CN101203414B - 自平衡车辆 - Google Patents

Abstract

一种车辆，包括：具有至少三个轮子，其中至少两个轮子位于所述车辆的纵轴重心的各一侧，且其中至少有一个轮子对所述车辆的方向具有转向作用；包括倾斜车架段的车架，其中所述车架段可相对于路面、绕所述纵轴旋转；转向装置，该转向装置的安装方式可使它相对于所述倾斜车架段旋转；一或多个连接至所述倾斜车架段和所述轮子的倾斜构件，以便在所述倾斜车架段与路面之间施加倾斜力矩和/或倾斜运动；速度传感器，使用该速度传感器可确定所述车辆相对于路面的速度；以及转向传感器，使用该转向传感器可确定所述转向轮运动的力/力矩或获得一或多个可操纵轮子的方向方面的大小变化。此外，所述车辆还具有一侧向加速度传感器，使用该侧向加速度传感器可确定所述车辆的倾斜车架段的侧向加速度。所述车辆的倾斜控制方法的特征在于，可将来自所述转向传感器的信号、来自所述侧向加速度传感器的信号、以及来自所述速度传感器的信号用作控制所述倾斜构件的控制信号。

Description

自平衡车辆

技术领域

本发明涉及一种具有以下装备的自平衡车辆：

—具有至少三个车轮，其中至少有两个车轮位于所述车辆的纵轴重心的各一侧，且其中至少有一个车轮对所述车辆的方向具有转向作用；

—包括倾斜车架段的车架，其中所述车架段可相对于路面、绕所述纵轴旋转；

—转向装置，该转向装置的安装方式可使它相对于所述倾斜车架段旋转；以及

—一或多个倾斜构件，该构件在所述倾斜车架段与所述车轮之间以某种方式形成连接，从而使所述倾斜构件可在所述倾斜车架段与路面之间施加倾斜力矩和/或倾斜运动。由此可实现的是，所述车辆可在行驶期间处于完全或部分平衡的状态。

背景技术

在WO95/34459中以本申请人的名义描述了上述类型的一已知车辆。该车辆是具有至少三个车轮的自稳定车辆，其中一连接至定向轮的传感器产生控制信号，用以控制一或多个倾斜构件。在这一布置下，可使用一传感器测量作用在前轮上的力或力矩，且通过液压缸以某种方式使驾驶员段倾斜，从而使施加在前轮上的力或力矩实际上变为0。由此获得稳定而又舒适的行驶效果，且当在弯曲路面上或横向倾斜的路面上行驶时，驾驶员段能够保持平衡。该车辆在速度超过10km/h时行驶特别良好，但在极低速度下、在静止时、以及在停车操作和倒车时，将呈现出不希望有的倾斜行为。

在WO99/24308中以本申请人的名义描述了上述类型的另一已知车辆。该车辆是具有至少三个车轮的自稳定车辆，其中相反锁定动力发射器被连接至可操纵的前轮。结果是，所述车辆在高速下具有更好的操控状况。然而，该发明未提供在低速下、在静止时、或在倒车时保持平衡的任何解决方案。

在WO99/14099中以本申请人的名义描述了上述类型的另一已知车辆。该车辆是具有至少三个车轮的自稳定车辆，其中由传感器确定在前轮与转向管柱之间的旋转角度，并根据该旋转角度控制所述车辆的一或多个倾斜构件。该车辆还装备有一***，该***可在所述车辆处于低速或静止时，使所述车辆垂直于路面。然而，这一低速时的解决方案在一横向倾斜的路面上并未如要求的那样起作用。所述车辆于是会失去平衡，并将取决于速度变化、在高速时的平衡状态与低速或倒车时的垂直状态之间变化。

在EP0941198中描述了另一与上述类型类似的已知车辆。

该车辆是一具有三个车轮、一倾斜车辆段、以及一非倾斜车辆段的自稳定车辆，并使用测量车辆速度的传感器、确定侧向加速度的传感器、以及确定非倾斜车辆段相对于重心的倾角的传感器。当低于某一速度（典型的为3km/h）时，上述后两个传感器产生微处理器控制***必需的控制信号，由此使该控制***通过一液压回路控制一或多个倾斜构件。当高于该过渡速度时，所述液压回路呈打开状态，由此使更多倾斜构件之一未施加力。其结果是，所述车辆在较高速度时呈现出类似于两轮摩托车的行驶和转向行为。由此使该车辆难以驾驶，因为驾驶员难以获悉从低速至高速的过渡情况。此外，所述***未提供应对高速时出现的大的不平衡情况的解决方案。它对四轮车辆也是不合适的。

装备有侧向加速度传感器的车辆的主要缺点是它们对方向方面变化反应迟缓。此外，这类侧向加速度传感器对瞬时侧向加速度反应敏锐，这在高速时很典型。这些传感器也对由所述车辆的倾斜运动造成的侧向加速度反应敏锐。其结果是，只具有侧向加速度传感器的倾斜***呈现出不安和振动行为，尤其在高速时。因此，经常采用各种极端复杂的测量和控制***，以削弱这一振动行为。这经常使反应更加迟缓，结果使所述车辆的稳定性处于险境。

装备有转向传感器的车辆未显示出这些缺点，但在低速时、以及尤其在静止时操控情况不能完全令人满意。在低速时（低于10km/h）经常出现作用在转向轮上的力矩，由此经常造成倾斜，该倾斜对达到需要的平衡状况不起作用。其结果是，只装备有转向传感器的倾斜***呈现出过大的不希望有的倾斜运动，而驾驶员不希望经历这样的倾斜运动。因此，在WO99/14099中以本申请人的名义描述了一***，其中在一给定速度以下时倾斜行为消失，且所述车辆处于直立状态。该***的相对小的缺点是以下事实，即在平衡状态与不平衡状态之间于是会出现一过渡状态。尤其在倾斜路面上，不希望经历这种情况。

