CN101148176A - 可变车轮定位车辆 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种可变车轮定位车辆，包括车轮位置改变机构和车轮位置控制装置，用以相对于车体重心改变车轮位置。所述车轮位置改变机构布置成相对于车体沿着移动路径移动所述悬挂装置并且将所述悬挂装置保持在沿着所述移动路径的任何位置处。所述车轮位置控制根据所述车辆的行驶状况改变沿与所述车体重心的加速度方向平行的方向测量的、其中一个所述车轮的中心旋转轴线与所述车体重心之间的车轮定位距离。

Description

可变车轮定位车辆

本申请要求2006年9月22日提交的日本专利申请No.2006-256633的优先权。日本专利申请No.2006-256633的完整内容引用结合于此。

技术领域

本发明涉及具有可变车轮定位的车辆，即，可改变车轮的位置的车辆。

背景技术

已经提出各种车辆或移动式机器人，它们使用具有常规轮胎的多关节腿部行驶，从而改善车辆的行为稳定性。在这种类型的车辆中，设置可变轴距从而同时实现方便性和行为稳定性。这种类型的车辆的一项实例公开在“TrackingControl of Mobile Robots with Redudant Multiarticular Legs”，MasahiroToyoda，The Japan Society of Mechanical Engineers，Journal of 9^th Symposium onMotion and Vibration Control，No.05-15，Niigata，2005年8月23-25日(也可参见链接：http://www.cl.mes.musashi-tech.ac.jp/abstracts/kawamura.htm)。在该第一次出版物中记载的技术是非常复杂的。这种类型车辆的另一实例公开在日本未审公开专利出版物No.2005-231452中。在该第二次出版物中记载的技术只可改变轴距。

鉴于上述情况，本领域技术人员从该公开内容可知，需要一种具有可变车轮定位机构的改善的车辆。本发明处理本领域的这一需求以及其他需求，本领域技术人员可从本公开内容中得以了解。

发明内容

已经发现，在上述第一次提及的出版物中的技术难于应用至实际的车辆，因为多关节腿部趋向于使结构变得大且复杂。同时，在第二次提及的出版物中，该第二技术与第一次提及的出版物的技术相比能够改善车辆的方便性，因为其可只改变轴距。但是，上述第二次提及的出版物的技术仍然存在改善车辆行为稳定性的空间。

本发明基于这些问题而得到。本发明的一个目的是提供一种结构简单的可变车轮定位车辆，其可同时改善车辆的方便性和行为稳定性，并且实现车辆行为的更高自由度。

为了实现上述目的，根据本发明的可变车轮定位车辆基本上包括车体、多个车轮、悬挂装置、转向机构、驱动装置、车轮位置改变机构和车轮位置控制装置。车体具有重心。所述多个车轮相对于所述车体可旋转地安装。所述悬挂装置操作布置在所述车轮与所述车体之间。所述转向机构操作连接于所述悬挂装置以改变所述车轮中的至少一个车轮相对于所述车体的方向。所述驱动装置操作连接以驱动其中至少一个所述车轮。所述车轮位置改变机构操作连接于所述悬挂装置，以相对于所述车体沿着移动路径移动所述悬挂装置并且将所述悬挂装置保持在沿着所述移动路径的任何位置处。所述车轮位置控制装置操作连接于所述车轮位置改变机构，以根据所述车辆的行驶状况向所述车轮位置改变机构发出改变沿与所述车体重心的加速度方向平行的方向测量的、所述车轮之一的中心旋转轴线与所述车体重心之间的车轮定位距离的移动指令。

本领域技术人员通过下述详细说明将清楚地了解本发明的这些和其他目的、特征、方面和优势，下述详细说明结合附图公开了本发明的优选实施例。

附图说明

现在参照形成该原始公开的一部分的附图：

图1(a)是根据第一实施例的具有可变车轮几何结构的可变车轮定位车辆的外观的简化侧视图；

图1(b)是根据第一实施例的图1(a)所示的可变车轮定位车辆的外观的俯视平面图；

图2是根据第一实施例的具有可变车轮几何结构的可变车轮定位车辆的示意性俯视平面图；

图3(a)是用于根据第一实施例的可变车轮定位车辆的车轮安装结构的简化侧视图(选定部分以剖面示出)；

图3(b)是用于根据第一实施例的可变车轮定位车辆的车轮安装结构的所示选定部分的示意性俯视图；

图4(a)至4(c)示出用于根据第一实施例的可变车轮定位车辆的轮距和轴距的不同方案；

图5是在转弯时的拐弯能力相对于车轮载荷的曲线图；

图6示出当四个车轮的车轮载荷平均分配时采用根据第一实施例的可变车轮几何结构的车辆的轮距和轴距位置；

图7是示出当假定重心高度是0.5米时用于根据第一实施例的可变车轮定位车辆的距离l₁和l₂的移动范围的图解；

图8示出当四个车轮的车轮载荷自由分配时根据第二实施例的可变车轮定位车辆的轮距和轴距位置；

图9示出当车轮位置受控制以实现所需车辆姿势角时根据第三实施例的可变车轮定位车辆的轮距和轴距位置；

图10是表示当基准轮或各基准轮保持固定并且其他车轮移动以获得相应于四个车轮的任何所需车轮载荷分配时在根据第四实施例的可变车轮定位车辆中的距离l₁和l₂的移动范围的图解；

图11示出加速期间在第四实施例中使用的车轮布置；

图12示出减速期间在第四实施例中使用的车轮布置；

图13示出转弯期间在第四实施例中使用的车轮布置；

图14示出当车辆同时减速和转弯时在第四实施例中使用的车轮布置；

图15是示出当除了基准轮以外的车轮根据第四实施例移动时产生的致动器载荷的曲线图；

图16示出根据第五实施例的车轮移动路径；

图17示出当车轮沿着根据第五实施例的车轮移动路径移动时车辆重心如何改变的实例；

图18示出当车轮沿着根据第五实施例的车轮移动路径移动时车辆重心如何改变的另一实例；

图19示出根据第五实施例的车轮移动路径的实例；

图20示出根据第五实施例的车轮移动路径的另一实例；

图21(a)是用于根据第六实施例的可变车轮定位车辆的车轮安装结构的简化侧视图(选定的部分以剖面示出)；

图21(b)是用于根据第六实施例的可变车轮定位车辆的车轮安装结构的所示选定部分的简化俯视图；

图22(a)是用于根据第七实施例的可变车轮定位车辆的车轮安装结构的简化侧视图(选定的部分以剖面示出)；

图22(b)是用于根据第七实施例的可变车轮定位车辆的车轮安装结构的所示选定部分的简化俯视图；

图23(a)是用于根据第八实施例的可变车轮定位车辆的车轮安装结构的简化侧视图(选定的部分以剖面示出)；

图23(b)是用于根据第八实施例的可变车轮定位车辆的车轮安装结构的所示选定部分的简化俯视图；

图24(a)是用于根据第九实施例的可变车轮定位车辆的车轮安装结构的简化侧视图(选定的部分以剖面示出)；

图24(b)是用于根据第九实施例的可变车轮定位车辆的车轮安装结构的所示选定部分的简化俯视图；

图25(a)是用于根据第十实施例的可变车轮定位车辆的车轮安装结构的简化侧视图(选定的部分以剖面示出)；

图25(b)是用于根据第十实施例的可变车轮定位车辆的车轮安装结构的所示选定部分的简化俯视图；

图26(a)是用于根据第十一实施例的可变车轮定位车辆的车轮安装结构的简化侧视图(选定的部分以剖面示出)；

图26(b)是用于根据第十一实施例的可变车轮定位车辆的车轮安装结构的所示选定部分的简化俯视图；

图26(c)是采用根据第十一实施例的可变车轮几何结构的可变车轮定位车辆的示意性俯视图；

图27(a)是用于根据第十二实施例的可变车轮定位车辆的车轮安装结构的简化侧视图(选定的部分以剖面示出)；

图27(b)是具有根据第十二实施例的可变车轮几何结构的可变车轮定位车辆的示意性俯视平面图；

图28示出当驱动轮出现故障时在第一实施例中使用的车轮布置；

图29是示出采用根据第一实施例的变形方案的可变车轮几何结构的可变车轮定位车辆的示意性俯视图；

图30是示出采用根据第一实施例的变形方案的可变车轮几何结构的可变车轮定位车辆的示意性俯视图；

图31是示出采用根据第一实施例的变形方案的可变车轮几何结构的可变车轮定位车辆的示意性俯视图；

图32是示出第一实施例的操作的实例的可变车轮定位车辆的一系列示意图；

图33(a)-(f)是根据一些备选实施例的各种可变车轮定位车辆的一系列示意图。

具体实施方式

下面将参照附图说明本发明的选定实施例。本领域技术人员从该公开内容可知，本发明的实施例的下述说明只是示意性的，并不是为了限定本发明的范围。

首先参照图1(a)和1(b)，图中示出根据本发明第一实施例的可变车轮定位车辆。图1(a)和1(b)示出根据第一实施例的可变车轮定位车辆的外观。该车辆基本上包括车体100、设置在车体100下部上的一对非驱动轮单元400和设置在车体100下部上的一对驱动轮单元300。在下文中，将车轮相对于车体进行的可变定位称为“可变车轮几何结构”。

