CN112118974B - 可倾斜车辆的控制系统 - Google Patents

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Abstract

本公开的车辆可以包括至少一对相对的车轮，所述至少一对相对的车轮通过四连杆机构等联接到可倾斜的中央底盘，使得所述车轮配置为与所述中央底盘一致地倾斜。转向致动器和/或倾斜致动器可以由所述车辆的电子控制器独立地控制。所述控制器可以包括处理逻辑，所述处理逻辑配置为保持所述底盘的正中面与由重力和任何引起的离心力引起的净力矢量之间的对准。可以利用多种控制算法来自主地或半自主地使所述车辆转向以沿着期望的路径行驶。

Description

可倾斜车辆的控制系统
技术领域
本公开涉及用于自动或半自动地控制可倾斜车辆的系统和方法。
引言
当前，高速公路上的大多数机动车辆是四轮车辆，与三轮机动车辆相比，四轮车辆往往更大、更重并且因此燃料效率更低。尽管可以看出四轮车辆享有更广泛的用途和认可，但是现代三轮车辆也具有许多优点。例如，在大多数情况下，三轮车辆实质上比四轮车辆更稳定，这是因为三个接触点在所有情况下都会形成一个平面，而四个接触点则不会。另一个优点是，三轮车辆在加速和制动两种情况下都能提供几乎理想的车轮载荷分布，从而使轮胎抓地力最大化。
尽管与四轮车辆相比三轮车辆具有上述优点，但三轮车辆的主要缺点是在转弯时，三轮车辆中仅有一个外轮必须承受车辆通过转弯时所产生的全部离心载荷，而不是两个外轮接触路面。就这一点而言，除非提供一些附加的力补偿装置，否则离心力往往会使外轮胎过载，从而使车辆滑出转弯方向。此外，三轮车辆的几何形状允许与车辆的重心相关联的力矢量迅速落在车辆的轴距之外，从而引起不稳定的状况并增大了车辆倾覆的可能性，并且在单后轮驱动的情况下，使后轮失去抓地力并进入打滑状态。使这种情况变得更糟的是，随着车辆(包括驾驶员和车辆所承载的任何载荷)的重心升高，车辆不稳定和倾覆的可能性变得高得多。
随着对具有重电池负荷的替代燃料和/或混合动力车辆越来越重视，并且随着对自动驾驶(self-driving)或半自主驾驶(semi-autonomous)运载工具和移动式机器人系统(mobile robotic system)的需求增长，克服三轮车辆的上述操作问题的能力变得更加重要。
因此，需要一种用于倾斜车辆的控制系统，其自动地保持和增强稳定性和操作特性。
发明内容
本公开提供了与用于动态可倾斜车辆的控制系统有关的系统、装置和方法。
在一些实施方案中，一种车辆可以包括：一对车轮，所述一对车轮通过四连杆机构联接到可倾斜的中央框架，所述四连杆机构配置为使得所述一对车轮和所述中央框架配置为相对于所述中央框架的正中面一致地倾斜；传感器，所述传感器配置为检测关于施加到所述中央框架的净力矢量的方向信息，其中，所述净力矢量由重力结合施加到所述中央框架的任何适用的离心力来确定；第一致动器，所述第一致动器可操作地联接到所述中央框架并且配置为选择性地使所述中央框架倾斜；第二致动器，所述第二致动器可操作地联接到所述一对车轮并且配置为选择性地使所述一对车轮转向；控制器，所述控制器包括处理逻辑，所述处理逻辑配置为响应于来自所述传感器的所述方向信息来选择性地控制所述第一致动器和所述第二致动器，以自动地保持所述净力矢量与所述中央框架的所述正中面对准。
在一些实施方案中，一种用于自动操作可倾斜车辆的方法可以包括：感测轮式车辆的中央底盘上的净力矢量，所述中央底盘通过四连杆组件联接到一对侧向布置的车轮，其中所述中央底盘能从一侧向另一侧倾斜，所述四连杆组件配置为使所述车轮与所述中央底盘一致地倾斜，并且其中所述中央底盘限定了一正中面；响应于与期望的行驶路径有关的接收信息，将所述车辆的速度与第一阈值和大于所述第一阈值的第二阈值进行比较；以及，响应于所述车辆速度小于所述第一阈值，通过自动地同时使所述车轮转向并使所述中央底盘倾斜来使所述车辆转弯，使得所述净力矢量和所述正中面之间的未对准最小化。
特征、功能和优点可以在本公开的多个实施方案中独立地实现，或者可以在与另外的实施方案的组合中实现，参考以下描述和附图可见其更多细节。
附图说明
图1是骑行者处于根据本教导多方面的说明性可倾斜车辆上的正视图。
图2是图1的车辆相对于车辆的正中面倾斜的正视图。
图3是根据本教导各方面的另一说明性可倾斜车辆的示意图。
图4是适用于本教导车辆的说明性车辆车轮组件的示意性正视图。
图5是图3的车辆及其控制系统的选定部件的示意性框图。
图6是根据本教导各方面的可倾斜车辆的车轮组件部分的示意性正视图。
图7是图6的车辆的另一示意性正视图，描绘了车轮组件处于倾斜位置。
图8是根据本教导各方面的具有车轮组件和选定倾斜致动器的说明性车辆的正视图。
图9是图8的车辆的另一正视图，描绘了车辆处于倾斜位置。
图10是根据本教导各方面的具有车轮组件和另一选定倾斜致动器的另一说明性车辆的正视图。
图11是图10的车辆的另一正视图，描绘了车辆处于倾斜位置。
图12是根据本教导各方面的具有另一选定倾斜致动器的另一说明性车轮组件的示意性正视图。
图13是图12的车轮组件的另一示意性正视图，描绘了车轮组件处于倾斜位置。
图14是根据本教导各方面的具有车轮组件和选定倾斜致动器的另一说明性车辆的正视图。
图15是图14的车辆的另一正视图，描绘了车辆处于倾斜位置。
图16是根据本教导各方面的具有选定倾斜致动器的另一说明性车轮组件的示意性正视图。
图17是图16的车轮组件的另一示意性正视图，描绘了车轮组件处于倾斜位置。
图18是处于第一位置的适用于车辆车轮组件的说明性连杆部件的正视图。
图19是图18的连杆部件的另一正视图，描绘了连杆部件处于第二位置。
图20是处于第一位置的适用于车辆车轮组件的另一说明性的连杆部件的正视图。
图21是图20的连杆部件的另一正视图，描绘了连杆部件处于第二位置。
图22是根据本教导各方面的具有说明性的车轮组件连杆部件的说明性的可倾斜车辆的正视图。
图23是图22的车辆的另一正视图，描绘了车辆处于倾斜位置。
图24A是根据本教导各方面的具有A形框架连杆机构的另一说明性的可倾斜车辆的局部等距示意图，该框架具有沿第一方向倾斜的框架。
图24B是图24A的车辆在第二方向上倾斜的局部等距示意图。
图25是适用于本教导的车辆的说明性的车辆转向组件的等距视图。
图26是根据本教导各方面的另一说明性的可倾斜车辆的侧视图。
图27是处于中立位置的另一说明性的可倾斜车辆的正视图。
图28是图27的车辆的另一正视图，描绘了车辆处于转弯位置。
图29是图27的车辆的另一正视图，描绘了车辆处于转弯和倾斜位置。
图30是图27的车辆的另一正视图，描绘了车辆处于倾斜位置。
图31是根据本教导各方面的另一说明性的可倾斜车辆的示意性正视图。
图32是图31的车辆的另一示意性正视图，描绘了车辆在越过障碍物时保持直立。
图33是图31的车辆的另一示意性正视图，描绘了车辆处于倾斜位置。
图34是图31的车辆的另一示意性正视图，描绘了车辆在越过障碍物时处于倾斜位置。
图35是描绘了根据本教导的用于控制可倾斜车辆的说明性的方法的步骤的流程图。
图36是描绘了根据本教导的用于控制可倾斜车辆的说明性的方法的步骤的另一流程图。
具体实施方式
下面描述了具有自动倾斜和/或转向控制的车辆的多个方面和示例以及相关方法，并在相关的附图中进行了说明。除非另有说明，否则根据本教导的车辆和/或其多个部件可以包含本文中描述、例示和/或并入的结构、部件、功能和/或变型中的至少一种。此外，除非明确地排除，否则结合本教导在本文中描述、例示和/或并入的方法步骤、结构、部件、功能和/或变型可以被包括在其他类似的设备和方法中，包括在所公开的实施方案之间可互换的设备和方法。以下对多个示例的描述在本质上仅是说明性的，绝不旨在限制本公开、本公开的应用或用途。另外，通过以下描述的示例和实施方案提供的优点在本质上是说明性的，并非所有示例和实施方案都提供相同的优点或相同程度的优点。
本具体实施方式紧接着在下文包括以下各节：(1)定义；(2)概述；(3)示例、部件和替代方案；(4)优点、特征和益处；以及(5)结论。“示例、部件和替代方案”一节进一步分为分别被相应标记的A小节和B小节。
定义
除非另外指出，否则以下定义适用于本文。
“基本上”是指或多或少地符合由该术语修饰的特定尺寸、范围、形状、概念或其他方面，从而特征或部件不需要精确地符合。例如，“基本上圆柱形”的物体意味着该物体类似于圆柱体，但是可以与真正的圆柱体有一种或多种偏差。
“包括/包含(comprising)”、“包括/包含(including)”和“具有”(及其词形变化)可互换使用，以表示包括但不一定限于，并且是开放式的术语，并不旨在排除其他未引用的要素或方法步骤。
诸如“第一”、“第二”和“第三”之类的术语用于区分或标识组、类别等中的多种成员，并不旨在示出序列或数字上的限制。
“AKA(also known as)”是指“也称为”，可以用于指示给定的一个或多个要素的替代性或对应性术语。
术语“内侧”、“外侧”、“向前”、“向后”等旨在在车辆或主车辆(host vehicle)(如在描述部件时)的背景下理解。例如，“外侧”可以指示在侧向上离车辆中心线更远的相对位置，或者远离车辆中心线的方向。相反地，“内侧”可以指示朝向中心线的方向，或者离中心线更近的相对位置。类似地，“向前”是指朝向车辆的前部，而“向后”是指朝向车辆的后部。在没有主车辆的情况下，可以使用假设那个存在时相同的方向性术语。例如，即使在单独观察时，设备也可以具有“向前”的边缘，这是基于以下事实：将以所讨论的边缘面向主车辆的前部方向的方式来安装该设备。
方向性术语，诸如“上”、“下”、“竖向”、“水平”等应在所描述的特定车辆处于其正常运行配置的背景下来理解。例如，车辆可以围绕定义的X、Y和Z轴定向。在这些示例中，X-Y平面将定义为是水平的，其中，向上定义为正Z方向，向下定义为负Z方向。通常，如本文所使用的，Z轴将与由于重力引起的力对准(align)。