发明内容

本发明的目的是提供一转向***，凭借该转向***，所述车辆或所述车辆的一部分可在所有情况下保持平衡，从而可保证高度的稳定性、安全性和舒适性。本发明的目的尤其是在低速和静止时提供获得最佳行驶状况的解决方案，且在高速时不会对良好的行驶造成负面影响。本发明的目的也是要降低所述车辆对侧向风的敏感性，尤其在高速时。本发明的目的也是要不仅为三轮车辆、而且为四轮或具有更多车轮的车辆提供完备的解决方案。

为达到这一目的，根据本发明测量所述车辆的速度（通过速度传感器）以及转向轮运动的力/力矩或大小、以获得一或多个可操纵车轮在方向方面的变化（通过转向传感器），且还测量所述车辆的倾斜车架段的侧向加速度（通过侧向加速度传感器）。这三个测量结果于是可用于确定所述可倾斜车辆段的倾斜大小和方向。

通过这一组合，有可能在低速和高速时获得正确的平衡性能。有可能使用各种部件的解决方案、确定这两个传感器对控制斜缸发挥的作用。例如，可设想使用机械、液压、电力或电子操作方法，或它们的组合。在这方面首选使用基于电力或电子传感器的电力或电子测量方法和控制技术的组合，其中可通过液压/机械方式控制一或多个倾斜构件。集成微电子电路在这方面尤其适合，在集成微电子电路上可使用适当软件对测量和控制算法进行编程。由此有可能快速优化测量和控制参数。此外，由此有可能以预编程设定的形式配置所述车辆的倾斜行为，并在需要时调用。这使驾驶员能够根据驾驶状况调用最佳倾斜特性。

也有可能使用各种方法、将来自转向传感器的信号与来自侧向加速度传感器的信号相结合，以形成一或多个倾斜构件的控制***。来自其它传感器的信号也可用于这些方法中，以确定或提高上述信号的使用程度。对此尤其合适的传感器考虑如下：

—倾角传感器，用于确定在所述倾斜车辆段与车轮下侧之间的角度；

—倒车开关，用于确定所述车辆的行驶方向；

—两个侧向风压传感器，用于确定在所述车辆的两个侧面上的风压和/或在所述车辆的两个侧面之间的风压差；

—角度传感器，用于测量转向轴相对于倾斜车架段的旋转程度；

—液压传感器，用于确定所述倾斜***中的液压；以及

—第二个侧向加速度传感器，用于测量非倾斜车架段的侧向加速度。

一获得倾斜行为的适当效能的可能方法是充分利用来自速度传感器的速度信号。该信号用于设定转向传感器和侧向加速度传感器的影响程度。在这方面，以某种方式配置该方法，从而在速度V低于或等于5km/h的低的前行速度、静止和/或在倒车速度时，主要使用侧向加速度进行控制，所述侧向加速度传感器对所述控制信号作出50%以上的相对贡献，而在速度V高于5km/h的高的前行速度时，主要使用转向传感器控制倾斜行为。其结果是，在低速时，倾斜行为对于转向轮上的大的转向轮运动或转向力矩将相对不敏感。另一方面，通过使用该方法，在高速行驶时将有可能进行快速反应，且所述车辆对瞬时侧面冲击将相对不敏感。

有可能使用各种方法在低速与高速之间转换。在这方面可设想一控制***，在该***中所述转向传感器对倾斜行为的影响程度提高，以及/或所述加速传感器的影响程度随速度的提高按比例降低。各个传感器影响程度的这一提高和/或降低不必是线性的，但可以是一流动函数。为实现这一目的，本领域技术人员需熟知液压、机械、电力和/或电子测量和控制技术。

在一典型的方法中，在预处理之后，将来自转向传感器的信号与来自侧向加速度传感器的信号相结合，以产生所述测量和控制回路所需的测量信号，该测量和控制回路可调节输送至一或多个倾斜构件的输出控制信号。通过该控制，通常以某种方式控制一或多个倾斜构件，从而使该测量信号变为零或实际为零。在所述预处理期间，来自这些传感器的信号值被作为速度的函数。可使用以下等式描述这一整个处理过程：

MS=SKS*f(V)+LVS*g(V)

在该等式中，MS对应用作测量和控制回路的输入信号的测量信号，SKS对应转向传感器信号，而LVS对应侧向加速度信号。f(V)和g(V)是速度相关函数，可确定各自传感器对完全测量信号的影响程度。在图5中对此给出示意细节。

本领域技术人员将注意到，在f(V)为1和g(V)为零的极端情况下，上述等式将相当于在WO95/34459中以本申请人的名义描述的控制***。在这种情形下，转向传感器被作为测量信号。

在另一实施例中，除上文提到的三个传感器外，还使用一倾角传感器。该倾角传感器以某种方式固定在各种车架部件上，从而使它产生信号，以便有可能寄存和传输倾斜车架部件与路面之间的角度。该倾角传感器可起到很多作用。第一，它有可能在某些情况下将所述车辆直立（与路面成直角）。这在倒车、停车期间或在紧急状况下可用到。第二，倾角传感器有可能在控制***中削弱振动或不安行为。尤其在使用压力或与力相关的输出信号控制斜缸的场合，希望得到在倾斜车架段与路面之间角度的反馈。在这方面，在可使用来自侧向加速度传感器、倾角传感器和转向力的信号的场合，有可能使用各种方法。

