自平衡車輛的制作方法

專利名稱：自平衡車輛的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種具有以下裝備的自平衡車輛
一具有至少三個車輪，其中至少有兩個車輪位于所述車輛的縱軸重心 的各一側，且其中至少有一個車輪對所述車輛的方向具有轉向作用；
一包括傾斜車架段的車架，其中所述車架段可相對于路面、繞所述縱 軸旋轉；
—轉向裝置，該轉向裝置的安裝方式可使它相對于所述傾斜車架段旋 轉；以及
— 一或多個傾斜構件，該構件在所述傾斜車架段與所述車輪之間以某 種方式形成連接，從而使所述傾斜構件可在所述傾斜車架段與路面之間施 加傾斜力矩和/或傾斜運動。由此可實現的是，所述車輛可在行駛期間處于 完全或部分平衡的狀態。
背景技術：
在WO 95/34459中以本申請人的名義描述了上述類型的一已知車 輛。該車輛是具有至少三個車輪的自穩定車輛，其中一連接至定向輪的傳 感器產生控制信號，用以控制一或多個傾斜構件。在這一布置下，可使用 一傳感器測量作用在前輪上的力或力矩，且通過液壓缸以某種方式使駕駛 員段傾斜，從而使施加在前輪上的力或力矩實際上變為0。由此獲得穩定 而又舒適的行駛效果，且當在彎曲路面上或橫向傾斜的路面上行駛時，駕 駛員段能夠保持平衡。該車輛在速度超過10km/h時行駛特別良好，但在 極低速度下、在靜止時、以及在停車操作和倒車時，將呈現出不希望有的 傾斜行為。
在WO 99/24308中以本申請人的名義描述了上述類型的另一已知車 輛。該車輛是具有至少三個車輪的自穩定車輛，其中相反鎖定動力發射器 被連接至可操縱的前輪。結果是，所述車輛在高速下具有更好的操控狀況。 然而，該發明未提供在低速下、在靜止時、或在倒車時保持平衡的任何解 決方案。
在WO 99/14099中以本申請人的名義描述了上述類型的另一已知車 輛。該車輛是具有至少三個車輪的自穩定車輛，其中由傳感器確定在前輪 與轉向管柱之間的旋轉角度，并根據該旋轉角度控制所述車輛的一或多個 傾斜構件。該車輛還裝備有一系統，該系統可在所述車輛處于低速或靜止 時，使所述車輛垂直于路面。然而，這一低速時的解決方案在一橫向傾斜 的路面上并未如要求的那樣起作用。所述車輛于是會失去平衡，并將取決 于速度變化、在高速時的平衡狀態與低速或倒車時的垂直狀態之間變化。
在EP0 941 198中描述了另一與上述類型類似的已知車輛。
該車輛是一具有三個車輪、 一傾斜車輛段、以及一非傾斜車輛段的自 穩定車輛，并使用測量車輛速度的傳感器、確定側向加速度的傳感器、以 及確定非傾斜車輛段相對于重心的傾角的傳感器。當低于某一速度(典型 的為3 km/h)時，上述后兩個傳感器產生微處理器控制系統必需的控制信 號，由此使該控制系統通過一液壓回路控制一或多個傾斜構件。當高于該 過渡速度時，所述液壓回路呈打開狀態，由此使更多傾斜構件之一未施加 力。其結果是，所述車輛在較高速度時呈現出類似于兩輪摩托車的行駛和 轉向行為。由此使該車輛難以駕駛，因為駕駛員難以獲悉從低速至高速的 過渡情況。此外，所述系統未提供應對高速時出現的大的不平衡情況的解 決方案。它對四輪車輛也是不合適的。
裝備有側向加速度傳感器的車輛的主要缺點是它們對方向方面變化 反應遲緩。此外，這類側向加速度傳感器對瞬時側向加速度反應敏銳，這 在高速時很典型。這些傳感器也對由所述車輛的傾斜運動造成的側向加速 度反應敏銳。其結果是，只具有側向加速度傳感器的傾斜系統呈現出不安 和振動行為，尤其在高速時。因此，經常采用各種極端復雜的測量和控制 系統，以削弱這一振動行為。這經常使反應更加遲緩，結果使所述車輛的 穩定性處于險境。
裝備有轉向傳感器的車輛未顯示出這些缺點，但在低速時、以及尤其 在靜止時操控情況不能完全令人滿意。在低速時(低于10 km/h)經常出 現作用在轉向輪上的力矩，由此經常造成傾斜，該傾斜對達到需要的平衡 狀況不起作用。其結果是，只裝備有轉向傳感器的傾斜系統呈現出過大的 不希望有的傾斜運動，而駕駛員不希望經歷這樣的傾斜運動。因此，在WO 99/14099中以本審請人的名義描述了一系統，其中在一給定速度以下時傾 斜行為消失，且所述車輛處于直立狀態。該系統的相對小的缺點是以下事實，即在平衡狀態與不平衡狀態之間于是會出現一過渡狀態。尤其在傾斜 路面上，不希望經歷這種情況。

發明內容
本發明的目的是提供一轉向系統，憑借該轉向系統，所述車輛或所述 車輛的一部分可在所有情況下保持平衡，從而可保證高度的穩定性、安全 性和舒適性。本發明的目的尤其是在低速和靜止時提供獲得最佳行駛狀況 的解決方案，且在高速時不會對良好的行駛造成負面影響。本發明的目的 也是要降低所述車輛對側向風的敏感性，尤其在高速時。本發明的目的也 是要不僅為三輪車輛、而且為四輪或具有更多車輪的車輛提供完備的解決 方案。
為達到這一目的，根據本發明測量所述車輛的速度(通過速度傳感器) 以及轉向輪運動的力/力矩或大小、以獲得一或多個可操縱車輪在方向方面 的變化(通過轉向傳感器)，且還測量所述車輛的傾斜車架段的側向加速度 (通過側向加速度傳感器)。這三個測量結果于是可用于確定所述可傾斜車 輛段的傾斜大小和方向。