“联接(coupled)”是指通过中间部件直接或间接地永久性或可释放地连接，并且(取决于上下文)并不一定限于物理连接。
“弹性的(resilient)”描述了这样的材料或结构，该材料或结构配置为在正常操作载荷下(例如，在压缩时)弹性变形，并且在卸荷时恢复到最初的形状或位置。
“刚性(rigid)”描述了这样的材料或结构，该材料或结构配置为在正常操作条件下是坚硬的、不可变形的或基本上缺乏柔性的。
“处理逻辑(processing logic)”可以包括被配置为通过执行一个或多个逻辑和/或算术运算(例如，执行编码指令)来处理数据的任何合适的设备或硬件。例如，处理逻辑可以包括一个或多个处理器(例如，中央处理单元(CPU)和/或图形处理单元(GPU))、微处理器、处理核集群、FPGA(现场可编程门阵列)、人工智能(AI)加速器、数字信号处理器(DSP)和/或逻辑硬件的任何其他合适的组合。
概述
通常，本教导的车辆可以包括至少一对可倾斜的车轮和具有处理逻辑的控制系统，该处理逻辑被配置为自动地使车辆的底盘倾斜并在某些情况下主动地使车辆的车轮转向以引导车辆沿着选定的路径行驶，同时保持车辆底盘的正中面与重力和离心力(如果有的话)产生的净力矢量对准。车辆可以具有配置为引起底盘和车轮协调且基本上一致地倾斜的任何合适的设计。例如，车辆的转向或悬架系统可以包括四杆平行四边形连杆机构，其将左车轮和右车轮联接至中央底盘。下面描述了这种类型的车辆的示例。在某些情况下，车辆可以包括机器人运载工具(robotic vehicle)、半自主运载工具(semi-autonomousvehicle)或电传操纵的运载工具(fly-by-wire vehicle)。
本公开的方法和系统可以例如使用轮式车辆将制品、物体、产品或货物从一个位置递送到另一个位置。控制方法可以部分或全部由计算机实现。如上所述，轮式车辆可以可选地是远程控制的、半自主式的或混合自主式的。车辆可以可选地是一个或多个轮式车辆，例如，多个相同的轮式车辆之一。在一些实施方案中，轮式车辆可以可选地是无人驾驶轮式车辆，其可以被称为无人驾驶车辆或机器人、自主式车辆或机器人、自主式轮式车辆或机器人，或者这些术语的任意组合。本公开的系统可以被称为轮式车辆或机器人递送系统、无人驾驶车辆或机器人递送系统、自主式车辆或机器人递送系统、无人驾驶或自主式递送系统，或者前述各项的任意组合。本公开的方法和系统可以可选地在室内或室外陆地运输网络上使用，该运输网络可以包括道路、自行车道、人行道、小巷、小路、人行横道、轮式车辆可以行驶的任何路线，或者前述各项的任意组合。本公开的运输网络可以被称为室外网络、室外运输网络、陆地运输网络等。
车辆的机电可控变量可以包括相对于车轮连杆机构的底盘倾斜，车轮的转向，油门或车辆速度，以及制动。通常，控制系统配置为在转弯时使离心力和重力保持平衡，以使离心力和重力矢量的组合产生与底盘和车轮正中面平行的净力矢量。通过引导使合力平行于底盘，可以减小车辆悬架部件(以及适用的骑行者)上的应力，降低侧翻风险，并且提高或最大化转弯时的抓地力。
可以通过致动器和控制软件的组合实现底盘的理想偏斜位置，以形成所需的性能。在一些示例中，针对给定转弯独立地控制倾斜角和转向角。通常，根据速度和地形来控制倾斜与转向的比(tilt to steer ratio)，并且较高的速度会引起较多的车辆底盘偏斜、较少的车轮转向。底盘处的倾斜度是路面角度加上车轮连杆机构铰接角度的总和。在某些情况下，可以使用靠近路面的合适的传感器来检测表面的水平(或校正底盘倾斜位移)。然而，通过测量底盘与由重力和任何离心力引起的净力矢量的关系来确定和保持底盘的绝对倾斜角可能会更有效。
在某些情况下，必须考虑冠状轮胎与地形的相互作用，因为当在不平坦或倾斜的地形上以给定的转弯矢量追踪车轮的侧面，某些车轮的冠状形状可能会产生刮擦。对于倾斜的三轮车辆，可能需要转向不足或转向过度，以抵消冠状车轮在转弯时对转向过度或转向不足的自然影响，这取决于地形。一般而言，这种轮胎刮擦比损失车辆的期望路径更加优选。
本文描述的控制系统的各方面可以体现为包括计算机方法、计算机系统或计算机程序产品的处理逻辑。因此，控制系统的各方面可以采取以下形式：完全硬件实施方案、完全软件实施方案(包括固件、驻留软件、微代码等)或组合软件和硬件方面的实施方案，所有这些实施方案在本文中可以统称为“电路”、“模块”或“系统”。此外，控制系统的各方面可以采取计算机程序产品的形式，该计算机程序产品在计算机可读介质上实现，该计算机可读介质具有在其上实现的计算机可读程序代码/指令。
可以使用计算机可读介质的任意组合。计算机可读介质可以是计算机可读信号介质和/或计算机可读存储介质。计算机可读存储介质可以包括电子、磁性、光学、电磁、红外和/或半导体系统、装置或设备，或者上述这些的任意合适组合。计算机可读存储介质更具体的示例可以包括以下：具有一根或多根电线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、固态存储器、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式光盘只读存储器(CD-ROM)、光学存储设备、磁存储设备和/或上述这些的任意合适组合等。在本公开的上下文中，计算机可读存储介质可以包括任何合适的非暂时性有形介质，其可以包含或存储有供指令执行系统、装置或设备使用或者与指令执行系统、装置或设备结合使用的程序。
计算机可读信号介质可以包括例如在基带中或作为载波的一部分的传播的数据信号，该传播的数据信号具有在其中实现的计算机可读程序代码。这样的传播信号可以采取多种形式中的任何一种，包括但不限于电磁形式、光形式和/或上述各项的任意合适组合。计算机可读信号介质可以包括不是计算机可读存储介质但能够通信、传播或传输供指令执行系统、装置或设备使用或与指令执行系统、装置或设备结合使用的程序的任何计算机可读介质。
可以使用任何适当的介质来传输在计算机可读介质上实现的程序代码，上述适当的介质包括但不限于无线介质、线缆、光缆、RF等和/或上述这些的任意合适组合。
用于实施控制系统各方面操作的计算机程序代码可以用下述各项中的一种或下述各项的任意组合来编写：编程语言，包括面向对象的编程语言，诸如Java、C++等；和常规程序化编程语言，诸如C。可以使用任何合适的语言(包括前面提到的那些语言以及Objective-C、Swift、C#、HTML5等)来开发移动app。程序代码可以完全在用户计算机上、部分在用户计算机上、作为独立软件包、部分在用户计算机上且部分在远程计算机上、或者完全在远程计算机或服务器上执行。在后一种场景下，远程计算机可以通过任何类型的网络(包括局域网(LAN)或广域网(WAN))以连接到用户计算机，和/或可以与外部计算机建立连接(例如，通过使用因特网服务提供商的因特网)。
下面参考方法、装置、系统和/或计算机程序产品的流程图和/或框图描述控制系统的各方面。流程图和/或框图中的每个框和/或框的组合可以由计算机程序指令来实现。可以将计算机程序指令提供给通用计算机、专用计算机或其他可编程数据处理装置的处理器以产生机器，使得经由计算机或其他可编程数据处理装置的处理器执行的指令创建用于实现流程图和/或框图的框中指定的功能/动作的手段。在一些示例中，机器可读指令可以被编程到可编程逻辑设备诸如现场可编程门阵列(FPGA)上。
这些计算机程序指令也可以存储在计算机可读介质中，该计算机可读介质可以引导计算机、其他可编程数据处理装置和/或其他设备以特定方式运行，使得存储在计算机可读介质中的指令产生制造品，包括实现流程图和/或框图的框中指定的功能/动作的指令。
计算机程序指令还可以被加载到计算机、其他可编程数据处理装置和/或其他设备上，以使得要在设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的过程，使得在计算机或其他可编程装置上执行的指令提供用于实现流程图和/或框图的框中指定的功能/动作的过程。
附图中的任何流程图和/或框图旨在例示根据控制系统各方面的系统、方法和计算机程序产品可能的实现方案的架构、功能和/或操作。在这方面，每个框可以代表代码的模块、区段或部分，其包括用于实现指定的逻辑功能的一个或多个可执行指令。在一些实施方式中，框中指出的功能可以不按附图中指出的顺序发生。例如，取决于所涉及的功能，实际上可以基本上同时执行连续示出的两个框，或者有时可以以相反的顺序执行这些框。每个框和/或框的组合可以由执行指定功能或动作的基于专用硬件的系统(或专用硬件和计算机指令的组合)来实现。
示例、部件和替代方案
以下各节描述了示例性车辆和控制系统以及相关系统和/或方法的选定方面。这些章节中的示例旨在说明，而不应解释为限制本公开的范围。各节可以包括一个或多个不同的实施方案或示例和/或上下文或相关的信息、功能和/或结构。
A.说明性的车辆和控制
如图1至图26所示，本节描述了说明性的可倾斜车辆和相关联的机电控制。这些车辆是上面概述中描述的可倾斜车辆和相关控制的示例。
参考图1至图2，示出了可倾斜的三轮车辆12，其总体上例示为具有安装在前端的车轮连杆组件10(也称为悬架组件)。车辆12被描绘为处于直立(见图1)和倾斜(见图2)位置，并且在轮式车辆的背景下被描绘。车辆12包括中央框架14(也称为底盘)，该中央框架具有前部、后部和用于骑行者18的支撑部16。前部的车轮连杆组件10可以在枢轴19处附接到中央框架14的前部。前部的车轮连杆组件10包括顶部悬架杆20和底部悬架杆22，它们分别具有各自的左端和右端。车轮连杆组件10还包括左悬架杆24和右悬架杆26，它们分别具有各自的顶端和底端。
车轮连杆组件10的几何形状布置成使得顶部悬架杆20和底部悬架杆22的左端分别可枢转地附接到左悬架杆24的顶部和底部，并且顶部悬架杆20和底部悬架杆22的右端在枢轴17处分别可枢转地附接到右悬架杆26的顶端和底端。因此，顶部悬架杆20和底部悬架杆22基本上彼此平行，并且左悬架杆24和右悬架杆26基本上彼此平行。顶部悬架杆和底部悬架杆的中央部可枢转地固定到中央框架14的前部。如上所述，车轮连杆组件10的几何形状被实现为四连杆组件。具体地，组件10的四个悬架杆20、22、24、26布置成平行四边形形状，其中，顶部悬架杆20和底部悬架杆22沿悬架组件的顶部和底部基本上平行，并且左悬架杆24和右悬架杆26沿悬架组件的左侧和右侧基本上彼此平行。悬架杆20、22、24、26中的每个悬架杆的端部彼此可枢转地附接以形成铰接的平行四边形。
