车辆悬架中的陀螺仪系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明的实施方式总体涉及一种运输车辆，更具体地，涉及一种车辆动力和稳定系统。
【背景技术】
[0002]车辆的稳定性已经成为车辆设计的越来越重要的方面以提高安全性、性能、以及能源效率。用于车辆悬架方案的现有技术仅包括通常的悬架组件，例如弹簧、阻尼器、液压装置、和/或撑杆/防倾杠(stru/ant1-sway bar);然而,这些方案致力于吸收力，以便减小它们对车辆的位置的影响。需要一种方案来增强这些悬架组件以更直接地对抗影响车辆角度/位置的力。
【附图说明】
[0003]通过参考以下附图来描述本发明的非限制性的和非穷尽的实施方式，其中，除非特别说明，否则各个视图中同样的附图标记指代同样的部件。应当说明的是，以下附图并非按照比例绘制。
[0004]图1A和图1B示出了根据本发明的实施方式的包括改善的稳定系统的车辆的侧视图和主视图。
[0005]图2A和图2B示出了根据本发明的实施方式的在转向期间改变车辆的倾斜动力学的一个或多个控制力矩陀螺仪。
[0006]图3A和图3B示出了根据本发明的实施方式的在转向期间改变车辆的倾斜动力学的一个或多个控制力矩陀螺仪。
[0007]图4A和图4B示出了根据本发明的实施方式的在越野使用期间改变车辆的稳定性的一个或多个控制力矩陀螺仪。
[0008]图5是根据本发明的实施方式的借助一个或多个控制力矩陀螺仪用于增强车辆悬架系统的过程的流程图。
[0009]随后对某些细节和执行方式进行描述，包括对附图的描述，附图可能示出了下面描述的一些或全部实施方式，和对在此所呈现的本发明的概念的其他潜在实施方式或者执行方式进行论述。以下提供了本发明的实施方式的综述，随后将参考附图进行更详细的描述。
【具体实施方式】
[0010]本发明的实施方式描述了用于改善车辆稳定方案的方法、设备、以及系统。在以下的描述中，提出多个具体的细节以提供对实施方式的完全理解。然而，相关领域的技术人员将认识到，在此描述的技术可以无需一个或多个具体细节而实施，或者通过其他方法、组件、材料等来实施。在其他情况下，熟知的结构、材料、或者操作未详细地示出或者描述以避免混淆某些方面。
[0011]图1A和图1B示出了根据本发明的实施方式的车辆的侧视图和主视图，该车辆包括了改善的稳定系统。在该实施方式中，如下文所述，示出的车辆100包括多个控制力矩陀螺仪(control moment gyroscope, CMG) 110和控制力矩陀螺仪112以辅助车辆的悬架系统。
[0012]陀螺仪为围绕旋转飞轮而构建的能量储存元件。该飞轮充当扭矩传感器，该扭矩传感器获取施加在一个轴中的扭矩且将该扭矩输出到另一轴上。“CMG”通常描述一种具体用于刚性体(传统上用在卫星和航天器中)的姿态控制的陀螺仪。如下所述，通过不同构造，单个或者多个CMG系统可以应用在汽车领域以增强车辆稳定性，而不降低其速度(例如，借助差动制动)、不增加大型无源元件(例如，扰流器)或者不利用带有独立的车轮扭矩分配的主动牵引控制系统。
[0013]如在此所引用的，CMG描述了陀螺仪装置，该陀螺仪装置包括在支撑常平架组件(gimbal assembly)的壳体中。所述常平架组件包括转子,该转子具有联结至轴的惯性元件(例如，旋转环或者汽缸)。旋转轴承可以围绕轴端设置，以允许该轴的旋转运动，该轴可以通过旋转马达围绕旋转轴旋转。接着，该常平架组件可以通过扭矩模块组件围绕常平架轴线旋转，该扭矩模块组件安置到CMG壳体的第一端。因此，相较于通过改变它们的飞轮转速来调节它们的输出扭矩的其他类型的陀螺仪，CMG可以倾斜它们的转子的旋转轴以改变它们的输出扭矩(同时不必改变它们的飞轮转速)。