通過這一組合，有可能在低速和高速時獲得正確的平衡性能。有可能 使用各種部件的解決方案、確定這兩個傳感器對控制斜缸發揮的作用。例 如，可設想使用機械、液壓、電力或電子操作方法，或它們的組合。在這 方面首選使用基于電力或電子傳感器的電力或電子測量方法和控制技術的 組合，其中可通過液壓/機械方式控制一或多個傾斜構件。集成微電子電路 在這方面尤其適合，在集成微電子電路上可使用適當軟件對測量和控制算 法進行編程。由此有可能快速優化測量和控制參數。此外，由此有可能以 預編程設定的形式配置所述車輛的傾斜行為，并在需要時調用。這使駕駛 員能夠根據駕駛狀況調用最佳傾斜特性。
也有可能使用各種方法、將來自轉向傳感器的信號與來自側向加速度 傳感器的信號相結合，以形成一或多個傾斜構件的控制系統。來自其它傳 感器的信號也可用于這些方法中，以確定或提高上述信號的使用程度。對 此尤其合適的傳感器考慮如下
一傾角傳感器，用于確定在所述傾斜車輛段與車輪下側之間的角度;
一倒車開關，用于確定所述車輛的行駛方向；
一兩個側向風壓傳感器，用于確定在所述車輛的兩個側面上的風壓和/或在所述車輛的兩個側面之間的風壓差；
—角度傳感器，用于測量轉向軸相對于傾斜車架段的旋轉程度；
—液壓傳感器，用于確定所述傾斜系統中的液壓；以及
—第二個側向加速度傳感器，用于測量非傾斜車架段的側向加速度。
一獲得傾斜行為的適當效能的可能方法是充分利用來自速度傳感器的 速度信號。該信號用于設定轉向傳感器和側向加速度傳感器的影響程度。 在這方面，以某種方式配置該方法，從而在低的前行速度、靜止和/或在倒 車速度時，主要使用側向加速度進行控制，而在高的前行速度時，主要使 用轉向傳感器控制傾斜行為。其結果是，在低速時，傾斜行為對于轉向輪 上的大的轉向輪運動或轉向力矩將相對不敏感。另一方面，通過使用該方 法，在高速行駛時將有可能進行快速反應，且所述車輛對瞬時側面沖擊將 相對不敏感。
有可能使用各種方法在低速與高速之間轉換。在這方面可設想一控制 系統，在該系統中所述轉向傳感器對傾斜行為的影響程度提高，以及/或所 述加速傳感器的影響程度隨速度的提高按比例降低。各個傳感器影響程度 的這一提高和/或降低不必是線性的，但可以是一流動函數。為實現這一目 的，本領域技術人員需熟知液壓、機械、電力和/或電子測量和控制技術。
在一典型的方法中，在預處理之后，將來自轉向傳感器的信號與來自 側向加速度傳感器的信號相結合，以產生所述測量和控制回路所需的測量 信號，該測量和控制回路可調節輸送至一或多個傾斜構件的輸出控制信號。 通過該控制，通常以某種方式控制一或多個傾斜構件，從而使該測量信號 變為零或實際為零。在所述預處理期間，來自這些傳感器的信號值被作為 速度的函數。可使用以下等式描述這一整個處理過程MS = SKS * f(V) + LVS * g(V)
在該等式中，MS對應用作測量和控制回路的輸入信號的測量信號， SKS對應轉向傳感器信號，而LVS對應側向加速度信號。f(V)和g(V) 是速度相關函數，可確定各自傳感器對完全測量信號的影響程度。在圖5 中對此給出示意細節。
本領域技術人員將注意到，在f(V)為1和g(V)為零的極端情況 下，上述等式將相當于在WO 95/34459中以本申請人的名義描述的控制 系統。在這種情形下，轉向傳感器被作為測量信號。
在另一實施例中，除上文提到的三個傳感器外，還使用一傾角傳感器。
該傾角傳感器以某種方式固定在各種車架部件上，從而使它產生信號，以 便有可能寄存和傳輸傾斜車架部件與路面之間的角度。該傾角傳感器可起 到很多作用。第一，它有可能在某些情況下將所述車輛直立(與路面成直 角)。這在倒車、停車期間或在緊急狀況下可用到。第二，傾角傳感器有可 能在控制系統中削弱振動或不安行為。尤其在使用壓力或與力相關的輸出 信號控制斜缸的場合，希望得到在傾斜車架段與路面之間角度的反饋。在 這方面，在可使用來自側向加速度傳感器、傾角傳感器和轉向力的信號的 場合，有可能使用各種方法。
在一希望使用的方法中，將來自轉向傳感器的信號、來自側.向加速度 傳感器的信號、以及來自傾角傳感器的信號預處理為測量和控制回路的單 一測量信號，之后相結合。在預處理期間，來自這些傳^器的信號值被作 為速度的函數。可使用以下等式描述這一整個處理過程:
MS = SKS * f(V) + LVS * g(V) + HS * h(V)
在該等式中，MS對應用作測量和控制回路的輸入信號的測量信號， SKS對應轉向傳感器信號，LVS對應側向加速度信號，HS對應角度信號。 f(V)、 g(V)和h(V)是速度相關函數，可確定各自傳感器對完全測量信號 的影響程度。這些函數具有一優選為連續的特性，以使在不同速度之間的 過渡是逐漸發生的。在圖6中對此給出示意細節。
