CN207481590U - 一种具有控制装置的主动稳定车辆 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种具有控制装置的主动稳定车辆，其第一控制单元根据速度踏板的踩下程度计算并控制行驶速度；车轮转速传感器实时测量车轮的转速；方向盘转角传感器实时测量方向盘的转动角度；第一测量单元根据车轮转速和方向盘转动角度计算最佳横向倾斜角度；车体倾角测量模块测量车体倾斜角速度及加速度；第二测量单元接收并根据车体倾斜角速度及加速度计算车辆的实际横向倾斜角度；第二控制单元分别与车体倾角测量模块和第一测量单元连接，第二控制单元同时与平衡驱动系统连接并根据实际横向倾斜角度与最佳横向倾斜角度的差值控制平衡驱动系统输出扭矩。本实用新型使得拥有较窄尺寸的车辆能够实现完全自动的横向稳定与平衡控制，简化驾驶员的操作。

Description

一种具有控制装置的主动稳定车辆

技术领域

本实用新型涉及一种四轮交通工具，更具体地涉及一种具有控制装置的主动稳定车辆。

背景技术

随着城市汽车保有量的不断增加，道路上行驶的车辆也越来越多，交通形势日趋严峻，污染情况也日趋严重，一方面堵车已成为很多城市交通的痼疾，另一方面，密集的人口、有限的生活空间和日益增多的汽车保有量也使得停车越来越困难。传统的私家汽车通常具有四个甚至更多的乘客座位，驾驶舱通常包括并列的主驾驶位和副驾驶位，整车的宽度较宽，尺寸较大。然而，据统计，当前的交通出行情况中，尤其是城市日常通勤中，一大部分为个人短途出行，一辆汽车中通常只有一至两个乘员，对于四座或四座以上的车型而言，存在极大的出行资源浪费。对于这一大部分交通出行需求而言，交通工具的空间尺寸要求较小，单座或双座的微型化汽车设计足以满足个人短途交通出行的需求。同时，微型化的汽车设计不仅能够有效减缓拥堵，方便停车，实现停车位共享，而且能够节省空间，减少排放，为节能环保贡献力量。

对于只有两个座位的微型化汽车，当其座位采用纵列式而非并列式的布局时，此时由于车身横向尺寸变窄，更有利于节省空间，便于行车和停车。然而，需要注意的是，对于四座或者四座以上的汽车，由于横向尺寸较宽，弯道行驶或路面不平时较宽的轮间距使得汽车转弯时能够保持相对稳定，不易翻车。对于纵列式布局的微型化汽车，由于其横向宽度较窄，其横向车轮间距甚至只有普通汽车的一半，转弯时由于离心力的作用很容易翻车。

针对以上问题，现有技术中借鉴两轮摩托车的原理，在转弯时由驾驶者主动改变身体重心以使摩托车倾斜，该种倾斜状态在驾驶者的熟练操控下能够很好地克服离心力，从而使摩托车始终保持平衡。类似于两轮摩托车的平衡原理，近年来现有技术中的一些三轮或四轮摩托车的设计也采用车身倾斜技术以提高车辆行驶的稳定性。然而，这类车辆的悬挂系统通常直接与车体相连接，易于受到每个车轮来自地面的直接冲击，同时为了实现倾斜控制，其驱动装置也比较复杂而且分散，导致了此类车辆的车体设计复杂，横向稳定性也不佳，安全性不高，尤其是弯道行驶时，也极易翻车。另外，这类车辆通常还需要移动驾驶员的重心或通过复杂的操作来保持车辆的稳定，难以达到传统汽车驾驶时的舒适感与稳定性。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种具有控制装置的主动稳定车辆，从而解决现有技术中微型汽车的稳定性不佳且不易操控的问题。

为了解决上述技术问题，本实用新型的技术方案是提供一种具有控制装置的主动稳定车辆，包括底盘、车体和主动稳定装置，所述底盘安装于所述车体下方，所述底盘具有底盘主轴，所述底盘主轴上设置有至少一个车体基座，所述车体通过所述车体基座与所述底盘可旋转连接，所述主动稳定装置包括车体平衡驱动系统，所述车体平衡驱动系统与所述底盘主轴配合以驱动所述车体围绕所述底盘旋转，所述控制装置包括：速度踏板和刹车踏板；第一控制单元，所述第一控制单元与所述速度踏板以及刹车踏板连接并根据所述速度踏板的踩下程度计算并控制所述主动稳定车辆的行驶速度；车轮转速传感器，所述车轮转速传感器靠近所述车轮安装以实时测量所述轮的转速数据；方向盘转角传感器，所述方向盘转角传感器安装于方向盘上以实时测量所述方向盘的转动角度数据；第一测量单元，所述第一测量单元接收和处理所述车轮的所述转速数据和所述方向盘的转动角度数据以测量车辆的行驶状态；车体倾角测量模块，所述车体倾角测量模块安装于所述车体或所述底盘上以实时测量所述车体的实际横向倾斜角度；第二控制单元，所述第二控制单元或所述第一测量单元根据所述车辆的转速数据和所述方向盘的转动角度数据计算所述车体的最佳横向倾斜角度，所述第二控制单元根据所述实际横向倾斜角度数据与所述最佳横向倾斜角度数据的差值控制所述车体平衡驱动系统输出扭矩或载荷，并进一步控制车体的倾斜角和受力稳定。

