車輛懸架中的陀螺儀系統(tǒng)的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明的實施方式總體涉及一種運輸車輛，更具體地，涉及一種車輛動力和穩(wěn)定系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]車輛的穩(wěn)定性已經成為車輛設計的越來越重要的方面以提高安全性、性能、以及能源效率。用于車輛懸架方案的現有技術僅包括通常的懸架組件，例如彈簧、阻尼器、液壓裝置、和/或撐桿/防傾杠(stru/ant1-sway bar);然而,這些方案致力于吸收力，以便減小它們對車輛的位置的影響。需要一種方案來增強這些懸架組件以更直接地對抗影響車輛角度/位置的力。
【附圖說明】
[0003]通過參考以下附圖來描述本發(fā)明的非限制性的和非窮盡的實施方式，其中，除非特別說明，否則各個視圖中同樣的附圖標記指代同樣的部件。應當說明的是，以下附圖并非按照比例繪制。
[0004]圖1A和圖1B示出了根據本發(fā)明的實施方式的包括改善的穩(wěn)定系統(tǒng)的車輛的側視圖和主視圖。
[0005]圖2A和圖2B示出了根據本發(fā)明的實施方式的在轉向期間改變車輛的傾斜動力學的一個或多個控制力矩陀螺儀。
[0006]圖3A和圖3B示出了根據本發(fā)明的實施方式的在轉向期間改變車輛的傾斜動力學的一個或多個控制力矩陀螺儀。
[0007]圖4A和圖4B示出了根據本發(fā)明的實施方式的在越野使用期間改變車輛的穩(wěn)定性的一個或多個控制力矩陀螺儀。
[0008]圖5是根據本發(fā)明的實施方式的借助一個或多個控制力矩陀螺儀用于增強車輛懸架系統(tǒng)的過程的流程圖。
[0009]隨后對某些細節(jié)和執(zhí)行方式進行描述，包括對附圖的描述，附圖可能示出了下面描述的一些或全部實施方式，和對在此所呈現的本發(fā)明的概念的其他潛在實施方式或者執(zhí)行方式進行論述。以下提供了本發(fā)明的實施方式的綜述，隨后將參考附圖進行更詳細的描述。
【具體實施方式】
[0010]本發(fā)明的實施方式描述了用于改善車輛穩(wěn)定方案的方法、設備、以及系統(tǒng)。在以下的描述中，提出多個具體的細節(jié)以提供對實施方式的完全理解。然而，相關領域的技術人員將認識到，在此描述的技術可以無需一個或多個具體細節(jié)而實施，或者通過其他方法、組件、材料等來實施。在其他情況下，熟知的結構、材料、或者操作未詳細地示出或者描述以避免混淆某些方面。
[0011]圖1A和圖1B示出了根據本發(fā)明的實施方式的車輛的側視圖和主視圖，該車輛包括了改善的穩(wěn)定系統(tǒng)。在該實施方式中，如下文所述，示出的車輛100包括多個控制力矩陀螺儀(control moment gyroscope, CMG) 110和控制力矩陀螺儀112以輔助車輛的懸架系統(tǒng)。
[0012]陀螺儀為圍繞旋轉飛輪而構建的能量儲存元件。該飛輪充當扭矩傳感器，該扭矩傳感器獲取施加在一個軸中的扭矩且將該扭矩輸出到另一軸上。“CMG”通常描述一種具體用于剛性體(傳統(tǒng)上用在衛(wèi)星和航天器中)的姿態(tài)控制的陀螺儀。如下所述，通過不同構造，單個或者多個CMG系統(tǒng)可以應用在汽車領域以增強車輛穩(wěn)定性，而不降低其速度(例如，借助差動制動)、不增加大型無源元件(例如，擾流器)或者不利用帶有獨立的車輪扭矩分配的主動牽引控制系統(tǒng)。
[0013]如在此所引用的，CMG描述了陀螺儀裝置，該陀螺儀裝置包括在支撐常平架組件(gimbal assembly)的殼體中。所述常平架組件包括轉子,該轉子具有聯結至軸的慣性元件(例如，旋轉環(huán)或者汽缸)。旋轉軸承可以圍繞軸端設置，以允許該軸的旋轉運動，該軸可以通過旋轉馬達圍繞旋轉軸旋轉。接著，該常平架組件可以通過扭矩模塊組件圍繞常平架軸線旋轉，該扭矩模塊組件安置到CMG殼體的第一端。因此，相較于通過改變它們的飛輪轉速來調節(jié)它們的輸出扭矩的其他類型的陀螺儀，CMG可以傾斜它們的轉子的旋轉軸以改變它們的輸出扭矩(同時不必改變它們的飛輪轉速)。