對于本領域技術人員而言，可通過修改上述等式改善所述車輛的性 能，例如，使速度相關函數f、 g、 h取決于更多的參數，而不只是速度。 這方面一明顯的作法，例如是使速度相關函數f(V)和g(V)也成為來自 傾角傳感器的信號的函數。其結果是，傾角信號可用于降低或提高來自轉 向力傳感器和側向加速度傳感器的各自信號對傾斜控制系統的影響程度。 函數于是可寫為f(V, HS)和g(V, HS)。同樣明顯的是，使速度相關函數 h(V)也成為來自側向加速度傳感器的信號的函數。其結果是，來自側向加 速度傳感器的信號可用于降低或提高來自傾角傳感器的信號對傾斜控制系 統的影響程度。函數于是可寫為h(V,LVS)。
使用傾角傳感器的另一方法是，傾角傳感器連同壓力或與力相關輸出 信號、以及在那里耦合的斜缸，形成一"從屬"測量和控制回路。該測量 和控制回路能夠控制一絕對角度，且使用由"主"測量和控制回路產生的 一角度設定值作為設定點。該"主"測量和控制回路使用三個傳感器產生 指示傾角的輸出控制值。
在又一方法中，傾角傳感器與側向加速度傳感器結合。在這種情形下， 這些信號結合成"虛擬傾斜"參數，該參數可適合用作控制傾斜的目標/ 收斂值。這可寫成以下形式的等式
MS = SKS * f(V) + VH * i(V) VH = j(LVS，HS)
在該等式中，VH對應虛擬傾斜參數，該參數是來自側向加速度傳感 器的信號和來自傾角傳感器的信號的函數。i(V)是一速度相關函數，它與 虛擬傾斜參數對完全測量信號的影響程度有關。j(LVS,HS)是一將來自側 向加速度傳感器的信號與來自角度傳感器的信號結合起來的函數，由此得 到一虛擬角度。
在另一實施例中，所述兩個側向風壓傳感器用于抑制側風的影響。為 此，可通過與上述控制類似的方式、確定所述車輛各側風壓間的壓差。這 可通過以電力或電子的方式、從兩個單獨的傳感器中減去信號而獲得，以 便由此得到風壓差信號。該風壓差信號于是可用于寄存側風程度、并校正 控制、以及/或將壓力用于傾斜構件，從而使所述車輛保持直立。
通過將類似于其它信號的風壓差信號用作傾斜控制系統中的額外信 號，可將風壓差信號用于校正所述車輛傾斜進入風內的自然傾向。在這種 情形下，描述MS的等式將包括取決于風壓差信號的另一項。風壓差信號 也可修改前輪上動力轉向的控制(如果在所述車輛中安裝有動力轉向)，其 結果是所述車輛間接處于不同的平衡位置。
測量和控制系統可以是機械、液壓、電力或電子、或這些的組合。在 該意義上，上述函數f、 g、 h、 i和j可視為由各種傳感器和控制器引入 到系統內的、對靈敏性的抽象描述。在無需排除任何其它可能性的條件下， 對于一液壓系統，這些類型的函數可通過使用例如比例閥獲得，且對于一 機械系統，這類函數可通過使用例如桿、杠桿、齒輪獲得。
然而，優選使用一包含電力或電子驅動器的系統。尤其在使用基于微 電子學的、可編程的電子系統的場合，這些函數可被編程為計算算法。在 無需排除其它可能性的條件下，在這種情形下，這類函數可包括等式或查 閱表(格子)。
轉向傳感器可包括一聯結至液壓比例閥的扭力件，如專利NL 1000161中所述。轉向傳感器也可包括應變傳感器，這些應變傳感器以某 種方式固定在手把軸上，從而使它們可產生與施加在手把軸的力成比例的信號。其它測量轉向力的可能方法為本領域技術人員所熟知。
側向加速度傳感器可包括諸如擺之類的機械系統，且一可將擺的位置 轉化為電信號的傾角傳感器與該擺耦合。基于半導體技術的電子g傳感器 也是適當的。與壓力傳感器結合的定向越過所述車輛的液柱也可實現該功 能。其它測量側向加速度的可能方法為本領域技術人員所熟知。
在一些情形下，希望來自側向加速度傳感器的信號在被傳輸至控制系 統之前被衰減。由此可獲得更平穩的行駛行為。在低速時，由衰減所引起 的傳感器信號的慣性不是主要問題。衰減程度也可以是速度的函數。可采 用機械技術和/或電子技術進行衰減。
重要的是，使側向加速度傳感器靠近傾斜車架段的虛擬傾斜軸。其結 果是，傾斜車架段的回轉運動將對來自側向加速度傳感器的信號具有最小的影響。側向加速度傳感器優選位于距虛擬傾斜軸30 cm的半徑內，更優 選位于20 cm的半徑內，最優選位于10 cm的半徑內。
傾角傳感器包括傳感器部分和連接至所述車輛的聯軸器，該傳感器部 分例如可以是電位計、或例如本領域技術人員已知的特殊的電子傾角傳感 器。必須以某種方式選擇傾角傳感器的這一聯軸器，從而使它可直接或間 接確定在傾斜車架段與路面和/或車輪下側之間的測角。在所述車輛中顯示 出相對于路面運動、且根據測角的該運動與傾斜車架的運動成比例的所有 部件，都大體上適合作為傾角傳感器的第一安裝點。在所述車輪裝置中顯 示出相對于傾斜車架段運動、且根據測角的該運動與車輪下側的運動成比 例的所有部件，都大體上適合作為傾角傳感器的第二安裝點。
在無需排除其它可能性的條件下，傾角傳感器的明顯的第一連接點如下傾斜車架段本身，車輪裝置中梯形/平行四邊形雙橫臂的垂直部分。
在無需排除其它可能性的條件下，傾角傳感器的明顯的第二連接點如下扭力件，車輪裝置中梯形/平行四邊形雙橫臂的水平部分，或耦合有車 輪懸架的軛。
