CN105531182B - 两轮陀螺稳定车辆及用于控制这样的车辆的方法 - Google Patents

两轮陀螺稳定车辆及用于控制这样的车辆的方法 Download PDF

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Abstract

提出的是：一种具有陀螺稳定性的两轮陀螺稳定车辆以及用于控制这类车辆的方法。提出的两轮车辆的具体特征为其设计中存在的稳定的两级陀螺仪和支承设备，两级陀螺仪的框架相对于车身绕竖直轴线自由转动，支承设备将车轮连接至车辆车身，使得所述车轮可能独立运动，并确保车辆在不平地面上运动期间是稳定的。车辆还包含框架旋转角度传感器和控制系统，传感器确定旋转的存在和陀螺仪框架的旋转角度的大小，控制系统从所述传感器接收关于所述角度的信号。在控制系统的帮助下，通过改变车辆车轮的旋转速度使陀螺仪转子的旋转轴线与车辆的运动方向之间的角度保持等于九十度，由此维持平衡。通过施加在横向方向上的特定力来确保方向控制。根据本发明使用陀螺稳定性和支承设备使得可能减小轮距尺寸，由此减小车辆的总体尺寸，并且同时维持所述车辆的稳定性。

Description

两轮陀螺稳定车辆及用于控制这样的车辆的方法
技术领域
本发明涉及一种设计用于运输人或货物的车辆，尤其涉及一种两轮陀螺稳定车辆以及用于这类车辆的平衡和转向的方法。
背景技术
行人常常使用不同的单轴两轮车辆来帮助他们运输。然而，这些车辆具有多种缺点，例如尺寸大，侧向稳定性不够，而对于这类车辆的转向，使用者通常需要使用两只手并且培养一定程度的技巧，以便能够保持平衡。
存在不同的与大量行走相关的人类活动(例如，服务员、销售者、购物者、博物馆工作人员、办公室职工、机场工作人员、仓库工作人员等)，在这些活动中，允许使用者在不使用手的情况下进行转向的、紧凑并且合理利用的车辆将极其有益于这类人并且使其腾出手来做更多事。此外，存在一大群运动功能受限的人，采用能够帮助他们容易地四处移动的设备能够使他们的生活更容易。
最后，这类设备可被用作用于多种类型的自动设备(例如机器人)的底盘，其中这类设备需要能够在小空间中四处移动。
现有技术中已经知道用于移动人或货物的多种两轮车辆以及它们相应的控制方法。
美国专利7717200号的说明书公开了一种车辆，其包含车身和两个车轮。车辆还包含支撑骑车者的腿的踏脚支承件、转向手柄和悬挂，该悬挂将车轮连接至车身并且被放置在所述踏脚支承件的下面。悬挂包含平行连杆机构，平行连杆机构带有布置在平行连杆之间的弹性元件，以便生成应用到车身的弹簧力，从而保持所述脚踏板与所述车身平行。为了稳定车辆，骑车者使用安装在车辆的车身上的转向手柄，通过侧向移动手柄能够使车辆的车身向一侧倾斜。车辆的稳定性由宽的轮距额外地提供。所述车辆的转向和平衡要求特殊的技巧，并且骑车者不能够在不使用手的情况下使用它。
此外，美国专利7370713号的说明书公开了一种同轴两轮车辆。车辆的侧向稳定性由宽的轮距提供，而转向由安装在车辆的底座上的转向手柄的旋转提供。车辆具有大的总体尺寸，要求在骑车期间使用者的手与手柄之间的持续相互作用，并且也不允许在不使用手的情况下操作。
此外，俄罗斯专利2333862号的说明书公开了一种用于运载负载的车辆。车辆包含车身、平台以及对平台进行支承的车轮。车辆还包含安装在车身上的移动的质量体和陀螺仪，以便稳定车辆。陀螺仪安装在平台上，从而陀螺仪转子的旋转轴线是竖直的。车辆的稳定性由安装在平台上的飞轮额外地提供。因此，车辆的稳定性由许多使车辆的机构变复杂的设备提供。
因此，需要一种带有同轴车轮的两轮车辆，其具有简单的结构，可以采用简单的方式进行稳定和转向，并且具有小的总体尺寸。
发明内容
本发明的目的是提供一种两轮车辆，其没有上述缺点并且特别地具有小的侧向尺寸，从而它能够在紧凑的空间、室内中使用，并且同时是侧向稳定的。
可通过文中要求保护的两轮陀螺稳定车辆来满足这些目的。车辆包含车身、两个车轮、支承结构件、两个车轮马达和陀螺仪，其中支承结构件连接车身和车轮，每个车轮马达均连接至相应的车轮，陀螺仪包含陀螺仪转子和陀螺仪框架，其中可旋转的陀螺仪框架安装在车身上。车辆还包含安装在车身上的至少一个角度传感器，以便检测陀螺仪框架相对于车身的旋转。车辆具有以下特征：支承结构件适于使车轮关于彼此且关于车身独立移动，并且控制系统还适于将扭矩施加到陀螺仪框架。
根据本发明的车辆具有小的侧向尺寸，因此车辆可在有限的空间中使用。车辆由于陀螺扭矩而在侧向方向上是稳定的，并且通过转动车辆车身以跟随陀螺仪框架的旋转来实现长期稳定。也通过使车轮关于彼此和关于车身移动来提供车辆的稳定性，因此车轮可保持与地面接触，并且尽管地面不平坦，车辆也可围绕其旋转轴线转动。此外，由于车轮关于车身的独立运动，不会有不希望的(侧倾)力矩被施加于车身并且不会发生不希望的车身的旋转。
此外，文中要求保护的是一种用于运载骑车者的两轮陀螺稳定车辆，其带有用于骑车者的腿的踏脚支承件。车辆具有小的侧向尺寸，因此，车辆可放置在骑车者的腿之间。车辆在侧向方向上是稳定的，并且可通过在转向期间倾斜骑车者的质心而手保持空闲来以简单的方式进行转向。踏脚支承件可配备有额外的用于快速改变车辆运动方向的控制装置。为了使车辆对于骑车者来说更方便，车辆可配备有容纳骑车者的座位以及为骑车者提供额外支承的手柄。
此外，文中要求保护的是一种用于运载负载的两轮陀螺稳定车辆。车辆包含用于运载负载的平台并且车辆可被用作机器人的底盘。车辆具有小的侧向尺寸，因此它可用来在有限的空间中运输货物或负载。由于高的稳定性，车辆提供安全的运输。用于运载负载的平台也可以包含用于将负载附接到车辆的装置。