图2是具有根据第一实施例的可变车轮几何结构的车辆的俯视平面图。具有根据第一实施例的可变车轮几何结构的车辆还包括转向角传感器110、油门位置传感器111、制动传感器112、加速度和横向摆动率传感器(加速度矢量检测装置)120、一对驱动轮单元300、多个车轮单元位置传感器310(每个车轮装有一个)、多个转向角传感器320(每个车轮装有一个，用以检测车轮的转向角)、一对驱动致动器330、多个转向致动器(车轮转弯装置)340(每个车轮装有一个)、多个轮距和轴距改变致动器(车轮位置改变装置)350(每个车轮装有一个)、一对车轮390、一对非驱动轮单元400、控制器(几何结构控制装置)500。在具有根据第一实施例的可变车轮几何结构的车辆中，非驱动轮单元400布置为左和右前轮，驱动轮单元300布置为左和右后轮。

转向角传感器110检测司机转动方向盘的量(转向角)。油门位置传感器111检测司机操作油门的量。制动传感器112检测司机操作制动器的量。加速度和横向摆动率传感器120检测车辆的加速度和横向摆动率。每个车轮单元位置传感器310沿着车轮单元移动路径200检测对应驱动轮单元300或非驱动轮单元400的位置。每个转向角传感器320检测对应车轮390的转向角(即，车轮390相对于车辆向前方向的转向角)。

一个对应的驱动致动器330设置在每个驱动轮单元300上并且用于驱动对应的车轮390。例如，可使用轮毂马达作为驱动致动器330。

转向致动器340设置在驱动轮单元300和非驱动轮单元400上并且用于改变对应车轮390的转向角。例如，可使用电动机作为转向致动器340。

每个轮距和轴距改变致动器350用于沿着车轮单元移动路径200移动对应的驱动轮单元300或非驱动轮单元400。轮距和轴距改变致动器350由控制器500控制。车轮单元移动路径200设置成以车辆重心为圆心的水平圆形，使得车轮390沿着以重心为圆心的单个环形移动路径移动。下文将说明用于实现车轮单元移动路径200的结构。

控制器500根据油门踏板位置和车速驱动所述驱动致动器350，由此控制车速。控制器500也根据转向角传感器110与加速度和横向摆动率传感器120的信号驱动转向致动器340，由此控制车辆行驶的方向。

根据车速和转向角传感器110、油门位置传感器111、制动传感器112、加速度和横向摆动率传感器120以及车轮单元位置传感器310的信号，控制器500也驱动轮距和轴距改变致动器350从而改变车轮位置并且获得相应于每个车轮的目标轮距、目标轴距和目标车轮载荷。这些目标值根据车辆的行驶条件或行驶状态得以确定。

参照图3(a)和3(b)，每个车轮390通过悬挂框架600连接至车体100。悬挂框架600采用轴承610安装至车体100的底面(或者另一悬挂框架的底面)。线性马达和滑块装置615设置成沿着车体100侧面的中部的环形形状。因此，悬挂框架600被支承为可相对于车体100旋转。第一实施例的线性马达和滑块装置615对应于图2所示的轮距和轴距改变致动器350并且用于使用线性马达的水平导向驱动动力相对于车体100移动车轮390。

每个车轮390的转向轴采用杆620和布置在杆620中部的轴承630支承在悬挂框架600上。杆620的上端部采用球形接头640支承在悬挂臂650上。悬挂臂650布置成使其可相对于悬挂框架600沿垂直方向枢转。转向装置660连接至每个杆620。车轮390通过驱动固定至悬挂框架600的转向致动器340而进行转向。

图4(a)、4(b)和4(c)示出当车轮390移动以获得不同轴距时得到的车轮几何结构。如图4所示，图2和3所示的轮距和轴距改变致动器(车轮定位改变装置)350用于移动车轮390。因此，轮距和轴距改变致动器350改变具有可变车轮几何结构的车辆的轴距，其可减小至最小值l_α×2或者增加至l_c×2。

因此，当采用根据第一实施例的可变车轮几何结构的车辆例如以比较低的速度行驶在城市的街道上或者以非常低的速度停入车库中时，可通过减小轴距获得更小的转弯半径。同时，当车辆以高速或中速行驶或者行驶在蜿蜒的道路上，那么可通过增加轴距获得行驶稳定性。这些车轮定位移动操作可自动地根据车速或其他参数或者通过使用由司机执行的操作进行选择。

现在将说明在第一实施例中根据车轮载荷执行的车轮位置移动控制。该控制主要在车辆除了如上所述行驶在城市街道上和在车库中停车之外正常行驶时使用。更具体地说，该控制在车辆需要行驶稳定性时使用并且通过根据车轮载荷移动车轮而不是简单地改变轮距和轴距来改善行驶稳定性。

现在将参照图5说明移动车轮载荷对车辆的行驶行为的影响。图5的曲线示出转弯期间拐弯能力Cp相对于车轮载荷的曲线图。实线曲线示出当车轮载荷在转弯期间移动时获得的不同预定规格车辆的车轮的拐弯能力Cp。由于拐弯能力很大程度上取决于轮胎断面高度与宽度的比值，所以图5示出轮胎断面高度与宽度的比值为60(60系列)、轮胎断面高度与宽度的比值为70(70系列)和轮胎断面高度与宽度的比值为82(82系列)的曲线图。一般地，当轮胎断面高度与宽度的比值越小时拐弯能力Cp越大，当轮胎断面高度与宽度的比值越大时拐弯能力Cp越小。相反地，当轮胎断面高度与宽度的比值较大时，燃料效率会改善。

根据图5中的对应于轮胎断面高度与宽度的比值为70时的拐弯能力Cp相对于车轮载荷的曲线，当车辆在那里没有经受转弯加速度时每个车轮的车轮载荷为3.9kN。当转弯加速度例如为0.3G时，转弯外侧上的车轮的车轮载荷增加至5.5kN，转弯内侧上的车轮的车轮载荷由于载荷移动而减小至2.3kN。当这种情况出现时，转弯外侧上的车轮的拐弯能力由于车轮载荷的增加而增加，转弯内侧上的车轮的拐弯能力由于车轮载荷的降低而降低。此外，由于转弯外侧上的车轮的侧向轮胎力非线性地改变，所以转弯外侧上的车轮的拐弯能力随着车轮载荷的增加而非线性地增加。同样，存在一区域，在该区域中，车轮载荷的增加不必与拐弯动力的增加相一致。

因此，当采用具有轮胎断面高度与宽度的比值为70的轮胎的车辆经受0.3G的转弯加速度时，转弯内侧上的车轮的拐弯能力的减小大于转弯外侧上的车轮拐弯能力的增加，因此，总的拐弯能力降低。这一现象如图5所示，采用直线(如单点划线所示)连接0.3G转弯情况下内侧车轮的拐弯能力和外侧车轮的拐弯能力并且与转弯开始之前(即，当车轮载荷还没有移动并且所有的都是3.9kN时)的转弯能力相比。采用这种方式，可确认总的转弯能力平均地降低，如箭头所示。类似地，具有轮胎断面高度与宽度的比值为70的、经受0.5G转弯的轮胎的平均拐弯能力如图5中的细线所示。在这种情况下，总拐弯能力的降低甚至更加明显(更大)。较大降低的原因是外侧车轮已经达到拐弯能力的极限值并且进入拐弯能力不会随着车轮载荷的增加而增加的区域。类似的图表分别示出具有轮胎断面高度与宽度的比值为82和60的情况，在两种情况下由于车轮载荷的移动而出现拐弯能力的类似降低。该降低的程度在轮胎的断面高度与宽度的比值为82的情况下尤其显著，但是即使是轮胎断面高度与宽度的比值为60的轮胎也示出拐弯能力的显著降低。

