CN110167770A - 用于可转换空用-陆用车辆的加速控制 - Google Patents

用于可转换空用-陆用车辆的加速控制 Download PDF

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S·罗姆斯
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Abstract

一种具有用于陆用的第一配置和用于空用的第二配置的车辆，包括：车轮；牵引驱动推进单元，其用于在与地面接触时驱动车轮；推力推进单元，其用于驱动螺旋桨以通过空气驱动所述车辆；并且其中，当所述车辆可配置为以下任何一种时：当所述车辆可配置为所述第一配置时，其中所述牵引驱动推进单元被接合以在地面上驱动所述车轮，并且所述推力推进单元与所述螺旋桨脱开；当所述车辆可配置为所述第二配置时，其中所述牵引驱动推进单元脱开使得不向所述车轮提供驱动，并且所述推力推进单元与所述螺旋桨接合以通过空气驱动所述车辆；或者当所述车辆可配置为中间配置时，其中所述牵引驱动推进单元被接合以在地面上驱动所述车轮，并且所述推力推进单元与所述螺旋桨接合以通过空气驱动所述车辆。一种操作所述车辆的方法，包括：将所述车辆置于所述中间配置中，其中所述车轮与地面接触；操作所述推力推进单元以驱动所述螺旋桨，且同时操作所述牵引驱动推进单元以驱动所述车轮，从而使所述车辆加速到预定的空速；以及脱开所述牵引驱动推进单元，使得不向所述车轮提供任何驱动，并且所述螺旋桨通过空气驱动所述车辆。