通过实施用于控制根据本发明的车辆的方法来实现车辆的侧向稳定性。方法包含在施加干扰力时测量陀螺仪框架相对于车身的旋转角度的步骤，以及改变车轮的旋转速度差值以适应所述旋转角度的步骤。因此，在不使用额外的装置的情况下，车辆在干扰力施加期间可以是侧向稳定的。角度传感器持续测量陀螺仪框架相对于车身的旋转，因此可以及时地将信号发送到控制系统，并且可以及时地改变车轮的速度以跟随陀螺仪框架的旋转使车辆车身转动，并且因此保持陀螺仪的稳定作用。
根据本发明的车辆的方向控制可以由文中要求保护的控制方法提供。方法包含步骤：将侧倾控制力施加到车身，测量陀螺仪框架相对于车身的旋转角度，以及根据旋转角度改变车轮的旋转速度差值以控制车辆运动的方向。
方法可用来提供简单有效的方式来使车辆转向。
特别地，通过测量陀螺仪框架以及陀螺仪转子(与陀螺仪连接)的旋转轴线从陀螺仪转子的旋转轴线垂直于第二竖直平面的位置的偏转角，来提供螺仪框架的旋转角度的测量，并且依靠例如控制负载的运动(在运载负载的车辆的情况下)或依靠使骑车者的质心倾斜(在用于运载骑车者的车辆的情况下)来将侧倾控制力施加到车身。
附图说明
下面是参照所附附图对本发明的优选实施例的详细描述，其中：
图1示出了根据本发明的车辆的工作面、点、轴和角的安排；
图2是根据本发明的一个实施例的车辆的前方侧视图；
图3是图2示出的车辆的后方侧视图，其中为清楚起见未示出左车轮；
图4是根据支承结构件的一个实施例示出了的支承结构件在车辆匀速直线地移动时的局部视图；
图5是示出了当车辆轧过障碍物时图4中支承结构件的位置的局部视图；
图6是当车辆轧过障碍物时的支承结构件操作的示意图；
图7是根据本发明的另一实施例的车辆的前方侧视图；
图8是图7中示出的车辆的后方侧视图，其中为清楚起见未示出左车轮；
图9是当车辆轧过障碍物时支承结构件操作的图示；
图10是实施本发明中公开的控制方法时的力和扭矩作用的示意图；
图11是公开的车辆的控制系统的示意图；
图12是通过使车辆车身倾斜来实施本发明中公开的方向控制方法时的力和扭矩作用的示意图；
图13是根据一个实施例的用于运载骑车者的车辆的前方侧视图；
图14示出了图13中示出的车辆的踏脚支承件到车轮轴的固定的连接；
图15是根据另一实施例的用于运载骑车者的车辆的前方侧视图；
图16示出了图15中示出的车辆的踏脚支承件到其车身的可移动的连接；
图17是示出了根据另一实施例的用于运载骑车者的车辆的前方侧视图；
图18是根据另一实施例的用于运载负载的车辆的前方侧视图；
图19是图18中示出的车辆的后视图，其中未显示用于运载负载的平台；
图20是用于控制图19中示出的用于运载负载的车辆的控制系统的示意图。
具体实施方式
在描述优选的实施例的结构之前，为了便于理解公开的发明的结构特征，将阐述某些几何术语；将在下文中引用所述术语。
在图中，车辆的相同结构元件用相同的附图标记指示。
图1示出了根据本发明的车辆在其匀速直线运动期间的车辆位置中的工作面、点和角的安排。车辆车轮的旋转轴线AB和CD位于第一竖直(横向或侧)平面(y-z)中，第二竖直(纵向)平面(x-z)在垂直于第一竖直平面的方向上穿过质心G。垂直于所述竖直面的第三平面是水平支承平面(x-y)，车辆沿着第三平面移动。圆Wr、Wl是车轮的简化图示，点R和L分别是左车轮和右车轮与水平支承面(x-y)的接触点。轴线ωψ是车辆偏航轴线，轴线ωγ是车轮侧倾轴线，轴线ωθ是车辆俯仰轴线，角ψ、γ和θ分别是偏航角、侧倾角和俯仰角。角γr是右车轮轴在第一竖直平面(y-z)中的倾角，角γl是左车轮轴在所述平面中的倾角。出于清楚起见，所述车轮轴被示出为从平行于水平支承平面(x-y)的位置显著地倾斜。关于车辆运动方向(与车辆的侧倾轴线ωγ的方向一致)确定术语“右”和“左”。EF指示陀螺仪框架的旋转轴线，并且所述旋转可以以角度θf围绕俯仰轴线ωθ发生在第二竖直平面(x-z)中，其中所述角度在-30到+30度的范围内，并且轴线EF的旋转角度的初始位置在所述轴线与一直线一致的点处(所述直线在所述纵向平面(x-z)和横向平面(y-z)的相交处形成)。车辆的质心G位于距轴ωψ、ωγ和ωθ的相交点O高度H处，其中，车辆车身被示意性地显示为线段GO并且被竖直地布置。b指示车轮的支承点之间的距离(轮距)。V、Vr、Vl分别是质心G的直线移动速度、右车轮的直线移动速度和左车轮的直线移动速度。
图2至图3示出了根据本发明的一个实施例的车辆。
车辆包含车身1，车身1在图中被示意地显示成框架结构件，该框架结构件带有连接至其的支承结构件。车身1包含左轴销2和右轴销3。支承结构件的左杠杆4和支承结构件的右杠杆5可旋转地安装在轴销2、3上。由于杠杆4、5采用滚动接触轴承安装在轴销2、3上的事实，因此提供所述可旋转性。杠杆4、5在围绕轴销2、3旋转期间在竖直平面中的位移被止挡件(未示出)限制。杠杆4、5的相对端包含车轮轴6、7，车辆的左车轮8和右车辆9可旋转地安装在车轮轴上(轴7相对于轴6对称布置并且在图5中示出)。车轮包含轮辋和充气轮胎或由弹性材料制成的轮胎。用于使车辆的车轮8、9旋转的左驱动器10和右驱动器11也安装在所述轴上。每个驱动器10、11包含马达、减速单元和功率放大器。
车辆还包含速率陀螺仪，速率陀螺仪包含大块转子12和框架13，转子12可旋转地安装在框架13中。采用轴承支座14、15将框架13连接至车身1，所述支座包含安装在车身1中的轴承。因此，允许框架13相对于车身1旋转。框架13的旋转角度由陀螺仪框架止挡件16、17限制。转子12通过轴承安装在框架13中，并且被单独的陀螺仪转子驱动器18高速驱动。陀螺仪的旋转轴线19水平布置，大体上平行于车轮的轴8、9并且大体上垂直于运动方向。转子的旋转方向与车轮旋转方向一致。
