车辆稳定系统及其操作方法与流程

1.本文描述的本主题总体上涉及车辆稳定系统及其操作方法。


背景技术：

2.包括两轮车辆和三轮车辆的骑乘型车辆通过操作转向手柄来转向，从而使支撑前轮的前叉绕转向杆/轴转动。典型地，车辆由骑行者施加在转向手柄上的转向力来转向。在非常低的速度下操纵时，尤其需要施加高转向力。例如，在缓慢移动的交通状况下，骑行者典型地被迫以非常慢的速度骑行，并且经常被迫间歇地停下来并再次开始骑行。在这样的情况下，由于车辆在非常低的速度下失去稳定性，骑行者极难平衡车辆。因此，对于骑行者，尤其是初学者来说，平衡车辆变得具有挑战性。此外，具有单一车轮轨道的车辆，例如两轮车辆，具有经常摔倒的潜在风险，这也被称为倾覆故障。当车辆失去稳定性时，骑行者尤其是初学者会自动进行快速转向移动并施加更大的转向扭矩，这导致骑行者感到疲劳。当遇到道路颠簸和坑洼时，骑行者们通常会发现很难平衡车辆。此外，在一些涉及急弯的骑行状况下，也需要高转向力。为了在这样的情况下平衡车辆，骑行者典型地向转向手柄施加快速转向移动，并且有时在这样做的同时与车辆一起摔倒。因此，正在研究以及开发用于辅助骑行者的系统，该系统可以帮助平衡车辆。
3.近年来也正在开发无骑行者车辆(rider
‑
less vehicle)，即设置有自动驾驶能力和自动平衡能力并且不需要骑行者来控制车辆或使车辆转向的车辆。在这样的车辆中，平衡车辆，尤其是在低速下平衡车辆也是一个挑战。
4.已知技术描述了一种用于两轮车的转向支持系统，该转向支持系统提供附加转向力来支持由骑行者施加的转向力，使得骑行者能够恰当地平衡车辆。然而，该转向支持系统施加附加转向力涉及确定大量动态车辆参数，诸如转向角、骑行者施加的瞬时转向扭矩、整个车辆或仅车辆某些部件的瞬时加速度。例如，偏航率传感器、侧倾率传感器或加速度传感器可用于检测横向加速度、纵向加速度和/或竖直加速度。结果，该转向支持系统使用多个传感器，诸如力传感器、加速度传感器等。此外，该支持系统还利用其它车辆动态参数，诸如来自防抱死制动系统的控制信号等，用于确定施加到致动器上的扭矩量。
5.此外，用于平衡车辆的常规系统涉及使用偏航率参数来确定要施加的稳定扭矩/平衡扭矩。然而，偏航率参数相对于转向扭矩具有更短的提前时间。可得很短的提前时间来施加平衡扭矩可能会妨碍骑行者的干预，而在骑行过程中进行任何操纵都可能需要这种干预。
6.使用多个车辆动态参数来确定平衡车辆所需的附加转向扭矩往往会影响各种车辆骑行状况下所需附加转向扭矩的计算准确度和精确度，并且是复杂且成本高的提议。此外，用于确定所需附加转向扭矩的传感器数量也导致产品成本增大、装配时间增大以及制造和装配复杂化。
7.此外，在一些其它已知技术中，已经尝试通过在不同的骑行状况下赋予两轮车与骑行者之间的相互作用最小的重要性来平衡两轮车辆。然而，重要的是将这样的相互作用
考虑在内，以便理解当车辆由附加的/支持的转向稳定系统转向/控制时骑行者所体验/感受到的舒适/不适。


技术实现要素：

8.提供本发明内容是为了介绍与车辆稳定性相关的构思，这些构思将在下面的具体实施方式中进一步描述。本发明内容不旨在表明所要求保护的主题的基本特征，也不旨在用于确定或限制所要求保护的主题的范围。
9.本主题提供了用于改善车辆在不同车速下的稳定性的系统和方法，所述不同车速包括非常低的车速和不同的骑行状况(尤其是骑乘型车辆的不同的骑行状况)。