在一希望使用的方法中，将来自转向传感器的信号、来自侧向加速度传感器的信号、以及来自倾角传感器的信号预处理为测量和控制回路的单一测量信号，之后相结合。在预处理期间，来自这些传感器的信号值被作为速度的函数。可使用以下等式描述这一整个处理过程：

MS=SKS*f(V)+LVS*g(V)+HS*h(V)

在该等式中，MS对应用作测量和控制回路的输入信号的测量信号，SKS对应转向传感器信号，LVS对应侧向加速度信号，HS对应角度信号。f(V)、g(V)和h(V)是速度相关函数，可确定各自传感器对完全测量信号的影响程度。这些函数具有一优选为连续的特性，以使在不同速度之间的过渡是逐渐发生的。在图6中对此给出示意细节。

对于本领域技术人员而言，可通过修改上述等式改善所述车辆的性能，例如，使速度相关函数f、g、h取决于更多的参数，而不只是速度。这方面一明显的作法，例如是使速度相关函数f(V)和g(V)也成为来自倾角传感器的信号的函数。其结果是，倾角信号可用于降低或提高来自转向力传感器和侧向加速度传感器的各自信号对倾斜控制***的影响程度。函数于是可写为f(V,HS)和g(V,HS)。同样明显的是，使速度相关函数h(V)也成为来自侧向加速度传感器的信号的函数。其结果是，来自侧向加速度传感器的信号可用于降低或提高来自倾角传感器的信号对倾斜控制***的影响程度。函数于是可写为h(V,LVS)。

使用倾角传感器的另一方法是，倾角传感器连同压力或与力相关输出信号、以及在那里耦合的斜缸，形成一“从属”测量和控制回路。该测量和控制回路能够控制一绝对角度，且使用由“主”测量和控制回路产生的一角度设定值作为设定点。该“主”测量和控制回路使用三个传感器产生指示倾角的输出控制值。

在又一方法中，倾角传感器与侧向加速度传感器结合。在这种情形下，这些信号结合成“虚拟倾斜”参数，该参数可适合用作控制倾斜的目标/收敛值。这可写成以下形式的等式：

MS=SKS*f(V)+VH*i(V)

VH=j(LVS,HS)

在该等式中，VH对应虚拟倾斜参数，该参数是来自侧向加速度传感器的信号和来自倾角传感器的信号的函数。i(V)是一速度相关函数，它与虚拟倾斜参数对完全测量信号的影响程度有关。j(LVS,HS)是一将来自侧向加速度传感器的信号与来自角度传感器的信号结合起来的函数，由此得到一虚拟角度。

在另一实施例中，所述两个侧向风压传感器用于抑制侧风的影响。为此，可通过与上述控制类似的方式、确定所述车辆各侧风压间的压差。这可通过以电力或电子的方式、从两个单独的传感器中减去信号而获得，以便由此得到风压差信号。该风压差信号于是可用于寄存侧风程度、并校正控制、以及/或将压力用于倾斜构件，从而使所述车辆保持直立。

通过将类似于其它信号的风压差信号用作倾斜控制***中的额外信号，可将风压差信号用于校正所述车辆倾斜进入风内的自然倾向。在这种情形下，描述MS的等式将包括取决于风压差信号的另一项。风压差信号也可修改前轮上动力转向的控制（如果在所述车辆中安装有动力转向），其结果是所述车辆间接处于不同的平衡位置。

测量和控制***可以是机械、液压、电力或电子、或这些的组合。在该意义上，上述函数f、g、h、i和j可视为由各种传感器和控制器引入到***内的、对灵敏性的抽象描述。在无需排除任何其它可能性的条件下，对于一液压***，这些类型的函数可通过使用例如比例阀获得，且对于一机械***，这类函数可通过使用例如杆、杠杆、齿轮获得。

然而，优选使用一包含电力或电子驱动器的***。尤其在使用基于微电子学的、可编程的电子***的场合，这些函数可被编程为计算算法。在无需排除其它可能性的条件下，在这种情形下，这类函数可包括等式或查阅表（格子）。

转向传感器可包括一联结至液压比例阀的扭力件，如专利NL1000161中所述。转向传感器也可包括应变传感器，这些应变传感器以某种方式固定在手把轴上，从而使它们可产生与施加在手把轴的力成比例的信号。其它测量转向力的可能方法为本领域技术人员所熟知。

侧向加速度传感器可包括诸如摆之类的机械***，且一可将摆的位置转化为电信号的倾角传感器与该摆耦合。基于半导体技术的电子g传感器也是适当的。与压力传感器结合的定向越过所述车辆的液柱也可实现该功能。其它测量侧向加速度的可能方法为本领域技术人员所熟知。

在一些情形下，希望来自侧向加速度传感器的信号在被传输至控制***之前被衰减。由此可获得更平稳的行驶行为。在低速时，由衰减所引起的传感器信号的惯性不是主要问题。衰减程度也可以是速度的函数。可采用机械技术和/或电子技术进行衰减。

重要的是，使侧向加速度传感器靠近倾斜车架段的虚拟倾斜轴。其结果是，倾斜车架段的回转运动将对来自侧向加速度传感器的信号具有最小的影响。侧向加速度传感器优选位于距虚拟倾斜轴30cm的半径内，更优选位于20cm的半径内，最优选位于10cm的半径内。

