CN102470909B - 用于倾斜车辆的控制系统 - Google Patents

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Abstract

一种倾斜车辆,具有围绕枢转轴线相对于可枢转车架构件枢转的车架。至少当车辆的速度在第一阈值速度以上时,沿第一方向施加在转向组件上的扭矩使车架沿相反的第二方向相对于可枢转车架构件枢转,以使车辆沿第二方向转向。当车架位于倾斜位置中并且车辆的速度在第二阈值速度以下时,致动器朝向直立位置推压车架。还描述了一种方法,其中当速度在第一阈值速度以上时,沿与转向扭矩相反的方向在车架上施加扭矩。当行驶速度在第二阈值速度以下时,由致动器施加的扭矩与倾斜角相反。

Description

用于倾斜车辆的控制系统
技术领域
本发明涉及一种用于倾斜车辆的控制系统。
背景技术
比如为自行车和摩托车的两轮倾斜车辆通常通过驾驶员在转弯的内侧上推动把手的同时沿所需转弯方向稍微地移动其上身进行转向,从而引起所谓的“反向转向”。因此,驾驶员沿着与意于转弯的方向相反的方向向手柄杆施加扭矩。例如,试图使手柄杆向右转弯,则初始使前轮向右转弯,这导致车辆初始平缓地向右转弯。该平缓的向右转弯在车辆上产生向左的滚动力矩。该滚动力矩使摩托车向左倾斜,这能够通过驾驶员向左倾斜而得到增强,因此车辆执行左转弯。一些摩托车驾驶员被教导沿着所需转弯的方向“推动”手柄杆,例如推动左把手以左转弯。
一些人并不知道他们在驾驶摩托车时反向转向的事实。对于有经验的摩托车驾驶员,由于从他们的童年时代的自行车开始他们就拥有反向转向的倾斜车辆,所以反向转向是第二本能,甚至于在童年时也没有意识到这种本能。此外,无法凭直觉而有意识地想到沿着一个方向转动手柄杆而使车辆沿着相反的方向转弯。然而,习惯于反向转向摩托车的有经验的驾驶员可能下意识地反向转向感觉上类似于摩托车的任意车辆,并可能发现在通过通常转向像是传统汽车的手柄杆驾驶顺方向转向(steer-in-direction)(即非反向转向)的辅助倾斜三轮车辆时感到困惑。
自由倾斜三轮车辆可能允许驾驶员反向转向,但是当倾斜时他们一般不得不克服比两轮车辆更大的阻力。摩托车能够仅仅通过克服车轮的回转效应并且使车辆向一侧侧倾而倾斜,而三轮车辆由于具有三个车轮通常必须克服更大的回转效应,同时还可能不得不使其车架相对于两个横向地间隔开的车轮的悬架系统枢转。因此,自由倾斜三轮车辆可能具有更大的倾斜阻力,由此可能比摩托车更加难以驾驶或者驾驶起来更少乐趣。
此外,在某些条件下,三轮倾斜车辆可能显示出不希望的倾斜运行状态。例如,除非通过支架支承,否则自由倾斜车辆将在静止时倾翻。一些车辆通过设置锁止机构以防止在静止时倾翻来解决此问题,在这种情况下,驾驶员必须在每次车辆已停止时手动地致动,或者当车辆开始运动时手动地解除。所有这些情况均可能减少驾驶员的乐趣。
因此,存在对于补救至少一些上述缺点的倾斜三轮车辆的需要。
发明内容
本发明的目的是改良现有技术中存在的至少一些不便之处。
本发明的目的还在于提供一种带有辅助倾斜的反向转向三轮车辆。
本发明的目的也在于提供一种在低速下保持基本直立的反向转向三轮车辆。
本发明的目的还在于提供一种在低速下保持基本直立的自由倾斜三轮车辆。
在一个方面中,本发明提供一种倾斜车辆,其包括具有前部和后部的车架。发动机由车架支承。可枢转车架构件可枢转地连接到车架上。车架能够围绕枢转轴线相对于可枢转车架构件在直立位置与多个倾斜位置之间枢转。左前轮和右前轮布置在枢转轴线的相对的横向侧上。轮中的每一个均经由前悬架组件连接到车架的前部上。每个前悬架组件均具有悬架臂,悬架臂具有可枢转地连接到车架上的第一端部和可枢转地连接到轮上的第二端部。减振器具有连接到可枢转车架构件上的上端部和连接到悬架臂上的下端部。转向组件由车架支承,并被操作地连接到左前轮和右前轮上以使车辆转向。后悬架连接到车架的后部上。后轮经由后悬架连接到车架上。轮中的至少一个操作地连接到发动机上以推进车辆。致动器具有连接到车架上的第一部分和连接到可枢转车架构件上的第二部分。致动器可操作以选择性地使车架围绕枢转轴线相对于可枢转车架构件枢转。至少当车辆的速度在第一阈值速度以上时,沿第一方向施加在转向组件上的扭矩使车架沿与第一方向相反的第二方向相对于可枢转车架构件枢转,以使车辆沿第二方向转向。当车架位于多个倾斜位置中的一个中并且车辆的速度在第二阈值速度以下时,致动器朝向直立位置推压车架。