车辆还包含安装在车身1上并且适于把扭矩施加到框架13上的扭矩驱动器20。扭矩驱动器20可以是例如电气扭矩驱动器，其包含具有减速单元和功率放大器的电动机，功率放大器将控制信号转换成电动机电流。扭矩通过扇形齿轮21从扭矩驱动器20传递到框架13，框架13在轴承支座14、15中围绕竖直轴线转动。
承载摇杆23安装在车身1上。所述摇杆23安装在车身1上，可相对于摇杆的轴24旋转，并且包含由球端形成的左端部和右端部。
陀螺仪框架的角度传感器25安装在框架13上并且检测陀螺仪框架相对于车身1在轴承支座14、15中围绕竖直轴线的旋转角度。传感器25的初始位置与转子12的位置相对应，其中转子的旋转轴线与侧倾轴线之间的角度为90度。所述轴线之间的角度差值在零与某一角度之间变化，所述角对应于当框架13转动到止挡件16、17时的框架13的位置，其中，传感器25适于发送与所述角度差值成比例的信号。
角速度陀螺传感器26也安装在陀螺仪框架13上。所述传感器测量陀螺仪转子12的进动角速度并且适于发送与转子12的进动速度成比例的信号。
车辆还包含控制系统28，控制系统28容纳于控制系统主体中，所述主体包含机载系统计算机、车身1的俯仰和侧倾旋转的角速度陀螺传感器，以及用于接收驱动控制信号和用于将远程数据信号发射到外部使用者的发射机(例如无线发射机)。控制系统包含带有微控制器的机载计算机，微控制器具有足够的处理能力和需要的外围设备(例如，STM32F3系列微处理器)，所述计算机容纳于控制系统主体中并且适于从所述陀螺传感器和传感器25、26接收数据，以处理所述数据并将相应的控制信号传送到驱动器10、11的放大器，放电器将从系统13接收到的控制信号转换成所述驱动器的电流并且改变车轮8、9的旋转速度。
电池30和/或电能产生器(未示出)被用作用于车辆驱动器以及用于控制系统的自备电源。
图4至图5示出了摇杆23附接到车身1，以及当车辆轧过障碍物时所述摇杆23的位置变化的局部视图。
用轴承将摇杆23安装在摇杆的轴24上，因此提供摇杆23相对于所述轴24的旋转。摇杆23的球端31、32容纳于支承结构件的左杠杆4和右杠杆5中的成形槽34、35中，从而形成球接头，其中球端31、32到摇杆23的中心的距离相等。因此，车辆的重量在车轮8、9之间均等地分配。
图6是当车辆在粗糙表面上移动时支承结构件操作的示意图。在粗糙表面上运动期间，杠杆4、5围绕轴销2、3在相反方向上以相等角度转动，同时摇杆23也转动，球端31、32在成形槽34、35的表面上滑动，因此车辆的重量转移到车轮8、9。当车辆以一个车轮8或9轧过障碍物时，车身1被竖直地移位，移位的距离等于障碍物的高度的一半，并且支承结构件不会沿着侧倾轴线将干扰扭矩传递给车身1，并且车轮轴大体上保持在一个竖直平面中。
图7至图8示出了根据另一优选的实施例的车辆，所述车辆包含不同的支承结构件。根据这个实施例，该支承结构件包含连接至车身1的两个枢轴40、41。左转节连接件42和右转节连接件43可旋转地安装在枢轴40、41上并且适于围绕所述枢轴转动。圆筒45、46固定地安装在转节连接件42、43上。圆柱形支承件47、48安装在圆筒45、46中并且适于在纵向方向上相对于圆筒45、46移位。驱动器托架49、50(包含用于容纳驱动器10、11的开口)附接至每个支承件47、48的下端。球端52、53放置在每个支承件47、48的上端并且包含开口，支承件47、48的轴55、56安装在所述开口中(安装在轴承上)。驱动器10、11固定在驱动器托架49、50的开口中(固定在轴6、7上)。支承结构件还包含等臂承载摇杆57，等臂承载摇杆57依靠摇杆的轴58可旋转地安装在车身1上并且适于围绕所述轴转动。在一些情况下，轴58可由同轴地安装在车身1中的两个圆柱形构件构成。摇杆57具有在其端部处的开口，并且支承件47、48的轴55、56可旋转地安装在其中。
图7至图8中示出的车辆还包含速率陀螺仪和转子驱动器，其中转子包含水平地并且垂直于运动方向布置的旋转轴线，其中所述转子和所述驱动器容纳在起陀螺仪框架作用的主体60中。
图9示出了当车辆轧过障碍物时支承结构件的操作的图示。支承结构件被如下操作。在光滑的表面上，当负载放置在车身1上时，车辆的重量经由轴58到摇杆57转移到所述表面。摇杆57通过支承件的轴55、56将车辆的重量均等地转移到球端52、53、支承件47、48、驱动器托架49、50、驱动器10、11、车轮轴6、7和车轮8、9。此外，摇杆57通过支承件的轴55、56转移重量并阻止支承件47、48围绕竖直轴线转动，因此车轮的旋转轴保持在一个平面中。车轮的纵向和横向位置通过圆筒45、46、支承件47、48和转节连接件42、43固定。
当右车轮9遇到障碍物时，右车轮9和支承件47相对于车身1被抬高并且在圆筒45中逐渐向上移位，由此使得摇杆57围绕摇杆的轴58转动。当摇杆57转动时，支承件的轴线56斜着移位。所述移位使得转节连接件43在横向平面中围绕枢轴41转动一小的角度。支承件47、驱动器托架50和右车轮9也连同转节连接件43一起在横向平面中转动一小的角度。由此左车轮8相对于车身降低并且在圆筒46中逐渐向下移位。如上所述，摇杆57的旋转导致转节连接件42、支承件48、驱动器托架49和车轮8围绕枢轴40转动一大体上等于另一转节连接件的旋转角度的角度。由此，车身1被抬高一等于障碍物高度的一半的距离。因此，干扰扭矩没有从障碍物传递到车身和陀螺仪转子，并且车轮的旋转轴线保持在一个竖直平面中。