根据本实用新型的一个实施例，所述控制装置还包括载荷补偿器，所述载荷补偿器与所述平衡驱动系统连接以实时测量并估计所述平衡驱动系统输出有效载荷的大小，同时根据车辆的倾斜状态估计出车辆的横向受力状况，从而进一步估计出车辆需要的载荷补偿量；所述载荷补偿器还与所述第二控制单元连接以向所述第二控制单元发送载荷补偿量的数据，所述第二控制单元根据载荷补偿量的数据实时修正平衡驱动系统的输出扭矩或载荷。

根据本实用新型的一个实施例，所述第一测量单元根据所述车轮的转速数据计算所述车辆的行驶速度，所述第一测量单元或第二控制单元根据所述行驶速度和所述方向盘的转动角度数据计算车辆的最佳横向倾斜角度β，计算公式为β＝tan^-1(v²/(Rg))，其中，v为车辆的行驶速度，g为重力加速度，R为车辆的转弯半径。

根据本实用新型的一个实施例，所述第二控制单元还与所述第一控制单元连接以根据所述实际横向倾斜角度数据与所述最佳横向倾斜角度数据的差值控制并约束行驶速度。

根据本实用新型的一个实施例，所述车体倾角测量模块包括第二测量单元、陀螺仪和加速度计，所述陀螺仪和所述加速度计安装于所述车体或所述底盘上以分别测量车体或底盘的倾斜角速度及加速度数据；当陀螺仪和加速度计安装在底盘上时，在车体基座和底盘主轴之间还设置有转角传感器以测量车体相对于底盘的转动角度；第二测量单元接收并根据所述倾斜角速度及加速度数据实时计算车体的实际横向倾斜角度。

根据本实用新型的一个实施例，所述车辆还包括横向锁定装置，所述横向锁定装置包括卡钳和碟刹盘，所述碟刹盘固定安装在所述底盘主轴上，所述卡钳固定安装在所述车体底部，所述卡钳上形成有凹槽，所述凹槽内设置有可相对移动的至少一对卡钳头，所述卡钳头与所述碟刹盘配合以夹紧或释放所述碟刹盘。

根据本实用新型的一个实施例，所述底盘主轴沿着平行于车辆纵向轴线方向延伸，所述底盘主轴上固定设置有底盘齿轮，所述车体平衡驱动系统包括平衡电机、减速器以及车体齿轮，所述减速器固定于所述车体底部，所述平衡电机与所述减速器连接，所述车体齿轮与所述减速器的输出轴连接并与所述底盘齿轮耦合。

根据本实用新型的一个实施例，所述底盘共两套且沿着车辆纵向轴线方向布置；所述两套底盘通过底盘连接支架固定在一起；所述车体平衡驱动系统包括至少一个平衡电机和减速器，所述减速器和平衡电机连接在一起并固定于车体底部，所述减速器的输出轴通过联轴器与所述底盘主轴连接，或者所述减速器和平衡电机连接在一起并固定于底盘连接支架或底盘上，所述减速器的输出轴通过联轴器与所述底盘基座上的基座固定轴连接。

根据本实用新型的一个实施例，所述车辆还包括悬挂系统，所述悬挂系统包括两根上连杆、两根下摇臂、两个悬架立柱、底盘下横梁以及两个减震器，两根所述上连杆沿水平方向布置且一端与所述车体铰接，底盘下横梁沿水平方向固定于所述底盘主轴上，所述悬架立柱的两端分别与同侧的所述上连杆的末端和所述底盘下横梁的末端铰接，两根所述上连杆、所述底盘下横梁以及所述悬架立柱组合形成平行四边形结构且该平行四边形结构所在的平面与所述底盘主轴的轴线垂直，两根所述摇臂的一端与所述车轮铰接，两根摇臂的另一端与所述悬架立柱铰接，所述减震器的一端铰接于所述悬架立柱的顶端，所述减震器的另一端铰接于所述摇臂上靠近所述车轮的一端。