在另一方面中,第一阈值速度大于第二阈值速度。
在另一方面中,至少当车辆的速度在第一阈值速度以上时,使车架相对于可枢转车架构件枢转的扭矩与致动器无关。
在另一方面中,至少当车辆的速度在第一阈值速度以上时,施加在转向组件上的扭矩使致动器沿第二方向相对于可枢转车架构件在车架上施加扭矩。
在另一方面中,当车架位于多个倾斜位置中的一个中并且车辆的速度在第一阈值速度以上时,响应于施加在转向组件上的扭矩的减小和车辆的速度的减小中的至少一个,致动器朝向直立位置推压车架。
在另外的一个方面中,本发明提供一种操作倾斜车辆的方法。该车辆包括具有前部和后部的车架。可枢转车架构件可枢转地连接到车架上。车架能够围绕大致水平的枢转轴线相对于可枢转车架构件在直立位置与多个倾斜位置之间枢转。转向组件由车架支承用于使车辆转向。致动器具有连接到车架上的第一部分和连接到可枢转车架构件上的第二部分。致动器可操作以选择性地使车架围绕枢转轴线相对于可枢转车架构件枢转。该方法包括:确定施加在转向组件上的转向扭矩;确定车辆的行驶速度;确定车架相对于参考角的倾斜角;以及围绕枢转轴线相对于可枢转车架构件在车架上施加扭矩。至少当行驶速度在第一阈值速度以上时,施加在车架上的扭矩沿与转向扭矩相反的方向,由此使车辆沿施加在车架上的扭矩的方向转弯。至少当行驶速度在第二阈值速度以下时,由致动器施加的扭矩沿与倾斜角相反的方向,第二阈值速度小于第一阈值速度。
在另一方面中,当行驶速度在第一阈值速度以上时施加扭矩包括:确定转向扭矩沿第一方向施加在转向组件上;以及利用致动器沿与第一方向相反的第二方向在车架上施加扭矩。
在另一方面中,当行驶速度大于第一阈值速度时,与致动器无关地施加扭矩。
在另一方面中,当行驶速度在第二阈值速度以下时,由致动器施加的扭矩的量值随着速度的减小而增大。
在另一方面中,当行驶速度为零时,防止车架相对于可枢转车架构件围绕枢转轴线枢转。
在另一方面中,当检测到转向扭矩和行驶速度中的至少一个的量值减小时,扭矩沿与倾斜角相反的方向。
在另一方面中,本发明提供一种操作倾斜车辆的方法。该车辆包括具有前部和后部的车架。可枢转车架构件围绕大致水平的枢转轴线可枢转地连接到车架上。车架能够相对于可枢转车架构件在直立位置与多个倾斜位置之间枢转。转向组件由车架支承,用于使车辆转向。致动器具有连接到车架上的第一部分和连接到可枢转车架构件上的第二部分。致动器可操作以选择性地使车架围绕枢转轴线相对于参考角枢转。该方法包括:确定施加在转向组件上的转向扭矩;确定车辆的行驶速度;确定车架相对于可枢转车架构件的倾斜角;以及当行驶速度在阈值速度以上时,响应于沿与第一方向相反的第二方向施加在转向组件上的转向扭矩,利用致动器沿第一方向围绕枢转轴线相对于可枢转车架构件在车架上施加倾斜扭矩。
在另一方面中,当行驶速度为零时,防止车架相对于可枢转车架构件围绕枢转轴线枢转。
在另一方面中,当检测到转向扭矩和行驶速度中的至少一个的量值减小时,利用致动器沿与倾斜角相反的方向施加倾斜扭矩。
对本申请而言,认为角度测量和比如为扭矩的角度量沿顺时针(右转弯)方向为正,沿逆时针(左转弯)方向为负。例如,为了使车辆左转弯,驾驶员通过施加正(反向转向)扭矩以使手柄杆向右转动,即围绕转向管柱轴线顺时针转动,而开始转弯。因此,车辆的车架经受向左的负扭矩,产生向左的负倾斜角,即由驾驶员观看为逆时针方向,因此车辆执行左转弯,即从上方观看的逆时针方向。
本发明的实施方式中的每一个均具有上述目的和/或方面中的至少一个,但不必具有全部上述目的和/或方面。应当理解,由试图达到上述目的而产生的本发明的一些方面可能不满足这些目的和/或可能满足未在此处具体列举的其他目的。
根据以下说明、附图和所附权利要求将更清楚地理解本发明的另外的和/或可替代的特征、方面和优点。
附图说明
参照与附图结合使用的以下说明以便更好地理解本发明及其其他方面和进一步的特征,图中:
图1是包括根据本发明的实施方式的前悬架的三轮倾斜车辆的右前侧透视图;
图2是包括车辆车架的一部分的图1中示出的三轮车辆的前悬架的正视图;