Description

用于可转换空用-陆用车辆的加速控制
技术领域
本发明涉及可配置用于空用或陆用的车辆。此类车辆通常被称为飞行汽车或可陆用飞机(下文称为“飞行汽车”)。具体地，本发明涉及此类车辆在加速时的操作控制。
背景技术
已经有关于飞行汽车设计的数种建议，飞行汽车就是可以完全符合陆用和飞行使用的法律和实际要求的车辆。示例包含Terrafugia Transition(WO 2007/114877)、Carplane(http://carplane.de/)、AeroMobil(WO 2013/03240、WO 2016/057003、WO 2016/057004)，以及Moller Skycar(http://moller.com/)。
飞行汽车面临的一个特殊问题是飞行使用的空气动力推力通常由螺旋桨或风扇提供(术语“螺旋桨”用于表示这两者)。螺旋桨的效率取决于其通过空气的前进速度，因此当车辆静止或低速时，螺旋桨在提供推力以使车辆加速到提供足够升力进行起飞所需的空速方面效率相对较低。这又决定了车辆在能够从地面安全起飞之前必须行驶的距离。
由于飞行汽车特别是在安全方面需要符合陆用规定，因此它们通常比相当大小的飞机重。还倾向于针对安全起飞提高最小空速，这又趋向于导致更长的起飞滑跑距离。
本发明试图解决在起飞操作阶段期间使车辆加速的问题。
发明内容
本发明的第一方面提供一种具有用于陆用的第一配置和用于空用的第二配置的车辆，所述车辆包括：
车轮；
牵引驱动推进单元，其用于在与地面接触时驱动车轮；
推力推进单元，其用于驱动螺旋桨以通过空气驱动所述车辆；并且
其中，当所述车辆可配置为以下任何一种时：
当所述车辆可配置为所述第一配置时，其中所述牵引驱动推进单元被接合以在地面上驱动所述车轮，并且所述推力推进单元与所述螺旋桨脱开；
当所述车辆可配置为所述第二配置时，其中所述牵引驱动推进单元脱开使得不向所述车轮提供驱动，并且所述推力推进单元与所述螺旋桨接合以通过空气驱动所述车辆；或者
当所述车辆可配置为中间配置时，其中所述牵引驱动推进单元被接合以在地面上驱动所述车轮，并且所述推力推进单元与所述螺旋桨接合以通过空气驱动所述车辆。
所述牵引驱动推进单元可以包括连接到每个从动轮的电动机。可以提供内燃机，其连接到所述螺旋桨以限定所述推力推进单元，并且连接到发电机以向连接到所述从动轮的所述电动机提供电力。
在一些实施例中，所述车轮可在第一伸展位置与第二缩回位置之间移动，当所述车辆处于所述第一配置时或处于所述中间配置时使用所述第一伸展位置，当所述车辆处于所述第二配置和处于飞行中时使用所述第二缩回位置。
本发明的另一方面提供一种操作根据第一方面的车辆的方法，所述方法包括：
将所述车辆置于所述中间配置中，其中所述车轮与地面接触；
操作所述推力推进单元以驱动所述螺旋桨，且同时操作所述牵引驱动推进单元以驱动所述车轮，从而使所述车辆加速到预定的空速；以及
脱开所述牵引驱动推进单元，使得不向所述车轮提供任何驱动，并且所述螺旋桨通过空气驱动所述车辆。
在一些实施例中，所述方法还包括根据所述车辆的所述空速调节所述牵引驱动推进单元提供给所述车轮的动力。例如，所述调节可以包括随着所述车辆的所述空速提高而减小所述牵引驱动推进单元提供给所述车轮的所述动力。
所述车辆可以包括车身、连接到所述车身并且可在针对所述第一配置的折叠位置与针对所述第二配置的伸展位置之间移动的机翼、在所述车身后部的尾部区段，以及用于控制所述车辆在空中的操作的可移动控制表面。例如，所述机翼可在折叠位置与伸展位置之间移动，在所述折叠位置，所述机翼位于所述车身附近以供陆用，在所述伸展位置，所述机翼从所述车身突出以供空用。
可以在本发明的范围内做出其它变化。
附图说明
图1示出呈飞行配置的飞行汽车的透视图；
图2示出呈陆用配置的飞行汽车的前透视图；
图3示出图1和2的飞行汽车的动力传动系统的示意图。
具体实施方式
参考图1和2，示出了呈飞行配置形式(图1)和陆用配置形式(图2)的包括可转换车辆(飞行汽车)的飞机。飞行汽车包括车身结构10，车身结构10提供乘员舱12并容纳发动机和螺旋桨轴(未示出)，所述螺旋桨轴延伸到车身结构10的后部14，螺旋桨如下文描述地安装在车身结构10的后部14。用于提供升力和控制(通过副翼，未示出)的机翼16安装在车身10的顶部紧靠乘员舱12的后面。机翼16可以在供飞行使用的伸展位置(图1)与供陆用的折叠位置(图2)之间移动。在折叠位置，机翼沿着车身10的顶部放置，机翼的长轴大体上与车身10的长轴平行。折叠机构大体上如WO 2013/03240中所描述。
尾部结构18位于车身10的后部，并包含垂直控制表面20(尾翅和方向舵)和水平控制表面22(横尾翼和升降舵)。后轮24设置在尾翅20的下端。
前轮26安装在车身结构10上。前轮均可转向，并被驱动。此外，前轮26可以在缩回位置(图1)与打开位置(图2)之间移动，在缩回位置，它们定位成接近车身以减小飞行阻力，在打开位置，它们定位成改善陆用牵引力和控制。通过电动机为前轮提供驱动。每个前轮26有一个电动机。电动机可以一起驱动，或者可以经过控制以向每个车轮提供不同的或矢量驱动，从而有助于稳定性和转向。
图3示出了车辆的动力传动系统的示意图。发动机30包括传统的内燃机，其在车身10中安装在乘员舱12后面。来自发动机30的驱动输出可通过离合器机构32连接到传动轴34，传动轴34伸展到车身结构14的后部，螺旋桨36安装在后部以提供空气动力推力。来自发动机30的另一驱动输出连接到发电机38。发电机38的输出提供电力以给电池充电和/或向车辆中的电气系统提供电力。(未示出)。另外，发电机还通过高压连接39向高压控制器/逆变器41提供电力，高压控制器/逆变器41连接到电动机40，电动机40中的每一个经过连接以驱动相应的车轮26来提供牵引驱动。应当理解，可以选择电动机40的位置以适应空间和其它设计要求。提供操作员控制输入(未示出)以允许适当地控制对车轮26的驱动的大小和方向，或者控制提供给螺旋桨的驱动的大小，或这两者。
在针对陆用的操作中，离合器机构32脱开，使得不向螺旋桨36提供驱动，螺旋桨36可以被移除、折叠或以其它方式收起以避免损坏或受损。发动机30驱动发电机38，以在操作员的控制下向车轮电动机40提供电力。虽然电动机通常串联运行，为每个车轮提供相同的驱动，但是也可以提供扭矩矢量控制以避免车轮旋转，适应差动驱动要求，或者以其它方式有助于稳定性。
对于空用，机翼16伸展并且螺旋桨38展开。离合器机构32接合，使得螺旋桨38可由发动机30驱动。在中间配置中，发动机30驱动螺旋桨38，并且车轮电动机40驱动车轮26。以这种方式，车辆可以更快地加速，因为车轮驱动更有效地以低于螺旋桨提供的推力的速度使车辆在地面上加速。当车辆在地面上加速时，空速提高并且螺旋桨变得更有效地提供推力，直到空速达到足够的速度来提供升力进行起飞。此时，车轮不能提供驱动，因此电动机40脱开。
一旦螺旋桨变得高效，车轮电动机的驱动可以逐渐减小，直到螺旋桨成为通过空气驱动车辆的唯一手段(即使仍然与地面接触)。此时，可以控制车辆起飞。调节控制对车轮电动机的驱动可以基于空速传感器的输出。例如，在低于预定水平的速度下，例如80kph，车轮电动机完全可操作以使车辆沿着地面加速。超过此速度，螺旋桨变得更有效，并且对车轮电动机的驱动逐渐降低为零，之后仅由螺旋桨提供用于最终加速和起飞的推力。
一旦车辆在高处，车轮26就可以缩回以减小阻力。
为了着陆，车轮26再次伸展，并且使用螺旋桨动力控制车辆着陆。一旦检测到车轮与地面接触，电动机就可以再次变得可操作以协助以低于螺旋桨的有效工作范围的速度滑行。
可以在保持处于本发明的范围内的同时进行改变。