根据本实用新型的一个实施例，所述车辆还包括转向系统，所述转向系统包括方向盘、方向盘连杆组件、齿轮齿条箱组件、转向连杆以及前轮基座推杆，所述方向盘安装于所述方向盘连杆组件的顶端，所述方向盘连杆组件的底端与所述齿轮齿条箱组件中的齿轮连接，所述转向连杆在水平面上沿着垂直于所述底盘主轴的方向设置，所述转向连杆的一端与所述齿轮齿条箱组件的齿条连接，所述前轮基座推杆的一端与所述转向连杆的另一端连接，所述车轮的转轴处设置有车轮基座，所述前车轮的车轮基座与所述的摇臂旋转铰接，所述前轮基座推杆的另一端与所述车轮基座固定连接。

本实用新型提供的具有控制装置的主动稳定车辆，通过车体平衡驱动系统和悬挂系统使得车体和四轮可同步倾斜，从而使得整个车辆与现有的可倾斜三轮车等车相比具有更高的稳定性和安全性；由于底盘与车体分离，简化了车体平衡驱动系统与控制的设计；四轮独立悬挂于底盘上，增加了车体的稳定性与适应性，同时由于单个车轮受到来自不平路面的冲击将会通过底盘被其它三个减震器同时吸收，从而有效减缓了跳动的车轮对车体的冲击；通过控制装置控制车体平衡驱动系统和悬挂系统，控制装置根据各传感器的输出值实时计算并自动控制车体的横向倾斜角度，当车辆弯道行驶或者遭遇路面不平整情况时，使得车辆实现完全自动的横向稳定与平衡控制，保持车辆稳定，简化了驾驶员的操作，驾驶员只需控制行驶方向和速度，便于驾驶。

附图说明

图1是根据本实用新型一个实施例的主动稳定车辆的侧面示意图；

图2是根据图1的主动稳定车辆的底盘、车体平衡驱动系统和悬挂系统安装的立体示意图；

图3是根据图1的主动稳定车辆的前部的立体示意图；

图4是根据图3的主动稳定车辆的前部的立体示意图，其中未示出左前轮；

图5是根据图1的主动稳定车辆的尾部的立体示意图；

图6是根据图1的主动稳定车辆的横向平衡锁定装置的立体示意图；

图7是根据本实用新型另一个实施例的主动稳定车辆的侧面示意图；

图8是根据图7的主动稳定车辆的底盘、车体平衡驱动系统和悬挂系统的立体示意图；

图9是根据图1或图7的主动稳定车辆的控制系统的连接示意图；

图10是根据图1或图7的主动稳定车辆的转弯原理示意图；

图11是根据本实用新型的一个实施例的主动稳定车辆在正常行驶状态下的后视图；

图12是根据图11的主动稳定车辆在转弯状态下的后视图。

具体实施方式

以下结合具体实施例，对本实用新型做进一步说明。应理解，以下实施例仅用于说明本实用新型而非用于限制本实用新型的范围。

图1为根据本实用新型一个实施例的主动稳定车辆的侧面示意图，由图1可知，本实用新型提供的主动稳定车辆，包括底盘10、车体20、车轮40和主动稳定装置，其中，底盘10位于车体20下方，车体20中设置有前后排纵向排列的座位30，主动稳定装置包括车体平衡驱动系统60和悬挂系统70，车体20通过车体基座50与底盘10旋转铰接，车体平衡驱动系统60安装于车体20底部并且与底盘10配合以使车体20可围绕底盘10转动，悬挂系统70安装于底盘10和车体20上，四个车轮40安装于悬挂系统70上。在实际施实例中车体基座50可与车体20一体成型。

图2为根据图1的主动稳定车辆的底盘、车体平衡驱动系统和悬挂系统安装的立体示意图，由图2可知，本实用新型中的底盘10包括底盘主轴11，底盘主轴11为一设置于车体20下方且平行于车身纵向轴线方向延伸的柱体。底盘主轴11上靠近两端处还分别设置有两个销套，两个销套分别套设于底盘主轴11上。销套和临近的底盘主轴11的端部之间还设置有连接盘15，连接盘15呈圆盘状且固定于底盘主轴11上，连接盘15所在的平面垂直于底盘主轴11的延伸方向。车体基座50包括基座板、基座套和基座通孔，其中，基座板为一矩形平板，基座套基本上呈圆环状且固定于基座板上，基座套中心形成有截面为圆形的基座通孔，结合图1和图2可知，两个基座通孔穿过底盘主轴11而分别耦合于销套上，车体20的下方通过螺栓或者一体成型的固定于车体基座50上，从而使得车体20与底盘10铰接固定并且车体20可在基座通孔和销套的配合下围绕底盘主轴11转动。