由于傾角傳感器可有效測量傾斜構件設定傾斜車架段與路面和/或車 輪下側之間的旋轉測角的程度，明顯地應將傾角傳感器的傾角傳感器安裝 點選擇在靠近傾斜構件的安裝點的位置處。
速度傳感器經常被耦合至車輪之一，或被耦合至車輪的傳動軸之一， 并產生一脈沖信號，且該脈沖信號的頻率與速度成比例。該脈沖信號可被 轉換成一有用的電力或電子控制信號。其它測量速度的可能方法為本領域技術人員所熟知。
作為對所述速度傳感器的補充，希望安裝一倒車開關。由于基于脈沖 信號的大多數速度傳感器只寄存絕對速度，因而希望使用一可寄存并傳輸 所述車輛的方向的開關傳感器。該倒車開關可被耦合至車輪之一或車輪的 傳動軸之一。它也可被耦合至杠桿，駕駛員通過該杠杠可操控所述車輛的 方向。這通常是齒輪杠桿、或一為該目的安裝的旋鈕。
在本發明的一可能實施例中使用一加速傳感器，該加速傳感器不僅寄 存在所述車輛的橫向上的加速度，而且也寄存在縱向上的加速度。由此有 可能使用第二個信號、獲得所述車輛速度的指示。因此，有可能檢測到主 要速度測量中的錯誤，并采取適當的行動，例如通過向駕駛員發出警告， 以及/或啟用一故障模式/特殊程序。通常可在同一外殼內、以單軸或雙軸 形式、.提供傳統的加速傳感器，從而容易實現這一額外功能。
如果在軟件中實現傾斜控制，有可能容易地使用信號分析功能性擴展 程序。該功能可監控來自各種傳感器的信號，并檢查它們的功能性和一致 性。通過使用所述傾角傳感器，有可能檢測到各種錯誤和故障，并隨后向 駕駛員和/或安全狀態發出警告，由此可啟用更少的傾斜功能性。這顯著提 高了系統的安全性。
可通過各種方式控制傾斜構件。在一優選實施例中，在測量和控制系 統中產生一輸出信號，且該輸出信號通過一壓力控制閥指示液壓系統內的 壓力。因此，所述輸出信號直接影響所述傾斜構件中的壓力，并通過這種 方式指示傾斜構件開始傾斜運動所使用的力。
在另一優選實施例中，在測量和控制回路中產生一輸出信號，且該輸 出信號指示液壓系統的狀態或角度。在這種情形下， 一方面，可使用第二 個"從屬"測量和控制回路，其中系統的傾角受到控制。在這方面，第一 個測量和控制系統的輸出信號被作為第二個測量和控制系統的設定點。傾 角傳感器的存在對該控制是必要的。另一方面，可使用一伺服系統，其中 輸出信號直接促使傾角的設定。
上述發明可用于各種形式的車輛構造中，例如在前面裝備有一轉向 輪、且在后面裝備有兩輪的三輪車輛，以及在前面裝備有兩個轉向輪、且 在后面裝備有一個車輪的三輪車輛。本發明也可用于具有兩個平行轉向前 輪和兩個平行后輪的四輪車輛中。在這種情形下，有可能設想帶有一圓轉 向輪的狹窄汽車，但也可能設想帶有摩托車手把的車輛，該車輛也被稱為
沙灘車(quad)或ATV (all-terrain vehicle,全地形車)車輛。尤其對于后 一種類，所描述的傾斜系統具有多種益處。鑒于沙灘車的重心高，這些非 傾斜型車輛極易失去穩定性，并在彎曲或傾斜路面上翻倒。這會導致危險 狀況，并限制傳統沙灘車的潛在應用。通過將本發明應用到該類型的車輛 上，可提高車輛在彎曲和險峻傾斜路面上的穩定性。通過這種方式，本發 明可提高所述車輛的安全性和舒適性，并由此也擴大潛在應用的范圍。
在大多數形式的構造中，駕駛員坐在一連接至傾斜車架段的位子上， 并通過也連接至傾斜車架段的轉向裝置駕駛所述車輛。結果是，駕駛員連 同傾斜車架段相對于路面一起傾斜。在正常情況下，駕駛員通常面臨在本 發明的傾斜車架段上實際無側向加速度力的情況，因此處于平衡。
在對不同形式的車輛構造的描述中，使用到術語"車輪裝置"。該術 語用于指下列部件的組合
—兩個彼此平行的車輪，位于所述車輛縱軸重心的各一側;
一或多個耦合至車輪的軸；
—耦合至所述車輛的兩輪的車輪懸架；
一耦合至車輪的減震器；以及
一作為減震器的最高基座的參考點。
所述參考點通常包括雙臂，該雙臂的安裝方式可使雙臂相對于傾斜車 架旋轉。該雙臂的最明顯的實施例是單軛，該單軛的安裝方式可使它相對 于傾斜車架旋轉，減震器直接或間接固定在軛的端部。上述雙臂的另一實 施例是一系統，其中兩個獨立安裝的臂固定在傾斜車架上，且通過一液壓 或機械聯軸器、連接雙臂的位置和運動。
這種類型的車輪裝置形成一裝置，該裝置可被視為基座，且傾斜構件 向該基座施加它們的力/力矩。該車輪裝置也可作為路面的參考點，因為該 車輪裝置中的各種構件呈現出相對于路面的測角比例位置和/或運動。在這 方面，這種類型的車輪裝置可被視為所述車輛的非傾斜部件，盡管實際上 所述車輛中具有呈現出傾斜行為的構件。
在這種類型的車輪裝置中，有可能有兩個車輪的傾斜與傾斜車架的傾 斜相一致、或不一致。可通過將車輪裝置的車輪懸架耦合至傾斜車架段， 獲得車輪裝置中車輪的伴隨傾斜。這是可能的，尤其當使用具有至傾斜車 架的雙固定的車輪懸架時。在這種情形下的明顯解決方案是，使用雙橫臂 式(也稱為梯形構造)車輪懸架或麥弗遜式(MacPherson)車輪懸架。本領域技術人員將知道具有相似作用的其它車輪懸架。通過采用這種方法， 有可能將車輪以某種方式耦合至傾斜車架段，從而使這些車輪呈現出或多 或少的傾斜行為，根據測角術、該傾斜行為呈現出與傾斜車架段的耦合運 動。可通過正確選擇例如雙橫臂內的距離，設定傾斜程度。也有可能使車 輪裝置內的車輪不一致傾斜。如果發動機和驅動裝置位于車輪裝置內，這 是所希望的。