在某些示例中，诸如在图1和图2中所描绘的示例中，底部悬架杆22可以在深度上扩大并向后延伸以形成储藏室28，该储藏室28提供了用于安装重物诸如电池组30的储藏容量，以保持车辆12的重心降低。通过这种方式，储藏室28提供了位置以放置为车辆12供电的电池30，该位置相对较低，以增强稳定性并降低重心。特别地，因为底部悬架杆22(在该示例中)不相对于中央框架14倾斜，所以电池30的重量不会在悬架组件的倾斜方面产生影响。因此，车辆12的倾斜质量(tilting mass)保持轻巧和灵活。这允许车辆12具有轻量的操作响应和整体感受，同时仍可承载相当大的电池载荷。
车辆12是这样的枢转车辆，其具有中央框架14的第一竖向轴32，该第一竖向轴限定一正中面，该正中面将框架或底盘分为左部和右部。车辆12还包括延伸通过两个间隔轮胎38、40(也称为车轮)中的每个轮胎的第二竖向轴34和第三竖向轴36。这三个轴配置为随着车辆12倾斜而保持平行。尽管在下面描述了自动化示例(在某些情况下为无人驾驶(unmanned))，用户18的腿部42可以控制车辆12的倾斜。无论车辆具有两个、三个、四个还是更多个车轮，中央框架14都联接到随着中央框架14倾斜而倾斜(即一致地)的至少两个车轮38、40，使得这些元件相对于刚刚定义的轴保持平行定向。
本示例的布置有利于摩托车的自由偏斜(free-leaning)性能，而不需要在轮胎和行驶表面之间具有高水平的抓地力以使车辆保持直立。因此，可以更安全地在雪、冰、尘土等之上运行车辆。通常，将用于在表面44上行驶的行驶表面界面(例如，轮胎、滑雪板、胎面等)固定到左悬架杆24和右悬架杆26并固定到中央框架14的后部，以允许车辆12在表面44上运行。在所描绘的示例中，三轮车辆12具有单个后部驱动车轮46和两个前部车轮38、40形式的行驶表面界面。然而，本领域的技术人员应当理解，本公开的教导也适用于两轮或四轮车辆，以及在浮筒上运行的船舶或在滑雪板上运行的雪上车辆。
为了有利于车辆12的转向，车轮连杆组件10包括安装在各自的主轴48上的前部车轮38、40，这些主轴48可枢转地联接到左悬架杆24和右悬架杆26和所连接的轮胎杆29。当车辆12倾斜时，主轴48和在左悬架杆24和右悬架杆26的销钉17处安装的车轮38、40也倾斜以保持平行四边形的几何形状。在这方面，当车辆12倾斜时，左车轮38和右车轮40也倾斜并与中央框架14保持基本平行的关系。然而，此外，车轮主轴48可在轴承25上相对于车轮连杆组件10枢转的能力使得车轮38、40可以转动，以有利于车辆12转弯。
在一些示例中，车轮连杆组件10的四连杆机构联接到机动化的车辆12诸如轻便摩托车、电动自行车或摩托车的前端。通过这种方式，将后部车轮46用作驱动车轮，并用车轮连杆组件10和前部车轮38、40代替前部车轮。在该配置中，以允许主轴48和车轮38、40绕左悬架杆24和右悬架杆26的轴枢转的方式，将前部车轮38、40的主轴48安装至左悬架杆24和右悬架杆26。此外，通过包括横拉杆的组件使主轴48互连，该横拉杆还连接到转向连杆机构，从而允许用户(或自动化控制器)使车辆12转向。为了进一步帮助稳定车辆12，可以相使前部车轮38、40相对于车轮连杆组件10的后部至少具有少量的倾角(caster)以有利于自居中转向(self-centering of the steering)，并且至少具有少量的外倾角(camber)以促使车辆12达到正常的直立位置。
在图3中示意性地描绘了与车辆12相似的示例性轮式车辆300。轮式车辆300包括底盘322(也称为框架)，该底盘322具有第一端323和相对的第二端324。一个或多个车轮可旋转地联接到底盘322的第一端323，并且一个或多个车轮可旋转地联接到底盘322的第二端324。在一些实施方案中，第一车轮326和第二车轮327可旋转地联接到第一端323，并且单个车轮328可旋转地联接到第二端324。第一端323可以是车辆300的前端或后端，并且在一些实施方案中，第一端是车辆的前端。在一些实施方案中，第一车轮326和第二车轮327分别是轮式车辆300的左前车轮和右前车轮。
提供了悬架组件331(也称为车轮组件、车轮连杆组件、连杆机构)，以将第一车轮326和第二车轮327联接到底盘322。悬架组件331可以包括任何合适的连杆机构。在一些示例中，悬架组件331包括具有第一端或左端332A和第二端或右端332B的横向构件332。第一支架333连接到横向构件332的第一端332A，并且第二支架334连接到横向构件332的第二端332B。横向构件332和支架333、334可以由任何合适的材料诸如金属制成，并且支架333、334可以焊接或以其他方式刚性地固定到横向构件332。
第一车轮326和第二车轮327可枢转地联接到悬架组件331的各端部。在一些实施方案中，枢转组件336设置在悬架组件331的每个端部处，用于将车轮326、327联接到悬架组件。枢转组件336以有助于车轮相对于悬架组件331转动和/或转向(例如，绕各自的竖向轴或Z枢转轴)的方式促进车轮326、327旋转。在一些实施方案中，每个枢转组件336包括例如通过枢转销或螺栓枢转地联接到各支架333、334的主轴337，所述枢转销或螺栓延伸穿过该主轴并且在各支架的每个端部处与其连接。可以提供螺母和/或任何其他合适的紧固件以联接到枢转销的一端，以将枢转销固定到各支架333、334上。
第一车轮326和第二车轮327可旋转地联接到悬架组件331的各端部。在一些实施方案中，在悬架组件331的每个端部处提供合适的车轮旋转组件346，从而以任何容许车轮相对于悬架组件旋转的方式(例如绕垂直于车轮的竖向(Z)枢轴的水平(Y)轴)将车轮326、327联接到悬架组件。每个车轮旋转组件346可以包括轴、轴承和/或任何其他合适的机构，以允许车轮在车辆上旋转。
轮式车辆300可以包括任何合适的转向机构(steering mechanism)或组件356，用于使第一车轮326和第二车轮327中的每一个绕悬架组件331的各端部枢转以容许车辆300转向。合适的转向机构356包括用于使汽车、卡车和/或适于在任何类型的运输网络上行驶的任何其他车辆转向的已知的组件或机构。在一些实施方案中，转向组件356包括第一转向杆357和第二转向杆358(也称为横拉杆或者枢转杆或枢转臂)，它们联接到转向轴359，使得转向轴359的旋转引起转向杆357、358相对于该转向轴横向移动并且使车轮326、327绕其各自的枢转轴基本上一致地枢转。在一些实施方案中，转向杆357、358中的每一个都具有可枢转地联接到各自主轴337(例如联接到所述轴的臂361)的外端，以及具有联接到转向轴359的下端或底端的内端。转向杆357、358之一的纵向移动导致各自的臂3617绕其枢转轴旋转各自的主轴33。在一些实施方案中，转向轴的底端包括联接支架362，该联接支架相对于轴359垂直地延伸并且具有可枢转地联接到第一转向杆357和第二转向杆358的内端的第一间隔附接机构和第二间隔附接机构。转向机构356可以包括任何其他合适的已知机构，诸如齿条和齿轮组件等，用于在转向轴359旋转时使第一转向杆357和第二转向杆358沿相反的第一方向和第二方向纵向移动。可以将转向手把或方向盘366或者任何其他合适的人类手握元件固定到转向轴359，以容许人类驾驶员操作转向机构356。
底盘322在其前端323处包括颈部或杆371(也称为转向管)。例如通过可以包括一个或多个轴承的旋转接头或组件，来使杆371可旋转地承载转向轴359。顶管372从杆371的顶端向后延伸，并且底管或下部管373从杆371的底端向后延伸。中心柱或座管374接合到顶管372和底管373中的每一个的各自后端。后部车轮328可旋转地联接到底盘322的第二端或后端324。例如，可以被称为软尾的底臂或叉376可以通过配置为绕水平(Y)轴枢转的枢转组件377可枢转地联接到座管324的后部，例如在座管的底端处。车轮旋转组件347设置在叉376的端部处，用于将车轮328联接到底盘322的后端324。可以在车辆300中包括弹簧和/或任何其他合适的偏转悬架构件381，以减弱和/或限制叉376绕枢转组件377的枢转。在一些实施方案中，弹簧381的第一端联接到底盘322的中央部分(例如，联接到座管374的顶端)，并且相对的第二端联接到叉376的自由端(例如，相邻的后部车轮旋转组件347)。还可以提供用于容许人类操作者坐在车辆300上的座椅382。
底盘322可绕轴(例如，水平(X)轴)从一侧向另一侧倾斜，以便可相对于车辆所行驶的表面(即，向左和向右)倾斜。在一些示例中，可以以容许底盘322相对于悬架组件并因此相对于前部车轮326、327枢转或倾斜的方式将底盘322固定到悬架组件331。在一些示例中，底盘322与枢转组件386可枢转地联接，该枢转组件386与悬架组件331的中心(例如，在横向构件332处)和该底盘的杆371的底部接合。枢转组件386可以被称为可旋转接头或倾斜旋转接头(tilt rotational joint)。枢转组件386容许杆371绕水平(X)轴枢转。底盘322的这种枢转和/或倾斜可以补偿在车辆300运行期间施加在底盘322和任何驾驶员上的横向加速度和/或离心力(参见下文)。这样的横向加速度和/或离心力可以例如在车辆300转弯期间发生。
轮式车辆300可以包括一个或多个用于储存和/或运输货物的容器。作为示例，在图3中以虚线示出了第一容器391，其联接到底盘322的前部，并且以虚线示出了第二容器392，其联接到底盘322的后部。