底盘10上还设置有两个底盘齿轮16，在图2的实施例中，底盘齿轮16为半圆形，底盘齿轮16通过螺接固定于底盘10的连接盘15上，底盘齿轮16具有啮合齿的一侧面对车体20。需要注意的是，根据本实用新型另外的实施例，底盘齿轮16还可以为满齿，底盘齿轮16还可直接通过焊接固定于底盘主轴11上而无需设置连接盘15。车体20的下方还设置有车体平衡驱动系统60，车体平衡驱动系统60包括同步轴61、平衡电机62、减速器63以及车体齿轮64，同步轴61位于车体20内靠近底部的位置且平行于底盘主轴11设置，同步轴61同时穿过纵向排列的座位30(图1)，同步轴61的两端分别与平衡电机62的输出轴连接以保证两个平衡电机62同步转动，平衡电机62的外侧还分别设置有减速器63，减速器63(图1)和同步轴61分别位于平衡电机62的两侧，减速器63分别固定于车体20的前部和尾部，平衡电机62的转动经过减速器63进行变换后，输出转速变小，输出力矩放大。减速器63的末端分别安装有车体齿轮64，车体齿轮64所在的平面分别垂直于同步轴61的轴线方向，车体齿轮64分别在车体20的前部和尾部与底盘齿轮16啮合，从而使得当平衡电机62输出动力时，通过减速器63带动车体齿轮64同步转动，车体齿轮64分别与底盘齿轮16啮合以带动车体20围绕底盘主轴11转动。

根据本实用新型的另一个实施例，车体平衡驱动系统60的平衡电机62还可仅设置一个，此时，平衡电机62通过同步轴直接同步驱动两个减速器63，对应的减速器63和车体齿轮64的安装方式不变，在此不再赘述。

根据本实用新型的另一个实施例，车体平衡驱动系统60的平衡电机、减速器、车体齿轮、底盘齿轮可只设置一组，此时，平衡电机62通过车体齿轮64驱动底盘齿轮16，从而推动车体20绕底盘主轴11转动。

进一步地，在图1中，车体20的前端和尾部还分别设置有向底盘10方向延伸的车体支撑21，车体支撑21的末端还设置有支撑铰接孔211。车体20的前端还设置有方向盘安装孔，方向盘90的连杆通过方向盘安装孔安装于车体20上。

图3和图4为根据图1的主动稳定车辆前部的底盘10、悬挂系统70与车轮40的连接示意图，由图3和图4可知，悬挂系统70为多连杆结构，车轮前部和尾部的悬挂系统分别设置于底盘主轴11的末端，每个悬挂系统70上均对称的设置两个车轮，车轮40包括左前轮41、右前轮42、左后轮43和右后轮44。单个悬挂系统70包括两根上连杆71、两根摇臂72、两根悬架立柱73、底盘下横梁74以及两个减震器75，其中，两根上连杆71彼此通过销钉或螺栓铰接于车体支撑21的支撑铰接孔211处，底盘下横梁74固定于底盘主轴11上，两根上连杆71和底盘下横梁74彼此基本平行的布置且分别大致垂直于底盘主轴11的轴线方向，悬架立柱73呈U型且包括第一立柱731和第二立柱732，第一立柱731的两端分别与同侧的上连杆71的末端和底盘下横梁74的末端铰接，从而使得上连杆71、底盘下横梁74和第一立柱731大致形成平行四边形结构；摇臂72呈L型，摇臂72的一端与第二立柱732的底部铰接，另一端通过车轮基座45与车轮40铰接；两个减震器75的一端与第二立柱732的顶端铰接，两个减震器75的另一端铰接于摇臂72上，从而使得第二立柱732、摇臂72以及减震器75大致形成为三角形结构；车轮基座45与车轮40的转动轴固定，车轮基座45与摇臂72的位置保持相对固定，但是车轮基座45可围绕摇臂72末端的竖直转动轴进行一定角度的转动。

进一步地，本实用新型的主动稳定车辆还包括转向系统，转向系统包括方向盘90、方向盘连杆组件91、齿轮齿条箱组件92、转向连杆93以及车轮基座推杆94，其中，方向盘90安装于方向盘连杆组件91的顶端，齿轮齿条箱组件92安装于方向盘连杆组件91的底端，齿轮齿条箱组件92中的齿轮通过方向盘连杆组件91以及旋转接头(图中未示)与方向盘连接，齿轮齿条箱组件92固定于底盘主轴11上并且其中的齿条与两个转向连杆93通过万向接头连接，两个转向连杆93大致沿着垂直于底盘主轴11的轴线方向设置，两个车轮基座推杆94的一端通过万向旋转接头分别与转向连杆93的末端连接，车轮基座推杆94的另一端与车轮基座45固定连接，车轮基座推杆94的延伸方向大致平行于底盘主轴11的轴线方向，通过以上结构，方向盘90的转动可以推动左前轮41和右前轮42同步转向。

根据本实用新型的一个实施例，减震器75采用弹簧减震器，弹簧减震器包括弹簧和阻尼器，通过弹簧减震器的伸缩，使得当车轮受到地面冲击时，弹簧减震器可以吸收地面对车轮的冲击，减缓车轮的上下弹跳，起到缓冲作用。