图3是前悬架系统附连其上的图1中示出的三轮车辆的制动器和销轴的左前侧透视图;
图4是图1的三轮车辆的前悬架和车架的俯视平面图;
图5是图1的三轮车辆的前悬架和车架的右上侧透视图;
图6是图1的三轮车辆的前悬架和车架的左后侧透视图;
图7是图5的前悬架和车架的局部剖切的左前侧透视图;
图8是在车辆向左倾斜时图5的前悬架和车架的正视图;
图9是根据本发明的实施方式的用于控制车辆以及连接到车辆上的部件的操作的控制单元的框图;以及
图10A至图10E是根据本发明的不同实施方式的用于图9的控制单元的控制图谱的图示。
具体实施方式
图1图示了根据本发明的实施方式的三轮倾斜车辆10。三轮车辆10的具体的美学设计细节对于本发明并不重要,图1仅示出了一个可能的构型。如由驾驶车辆的驾驶员所观察的,三轮倾斜车辆10具有左侧LS、右侧RS、前方F和后方R。车辆10包括车架58,车架58支承并容纳发动机28,发动机28可以是比如为内燃机或电动机的任意适当类型的动力源。跨式座椅16安装在车架58上,并优选地具有驾驶员座椅部和布置在驾驶员座椅部后面的乘客座椅部18。倾斜车辆10的特征是具有两个前轮12和单个中央后轮14,一个前轮位于纵向轴线146的左侧,一个前轮位于纵向轴线146的右侧。中央后轮14通过附连到车架58的后部的后悬架系统15悬挂,并且通过比如为联接到环形带、链或驱动轴组件上的变速箱或无级变速器的适当的动力传递机构操作地连接到发动机28上。座椅16的前方的比如为手柄杆20的转向机构经由转向管柱22连接到前轮12上以便使车辆10转向。左悬架组件24和右悬架组件26将前轮12附连到车辆10上,以允许每个轮12围绕基本竖直的转向/主销轴线50转向,并允许每个轮12围绕轮侧倾轴线52侧倾。
一对脚踏杆30(仅示出了其中一个)从车辆10伸出,使得驾驶员可以在驾驶的同时将他/她的脚放置在脚踏杆上。制动器踏板32位于右脚踏杆30的前方,以便应用前制动器34和后制动器(未示出)。车辆10还包括多个整流罩35、36、38和40,多个整流罩35、36、38和40用于在使用过程中保护车辆部件免受周围物体的损害,并且使车辆在空气动力学上高效且在美学上令人愉悦。可以在手柄杆20的前方设置挡风玻璃(未示出)以保护驾驶员不受迎面风的影响。在乘客座椅部18的每一侧均附连有左右乘客把手44。车辆10的后部R附连有经由管48与发动机28流体连通的消声器46。能够想到,可以使用任意适当的可替代构型。
在操作中,如下文所述,左悬架组件24和右悬架组件26连接到车辆10的车架58上,以允许车架58并进而允许驾驶员和单个中央后轮14以非常类似于摩托车的方式向右侧或向左侧倾斜。另外,将前轮12连接到左悬架组件24和右悬架组件26上,使得当车架58倾斜成转角时前轮12也侧倾,从而使三轮车辆10复制摩托车的运行状态(behavior)及驾驶风格。
将参照图2至图8详细地描述悬架组件24、26。悬架组件24、26彼此互为镜像并且以基本相同的方式起作用,如此,将仅相对于悬架组件24、26中的一个或另一个示出和/或描述一些部件。
参照图2和图3,前悬架组件26包括下悬架臂54,下悬架臂54在第一端部56可枢转地附连到支架57上,支架57刚性地附连到车架58的下部上,从而限定第一枢转点60。下悬架臂54还在第二端部64可枢转地附连到销轴82的下部78上,从而限定第二枢转点66以及轮侧倾轴线52。销轴82穿过转向节81并与转向/主销轴线50对准,使得转向节81可以相对于销轴82旋转,以使轮12围绕转向/主销轴线50转向。轴承83(图3)提供销轴82与转向节81之间的平滑旋转。毂或轴承84用于将前轮12附连到前悬架组件26上,使得前轮12围绕旋转轴线142旋转。转向节81还包括转向臂86。倾斜杆90将销轴82的顶部88连接到车架58上。转向杆130将转向节81的转向臂86连接到转向机构126上(如在图5和图6中最佳地可见)。
参照图4,下悬架臂54包括前部68和后部70,以形成“Y”形或“V”形。下悬架臂54在前部位置72(图2)和后部位置74(图5)附连到车架58上,前部位置72和后部位置74一起限定下悬架臂54的枢转轴线76。枢转轴线76穿过枢转点60。在图2中最佳地可见,下悬架臂54还包括第一端部56与第二端部64之间的向上弯曲部144。当车辆10在转弯过程中倾斜时,向上弯曲部144使得轮12与悬架臂54之间存在间隙。应当理解,向上弯曲部144位于包括枢转轴线76和轮侧倾轴线52的平面之上。