對于前部裝備有一轉向輪的三輪車輛，轉向前輪與傾斜車架段一致傾 斜。如果轉向前輪具有某種小腳論，可將來自轉向力傳感器的信號直接用 于所述車輛的傾斜控制。在該車輛構造中，兩個后輪被作為對路面的參考 點，且在這方面屬于后輪裝置，如上文所述。在該車輛構造中，有可能將 發動機安裝在傾斜車架段中、或作為后輪裝置的部件。在正確選擇后輪裝 置構造的情況下，在該車輛構造中也有可能使后輪與傾斜車架段一致傾斜、 或不一致傾斜，如上文所述。
對于前部裝備有兩個轉向輪的三輪車輛，構成前輪裝置部件的兩個轉 向輪既可起到轉向前輪的作用，又可作為路面的參考點。通過該構造，可 設想用于產生有用控制力信號的一些構造，以用于控制傾斜。在NL1000161中已描述一構造，其中兩個前輪不與所述車輛一致傾斜。在這種情形下，對所述車輛的傾斜車架段沿一方向進行導向，該方向相對于一優 選為直的導向路徑、基本上與所述車輛的縱向垂直，可在一軸附近調節該 導向路徑的位置，且該軸基本上與所述車輛的縱軸平行。
在另一實施例中，選擇使兩個轉向輪與第一車架在很大程度上一致傾 斜，如上文所述。由此在轉向軸中獲得一更自然的小腳輪力行為。結果現 在可將轉向力信號用于傾斜控制。為改善這一信號，通常必須使用例如上文所述的函數f(V，HS)處理轉向力信號。
上文描述了使一車輪裝置中的兩個轉向輪在相當大的程度上與傾斜 車架段一致傾斜。
對于四輪車輛的情形，可將所有車輪安裝在一非傾斜車架段上。通過 這一布置，非傾斜車架段形成一實體裝置，且帶有獨立或非獨立彈簧懸架 構造的四輪與該實體裝置連接。
對于四輪車輛的情形，也有可能選擇將前輪和后輪作為單獨的車輪裝 置耦合至傾斜車架。通過這種布置，有可能以一種極端的形式、選擇將帶 有定向前輪(前輪裝置)的該裝置完全耦合至傾斜車架段，且不受帶有兩
個后輪的裝置(后輪裝置)的限制。此外，前輪裝置具有至傾斜車架段的 直接傾斜連接，且后輪裝置具有至傾斜車架段的不伺、但也是直接的傾斜 連接。在這種情形下，車輪裝置將呈現出獨立的傾斜行為。在這種情形下， 有可能選擇一構造，其中只有兩個車輪裝置中的一個耦合至一或多個傾斜 構件。也有可能選擇一構造，其中兩個車輪裝置均具有呈現出獨立行為的 傾斜構件。
在一種不是過分極端的形式下，兩個車輪裝置以某種方式耦合，從而 使前輪裝置和后輪裝置相對于傾斜車架段呈現出同時轉角行為。這可通過 確保以下行為而實現，即必需的力或力矩是由一或多個傾斜構件實際同時 施加在兩子段上的。該耦合可以是機械、液壓、電力或電子性質的。獲得 這一效果的一個可能的實施例是使用更多個傾斜構件，且由一或多個傾斜 構件單獨操作每個車輪裝置。兩傾斜構件于是均接收來自測量和控制系統
的信號，且這種接收可以是或可以不是完全同時的。通過這一控制，有可 能在將力獨立施加到前輪裝置時、調節該力和點，且不受后輪裝置的限制， 從而獲得就傾斜運動的時間和大小而言、輕微的非同時效果。
在一機械的優選實施例中，兩個車輪裝置由耦合構件以某種方式耦 合，從而由一或多個傾斜構件施加在車輪裝置之一上的力或力矩也得到在 另一車輪裝置上的傾斜力或傾斜力矩。這樣，不必為每個車輪裝置安裝單 獨的傾斜構件，就足以為車輪裝置之一提供動力協助。這使構造更簡單、 價廉。可通過許多方式使用在兩個車輪裝置之間的耦合構件。耦合構件優 選包括一扭力件，該扭力件從前往后將前輪裝置耦合至后輪裝置上，并由 此確保兩個子段按一比例程度將它們的角度改變至傾斜車架段。在此處所 描述的功能中，實際上可將扭力件作為路面的參考點。因此可將傾斜構件 直接連接至扭力件。通過正確選擇構造，可將扭力件或高或低地整合在所 述車輛中。
扭力件可包括任何機械構造。在這方面首選使用桿和梁。通過使用具 有相當扭轉彈性的扭力件，有可能吸收任何扭力，該扭力可起因于不平坦 的路況。由于這類彈力，也有可能根據需要、通過適當定位單個傾斜構件、 設定在前輪裝置與后輪裝置之間的傾斜力的分配。如果使用桿或梁，應優 選將該桿/梁直接連接至車輪裝置的軛。如果耦合構件處于所述車輛中的高 位，該連接可具有一直接特性。如果耦合構件處于低位， 一中間桿可提供 至處于更高位置的軛的連結。 '
在不排除其它可能性的條件下，下列耦合構件對于該功能也是適合 的具有活塞的鏈、鋼絲或液壓線路。
由于從耦合構件至兩個子段的相同傳輸，這通常將使兩個車輪裝置相 對于傾斜車架段產生相同的轉角。不過在一優選實施例中，以某種方式確 定從耦合構件至不同車架段的傳輸，從而使前輪裝置與后輪裝置相比、相 對于傾斜車架段呈現出不同的傾角。這種不同傳輸的結果是，在發生傾斜 的彎曲中，四輪之一受到較低的壓力。這對于無差速器的所述車輛而言， 尤其有利。通過降低后輪之一上的壓力，該車輪能夠更容易滑動。結果是， 該滑動車輪能夠補償在兩個后輪之間的速度差。這對于側滑性能具有顯著 的益處。