车辆300可以可选地包括任何合适类型的至少一个机构、组件、装置和/或设备，其可以可选地由上述容器之一承载，用于移除或帮助移除容器中的内容物、在容器之间移动制品、放置或移动制品、或者帮助将制品放置或移动到容器中，或者前述各项的任意组合。该至少一个机构可以包括起重机、皮卡或其他臂、勺、铲、滑轮、爪、磁体、输送机、皮带、辊、球、可移动表面、可移动壁、滑动装置、抓握设备和/或前述各项的任意组合。该至少一个运输机构可以可选地处于容器之一的内部。
车轮326、车轮327和/或车轮328可以由一个或多个电机或驱动致动器396驱动，其可以可选地由用于移动轮式车辆300的控制器控制。在一些实施方案中，多个车轮由一个或多个电机驱动或机动化。在一些实施方案中，前部车轮326和前部车轮327由一个或多个电机驱动，例如每个车轮各由一个电机驱动。在一些实施方案中，轮式车辆300的所有车轮均由一个或多个各自的电机驱动或机动化。前述电机或驱动致动器可以分别是任何合适的类型，例如电动机或电致动器。在一些实施方案中，每个车轮由电动机或电致动器在内部提供动力，例如轮毂电机、踏板车轮毂电机、轮式电机、轮毂驱动和/或任何合适类型的另一轮内电机。车辆300可以由单个致动器或电机提供动力，例如由底盘322承载并例如通过链条传动、皮带传动、轴传动和/或前述各项的任意组合联接到一个或多个车轮的电动机。
车辆300的转向机构356可以由一个或多个电机或转向致动器101驱动，该电机或转向致动器可以可选地由控制器控制以使车辆转向。在一些实施方案中，一个或多个转向致动器101可以由底盘322承载，以引起转向轴359相对于底盘旋转。例如，转向致动器101可以设置在杆371的顶部，用于使转向轴359在杆371内枢转和/或旋转。在一些实施方案中，可以在悬架组件331上提供一个或多个转向致动器101，以使车轮326、327以任何合适的方式绕各自的枢转组件336枢转。例如，可以提供一个或多个转向致动器101以移动转向杆357、358中的一个或两个、主轴337中的一个或两个和/或前述各项的任意组合。前述电机或致动器可以分别是任何合适的类型，例如电动机或电致动器。
轮式车辆300的枢转组件386可以由一个或多个电机或致动器102驱动，该电机或致动器可以可选地由电子控制器控制、或机动化、或致动，以使底盘322相对于轮式车辆所行驶的表面或基本上平行于该表面延伸的任何线倾斜。这样的一个或多个电机或致动器中的每一个可以被称为倾斜致动器102。在一些实施方案中，一个或多个倾斜致动器102可以由底盘322承载，以使该底盘相对于悬架组件331倾斜，并且因此使底盘322相对于车辆300所行驶的表面倾斜。例如，可以将倾斜致动器102设置在枢转组件386的附近，例如如图3所示，由底盘322的底管373承载。可以将一个或多个倾斜致动器102设置在枢转组件386内、安装在悬架组件331上、安装在杆371上、安装在底管373上和/或前述各项的任意组合。前述电机或致动器可以是任何合适的类型，例如电动机或电致动器。
轮式车辆300的车轮326、327、328中的任何一个或全部可以通过任何合适类型的制动机构(未示出)来减速和/或停止，例如在汽车、卡车、摩托车和/或适合于在任何类型的运输网络上行驶的其他车辆上使用的任何合适的已知的制动机构。在一些实施方案中，车轮326、327、328中每一个都具有用于使各车轮减速或停止的单独的制动机构。轮式车辆300的每个制动机构可以可选地由电机或致动器106控制，该电机或致动器可以可选地由控制器控制，以使车辆300的各车轮减速、制动和/或停止。每个这样的电机或致动器可以被称为制动致动器106。在一些实施方案中，单独的制动致动器106由底盘322承载在车辆300的一个或所有车轮旋转组件346附近。在一些实施方案中，制动致动器106由底盘322承载在每个车轮旋转组件346附近，以使车辆300的各车轮326、327、328减速和/或停止。用于某一车轮的制动致动器106可以被承载在该车轮内。在一些实施方案中，可以为每个车轮326、327、328提供制动致动机构(未示出)，并且该制动致动机构可以包括刚性地固定到旋转车轮的制动转子、刚性地固定到各车轮旋转组件和/或其他车轮安装点的制动卡钳，以及用于对卡钳施加力以对制动转子提供制动摩擦、并因此对车轮提供制动摩擦的机构。在一些实施方案中，作为制动致动器106的一部分和/或除制动致动器106之外，制动致动机构还可以包括液压机构来代替制动致动器106。在一些实施方案中，制动机构可以由人类操作者和/或电子控制器(包括设置在车辆300上的处理逻辑)独立地致动，使得人或控制器可以使车辆完全停止。
可以提供其他合适的悬架组件，以将车辆300的车轮(例如第一车轮326和第二车轮327)联接到底盘322。例如，可以提供悬架组件，用于在车轮转弯期间使联接到该悬架组件的车轮(例如绕基本上平行于和/或沿着车辆300的行驶方向的轴)枢转和/或倾斜。在一些实施方案中，例如在转弯期间，车轮可以与车辆300的底盘322的倾斜基本上一致地倾斜。
在图4中例示了一种合适的悬架组件431，其中，相同的附图标记用于描述悬架组件331和431的相同部件。在一些实施方案中，例如通过合适的车轮旋转组件346将第一车轮326和第二车轮327中的每一个可旋转地联接到合适的枢转组件，例如枢转组件336。例如，以上述讨论的方式，每个枢转组件346容许各自的车轮326、327相对于悬架组件431枢转和/或转动且因此相对于车辆300枢转和/或转动。
悬架组件431可以包括中央元件432，该中央元件432可以刚性地联接和/或以其他方式固定到底盘322，以便在车辆300的转弯和/或某些其他操作期间与底盘322一致地倾斜。在一些实施方案中，在车辆300的转弯和/或某些其他操作期间，枢转组件336基本上彼此平行延伸并且与中央元件432基本上平行地延伸。悬架组件431可以包括用于将每个枢转组件336的顶部联接到中央元件432的顶部的一对上悬臂，和用于将每个枢转组件的底部联接到中央元件432的底部的一对下悬臂。例如，可以提供第一上悬臂433，并且该第一上悬臂的内端例如可以在枢转元件或销434处可枢转地联接到中央元件432的顶部，并且其外端例如可以在枢转元件或销436处可枢转地联接到第一枢转组件336的顶部。可以提供第二上悬臂441，并且该第二上悬臂的内端例如可以在枢转元件434处可枢转地联接到中央元件432的顶部，并且其外端例如可以在枢转元件或销442处可枢转地联接到第二枢转组件336的顶部。可以提供第一下悬臂446，并且该第一下悬臂的内端例如可以在枢转元件或销447处可枢转地联接到中央元件432的底部，并且其外端例如可以在枢转元件或销448处可枢转地联接到第一枢转组件336的底部。可以提供第二下悬臂451，并且该第二下悬臂的内端例如可以在枢转元件447处可枢转地联接到中央元件432的底部，并且其外端例如可以在枢转元件或销452处可枢转地联接到第二枢转组件336的底部。在一些实施方案中，每组上悬臂和下悬臂彼此平行地延伸。例如，第一上悬臂433可以平行于第一下悬臂446延伸，并且第二上悬臂441可以平行于第二下悬臂451延伸。在这方面，例如，中央元件432的长度可以大约等于任一枢转组件336的长度。
每个悬臂与中央元件432及其各自枢转组件336的可枢转联接使得每个枢转组件与中央元件432基本一致地被动地倾斜，并由此与底盘322也基本一致地被动倾斜。每个悬架臂与中央元件432及其各自枢转组件的这种可枢转联接还可以容许中央元件432与各枢转组件之间进行相对的向上和向下运动，以例如适应在车辆300运行期间各车轮遇到的隆起物或障碍物。
可以提供任何合适的转向机构或组件356，以使第一车轮326和第二车轮327中的每一个绕悬架组件431的各端部枢转，以便容许车辆300转向。在一些实施方案中，转向机构或组件356包括第一转向杆357和第二转向杆358，该第一转向杆和该第二转向杆可以以任何合适的方式联接到转向轴359，使得转向轴359的旋转引起转向杆357、358相对于转向轴横向移动，从而使车轮326、327绕各自的枢转组件336的枢转轴基本上一致地枢转。在一些实施方案中，转向杆357、358中的每一个都具有外端，该外端以任何合适的方式可枢转地联接到各自的枢转组件336，例如可枢转地联接到从枢转组件垂直延伸的臂361，以引起各车轮326、327的该枢转和/或转向。
车辆300的底盘322可以通过任何合适的枢转组件461(例如包括容许底盘322相对于悬架组件431倾斜的枢转元件434、447的枢转组件)可枢转地联接到悬架组件431。枢转组件461可以由一个或多个电机或致动器102驱动，该电机或致动器可以可选地由本公开的计算机网络控制、或机动化、或致动，以使底盘322相对于轮式车辆所行驶的表面和/或相对于基本上平行于该表面延伸的任何参考线或平面462倾斜。一个或多个电机或致动器中的每一个可以被称为倾斜致动器102。在一些实施方案中，一个或多个倾斜致动器102可以由底盘322承载，以使该底盘相对于悬架组件431倾斜，并因此使该底盘相对于车辆300所行驶的表面和/或参考线462倾斜。例如，可以在枢转元件434、447中的一个或二者附近设置倾斜致动器。例如，如图4所示，第一倾斜致动器463可以由中央元件432、悬架446或此两者承载，以引起中央元件432和悬臂446之间绕枢转元件447的相对枢转运动。中央元件432和悬臂446之间的这种相对枢转运动可以被动地引起中央元件432和悬臂433之间绕枢转元件434的相对枢转运动。类似地，第二倾斜致动器464可以由中央元件432、悬架451或此两者承载，以引起中央元件432和悬臂451之间绕枢转元件447的相对枢转运动。中央元件432和悬臂451之间的这种相对枢转运动可以被动地引起中央元件432和悬臂441之间绕枢转元件434的相对枢转运动。