如果车轮载荷在转弯期间没有移动，那么转弯能力不会降低并且车辆行为会在转弯性能不下降的情况下得以稳定。即使当没有必要增加拐弯能力的最大值时，平衡的车轮载荷分布会是有利的，因为其可使得能够选择具有更大的断面高度与宽度的比值的轮胎并因此实现改善燃料效率。换句话说，如果车轮载荷转弯期间能够均匀分配使得车轮载荷不会移动并且所有的轮胎均匀使用，那么拐弯能力的降低可被避免并且车辆行为可得以稳定。

虽然图5示出车轮载荷移动对拐弯能力的影响，但是当拐弯能力由减速度G或加速度G代替时会出现类似的趋势。换句话说，当车轮载荷由于加速或减速已经移动时，在车轮载荷已经增加一侧上的轮胎摩擦力达到极限并且制动力或加速力被限制。同时，在车轮载荷已经降低的一侧上，轮胎具有足够的能力增加轮胎摩擦力，但是大的轮胎摩擦力不会施加至道路，因为车轮载荷较小。因此，在减速和加速期间的车辆行为可通过均匀地分配车轮载荷而得以稳定。

图6示出车轮位置，即轮距和轴距，受控制以使得四个车轮的车轮载荷均匀分配时的情况。在第一实施例中，车轮的位置被改变从而使四个车轮的车轮载荷相等。图6的示意图(a)示出从上方观看车辆时车轮的位置和车辆的重心，图6的示意图(b)示出从沿着垂直于加速度方向的方向的一侧观看车辆时的车轮位置和重心。在图6的示意图(a)中，由转弯、加速、减速或其组合(即，在转弯情况下的横向摆动率和离心力、加速或减速情况下的纵向加速度和在转弯时加速或减速情况下二者)得到的车辆重心的总加速度G示出为总加速度G_(x，y)。总加速度G_(x，y)的方向设定为总加速度方向轴CA_(h)。与图6的示意图(a)中示出的视图平面垂直的轴线以及穿过车辆重心G的轴线设定为总加速度方向垂直轴CA_(p)。

总加速度矢量G_(x，y)根据安装至车体的加速度和横向摆动率传感器120确定。X方向和Y方向根据传感器安装至车体的位置和方向进行确定。一般地，X方向对应于车体的纵向方向，Y方向对应于车体的侧向(横向)方向。

与将总加速度方向垂直轴线CA_(p)沿总加速度矢量G_(x，y)的方向平移距离l₂相对应的轴线设定为加速度向后轴线。同样，与将总加速度方向垂直轴线CA_(p)沿总加速度矢量G_(x，y)的相反方向平移距离l₁相对应于的轴线设定为加速度向前轴线。加速度向后轴线和加速度向前轴线用作虚拟轮轴。

如果沿垂直方向的车辆重心G的加速度(主要由于重力的加速)表示为矢量G_(z)并且距离路面的重心高度表示为h，那么作用在加速度向后轴线上的车轮载荷W₂和作用在加速度向前轴线上的车轮载荷W₁可表示为下述方程组(1)

方程组(1)

$W_1=m{G}_{\left(z\right)}\frac{l_2}{l_1+l_2}-m{G}_{(x,y)}\frac{h}{l_1+l_2}$

$W_2=m{G}_{\left(z\right)}\frac{l_2}{l_1+l_2}+m{G}_{(x,y)}\frac{h}{l_1+l_2}$

G_(x，y)＝{(G_(x)+ΔG_(x)2)+(G_(y)+ΔG_(y)2)}1/2：总加速度

其中

G_(i)：由加速度和横向摆动率传感器检测

ΔG_(i)：根据目标车辆姿势计算的姿势修正加速度

m：车辆质量

h：重心高度

G_(z)：由于重力产生的加速度

为了抑制车轮载荷移动并且稳定车辆行为，作用于加速度向后轴线的车轮载荷W₂应该等于作用于加速度向前轴线的车轮载荷W₁，即，由方程组(1)确定的值W₁和W₂应该变为大概相等。由于从方程组(1)清楚可知，当值l₁和l₂接近无限时，值W₁和W₂变为大概相等，而不考虑G_(x，y)的大小。原因就在于，车轮之间的间隔越宽，由于总加速度得到的车轮载荷的移动量就越小，并且车辆行为变得更稳定。这一现象对应于宽轮距和长轴距的公知概念。

在前面提到的采用可变车轮几何结构的车辆中，为了实现紧凑的车辆尺寸和稳定的车辆性能，轮距被加宽并且轴距被加长从而在可出现大加速度条件下车辆高速行驶(高速行驶和/或蜿蜒行驶)时稳定车辆。同时，当车辆在没有出现大加速度的条件下低速行驶(例如，城市街道)时，车轮位置改变成获得窄的轮距和短的轴距从而使车辆更紧凑并且改善转弯性能。但是，鉴于总加速度的方向，可抑制车轮载荷的移动而不必使用宽轮距和长轴距。

换句话说，四个车轮的车轮载荷可通过满足关系W₁＝W₂即通过调整l₁和l₂的从而实现下述方程而变得相等

方程组2

$\frac{m}{l_1+l_2}(l_2{G}_{\left(z\right)}-h{G}_{(x,y)})=\frac{m}{l_1+l_2}{W}_{\mathrm{rate}}(l_1{G}_{\left(z\right)}-h{G}_{(x,y)})$

l₂G_(z)-hG_(x，y)＝l₁G_(z)+hG_(x，y)

(l₂-l₁)G_(z)＝2hG_(x，y)

1-l_rate＝2h_rateG_rate

l_rate＝1-2_hrateG_rate

其中

G_rate＝G_(x，y)/G_(z)：加速度比

l_rate＝l₁/l₂：几何尺寸比

h_rate＝h/l₂：高度比

采用上述方程，与四个车轮的车轮载荷的均匀分配相对应的两个虚拟车轴的位置在沿特定方向产生总加速度G_(x，y)的情况下得以确定。四个车轮的车轮载荷然后通过布置该四个车轮使得车轮围绕与虚拟轮轴一致的轴线旋转而均匀分配。

每个虚拟轮轴的左和右轮的车轮载荷取决于图6的示意图(d)和(c)所示的W₁和W₂。当车轮移动路径如在该实施例中那样为完美的圆形时，仅仅将车轮布置在与虚拟轮轴对应的轴线上可使得两个车轮距离车辆的重心等距。因此，可省略计算左和右轮相对于虚拟轮轴的车轮载荷分配。

图7示出可移动l₁和l₂的范围，在该范围内可均匀地分配轮轴载荷W₁和W₂。图7是通过根据重心高度h为0.5米这一假设计算l₁和l₂的可移动范围而得到的。图7是得到均匀轮轴载荷的l₁和l₂的组合相对于平面加速度(G)的曲线图并且采用均匀车轮载荷平面α的形式。

使用图7，可得到车辆加速度G_rate达到1.1G时的l₁和l₂的移动范围，在该范围中，可相等地分配四个车轮的车轮载荷同时最小化各轴之间的距离(假定摩擦系数大概为1.0并且不存在专门的向下力)，这是车辆一般可获得的最大值。

如图7中的线min所示，车轮载荷可通过设定l₁＝0和l₂＝1.1米(对应于点E)而在最大加速度条件下均匀地分配。因此，线min表示可获得均匀车轮载荷分配的最小移动范围。换句话说，只要车辆设置成使l₁和l₂可从0到1.1米进行变化，车轮载荷就可沿任一方向相应于的达到1.1G的加速度G_rate均匀地分配。

现在将进一步参照图7说明能够从0至1.1米变化l₁以及从0至1.1米变化l₂的车辆中的车轮载荷分配的控制。例如，假定车轮的初始位置是l₁为0.8米并且l₂为0.8米。这对应于图7中的点A。如果车辆在不加速、减速或转弯的情况下行驶，那么加速度为0G，因此，与车轮几何结构对应的点是均匀车轮载荷平面α。

现在，考虑已经产生0.2G转弯加速度并且车轮位置已经移动到点B的情况。由于除非实现均匀车轮载荷平面α上的点否则无法实现均匀的车轮载荷分配，所以所进行的控制寻找可在0.2G加速度时实现均匀车轮载荷分配的值l₁和l₂。