在上述所有四輪車輛的構造中， 一或多個傾斜構件可構成在前輪裝置 與傾斜車架段之間、以及在后輪裝置與傾斜車架段之間的連結。傾角傳感 器也可構成在前輪裝置與傾斜車架段之間、以及在后輪裝置與傾斜車架段 之間的連結。
在上述四輪車輛的構造中，發動機可位于傾斜車架段內、或位于前輪 裝置或后輪裝置中。發動機'優選位于傾斜車架段內。在專利NL
2004/1026658中描述了將發動機在傾斜車架段內的驅動力矩傳輸至車輪 的可能性。可在前驅動輪以及后輪上實現從發動機至車輪的驅動。所有四 輪的驅動也是可能的。
在上述四輪車輛的構造中，也有可能選擇使兩個轉向輪在相當大的程 度上與傾斜車架段一致傾斜。這對于后輪也是可能的。上文描述了使車輪 裝置中的車輪與傾斜車架段一致傾斜的可能構造。
在這方面不希望特有的是，例如在本發明中描述的傾斜構件可包括機 械、液壓、機電和電動液壓系統。根據需要，對傾斜構件的控制可基于位 置、或基于力和/或壓力。 一位置控制傾斜構件的非特有例子是機電伺服發 動機，該機電伺服發動機可設定在傾斜車架段與路面、車輪或車輪裝置之 間的傾斜。 一壓力控制系統的非特有例子是液壓缸，該液壓缸可與機械或 機電控制的液壓控制閥結合。在后一情況下，希望在液壓系統中進行壓力
在上述所有三輪或更多輪車輛的構造中，有可能將這些與發明WO 99/24308、 WO 99/14099和WO 0187689相結合，這些發明均是以本申請 人的名義提出的。
下文將結合附圖、并根據非限定性實施例，對本發明作更詳細的描述。


圖la、 lb和lc以透視側視簡圖的形式，示出具有一轉向前輪和兩個 后輪的三輪車輛，且這些車輪根據本發明裝備有傳感器構件。在圖lb和 lc中，該車輛呈傾斜狀態。
圖2a、2b和2c以透視側視簡圖的形式示出具有兩個轉向前輪和一個 后輪的三輪車輛，且這些車輪根據本發明裝備有傳感器構件。在圖2b和 2c中，該車輛呈傾斜狀態。
圖3a、3b和3c以透視側視簡圖的形式示出具有兩個轉向前輪和兩個 后輪的四輪車輛，且這些車輪根據本發明裝備有傳感器構件。在圖3b和 3c中，該車輛呈傾斜狀態。
圖4a、4b和4c以透視側視簡圖的形式示出具有兩個轉向前輪和兩個 后輪的另一種形式的四輪車輛，且這些車輪根據本發明裝備有傳感器構件。 在圖4b和4c中，該車輛呈傾斜狀態。
圖5以框圖的形式示出一簡單的測量和控制方案，其中描述了各種傳 感器信號如何對控制作出貢獻。
圖6以框圖的形式示出一更復雜的測量和控制方案，其中描述了所 結合的各種傳感器信號如何對控制作出貢獻。
具體實施例方式
圖1示出一具有一轉向前輪和兩個后輪的三輪車輛，且兩個后輪具 有一傾斜車架段1。傾斜車架段1具有手把2和位子3。傾斜車架段1 固定在后輪裝置上，該后輪裝置包.括后輪14、雙橫臂15、減震器17和 軛12，從而使傾斜車架段1可旋轉。轉向傳感器4以某種方式耦合至前 輪13的轉向軸，從而使它可寄存轉向力。以某種方式連接傾角傳感器5， 從而使它可寄存傾斜車架段1與軛12之間的角度。在這一例子中，倒車 傳感器6和速度傳感器7處于前輪中。側向加速度傳感器8處于傾斜車 架段的底部。來自所有傳感器的信號通過電線傳導至測量和控制裝置9， 在該裝置中對液壓斜缸10進行信號處理和控制。在這一例子中，對液壓 油的壓力控制被整合在測量和控制裝置9中，且該液壓油可使液壓斜缸 10被啟用。液壓斜缸10以某種方式連接軛12和傾斜車架段1，從而使液壓斜缸的啟用導致軛相對于傾斜車架段1的旋轉。該旋轉造成傾斜車架 段1相對于軸距的傾斜。在這一例子中，例如手把向右旋轉將會使轉向傳 感器4產生一信號。在高的正向速度時，該信號將對綜合測量信號作出貢 獻，從而使綜合測量信號偏離導向值。由于在測量和控制裝置9中進行的 傾斜控制，這將導致液壓斜缸10擴展，由此使傾斜車架段1向右傾斜。
其結果是，轉向傳感器4中的力將減小，且對液壓斜缸10的驅動也將減
小，直到達到平衡。取決于使用的測量和控制方法，如果側向加速度傳感
器8和/或傾角傳感器5產生變化信號，也將發生相似的過程。
圖2示出一具有兩個轉向前輪和一個后輪的三輪車輛，且該后輪具 有一傾斜車架段1。傾斜車架段1具有手把2和位子3。傾斜車架段1 固定在前輪裝置上，該前輪裝置包括前輪13、麥弗遜式車輪懸架16和軛 12，且在麥弗遜式車輪懸架16中整合有減震器，從而使傾斜車架段1可 旋轉。
轉向傳感器4以某種方式耦合至前輪的轉向軸，從而使它可寄存轉 向力。以某種方式連接傾龜傳感器5，從而使它可寄存傾斜車架段1與軛 12之間的角度。在這一例子中，倒車傳感器6和速度傳感器7處于右手 側的前輪中。側向加速度傳感器8處于傾斜車架段1的底部。來自所有 傳感器的信號通過電線傳導至測量和控制裝置9，在該裝置中對液壓斜缸 10進行信號處理和控制。在這一例子中，對液壓油的壓力控制被整合在測 量和控制裝置9中，且該液壓油可使液壓斜缸10被啟用。液壓斜缸10 以某種方式連接軛12和傾斜車架段1，從而使液壓斜缸的啟用導致軛相 對于傾斜車架段1的旋轉。該旋轉造成傾斜車架段1相對于軸距的傾斜。 手把向右轉動將造成與圖1中描述的反應類似的反應。
