè)計(jì)提供了：在致動(dòng)器發(fā)生故障時(shí)，剩下的功能性致動(dòng)器完全能夠執(zhí)行所有的系統(tǒng)要求，僅有極小的高端反饋扭矩的損失。轉(zhuǎn)向控制將不受影響。在一個(gè)實(shí)現(xiàn)中，雙致動(dòng)器設(shè)計(jì)可在包括軍用航空器的航空器上實(shí)現(xiàn)。

本文公開的實(shí)施方式包括基于液壓的轉(zhuǎn)向機(jī)制。根據(jù)一些實(shí)施方式，車輛可通過使用線控驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)，其中，轉(zhuǎn)向、電機(jī)控制以及前部?jī)A斜由傳感器、致動(dòng)器以及計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)控制。轉(zhuǎn)向輪輸入以及加速器和制動(dòng)輸入通過電子控制單元(“ecu”)來接收，然后，該電子控制單元(“ecu”)計(jì)算信號(hào)以發(fā)送至控制車輛的轉(zhuǎn)向、傾斜以及推進(jìn)的各個(gè)致動(dòng)器和電機(jī)。例如，來自于每個(gè)車輪處的轉(zhuǎn)向角傳感器、轉(zhuǎn)向輪扭矩傳感器以及速度傳感器的測(cè)量有助于確定轉(zhuǎn)彎中的傾轉(zhuǎn)角。線控驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)還通過連接至轉(zhuǎn)向輪的轉(zhuǎn)向反饋致動(dòng)器為駕駛員提供觸覺反饋，從而在轉(zhuǎn)彎時(shí)向駕駛員提供轉(zhuǎn)向反饋。

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本文描述了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，包括發(fā)明者已知的用于實(shí)施本發(fā)明的最佳模式。在閱讀了上面的描述之后，這些優(yōu)選實(shí)施方式的變型對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人將是顯而易見的。發(fā)明者期望技術(shù)人員適當(dāng)?shù)夭捎眠@些變型，并且發(fā)明者意在以其他方式實(shí)踐本發(fā)明，而不是僅以本文詳細(xì)描述的方式。因此，本發(fā)明包括在本文所附的、適用法律所允許的權(quán)利要求中引用的主題的所有修改以及等同物。此外，在其所有可能的變型中，上述元素的任意組合包含于本發(fā)明，除非本文另有指示或明顯與上下文矛盾。