Claims (9)

1.一种具有用于陆用的第一配置和用于空用的第二配置的车辆，所述车辆包括：
车轮；
牵引驱动推进单元，其用于在与地面接触时驱动车轮；
推力推进单元，其用于驱动螺旋桨以通过空气驱动所述车辆；并且
其中，当所述车辆能配置为以下任何一种时：
当所述车辆能配置为所述第一配置时，其中所述牵引驱动推进单元被接合以在地面上驱动所述车轮，并且所述推力推进单元与所述螺旋桨脱开；
当所述车辆能配置为所述第二配置时，其中所述牵引驱动推进单元脱开使得不向所述车轮提供驱动，并且所述推力推进单元与所述螺旋桨接合以通过空气驱动所述车辆；或者
当所述车辆能配置为中间配置时，其中所述牵引驱动推进单元被接合以在地面上驱动所述车轮，并且所述推力推进单元与所述螺旋桨接合以通过空气驱动所述车辆。
2.根据权利要求1所述的车辆，其中在所述中间配置中，所述牵引驱动单元被配置成根据所述车辆的空速调节为驱动所述车轮提供的动力。
3.根据权利要求1或2所述的车辆，其中所述牵引驱动推进单元包括连接到每个从动轮的电动机。
4.根据权利要求3所述的车辆，还包括内燃发动机，所述内燃发动机连接到所述螺旋桨以限定所述推力推进单元，并且连接到发电机以向连接到所述从动轮的所述电动机提供电力。
5.根据任一前述权利要求所述的车辆，其中所述车轮能在第一伸展位置与第二缩回位置之间移动，当所述车辆处于所述第一配置时或处于所述中间配置时使用所述第一伸展位置，当所述车辆处于所述第二配置和处于飞行中时使用所述第二缩回位置。
6.根据任一前述权利要求所述的车辆，还包括车身和一对机翼，其中所述机翼能在折叠位置与伸展位置之间移动，在所述折叠位置，所述机翼位于所述车身附近以供陆用，在所述伸展位置，所述机翼从所述车身突出以供空用。
7.一种操作根据任一前述权利要求所述的车辆的方法，包括：
将所述车辆置于所述中间配置中，其中所述车轮与地面接触；
操作所述推力推进单元以驱动所述螺旋桨，且同时操作所述牵引驱动推进单元以驱动所述车轮，从而使所述车辆加速到预定的空速；以及
脱开所述牵引驱动推进单元，使得不向所述车轮提供任何驱动，并且所述螺旋桨通过空气驱动所述车辆。
8.根据权利要求7所述的方法，还包括根据所述车辆的所述空速调节所述牵引驱动推进单元提供给所述车轮的动力。
9.根据权利要求8所述的方法，包括随着所述车辆的所述空速提高而减小所述牵引驱动推进单元提供给所述车轮的所述动力。
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