在车辆300的操作和使用中，一个或多个倾斜致动器102可以使底盘322相对于车辆所行驶的表面或者相对于平面或线(诸如基本上平行于该行驶表面延伸的参考线462)倾斜。这种倾斜的程度可以以任何合适的方式来控制，例如通过本公开的包括车辆控制器111(见图5)的计算机网络。例如，在车辆300转弯期间，在横向加速度和/或离心力施加到底盘322的同时，车辆控制器111和/或本公开的计算机网络的其他方面可以引导该一个或多个倾斜致动器102来使底盘322枢转和/或倾斜，以便全部或部分地补偿这种横向加速度和/或离心力。计算机网络(例如车辆控制器111)可以从一个或多个传感器(例如一个或多个传感器121)(见图5)接收输入，以测量底盘322的该加速度、离心力和/或其他特征，以便确定底架322所应该被该一个或多个倾斜致动器102枢转和/或倾斜的程度、量和/或角度。在这一方面，例如，可以使用IMU传感器来测量任何合适的加速度和/或力，该IMU传感器可以被包括在该一个或多个传感器121中，并且可以可选地包括固态加速度计。该倾斜的程度、量和/或角度可以通过任何合适的传感器来感测和/或测量，如包括在一个或多个传感器121中并且作为反馈被引导回控制器111或计算机网络的其他方面的传感器。可以将任何合适的算法作为固件、软件或此两者而编程到计算机网络中，以用于分析由一个或多个传感器提供的输入信号，并用于命令和/或控制该一个或多个倾斜致动器102。
现在转向图5，车辆300的控制器111可以包括位于车辆300上的具有任何合适配置的处理逻辑。在一些实施方案中，可以被称为计算机或计算机化控制器的控制器111可以包括处理器112和任何合适类型的存储装置或存储器113。控制器111的处理逻辑可以例如以电气、光学、无线等方式电耦合到车辆300的任何或所有电操作的部件、机构或设备，以便容许处理逻辑控制该部件、机构或设备。例如，控制器可以电耦合到车辆的任何或全部致动器，例如致动器396、101、102和106中的任一或全部。处理逻辑或控制器111可以包括用于从远程来源接收命令的接收器和/或天线470，该命令可以由控制器111发送到车辆300的一个或多个致动器和/或其他电控制的机构或设备。
在一些实施方案中，可以可选地为控制器111提供来自任何合适类型的全球定位系统(GPS)设备或接收器116的输入信号。在一些实施方案中，控制器111可以使用来自任何合适类型的一个或多个传感器117的输入信号、该一个或多个传感器包括例如一个或多个视觉或其他相机、一个或多个LIDAR设备或传感器、一个或多个声纳设备或传感器、一个或多个雷达设备或传感器、一个或多个近红外(NIR)设备或传感器、惯性测量单元(IMU)设备或传感器、用于测量底盘和/或车辆的横向加速度的传感器、固态加速度计，或者前述各项的任意组合。传感器117可以被称为高级别传感器。传感器117可以是控制器111的一部分、机器人计算系统的一部分、感知系统(例如，计算机视觉系统)的一部分，和/或前述各项的任意组合。在一些实施方案中，控制器111可以可选地包括任何合适类型的至少一个收发器和/或天线470，其可以可选地包括长期演进(LTE)和/或其他蜂窝发射和接收设备、无线局域网(Wi-Fi)发射和接收设备、
Figure BDA0002585100350000171
协议发射和接收设备、射频(RF)发射和接收设备、低功率射频发射和接收设备，或前述各项的任意组合。控制器111可以具有比上面描述的更少的电子部件或上面没有描述的另外的部件。控制器111可以被承载在车辆300上的任何地方。传感器117可以被承载和/或设置在车辆300上的任何地方，例如在车辆的一个或多个端部、车辆的一个或多个侧面，或前述各项的任意组合。
车辆300可以可选地包括一个或多个传感器121，以用于例如在车辆静止时、在车辆运行期间或此两种情况下检测车辆的物理特征。传感器121可以被称为低级别传感器。传感器121可以可选地包括设置在车辆300的每个车轮上或相对于该车辆的每个车轮设置(包括例如设置在车轮326、327和328中的任何一个或全部上，或相对于上述车轮中的任何一个或全部车轮设置)的合适的里程传感器，以感测车轮的旋转运动。例如，这样的旋转传感器可以设置在一个或多个车轮旋转组件346上。传感器121可以可选地包括设置在车辆300的每个接头或连杆机构或可移动构件上的合适的角度或其他位置传感器，以用于检测或感测该构件的运动或位置，上述接头或连杆机构或可移动构件包括例如枢转组件336、车轮旋转组件346、第一转向杆357、第二转向杆358、转向轴359、联接支架362、叉376、枢转组件377、枢转组件386、底盘322或前述各项的任意组合。传感器121可以可选地包括联接在车辆底盘322与车轮327、328的悬架组件之间的至少一个传感器，用于检测它们之间的相对角度。传感器121可以可选地包括联接至倾斜旋转接头或枢转组件的至少一个传感器，用于检测车辆倾斜角。传感器121可以可选地包括联接到车轮326、327、328中的任何一个或全部车轮的车轮旋转组件346的至少一个传感器，用于检测各车轮的旋转位置和速度。传感器121可以可选地包括用于车辆中(例如悬架组件331中)的每个未致动或被动接头的至少一个传感器，用于在被动接头旋转或枢转时检测车辆和/或底盘的姿态。
传感器117和121可以可选地直接或间接地电耦合到本公开的控制器(例如控制器111)，使得在本公开的系统运行(包括车辆300的运行)过程中，控制器111和/或本公开任何方面的控制器都可以使用来自上述传感器的信号。例如，来自传感器117的输入信号可以被本公开的控制器的处理逻辑用于导航车辆300。来自传感器121的输入信号可以用于完成这种导航，例如在车辆300使用期间监视和控制该车辆的机械特征。
由诸如致动器396、101、102和106中的任何一个或全部的致动器以及任何其他电子控制设备如此控制的车辆300可以被称为电传操纵车辆。这种电传操纵车辆可以例如通过本公开的计算机网络进行电控制，该计算机网络可以包括一个或多个计算机或可以包括车载控制器111的其他处理逻辑。这种电传操纵车辆的运行可以是自主的，例如没有来自车辆上的人或车辆远处的人的输入。在车辆300的这种自主运行中，车辆完全由本公开的计算机网络控制，该计算机网络可以包括车载控制器111。这种电传操纵车辆的运行可以是半自主的，例如部分地由可以包括车载控制器111的本公开计算机网络控制，部分地由可以在该车辆上或在该车辆远处或在此两种情况下的一个或多个人来控制。
车辆300的自主或半自主运行可以包括使本公开的控制器引导一个或多个驱动致动器396来使车辆沿一方向或沿着行驶路径(例如沿X轴、正交的Y轴或此两轴)移动。在一些实施方案中，驱动致动器396可以选择性地使车辆300向前或向后移动。可以用控制器来控制车辆300的一个或多个转向致动器101，以使车辆转弯并因此处于车辆的行驶路径上。可以在该车辆转弯期间，用控制器来控制车辆300的一个或多个枢转组件(例如一个或多个枢转组件336)，从而可以引导一个或多个转向致动器101以使车辆绕轴(例如Y轴)枢转。车辆的枢转可以通过一个或多个车轮的枢转(例如绕枢转组件336的枢转)而引起。车辆300的一个或多个制动机构可以由计算机网络控制(例如借助于一个或多个制动致动器106来控制)，以使车辆沿其行驶的方向或路径减速。车辆300的一个或多个枢转或倾斜组件(例如一个或多个倾斜组件386)可以由计算机网络控制(例如借助于一个或多个倾斜致动器102来控制)，以使车辆(例如车辆的底盘322)绕轴(例如X轴)枢转或倾斜。
在一些实施方案中，这种电传操纵车辆300可以例如部分或完全地由骑在该车辆上的人手动操作。在一些实施方案中，例如通过向本公开的计算机网络提供手动输入、向这样的电致动器或其他电控制设备中的一个或全部提供手动输入、手动控制车辆的液压或其他非电控制机构或设备，或前述各项的任意组合，车上的人可以手动控制车辆的一个或全部电致动器或其他电控制设备，例如致动器396、101、102和106中的任何一个或全部。例如，车上的人可以例如在车辆转弯期间通过转移他或她的体重，控制他或她在车辆上的姿态，或通过使两轮车辆、三轮车辆或其他车辆在转弯期间倾斜的任何其他已知的方法，或以其他方式来手动倾斜车辆。例如，车上的人可以例如在车辆转弯期间通过手动枢转、旋转或移动手把、方向盘或用于使车辆的一个或多个车轮转弯的任何其他已知的机构来手动使车辆转向。
可以使用任何合适的方法或过程来操作车辆300。下面讨论一种用于操作车辆300的合适方法，包括车辆的自主和半自主操作方面以及车辆的人为操作。另请参阅图35至图36及相关描述。
在该方法的一个可选步骤中，一个或多个操作机构能实现车辆300的自主或半自主运行，或者可替代地使得车辆300承载的人能够部分或完全操作车辆。该机构可以任何合适的方式运行。例如，该机构可以引导车辆300的自主或半自主运行，除非由车上的人引导为容许对车辆300进行部分或完全的人为控制。
如果期望车辆的自主或半自主控制，则在一个可选步骤中，计算机网络引导车辆300在运输网络上从第一位置行驶到第二位置。在另一可选步骤中，在从第一位置行驶到第二位置的过程中，控制器111将行驶指令中继到车辆300。在另一可选步骤中，车辆300(例如，车载控制器111)接收行驶指令，并将适当的命令发送到一个或多个驱动致动器396和转向致动器101，以分别控制车辆的速度和行驶方向。在一个可选步骤中，车载控制器111从GPS接收器116、一个或多个传感器117或此两者接收输入信号，以绘制从第一位置行驶到第二位置的路线图。在另一可选步骤中，车辆300从一个或多个传感器121接收输入信号，该一个或多个传感器121可以测量在转弯期间施加在车辆上的横向加速度和/或离心力。在另一可选步骤中，车辆300(例如车载控制器111)将适当的命令发送到一个或多个倾斜致动器102，以使车辆的底盘322在转弯时相对于行驶表面和/或适当的参考线或平面枢转和/或倾斜，以便补偿这种横向加速度和/或离心力。在另一可选步骤中，车载控制器111将指令中继到车辆300以使该车辆减速。在另一可选步骤中，车辆300(例如车载控制器111)从计算机网络接收指令并将命令发送到适当的一个或多个制动致动器106，这导致该一个或多个致动器使车辆减速或停止。
