陀螺稳定式车辆制造技术

本发明专利技术的实施方式描述通过多个传感器来接收指示车辆信息的数据。所述信息可至少指示车辆（100）的框架（110）的取向、所述车辆的前轮（200）相对于所述框架的取向、第一飞轮（270a）和第二飞轮（270b）的取向和旋转速度、以及车辆的速度。在一个实施方式中，各飞轮包括在与所述车辆框架联接的第一陀螺仪和第二陀螺仪中。至少部分基于从多个传感器所接收的数据，可调节至少一个所述飞轮的取向和旋转速度中的至少之一。所述调节还可基于改变所述车辆的速度和方向中的至少之一的输入。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术实施方式涉及运输车辆，更具体地，涉及一种陀螺稳定式车辆。
技术介绍
增加的能源费用和温室气体对环境的影响，已经形成对于具有低碳足迹的高效车辆的不断需求。内联轮式车辆，例如摩托车和小型摩托车，比传统的四轮轿车提供更高的效率；然而，该效率主要由于内联轮式车辆和四轮轿车之间的物理差异，例如减轻的重量、较少的摩擦面以及减少的阻力导致的。此外，由于受到天气和风的影响、碰撞事故的安全问题、以及在车辆使用期间需要保持车辆稳定的能力，许多用户不愿意或不能够操作摩托车和小型摩托车。用于减少内联轮式车辆的使用者受到天气和风影响的解决方案通常限于部分地遮挡驾驶者勉受到自然力影响的设备(例如挡风玻璃)以允许使用者在低速期间使用自己的脚帮助稳定车辆。此外，尽管一些解决方案已尝试创建用于内联式车辆的封闭驾驶室，但是这些解决方案不是需要额外的(尽管较小)车轮以稳定车辆，就是在所有潜在的和可预见的使用期间不提供车辆的稳定性。尝试电子稳定内联轮式车辆的现有技术解决方案也不能够提供对于资源和能源有效的解决方案以使车辆的总效率最大化。附图说明下面的描述包括具有通过实施本专利技术示例性的实施方式而给出的说明图解的详述。应该理解，这些图作为示例，而不是作为限制。本文中所使用的或涉及的一个或多个“实施方式”应该理解成描述本专利技术的至少一个实施方式中所包括的具体的特征、结构或特性。因此，在本文中出现的例如“在一个实施方式中”或“在可替换的实施方式中”的短语描述本专利技术的各种实施方式和执行方式，且不必全部涉及同一实施方式。然而，这些实施方式也不必相互排斥。图1示出包括本专利技术实施方式的车辆的局部剖面侧视图；图2示出飞轮组件的分解图；图3a_图3h示出不同状态下车辆的局部剖面侧视图，指示根据本专利技术的实施方式的能量流；图4示出根据本专利技术的实施方式的能量流示意图；图5示出根据本专利技术的实施方式的控制系统的流程示意图；图6示出控制系统的实施方式。下文进行了某些细节和执行方式的描述，包括图片描述，其可描绘一些或所有下文描述的实施方式，还讨论了本文所介绍的专利技术构思的其他可能的实施方式或执行方式。下文提供了本专利技术的实施方式的概述，然后参照附图进行了更为详细的描述。具体实施例方式已知通过使用飞轮旋进来产生反力矩，以使用陀螺仪维持两轮车辆直立的基本构思(尽管在该专利技术书中参照了陀螺稳定式两轮车辆，但是陀螺稳定性原理也可用于具有窄轮距的任何车辆，从而使陀螺稳定性用于稳定车辆或提高提供稳定性的悬架系统)；然而，这类系统出于各种原因没有被普遍采用，包括缺乏用于使车辆在高速以及所有条件下安全操作的合适控制系统的设计。先前的并入飞轮稳定性的尝试，添加了更大的复杂性，以及由于附加的机械传动系统、能量和燃油(或电池)需求，相应地增加了车辆的重量。附加地，飞轮自身耗费了相当大量的能源且因此否定了两轮车辆自身的内在效率优点。然而，在利用电动发电机的电子驱动系统方面的进步允许车辆的零排放功率，且提供了当在车辆减速期间使用再生制动原理以恢复更大量的能量的能力。这结合在储能密度上的进步，允许扩大的范围，甚至具有附加的用于陀螺稳定的动力。 已知控制这些效应的基本反应式，且通过等式对其进行描述。用于实心圆盘的惯性力矩(I)为I = l/4*m*r2，其中m为圆盘的质量和r为半径。