倾角传感器包括传感器部分和连接至所述车辆的联轴器，该传感器部分例如可以是电位计、或例如本领域技术人员已知的特殊的电子倾角传感器。必须以某种方式选择倾角传感器的这一联轴器，从而使它可直接或间接确定在倾斜车架段与路面和/或车轮下侧之间的测角。在所述车辆中显示出相对于路面运动、且根据测角的该运动与倾斜车架的运动成比例的所有部件，都大体上适合作为倾角传感器的第一安装点。在所述车轮装置中显示出相对于倾斜车架段运动、且根据测角的该运动与车轮下侧的运动成比例的所有部件，都大体上适合作为倾角传感器的第二安装点。

在无需排除其它可能性的条件下，倾角传感器的明显的第一连接点如下：倾斜车架段本身，车轮装置中梯形/平行四边形双横臂的垂直部分。

在无需排除其它可能性的条件下，倾角传感器的明显的第二连接点如下：扭力件，车轮装置中梯形/平行四边形双横臂的水平部分，或耦合有车轮悬架的轭。

由于倾角传感器可有效测量倾斜构件设定倾斜车架段与路面和/或车轮下侧之间的旋转测角的程度，明显地应将倾角传感器的倾角传感器安装点选择在靠近倾斜构件的安装点的位置处。

速度传感器经常被耦合至车轮之一，或被耦合至车轮的传动轴之一，并产生一脉冲信号，且该脉冲信号的频率与速度成比例。该脉冲信号可被转换成一有用的电力或电子控制信号。其它测量速度的可能方法为本领域技术人员所熟知。

作为对所述速度传感器的补充，希望安装一倒车开关。由于基于脉冲信号的大多数速度传感器只寄存绝对速度，因而希望使用一可寄存并传输所述车辆的方向的开关传感器。该倒车开关可被耦合至车轮之一或车轮的传动轴之一。它也可被耦合至杠杆，驾驶员通过该杠杠可操控所述车辆的方向。这通常是齿轮杠杆、或一为该目的安装的旋钮。

在本发明的一可能实施例中使用一加速传感器，该加速传感器不仅寄存在所述车辆的横向上的加速度，而且也寄存在纵向上的加速度。由此有可能使用第二个信号、获得所述车辆速度的指示。因此，有可能检测到主要速度测量中的错误，并采取适当的行动，例如通过向驾驶员发出警告，以及/或启用一故障模式/特殊程序。通常可在同一外壳内、以单轴或双轴形式、提供传统的加速传感器，从而容易实现这一额外功能。

如果在软件中实现倾斜控制，有可能容易地使用信号分析功能性扩展程序。该功能可监控来自各种传感器的信号，并检查它们的功能性和一致性。通过使用所述倾角传感器，有可能检测到各种错误和故障，并随后向驾驶员和/或安全状态发出警告，由此可启用更少的倾斜功能性。这显著提高了***的安全性。

可通过各种方式控制倾斜构件。在一优选实施例中，在测量和控制***中产生一输出信号，且该输出信号通过一压力控制阀指示液压***内的压力。因此，所述输出信号直接影响所述倾斜构件中的压力，并通过这种方式指示倾斜构件开始倾斜运动所使用的力。

在另一优选实施例中，在测量和控制回路中产生一输出信号，且该输出信号指示液压***的状态或角度。在这种情形下，一方面，可使用第二个“从属”测量和控制回路，其中***的倾角受到控制。在这方面，第一个测量和控制***的输出信号被作为第二个测量和控制***的设定点。倾角传感器的存在对该控制是必要的。另一方面，可使用一伺服***，其中输出信号直接促使倾角的设定。

上述发明可用于各种形式的车辆构造中，例如在前面装备有一转向轮、且在后面装备有两轮的三轮车辆，以及在前面装备有两个转向轮、且在后面装备有一个车轮的三轮车辆。本发明也可用于具有两个平行转向前轮和两个平行后轮的四轮车辆中。在这种情形下，有可能设想带有一圆转向轮的狭窄汽车，但也可能设想带有摩托车手把的车辆，该车辆也被称为沙滩车(quad)或ATV（all-terrain vehicle，全地形车）车辆。尤其对于后一种类，所描述的倾斜***具有多种益处。鉴于沙滩车的重心高，这些非倾斜型车辆极易失去稳定性，并在弯曲或倾斜路面上翻倒。这会导致危险状况，并限制传统沙滩车的潜在应用。通过将本发明应用到该类型的车辆上，可提高车辆在弯曲和险峻倾斜路面上的稳定性。通过这种方式，本发明可提高所述车辆的安全性和舒适性，并由此也扩大潜在应用的范围。

在大多数形式的构造中，驾驶员坐在一连接至倾斜车架段的位子上，并通过也连接至倾斜车架段的转向装置驾驶所述车辆。结果是，驾驶员连同倾斜车架段相对于路面一起倾斜。在正常情况下，驾驶员通常面临在本发明的倾斜车架段上实际无侧向加速度力的情况，因此处于平衡。

在对不同形式的车辆构造的描述中，使用到术语“车轮装置”。该术语用于指下列部件的组合：

—两个彼此平行的车轮，位于所述车辆纵轴重心的各一侧；

—一或多个耦合至车轮的轴；

—耦合至所述车辆的两轮的车轮悬架；

—耦合至车轮的减震器；以及

—作为减震器的最高基座的参考点。

所述参考点通常包括双臂，该双臂的安装方式可使双臂相对于倾斜车架旋转。该双臂的最明显的实施例是单轭，该单轭的安装方式可使它相对于倾斜车架旋转，减震器直接或间接固定在轭的端部。上述双臂的另一实施例是一***，其中两个独立安装的臂固定在倾斜车架上，且通过一液压或机械联轴器、连接双臂的位置和运动。