圖3示出一具有兩個轉向前輪和兩個后輪的四輪車輛，且該后輪具 有一傾斜車架段1。傾斜車架段1具有手把2和位子3。傾斜車架段1 固定在前輪裝置上，該前輪裝置包括前輪13、麥弗遜式車輪懸架16和前 軛12，且在麥弗遜式車輪懸架16中整合有減震器，從而使傾斜車架段1 可旋轉。傾斜車架段1也固定在后輪裝置上，該后輪裝置包括后輪14、 雙橫臂15、減震器17和后軛12'，從而使傾斜車架段1可旋轉。使用 一耦合構件18以某種方式將前輪裝置和后輪裝置耦合，從而使這兩個裝 置的傾斜運動彼此跟隨。將連接構件18通過連桿19連接至前軛12，并 通過連桿19'連接至后軛12'。在這一例子中，耦合構件18包括一三角形梁。
轉向傳感器4以某種方式耦合至前輪的轉向軸，從而使它可寄存轉 向力。以某種方式連接傾角傳感器5，從而使它可寄存位于傾斜車架段1
與前軛12之間的角度。在這一例子中，倒車傳感器6和速度傳感器7處 于右手側的前輪中。側向加速度傳感器8處于傾斜車架段1的底部。來 自所有傳感器的信號通過電線傳導至測量和控制裝置9，在該裝置中對液 壓斜缸10進行信號處理和控制。在這一例子中，對液壓油的壓力控制被 整合在測量和控制裝置9中，且該液壓油可導致液壓斜缸10被啟用。液 壓斜缸10以某種方式連接軛12和傾斜車架段1，從而使液壓斜缸的啟 用導致軛相對于傾斜車架段1的旋轉。該旋轉造成傾斜車架段1相對于 軸距的傾斜。手把向右轉動將造成與圖1中描述的反應類似的反應。由于 實際上兩個軛12和12'是通過耦合構件18彼此耦合的， 一例如由液壓 傾缸10施加在前軛12上的傾斜力矩將被傳輸至軛12'。其結果是，這 兩個車輪裝置耦合，并實際呈現出相對于傾斜車架段1相同的傾斜行為。 圖4還示出一具有兩個轉向前輪和兩個后輪的四輪車輛，且該后輪 具有一傾斜車架段1。傾斜車架段1具有一轉向輪2和一位子3，且在 該情形下轉向輪2為一圓轉向輪。傾斜車架段1固定在前輪裝置上，該 前輪裝置包括前輪13、麥弗遜式車輪懸架16和前軛12，且在麥弗遜式 車輪懸架16中整合有減震器，從而使傾斜車架段1可旋轉。傾斜車架段 1也固定在后輪裝置上，該后輪裝置包括后輪14、雙橫臂15、減震器17 和后軛12'，從而使傾斜車架段1可旋轉。使用一耦合構件18以某種方 式將前輪裝置和后輪裝置耦合，從而使這兩個裝置的傾斜運動彼此跟隨。 與圖3相反的是，耦合構件18處于一高位，并直接連接至前軛12和后 軛12'。其結果是，無需使用連桿。此外，耦合構件18是一圓桿，而非 一三角形梁。
轉向傳感器4以某種方式耦合至前輪的轉向軸，從而使它可寄存轉 向力。以某種方式連接傾角傳感器5，從而使它可寄存位于傾斜車架段1 與前軛12之間的角度。在這一例子中，倒車傳感器6和速度傳感器7處 于右手側的前輪中。側向加速度傳感器8處于傾斜車架段1的底部。來 自所有傳感器的信號通過電線傳導至測量和控制裝置9，在該裝置中對液 壓斜缸10進行信號處理和控制。在這一例子中，對液壓油的壓力控制被 整合在測量和控制裝置9中，且該液壓油可導致液壓斜缸10被啟用。液壓斜缸10以某種方式連接軛12和傾斜車架段1，從而使液壓斜缸的啟 用導致軛相對于傾斜車架段1的旋轉。該旋轉造成傾斜車架段1相對于 軸距的傾斜。轉向輪向右轉動將造成與圖1中描述的反應類似的反應。由于實際上兩個軛12和12'是通過耦合構件18彼此耦合的， 一例如由液 壓傾缸10施加在前軛12上的傾斜力矩將被傳輸至軛12'。其結果是， 這兩個車輪裝置耦合，并實際呈現出相對于傾斜車架段1相同的傾斜行 為。
在圖1A中，20表示一動力構件，例如向前輪提供轉向力或力矩的缸 或電動機。
權利要求
1.一種車輛，包括-具有至少三個車輪，其中至少兩個車輪位于所述車輛的縱軸重心的各一側，且其中至少有一個車輪對所述車輛的方向具有轉向作用；-包括傾斜車架段的車架，其中所述車架段可相對于路面、繞所述縱軸旋轉；-轉向裝置，該轉向裝置的安裝方式可使它相對于所述傾斜車架段旋轉；-或多個傾斜構件，該傾斜構件與所述傾斜車架段和所述車輪連接，以便在所述傾斜車架段與路面之間施加傾斜力矩和/或傾斜運動；-速度傳感器，使用該速度傳感器可確定所述車輛相對于路面的速度；以及-轉向傳感器，使用該轉向傳感器可確定所述轉向輪運動的力/力矩或獲得在一或多個可操縱車輪的方向方面的大小變化；其特征在于，所述車輛還具有一側向加速度傳感器，使用該側向加速度傳感器可確定所述車輛的傾斜車架段的側向加速度。
2. 根據權利要求1所述的車輛，其特征在于，所述車輛還具有一傾角 傳感器，該傾角傳感器安裝在某一位置，從而使它可確定在傾斜車架 段與路面和/或一定向裝置之間的旋轉角度，且該定向裝置可提供預定 的水平定向。