在本发明的第一实施例中，所进行的控制寻找车轮位置，即，l₁和l₂的值，使得所有的车轮可移动相等的量。更具体地说，当车轮几何结构从点A移动到点B时，车轮位置的变化由Δl₁＝-0.1和Δl₂＝+0.1给出，当车轮几何结构从A点移动到B’点时，由Δl₁＝-0.2和Δl₂＝0给出。在点B’的情况下，总移动量采用两个致动器实现，在点B的情况下，总移动量采用四个致动器实现。假定所用的致动器的速度都相同，那么车轮几何结构可更快速地移动到点B，因为移动的量在四个致动器之间分配。类似地，车轮几何结构在加速度增加时移动到点D。如果加速度增加超过点D，那么车轮几何结构朝向点E移动。当车轮几何结构从点D朝向点E移动时，只有l₁的值被改变并且不可保持致动器移动的均匀分配。但是，这一移动根据产生超过0.6G加速度所采用的频率进行设定。

现在将说明第一实施例的效果，采用根据第一实施例的可变车轮几何结构的车辆实现下述效果。

(1)在第一实施例中，车辆装配有转向致动器340，所述致动器340装配在每个车轮390上并且用于改变车轮390相对于车体100的方向。同样，轮距和轴距改变致动器350布置在每个车轮390和车体100之间并且用于将车轮沿着预定路径(车轮单元移动路径200)移动到任何所需的位置。控制器500用以根据车辆的行驶状态确定目标车轮几何结构并且根据目标车轮几何结构将车轮位置改变命令发送到轮距和轴距致动器350。产生的结果是，可实现结构紧凑、行驶能力高并且结构简单的车辆，同时可控制能量的消耗。

(2)控制器500改变车轮位置使得所有车轮的车轮载荷都相等。产生的结果是，可在转弯期间改善车辆行为。

(3)车辆设置有加速度和横向摆动率传感器120以检测车辆在水平平面的加速度矢量，并且控制器500使用所检测的加速度矢量的方向作为参考改变车轮位置。产生的结果是，根据单一方向进行控制，所以可简化控制。

(4)控制器500用以将车轮390分为两对，每对位于与加速度矢量垂直的轴线的相对侧上，并且根据每对车轮390和垂直轴线之间的距离改变车轮390的位置。产生的结果是，由于每对的左和右车轮的车轮载荷得以平衡(即，彼此相等)，所以可简化控制，因为只需要设定实现相等车轮载荷的轴距(即，设定从重心到加速度向前轴线的距离l₂以及从重心沿相对方向到加速度向后轴线的距离l₁)。

(5)由于每个车轮390沿着采用单一环形路径的车轮单元移动路径200进行移动，所以轮距和轴距可被改变同时保持其间的预定关系。

(6)由于环形移动路径接近完美的圆形，所以布置在每个虚拟轮轴上的两个车轮可布置成距离总加速度G_(X，Y)具有相等距离，并且布置在每个轮轴上的两个车轮的车轮载荷等同分配。产生的结果是，可简化控制。

第二实施例

现在将说明第二实施例，其中车轮位置根据与车辆的行驶状态对应的目标车轮载荷分配进行改变。虽然在第一实施例中车轮载荷等同地分配，但是在该实施例中，车轮载荷根据情况非等同地分配。

除了车轮载荷分配控制以外(如上所述)，第二实施例的构成特征与第一实施例的相同，为了简洁起见，省略对其的说明和附图。

图8示出轮距和轴距受控制使得四个车轮的车轮载荷自由分配的情况。更具体地说，车轮载荷分配，即车轮几何结构受控制使得驱动轮的车轮载荷增加。

在第一实施例中，车轮载荷等同地分配从而等同地使用所有四个车轮的轮胎。当所有车轮的功能相同时，车辆的行为可通过等同地分配车轮载荷而得以稳定，诸如在制动和转弯期间。当车轮的功能不同时，诸如驱动轮相对于非驱动轮，车辆行为不必要通过等同地分配车轮载荷而得以稳定。例如，在加速期间，可通过增加驱动轮的车轮载荷来将较大的驱动力传送到路面。同时，增加非驱动轮的车轮载荷不会有助于驱动力的传递。因此，在加速期间，优选地增加驱动轮的车轮载荷，到达的程度使得不会减小轮胎的摩擦极限或者车辆的直线性。尤其在后轮驱动车辆中，驱动轮(后轮)的车轮载荷往往会在加速期间由于车体相对于车轮的向后移位而增加。因此，如果在加速期间执行车轮载荷分配控制以等同地分配车轮载荷，那么所进行的控制将产生作用以使自然地向后移动到后轮的车轮载荷返回到前轮。因此，存在一种可能性，即后轮的车轮载荷不会增加并且加速性能会由于车轮载荷分配控制的影响而下降。

在第二实施例中，类似于第一实施例，重心的加速度表示为在运动平面中沿两个任意方向的加速度的总加速度矢量G_(X，Y)。根据总加速度矢量G_(X，Y)，所进行的控制设定从重心(即，来自于与G_(X，Y)垂直的矢量G_(z)的矢量轴线)沿着总加速度矢量G_(X，Y)的方向到加速度向前轴线的距离l₂，以及从重心沿着总加速度矢量G_(X，Y)的相对方向到加速度向后轴线的距离l₁。在第一实施例中使用的方程组(2)被修改为方程组(3)，如下所示用于第二实施例中。

方程组(3)

$\frac{m}{l_1+l_2}(l_2{G}_{\left(z\right)}-h{G}_{(x,y)})=\frac{m}{l_1+l_2}{W}_{\mathrm{rate}}(l_1{G}_{\left(z\right)}-h{G}_{(x,y)})$

l₂G_(z)-hG_(x，y)＝l₁G_(z)+hG_(x，y)

(l₂-l₁W_rate)G_(z)＝h(l₁+W_rate)G_(x，y)

W_rate＝W₁/W₂：车轮载荷比例

采用上述方程，确定在沿特定方向产生总加速度G_(x，Y)的情况下、与四个车轮的车轮载荷的均匀分配对应的两个虚拟轮轴的位置。然后通过布置四个车轮使得车轮围绕与虚拟轮轴一致的轴线旋转来将虚拟轮轴的车轮载荷比率设定为W_rate。换句话说，当驱动轮300正在加速并且加速方向沿着车体的纵向方向时，控制器500将比率W_rate设定为从0至1的任何值。

如果车辆正在转弯或者制动，那么比率W_rate设定为1(W_rate＝1)，并且车轮几何结构受控制以与第一实施例相同的方式获得相等的车轮载荷分配。车轮移动控制与第一实施例(如上所述)的相同，为了简洁起见，对其的说明在这里略去。

下面将说明本实施例的效果。具有根据第二实施例的可变车轮几何结构的车辆实现下述效果。

(7)控制器500可根据车辆的行驶状态改变车轮位置，从而获得任何所需的车轮载荷比率。所得的结果是，除了控制车轮位置从而获得均匀的车轮载荷分配之外，控制器500可例如通过设定车轮载荷分配使得驱动轮的车轮载荷增加来抑制驱动轮的打滑。

第三实施例

第三实施例示出根据目标车辆姿势改变车轮位置的情况。除了车轮载荷分配控制以外(如上述第一实施例和第二实施例所述)，第三实施例的构成特征与第一和第二实施例的相同，为了简洁起见，省略对其的说明和附图。

图9示出将轮距和轴距控制成使得四个车轮的车轮载荷自由分配的情况。在第三实施例中，车轮载荷根据目标车辆姿势进行改变。在第三实施例中，类似于第一实施例，重心的加速度表示为在运动平面中沿任意两个方向的加速度的总加速度矢量G_(x，y)。根据总加速度矢量G_(x，y)，所进行的控制设定从重心(即，来自于与G_(x，y)垂直的矢量G_(z)的矢量轴线)沿着总加速度矢量G_(x，y)的方向到加速度向前轴线的距离l₂，以及从重心沿着总加速度矢量G_(x，y)的相对方向到加速度向后轴线的距离l₁。

方程组(4)