这种类型的车轮装置形成一装置，该装置可被视为基座，且倾斜构件向该基座施加它们的力/力矩。该车轮装置也可作为路面的参考点，因为该车轮装置中的各种构件呈现出相对于路面的测角比例位置和/或运动。在这方面，这种类型的车轮装置可被视为所述车辆的非倾斜部件，尽管实际上所述车辆中具有呈现出倾斜行为的构件。

在这种类型的车轮装置中，有可能有两个车轮的倾斜与倾斜车架的倾斜相一致、或不一致。可通过将车轮装置的车轮悬架耦合至倾斜车架段，获得车轮装置中车轮的伴随倾斜。这是可能的，尤其当使用具有至倾斜车架的双固定的车轮悬架时。在这种情形下的明显解决方案是，使用双横臂式（也称为梯形构造）车轮悬架或麦弗逊式(MacPherson)车轮悬架。本领域技术人员将知道具有相似作用的其它车轮悬架。通过采用这种方法，有可能将车轮以某种方式耦合至倾斜车架段，从而使这些车轮呈现出或多或少的倾斜行为，根据测角术、该倾斜行为呈现出与倾斜车架段的耦合运动。可通过正确选择例如双横臂内的距离，设定倾斜程度。也有可能使车轮装置内的车轮不一致倾斜。如果发动机和驱动装置位于车轮装置内，这是所希望的。

对于前部装备有一转向轮的三轮车辆，转向前轮与倾斜车架段一致倾斜。如果转向前轮具有某种小脚论，可将来自转向力传感器的信号直接用于所述车辆的倾斜控制。在该车辆构造中，两个后轮被作为对路面的参考点，且在这方面属于后轮装置，如上文所述。在该车辆构造中，有可能将发动机安装在倾斜车架段中、或作为后轮装置的部件。在正确选择后轮装置构造的情况下，在该车辆构造中也有可能使后轮与倾斜车架段一致倾斜、或不一致倾斜，如上文所述。

对于前部装备有两个转向轮的三轮车辆，构成前轮装置部件的两个转向轮既可起到转向前轮的作用，又可作为路面的参考点。通过该构造，可设想用于产生有用控制力信号的一些构造，以用于控制倾斜。在NL1000161中已描述一构造，其中两个前轮不与所述车辆一致倾斜。在这种情形下，对所述车辆的倾斜车架段沿一方向进行导向，该方向相对于一优选为直的导向路径、基本上与所述车辆的纵向垂直，可在一轴附近调节该导向路径的位置，且该轴基本上与所述车辆的纵轴平行。

在另一实施例中，选择使两个转向轮与第一车架在很大程度上一致倾斜，如上文所述。由此在转向轴中获得一更自然的小脚轮力行为。结果现在可将转向力信号用于倾斜控制。为改善这一信号，通常必须使用例如上文所述的函数f(V,HS)处理转向力信号。

上文描述了使一车轮装置中的两个转向轮在相当大的程度上与倾斜车架段一致倾斜。

对于四轮车辆的情形，可将所有车轮安装在一非倾斜车架段上。通过这一布置，非倾斜车架段形成一实体装置，且带有独立或非独立弹簧悬架构造的四轮与该实体装置连接。

对于四轮车辆的情形，也有可能选择将前轮和后轮作为单独的车轮装置耦合至倾斜车架。通过这种布置，有可能以一种极端的形式、选择将带有定向前轮（前轮装置）的该装置完全耦合至倾斜车架段，且不受带有两个后轮的装置（后轮装置）的限制。此外，前轮装置具有至倾斜车架段的直接倾斜连接，且后轮装置具有至倾斜车架段的不同、但也是直接的倾斜连接。在这种情形下，车轮装置将呈现出独立的倾斜行为。在这种情形下，有可能选择一构造，其中只有两个车轮装置中的一个耦合至一或多个倾斜构件。也有可能选择一构造，其中两个车轮装置均具有呈现出独立行为的倾斜构件。

在一种不是过分极端的形式下，两个车轮装置以某种方式耦合，从而使前轮装置和后轮装置相对于倾斜车架段呈现出同时转角行为。这可通过确保以下行为而实现，即必需的力或力矩是由一或多个倾斜构件实际同时施加在两子段上的。该耦合可以是机械、液压、电力或电子性质的。获得这一效果的一个可能的实施例是使用更多个倾斜构件，且由一或多个倾斜构件单独操作每个车轮装置。两倾斜构件于是均接收来自测量和控制***的信号，且这种接收可以是或可以不是完全同时的。通过这一控制，有可能在将力独立施加到前轮装置时、调节该力和点，且不受后轮装置的限制，从而获得就倾斜运动的时间和大小而言、轻微的非同时效果。

在一机械的优选实施例中，两个车轮装置由耦合构件以某种方式耦合，从而由一或多个倾斜构件施加在车轮装置之一上的力或力矩也得到在另一车轮装置上的倾斜力或倾斜力矩。这样，不必为每个车轮装置安装单独的倾斜构件，就足以为车轮装置之一提供动力协助。这使构造更简单、价廉。可通过许多方式使用在两个车轮装置之间的耦合构件。耦合构件优选包括一扭力件，该扭力件从前往后将前轮装置耦合至后轮装置上，并由此确保两个子段按一比例程度将它们的角度改变至倾斜车架段。在此处所描述的功能中，实际上可将扭力件作为路面的参考点。因此可将倾斜构件直接连接至扭力件。通过正确选择构造，可将扭力件或高或低地整合在所述车辆中。

