用于三轮车辆的转向和控制系统的制作方法
【专利说明】用于三轮车辆的转向和控制系统
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求于2012年7月10日提交的第61/670，074号美国临时专利申请的权益，该申请通过引用整体并入本文。
技术领域
[0003]本公开涉及车辆技术领域，并且具体地涉及用于倾转-转向三轮车辆的转向和控制系统。
【背景技术】
[0004]在传统系统中，当倾转三轮车辆启动转弯时，舱室开始倾斜。随后，舱室的倾斜可以机械方式使前轮反转向。然而，需要非常大的力来启动车辆的倾斜。这将高载荷置于车辆的倾斜致动器上。
【发明内容】
[0005]本公开的一个实施方式提供了三轮车辆。该三轮车辆包括:单个前轮；两个后轮；乘客舱室；电子转向控制单元；以及转向输入转置，转向输入装置配置成对应于在转向输入装置处接收的、与转动三轮车辆相关的输入将电子信号发送至电子转向控制单元；其中，电子转向控制单元配置成响应于接收的电子信号使前轮反转向，其中，前轮的反转向引起乘客舱室向三轮车辆的转动方向倾斜。
[0006]另一个实施方式提供了用于三轮车辆的电子转向控制单元。电子转向控制单元包括:输入单元，配置成对应于在转向输入装置处接收的输入来接收第一电子信号，该第一电子信号与三轮车辆的转动相关；以及耦接致动器臂的输出单元，该致动器臂控制三轮车辆的单个前轮的转向，其中，响应于从输入单元接收的第一电子信号，输出单元被配置成将第二电子信号发送至致动器臂，以使前轮反转向，其中，前轮的反转向引起三轮车辆的乘客舱室向三轮车辆的转动方向倾斜。
【附图说明】
[0007]图1为根据一个实施方式的三轮车辆的示例。
[0008]图2和图3为根据某些实施方式的三轮车辆的转向系统配置的示意图。
[0009]图3为根据一个实施方式包括电子后轮转向的车辆的示意图。
[0010]图4为根据一个实施方式对直接倾转与反转向倾转所需的扭矩进行比较的概念图。
[0011]图5为根据一个实施方式的三轮车辆的概念图。
[0012]图6为根据一个实施方式示出使三轮车辆以低速转向的概念图。
[0013]图7为根据一个实施方式示出使三轮车辆以高速转向的概念图。
[0014]图8为根据一个实施方式的示例性旋转致动器的概念图。
[0015]图9为根据一个实施方式示出转向控制系统的概念图。
[0016]图10A-10B为根据一个实施方式示出后轮转向与使用电子稳定性控制之间进行比较的概念图。
【具体实施方式】
[0017]本文描述的一些实施方式总体上涉及具有两个后轮和一个前轮的三轮车辆。图1为根据一个实施方式的三轮车辆100的示例。车辆100的后部102包括两个后轮104以及驱动后轮104的电机。车辆100的前部106包括乘客舱室108和前轮110。前部106可相对于后部102关于纵轴旋转，使得前部106可在转动期间倾斜。
[0018]根据各实施方式，车辆100使用线控驱动系统，其中，转向、电机控制以及前部106的倾斜由传感器、致动器以及计算机的系统控制。转向轮输入以及加速器和制动输入由电子控制单元(ECU)接收，然后，该电子控制单元计算信号以发送至控制车辆100的转向、倾斜以及前进的各个致动器和电机。例如，来自每个车轮处的转向角传感器、转向轮扭矩传感器以及速度传感器的测量有助于在转弯时确定倾转角。线控驱动系统还可通过连接至转向轮的转向反馈致动器向驾驶员提供触觉反馈，从而在转弯时为驾驶员提供转向反馈。
[0019]在各实施方式中，所公开的线控系统具有几种故障检测方法。例如，编码器通常内置在电机中，诸如，倾转电机以及前轮转向电机。编码器用于为ECU提供与倾转角和前轮转动角有关的信息。诸如绝对倾斜角编码器和线性位置传感器的冗余传感器分别用于在倾转角和前轮转动角的测量中检测任何误差或不一致。