参照图5,车架58包括下构件59、直立构件55和上构件51。下构件59在后部(未示出)向上弯曲以与上构件51连接。直立构件55将上构件51的前部连结到下构件59的前部上以形成刚性车架58。支架57和53分别在前部位置72和后部位置74连接到下构件59上,下悬架臂54的前部68和后部70连接到前部位置72和后部位置74上。转向管柱22的上端部150穿过车架58的上构件51中的孔152,并通过安装到上构件51上的轴承(未示出)或者通过车辆10的其他部件支承。转向管柱22连接到转向传动杆系126上,转向传动杆系126接着连接到转向杆130的近端128上。转向杆130的运端132连接到转向节81的转向臂86上。优选地,转向杆130的近端128和远端132经由球形接头134连接到转向传动杆系126和转向臂86上,以使销轴82能够同时地倾斜和转向。转向杆130和球形接头134经由允许围绕轴线136旋转的枢转连接可枢转地连接到转向传动杆系126上。球形接头134与围绕枢转轴线136的枢转连接的组合使得在不绑定转向部件的情况下实现大的倾斜角和大的转向角。
图5示出了转向/主销轴线50,转向/主销轴线50通过销轴82相对于转向节81的旋转而限定以使车辆10转向。图5还示出了轮侧倾轴线52,轮侧倾轴线52通过下部78与下悬架臂54的端部64的连接来限定,轮12可以围绕侧倾轴线52朝向车架58或远离车架58侧倾。
现在参照图6,倾斜杆90的第一端部92连接到销轴82的顶部88上(图2),倾斜杆90的第二端部94连接到车架58的直立构件55上。由此将车架58的直立构件55直接连接到销轴82的顶部88上,从而当车架58倾斜时,经由倾斜杆90推动或拉动销轴82以围绕轮侧倾轴线52枢转。由此当车架58向一侧或另一侧倾斜时,使轮12侧倾。优选地,球形接头用于将倾斜杆90连接到销轴82的顶部88和车架58上,使得当推动或拉动销轴82时,倾斜杆90只可能承受张紧力和压缩力。倾斜杆90提供刚性连接以保持车架58的倾斜角与轮外倾角之间的对准,因此,轮外倾角的回转稳定性在高速下为车架58的定向提供稳定性。
参照图2、图6和图7,以震动塔(shock tower)96的形式的可枢转车架构件在下端部98可枢转地附连到车架58上,使得车架58围绕车架枢转轴线100相对于震动塔96枢转。由此,车架58和震动塔96可以围绕枢转轴线100相对于彼此枢转。震动塔96的上端部102包括支架104,支架104具有左侧部106和右侧部108。能够设想,支架104可与震动塔96以一件式构造一体地形成。电动致动器112安装在车架58的前部上,并经由输出齿轮117和齿轮118在震动塔96上选择性地施加扭矩。齿轮118被固定到震动塔96上并与车架枢转轴线100同轴。能够设想,致动器112可被垂直地而非水平地定向,在这种情况下,齿轮117、118将由锥齿轮或任意其他适当的齿轮传动装置代替。还能够设想,可以可替代地使用任意其他适当的致动器,比如机械或液压致动器。进一步地能够设想,可以设置一个以上的致动器112。减振器组件116的上端部114在枢转点115附连到支架104的右侧部108的末端上,同时减振器组件116的下端部122在枢转点123附连到下悬架臂54上。关于车架枢转轴线100对称地,第二减振器和致动器在震动塔96的左侧连接到震动塔96和车架58上。
返回参照图5,制动盘138被固定为围绕轴线142旋转。制动钳140被固定为相对于转向节81静止。当钳140向盘制动器138施加制动力以减小毂/轴承84的旋转速度并由此减小轮12的旋转速度时,销轴82承受沿箭头T的方向(车辆的向前行驶方向)的扭矩。因为轴线50、52的定向以及因为销轴82不能相对于下悬架臂54沿扭矩T的方向旋转,所以全部扭矩T均被传递到下悬架臂54。
当与设计成比如为下悬架臂54的承受制动力的传统双A形臂悬架的上A形臂相比较时,使所有制动力通过下悬架臂54使得倾斜杆90具有小的直径并占据非常小的纵向空间。特别是当使轮同时转向通过大转向角时,为轮留出了向内侧倾而不接触其他部件的充足空间。该设计还使得具有用于将减振器116容易地安装到震动塔96上的所需空间。