[0014]为了使该常平架组件旋转运动，常平架轴承设置在该常平架组件和CMG壳体之间。常平架组件可以借助本领域中熟知的任何电力控制器装置来接收电信号和电功率。CMG还可以包括适于确定常平架组件的旋转速率和位置的任意数目的传感器(例如，编码器、解析器、转速计等)。
[0015]CMG 110和CMG 112与车辆100的悬架系统120组合使用以在不同驾驶条件下稳定车辆。图1A和图1B总体示出了悬架系统120的一些组件的定位。可以理解的是，所述悬架系统可以包括例如弹簧、阻尼器(例如，减震器)、液压装置、和/或撑杆/防倾杠。
[0016]在某些情况下，车辆可能会打滑或者翻车。如在此所引用的，“打滑”为一种平面现象，其特征为车头角度和速度矢量之间的差值；而“翻车”为一种横向现象，其当急转弯时在内胎上产生零法向力时发生，且由于大的转弯速度和较小的曲率半径而发生。在转弯中某一点处，车辆可能达到稳定边界，在该稳定边界处可能会发生打滑或者翻车。
[0017]在本发明的实施方式中，一个或多个CMG可能会产生围绕车辆的滚动轴的扭矩，导致内胎上的额外的法向力以防止翻车。假定在翻车之前发生了打滑，则用于稳定翻转的一个或者多个CMG还可以缓和打滑。
[0018]CMG 110和CMG 112可以分别在一个或者多个轴上驱动，且可以利用电子控制系统或者机械式控制系统。所述控制系统可以接收来自一个或者多个电子传感器130的信息以控制由CMG产生的总角动量。这些传感器可以安装在车辆100的车架、悬架系统或车轮组件(例如，轮胎、轮辋、挡泥板等)的任何部分。所述控制系统还可以根据车辆100的加速度、车辆的一个或者多个转向轮(例如，前轮102和前轮104，如图1B所示，示出了车辆100的主视图)的位置、该车辆的制动系统的接合等来控制CMG 110和CMG 112。在一些实施方式中，CMG可以接收再生能量，该再生能量从车辆制动系统或者从车辆的将机械能转换为电能的车辆的任何机电组件(例如发电机，如交流发电机；或者车辆驱动马达的其他组件等)接收。
[0019]图1A和图1B中示出了 CMG 110和CMG 112，该CMG 110和CMG 112成直线(in-line)定位且在车辆100的前轮和后轮之间(例如，居中的，或者非居中的)，使得CMG的力矩中心115 (如图1B所示)纵向成直线且在车辆的重心116之下。然而，在其他实施方式中，CMG通常成对使用，以便消除由每一个CMG产生的横摆力矩且消除将产生的扭矩加倍，任意数目的CMG(即，一个或者多个)可以放置在任意构造中以增强车辆的悬架系统。
[0020]图2A和图2B示出了根据本发明的实施方式的一个或多个CMG，该一个或多个CMG在转向期间改变车辆的倾斜动力学。在图2A中，车辆200A包括具有多于两个车轮和悬架系统220A的车辆，在本实施方式中，悬架系统220A未被陀螺仪辅助(例如，类似于图1A和图1B的具有脱离的CMG的悬架系统120的悬架)。所示出的车辆200A包括前轮202和前轮204，前轮202和前轮204在转弯中接合至左手侧(相对于驾驶员)，其引起车架205偏离中央倾斜到右侧(相对于驾驶员)。
[0021]图2B示出了具有至少一个CMG 210的车辆200B，该CMG 210增强悬架系统220B以在转向期间使得车架205恢复水平静态平衡(level stasis)。如在此所描述的，“水平静态平衡”可以指车架从一侧到另一侧、从前方到后方或者该二者上的水平平衡。因此，CMG210的转子以这样的速率旋转，使得转子的旋转面(未必转子的转速改变)的改变产生了围绕输出轴的输出扭矩，该输出轴垂直于旋转轴/常平架轴(即，在所需的方向上产生车架205的“平衡”力)。
[0022]CMG 210可以根据与悬架系统220B的组件相联接的传感器被控制以检测所述组件是否接合，且因此影响了车辆的角度。例如，传感器可以检测悬架弹性单元的压缩，检测和/或测量由一个或多个减震器吸收/散开的力的大小，和/或检测和/或测量在撑杆/防倾杠上的扭力。在一些实