如果期望对车辆进行部分或完全的人为控制，则在可选步骤中，在从第一位置行驶到第二位置的过程中，车上的人将行驶指令中继到车辆300。在另一可选步骤中，车辆300(例如车载控制器111)从人接收行驶指令，并将适当的命令发送到一个或多个驱动致动器396，以控制车辆的速度。在另一可选步骤中，例如通过操作机构在车载控制器111的引导下停用和/或重写一个或多个转向致动器101，以容许车上的人例如通过使用转向机构356引起第一车轮326和第二车轮327转弯来手动操纵车辆。在另一可选步骤中，例如通过操作机构在车载控制器111的引导下停用和/或重写一个或多个倾斜致动器102，以容许车上的人在转弯时手动地将车辆300的底盘322倾斜，以补偿在这种转弯期间施加在人和/或车辆上的横向加速度和/或离心力。如果车辆300不包括电制动器而是例如包括液压制动器，则人可以使车辆的非电制动器致动，这引起车辆减速或停止。如果车辆300确实包括电制动器，则在可选步骤中，人可以将制动指令中继到车辆。在可选步骤中，车辆300(例如车载控制器111)从计算机接收指令并将命令发送到适当的一个或多个制动致动器106，这导致该一个或多个致动器使车辆减速或停止。
可以看出，操作机构容许部分或整个电传操纵车辆(诸如车辆300)仅由人操作，或者可替代地由控制器自主地或半自主地控制，该控制器可以包括车载电控制器或计算机，诸如控制器111的处理逻辑。车辆可以完全是电传操纵的，即完全由电信号指示的致动器控制，或者既由这样的致动器控制，也由非电控制的致动器控制，例如液压控制的制动器或其他致动器。
现在转向图6至图26，现在将针对适于与本公开的可倾斜轮式车辆一起使用的可选倾斜致动机构(即，倾斜致动器102的示例)来讨论多个示例。还将讨论关于转向致动器101等的合适机构。
图6至图11描绘了关于倾斜致动器102的第一组示例，其中倾斜致动器包括联接到一组齿轮的电机。图6和图7是车辆600的示意图，该车辆具有可倾斜的框架或底盘602以及车轮四连杆机构604，该车轮四连杆机构604将该底盘联接到一对车轮606，使得车轮与底盘一致地倾斜。在该示例中，电机608(例如，步进电机、伺服电机等)固定地联接到底盘602并由控制器(例如，控制器111)控制。电机608驱动正齿轮610，该正齿轮610与固定在连杆机构的下部杆上的具有半圆形状的较大齿轮612(在附图中描绘为透明的)可操作地连接。下部杆联接到搁置在支撑表面(未示出)上的车轮606。因此，如图7所示，通过电机608的正齿轮610的选择性旋转使底盘602以受控的方式相对于下部杆倾斜。连杆机构的机械部件还引起车轮606对应地倾斜。
在一些示例中，齿轮610和/或612可以以不同的方式包装或配置，诸如在齿轮箱中、作为行星齿轮组件等。在图8和图9所描绘的示例中，车辆600’具有可倾斜的框架或底盘602’以及车轮四连杆机构604’，该车轮四连杆机构604’将该底盘联接到一对车轮606’，使得车轮与底盘一致地倾斜。在该示例中，电机608’(例如，步进电机、伺服电机等)与底盘602’的枢转接头同轴安装并由控制器(例如，控制器111)控制。电机608’可以直接地或经由齿轮组件联接到接头上，该齿轮组件例如是固定在连杆机构的下部杆上的齿轮箱610’。下部杆联接到搁置在支撑表面(未示出)上的车轮606。因此，如图9所示，电机和齿轮组件的选择性旋转使底盘602’以受控的方式相对于下部杆倾斜。连杆机构的机械部件还引起车轮606’对应地倾斜。
在另一示例中，图10和图11描绘了具有可倾斜的框架或底盘602”以及车轮四连杆机构604”的车辆600”，该车轮四连杆机构604”将该底盘联接到一对车轮606”，使得车轮与底盘一致地倾斜。在该示例中，电机608”(例如，步进电机、伺服电机等)固定地联接到连杆机构604”的下部杆并由控制器(例如，控制器111)控制。电机608”驱动正齿轮610”，该正齿轮与固定在底盘602”上的较大齿轮612”可操作地连接(例如，与底盘和连杆机构之间的下部枢转接头同轴)。下部杆联接到搁置在支撑表面(未示出)上的车轮606”。因此，如图11所示，通过电机608”的正齿轮610”的选择性旋转使底盘602”以受控的方式相对于下部杆倾斜。连杆机构的机械部件还引起车轮606”对应地倾斜。
图12至图15描绘了关于倾斜致动器102的第二组示例，其中倾斜致动器包括皮带或链条传动机构。图12和图13是车辆1200的示意图，该车辆具有可倾斜的框架或底盘1202以及车轮四连杆机构1204，该车轮四连杆机构1204将该底盘联接到一对车轮1206，使得车轮与底盘一致地倾斜。在该示例中，电机1208(例如，步进电机、伺服电机等)固定地联接到底盘1202并由控制器(例如，控制器111)控制。电机1208驱动正齿轮1210，该正齿轮1210通过皮带或链条可操作地连接到同轴安装在连杆机构的上部杆和底盘之间的枢转接头上的较大齿轮1214。如图13所示，电机1208对正齿轮1210的选择性旋转导致链条1212使齿轮1214旋转，从而向接头施加旋转引起的扭矩并使底盘1202以受控的方式倾斜。连杆机构的机械部件还引起车轮1206对应地倾斜。
图14和图15是车辆1200’的示意图，该车辆具有可倾斜的框架或底盘1202’以及车轮四连杆机构1204’，该车轮四连杆机构1204’将该底盘联接到一对车轮1206’，使得车轮与底盘一致地倾斜。在该示例中，电机1208’(例如，步进电机、伺服电机等)固定地联接到连杆机构的上部杆并由控制器(例如，控制器111)控制。电机1208’驱动正齿轮1210’，该正齿轮通过皮带或链条可操作地连接到同轴安装在连杆机构的下部杆和底盘之间的枢转接头上的较大齿轮1214’。如图15所示，电机1208’对正齿轮1210’的选择性旋转导致皮带/链条1212’使齿轮1214’旋转，从而向下部接头施加旋转引起的扭矩并使底盘1202’以受控的方式倾斜。连杆机构的机械部件还引起车轮1206’对应地倾斜。
图16至图23描绘了关于倾斜致动器102的第三组示例，其中倾斜致动器包括联接在车辆的两个关节元件之间的线性致动器机构。图16和图17是车辆1500的示意图，该车辆具有可倾斜的框架或底盘1502以及车轮四连杆机构1504，该车轮四连杆机构1504将该底盘联接到一对车轮1506，使得车轮与底盘一致地倾斜。在该示例中，线性致动器1508(例如，通过电、液压或通过任何其他合适的方法致动的活塞、齿条和齿轮、蜗杆螺钉等)联接在底盘1502和连杆机构的(例如，下部)杆之间并由控制器(例如，控制器111)控制。如图所示，线性致动器1508在第一端通过枢转接头1510联接到连杆机构1504，并且在第二端通过枢转接头1512联接到底盘1502。如图17所示，线性致动器1508的选择性线性致动促使底盘1502朝向或远离连杆机构的下部杆，从而以受控的方式倾斜。连杆机构的机械部件还引起车轮1506对应地倾斜。
图18至图23描绘了另外的示例，其中倾斜致动器102包括线性致动器。在这些示例中，线性致动器的一端固定，而另一端是枢转的或枢转和滑动的接头。更具体地说，图18和图19描绘了线性致动器1508’，该线性致动器1508’在第一端1510’处固定在连杆机构1504’，并且在第二端1512’处以可枢转的方式固定到该连杆机构的侧杆。图20至图21描绘了类似的线性致动器1508”，该线性致动器1508”在第一端1510”处固定地联接到连杆机构1504”的下部杆，并且在可枢转的第二端1512”处滑动地联接到该连杆机构的侧杆。
图22至图23描绘了另一示例，其中多个(这里为两个)线性致动器可以串联使用。具体地，车辆1500”’包括可倾斜的底盘1502”’，可以通过一对相对的线性致动器1508”’和1514”’将该底盘从一侧推向另一侧，每个线性致动器联接在连杆机构的下部杆和中央底盘之间。
图24A和图24B描绘了轮式车辆2400的另一示例，在这种情况下，该轮式车辆具有底盘，该底盘包括在枢转接头2412处相对于静止的(即，非旋转)框架2414可枢转的可倾斜框架2402。车辆2400还包括四连杆机构2404，该四连杆机构2404将底盘联接到配置为与框架2402一致地倾斜的一对车轮2406。在此，四连杆机构的每个横向半部在上接头2416和下接头2418处可旋转地连接到底盘，并通过A形框架减震系统进行减震，该系统包括静止的中央立杆和连接在立杆和连杆机构的下部杆之间的一对弹簧或减震器2408(在立杆的每侧有一个)。立杆是静止框架2414的竖向延伸部。在该示例中，致动器2410(在此示出为电机和正齿轮组件，但是可以使用任何合适的致动器)联接在可倾斜框架2402和静止框架2414之间，并且配置为引起两者之间的相对运动(例如，通过向框架2402施加倾斜引起的力)。也可以使用线性致动器、皮带/链条传动等。在该示例中，通过电机选择性地使正齿轮旋转会将旋转力传递给较大齿轮，并且使可倾斜框架2402以受控方式相对于静止框架2414倾斜。如图24A和图24B所描绘的，连接结构的机械部件引起车轮2406对应地倾斜。
图25描绘了转向致动器101的示例。在该示例中，轮式车辆2500包括伺服电机2502，该伺服电机2502由控制器控制以选择性地使第一齿轮2504旋转，该第一齿轮2504与相对于转向构件2508同轴安装的第二齿轮2506联接。因此，可以由电机2502经由齿轮2504和2506自动旋转转向构件，或者使用手把2510手动旋转转向构件。还可以使用任何其他合适形式的本文所述的致动器来控制转向，例如，联接到转向连杆机构或横拉杆形式的致动器。
也可以例如使用软件控制适当的致动器来自主或半自主地控制油门和/或制动系统。
图26描绘了可倾斜车辆2600的另一示例，其基本上与上文所述相同，但是具有方向盘2602和顶篷或挡风玻璃外壳2604。方向盘2602可以以机械方式联接到车辆的车轮连杆机构，和/或可以与车辆的控制器通信(例如，以无线方式)以命令转向致动器。
本文所述的致动器的多个方面可以由串联弹性致动器(SEA)代替或补充，该串联弹性致动器包括在系统的力产生部和被致动物体之间串联的弹性元件。即使被致动的物体受到外部物体或力的妨碍或阻碍，该弹性元件也可以使力继续产生而不会发生意外。SEA可以改善乘坐感受、提高安全性和/或避免在高应力情况下(诸如撞到坑洼时)损坏结构或电机。