$\tan {\mathrm{\θ}}_{\mathrm{xy}}=\frac{\frac{W_2}{k}-\frac{W_1}{k}}{l_1+l_2}$

在方程中，tanθ是沿加速度方向的姿势角，值k是用于车辆的车轮与车体(主要是悬挂)之间的部分的弹性系数。

从上述方程清楚可知，如果当沿特定方向存在总加速度G_(x，y)时车轮载荷W₁和W₂被自由地调整到任何所需值，那么车辆的姿势角可受到控制。如果车轮位置以第一实施例的方式进行控制，那么车轮载荷将得以等同地分配并且W₁将等于W₂。因此，姿势角将为0°并且车辆将总是具有平的姿势。相反地，如果车轮位置以第二实施例的方式进行控制，那么车轮载荷将得以自由地分配并且可获得所需的姿势角。

在第三实施例中，姿势修正加速度ΔG_(i)根据基于横摇角和俯仰角的目标车辆姿势进行计算。距离l₁和l₂被设定成满足姿势修正加速度ΔG_(i)。采用这种方式，可获得所需的车辆姿势，并且可通过抑制当车辆转弯或者被侧风吹动时产生的横摇和当车辆在颠簸道路上行驶或者快速加速或减速(制动)时产生的俯仰来稳定车辆行为。

下面将说明本实施例的效果。采用根据第三实施例的可变车轮几何结构的车辆实现下述效果。

(8)由于控制器500基于根据车辆行驶状态设定的目标车辆姿势来改变车轮位置，可实现适于行驶状态的目标车辆姿势。

(9)由于控制器500根据车辆横摇角设定目标车辆姿势，所以可自由地设定横摇角。产生的结果是，例如，可防止横摇角在转弯或者受侧风吹动期间增加，车辆行为可得以稳定。

(10)由于控制器500根据车辆俯仰角设定目标车辆姿势，所以可自由地设定俯仰角。产生的结果是，例如，可在快速加速期间防止车辆沉降，在快速制动期间防止车辆栽头。

第四实施例

现在将说明第四实施例。第四实施例示出除了移动基准轮以外根据加速度方向和车轮位置设定基准轮的情况。除了车轮移动控制(如上所述)，第四实施例的构成特征与第一实施例的相同，为了简洁起见，省略对其的说明和附图。

虽然在第一实施例中车轮位置的移动计算为使得所有的车轮移动相同的量(距离)，但是在第四实施例中虚拟轮轴的其中一个相对于车辆的重心保持固定，其他虚拟轮轴被移动。更具体地说，如果从重心到沿相对于重心的加速度方向定位的虚拟轮轴的距离为l₂并且从重心到沿与加速度方向相反的方向定位的虚拟轮轴的距离为l₁，那么只有轮轴距离l₁被改变。

类似于第一实施例，图10示出均匀的车轮载荷平面α以及l₁和l₂可移动从而等同地分配轮轴载荷W₁和W₂的范围。

类似于第一实施例，假定，例如车轮的初始位置使得l₁为0.8米并且l₂为0.8米，如图10所示的初始位置点A。当l₂的值固定时，对于加速到大概0.8G，车轮载荷可通过单独改变l₁的值(从点A移动到点B)来等同地分配。现在将说明可推测使用这种类型的车轮几何结构变化的特定驱动条件。

图11示出在加速期间采用的车轮布置。在第四实施例中，车轮位置设定成使得当车辆以不变的速度行驶并且没有加速时轴距长于轮距。但是，当车辆加速时，后轮被设定为基准轮(保持固定)，前轮向后移动从而获得预定的车轮姿势。换句话说，当车辆加速时，前轮的车轮载荷降低并且后轮的车轮载荷增加。因此，通过只移动前轮，施加在轮距和轴距改变致动器350上的载荷可降低(因为前轮的车轮载荷更小)并且控制响应可增加。同样，通过朝向车辆后部移动前轮，所有车轮的车轮载荷的改变可相对于在加速期间产生的重心的向后移动而进行控制。产生的结果是，可在加速期间稳定车辆行为。

图12示出在减速期间采用的车轮布置。当车辆减速时，前轮被设定为基准轮(保持固定)，后轮向前移动从而获得预定的车辆姿势。换句话说，当车辆减速时，前轮的车轮载荷增加，后轮的车轮载荷降低。因此，通过只移动后轮，施加在轮距和轴距改变致动器350上的载荷可降低(因为后轮的车轮载荷更小)并且控制响应可增加。同样，通过朝向车辆前部移动后轮，所有车轮的车轮载荷的改变可相对于在减速期间产生的重心的向前移动而进行控制。产生的结果是，可在减速期间稳定车辆行为。

图13示出在转弯期间采用的车轮布置。当车辆转弯时，转弯外侧上的车轮被设定为基准轮(保持固定)，转弯内侧上的车轮朝向车辆的纵向重心轴线(中间)向内移动从而获得预定的车辆姿势。换句话说，当车辆转弯时，内侧车轮的车轮载荷降低，外侧车轮的车轮载荷增加。因此，通过只移动内侧车轮，施加在轮距和轴距改变致动器350上的载荷可降低(因为内侧车轮的车轮载荷更小)并且控制响应可增加。同样，通过朝向车辆纵向中心轴线移动内侧车轮，所有车轮的车轮载荷的改变可相对于在转弯期间产生的重心朝向曲线外侧的移动而进行控制。产生的结果是，可在转弯期间稳定车辆行为。

图14示出当车辆减速并且同时转弯时采用的车辆布置。当车辆减速并转弯时，转弯外侧上的更接近已移位的重心的车轮设定为基准轮(保持固定)并且其他三个车轮沿适当的方向向内移动从而抑制车轮载荷的改变并且获得预定的车轮姿势。换句话说，当车辆减速并且同时转弯时，转弯外侧上的前轮的车轮载荷变得最大。因此，通过将转弯外侧上的前轮设定为基准轮并且移动其他三个车轮，施加在轮距和轴距改变致动器350上的载荷可降低(因为其他三个车轮的车轮载荷更小)并且可增加控制响应。

图15示出致动器载荷降低所采用的方式。该图示出开始转弯并且转弯惯性力逐渐增加的情况。实线曲线示出该实施例的载荷模式，虚线示出第一实施例的载荷模式。细线示出当没有执行载荷控制时得到的载荷模式。

在时间t0，转弯加速度还没有产生，作用在致动器上的载荷(load-m)对应于车辆重量。在转弯开始后，如果采用第一实施例的方式控制车辆位置使得车轮载荷总是相等，那么致动器将总是需要与载荷Load-m对应的致动器驱动力Load-A。但是，如果致动器在已经出现转弯惯性力并且车轮载荷已经移动之后被驱动，那么车轮位置可在更小的致动器驱动力Load-B的作用下移动。

最终，类似于第一实施例，该实施例需要致动器驱动力Load-A实现均匀的载荷分配。但是，需要车轮载荷非常均匀的情况还是占少数，只要外侧车轮的摩擦极限没有被超过，还是可以接受具有一些不平度的情况。简而言之，采用该实施例，可在大多数的车辆驱动情况下减小所需的致动器驱动力。

如图15所示，需要更大的致动器驱动力Load-C移动车轮载荷已经增加的外侧车轮。当转弯惯性力可采用导航***等进行预测时或者转弯惯性力的增加可根据驱动条件进行预测时，在内侧车轮已经移动到它们的移动范围极限之前，根据本发明的控制应该停止并且内侧车轮应该使用致动器驱动力Load-A快速移动至获得等同车轮载荷的位置，此后，即使转动惯性力增加也可采用致动器驱动力Load-A移动内侧和外侧车轮二者。采用这种方式，致动器所需的最大驱动力可限制为Load-A。

下面将说明本实施例的效果。采用根据第四实施例的可变车轮几何结构的车辆实现下述效果。

(11)由于控制器500改变车轮位置使得车轮的车轮载荷改变为更小的程度，所以车辆行为得以稳定。

(12)当控制器500改变车轮位置时，控制器500将一个车轮设定为基准轮并且改变除了该基准轮之外的车轮的位置。产生的结果是，车辆稳定性可增加并且与移动所有车轮的情况相比可简化控制。

(13)由于控制器500将具有较大车轮载荷的车轮或多个车轮设定为基准轮或多个基准轮并且改变具有较小载荷的车轮的位置，所以控制响应可增加并且移动车轮所需的能量可减小。