10.在一个示例中，该系统包括多个传感器，其中多个传感器包括位置传感器和角位移传感器，位置传感器用于确定车速(v)，角位移传感器用于确定车辆的侧倾角(φ)和侧倾率侧倾角(φ)对应于车辆在侧倾方向上的角位移，侧倾率对应于车辆在侧倾方向上的角速度。该系统进一步包括稳定单元，该稳定单元用于向致动器提供致动信号，该致动信号对应于稳定扭矩(t
s
)，该稳定扭矩(t
s
)将由致动器施加到车辆的转向手柄以用于稳定车辆，其中稳定单元联接到多个传感器。稳定单元用于基于车速(v)来分别确定侧倾角(φ)和侧倾率的增益值(g1、g2)；并且基于将相应增益值(g1、g2)施加到侧倾角(φ)和所述侧倾率来确定稳定扭矩(t
s
)。
11.在另一个示例中，该系统包括多个传感器，其中多个传感器包括位置传感器、角位移传感器和转向扭矩传感器，位置传感器用于确定车速(v)，角位移传感器用于确定侧倾角(φ)和侧倾率侧倾角(φ)对应于车辆在侧倾方向上的角位移，侧倾率对应于所述车辆在所述侧倾方向上的角速度，转向扭矩传感器用于确定施加到车辆的转向手柄的转向扭矩(t
r
)。该系统进一步包括稳定单元，该稳定单元联接到多个传感器，其中稳定单元用于：基于侧倾角(φ)、侧倾率和车速(v)来确定合成扭矩(synthesized torque)；基于合成扭矩与转向扭矩(t
r
)的比较来确定调谐参数；基于调谐参数和合成扭矩来确定稳定扭矩(t
s
)；并且向致动器提供对应于稳定扭矩(ts)的致动信号，以用于将稳定扭矩(t
s
)施加到车辆的转向手柄以稳定车辆。
12.在各种示例中，还基于根据合成扭矩确定稳定扭矩来讨论用于车辆稳定的方法，合成扭矩基于侧倾参数和车速来确定。
附图说明
13.参考附图描述本主题的具体说明。贯穿附图始终，使用相同的附图标记来指代相似的特征和部件。
14.图1示出了根据本主题的实施方式的包括用于车辆稳定的系统的示例性骑乘型车辆。
15.图2示出了根据本主题的实施方式的描绘用于车辆稳定的系统的各部分的框图。
16.图3示出了根据本主题的实施方式的扭矩计算的表示。
17.图4a示出了第一增益值(first gain value)相对于车速的曲线图。
18.图4b显示了第二增益值(second gain value)相对于车速的曲线图。
19.图5、图6和图7示出了根据本主题的各种实施方式的用于车辆稳定的方法。
具体实施方式
20.本发明涉及车辆稳定系统和方法，这些车辆稳定系统和方法用于在各种骑行状况下，特别是在非常低的速度下，提高骑乘型车辆的稳定性。它有助于确保车辆在包括极低车速的不同车速下容易操纵、骑行舒适以及骑行者安全。这些系统和方法能够为车辆提供准确且精确的转向支持，而不干扰骑行者的转向意图。此外，这些系统和方法能够在平衡车辆的同时模仿骑行者的转向动作/输入。此外，本主题的实施方式制造、安装以及操作简单且经济。因此，本主题也有助于优化制造采用了稳定系统的车辆的成本。
21.虽然本主题的各方面是参考作为示例的操作车辆的骑行者来讨论的，但是应当理解，本主题的原理也可以施加于无骑行者车辆，其中车辆控制器可以代替骑行者操纵或领航车辆。因此，这些稳定系统和方法可以辅助车辆控制器以类似于辅助骑行者的方式保持稳定性并提高安全性和可操纵性。
22.根据本主题的一方面，该系统采用转向手柄(车把)、致动器，转向手柄(车把)用于机械地支持车辆的移动，致动器用于基于稳定扭矩(t