由于扭转力在上、下A形臂之间分配,因此具有上下布置的两个A形臂的现有技术设计使得臂更小。然而,这种构型会限制轮的倾斜程度。本发明的单个下悬架臂54比典型的双A形臂系统体积大,但使得倾斜杆90成为小的单根杆,由此释放了空间并使得轮能够比双A形臂系统倾斜得更大。
本构型允许为所有前悬架部件提供足够的空间,以在不相互干涉或不与致动器112干涉的情况下铰接、倾斜、侧倾及转弯。如图5中所示,减振器116位于基本垂直于车架枢转轴线100的基本竖直的平面141内。倾斜杆90和转向杆130也位于基本竖直的平面135、137内,基本竖直的平面135、137也基本平行于减振器116位于其中的平面141。
应当理解,在车架58向左或向右倾斜的同时,轮12也向左或向右倾斜,并且可能也同时转向。车架58和轮12的倾斜使转向杆130和倾斜杆90朝向下悬架臂54下降。在整个倾斜过程中将部件保持在其各自的基本竖直的平面内确保每个部件之间均不干涉。尽管在使轮12围绕轴线52倾斜的同时使轮12围绕轴线50同时转向将引起转向杆130和倾斜杆90的一些纵向运动,但与保留在基本竖直的平面内的部件相结合的部件之间的纵向距离确保部件之间不存在间隙。
参照图8,在操作中,车辆10以类似于两轮摩托车的方式反向转向以便转弯。以左转弯为例,驾驶员沿着如从上方看的顺时针方向在手柄杆20上施加扭矩,这使得转向节82围绕轴线52顺时针旋转。作用在轮12上的回转力施加围绕轴线52的逆时针扭矩(如从后部看时)。该扭矩经由转向节82和倾斜杆90传递到车架上,使车架58围绕车架枢转轴线100相对于震动塔96逆时针枢转,结果使得车辆向左转弯。在示出的实施方式中,在转弯过程中,内侧轮12的转向轴线50保持基本平行于车架58,而外侧轮12的转向轴线50则获得了轻微的负外倾角(未示出),然而应当理解,根据车辆10的具体几何结构,各转向轴线50可以以不同的角度或沿不同的方向侧倾。
如图8中可见,当车辆10倾斜到转弯时,在车架58围绕车架枢转轴线100相对于震动塔96枢转的同时,震动塔96保持基本竖直,使得前悬架的减振器组件116不受车架58的倾斜运动的直接影响。减振器组件116的操作与车架58的倾斜运动无关。在车架58倾斜的同时,轮12与减振器组件116之间的运动比(motion ratio)保持基本恒定,以便在倾斜到转弯并且与此同时行驶在崎岖地形上的同时,提供大致不变的轮阻尼(dampening)。运动比是轮12的竖直运动与相应的减振器16的行程之间的比值。本领域普通技术人员将会认识到,由于车架58的倾斜而使运动比产生实质的改变是不希望的。如图8中可见,当车架58倾斜时,减振器组件116的顶部枢转点115保持在距离车架枢转轴线100的恒定距离d1处。然而,当车架58向右倾斜时,减振器116的底部枢转点123(位于下悬架臂54上)沿行由其第一枢转点60围绕车架枢转轴线100的旋转位移引起的向下和向内的下悬架臂54的边缘位移。距离d3限定当车架58倾斜时枢转点60围绕车架枢转轴线100的旋转位移的半径。通过将d3保持在一定范围内,使运动比的改变最小。应当理解,通过减小距离d3,运动比变得更少地受到车架58的倾斜的影响。通过使下悬架臂轴线76(枢转点60)与车架枢转轴线100同轴,能够获得完全恒定的运动比。
将参照图9描述用于控制致动器112的控制单元200以及连接到控制单元200上的部件。控制单元200电连接到多个传感器上,多个传感器包括用于检测车辆10的行驶速度的车辆速度传感器202、用于检测车辆10的横向加速度的横向加速度传感器204、用于检测施加在转向机构上的扭矩的转向扭矩传感器206和用于检测车架58相对于参考角的角度的至少一个倾斜角传感器208。参考角可以是任意适当的角,例如由重力确定的竖直方向、路面的角度或者震动塔96的方向。能够设想,在不同的车辆速度可以采用不同的参考角。例如,参考角在低速下可以是竖直方向,在高速下是震动塔96的方向。控制单元200从传感器202、204、206、208接收关于车辆10的操作状态的信号。能够设想,可以省略这些传感器中的一些,或者用向控制单元200提供类似信息的其他传感器代替。可以进一步设想,可以将不同类型的另外的传感器电连接到控制单元200上。控制单元200电连接到致动器112上,并基于从传感器接收的信号控制致动器112的操作。