扭力件可包括任何机械构造。在这方面首选使用杆和梁。通过使用具有相当扭转弹性的扭力件，有可能吸收任何扭力，该扭力可起因于不平坦的路况。由于这类弹力，也有可能根据需要、通过适当定位单个倾斜构件、设定在前轮装置与后轮装置之间的倾斜力的分配。如果使用杆或梁，应优选将该杆/梁直接连接至车轮装置的轭。如果耦合构件处于所述车辆中的高位，该连接可具有一直接特性。如果耦合构件处于低位，一中间杆可提供至处于更高位置的轭的连结。

在不排除其它可能性的条件下，下列耦合构件对于该功能也是适合的：具有活塞的链、钢丝或液压线路。

由于从耦合构件至两个子段的相同传输，这通常将使两个车轮装置相对于倾斜车架段产生相同的转角。不过在一优选实施例中，以某种方式确定从耦合构件至不同车架段的传输，从而使前轮装置与后轮装置相比、相对于倾斜车架段呈现出不同的倾角。这种不同传输的结果是，在发生倾斜的弯曲中，四轮之一受到较低的压力。这对于无差速器的所述车辆而言，尤其有利。通过降低后轮之一上的压力，该车轮能够更容易滑动。结果是，该滑动车轮能够补偿在两个后轮之间的速度差。这对于侧滑性能具有显著的益处。

在上述所有四轮车辆的构造中，一或多个倾斜构件可构成在前轮装置与倾斜车架段之间、以及在后轮装置与倾斜车架段之间的连结。倾角传感器也可构成在前轮装置与倾斜车架段之间、以及在后轮装置与倾斜车架段之间的连结。

在上述四轮车辆的构造中，发动机可位于倾斜车架段内、或位于前轮装置或后轮装置中。发动机优选位于倾斜车架段内。在专利NL2004/1026658中描述了将发动机在倾斜车架段内的驱动力矩传输至车轮的可能性。可在前驱动轮以及后轮上实现从发动机至车轮的驱动。所有四轮的驱动也是可能的。

在上述四轮车辆的构造中，也有可能选择使两个转向轮在相当大的程度上与倾斜车架段一致倾斜。这对于后轮也是可能的。上文描述了使车轮装置中的车轮与倾斜车架段一致倾斜的可能构造。

在这方面不希望特有的是，例如在本发明中描述的倾斜构件可包括机械、液压、机电和电动液压***。根据需要，对倾斜构件的控制可基于位置、或基于力和/或压力。一位置控制倾斜构件的非特有例子是机电伺服发动机，该机电伺服发动机可设定在倾斜车架段与路面、车轮或车轮装置之间的倾斜。一压力控制***的非特有例子是液压缸，该液压缸可与机械或机电控制的液压控制阀结合。在后一情况下，希望在液压***中进行压力测量。

在上述所有三轮或更多轮车辆的构造中，有可能将这些与发明WO99/24308、WO99/14099和WO0187689相结合，这些发明均是以本申请人的名义提出的。

下文将结合附图、并根据非限定性实施例，对本发明作更详细的描述。

附图说明

图1a、1b和1c以透视侧视简图的形式，示出具有一转向前轮和两个后轮的三轮车辆，且这些车轮根据本发明装备有传感器构件。在图1b和1c中，该车辆呈倾斜状态。

图2a、2b和2c以透视侧视简图的形式示出具有两个转向前轮和一个后轮的三轮车辆，且这些车轮根据本发明装备有传感器构件。在图2b和2c中，该车辆呈倾斜状态。

图3a、3b和3c以透视侧视简图的形式示出具有两个转向前轮和两个后轮的四轮车辆，且这些车轮根据本发明装备有传感器构件。在图3b和3c中，该车辆呈倾斜状态。

图4a、4b和4c以透视侧视简图的形式示出具有两个转向前轮和两个后轮的另一种形式的四轮车辆，且这些车轮根据本发明装备有传感器构件。在图4b和4c中，该车辆呈倾斜状态。

图5以框图的形式示出一简单的测量和控制方案，其中描述了各种传感器信号如何对控制作出贡献。

图6以框图的形式示出一更复杂的测量和控制方案，其中描述了所结合的各种传感器信号如何对控制作出贡献。

具体实施方式

图1示出一具有一转向前轮和两个后轮的三轮车辆，且两个后轮具有一倾斜车架段1。倾斜车架段1具有手把2和位子3。倾斜车架段1固定在后轮装置上，该后轮装置包括后轮14、双横臂15、减震器17和轭12，从而使倾斜车架段1可旋转。转向传感器4以某种方式耦合至前轮13的转向轴，从而使它可寄存转向力。以某种方式连接倾角传感器5，从而使它可寄存倾斜车架段1与轭12之间的角度。在这一例子中，倒车传感器6和速度传感器7处于前轮中。侧向加速度传感器8处于倾斜车架段的底部。来自所有传感器的信号通过电线传导至测量和控制装置9，在该装置中对液压斜缸10进行信号处理和控制。在这一例子中，对液压油的压力控制被整合在测量和控制装置9中，且该液压油可使液压斜缸10被启用。液压斜缸10以某种方式连接轭12和倾斜车架段1，从而使液压斜缸的启用导致轭相对于倾斜车架段1的旋转。该旋转造成倾斜车架段1相对于轴距的倾斜。在这一例子中，例如手把向右旋转将会使转向传感器4产生一信号。在高的正向速度时，该信号将对综合测量信号作出贡献，从而使综合测量信号偏离导向值。由于在测量和控制装置9中进行的倾斜控制，这将导致液压斜缸10扩展，由此使倾斜车架段1向右倾斜。其结果是，转向传感器4中的力将减小，且对液压斜缸10的驱动也将减小，直到达到平衡。取决于使用的测量和控制方法，如果侧向加速度传感器8和/或倾角传感器5产生变化信号，也将发生相似的过程。