(14)由于控制器500将更接近于重心移位处的车轮或多个车轮设定为基准轮或多个基准轮并且改变其他车轮的位置，所以控制响应可增加并且移动车轮所需的能量可减小。

第五实施例

现在将说明第五实施例。在第五实施例中，车轮移动路径设置成使得车轮可在除了水平方向外还沿车辆的垂直方向移动。

图16示出采用根据第五实施例的可变车轮几何结构的车辆。在第五实施例中，车轮单元移动路径200沿车辆的垂直方向弯曲。因此，当车轮位置水平改变(如俯视平面图所示)时，车轮的高度也改变。在后文关于第六实施例所述的设置在车体上的导轨可用作实际结构以实现车轮单元移动所沿的车轮单元移动路径200。在本实施例中，只说明导轨的形状。

如图16的示意图(a)所示，当车辆从上方观看时(俯视平面图)，车轮移动路径与第一至第四实施例相同，即以重心为中心的单一环形路径。同时，如图16的示意图(b)所示，当车辆从侧部观看时，移动路径的两端朝上倾斜，而非沿水平方向。此外，如图16的示意图(c)所示，当车辆从后部(或前部)观看时，移动路径的两端朝下倾斜，而非沿水平方向。

图18的示意图(a)至(c)和图19的示意图(a)至(c)示出车轮单元400(或300)沿着图16所示的车轮移动路径200进行移动与重心变化关联的方式。

如图17的示意图(a)至(c)所示，车轮移动论经设置成使得当车轮位置沿着箭头B的方向从参考位置进行移动使得轮距减小、轴距加长时，车辆重心的位置降低。如图18所示，当一侧上的车轮单元沿着箭头B的方向移动时(即，沿着减小轮距并且增加轴距的方向)并且另一侧上的车轮单元沿着箭头A的方向移动时(即，沿着增加轮距并且减小轴距的方向)，车轮假定为侧向倾斜并且重心不改变的状态。

图19和20示出车轮移动路径的两个其他优选实施例，其中的车轮移动路径设置成使得车轮除了沿水平方向外还沿垂直方向移动。

图19所示的车轮移动路径设置成使得当车轮沿箭头A的方向移动时重心的位置下降，箭头A的方向为增加轮距并且减小轴距的方向。类似地，车轮移动路径设置成使得当车轮沿箭头B的方向移动时重心的位置降低，箭头B的方向为减小轮距并且增加轴距的方向。

如图19的示意图(a)所示，当左和右轮单元沿相对的方向即A方向和B方向分别移动时，车辆的重心降低。类似地，当左和右车轮单元二者沿如图19的示意图(b)所示的B方向或者沿图19的示意图(c)所示的A方向移动时，车辆的重心降低。

采用这种结构，当车轮位置移动时，重心总是变低。因此，第一实施例的方程组(1)的值h变小并且移动车轮位置的效果更加明显。因此，即使车轮移动量较小，车轮位置也可采用第一实施例的方式受到控制从而获得等同的车轮载荷分配。

由于所有车轮具有相对于重心相同高度的位置，所以当所有车轮以第一实施例的方式移动相同的量时，图19所示的车轮移动路径的形状获得有利的结果。相反地，当承载较大车轮载荷的车轮设定为基准轮(保持固定)并且其他车轮以第四实施例的方式移动时，轴距的高度是不同的，因此，存在车辆的重心没有移动至有利位置的情况。因此，如图20所示的车轮移动路径(与图17相同)设置成使得当车轮沿箭头A的方向移动时，即沿增加轮距并且减小轴距的方向，车轮相对于车辆重心的高度位置不会改变。相反地，当车轮沿箭头B的方向移动时，即，沿减小轮距并且增加轴距的方向，车轮相对于车辆重心的高度位置改变以使得重心降低。

如图20的示意图(a)所示，当左和右车轮单元沿相对方向，例如A方向和B方向分别移动时，沿B方向的车轮单元移动使得车辆的重心降低并且沿A方向的车轮单元移动不改变重心的位置。因此，车体变得倾斜。类似地，当左和右车轮单元二者沿如图19的示意图(b)所示的B方向移动时，车辆的重心降低，当左和右车轮单元二者沿图19的示意图(c)所示的A方向移动时，车辆的重心的位置没有改变。

采用图20所示的车轮移动路径，当车轮如图11所示移动时，车辆的重心不会改变，该移动为当车辆加速时在第四实施例中使用的车轮移动。类似地，当车轮如图12所示进行移动并且车辆正在减速时重心不会改变。

同时，当车辆转弯并且转弯内侧上的车轮如图13所示移动时，车辆高度在车辆的内侧上(转弯内侧上的车辆的侧部)降低并且由于采用使车辆内侧降低的横摇抵消作用，车辆行为比第四实施例更加稳定。因此，车轮移动的量可减小。当车轮移动路径设置成使得当车轮沿图11或12所示A方向移动时车辆倾斜并且车辆重心改变，重心的移动用于使车轮载荷分配降级，因此，这种车轮移动路径不甚理想。简而言之，当承载更多车轮载荷的车轮(或各车轮)设定为基准轮并且其他车轮移动时，如图20所示的车轮移动路径是优选的。

选择是否使用图19所示的车轮移动路径或者图20所示的车轮移动路径取决于诸如车轮移动致动器能力和所需的车辆性能的因素。例如，如果车轮移动致动器是大功率的并且需要高水平的车辆性能，那么可通过选择图19所示的车轮移动路径并且根据第一实施例执行车轮移动控制来实现具有高性能水平的车辆。

相反地，如果车辆性能的所需水平并非这样高，那么可通过选择图20所示的车轮移动路径并且根据第四实施例执行车轮移动控制实现较低成本的车辆。

除了如上所述设置的轨道，还可使用其他方式获得车轮移动路径，使得车轮单元沿垂直和水平方向移动。例如，可使用设置在将车轮单元安装至车体的位置处的旋转螺杆或滚珠螺杆使车轮单元在其沿着车轮移动路径水平移动时上下移动，该旋转螺杆或滚珠螺杆设计用于提高和降低悬挂臂、凸轮机构或其中沿倾斜方向布置有悬挂臂的安装轴的装置。

采用这些方法，移动路径的垂直移动量可自由设定，而非根据车轮单元沿着导轨的位置预先设定。

现在将说明第五实施例的效果。采用根据第五实施例的可变车轮几何结构的车辆实现下述效果。

(15)车轮移动路径200设置成使得车轮单元沿着车辆的垂直方向以及水平方向移动，在三维空间中产生移动。因此，当改变车轮的位置时，除了改变轮距和轴距，车辆的高度也可进行调整。产生的结果是，可以更高的自由度控制车辆的姿势，车辆行为可改善为更高的程度。

第六实施例

图21(a)和21(b)示出用于具有根据第六实施例的可变车轮几何结构的车轮安装结构。在第六实施例中，悬挂框架600支承在车体100上，使得其可使用环形的(圆环形)并且布置在车体100下侧部分附近的滑块或导轨670以及环形的并且布置在车体100的中侧部分附近的线性马达滑块或导轨615相对于车体100旋转。其他方面，构成特征与图3所示的第一实施例相同，为了简洁起见，省略对其的说明。由于悬挂框架600支承在车体的侧部上，所以重心可比第一实施例更低并且行驶能力可比第一实施例增加得更多。

第七实施例

图22(a)和22(b)示出用于具有根据第七实施例的可变车轮几何结构的车辆的车轮安装结构。在第七实施例中，铰接式悬挂框架680采用轴承610和环形的(圆环形)并且布置在车体100的中侧部分的线性马达滑块或导轨615安装至车体100的底面(或者其他悬挂框架的底面)。因此，悬挂框架680受支承使得其可相对于车体100旋转。

减震器690设置在线性马达滑块615和悬挂框架680之间从而吸收从路面施加至车轮390的振动。其他方面，构成特征与图3所示的第一实施例相同，为了简洁起见，省略对其的说明。采用第七实施例，因为减震器690设置在悬挂框架680和车体100之间，所以可获得舒适的乘坐感受和良好的行驶环境。

第八实施例

图23(a)和23(b)示出用于具有根据第八实施例的可变车轮几何结构的车轮安装结构。第八实施例采用双叉杆式悬挂框架700，该框架设置成采用上臂710和下臂720悬挂车轮390。上臂710支承在环形形状并且布置在车体100的中侧部分的线性马达滑块或导轨615上，下臂720支承在环形形状并且布置在车体100的下侧部分附近的滑块或导轨670上。减震器730布置在上臂710与下臂720之间。