对于给定的车辆重量和重心(CG)，可按规定尺寸制作陀螺稳定器飞轮的大小以便当停止时可不确定地控制车辆的垂直稳定性。可选择飞轮的半径、质量和几何形状以维持紧凑的尺寸(使其可安装在车辆框架内)且仍能够提供有效的惯性力矩I。使旋转的飞轮围绕垂直于旋转的飞轮轴线的轴线进行旋进，这将形成垂直于旋转轴线和旋进轴线的反力矩。装有万向支架的飞轮组件的有用的反力矩τ通过等式给出:τ =Idisk* ω disk* ω axis °飞轮的旋转速率对于可用于稳定车辆的有用力矩T的量起着较大的作用。作为在用于选定飞轮的质量和几何形状的控制方程中的仅仅可控制的变量中一个变量，可控制飞轮旋转速率以补偿车辆的变化的静载荷和载荷分布，以及相应的陀螺稳定器的校正的能力。用于控制车辆的附加变量包括:Θ 为以弧度测量的从一侧到一侧的车辆的倾斜度；Vvehicle为以米/秒测量的当车辆沿着马路移动时车辆的速率；COdisk为以弧度/秒测量的飞轮的旋转速率；Rlis为以弧度测量的飞轮距离离开垂直方向的倾斜度；ω axis为以弧度/秒测量的飞轮倾斜的旋转速率；Θ ste_g 为以弧度测量的转向输入。使用输入 GVehic;le、VVehic;le、oFlywheel、coaxis、l;s和θ Steering，可通过改变c0Mis控制θ Vehide，其输出垂直于炉—的力矩以抵抗或增加9Vehide的变化。当％_达到90°或f弧度时，由于力矩输出垂直于@_5因此陀螺仪改变9￥&。16的有效性降低。通过使用包括主要环路控制和次要环路控制或状态空间的现代控制系统，可通过致动Oaxis而实现识_和0￥^。16的控制。因此，可用于解释两个输出贫^和Gvehiele，同时优先确保Qvehide稳定。飞轮几何形状和材料以及旋进电动机的尺寸(确定陀螺仪系统的校正能力)可取决于变量，例如:车辆重量和在预期载荷条件下的重心、最大车辆速度、最大转动速率、以及预期的环境条件(例如横向风、道路坡度的变化等)。在一个实施方式中，出于包装和效率的目的，陀螺仪组件的尺寸和质量可尽可能的小。本专利技术的实施方式还可被两轮车辆利用，两轮车辆基本上比传统轿车或卡车更窄，因此遵守摩托车法。选择飞轮质量使得当在期望的速度范围内旋转时，单个飞轮可校正整个车辆以及其内容物的不稳定状态以用于持续的时间段。飞轮材料的选择主要源于材料密度(δ )、材料强度、储能能力和总重之间的权衡。根据等式:Edisk=_*Idisk* disk2，能量储备(E)涉及惯性力矩和速率的平方。较高密度的材料可允许较小的整体包装，但是较大飞轮质量需要较大的驱动马达，因此需要更大的重量和空间。附加地，具有大质量的飞轮对于加速需求(S卩，加快自旋到给定速度将持续更长的时间)呈较小响应，或可需要更大的驱动马达以在给定的时间内使飞轮加速。可优化飞轮质量以增加车辆的效率，并且使陀螺仪质量最小化有助于保持整个车辆质量较小，这意味着在操作车辆时能源消耗较少。在一个实施方式中，飞轮材料为碳纤维或凯夫拉尔(Kevlar),这是针对其重量的高拉伸强度而选择的，从而允许较高的旋转速度(即，高于10，OOOrpm)以及反应更灵敏的加速度。也可使用较高密度的材料，例如钢、黄铜、青铜、铅、和贫化铀；然而，应该理解，这些材料的拉伸强度并不允许较高的旋转速度，这在使飞轮的尺寸和质量最小化方面限制了其使用。基于圆盘的几何形状,惯性力矩可从j*OTfet *rdKk23\\*mihsk *r—2变化。由于通过τ =Idisk* ω disk* ω axis给出旋进陀螺仪输出的力矩的量，因此通过其他的输入保持恒定增加Idisk意味着更大的τ。因此，对于给定的尺寸和重量限制，τ可最大化，以维持车辆可用和高效。然而，由于当Idisk增加时，使陀螺仪旋转的马达需要变得效力更大以在可接受的时间内实现期望的wdisk，因此Idisk和ω —有关。在X-方向上的陀本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：丹尼尔·基勇·金，凯文·布莱特尼，安德鲁·L·曾，
申请(专利权)人：LIT汽车公司，
类型：
国别省市：