将根据多个可替代的实施方式参照图10A至图10D描述致动器112的操作。控制单元200选择性地使致动器112围绕车架枢转轴线100在车架58与震动塔96之间施加扭矩。由致动器112产生的扭矩的量值、方向和持续时间由控制单元200基于从传感器中的一个或更多个接收的输入和一个或更多个所储存的控制图谱确定。在本实施方式中,扭矩取决于由速度传感器202指示的车辆10的速度、由转向扭矩传感器206指示的施加在转向管柱22上的扭矩以及由倾斜角传感器208指示的当前倾斜角。由致动器112产生的扭矩T如下计算:
T=Kθ·θ+KS·S
其中,θ是相对于参考角的当前倾斜角,S是转向组件上的当前转向扭矩ST与将车架保持在希望的倾斜角所需的转向扭矩SF之间的差,Kθ和KS是基于由控制单元200接收的信号从控制图谱确定的量。能够设想,项目θ可以是相对于比如为在此所述的那些参考角的任意适当的参考角的当前倾斜角。能够进一步地设想,项目Kθ·θ可替代地由产生希望的性能特性的θ的任意适当的函数代替。能够进一步地设想,项目Kθ·θ可替代地由相对于两个或更多个适当的参考角的当前倾斜角的多变量函数代替,例如基于相对于震动塔96的倾斜角的第一分量和基于相对于竖直方向的倾斜角的第二分量。如果施加在车架58上的产生的扭矩是朝向参考角推压车架58的回复扭矩,则对于倾斜角θ的具体相关性可以采取任意适当的形式。S如下计算:
S=ST-SF
其中,SF是如图10E中示出的希望的倾斜角的函数。该希望的倾斜角基于包括车辆速度、转向扭矩和横向加速度的多个参数确定。应当理解,项目KS·S的作用是在车架上产生扭矩T,直到项目ST和SF的量值相等,其中,当倾斜角θ对应于转向扭矩ST时发生项目ST和SF的量值相等。
参照图10A,根据第一实施方式,当车辆以高速行驶时,Kθ为零;当车辆速度低于阈值速度v2时,Kθ的量值开始增大;随着车辆速度接近于零,Kθ的量值变得更大。Kθ的符号总为负,表明由倾斜角产生的扭矩T是沿与倾斜角θ相反的方向的回复力。扭矩T抵抗相对于参考角倾斜的车架58,产生随着车辆变慢而量值增大的“刚性”或倾斜阻力,在更慢的速度下将倾斜角有效地限制到更小的值。当车辆停止时,致动器112可以可选择地将车架58锁止在相对于参考角的竖直位置中。因此,当过度倾斜可能引起驾乘人员的不舒适或不方便时,防止低速下的大的倾斜角。具体地,当车辆10停止时,车架58保持在直立位置,使得驾驶员可以保持其足部位于脚踏杆30上的乘坐位置,而非如两轮摩托车通常所需要的哪样不得不将一只脚或两只脚放在地面上以保持车辆10直立。另外,如果驾驶员试图在低速下停驻车辆10,他可以在手柄杆20上施加很大的扭矩以使车辆10转向,而可能不希望车辆10显著地倾斜。在该实施方式中,KS为零,使得扭矩T只具有倾斜角分量,并且车辆10有效地在阈值速度v2以上自由倾斜,而不会由致动器112产生倾斜扭矩。通过反向转向并通过由驾驶员的反向转向产生的倾斜扭矩和车辆10的几何结构,而与致动器112无关地使车架58倾斜成转弯,车辆10以类似于摩托车的方式转向。
参照图10B,根据第二实施方式,Kθ类似于图10A的实施方式,并提供限制或防止在低速下倾斜的回复扭矩。在该实施方式中,在低速下KS为零,使得车辆10在低速下的倾斜运行状态类似于图10A的实施方式。在更高速度下,KS的量值逐渐增大,直至其达到在第二阈值速度v1以上的近似恒定值。在该实施方式中,当速度在v1以上并且驾驶员在手柄杆20上施加转向扭矩s表明他想要使车辆10转弯时,致动器112通过施加倾斜扭矩T辅助驾驶员补充由车辆的几何结构产生的倾斜扭矩。以此方式,驾驶员能够通过至少在v1以上的速度下比通常在自由倾斜车辆中所需的更小的作用力,在转弯过程中有效地倾斜车辆10。KS的符号总为负,表明车辆10反向转向,即倾斜扭矩T的方向(以及由此转弯的方向)与转向扭矩s的方向相反。