[0020]在一个实施方式中，为了使车辆的前部分倾斜，单个致动器耦接至车辆的后部分和前部分。致动器被描述为蜗杆齿轮，其通过单个或冗余的电机设置而旋转，以使车辆的前部分相对于后部分倾斜。
[0021]在高速转弯的初始阶段或倾斜转动期间，线控驱动系统能够使前轮反转向。反转向是指在转弯的相反方向上前轮的非直观性转向，以将倾斜引入转弯。反转向极大地降低了引发车辆前部倾斜所需的扭矩量。引起倾斜之后，前轮能够转动进入转弯以完成转弯。
[0022]在高速转弯期间，三轮倾斜车辆具有在后轮上失去牵引的倾向。在一些实施方式中，所公开的设计通过将牵引控制系统集成至线控系统解决此问题。例如，牵引控制系统使用车辆制动系统，以在转弯时使内轮减速，从而在高速转弯期间维持后轮与地面接触并维持对车辆的控制。
[0023]电子转向和倾斜控制系统
[0024]本文所述的一些实施方式提供了用于使三轮车辆倾斜的电子控制系统，其能够基于来自于多种传感器的输入在宽范围的驾驶条件下优化倾斜及转向控制。本文所述的一些实施方式提供了用于倾斜三轮车辆的控制系统和控制程序。例如，控制程序可包括作为转向和反转向功能的稳定性控制，以使车辆倾斜转动。
[0025]—个实施方式使用偏转传感器来控制三轮倾斜车辆。此外，偏转传感器可结合其它传感器来使用以实现线控驱动系统。车辆中的ECU能够接收来自多个传感器(下面提供的示例)的输入并执行计算，从而控制和/或预测可导致车辆不稳定或失控的情况。这不可能用传统方法来实现，因为在现有系统中没有提供任何精确方式来处理这种类型的数据。
[0026]图2和图3概略地示出了根据本申请的一些实施方式的三轮车辆的转向系统配置。两幅图都描述了三轮车辆的配置，其具有:位于前面的一个轮13以及由电动机31供电的位于后面的两个轮27、27a ;驱动电机控制器30 ;变速器32 ;后驱动轴26、26a ;内燃电机，或者内燃电机和电子电机的混合组合。
[0027]部分A (线控转向的转向组件)、B (前轮组件)以及C (倾转控制组件)包括车辆的前部或“舱室”)，而部分D (推进模块/后轮转向)是独立的推进模块。这两个部分通过倾转致动器变速箱19沿车辆纵轴连接。舱室相对于推进模块保持在竖直位置。低速时，舱室可能有极小的倾斜或者没有倾斜，而高速时，车舱倾斜可能高达45度。
[0028]车辆配置包括电子转向控制单元(“ESC”或“E”)，其负责管理转向功能和车辆稳定性功能。车辆还包括向ESC(E)提供信息的多个传感器。这些传感器包括转向角传感器3 ;转向扭矩传感器4 ;与每个车轮相对应的多个轮速传感器14、29和29a ;横向加速度传感器36 ;横摆率传感器35 ;侧倾传感器34 ;倾斜角传感器37以及前转向臂位置传感器33。自然地，车辆的其它实施方式可包括更多或更少的传感器。所感测的情况以及转向意图被转换成校准信号，该信号是车辆操作的指示，并被传送至ESC(E)。
[0029]前轮转向致动器8通过前轮转向致动器电机控制器11以及前轮转向电机10由ESC(E)系统来驱动。前轮13的转向角由致动器杆9和转向臂12来控制，并通过线性位置传感器33由ESC来确认。前制动钳14还耦接至前轮。在正常驾驶中，基于驾驶员的意图，通过转向输入装置1、转向轴2、转向角传感器3、转向扭矩传感器4、转向变速箱6和/或由轮速传感器15、29和29a所确定的车辆速度意图来计算施加至前轮13的反转向量。
[0030]较低车速时，不施加反转向，且车辆仅在意图行驶方向上跟随前轮。较高速度时，转动方向完全基于车辆的倾斜角。这种转动方法与摩托车转