图2示出一具有两个转向前轮和一个后轮的三轮车辆，且该后轮具有一倾斜车架段1。倾斜车架段1具有手把2和位子3。倾斜车架段1固定在前轮装置上，该前轮装置包括前轮13、麦弗逊式车轮悬架16和轭12，且在麦弗逊式车轮悬架16中整合有减震器，从而使倾斜车架段1可旋转。

转向传感器4以某种方式耦合至前轮的转向轴，从而使它可寄存转向力。以某种方式连接倾角传感器5，从而使它可寄存倾斜车架段1与轭12之间的角度。在这一例子中，倒车传感器6和速度传感器7处于右手侧的前轮中。侧向加速度传感器8处于倾斜车架段1的底部。来自所有传感器的信号通过电线传导至测量和控制装置9，在该装置中对液压斜缸10进行信号处理和控制。在这一例子中，对液压油的压力控制被整合在测量和控制装置9中，且该液压油可使液压斜缸10被启用。液压斜缸10以某种方式连接轭12和倾斜车架段1，从而使液压斜缸的启用导致轭相对于倾斜车架段1的旋转。该旋转造成倾斜车架段1相对于轴距的倾斜。手把向右转动将造成与图1中描述的反应类似的反应。

图3示出一具有两个转向前轮和两个后轮的四轮车辆，且该后轮具有一倾斜车架段1。倾斜车架段1具有手把2和位子3。倾斜车架段1固定在前轮装置上，该前轮装置包括前轮13、麦弗逊式车轮悬架16和前轭12，且在麦弗逊式车轮悬架16中整合有减震器，从而使倾斜车架段1可旋转。倾斜车架段1也固定在后轮装置上，该后轮装置包括后轮14、双横臂15、减震器17和后轭12’，从而使倾斜车架段1可旋转。使用一耦合构件18以某种方式将前轮装置和后轮装置耦合，从而使这两个装置的倾斜运动彼此跟随。将连接构件18通过连杆19连接至前轭12，并通过连杆19’连接至后轭12'。在这一例子中，耦合构件18包括一三角形梁。

转向传感器4以某种方式耦合至前轮的转向轴，从而使它可寄存转向力。以某种方式连接倾角传感器5，从而使它可寄存位于倾斜车架段1与前轭12之间的角度。在这一例子中，倒车传感器6和速度传感器7处于右手侧的前轮中。侧向加速度传感器8处于倾斜车架段1的底部。来自所有传感器的信号通过电线传导至测量和控制装置9，在该装置中对液压斜缸10进行信号处理和控制。在这一例子中，对液压油的压力控制被整合在测量和控制装置9中，且该液压油可导致液压斜缸10被启用。液压斜缸10以某种方式连接轭12和倾斜车架段1，从而使液压斜缸的启用导致轭相对于倾斜车架段1的旋转。该旋转造成倾斜车架段1相对于轴距的倾斜。手把向右转动将造成与图1中描述的反应类似的反应。由于实际上两个轭12和12'是通过耦合构件18彼此耦合的，一例如由液压倾缸10施加在前轭12上的倾斜力矩将被传输至轭12'。其结果是，这两个车轮装置耦合，并实际呈现出相对于倾斜车架段1相同的倾斜行为。

图4还示出一具有两个转向前轮和两个后轮的四轮车辆，且该后轮具有一倾斜车架段1。倾斜车架段1具有一转向轮2和一位子3，且在该情形下转向轮2为一圆转向轮。倾斜车架段1固定在前轮装置上，该前轮装置包括前轮13、麦弗逊式车轮悬架16和前轭12，且在麦弗逊式车轮悬架16中整合有减震器，从而使倾斜车架段1可旋转。倾斜车架段1也固定在后轮装置上，该后轮装置包括后轮14、双横臂15、减震器17和后轭12’，从而使倾斜车架段1可旋转。使用一耦合构件18以某种方式将前轮装置和后轮装置耦合，从而使这两个装置的倾斜运动彼此跟随。与图3相反的是，耦合构件18处于一高位，并直接连接至前轭12和后轭12'。其结果是，无需使用连杆。此外，耦合构件18是一圆杆，而非一三角形梁。

转向传感器4以某种方式耦合至前轮的转向轴，从而使它可寄存转向力。以某种方式连接倾角传感器5，从而使它可寄存位于倾斜车架段1与前轭12之间的角度。在这一例子中，倒车传感器6和速度传感器7处于右手侧的前轮中。侧向加速度传感器8处于倾斜车架段1的底部。来自所有传感器的信号通过电线传导至测量和控制装置9，在该装置中对液压斜缸10进行信号处理和控制。在这一例子中，对液压油的压力控制被整合在测量和控制装置9中，且该液压油可导致液压斜缸10被启用。液压斜缸10以某种方式连接轭12和倾斜车架段1，从而使液压斜缸的启用导致轭相对于倾斜车架段1的旋转。该旋转造成倾斜车架段1相对于轴距的倾斜。转向轮向右转动将造成与图1中描述的反应类似的反应。由于实际上两个轭12和12'是通过耦合构件18彼此耦合的，一例如由液压倾缸10施加在前轭12上的倾斜力矩将被传输至轭12'。其结果是，这两个车轮装置耦合，并实际呈现出相对于倾斜车架段1相同的倾斜行为。