低速运动时，仅仅使用陀螺扭矩来执行包含支承结构件的车辆的侧倾稳定(支承结构件不会将侧倾扭矩施加到车辆车身)。当干扰侧倾扭矩作用在车辆上并因此作用在固定在车身1上的陀螺仪框架13中的陀螺仪转子12上时，转子12自由进动并且框架13随之一起围绕框架的轴线转动。陀螺扭矩与干扰扭矩完全相等，并且不发生围绕侧倾轴线的旋转。车辆的车身1保持在初始位置中。如果干扰影响足够持续，那么陀螺仪框架13最多转动到框架的止挡件16、17，止挡件16、17抑制转子12的自由进动。在这种情况下，车辆的车身1将通常进行由陀螺扭矩引起的复杂运动，即同时围绕侧倾轴线和方向轴线转动。转动速度的比率将主要由沿着相应轴线的惯性扭矩和摩擦力的比率确定。因此，形成了针对侧倾角度的车身1的非零倾斜速度，并且由于实质上不存在被动侧倾稳定性的事实，因此即使当受到低扭矩影响时，车辆也可能会翻车。因此在不采用特殊手段的情况下，带有陀螺仪和不会将侧倾扭矩施加到车辆车身的支承结构件的车辆只有短期稳定性。为了通过陀螺仪来提高持续的稳定性，有必要在干扰扭矩作用的整个持续时间内提供陀螺仪转子的自由进动的可能性。
在本发明中，通过使用特定的车辆控制方法来实现陀螺仪的持续稳定作用。图10是使用所述方法时影响车辆的力和扭矩的图示的俯视图。
为了控制车辆运动来保持陀螺仪的稳定作用(以提供自由转子进动的可能性)，车身1和车轮Wl、Wr一起围绕竖直轴线以瞬时速度ωψ跟随陀螺仪转子12转动，因此保持转子的旋转轴线yr和侧倾轴线x之间的角度为90度，其中陀螺仪转子12在侧倾干扰扭矩Мγ(示出的扭矩轴线)的影响下以转子进动速度ωp进动。
使用控制系统28进行这样的旋转，控制系统28包含角度传感器25，角度传感器25测量陀螺仪框架13相对于车身1的旋转。调节传感器25相对于车身1的平均位置，以使传感器25的输出端处的零信号与框架13的这样的位置相对应，其中陀螺仪转子的轴线yr平行于第一竖直平面(y-z)并且垂直于侧倾轴线x。因此，角度传感器25产生与转子的轴线yr从一位置偏转的角度ψf成比例的信号，在该位置中，转子的轴线yr垂直于干扰扭矩Мγ的轴线。
图11示出了当使用所述方法时控制系统28的操作。当从角度传感器25获得与偏转角度ψf的值成比例的信号时，控制系统28产生被输入到驱动器10、11的功率放大器中的两个控制信号，功率放大器采用这样的方式改变车轮8、9的旋转速度差值：即，使一个车轮的旋转速度增加，使另一车轮的旋转速度降低同样的值(或如果车辆的纵向速度为零，则使车轮在相反方向上转动)。这样的旋转速度差值导致车轮运动的速度Vl和Vr的差值，并且导致车身1和车轮轴围绕竖直轴线转动。因此，车身1的旋转角速度ωψ的值与车轮运动的速度Vl和Vr的差值以及与轮距b成比例。根据PID控制原理执行对所述速度的控制，以便保持转子12的进动角速度ωp和车身1的旋转角速度ωψ之间的差值，以及偏转角ψf的值为零值。因此，控制系统28的操作导致转子轴线27从要求的位置偏转一由控制系统中的动态过渡过程确定的小值，并且随后实现车辆的持续陀螺稳定。
干扰扭矩可能是内部和外部的。两种类型之间的不同在于在车辆旋转时外部扭矩的运动方向不改变，而内部扭矩的运动方向会随着车辆车身一起转动。例如，在横向方向上吹的风的力可形成外部扭矩。当被所述扭矩影响时，车身将转动从而干扰力的横向影响将降低，而纵向影响将增加，直到车身转动90度并且横向影响达到零。控制系统28将根据俯仰角通过倾斜车身1并形成与外部力强度相同方向相反的力来抵消外部干扰影响。
当受到内部扭矩影响时，车辆以与扭矩和当前速度成比例的恒定角速度转动。
由控制系统引起的侧倾扭矩会导致车身1以及相关联的车轮8、9围绕竖直的轴线转动。车辆的运动方向垂直于连接车轮与表面之间的接触点的线。车辆速度向量随着车轮的旋转而转动。因此，通过形成预定的侧倾控制扭矩可能控制车辆运动的方向。
为了控制车辆的运动方向而使用控制扭矩，归因于由质心在横向方向上的转移所产生的横向力，形成所述扭矩。当质量ml在横向方向上从纵向平面转移一距离l时，车辆被侧倾控制扭矩Mc影响：
Mc＝ml×g×l
其中g是重力加速度。
由于支承结构件不会将侧倾扭矩施加到车身的事实，控制扭矩通过陀螺仪框架13被传递到陀螺仪转子12，并且使其围绕竖直轴线进动，因此使陀螺仪框架转动。依靠控制系统28，车身1和车轮8、9随着陀螺仪框架13一起转动，并且车辆运动方向改变。在运动速度为零时，车辆就地转动，在非零速度时，车辆沿着某一半径移动。在以速度V沿着半径R运动期间，车辆受到在横向平面中施加到质心的离心力Fcf的影响：
其中m是车轮的总质量。
所述力产生离心扭矩Mcf:
Mcf＝Fcf×H
如果陀螺仪转子12的旋转方向Ω与车轮8、9围绕其轴的旋转方向一致，则离心扭矩Mcf和控制扭矩Mc反号，并且作用在陀螺仪转子12上的总扭矩Mg将小于控制扭矩：
Mg＝Mc-Mcf
如果选择转子12这样的旋转方向，那么控制系统28(依靠负反馈)不允许车辆高速急转弯。当转子12和车轮8、9的旋转方向为如此关系时，车辆运动速度的方向是被定义成向前运动的主方向。
只有在低速下才能够在相反方向上运动，或向后运动，其中离心力的扭矩低于控制扭矩。高速下，向后运动可能由于因此形成的正反馈而导致失稳。
已知纵向速度V，可确定已建立的车辆旋转速度ωψ的值，所述速度与在控制扭矩Mc影响下的陀螺仪转子进动速度ωp一致：
Mg＝Mc-Mcf
ωψ×K＝Mc-m×V×ωψ×H
其中K是陀螺仪转子角动量。
车辆运动轨迹的半径R的值与控制扭矩Mc的值成反比：