B.说明性的控制方法
本节描述了用于控制可倾斜车辆的说明性的方法的步骤；见图27至图37。上述车辆的各方面可以在以下描述的方法步骤中使用。在适当的地方，可以参考可用于实施每个步骤的部件和系统。这些参考仅用于例示，而不旨在限制实施该方法的任何特定步骤的可能方式。
一般而言，通过确定哪种左右偏斜或倾斜角会产生与底盘的中央竖向平面对准的净力矢量，可以得出所讨论的车辆所需的倾斜角，上述中央竖向平面也称为正中面，即通过车辆竖向中心线的将底盘分为或等分为左部和右部的平面(底盘为竖向时的XZ)。净力矢量定义为由向下重力和横向离心力产生的合力矢量。车辆上的传感器(例如，加速计)检测底盘上的力矢量的横向偏转(例如，由于启动受操纵转弯时产生的离心力，或者在转弯时或正常运行期间来自不平坦地形的横向力)。作为响应，调整倾斜致动器并且在某些情况下调整转向致动器，以使净力矢量重新与底盘的正中面基本上对准。偏斜角度随速度和转弯半径的大小(tightness)而变化。对于给定的转弯半径和/或速度的给定所需或最佳的倾斜角度(即，使净力矢量与底盘保持对准的角度)，可以改变连杆机构的倾斜以保持该倾斜角度，并且还保持倾斜角度与地面不平坦/变化无关。
另外或可替代地，可以使用基本上相似的系统来控制前/后倾斜角，即，保持第二净力矢量与横向切过底盘并将底盘分为前部和后部的第二竖向平面一致，该第二竖向平面也称为正平面(frontal plane)(底盘为竖向时的YZ)。例如，当上坡或下坡行驶时，该第二系统可以用于保持所需的底盘角度。下面的讨论描述了左右倾斜控制系统，但是相同的原理可以适用于前/后倾斜系统。
计算偏斜(也称为倾斜)与转向的比，以使总力矢量(相对于离心力和重力产生的力)保持与倾斜车辆的正中面保持对准。一般而言，在任何给定的转弯半径下，车辆行驶得越快，车辆底盘就越需要偏斜以使该总力矢量保持与可倾斜底盘的正中面对准。较高的速度或减小的转弯半径会引起所需的偏斜角度增加。考虑到行驶条件的动态性质，采用一个或多个传感器来确保所需的性能。
通常，通过使净力矢量与底盘对准，可以改善骑行者的体验(或在运输过程中施加在车辆载荷上的力)。即使具有较大的净力，如果力与底盘倾斜对准，则效果基本上是G力增加，而不是主观上的倾翻或滑动体验。然而，可以调节数值以产生不同的模式，例如具有更具挑战的、放大的响应性(例如，对于给定的偏斜角度转得更急)的运动模式或过度转向/转向不足，以产生多种操纵特征。
车辆倾斜/转向系统的控制器可以包括被配置为实施诸如本文所述的那些算法的任何合适的处理逻辑。例如，可以使用具有控制回路反馈机制的PID(比例积分微分(proportional integral derivative))控制器，以基于力矢量测量来控制倾斜/转向变量。总体上，下面描述的方法步骤由所附的图27至图34例示并在图35至图36中概述。如上所述，被控制的车辆2700具有：至少一对车轮2702或其他被配置为使用例如四连杆机构2706来与中央底盘2704一起倾斜的行驶表面界面，以及由控制器2714(例如，车载控制器)控制的一个或多个倾斜传感器2708(例如，加速度计、陀螺仪等)、转向致动器2710和倾斜致动器2712。这里使用的一般示例是三轮车辆，其具有在前部的一对可倾斜的车轮，齿轮式倾斜机构以及用于控制转向的直列式(in-line)伺服电机。然而，如整个本公开内容所描述的，可以使用任何合适的布置。
在控制车辆2700时可以使用三种基本模式，该车辆是本公开中其他地方描述的车辆的示例。首先，可以向底盘倾斜和转向二者都提供动力并对其进行主动控制。其次，可以只对倾斜提供动力。第三模式可以包括具有可变水平的转向控制的、提供动力的倾斜(例如，基于车辆速度)。
通常，用户(例如，使用方向盘、操纵杆或其他接口)或者自动或半自动车辆控制器确定和/或指示期望的车辆路径。然后基于给定的速度计算出适当的偏斜与转向的比。然后，相应地、平行地对底盘倾斜和/或转向进行致动，以保持净力矢量与底盘的正中面一致。基于从测得的底盘倾斜的反馈进行地形调整。下面关于图35和图36描述了两种合适的控制方案。
B1.偏斜跟随转向(LFS)
在第一控制方案中，车辆倾斜跟随车辆转向。换句话说，进入转弯时车辆首先转向，并使车辆底盘响应于离心力而自动倾斜，使得力平衡，并且使得由于重力和离心力而产生的净力矢量与倾斜底盘的正中面保持一致。
图35是例示在实现LFS控制方案的说明性的方法3500中执行的步骤的流程图，并且可能未列举该方法的完整过程或全部步骤。尽管下面描述并在图35中描绘了方法3500的多个步骤，但是这些步骤不一定必须全部执行，并且在某些情况下，可以同时执行或以与所示顺序不同的顺序执行。
方法3500的步骤3502包括沿水平面上的直线路径操作车辆(例如，车辆2700)。在这种情况下，净力矢量基本上等于重力，并且与竖向底盘对准(参见图27)。
方法3500的步骤3504包括例如使用转向致动器2710使车辆的车轮(例如，车轮2702)转弯，从而施加离心力并引起车辆上的净力矢量发生变化(见图28)。该步骤可以由骑在车辆上的用户例如使用转向机构诸如手把或方向盘实施，由远程用户在使用遥控设备的电传操纵场景中实施，或者由自动化车载控制器实施。因此，净力矢量将不再与底盘的正中面对准。
方法3500的步骤3506包括感测车辆的正中面与由于离心力和重力而产生的净力矢量之间的未对准。该步骤可以通过倾斜传感器(例如，倾斜传感器2708)实施。
方法3500的步骤3508包括使底盘(例如，底盘2704)倾斜以补偿增加的离心力，即，对准底盘，使得净力矢量与正中面一致。如上所述，车辆的四连杆机构会导致车轮与底盘一起(例如，以相同的程度)倾斜。参见图29。
方法3500的步骤3510包括使车辆的车轮返回到中立位置，以结束在步骤3504中开始的转弯。如同在该步骤中一样，车轮可以由用户和/或控制器例如使用转向致动器来转向。该动作使离心力减小或消除，从而引起净力矢量相对于仍然偏斜的底盘的另一未对准。参见图30。
方法3500的步骤3512包括例如使用控制器命令车辆的倾斜致动器来使底盘沿直立方向倾斜，以补偿力矢量和正中面之间的不匹配。参见图27。
B2.转向跟随偏斜(SFL)
在第二控制方案中，车辆转向跟随车辆倾斜。换句话说，进入转弯时车辆倾斜，并且作为响应，车轮自然地转向和/或被转向，使得力平衡，并且由于重力和离心力而产生的净力矢量保持与倾斜底盘的正中面一致。换句话说，底盘首先倾斜，或者至少在车轮转向的同时倾斜，并且车轮转动的值是根据车辆速度和倾斜角度确定的。在较高的速度下，转向可以处于“自由倾角”(FTC)模式，这意味着未施加扭矩并且车轮自然地移动至转向角度。在较低的速度下，转向可以完全由转向致动器(例如，伺服电机)控制。还可以定义在较低速度和较高速度之间的过渡区域或范围，其中转向控制线性或非线性地从全扭矩逐渐过渡到无扭矩。例如，在大约每小时10英里(mph)以下时，可以通过由转向致动器施加的扭矩来完全控制车辆的车轮。在该示例中，大约20mph以上的车轮可以完全是FTC。在大约10mph至大约20mph之间，例如通过使用离合器机构等使控制从全扭矩过渡到零扭矩。在极低的速度下(例如，小于1mph)，可以锁定车辆的倾斜。这些速度仅用于例示，并且可以取决于所需的特征、车辆性能和操作条件来选择任何合适的速度。
图36是例示在实现SFL控制方案的说明性的方法3600中执行的步骤的流程图，并且可能未列举该方法的完整过程或全部步骤。尽管下面描述并在图36中描绘了方法3600的多个步骤，但是这些步骤不一定必须全部执行，并且在某些情况下，可以同时执行或以与所示顺序不同的顺序执行。
如上所解释的，取决于车辆速度和/或其他因素(例如，车辆载荷)，SFL控制方案可以包括三个阶段。在该示例中，方法3600的步骤3602包括在给定速度下沿水平面上的直线路径操作车辆(例如，车辆2700)。在这种情况下，净力矢量基本上等于重力并且与竖向底盘对准。参见图27。
方法3600的步骤3604包括通过(例如，使用倾斜致动器)使底盘在与预期离心力相反的方向上倾斜来响应(例如，来自用户或自动化引导系统的)信号以使车辆转弯，该预期离心力由转弯引起并且其计算为至少部分地使转弯发生的量。净力矢量(由离心力和重力而产生)与底盘的正中面之间将会发生不匹配。参见图30。
如果车辆的速度低于选定的第一阈值，则方法3600的步骤3606包括(例如，通过从控制器向转向致动器发出命令)使车轮转向，使得净力矢量与正中面对准，并且基本上遵循期望的转弯路径。在选定的第一速度阈值以下，车辆可被称为在双输入或双控制模式下运行(即，倾斜和转向均被主动控制)。参见图29。
如果车辆的速度高于选定的第二阈值，则方法3600的步骤3608包括允许车轮具有自由倾角，即，向车轮施加零附加扭矩，从而容许车轮由于车辆倾斜而找到其自然位置。在选定的第二速度阈值之上，车辆可以被称为以自由倾角或FTC模式运行(即，仅倾斜被主动地控制)。参见图29。
如果车辆的速度在第一阈值和第二阈值之间，则方法3600的步骤3610包括向转向系统施加选定量的扭矩以保持转弯并至少部分地防止相对于支撑表面产生车轮刮擦。在从全扭矩到零扭矩的过渡区域或过渡范围中，取决于所需的特征，施加到转向的扭矩水平可以与车辆速度成比例(例如，与速度线性相关或与速度非线性相关)。参见图29。
方法3600的步骤3612包括使车辆的倾斜返回到中立位置，以结束在步骤3604中开始的转弯。可以或多或少主动地使车轮转向以帮助和保持净力矢量的对准，如上所述，这取决于速度。参见图30。
在非常低的速度下，例如，低于第三阈值(该第三阈值低于第一阈值和第二阈值)，底盘倾斜可以保持恒定或锁定在适当的位置，使得可以仅使用车轮转向来实现选定的车辆路径。参见图28。
在一些示例中，方法3500和3600的各方面可以进行组合，例如，使得车辆在低于第一速度阈值时遵循LFS方案，而在高于第二阈值时遵循FTC方案。
B3.针对地形校正
