用于三輪車輛的轉(zhuǎn)向和控制系統(tǒng)的制作方法
【專利說明】用于三輪車輛的轉(zhuǎn)向和控制系統(tǒng)
[0001]相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0002]本申請(qǐng)要求于2012年7月10日提交的第61/670，074號(hào)美國臨時(shí)專利申請(qǐng)的權(quán)益，該申請(qǐng)通過引用整體并入本文。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]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)】
[0004]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。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]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:單個(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。
[0006]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】
[0007]圖1為根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式的三輪車輛的示例。
[0008]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。
[0009]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。
[0010]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。
[0011]圖5為根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式的三輪車輛的概念圖。
[0012]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。
[0013]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。
[0014]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。
[0015]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。
[0016]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】
[0017]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。
[0018]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。
[0019]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)角的測量中檢測任何誤差或不一致。
[0020]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。
[0021]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)車輛前部傾斜所需的扭矩量。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。
[0022]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。
[0023]電子轉(zhuǎn)向和傾斜控制系統(tǒng)
[0024]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)。
[0025]—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)。
[0026]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。
[0027]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。
[0028]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)。
[0029]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。
[0030]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)