参照图10C,根据第三实施方式,Kθ类似于图10A的实施方式,并提供限制或防止在低速下倾斜的回复扭矩。在此实施方式中,在低速下KS为零,使得车辆10在低速下的倾斜运行状态类似于图10A的实施方式。在更高速度下,KS具有小的负值,使得当驾驶员在手柄杆20上施加转向扭矩s时,致动器112施加小的倾斜扭矩T,该倾斜扭矩T优选地近似足以克服在比如为传统摩托车的两轮倾斜车辆上通常不存在的致动器112和前悬架组件24、26的内部阻力。以此方式,致动器112提供在低速下的抗倾翻的稳定性,并使得车架58在更高速度下如同摩托车一样自由地倾斜,但不主动地辅助倾斜。可通过实验地确定特定摩托车的阻力以便在一定范围的速度下倾斜并相应地标定KS的图谱,KS的图谱可以可选择地标定为复制例如运动型摩托车或旅游摩托车的特定摩托车的驾乘感觉。在此实施方式中,通过反向转向并通过车辆10的几何结构产生用于使车辆10的车架58倾斜成转弯的主要倾斜力矩。
参照图10D,根据第四实施方式,Kθ为零,并且不提供限制或防止在低速下倾斜的回复扭矩。在此实施方式中,仅通过车辆10的悬架的几何结构提供对在低速下倾斜的阻力,该阻力一般不足以将车架58保持在直立位置。在此实施方式中,KS类似于图10B的实施方式,产生在v1以下的速度自由倾斜并且在v1以上的速度下辅助倾斜的车辆10。
在上文描述的实施方式中的任意一个中,控制单元200可以另外地利用其从车辆速度传感器202、横向加速度传感器204和倾斜角传感器208接收的信号,以确定是否存在或逼近不希望的倾斜状态。例如,车辆速度或由驾驶员施加到手柄杆20上的转向扭矩的减小可能造成车辆10的当前横向加速度不足以保持当前倾斜角,或者可能使当前倾斜角对于驾乘人员是不舒适的。在此情形下,不论从图谱确定的Kθ和KS的值如何,控制单元200可能使得致动器112施加回复扭矩,以使车架58朝向直立位置运动或防止倾斜角的增加。
可以设想,控制单元200可以使得车辆10的驾驶员能够从对应于图10A至图10D中的控制图谱的多个操作模式中选择操作模式。以此方式,驾驶员能够选择将由控制单元200提供的所需程度的倾斜辅助和总体驾乘体验。
对于本领域普通技术人员来说,对本发明的上述实施方式的修改和改进是容易想到的。前述说明意在示例而非限制。因此,本发明的范围意在仅由所附权利要求的范围限定。

Claims (19)

1.一种倾斜车辆,包括:
车架,所述车架具有前部和后部;
发动机,所述发动机由所述车架支承;
可枢转车架构件,所述可枢转车架构件可枢转地连接到所述车架上,所述车架能够围绕枢转轴线相对于所述可枢转车架构件在直立位置与多个倾斜位置之间枢转;
左前轮和右前轮,所述左前轮和右前轮布置在所述枢转轴线的相对的横向侧上,所述轮中的每一个均经由前悬架组件连接到所述车架的所述前部上;
每个所述前悬架组件均具有:
悬架臂,所述悬架臂具有可枢转地连接到所述车架上的第一端部和可枢转地连接到所述轮上的第二端部;以及
减振器,所述减振器具有连接到所述可枢转车架构件上的上端部和连接到所述悬架臂上的下端部;
转向组件,所述转向组件由所述车架支承,并被操作地连接到所述左前轮和所述右前轮上以使所述车辆转向;
后悬架,所述后悬架连接到所述车架的所述后部上;
后轮,所述后轮经由所述后悬架连接到所述车架上;
所述轮中的至少一个被操作地连接到所述发动机上以推进所述车辆;以及
致动器,所述致动器具有连接到所述车架上的第一部分和连接到所述可枢转车架构件上的第二部分,所述致动器可操作以选择性地使所述车架围绕所述枢转轴线相对于所述可枢转车架构件枢转,
至少当所述车辆的速度在第一阈值速度以上时,沿第一方向施加在所述转向组件上的扭矩使得所述车架沿与所述第一方向相反的第二方向相对于所述可枢转车架构件枢转,以使所述车辆沿所述第二方向转向;以及
当所述车架位于所述多个倾斜位置中的一个中并且所述车辆的速度在第二阈值速度以下时,所述致动器朝向所述直立位置推压所述车架。
2.如权利要求1所述的车辆,其中,所述第一阈值速度大于所述第二阈值速度。
3.如权利要求1所述的倾斜车辆,其中,至少当所述车辆的速度在所述第一阈值速度以上时,使所述车架相对于所述可枢转车架构件枢转的扭矩与所述致动器无关。
4.如权利要求1所述的倾斜车辆,其中,至少当所述车辆的速度在所述第一阈值速度以上时,施加在所述转向组件上的扭矩使所述致动器沿所述第二方向相对于所述可枢转车架构件在所述车架上施加扭矩。