通过使用双叉杆式悬挂框架700，第八实施例能够在加速/减速期间通过调整臂的形状和布置以更大的自由度控制对齐的变化和车辆姿势。另外，双叉杆式悬挂的刚度较高，因此转向性能和稳定性得以改善。

第九实施例

图24(a)和24(b)示出用于具有根据第九实施例的可变车轮几何结构的车辆的车轮安装结构。第九实施例采用布置在车体100与振动缓冲部件750之间的浮动舱式悬挂框架740。悬挂框架740支承在车体100上使得其可通过使用布置在缓冲部件750下侧部分附近的滑块或导轨670以及环形的并且布置在缓冲部件750上侧部分附近的线性马达滑块或导轨615而相对于车体100旋转。缓冲部件750的下端部分通过盘簧760固定至车体100。其他方面，构成特征与图2所示的第一实施例相同，为了简洁起见，省略对其的说明。采用第九实施例，由于使用浮动舱式悬挂框架740，所以可获得舒适的乘坐感受和良好的行驶环境。

第十实施例

图25(a)和25(b)示出用于具有根据第十实施例的可变车轮几何结构的车辆的车轮安装结构。在第十实施例中，悬挂框架740支承在车体100上使得其可通过使用布置在缓冲部件750下侧部分附近的滑块670以及环形的并且布置在缓冲部件750上侧部分附近的齿轮传动机构770而相对于车体100旋转。其他方面，构成特征与第一实施例相同，为了简洁起见，省略对其的说明和附图。

第十一实施例

图26(a)至26(c)示出用于具有根据第十一实施例的可变车轮几何结构的车辆的车轮安装结构。在第十一实施例中，每个悬挂框架600通过设置在车体100底面上(或者另一悬挂框架底面)的轴承610安装至车体100的不同位置。设置在车体100的下侧部分上的线性致动器(缸)680用作轮距和轴距改变致动器350。通过伸出和缩回每个线性致动器680的杆，使得每个悬挂框架600围绕图26(c)所示的安装部件枢转。其他方面，构成特征与第一实施例相同，为了简洁起见，省略对其的说明。采用该实施例，由于线性致动器布置在车体上，所以可使用更大的致动器。

第十二实施例

图27(a)和27(b)示出用于具有根据第十二实施例的可变车轮几何结构的车轮安装结构。

如图27(b)所示，第十二实施例采用设置成由上臂710和下臂720悬挂车轮390的双叉杆式悬挂框架700。上臂710支承在环形形状并且布置在车体100中侧部分附近的线性马达滑块或导轨615上，下臂720支承在环形形状并且布置在车体100下侧部分附近的滑块670上。减震器730布置在上臂710和下臂720之间。

采用该实施例，如图27(a)所示，滑块670和线性滑块615的形状不同。滑块670和线性滑块615的不同形状以及垂直间隔相结合使得在轮距和轴距改变时车轮单元垂直移动。其他方面，构成特征与第一实施例相同，为了简洁起见，省略对其的说明。

采用第十二实施例，可通过更简单的结构实现第五实施例的垂直车轮移动。

其他实施例

虽然本发明的优选实施例已经在前文进行说明，但是本发明的特定构成特征并不局限于上述内容。可在不脱离本发明范围的情况下作出各种设计改进。

图28示出当驱动轮之一出现故障并且车辆只采用一个驱动轮加速时使用的车轮布置的实例。其他的驱动轮(正常驱动轮)布置在车轮的纵向中心线。如果正常驱动轮的位置没有改变，那么由其他驱动轮施加的驱动力将产生横向摆动力矩并且会降低车辆的转弯性能。

相反地，在驱动轮之一出现故障时通过将其余驱动轮移动至如图28所示的车辆纵向中心线上的位置，可防止由其余驱动轮施加的驱动力带来的力矩的提高。产生的结果是，当驱动轮出现故障并且可持续进行稳定的行驶时，可避免横向摆动力矩。

图29是采用可变车轮几何结构的车辆的另一实例的俯视平面图。该车辆是具有一个驱动轮单元300的前轮驱动车辆，该驱动轮单元布置在车体100和三个非驱动轮单元400的前向中间位置。非驱动单元400其中之一布置在车体100的向后中间位置，其他两个非驱动轮单元400布置至车体100的重心的左边和右边。

图30是采用可变车轮几何结构的车辆的另一实例的俯视平面图。该车辆是在前部具有一个非驱动轮单元400、在后部具有两个驱动轮单元300的三轮式后轮驱动车辆。

图31是采用可变车轮几何结构的车辆的另一实例的俯视平面图。该车辆是在前部具有一个驱动轮单元300、在后部具有两个非驱动轮单元400的三轮式前轮驱动车辆。

图32的示意图(a)示出设计成改变车轮位置从而将登车入口(例如，门)移进路面从而有助于方便地登车和下车(上下车)的车辆的实例。

当登车或下车时，如图32的示意图(a)所示，首先，转向致动器340受驱动从而沿与车轮单元移动路径200相同的方向定向车轮390。然后，驱动轮距和轴距改变致动器350以将车轮390移动至车路的相对侧作为登车入口101。产生的结果是，如图32的示意图(b)所示，登车入口101可移动更加接近底面并且可实现完全平坦的登车和下车。

在该实例中，当车轮位置改变时，所有的车轮390并非同时移动。反而，一个车轮设定为基准轮(保持固定)，其他车轮的位置发生改变。当完成时，车体100可通过将基准轮390的方向设定为不同于车轮单元移动路径200的方向而被防止旋转。

虽然在先前实施例中，车轮单元移动路径200在俯视平面图中为圆形，但是移动路径的形状可按照需要自由地设定。图33示出移动路径200的形状为图33的示意图(a)中的椭圆形(卵形)、图33的示意图(b)中的矩形、图33的示意图(c)中的钻石形，图33的示意图(d)中的三角形。此外，车轮单元移动路径200的形状并不局限于循环环形。如图33的示意图(e)和(f)所示，将多个非连续路径200a、200b和200c的长度根据车轮390的所需移动范围进行设定也是可接受的。另外，使用参照每个实施例说明的控制程序的两个或多个的组合也是可接受的。

术语的总体解释

在理解本发明的范围时，术语“包括”和其派生词，如这里使用的，意在作为说明所述特征、元件、部件、组、整数和/或步骤的存在的开放术语，但是不排除其他未说明特征、元件、部件、组、整数和/或步骤的存在。上述内容也适用于具有类似含义的词语，诸如术语“包含”、“具有”和其派生词。同样，当单数使用术语“部件”、“区段”、“部分”、“组成部分”或“元件”时可具有单一部件或多个部件的双重含义。这里使用的用于描述由部件、部分、装置等执行的操作或功能的术语“检测”包括不需要物理检测的部件、部分、装置等，而且包括执行操作或功能的确定、测量、制模、预测或计算等。这里使用的描述装置的部件、区段或部分的术语“用于”包括构造和/或编程为执行所需功能的硬件和/或软件。而且，在申请文件中表示为“装置加功能”的术语应该包括可用于执行本发明的部件的功能的任何结构。这里使用的诸如“基本上”、“大约”和“大概”的程度术语表示修改术语的可推理的偏差量，使得最终结果没有明显变化。

虽然只有选定的实施例用于示出本发明，但是本领域技术人员从公开的内容可知，在不脱离发明范围的情况下可在这里进行各种变化和改进。例如，可按照需要和/或要求改变各种部件的尺寸、形状、位置或方向。如图所示直接相互连接或接触的部件可具有设置在其间的中间结构。一个元件的功能可以由两个执行，反之亦然。一项实施例的结构和功能可在其他实施例中采用。所有的优势并不必要同时出现在具体实施例中。不同于现有技术的每个特征，单独或者与其他特征相结合，也应该认为是由申请人作出的对其他发明的分离说明，包括由这种(各)特征实现的结构和/或功能概念。因此，根据本发明的实施例的前述说明仅仅是示出的目的，并不是为了限制本发明的范围。

Claims (22)

1.一种可变车轮定位车辆，包括：

具有重心的车体；

多个车轮，所述多个车轮相对于所述车体可旋转地安装；

悬挂装置，所述悬挂装置操作布置在所述车轮与所述车体之间；

转向机构，所述转向机构操作连接于所述悬挂装置以改变所述车轮中的至少一个车轮相对于所述车体的方向；

操作连接于所述车轮中的至少一个车轮以驱动该车轮的驱动装置；

车轮位置改变机构，所述车轮位置改变机构操作连接于所述悬挂装置，以相对于所述车体沿着移动路径移动所述悬挂装置并且将所述悬挂装置保持在沿着所述移动路径的任何位置处；以及

