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)申請的交叉引用
[0002]本申請要求于2012年7月10日提交的第61/670，074號美國臨時專利申請的權(quán)益，該申請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，當傾轉(zhuǎn)三輪車輛啟動轉(zhuǎn)彎時，艙室開始傾斜。隨后，艙室的傾斜可以機械方式使前輪反轉(zhuǎn)向。然而，需要非常大的力來啟動車輛的傾斜。這將高載荷置于車輛的傾斜致動器上。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本公開的一個實施方式提供了三輪車輛。該三輪車輛包括:單個前輪；兩個后輪；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應于在轉(zhuǎn)向輸入裝置處接收的、與轉(zhuǎn)動三輪車輛相關(guān)的輸入將電子信號發(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于接收的電子信號使前輪反轉(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)動方向傾斜。
[0006]另一個實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，配置成對應于在轉(zhuǎn)向輸入裝置處接收的輸入來接收第一電子信號，該第一電子信號與三輪車輛的轉(zhuǎn)動相關(guān)；以及耦接致動器臂的輸出單元，該致動器臂控制三輪車輛的單個前輪的轉(zhuǎn)向，其中，響應于從輸入單元接收的第一電子信號，輸出單元被配置成將第二電子信號發(fā)送至致動器臂，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)動方向傾斜。
【附圖說明】
[0007]圖1為根據(jù)一個實施方式的三輪車輛的示例。
[0008]圖2和圖3為根據(jù)某些實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)一個實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)一個實施方式對直接傾轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)向傾轉(zhuǎn)所需的扭矩進行比較的概念圖。
[0011]圖5為根據(jù)一個實施方式的三輪車輛的概念圖。
[0012]圖6為根據(jù)一個實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)一個實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)一個實施方式的示例性旋轉(zhuǎn)致動器的概念圖。
[0015]圖9為根據(jù)一個實施方式示出轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)的概念圖。
[0016]圖10A-10B為根據(jù)一個實施方式示出后輪轉(zhuǎn)向與使用電子穩(wěn)定性控制之間進行比較的概念圖。
【具體實施方式】
[0017]本文描述的一些實施方式總體上涉及具有兩個后輪和一個前輪的三輪車輛。圖1為根據(jù)一個實施方式的三輪車輛100的示例。車輛100的后部102包括兩個后輪104以及驅(qū)動后輪104的電機。車輛100的前部106包括乘客艙室108和前輪110。前部106可相對于后部102關(guān)于縱軸旋轉(zhuǎn)，使得前部106可在轉(zhuǎn)動期間傾斜。
[0018]根據(jù)各實施方式，車輛100使用線控驅(qū)動系統(tǒng)，其中，轉(zhuǎn)向、電機控制以及前部106的傾斜由傳感器、致動器以及計算機的系統(tǒng)控制。轉(zhuǎn)向輪輸入以及加速器和制動輸入由電子控制單元(ECU)接收，然后，該電子控制單元計算信號以發(fā)送至控制車輛100的轉(zhuǎn)向、傾斜以及前進的各個致動器和電機。例如，來自每個車輪處的轉(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)彎時確定傾轉(zhuǎn)角。線控驅(qū)動系統(tǒng)還可通過連接至轉(zhuǎn)向輪的轉(zhuǎn)向反饋致動器向駕駛員提供觸覺反饋，從而在轉(zhuǎn)彎時為駕駛員提供轉(zhuǎn)向反饋。
[0019]在各實施方式中，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)置在電機中，諸如，傾轉(zhuǎn)電機以及前輪轉(zhuǎn)向電機。編碼器用于為ECU提供與傾轉(zhuǎn)角和前輪轉(zhuǎn)動角有關(guān)的信息。諸如絕對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)動角的測量中檢測任何誤差或不一致。
[0020]在一個實施方式中，為了使車輛的前部分傾斜，單個致動器耦接至車輛的后部分和前部分。致動器被描述為蝸桿齒輪，其通過單個或冗余的電機設(shè)置而旋轉(zhuǎn)，以使車輛的前部分相對于后部分傾斜。
[0021]在高速轉(zhuǎn)彎的初始階段或傾斜轉(zhuǎn)動期間，線控驅(qū)動系統(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)動進入轉(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。在一些實施方式中，所公開的設(shè)計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)使用車輛制動系統(tǒng)，以在轉(zhuǎn)彎時使內(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。
[0025]—個實施方式使用偏轉(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現(xiàn)線控驅(qū)動系統(tǒng)。車輛中的ECU能夠接收來自多個傳感器(下面提供的示例)的輸入并執(zhí)行計算，從而控制和/或預測可導致車輛不穩(wěn)定或失控的情況。這不可能用傳統(tǒng)方法來實現(xiàn)，因為在現(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)本申請的一些實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:位于前面的一個輪13以及由電動機31供電的位于后面的兩個輪27、27a ;驅(qū)動電機控制器30 ;變速器32 ;后驅(qū)動軸26、26a ;內(nèi)燃電機，或者內(nèi)燃電機和電子電機的混合組合。
[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 (推進模塊/后輪轉(zhuǎn)向)是獨立的推進模塊。這兩個部分通過傾轉(zhuǎn)致動器變速箱19沿車輛縱軸連接。艙室相對于推進模塊保持在豎直位置。低速時，艙室可能有極小的傾斜或者沒有傾斜，而高速時，車艙傾斜可能高達45度。
[0028]車輛配置包括電子轉(zhuǎn)向控制單元(“ESC”或“E”)，其負責管理轉(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 ;與每個車輪相對應的多個輪速傳感器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)換成校準信號，該信號是車輛操作的指示，并被傳送至ESC(E)。
[0029]前輪轉(zhuǎn)向致動器8通過前輪轉(zhuǎn)向致動器電機控制器11以及前輪轉(zhuǎn)向電機10由ESC(E)系統(tǒng)來驅(qū)動。前輪13的轉(zhuǎn)向角由致動器桿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。前制動鉗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算施加至前輪13的反轉(zhuǎn)向量。
[0030]較低車速時，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，轉(zhuǎn)動方向完全基于車輛的傾斜角。這種轉(zhuǎn)動方法與摩托車轉(zhuǎn)