图5为根据图1的主动稳定车辆的尾部的立体示意图，由图5可知，车辆尾部的悬挂系统70也包括两根上连杆71、两根摇臂72、两根悬架立柱73、底盘下横梁74以及两个减震器75，其中，两根上连杆71彼此通过销钉或螺栓铰接于车体支撑21的支撑铰接孔211处，底盘下横梁74固定于底盘主轴11上靠近末端处，尾部的悬挂系统70中摇臂72可直接与后轮的转动轴铰接固定，尾部的悬挂系统70的其他部分均与前部的悬挂系统相同，在此不再赘述。

图6为根据图1的主动稳定车辆的横向平衡锁定装置的立体示意图，由图6结合图1可知，本实用新型的主动稳定车辆还包括横向平衡锁定装置，该横向平衡锁定装置包括碟刹盘17和卡钳18，碟刹盘17呈圆盘状且沿竖向套设并固定于底盘主轴11上，卡钳18固定于车体20底部，卡钳18上设置有一凹槽，该凹槽内设置有相对布置的卡钳头181，碟刹盘17容置于该凹槽内且与卡钳头181配合，卡钳头181可受控夹紧碟刹盘17，从而限制车体20相对于底盘10转动，使得车体20无法倾斜，当车辆驻车时，启动该平衡锁定装置可保证车辆稳定停放。值得注意的是，卡钳头181的受控运动可通过手柄机构手动驱动，也可通过液压、电磁铁或者电机驱动，在此不再赘述。

图7为根据本实用新型另一个实施例的主动稳定车辆的侧面示意图，图8为根据图7的主动稳定车辆的底盘、车体平衡驱动系统和悬挂系统的立体示意图，由图7结合图8可知，本实用新型中的主动稳定车辆包括底盘110、车体120、座位130、车轮140和主动平衡装置，其中，两个底盘110相对的安装于车体120的下方，车体120中设置有前后排纵向排列的座位130，车体120与底盘110之间通过车体基座150连接，主动平衡装置包括车体平衡驱动系统和两套悬挂系统170(图7)，车体平衡驱动系统包括两根传动轴161、一个平衡电机162、两个减速器163以及若干个联轴器165，平衡电机162设置于车体120的下方，两个减速器163沿着车辆的纵向轴线对称的布置于平衡电机162的两侧，平衡电机162两侧的输出轴分别通过减速器163以及联轴器165与传动轴161连接，传动轴161通过联轴器165分别与车体基座150的基座固定轴152连接，基座固定轴152处于底盘主轴111的延长线上，车体基座150将相对独立的底盘主轴111与车体120连接在一起，从而使得平衡电机162的动力经过减速器163放大后作用于车体120和底盘主轴111，进而使车体120可相对于底盘110受控转动。悬挂系统170安装于底盘110和车体120上，四个车轮140安装于悬挂系统170上。车体平衡驱动系统还包括底盘连接支架118，底盘连接支架118同样设置于车体120下方且沿着车辆的纵向轴线方向延伸，底盘连接支架118的主体延伸方向平行于底盘主轴111的延伸方向，底盘连接支架118的两端分别固定于底盘主轴111上，从而使两套独立的底盘110连接成为整体，从而增强车辆底盘的整体稳定性和抗冲击性能，平衡电机162固定连接在底盘连接支架118或底盘上。需要注意的是，在该实施例中，平衡电机162还可设置为两个，分别驱动两个减速器163，进一步，两个平衡电机162还可通过同步轴连接，同步轴将对称布置的两个平衡电机的输出轴连接成整体，从而使得两个平衡电机可以同步转动，从而确保两个减速器同步转动，提高了车辆的稳定性。此外需要注意的是，在实际设计中平衡电机162和减速器163还可相连接并固定于车体120的底部，减速器163的输出轴通过联轴器与车体底盘主轴111相连接，从而受控驱动车体120绕底盘主轴111的转动。另外，在该实施例中，悬挂系统170、车轮140、平衡锁定装置117以及转向系统等部件的结构与布置均与图1的实施例中描述的相同，在此不再赘述。