车轮位置控制装置，所述车轮位置控制装置操作连接于所述车轮位置改变机构，以根据所述车辆的行驶状况向所述车轮位置改变机构发出移动指令，该移动指令改变沿与所述车体重心的加速度方向平行的方向测量的、所述车轮之一的中心旋转轴线与所述车体重心之间的车轮定位距离的。

2.根据权利要求1所述的可变车轮定位车辆，其中

所述车轮位置改变机构操作连接于所述悬挂装置，以相对于定位在所述车辆单一位置处的中心点水平移动所述悬挂装置来改变车轮位置，使得所述车辆的轮距和轴距得以改变。

3.根据权利要求2所述的可变车轮定位车辆，其中，

所述车轮位置改变机构操作连接于所述悬挂装置，使得所有车轮可相对于定位在所述车体中心位置附近的中心点水平移动。

4.根据权利要求2所述的可变车轮定位车辆，其中，

所述车轮位置改变机构操作连接于所述悬挂装置，使得车轮移动路径形成单一的环形路径，其中所有车轮可相对于定位在所述车体中心位置处的中心点水平移动而不改变所述中心点与所述车轮之间的距离。

5.根据权利要求1所述的可变车轮定位车辆，其中

所述车轮位置改变机构的车轮移动路径构作成使得所述车轮中的至少一个车轮可相对于定位在所述车辆的单一位置处的中心点水平移动，并且可与水平移动相结合地沿所述车辆的铅直方向移动。

6.根据权利要求1所述的可变车轮定位车辆，其中

所述车轮位置控制装置还用以控制所述车轮位置改变机构，使得从朝向所述加速度方向定位的所述车轮之一到所述重心的所述车轮定位距离变得大于从相反于所述加速度方向定位的所述车轮之一到所述重心的所述车轮定位距离。

7.根据权利要求1所述的可变车轮定位车辆，其中

所述车轮位置控制装置还用以根据进行计算所依据的目标车轮载荷改变所述车轮中至少一个车轮的车轮位置、以使所述车轮的驱动轮的车轮载荷大于所述车轮的非驱动轮的车轮载荷。

8.根据权利要求1所述的可变车轮定位车辆，其中

所述车轮位置控制装置还用以根据基于目标车辆姿势计算的目标车轮载荷改变所述车轮中至少一个车轮的车轮位置。

9.根据权利要求1所述的可变车轮定位车辆，其中还包括：

加速度矢量检测装置，所述加速度矢量检测装置用以检测所述车辆在水平面中的加速度矢量，其中所述车轮位置控制装置还用以根据检测的所述加速度矢量的方向改变所述车轮中至少一个车轮的车轮位置。

10.根据权利要求9所述的可变车轮定位车辆，其中

所述车轮位置控制装置还用以将所述车轮分为第一组和第二组，第一组位于所述加速度矢量的一侧，而第二组位于所述加速度矢量的相对侧，以及所述车轮位置控制装置还用以根据所述第一和第二组中每一组的车轮之间的距离改变所述车轮的车轮位置。

11.根据权利要求1所述的可变车轮定位车辆，其中

所述车轮位置控制装置用以选择所述车轮中的一个车轮作为保持固定的基准轮，并在改变车轮位置时改变选剩车轮的车轮位置。

12.根据权利要求11所述的可变车轮定位车辆，其中

所述车轮位置控制装置用以选择所述车轮中的比所述车轮中的选剩车轮具有更大车轮载荷的一个车轮作为所述基准轮。

13.根据权利要求11所述的可变车轮定位车辆，其中

所述车轮位置控制装置用以选择所述车轮中的与所述重心的加速度方向最接近的一个车轮作为所述基准轮。

14.根据权利要求1所述的可变车轮定位车辆，其中

所述车轮位置改变机构包括

用以支承所述悬挂装置的悬挂装置框架；

轴承，所述轴承在所述悬挂装置框架的、与支承所述悬挂装置的端部相对的端部处相对于所述车体支承所述悬挂装置框架，并且支承所述悬挂装置框架使得所述悬挂装置框架能够相对于所述车体旋转；以及

致动器，所述致动器设置在所述悬挂装置和所述悬挂装置框架之一上从以相对于所述车体移动所述悬挂装置。

15.根据权利要求1所述的可变车轮定位车辆，其中

所述车轮位置改变机构包括

滑块，所述滑块围绕所述车体外周延伸并且支承所述悬挂装置；以及

致动器，所述致动器设置在所述悬挂装置上以相对于所述车体移动所述悬挂装置。

16.根据权利要求1所述的可变车轮定位车辆，其中

所述车轮位置改变机构包括

悬挂装置框架，所述悬挂装置框架支承所述悬挂装置并且响应可伸缩部件，所述可伸缩部件用以响应从路面施加至所述车轮的力而伸缩；

轴承，所述轴承在所述悬挂装置框架的、与支承所述悬挂装置的端部相对的端部处相对于所述车体支承所述悬挂装置框架并且支承所述悬挂装置框架使得所述悬挂装置框架相对于所述车体旋转；

滑块，所述滑块围绕所述车体的外周延伸并支承所述悬挂装置；

致动器，所述致动器设置在所述悬挂装置和所述悬挂装置框架之一上以相对于所述车体移动所述悬挂装置，以及

减震器，所述减震器设置在所述滑块与所述悬挂装置之间。

17.根据权利要求1所述的可变车轮定位车辆，其中

所述悬挂装置是双叉杆式悬挂装置；以及

所述车轮位置改变机构包括

第一滑块，所述第一滑块围绕所述车体的外周延伸并支承所述悬挂装置的下臂；

第二滑块，所述第二滑块围绕所述车体的外周延伸并支承所述悬挂装置的上臂；

致动器，所述致动器连接于所述悬挂装置的上臂和下臂之一以相对于所述车体移动所述悬挂装置。

18.根据权利要求1所述的可变车轮定位车辆，其中

所述车轮位置改变机构包括

支承所述悬挂装置的悬挂装置框架；

滑块，所述滑块设置在中间部件上并且在所述悬挂装置框架的、与支承所述悬挂装置的端部相对的端部处支承所述悬挂装置框架；以及

致动器，所述致动器设置在所述悬挂装置和所述悬挂装置框架之一上以相对于所述中间部件移动所述悬挂装置，

所述中间部件安装于所述车体，弹性元件设置在其间。

19.根据权利要求1所述的可变车轮定位车辆，其中

所述车轮位置改变机构包括

支承所述悬挂装置的悬挂装置框架；以及

轴承，所述轴承在所述悬挂装置框架的、与支承所述悬挂装置的端部相对的端部处相对于所述车体支承所述悬挂装置框架，并且支承所述悬挂装置框架使得所述悬挂装置框架能够相对于所述车体旋转；

所述轴承设置在所述车体的相对于每个所述车轮的角部处。

20.根据权利要求19所述的可变车轮定位车辆，其中

所述车轮位置改变机构包括线性致动器，所述线性致动器安装于所述车体并且在与所述悬挂装置框架的相对于所述车体被支承的端部分离开的位置处连接于所述悬挂装置框架。

21.根据权利要求1所述的可变车轮定位车辆，其中

所述车轮位置改变机构包括

第一滑块，所述第一滑块围绕所述车体的外周延伸并且支承具有第一移动路径的所述悬挂装置的上部；

第二滑块，所述第二滑块围绕所述车体的外周延伸并且支承具有第二移动路径的所述悬挂装置的下部，所述第二移动路径不同于所述第一移动路径，以及

致动器，所述致动器设置在所述悬挂装置上以相对于所述车体移动所述悬挂装置。

22.一种可变车轮定位车辆，包括：

车体装置，所述车体装置用于形成具有重心的车舱；

车轮装置，所述车轮装置用于相对于所述车体装置可旋转地安装；

车轮位置改变装置，所述车轮位置改变装置用于相对于所述车体装置沿着移动路径移动所述车轮装置并且将所述车轮装置保持在沿着所述移动路径的任何位置处；以及

车轮位置控制装置，所述车轮位置控制装置用以根据所述车辆的行驶状况控制所述车轮位置改变机构以改变沿与所述车体装置的重心的加速度方向平行的方向测量的所述车轮装置的中心旋转轴线与所述车体装置的重心之间的车轮定位距离。

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