然而，由于控制系统中的瞬态控制偏差和过渡过程，车身1的旋转速度ωψ通常不等于进动速度ωp。通过使用安装在陀螺仪框架13上的角速度陀螺传感器26测量转子12的进动速度ωp，控制系统28的机载计算机使用上述等式计算总作用侧倾扭矩的值，并且使用所述数据来改善它的操作。所述信号也可用于在操作之前将车辆设置到初始位置。
可采用多种方式提供用来获得控制效果的质心的转移。通过使特定负载在车辆的横向平面中移位来形成控制扭矩。车辆的沉重的部件(例如电池)可被用来形成所述负载。
在个人车辆中，当骑车者在车辆上时，通过相对于车辆横向转移骑车者的身体来实现横向控制效果，这允许在没有任何附加装置的情况下的方向控制。
可通过使车辆的车身1围绕侧倾轴线倾斜来获得控制力矩。可凭借允许车身围绕侧倾轴线自由转动的支承结构件，以及凭借适于围绕陀螺仪框架13的轴线将转矩施加到陀螺仪转子12的扭矩驱动器20来提供这个可能性。车身1的倾斜控制包括两个相继的步骤。在第一个步骤中，倾斜车身1，并形成控制扭矩。在第二个步骤中，车辆以车身1的恒定倾斜角度沿着设定轨迹移动。可预见到第二个步骤的持续时间超过第一个步骤的持续时间。
图12示出了影响具有在横向平面中倾斜(侧倾)一角度γ的车身1的车辆的力和扭矩的图表。车辆车身1的这个位置与第二个步骤相对应。图12示出了后视图。纵向速度向量V被定向成垂直于附图的平面在远离观察者的方向上，并且所述向量通过位于车轮8、9的中心的点O。侧倾轴线也穿过所述点。
控制扭矩Mc的值依赖于倾斜角度的值γ、质心的高度H和车身重量P：
P＝m×g
Mc＝P×H×sinγ
在已建立的模式中，控制系统所提供的车身1围绕竖直轴线的旋转速度为：
当以速度V移动时，车辆也受到离心力Fcf的影响。离心力Fcf的值由运动速度V和车身的旋转速度ωψ确定：
Fcf＝m×V×ωψ
所述力产生围绕侧倾轴线的扭矩：
Mcf＝Fcf×H×cosγ
Mcf＝m×H×V×ωψ×cosγ
控制扭矩Mc和离心扭矩Mcf之间的差值由自由进动的陀螺仪转子12的陀螺扭矩Mg平衡：
Mg＝Mc-Mcf
转子12在总扭矩的影响下的进动速度为：
ωp＝Mg/K
其中K是转子角动量。
因此，可以说：
ωψ×K×cosγ＝m×g×H×sinγ-m×V×ωψ×H×cosγ
ωψ＝m×g×H×sinγ/(K×cosγ+m×V×H×cosγ)
在角度γ小时，以下成立：
sinγ≈γ
cosγ≈1
因此，可以说：
ωψ＝m×g×H×γ/(K+m×H×V)
上面的等式显示出车辆的方向旋转速度与侧倾角度成比例，并且当纵向速度增加时，车辆的方向旋转速度降低。
因此，车辆在已建立的模式中绕着围绕旋转轴线QJ半径为R的圆移动：
R＝V/ωψ
R＝V×(K+m×V×H)/m×g×H×γ
上面的等式显示出圆的半径与侧倾角度成反比，并且当车辆的速度增加时，圆的半径增加。
必须注意到，由于缺少旋转扭矩影响，因此不管车身的倾斜角度如何，重力和离心力在两个车轮之间均等地分配。
为了使车身1转动到另一位置并因此改变车辆的运动轨迹，车辆必须围绕侧倾轴线旋转。通过使用扭矩驱动器20围绕竖直轴线将旋转扭矩Mm施加到陀螺仪框架13来实现所述旋转。当施加所述扭矩时，陀螺仪转子12围绕侧倾轴线以速度ωγ进动，因此使车辆的车身1转动。当由扭矩驱动器20生成的扭矩Mm超过总侧倾扭矩Mg时，这样的旋转是可能的。为了在控制效果的持续时间内产生这样的扭矩，有必要提供对表面紧靠以施加生成旋转扭矩的力，并且有必要消除车身1围绕竖直轴线的额外旋转的可能性。为此，控制系统28在效果持续时间内稳定车轮8、9的当前的旋转速度，从而阻止车轮在施加的竖直扭矩的影响下改变旋转速度。通过在短时间内施加额外的离心力能够减少总扭矩。可在侧倾效果的持续时间内通过增加车身1的旋转速度来提供这样的额外的力。以脉冲的方式在短时间内施加侧倾扭矩。旋转的持续时间与陀螺仪转子12的动力扭矩以及所需的旋转角度成比例，并且与由扭矩驱动器20施加的旋转扭矩的值成反比例。所述持续时间必须短到使得车辆的运动参数不会在该时间段内显著地改变。为了提供短的旋转持续时间，扭矩驱动器20必须适于在短时间段内生成高的扭矩。通过结合接收自侧倾角速度陀螺传感器的信号来确定倾斜角度，侧倾角速度陀螺传感器是控制系统28的一部分。通过使用安装在陀螺仪框架13上的进动角速度陀螺传感器26来测量转子12围绕竖直轴线的进动速度，从而确定总侧倾作用扭矩。在车身转至一设定角度或在达到车辆的设定旋转速度后，终止形成控制扭矩的过程。
控制系统28还包含车身1的俯仰旋转角速度陀螺传感器(未示出)。在车身1俯仰倾斜期间，来自所述陀螺传感器的信号被发射到控制系统28，控制系统28的机载计算机将控制信号发送到车轮8、9的驱动器10、11的功率放大器，以改变车轮8、9的速度，从而恢复车辆车身的竖直位置。使用被广泛用于这类车辆的方法来进行车辆的俯仰控制。
多种外部力在运动期间影响车辆。在重力的水平投影抵消纵向阻力的条件下，通过倾斜车辆的车身1以及通过向前转移车辆的质心来克服纵向运动的阻力。在这种情况下通过车轮在平衡点附近的向前和向后加速运动来保持平衡。也通过改变车辆轴线在纵向方向上的倾斜角度(俯仰角度)并且因此通过形成重力的水平分量来实现车辆的纵向加速或制动，其中如果需要加速，重力的水平分离的绝对值可超过阻力，并且如果需要制动，重力的水平分离的绝对值可低于所述力。驱动器10、11根据来自控制系统28的信号生成需要的控制扭矩。控制系统28从俯仰角速度陀螺传感器接收信号并且基于所述信号产生控制效果。必须注意到，为了生成控制扭矩和稳定扭矩，车辆车身必须能够围绕俯仰轴线转动。在某些条件下，车辆中提供的机械陀螺仪可能在俯仰角度下产生不希望的稳定扭矩，并且可能抑制受控的旋转，这可能阻碍俯仰控制通道并且阻止它正确地工作。为了消除这样的抑制，控制系统28分析陀螺仪转子轴线的当前的偏转值并且决定在车辆所需的旋转持续时间内使用陀螺仪框架13的扭矩驱动器20固定框架。