图9为根据图1或图7的主动稳定车辆的控制装置的连接示意图，由图9可知，本实用新型提供的主动稳定车辆的控制装置包括第一控制单元100、第二控制单元200、第一测量单元300以及第二测量单元400，其中，车辆的速度踏板23和刹车踏板24与第一控制单元100连接，第一控制单元100可根据速度踏板的踩下程度计算并控制车辆的行驶速度；车轮40与车轮轴之间安装有车轮转速传感器430，车轮转速传感器430实时测量车轮40的转速并将该转速数据发送至第一测量单元300，第一测量单元300根据接收到的转速数据计算车辆的实时行驶速度；方向盘90上安装有方向盘转角传感器440，方向盘转角传感器440实时测量方向盘90的转动角度并将该转动角度数据发送至第一测量单元300，第一测量单元300根据接收到的转动角度信号或数据以及实时行驶速度数据计算车体的最佳横向倾斜角度，第一测量单元300同时将该最佳横向倾斜角度数据发送至第二控制单元200；在实际设计时，第一测量单元300可将接收到的方向盘转动角度数据和计算所得的车辆行驶速度数据直接发给第二控制单元200，然后由第二控制单元200计算车体的最佳横向倾斜角度；陀螺仪410、加速度计420和第二测量单元组成车体倾角测量模块，其中，陀螺仪410和加速度计420安装在车体上，陀螺仪410和加速度计420分别与第二测量单元400连接并向第二测量单元400发送测量到的车体倾斜角速度及加速度数据；第二测量单元400根据接收到的车体倾斜角速度及加速度数据计算车体实际的横向倾斜角度并将该横向倾斜角度数据发送至第二控制单元200；第二控制单元200根据接收到的最佳横向倾斜角度和实际横向倾斜角度之间的差值判断车体的平衡状态；第二控制单元200同时与平衡驱动系统60连接，第二控制单元200根据最佳横向倾斜角度和实际横向倾斜角度之间的差值控制平衡驱动系统60输出扭矩的大小，从而控制车体20相对于水平地面之间的横向倾斜角度，确保整体车辆的受力均衡与安全稳定。第一测量单元300、第二测量单元400、第一控制单元100、第二控制单元200可采用计算机、数字信号处理器、单片机或处于同一硬件中的一段程序来实现，以确保计算速度，从而实时的控制车辆的横向平衡、行驶状态和安全稳定，另外在实际设计时，陀螺仪410和加速度计420传感器可根据实际情况采用一维、二维或三维传感器。另外在实际设计中，陀螺仪410和加速度计420也可安装在底盘上，在底盘主轴和车体基座之间安装有转角传感器，此时通过陀螺仪410和加速度计420可计算出底盘的倾斜角度，进一步结合底盘和车体基座之间的转角可计算出车体相对于水平地面的倾斜角度。需要注意的是，在实际设计时，平衡电机上也可安装有码盘，以此测量电机的旋转角度，并根据减速器的传动比进一步计算出车体相对于底盘的旋转角度。

另外，本实用新型提供的控制装置还包括载荷补偿器210，当车辆的质量分布不均或者受到外部横向风力的作用时，车辆的平衡驱动系统60会根据实测的车辆状态对车体20输出一个额外的补偿扭矩。该载荷补偿器210与平衡驱动系统60连接以实时测量并估计平衡驱动系统60输出有效扭矩或载荷的大小，同时根据车辆的倾斜状态估计出车辆的横向受力状况，从而进一步估计出车辆达到最佳横向稳定状态需要的载荷补偿量。此处所述的最佳横向稳定状态是指车辆左右轮受力相等并且平衡驱动系统的输出扭矩或载荷趋近于零。实时估计出的载荷补偿量经过滤波器220滤波后反馈至第二控制单元200，第二控制单元200根据该输出载荷补偿量修正平衡驱动系统60输出扭矩的大小，如此反复，直至平衡驱动系统60对车体20的输出扭矩趋近于零，车辆达到或趋于接近最佳横向稳定状态。比如，平衡驱动系统60采用电机时，载荷补偿器210可根据电压或者电流的大小而测量并估计出输出有效扭矩的大小。在实际设计中，载荷补偿器210和滤波器220通常做为算法模块直接和第二控制单元200集成在同一控制器模块中。

图10为根据图1或者图7的主动稳定车辆的转弯原理示意图，由图10可知，当车辆转弯时，平均转弯半径R为图中线段OC，此时，第一测量单元300通过如下公式计算最佳横向倾斜角度β：

β＝tan^-1(v²/(Rg))

其中，v为车辆的行驶速度，g为重力加速度，R为车辆的平均转弯半径。

图11为根据本实用新型的一个实施例的主动稳定车辆在正常行驶状态下的后视图，图12为根据图11的主动稳定车辆在转弯状态下的后视图，由图11结合图12可知，当转弯时，车体20可在控制装置的作用下受控倾斜，当车辆在转弯时，若车体的离心力Fa和重力G的合力F始终通过左右车轮与地面支撑点P₁、P₂连线的中点P₀时，车辆将如水平地面上的直线行驶一样稳定。

需要注意的是，合力F与重力G之间的夹角即为最佳横向倾斜角度，当车辆的实际横向倾斜角度与最佳横向倾斜角度之间差距过大并超过最大安全偏差设定值时，第二控制单元200还可发送指令到第一控制单元100以降低车辆速度，从而保证车辆的稳定安全。本领域技术人员应当理解的是，实际横向倾斜角度与最佳横向倾斜角度之间最大安全偏差设定值的具体值可通过车辆的综合设计参数根据计算和试验决定，在此不再赘述。