s
)向转向手柄施加驱动/平衡力的致动器，该稳定扭矩(t
s
)进而根据由稳定单元确定的合成扭矩(t)获得。在示例中，基于由惯性测量装置测量的侧倾角和侧倾率来确定该第一合成扭矩(t1)，由第一合成扭矩(t1)来确定合成扭矩(t)。可以通过将相应增益值乘以由角位移传感器测量的侧倾角(φ)和侧倾率然后将乘积相加来确定该第一合成扭矩(t1)。
23.增益值可以通过统计分析从实验中导出，并且可以根据车速(v)、车辆规格(vehicle specification)和延迟时间来获得。具体而言，本文所指的延迟时间是第二(后)动态参数滞后于第一(前)动态参数的时间差，并且该时间差以秒为单位进行测量。例如，在任何在低速下操纵的情况下，当车辆由于不稳定而倾向于侧倾时，骑行者提供转向扭矩来平衡，这致使车辆的平衡。可以理解，动态参数“转向扭矩”将与“侧倾角”有延迟时间，侧倾角是车辆侧倾时获得的动态参数之一。
24.因此，在确定合成扭矩(t)时，稳定单元考虑了车速(v)，车速(v)用于确定增益值(g1和g2)。诸如车辆布局、质量惯性及其分布、子系统特性等一般车辆参数也会影响合成扭矩(t)，因此可以考虑这些一般车辆参数。在一个示例中，第一合成扭矩(t1)可以是用于稳定车辆的合成扭矩(t)。
25.在另一示例中，第一合成扭矩(t1)将被施加提前时间(τ)，稳定单元配置为确定该提前时间(τ)，并且考虑该提前时间以获得第二合成扭矩(t2)作为合成扭矩(t)。典型地，选择的用于施加第一合成扭矩(t1)的提前时间(τ)使得合成扭矩(t)的施加点在通常的骑行者转向操作点之前。如此选择的用于施加合成扭矩(t)的提前时间(τ)有助于提高骑行者对车辆的信心水平，即使在(尤其是在低车速下)辅助平衡时也是如此。
26.在一个示例中，合成扭矩(t)可以作为用于稳定车辆的稳定扭矩(t
s
)来施加。在另一个示例中，稳定扭矩(t
s
)可以基于合成扭矩(t)和转向输入/扭矩(t
r
)的比较来确定，转向输入/扭矩(t
r
)典型地由设置在车辆中的转向扭矩传感器来测量。此外，稳定单元可以基于根据转向扭矩(t
r
)和相应的调谐参数来确定不同的骑行状况从而确定要施加到转向手柄
的稳定扭矩(t
s
)。根据骑行状况的不同，调谐参数可以在0到1的范围内，并且可以逐渐变化，以提高骑行者的舒适性和安全性。
27.在一个示例中，在骑行者瞬间改变转向扭矩(例如，为了在变道或超车或避免坑洼时使车辆转向)的情况下，典型地发现合成扭矩(t)不等于转向扭矩(t
r
)，因为施加的转向扭矩(t
r
)保持连续改变。因此，发现合成扭矩(t)与转向扭矩(t
r
)之间的差不等于零。在这样的情况下，由致动器施加以确保车辆保持平衡的稳定扭矩(t
s
)通过将合成扭矩(t)与存储在稳定单元中的第一调谐参数“a”相乘来计算。根据车速(v)、驾驶者行为和车辆规格来预先确定第一调谐参数，车辆规格包括车辆布局、质量分布和惯性。
28.在另一个示例中，当车辆转弯时，骑行者可以施加恒定的转向扭矩(t
r
)。稳定单元可以在转弯过程中通过使转向手柄承受稳定扭矩(t
s
)并进一步将合成稳定扭矩(t1)与存储在稳定单元中的第二调谐参数“b”相乘来为车辆提供精确且精确的转向支持，该稳定扭矩(t
s
)基于合成扭矩(t)与骑行者转向输入/扭矩(t
r