在图1A中，20表示一动力构件，例如向前轮提供转向力或力矩的缸或电动机。

Claims (21)

1.一种车辆，包括：

—具有至少三个车轮(13、14)，其中至少两个车轮位于所述车辆的纵轴重心的各一侧，且其中至少有一个车轮(13)对所述车辆的方向具有转向作用；

—包括倾斜车架段(11)的车架，其中所述车架段可相对于路面、绕所述纵轴旋转；

—转向装置(2)，该转向装置的安装方式可使它相对于所述倾斜车架段(1)旋转；

—一或多个倾斜构件(10)，该倾斜构件与所述倾斜车架段和所述车轮连接，以便在所述倾斜车架段(1)与路面之间产生倾斜力矩和/或倾斜运动；

—速度传感器(7)，使用该速度传感器可确定所述车辆相对于路面的速度；以及

—转向传感器(4)，使用该转向传感器可确定转向轮运动的力/力矩或获得在一或多个可操纵车轮的方向方面的大小变化；

—侧向加速度传感器(8)，

其特征在于，

以某种方式将所述侧向加速度传感器(8)耦合至所述倾斜车架段(1)，从而使它跟随所述倾斜车架段的旋转位置,

将来自所述速度传感器(7)的信号V、来自所述转向传感器(4)的信号SKS、来自所述侧向加速度传感器(8)的信号LVS输入控制单元(9)，相结合产生控制信号MS＝SKS*f(V)+LVS*g(V)，其中f(V)和g(V)为速度依赖函数，所述控制信号MS用于控制所述倾斜构件(10)和/或对车轮(13)具有转向作用的转向力或力矩，

其中，信号V低于或等于5km/h时，所述侧向加速度传感器对所述控制信号作出50％以上的相对贡献。

2.根据权利要求1所述的车辆，其特征在于，所述车辆还具有一倾角传感器(5)，该倾角传感器安装在某一位置，从而使它可确定在倾斜车架段(1)与路面和/或一定向装置之间的旋转角度，且该定向装置可提供预定的水平定向。

3.根据权利要求1所述的车辆，其特征在于，所述侧向加速度传感器(9)沿所述倾斜车架段(1)的纵向、安装在旋转轴附近的一半径为30cm的区域内。

4.根据权利要求1所述的车辆，其特征在于，所述侧向加速度传感器(9)沿所述倾斜车架段(1)的纵向、安装在所述纵轴附近的一半径为20cm的区域内。

5.根据权利要求1所述的车辆，其特征在于，所述侧向加速度传感器(9)沿所述倾斜车架段(1)的纵向、安装在所述纵轴附近的一半径为10cm的区域内。

6.根据权利要求1所述的车辆，其特征在于，所述车辆还具有至少两个沿横向安装在所述车辆上的风压传感器。

7.根据权利要求1所述的车辆，其特征在于，所述速度传感器和/或所述转向传感器和/或所述侧向加速度传感器和/或所述倾角传感器和/或所述风压传感器包括电力或电子传感器。

8.根据权利要求1所述的车辆，其特征在于，所述转向传感器(4)包括应变计。

9.根据权利要求1所述的车辆，其特征在于，所述侧向加速度传感器(8)包括电子重力传感器。

10.根据权利要求1所述的车辆，其特征在于，所述车辆具有一可确定所述车辆行驶方向的倒车开关(6)。

11.根据权利要求1所述的车辆，其特征在于，所述倾斜构件(10)包括液压部件。

12.根据权利要求11所述的车辆，其特征在于，所述车辆具有一压力传感器，使用该压力传感器可测量用于驱动所述倾斜构件的液体的液压。

13.根据权利要求1所述的车辆，其特征在于，所述车辆配备有用于控制所述倾斜构件的微电子电路。

14.根据权利要求1所述的车辆，其特征在于，包括至少四个车轮(13、14)，其中两个前轮形成一前轮装置，且两个后轮形成一后轮装置，使用一耦合构件(18)以某种方式将该前轮装置与该后轮装置连接起来，从而可将所述倾斜力矩从一车轮装置传输至另一车轮装置。

15.根据权利要求14所述的车辆，其特征在于，所述耦合构件包括扭杆、链、钢丝或液压回路。

16.根据权利要求15所述的车辆，其特征在于，在所述耦合构件之间以某种方式进行传输，从而使所述前轮装置和所述后轮装置与直立状态相比、呈现出按比例但不同的倾偏。

17.用于前述权利要求之一所述的车辆的倾斜控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

测量速度、转向轮运动的力或转矩或转向轮运动大小、和侧向加速度；

将所测得的这些信号输入控制单元；

在控制单元中将所述信号相结合以产生控制信号，其中，对所述控制信号的各自贡献由速度信号决定，在速度低于5km/h时，所述侧向加速度传感器对所述控制信号作出50％以上的相对贡献。

18.根据权利要求17所述的倾斜控制方法，其特征在于，来自倾角传感器的信号也用作控制所述倾斜构件的控制信号。

19.根据权利要求17或18所述的倾斜控制方法，其特征在于，来自风压传感器的信号也可用作控制所述倾斜构件的控制信号。

20.根据权利要求17或18所述的倾斜控制方法，其特征在于，所述侧向加速度传感器也可寄存纵向加速度，且纵向加速度信号可用于检测所述速度传感器的故障。

21.根据权利要求17或18所述的倾斜控制方法，其特征在于，将对倾角、侧向加速度和转向力的测量与其它车辆信息结合，可用于信号分析和故障检测，且在出现故障的情况下、发出警告和/或启用故障模式。