更进一步地，本实用新型提供的第一测量单元300与第一控制单元100可集成于同一控制器模块中；第二测量单元400与第二控制单元200单元也可集成于同一控制器模块中；或者第一测量单元300、第二测量单元400与第二控制单元200可集成于同一控制器模块中；或者将第一测量单元300、第二测量单元400、第一控制单元100、第二控制单元200都集成在同一控制器或计算机模块中；集成在同一计算机或控制器模块中的各个控制单元或测量单元可分时或者并行处理，在此不再赘述。在实际设计中，此处所述的控制器模块或计算模块可采用微型计算机、数字信号处理器或单片机等。

需要注意的是，对于同一辆车上的前、后悬挂系统，可采用本实用新型所述的不同的悬挂系统方案进行组合。本领域技术人员应当理解，在实际设计中，本实用新型的方向盘可更换为摩托车方向手柄，其速度踏板和刹车踏板也可相应地采用类似摩托车方向手柄上的现有成熟技术替代，在此不再赘述。

另外需要注意的是，本实用新型中的驱动系统可采用现有技术中的轮毂电机、轮边电机，或者主驱动电机或燃油发动机和差速机构等，比如，采用轮毂电机分别驱动两个后轮，或者采用燃油发动机或电动机和差速机构驱动两个后轮，在此不再赘述。

本实用新型提供的具有控制装置的主动稳定车辆，通过车体平衡驱动系统和悬挂系统使得车体和四轮可同步倾斜，从而使得整个车辆与现有的可倾斜三轮车等车相比具有更高的稳定性和安全性；由于底盘与车体分离，简化了车体平衡驱动系统与控制的设计；四轮独立悬挂于底盘上，增加了车体的稳定性和适应性，同时由于单个车轮受到来自不平路面的冲击将会通过底盘被其它三个减震器同时吸收，从而有效减缓了跳动的车轮对车体的冲击；通过控制装置控制车体平衡驱动系统和悬挂系统，控制装置根据各传感器的输出值实时计算并自动控制车体的横向倾斜角度，当车辆弯道行驶或者遭遇路面不平整情况时，使得车辆实现完全自动的横向稳定与平衡控制，保持车辆稳定，简化了驾驶员的操作，驾驶员只需控制行驶方向和速度，便于驾驶。

以上所述的，仅为本实用新型的较佳实施例，并非用以限定本实用新型的范围，本实用新型的上述实施例还可以做出各种变化。即凡是依据本实用新型申请的权利要求书及说明书内容所作的简单、等效变化与修饰，皆落入本实用新型专利的权利要求保护范围。本实用新型未详尽描述的均为常规技术内容。

Claims (10)

1.一种具有控制装置的主动稳定车辆，包括底盘、车体和主动稳定装置，所述底盘安装于所述车体下方，所述底盘具有底盘主轴，所述底盘主轴上设置有至少一个车体基座，所述车体通过所述车体基座与所述底盘可旋转连接，所述主动稳定装置包括车体平衡驱动系统，所述车体平衡驱动系统与所述底盘主轴配合以驱动所述车体围绕所述底盘旋转，其特征在于，所述控制装置包括：

速度踏板和刹车踏板；

第一控制单元，所述第一控制单元与所述速度踏板以及刹车踏板连接并根据所述速度踏板的踩下程度计算并控制所述主动稳定车辆的行驶速度；

车轮转速传感器，所述车轮转速传感器靠近所述车轮安装以实时测量所述车轮的转速数据；

方向盘转角传感器，所述方向盘转角传感器安装于方向盘上以实时测量所述方向盘的转动角度数据；

第一测量单元，所述第一测量单元接收和处理所述车轮的所述转速数据和所述方向盘的转动角度数据以测量车辆的行驶状态；

车体倾角测量模块，所述车体倾角测量模块安装于所述车体或所述底盘上以实时测量所述车体的实际横向倾斜角度；

第二控制单元，所述第二控制单元或所述第一测量单元根据所述车辆的转速数据和所述方向盘的转动角度数据计算所述车体的最佳横向倾斜角度，所述第二控制单元根据所述实际横向倾斜角度数据与所述最佳横向倾斜角度数据的差值控制所述车体平衡驱动系统输出扭矩或载荷，并进一步控制车体的倾斜角和受力稳定。

2.根据权利要求1所述的具有控制装置的主动稳定车辆，其特征在于，所述控制装置还包括载荷补偿器，所述载荷补偿器与所述平衡驱动系统连接以实时测量并估计所述平衡驱动系统输出有效载荷的大小，同时根据车辆的倾斜状态估计出车辆的横向受力状况，从而进一步估计出车辆需要的载荷补偿量；所述载荷补偿器还与所述第二控制单元连接以向所述第二控制单元发送载荷补偿量的数据，所述第二控制单元根据载荷补偿量的数据实时修正平衡驱动系统的输出扭矩或载荷。