5.如权利要求1所述的倾斜车辆,其中,当所述车架位于所述多个倾斜位置中的一个中并且所述车辆的速度在所述第一阈值速度以上时,响应于施加在所述转向组件上的扭矩的减小和车辆的速度的减小中的至少一个,所述致动器朝向所述直立位置推压所述车架。
6.一种操作倾斜车辆的方法,所述车辆包括:
车架,所述车架具有前部和后部;
可枢转车架构件,所述可枢转车架构件可枢转地连接到所述车架上,所述车架能够围绕大致水平的枢转轴线相对于所述可枢转车架构件在直立位置与多个倾斜位置之间枢转;
转向组件,所述转向组件由所述车架支承,用于使所述车辆转向;以及
致动器,所述致动器具有连接到所述车架上的第一部分和连接到所述可枢转车架构件上的第二部分,所述致动器可操作以选择性地使所述车架围绕所述枢转轴线相对于所述可枢转车架构件枢转;
所述方法包括:
确定施加在所述转向组件上的转向扭矩;
确定所述车辆的行驶速度;
确定所述车架相对于参考角的倾斜角;以及
围绕所述枢转轴线相对于所述可枢转车架构件在所述车架上施加扭矩,
至少当所述行驶速度在第一阈值速度以上时,施加在所述车架上的扭矩沿与所述转向扭矩相反的方向,由此使所述车辆沿施加在所述车架上的所述扭矩的方向转弯;以及
至少当所述行驶速度在第二阈值速度以下时,由所述致动器施加的扭矩沿与所述倾斜角相反的方向,所述第二阈值速度小于所述第一阈值速度。
7.如权利要求6所述的方法,其中,当所述行驶速度在所述第一阈值速度以上时施加扭矩包括:
确定所述转向扭矩沿第一方向施加在所述转向组件上;以及
利用所述致动器沿与所述第一方向相反的第二方向在所述车架上施加扭矩。
8.如权利要求6所述的方法,其中:
当所述行驶速度在所述第二阈值速度以下时,由所述致动器施加的扭矩的量值随着所述速度的减小而增大。
9.如权利要求6所述的方法,还包括:当所述行驶速度为零时,防止所述车架相对于所述可枢转车架构件围绕所述枢转轴线枢转。
10.如权利要求6所述的方法,其中,当检测到所述转向扭矩和所述行驶速度中的至少一个的量值减小时,所述扭矩沿与所述倾斜角相反的方向。
11.如权利要求6所述的方法,其中:
确定所述车架相对于参考角的倾斜角包括:确定所述车架相对于竖直方向的倾斜角。
12.如权利要求6所述的方法,其中:
确定所述车架相对于参考角的倾斜角包括:确定所述车架相对于所述可枢转车架构件的倾斜角。
13.如权利要求6所述的方法,其中:
确定所述车架相对于参考角的倾斜角包括:确定所述车架相对于路面的倾斜角。
14.一种操作倾斜车辆的方法,所述车辆包括:
车架,所述车架具有前部和后部;
可枢转车架构件,所述可枢转车架构件围绕大致水平的枢转轴线可枢转地连接到所述车架上,所述车架能够相对于所述可枢转车架构件在直立位置与多个倾斜位置之间枢转;
转向组件,所述转向组件由所述车架支承,用于使所述车辆转向;以及
致动器,所述致动器具有连接到所述车架上的第一部分和连接到所述可枢转车架构件上的第二部分,所述致动器可操作以选择性地使所述车架围绕所述枢转轴线相对于所述可枢转车架构件枢转;
所述方法包括:
确定施加在所述转向组件上的转向扭矩;
确定所述车辆的行驶速度;
确定所述车架相对于参考角的倾斜角;以及
当所述行驶速度在阈值速度以上时,响应于沿与第一方向相反的第二方向施加在所述转向组件上的转向扭矩,利用所述致动器沿所述第一方向围绕所述枢转轴线相对于所述可枢转车架构件在所述车架上施加倾斜扭矩,由此使所述车辆沿所述第一方向转弯。
15.如权利要求14所述的方法,还包括:当所述行驶速度为零时,防止所述车架相对于所述可枢转车架构件围绕所述枢转轴线枢转。
16.如权利要求14所述的方法,还包括:当检测到所述转向扭矩和所述行驶速度中的至少一个的量值减小时,利用所述致动器沿与所述倾斜角相反的方向施加倾斜扭矩。
17.如权利要求14所述的方法,其中:
确定所述车架相对于参考角的倾斜角包括:确定所述车架相对于竖直方向的倾斜角。
18.如权利要求14所述的方法,其中:
确定所述车架相对于参考角的倾斜角包括:确定所述车架相对于所述可枢转车架构件的倾斜角。
19.如权利要求14所述的方法,其中:
确定所述车架相对于参考角的倾斜角包括:确定所述车架相对于路面的倾斜角。
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