3. 根據前述權利要求之一所述的車輛，其特征在于，以某種方式將所述 側向加速度傳感器耦合至所述傾斜車架段，從而使它跟隨所述傾斜車 架段的旋轉位置。
4. 根據前述權利要求之一所述的車輛，其特征在于，所述側向加速度傳 感器沿所述傾斜車架段的縱向、安裝在所述旋轉軸附近的一半徑為 30 cm的區域內，更優選位于20 cm的半徑內，最優選位于10 cm的半徑內。
5.根據前述權利要求之一所述的車輛，其特征在于，所述車輛還具有至 少兩個沿橫向安裝在所述車輛上的風壓傳感器。
6.根據前述權利要求之一所述的車輛，其特征在于，所述速度傳感器和 /或所述轉向傳感器和/或所述側向加速度傳感器和/或所述傾角傳感器 和/或所述風壓傳感器包括電力或電子傳感器。
7.根據前述權利要求之一所述的車輛，其特征在于，所述轉向傳感器包 括應變計。
8.根據前述權利要求之一所述的車輛， 感器包括電子g傳感器。
9.根據前述權利要求之一所述的車輛， 確定所述車輛行駛方向的倒車開關。其特征在于，所述側向加速度傳 其特征在于，所述車輛具有一可
10.根據前述權利要求之一所述的車輛，其特征在于，所述傾斜構件包括 液壓部件。
11.根據權利要求10所述的車輛，其特征在于，所述車輛具有一壓力傳 感器，使用該壓力傳感器可測量用于驅動所述傾斜構件的液體的液 壓。
12.根據前述權利要求之一所述的車輛，其特征在于，所述車輛配備有用 于控制所述傾斜構件的微電子電路。
13.根據前述權利要求之一所述的包括至少四個車輪的車輛，其中所述兩 個前輪形成一前輪裝置，且所述兩個后輪形成一后輪裝置，其特征在 于，使用一耦合構件以某種方式將該前輪裝置與該后輪裝置連接起 來，從而可將所述傾斜力矩從一車輪裝置傳輸至另一車輪裝置。
14. 根據權利要求13所述的車輛，其特征在于，所述耦合構件包括扭桿、鏈、鋼絲或液壓回路。
15. 根據權利要求14所述的車輛，其特征在于，在所述耦合構件之間以某種方式進行傳輸，從而使所述兩個車輪裝置與直立狀態相比、呈現出按比例但不同的傾偏。
16. 根據前述權利要求之一所述的車輛傾斜控制方法，其特征在于，將來自所述轉向傳感器、所述傾角傳感器和/或所述定向裝置的信號、來自所述側向加速度傳感器的信號、以及來自所述速度傳感器的信號用作控制信號，用以控制所述傾斜構件、以及/或控制所述具有轉向作用的車輪上的轉向力或力矩。
17. 根據權利要求12所述的傾斜車輛的傾斜控制方法，其特征在于，將來自所述速度傳感器的信號分別用于設定來自所述側向加速度傳感器的信號、以及來自所述轉向傳感器的信號的各自貢獻大小，以控制 所述車輛的傾斜。
18. 根據權利要求13所述的傾斜車輛的傾斜控制方法，其特征在于，當速度低于5 km/h時，所述側向加速度傳感器對所述車輛的傾斜控制作出50%以上的相對貢獻。
19. 根據權利要求14所述.的傾斜車輛的傾斜控制方法，其特征在于，將來自所述速度傳感器的信號分別用于設定來自所述側向加速度傳感器的信號、來自所述轉向傳感器的信號、以及來自所述傾角傳感器的 信號的各自貢獻，以控制所述車輛的傾斜。
20. 根據前述權利要求之一所述的傾斜車輛的傾斜控制方法，其特征在 于，來自所述傾角傳感器的信號也可用作控制所述傾斜構件的控制信號。
21. 根據前述權利要求之一所述的傾斜車輛的傾斜控制方法，其特征在 于，來自所述風壓傳感器的信號也可用作控制所述傾斜構件的控制信號
22. 根據前述權利要求之一所述的車輛，其特征在于，所述側向加速度傳 感器也可寄存所述縱向加速度，且該信號可用于檢測所述速度傳感器 的故障。
23. 根據前述權利要求之一所述的車輛，其特征在于，將對傾角、側向加 速度和轉向力的測量與其它車輛信息結合，可用于信號分析和故障檢 須U，且在出現這類故障的情況下、發出警告和/或啟用故障模式。
全文摘要
一種車輛，包括具有至少三個輪子，其中至少兩個輪子位于所述車輛的縱軸重心的各一側，且其中至少有一個輪子對所述車輛的方向具有轉向作用；包括傾斜車架段的車架，其中所述車架段可相對于路面、繞所述縱軸旋轉；轉向裝置，該轉向裝置的安裝方式可使它相對于所述傾斜車架段旋轉；一或多個連接至所述傾斜車架段和所述輪子的傾斜構件，以便在所述傾斜車架段與路面之間施加傾斜力矩和/或傾斜運動；速度傳感器，使用該速度傳感器可確定所述車輛相對于路面的速度；以及轉向傳感器，使用該轉向傳感器可確定所述轉向輪運動的力/力矩或獲得一或多個可操縱輪子的方向方面的大小變化。此外，所述車輛還具有一側向加速度傳感器，使用該側向加速度傳感器可確定所述車輛的傾斜車架段的側向加速度。所述車輛的傾斜控制方法的特征在于，可將來自所述轉向傳感器的信號、來自所述側向加速度傳感器的信號、以及來自所述速度傳感器的信號用作控制所述傾斜構件的控制信號。
文檔編號B62K5/027GK101203414SQ200680020531
公開日2008年6月18日 申請日期2006年5月31日 優先權日2005年5月31日
發明者克里斯多佛·拉爾夫·萬德布瑞克 申請人:荷蘭布瑞克斯西瑪斯公司