3.根据权利要求1所述的具有控制装置的主动稳定车辆，其特征在于，所述第一测量单元根据所述车轮的转速数据计算所述车辆的行驶速度，所述第一测量单元或第二控制单元根据所述行驶速度和所述方向盘的转动角度数据计算车辆的最佳横向倾斜角度β，计算公式为β＝tan^-1(v²/(Rg))，其中，v为车辆的行驶速度，g为重力加速度，R为车辆的转弯半径。

4.根据权利要求1所述的具有控制装置的主动稳定车辆，其特征在于，所述第二控制单元还与所述第一控制单元连接以根据所述实际横向倾斜角度数据与所述最佳横向倾斜角度数据的差值控制并约束行驶速度。

5.根据权利要求1所述的具有控制装置的主动稳定车辆，其特征在于，所述车体倾角测量模块包括第二测量单元、陀螺仪和加速度计，所述陀螺仪和所述加速度计安装于所述车体或所述底盘上以分别测量车体或底盘的倾斜角速度及加速度数据；当陀螺仪和加速度计安装在底盘上时，在车体基座和底盘主轴之间还设置有转角传感器以测量车体相对于底盘的转动角度；第二测量单元接收并根据所述倾斜角速度及加速度数据实时计算车体的实际横向倾斜角度。

6.根据权利要求1所述的具有控制装置的主动稳定车辆，其特征在于，所述车辆还包括横向锁定装置，所述横向锁定装置包括卡钳和碟刹盘，所述碟刹盘固定安装在所述底盘主轴上，所述卡钳固定安装在所述车体底部，所述卡钳上形成有凹槽，所述凹槽内设置有可相对移动的至少一对卡钳头，所述卡钳头与所述碟刹盘配合以夹紧或释放所述碟刹盘。

7.根据权利要求1所述的具有控制装置的主动稳定车辆，其特征在于，所述底盘主轴沿着平行于车辆纵向轴线方向延伸，所述底盘主轴上固定设置有底盘齿轮，所述车体平衡驱动系统包括平衡电机、减速器以及车体齿轮，所述减速器固定于所述车体底部，所述平衡电机与所述减速器连接，所述车体齿轮与所述减速器的输出轴连接并与所述底盘齿轮耦合。

8.根据权利要求1所述的具有控制装置的主动稳定车辆，其特征在于，所述底盘共两套且沿着车辆纵向轴线方向布置；所述两套底盘通过底盘连接支架固定在一起；所述车体平衡驱动系统包括至少一个平衡电机和减速器，所述减速器和平衡电机连接在一起并固定于车体底部，所述减速器的输出轴通过联轴器与所述底盘主轴连接，或者所述减速器和平衡电机连接在一起并固定于底盘连接支架或底盘上，所述减速器的输出轴通过联轴器与所述底盘基座上的基座固定轴连接。

9.根据权利要求1所述的具有控制装置的主动稳定车辆，其特征在于，所述车辆还包括悬挂系统，所述悬挂系统包括两根上连杆、两根下摇臂、两个悬架立柱、底盘下横梁以及两个减震器，两根所述上连杆沿水平方向布置且一端与所述车体铰接，所述底盘下横梁沿水平方向固定于所述底盘主轴上，所述悬架立柱的两端分别与同侧的所述上连杆的末端和所述底盘下横梁的末端铰接，两根所述上连杆、所述底盘下横梁以及所述悬架立柱组合形成平行四边形结构且该平行四边形结构所在的平面与所述底盘主轴的轴线垂直，两根所述摇臂的一端与所述车轮铰接，两根摇臂的另一端与所述悬架立柱铰接，所述减震器的一端铰接于所述悬架立柱的顶端，所述减震器的另一端铰接于所述摇臂上靠近所述车轮的一端。

10.根据权利要求9所述的具有控制装置的主动稳定车辆，其特征在于，所述车辆还包括转向系统，所述转向系统包括方向盘、方向盘连杆组件、齿轮齿条箱组件、转向连杆以及前轮基座推杆，所述方向盘安装于所述方向盘连杆组件的顶端，所述方向盘连杆组件的底端与所述齿轮齿条箱组件中的齿轮连接，所述转向连杆在水平面上沿着垂直于所述底盘主轴的方向设置，所述转向连杆的一端与所述齿轮齿条箱组件的齿条连接，所述前轮基座推杆的一端与所述转向连杆的另一端连接，所述车轮的转轴处设置有车轮基座，所述车轮基座与所述的摇臂旋转铰接，所述前轮基座推杆的另一端与所述车轮基座固定连接。