为了改善车辆控制，使用控制开关(选择器)。速度或加速度选择器(类似于加速器踏板)被用于速度控制，转弯选择器被用来控制运动方向。这类开关由例如2D操纵杆或由2D脚踏板构成；下面描述其结构。
图13示出了根据另一实施例的车辆。所述车辆被用于运载骑车者，并且包含座位64，控制车辆的骑车者可坐在座位64上。座位64安装在可调节的立柱65上，立柱65可调节地连接至车身1并且适于调节座位64的高度。此外，左脚踏板66和右脚踏板67安装在车身1的侧面以支承骑车者的脚。在这个实施例中，板66、67固定地安装在轴6、7上。图14示出了表明板66、67如何安装在轴6、7上的局部视图。板66、67也可固定地安装在车身1上。用于运载骑车者的车辆包含阻止骑车者的腿与车轮8、9接触的保护挡板68、69，其中在这个实施例中所述挡板68、69固定地安装在车轮的轴6、7上。在不平地面上运动期间和在车辆以一侧倾角度倾斜期间，板66、67和挡板68、69随着车轮8、9一起移动。图13示出的用于运载骑车者的车辆也包含速率陀螺仪，其中转子和转子驱动器容纳在密封的外罩60中。外罩中保持高度真空，以便在转子高速旋转期间减少损耗。外罩60也用作陀螺仪框架。外罩60安装在轴承支座14、15中。扇形齿轮21被安装以与外罩60相互作用，所述扇形齿轮将旋转扭矩从扭矩驱动器20传递到外罩60，并且因此到陀螺仪转子。转子进动的角速度陀螺传感器26也安装在外罩60上。相对于车身1旋转的陀螺仪框架(即，外罩60)的角度传感器25安装在车身1上。通过在横向和纵向平面内转移骑车者的重量来控制这类车辆。
图15示出了用于运载骑车者的车辆的另一实施例，其中板66、67可移动地安装在车身1上，即在车身1的轴销2、3上，并且适于相对于轴销2、3旋转。图16示出了表明如何将板66、67安装在轴销2、3上的局部视图。类似地，板66、67可安装在车轮的轴6、7上。
由在上部位置中的板的止挡件72、73，以及由下部位置中的后支架74限制板66、67的旋转角度。板66、67通过弹簧(未示出)升高到所述上部位置。当骑车者的脚放在板66、67上时，腿的重量使所述板降低，板围绕轴销2或3转动直到它们抵接后支架74。腿的重量在后支架74和轴销2或3之间分配。通过固定在轴销2、3上的角度传感器75、76测量相对于车身1的板的起升角度。所述角度近似等于腿的起升值。信号从传感器75、76发送到控制系统28，并且被用来生成方向控制信号。支承件77、78可移动地安装在板66、67上并且适于直线移位。支承件77、78被弹簧(未示出)保持在中间位置中。通过止挡件79、80限制支承件77、78相对于板66、67的位移。由安装在板66、67上的直线移位传感器82、83测量支承件77、78相对于板66、67的移位的值。当骑车者的脚使得支承件77、78相对于板66、67转移，传感器82、83生成用于控制车辆的运动速度的控制信号。所述控制信号被发送到控制系统28。
车辆的运动速度根据骑车者的腿的位置改变。当一只脚被抬起时，其失去与支承件77、78的接触，并且支承件77、78能够处于任意位置中。为了消除被升起的支承件77、78的随机效果，控制系统只考虑来自位于支承位置的支承件77、78(被脚压靠在后支架74上)的信号。因此，骑车者用一只脚控制运动速度并且用另一只脚控制运动方向。
在这个实施例中，适于被骑车者的脚在两个方向上移位的支承件被用于控制车辆的速度和方向。在这种情况下，可以用竖直(旋转)支承运动来设定运动方向，并且可以用所述支承件的水平(直线)转移来设定车辆的速度。来自传感器75、76、82、83的信号被发送到控制系统28。系统28生成用于控制左驱动器10、右驱动器11和扭矩驱动器20的控制信号，从而使得车辆在由骑车者设定的方向上运动。
图17示出了车辆的实施例，其中车身1包含手柄86，手柄86适于用作用于骑车者的手的支承件。在这个实施例中，控制设备由安装在所述手柄86中的2D操纵杆87构成。使用骑车者的手实现的操纵杆的前后运动调节车辆的纵向运动速度，而操纵杆的水平倾斜提供运动方向控制。在这个实施例中，板66、67和保护挡板68、69附接至车辆的车身1，其中板66、67的前部分固定地连接至轴销2、3，后部分抵接固定至车身1的支架74。运动期间，骑车者能够坐在座位中，脚放置在板66、67上，同时手握住手柄86。在这种情况下，通过转移骑车者的重量和使用控制装置来进行车辆的控制。
图18示出了根据另一实施例的车辆。所述车辆被用于运载负载，并且包含用于运载负载的平台；所述平台安装在车身1上并且配备有用于固定负载的多种装置(未示出)。
图19示出了图18中的车辆，其中未显示用于运载负载的平台。通过在横向方向上相对于车辆的质心将特定的负载移位来施加用于控制这类车辆的运动的控制扭矩。如图19所示，车辆包含负载88，负载88可移动地安装在支架89上并且适于在横向方向上移位。凭借致动螺钉90来实现负载88的移位，致动螺钉90通过轴承可旋转地安装在支架89中。凭借致动螺钉驱动器91来使致动螺钉90在要求的方向上旋转，致动螺钉驱动器91从控制系统28接收控制信号。在这个实施例中，驱动器91直接安装在控制负载88上并且随着负载一起移位。在这种情况下，总质量包含控制负载88的质量和驱动器91的质量。当质量为m的负载88从平均位置移位一距离dY1时，车辆车身1被控制扭矩Mc影响：