[0014]為了使該常平架組件旋轉運動，常平架軸承設置在該常平架組件和CMG殼體之間。常平架組件可以借助本領域中熟知的任何電力控制器裝置來接收電信號和電功率。CMG還可以包括適于確定常平架組件的旋轉速率和位置的任意數目的傳感器(例如，編碼器、解析器、轉速計等)。
[0015]CMG 110和CMG 112與車輛100的懸架系統(tǒng)120組合使用以在不同駕駛條件下穩(wěn)定車輛。圖1A和圖1B總體示出了懸架系統(tǒng)120的一些組件的定位?？梢岳斫獾氖牵鰬壹芟到y(tǒng)可以包括例如彈簧、阻尼器(例如，減震器)、液壓裝置、和/或撐桿/防傾杠。
[0016]在某些情況下，車輛可能會打滑或者翻車。如在此所引用的，“打滑”為一種平面現象，其特征為車頭角度和速度矢量之間的差值；而“翻車”為一種橫向現象，其當急轉彎時在內胎上產生零法向力時發(fā)生，且由于大的轉彎速度和較小的曲率半徑而發(fā)生。在轉彎中某一點處，車輛可能達到穩(wěn)定邊界，在該穩(wěn)定邊界處可能會發(fā)生打滑或者翻車。
[0017]在本發(fā)明的實施方式中，一個或多個CMG可能會產生圍繞車輛的滾動軸的扭矩，導致內胎上的額外的法向力以防止翻車。假定在翻車之前發(fā)生了打滑，則用于穩(wěn)定翻轉的一個或者多個CMG還可以緩和打滑。
[0018]CMG 110和CMG 112可以分別在一個或者多個軸上驅動，且可以利用電子控制系統(tǒng)或者機械式控制系統(tǒng)。所述控制系統(tǒng)可以接收來自一個或者多個電子傳感器130的信息以控制由CMG產生的總角動量。這些傳感器可以安裝在車輛100的車架、懸架系統(tǒng)或車輪組件(例如，輪胎、輪輞、擋泥板等)的任何部分。所述控制系統(tǒng)還可以根據車輛100的加速度、車輛的一個或者多個轉向輪(例如，前輪102和前輪104，如圖1B所示，示出了車輛100的主視圖)的位置、該車輛的制動系統(tǒng)的接合等來控制CMG 110和CMG 112。在一些實施方式中，CMG可以接收再生能量，該再生能量從車輛制動系統(tǒng)或者從車輛的將機械能轉換為電能的車輛的任何機電組件(例如發(fā)電機，如交流發(fā)電機；或者車輛驅動馬達的其他組件等)接收。
[0019]圖1A和圖1B中示出了 CMG 110和CMG 112，該CMG 110和CMG 112成直線(in-line)定位且在車輛100的前輪和后輪之間(例如，居中的，或者非居中的)，使得CMG的力矩中心115 (如圖1B所示)縱向成直線且在車輛的重心116之下。然而，在其他實施方式中，CMG通常成對使用，以便消除由每一個CMG產生的橫擺力矩且消除將產生的扭矩加倍，任意數目的CMG(即，一個或者多個)可以放置在任意構造中以增強車輛的懸架系統(tǒng)。
[0020]圖2A和圖2B示出了根據本發(fā)明的實施方式的一個或多個CMG，該一個或多個CMG在轉向期間改變車輛的傾斜動力學。在圖2A中，車輛200A包括具有多于兩個車輪和懸架系統(tǒng)220A的車輛，在本實施方式中，懸架系統(tǒng)220A未被陀螺儀輔助(例如，類似于圖1A和圖1B的具有脫離的CMG的懸架系統(tǒng)120的懸架)。所示出的車輛200A包括前輪202和前輪204，前輪202和前輪204在轉彎中接合至左手側(相對于駕駛員)，其引起車架205偏離中央傾斜到右側(相對于駕駛員)。
[0021]圖2B示出了具有至少一個CMG 210的車輛200B，該CMG 210增強懸架系統(tǒng)220B以在轉向期間使得車架205恢復水平靜態(tài)平衡(level stasis)。如在此所描述的，“水平靜態(tài)平衡”可以指車架從一側到另一側、從前方到后方或者該二者上的水平平衡。因此，CMG210的轉子以這樣的速率旋轉，使得轉子的旋轉面(未必轉子的轉速改變)的改變產生了圍繞輸出軸的輸出扭矩，該輸出軸垂直于旋轉軸/常平架軸(即，在所需的方向上產生車架205的“平衡”力)。
[0022]CMG 210可以根據與懸架系統(tǒng)220B的組件相聯接的傳感器被控制以檢測所述組件是否接合，且因此影響了車輛的角度。例如，傳感器可以檢測懸架彈性單元的壓縮，檢測和/或測量由一個或多個減震器吸收/散開的力的大小，和/或檢測和/或測量在撐桿/防傾杠上的扭力。在一些實