无论控制方案如何，描述如本文所述的车辆和控制系统可以如何配置为(自动)应对地形变化和较小障碍物(即非平坦的行驶表面)可以是有益的。参见图31至图34。
通常，在一个车轮或另一个车轮下遇到障碍物3102的车辆3100会倾斜超出其命令的倾斜值或范围，从而导致车辆的不稳定。通过使车辆的底盘3104相对于车轮连杆机构3106偏斜来保持和控制车辆稳定性，从而容许车轮连杆机构由于障碍而倾斜，同时保持底盘相对于水平面(例如，与重力正交的平面，或理想的平坦行驶表面)的角度。这是通过保持净力矢量与底盘的正中面之间的对准来实现的，该对准由车辆的倾斜传感器测量。
例如，当遇到障碍物3102时，车辆3100可以沿直线(见图31)或转弯(见图33)行驶。在任一种情况下，障碍物最初都会引起底盘3104倾斜而与净力矢量未对准。车辆的控制器通过调整底盘的倾斜角度来补偿这种未对准，直到净力矢量再次与正中面对准为止。参见图32和图34。如图所示，底盘相对于水平面的初始角度A、B由控制系统保持，而连杆机构的位移角T则基于地形而变化。一旦克服了障碍，底盘将再次倾斜，并且控制系统将调整倾斜度以进行补偿，从而返回到最初配置。
地形补偿可能会导致难以保持期望的路径。因此，不管模式如何，控制系统都可以配置为选择性地向转向系统施加扭矩以应对动态条件。
C.说明性的组合和附加示例
本节描述了可倾斜车辆及其控制系统的附加方面和特征，将其无限制地呈现为一系列段落，为清楚和高效起见，其中一些或全部段落可以用字母数字表示。这些段落中的每个段落可以以任何合适的方式与一个或多个其他段落组合和/或与本申请中其他地方的公开内容组合。下面的某些段落明确地引用并进一步限制了其他段落，从而提供但不限于一些合适组合的示例。
A0.一种车辆，包括：
一对车轮，所述一对车轮通过四连杆机构联接到可倾斜的中央框架，所述四连杆机构配置为使得所述一对车轮和所述中央框架配置为相对于所述中央框架的正中面一致地倾斜；
传感器，所述传感器配置为检测关于施加到所述中央框架的净力矢量的方向信息，其中，所述净力矢量由重力结合施加到所述中央框架的任何适用的离心力来确定；
第一致动器，所述第一致动器可操作地联接到所述中央框架并且配置为选择性地使所述中央框架倾斜；
第二致动器，所述第二致动器可操作地联接到所述一对车轮并且配置为选择性地使所述一对车轮转向；和
控制器，所述控制器包括处理逻辑，所述处理逻辑配置为响应于来自所述传感器的所述方向信息来选择性地控制所述第一致动器和所述第二致动器，以自动地保持所述净力矢量与所述中央框架的所述正中面对准。
A1.根据A0所述的车辆，其中，所述传感器包括加速度计。
A2.根据A0或A1所述的车辆，其中，所述第一致动器包括伺服电机。
A3.根据A0至A2段中任一段所述的车辆，其中，所述控制器配置为独立于所述第二致动器来控制所述第一致动器。
A4.根据A0至A3段中任一段所述的车辆，其中，所述控制器的所述处理逻辑还配置为通过控制所述第二致动器使所述车轮转向来响应所述车辆的请求行驶路径，然后响应于所述净力矢量和所述中央框架的所述正中面之间所产生的未对准来控制所述第一致动器使所述中央框架倾斜。
A5.根据A0至A4段中任一段所述的车辆，其中，所述控制器的所述处理逻辑还配置为通过控制所述第一致动器使所述中央框架倾斜来响应所述车辆的请求行驶路径，然后响应于所述净力矢量和所述中央框架的所述正中面之间所产生的未对准来控制所述第二致动器使所述车轮转向。
A6.根据A0至A5段中任一段所述的车辆，其中，所述控制器的所述处理逻辑还配置为当所述车辆的速度高于选定阈值时容许所述一对车轮具有自由倾角。
A7.根据A6所述的车辆，其中，所述控制器的所述处理逻辑还配置为当所述车辆的速度小于所述选定阈值时控制所述第二致动器向所述一对车轮施加选定量的转向扭矩。
A8.根据A7所述的车辆，其中，所述选定阈值定义为第一阈值，并且当所述速度低于所述第一阈值并且高于第二阈值时，所述选定量的转向扭矩与所述车辆的速度线性相关。
A9.根据A0至A8段中任一段所述的车辆，还包括可操作地联接到所述一对车轮的手把。
A10.根据A0至A9段中任一段所述的车辆，其中，所述一对车轮在第一端处联接到所述中央框架，所述车辆还包括第三车轮，所述第三车轮联接到所述中央框架的相对的第二端。
A11.根据A10所述的车辆，其中，所述第三车轮在可枢转接头处联接到所述第二端。
A12.根据A11所述的车辆，其中，所述第三车轮绕所述可枢转接头的枢转被设置在所述第三车轮与所述中央框架之间的弹簧减弱。
B0.一种用于自动操作可倾斜车辆的方法，所述方法包括：
感测轮式车辆的中央底盘上的净力矢量，所述中央底盘通过四连杆组件联接到一对侧向布置的车轮，其中，所述中央底盘能从一侧向另一侧倾斜，并且所述四连杆组件配置为使所述车轮与所述中央底盘一致地倾斜，并且其中，所述中央底盘限定了一正中面；
响应于与期望的行驶路径有关的接收信息，将所述车辆的速度与第一阈值和大于所述第一阈值的第二阈值进行比较；和
响应于小于所述第一阈值的所述车辆的速度，通过自动地同时使所述车轮转向并使所述中央底盘倾斜来使所述车辆转弯，使得所述净力矢量和所述正中面之间的未对准最小化。
B1.根据B0所述的方法，还包括：
响应于大于所述第二阈值的所述车辆的速度，自动地使所述中央底盘倾斜以使所述车辆转弯，并允许所述一对车轮具有自由倾角。
B2.根据B0或B1所述的方法，还包括：
响应于所述车辆的速度在所述第一阈值和所述第二阈值之间，通过施加与所述车辆的速度相对应的选定量的扭矩来自动且主动地使所述车轮转向。
B3.根据B2所述的方法，其中，所述选定量的扭矩与所述车辆的速度成线性正比。
B4.根据B2所述的方法，其中，所述选定量的扭矩以非线性关系对应于所述车辆的速度。
B5.根据B0至B4段中任一段所述的方法，还包括：
响应于一个所述车轮遇到障碍物并引起所述净力矢量和所述正中面之间未对准，通过使所述中央底盘倾斜成与所述净力矢量对准来进行自动补偿。
B6.根据B5所述的方法，还包括在清除所述障碍物之后使所述中央底盘返回到最初定向。
B7.根据B0至B6段中任一段所述的方法，还包括使用联接到所述中央底盘的第三动力轮推进所述车辆。
B8.根据B0至B7段中任一段所述的方法，其中，所述净力矢量是重力和离心力的结果。
优点、特征和益处
本文描述的车辆和控制手段的不同实施方案和示例提供了优于已知解决方案的诸多优点。例如，本文描述的说明性的实施方案和示例允许自动或半自动控制轮式车辆，同时使骑行者舒适度最大化。
另外，除其他益处外，本文所述的说明性的实施方案和示例通过使车辆从一侧向另一侧倾斜以补偿运输过程中的离心力来自动稳定机器人或其他车辆。
已知的系统或设备均不能执行这些功能。然而，并不是本文描述的所有实施方案和示例都提供相同的优点或相同程度的优点。
结论
上面阐述的公开内容可以涵盖具有独立效用的多个不同的示例。尽管已经以其优选形式公开了这些示例中的每一个示例，但是本文公开和例示的其特定实施方案不应被认为是限制性的，因为可以进行多种变化。在本公开内使用的章节标题方面，此类标题仅用于组织目的。本公开的主题包括本文公开的多种元件、特征、功能和/或特性的所有新颖且非显而易见的组合和子组合。以下权利要求书特别指出了被认为是新颖且不显而易见的某些组合和子组合。在要求本申请或相关申请的优先权的申请中，可以要求保护特征、功能、元件和/或特性的其他组合和子组合。这种权利要求，无论是范围更宽、更窄、相同还是不同于原始权利要求书，也被视为包括在本公开的主题内。

Claims (10)

1.一种车辆，包括：
一对车轮，所述一对车轮通过四连杆机构联接到可倾斜的中央框架，所述四连杆机构配置为使得所述一对车轮和所述中央框架配置为相对于所述中央框架的正中面一致地倾斜；
传感器，所述传感器配置为检测关于施加到所述中央框架的净力矢量的方向信息，其中，所述净力矢量由重力结合施加到所述中央框架的任何适用的离心力来确定；
第一致动器，所述第一致动器可操作地联接到所述中央框架并且配置为选择性地使所述中央框架倾斜；
第二致动器，所述第二致动器可操作地联接到所述一对车轮并且配置为选择性地使所述一对车轮转向；和
控制器，所述控制器包括处理逻辑，所述处理逻辑配置为响应于来自所述传感器的所述方向信息来选择性地控制所述第一致动器和所述第二致动器，以自动地保持所述净力矢量与所述中央框架的所述正中面对准。
2.根据权利要求1所述的车辆，其中，所述控制器的所述处理逻辑还配置为：(a)当所述车辆的速度小于第一阈值时，控制所述第二致动器自动地向所述一对车轮施加选定量的转向扭矩，以及(b)当所述车辆的速度大于所述第一阈值时，控制所述第二致动器自动地容许所述一对车轮具有自由倾角。
3.根据权利要求2所述的车辆，其中，当所述速度小于所述第一阈值且大于第二阈值时，所述选定量的转向扭矩与所述车辆的所述速度线性相关。
4.根据权利要求3所述的车辆，其中，所述传感器包括加速度计。
5.根据权利要求3所述的车辆，其中，所述第一致动器包括伺服电机。
6.根据权利要求3所述的车辆，其中，所述控制器配置为独立于所述第二致动器来控制所述第一致动器。
7.根据权利要求3所述的车辆，其中，所述控制器的所述处理逻辑还配置为通过控制所述第二致动器使所述车轮转向来响应所述车辆的请求行驶路径，然后控制所述第一致动器使所述中央框架倾斜来响应所述净力矢量和所述中央框架的所述正中面之间所产生的未对准。
8.根据权利要求3所述的车辆，其中，所述控制器的所述处理逻辑还配置为通过控制所述第一致动器使所述中央框架倾斜来响应所述车辆的请求行驶路径，然后控制所述第二致动器使所述车轮转向来响应所述净力矢量和所述中央框架的所述正中面之间所产生的未对准。
9.根据权利要求3所述的车辆，还包括可操作地联接到所述一对车轮的手把。
10.根据权利要求3所述的车辆，其中，所述一对车轮在第一端处联接到所述中央框架，所述车辆还包括第三动力轮，所述第三动力轮联接到所述中央框架的相对的第二端。
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