Mc(m,dYl)＝m×dYl
在所述扭矩的影响下，陀螺仪转子以速度ωp进动：
ωp＝Kg×Mc
控制系统28跟随陀螺仪转子的旋转使车辆车身1旋转，因此在其进动运动期间改变车辆运动方向，或当它静止时使车辆转弯。在可替代的配置中，为了降低车辆质量，可由车辆的沉重部件(例如电池或陀螺仪)构成移位的运载负载，或者可通过将摇杆57的轴58在横向方向上相对于车身1移位来使整个车辆的重量施加点移位。
图20中示出了用于控制文中描述的车辆的控制系统28。系统28包含机载计算机，机载计算机基于来自车辆传感器系统的输入数据将控制信号发送到车轮的驱动器10、11，驱动器20或驱动器91。
必须注意到，控制系统28是具有可变结构的系统。可通过机载计算机来执行系统28的结构的选择，并且系统28的结构的选择取决于以下输入参数的相互关系：方向控制信号值、纵向速度值和总横向扭矩值，以及取决于当前控制阶段或时间段。在每个阶段，控制系统分析从传感器接收到的输入数据并选择适合的控制结构以提供需要的结果。

Claims (32)

1.一种两轮陀螺稳定车辆，包含：
车身；
左车轮和右车轮；
支承结构件，所述支承结构件连接所述车身和所述车轮，使得所述车身被所述车轮支承；
两个车轮驱动器，每个车轮驱动器均与相应的车轮连接以驱动所述相应的车轮；
陀螺仪，所述陀螺仪包含陀螺仪转子和陀螺仪框架，其中所述陀螺仪框架可旋转地安装在所述车身上，所述陀螺仪转子可旋转地安装在所述陀螺仪框架中，使得所述转子的旋转轴线垂直于所述框架的旋转轴线；
至少一个角度传感器，所述至少一个角度传感器安装在所述车身上，以便检测所述陀螺仪框架相对于所述车身的旋转；
控制系统，所述控制系统适于接收由所述至少一个角度传感器发射的信号，并且根据所述信号控制所述车轮的旋转速度；
其中，所述支承结构件适于使所述车轮关于彼此移动，并且使所述车轮关于所述车辆的所述车身独立地移动；并且
所述控制系统还适于将扭矩施加到所述陀螺仪框架。
2.根据权利要求1所述的车辆，其中，所述车轮的旋转轴线位于第一竖直平面，所述陀螺仪框架安装在所述车身上，使得所述框架的旋转轴线位于第二竖直平面，所述第二竖直平面垂直于所述第一竖直平面。
3.根据权利要求1所述的车辆，其中，所述控制系统包含扭矩驱动器，以将所述扭矩施加到所述陀螺仪框架，其中所述扭矩驱动器安装在所述车身上，以便使所述陀螺仪框架围绕所述框架的旋转轴线转动。
4.根据权利要求1所述的车辆，其中，所述车身具有两个轴销，所述支承结构件包含可旋转地安装在所述轴销上的两个杠杆，所述车轮可旋转地安装在所述杠杆上，并且所述支承结构件还包含承载摇杆，所述承载摇杆可旋转地连接至所述车身，其中所述承载摇杆也连接至所述杠杆以便使所述杠杆关于彼此移动。
5.根据权利要求1所述的车辆，其中，所述车身具有两个枢轴，并且所述支承结构件包含可旋转安装在所述枢轴上的两个转节连接件、固定地安装在所述转节连接件上的两个圆筒、可移动地安装在所述圆筒中的两个圆柱形支承件，其中，所述车轮可旋转地连接至所述圆柱形支承件，并且所述支承结构件还包含承载摇杆，所述承载摇杆可旋转地连接至所述车身，其中，所述承载摇杆的端部可移动地与所述圆柱形支承件连接。
6.一种用于运载骑车者的两轮陀螺稳定车辆，包含：
车身；
左车轮和右车轮；
支承结构件，所述支承结构件连接所述车身和所述车轮，使得所述车身被所述车轮支承；
两个车轮驱动器，每个车轮驱动器均与相应的车轮连接以驱动所述相应的车轮；
陀螺仪，所述陀螺仪包含陀螺仪转子和陀螺仪框架，其中所述陀螺仪框架可旋转地安装在所述车身上，所述陀螺仪转子可旋转地安装在所述陀螺仪框架中，使得所述转子的旋转轴线垂直于所述框架的旋转轴线；
至少一个角度传感器，所述至少一个角度传感器安装在所述车身上，以便检测所述陀螺仪框架相对于所述车身的旋转；
控制系统，所述控制系统适于接收由至少一个角度传感器发射的信号，以根据所述信号控制所述车轮的旋转速度；
其中，所述车辆还包含一对脚踏板，以支承骑车者的腿，
所述支承结构件适于使所述车轮关于彼此移动，以及使所述车轮关于所述车辆的所述车身独立地移动；并且
所述控制系统还适于将扭矩施加到所述陀螺仪框架。
7.根据权利要求6所述的车辆，其中所述车身具有骑车者座位。
8.根据权利要求6所述的车辆，其中，所述车轮可旋转地安装在车轮轴上，所述车轮轴与所述支承结构件连接，并且所述脚踏板固定地安装在所述轴上。
9.根据权利要求6所述的车辆，其中，所述脚踏板可旋转地安装在车身上并且包括可旋转地安装在所述脚踏板上的踏板支撑件，其中所述控制系统包括所述踏板的角度传感器和所述踏板支撑件的直线移位传感器以及适用于根据角度传感器和直线移位传感器的信号控制所述车轮的旋转速度。
10.根据权利要求6所述的车辆，其中所述车轮可旋转地安装在与所述支承结构件连接的车轮轴上，并且所述脚踏板可旋转地安装到所述车轮轴上并且包括可移动地安装到所述脚踏板上的踏脚支撑件，其中所述控制系统包括脚踏板的角度传感器和所述踏脚支撑件的直线移位传感器以及适用于根据角度传感器和直线移位传感器的信号控制所述车轮的旋转速度。
11.根据权利要求6所述的车辆，其中所述车身包括安装在其上的手柄。
12.根据权利要求6所述的车辆，其中，所述车轮的旋转轴线位于第一竖直平面，所述陀螺仪框架安装在所述车身上，使得所述框架的旋转轴线位于第二竖直平面，所述第二竖直平面垂直于所述第一竖直平面。
13.根据权利要求6所述的车辆，其中，所述控制系统包含扭矩驱动器，以将所述扭矩施加到所述陀螺仪框架，其中所述扭矩驱动器安装在所述车身上，以便使所述陀螺仪框架围绕所述框架的旋转轴线转动。
14.根据权利要求6所述的车辆，其中，所述车身具有两个轴销，所述支承结构件包含可旋转地安装在所述轴销上的两个杠杆，所述车轮可旋转地安装在所述杠杆上，并且所述支承结构件还包含承载摇杆，所述承载摇杆可旋转地连接至所述车身，其中所述承载摇杆也连接至所述杠杆以便使所述杠杆关于彼此移动。
15.根据权利要求6所述的车辆，其中，所述车身具有两个枢轴，并且所述支承结构件包含可旋转安装在所述枢轴上的两个转节连接件、固定地安装在所述转节连接件上的两个圆筒、可移动地安装在所述圆筒中的两个圆柱形支承件，其中，所述车轮可旋转地连接至所述圆柱形支承件，并且所述支承结构件还包含承载摇杆，所述承载摇杆可旋转地连接至所述车身，其中，所述承载摇杆的端部可移动地与所述圆柱形支承件连接。
16.一种用于运载负载的两轮陀螺稳定车辆，包含：
车身，所述车身带有用于运载负载的平台；
左车轮和右车轮；
支承结构件，所述支承结构件连接所述车身和所述车轮，使得所述车身被所述车轮支承；
两个车轮驱动器，每个车轮驱动器均与相应的车轮连接以驱动所述相应的车轮；
陀螺仪，所述陀螺仪包含陀螺仪转子和陀螺仪框架，其中所述陀螺仪框架可旋转地安装在所述车身上，所述陀螺仪转子可旋转地安装在所述陀螺仪框架中，使得所述转子的旋转轴线垂直于所述框架的旋转轴线；
至少一个角度传感器，所述至少一个角度传感器安装在所述车身上，以便检测所述陀螺仪框架关于所述车身的旋转；
控制系统，所述控制系统适于接收由至少一个角度传感器发射的信号，以根据所述信号控制所述车轮的旋转速度；
其中，所述车辆还包含一对脚踏板，以支承骑车者的腿，
所述支承结构件适于使所述车轮关于彼此移动，并且使所述车轮关于所述车辆的所述车身独立地移动；并且
所述控制系统还适于将扭矩施加到所述陀螺仪框架，以及将侧倾扭矩施加到所述车身。
17.根据权利要求16所述的车辆，其中，所述车轮的旋转轴线位于第一竖直平面，所述陀螺仪框架安装在所述车身上，使得所述框架的旋转轴线位于第二竖直平面，所述第二竖直平面垂直于所述第一竖直平面。
18.根据权利要求17所述的车辆，其中，所述陀螺仪框架安装在所述车身上，使得所述框架的旋转轴线相对于所述第一竖直平面以一小于30度的角度延伸。
19.根据权利要求16所述的车辆，其中，所述平台包含用于将负载附接到其上的装置。
20.根据权利要求16所述的车辆，其中，所述控制系统包含扭矩驱动器，以将所述扭矩施加到所述陀螺仪框架，其中所述扭矩驱动器安装在所述车身上，以便使所述陀螺仪框架围绕所述框架的旋转轴线转动。
21.根据权利要求16所述的车辆，其中，所述控制系统包含控制负载，所述控制负载可移动地安装在所述车身上，以将所述侧倾力矩施加到所述车身。
22.根据权利要求17所述的车辆，其中，所述陀螺仪框架具有安装在其上的至少一个角速度陀螺传感器。
23.根据权利要求21所述的车辆，其中，所述控制负载是所述车辆的构件。
24.根据权利要求16所述的车辆，其中，所述车身具有两个轴销，所述支承结构件包含可旋转地安装在所述轴销上的两个杠杆，所述车轮可旋转地安装在所述杠杆上，并且所述支承结构件还包含承载摇杆，所述承载摇杆可旋转地连接至所述车身，其中所述承载摇杆也连接至所述杠杆以便使所述杠杆关于彼此移动。
25.根据权利要求16所述的车辆，其中，所述车身具有两个枢轴，并且所述支承结构件包含可旋转安装在所述枢轴上的两个转节连接件、固定地安装在所述转节连接件上的两个圆筒、可移动地安装在所述圆筒中的两个圆柱形支承件，其中，所述车轮可旋转地连接至所述圆柱形支承件，并且所述支承结构件还包含承载摇杆，所述承载摇杆可旋转地连接至所述车身，其中，所述承载摇杆的端部可移动地与所述圆柱形支承件连接。
26.一种控制根据权利要求1-25中任一项所述的车辆的方法，包含步骤：
在施加干扰力时，测量所述陀螺仪框架相对于所述车身的旋转角度，以及
根据所述旋转角度改变所述车轮的旋转速度的差值。
27.根据权利要求26所述的方法，其中，通过测量所述陀螺仪框架从所述陀螺仪转子的旋转轴线垂直于第二竖直平面的位置的偏转角度来测量所述陀螺仪框架的旋转角度，所述框架的旋转轴线位于所述第二竖直平面中，所述第二竖直平面垂直于第一垂直平面，所述车轮的旋转轴线位于所述第一垂直平面中，并且改变所述车轮的旋转速度的差值以抵消所述偏转角度。
28.一种根据权利要求1-25中任一项所述的车辆的方向控制方法，包含步骤：
将侧倾控制力施加到所述车身；
测量所述陀螺仪框架相对于所述车身的旋转角度；以及
根据所述旋转角度改变所述车轮的旋转速度的差值。
29.根据权利要求28所述的方法，其中，通过测量所述陀螺仪框架从所述陀螺仪转子的旋转轴线垂直于第二竖直平面的位置的偏转角度来测量所述陀螺仪框架的旋转角度，所述框架的旋转轴线位于所述第二竖直平面中，所述第二竖直平面垂直于第一垂直平面，所述车轮的旋转轴线位于所述第一垂直平面中，并且通过改变所述车轮的旋转速度的差值以抵消所述偏转角度来提供所述车辆的方向控制。
30.根据权利要求28所述的方法，其中，凭借控制负载运动来将侧倾控制力施加到所述车身。
31.根据权利要求28所述的方法，其中，凭借扭矩驱动器和所述陀螺仪使所述车身倾斜，以将侧倾控制力施加到所述车身，所述扭矩驱动器被安装在所述车身上以绕所述框架的旋转轴线来旋转所述陀螺仪框架。
32.根据权利要求28所述的方法，其中，通过转移骑车者的重量来将侧倾控制力施加到所述车身。
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