)的比较来确定。第二调谐参数b也可以根据车速(v)和转动半径来预先确定。
29.在又一个示例中，当车辆正在巡航时，除了为了平衡之外，骑行者不可施加转向扭矩(t
r
)。在这样的情况下，转向扭矩(t
r
)基本上为零且恒定，并且稳定单元可以施加合成扭矩(t)作为稳定扭矩(t
s
)，即，使用调谐参数1。当稳定单元施加平衡扭矩时，骑行者甚至不需要施加平衡扭矩，因此可以进一步提高骑行者的舒适性。
30.因此，根据本主题的各原理的系统通过在各种骑行状况下优先施加稳定扭矩(t
s
)来帮助平衡车辆，而不干扰骑行者/车辆控制器的转向意图。此外，由于诸如侧倾率和侧倾角之类的侧倾参数被用于确定合成扭矩(t)，因此发现可用于施加稳定扭矩的提前时间足以能够在比骑行者在低速下进行转向校正以平衡车辆所花费的响应时间更短的时间内施加稳定扭矩。因此，稳定系统在某种程度上模仿骑行者平衡车辆，同时也确保骑行者须付出非常小的努力来平衡车辆，并且在不同的骑行状况下，尤其是在低速下骑行车辆时能够感到自信。
31.参考附图进一步描述本主题。应当注意的是，描述和附图仅图解了本主题的原理。尽管本文没有明确描述或示出，但是可以设计涵盖本主题的原理的各种布置。此外，本文叙述本主题的原理、方面和示例以及其特定示例的所有陈述旨在涵盖其等同物。
32.图1示出了示例骑乘型车辆100，其采用系统200来稳定车辆100。骑乘型车辆100包括头管101、从头管101向后且向下延伸的主管(未示出)。应当理解，头管101和主管形成骑乘型车辆的车身框架的一部分。车辆的转向系统包括转向轴102、一对前叉103和转向手柄104。转向轴102连接到头管101，并且其一端固定地安装有转向手柄104，使得其与头管101具有旋转接头。特别地，一对前叉103和转向手柄104通过转向轴102可旋转地支撑前轮105。转向手柄104用作骑行者机械地稳定车辆的移动的装置。
33.该骑乘型车辆100设置有系统200，用于在不同车速和不同骑行状况下帮助平衡车辆100。系统200可以包括稳定单元202和多个传感器，多个传感器通信地联接到稳定单元202。稳定单元202可以是例如控制器。系统200与致动器201相互作用，并且在一些示例中，系统200可以包括致动器201，致动器201与连接到转向手柄104，使得致动器201能够围绕转向轴线旋转转向手柄104。例如，致动器201可以沿着转向轴线直接连接到转向系统，或者通过连杆构件间接连接到转向系统，其中连杆构件的重量和尺寸将形成车辆规格的一部分。
使用连杆构件将致动器201连接到转向系统可以有助于减小致动器的重量和成本，并且还可以有助于简化组装和维护。
34.在一个示例中，致动器201可以是马达，并且可以连接到旋转轴207，旋转轴207紧固到转向手柄104。此外，马达固定装置206可用于将致动器201固定地连接到头管101。使用马达固定装置206来固定致动器201可以有助于减轻致动器201的重量。另外，将致动器201安装在转向手柄104上方也有助于节省空间。致动器201可以配置为向转向手柄施加稳定扭矩(t
s
)，用于在接收到致动信号时在不同的速度和不同的骑行状况下平衡/支撑车辆100。
35.致动器201可以从系统200的稳定单元202接收致动信号。在一个示例中，稳定单元202可以位于车辆的主管(未示出)上。然而，稳定单元202也可以设置在车辆100的框架上的其它地方。在一个示例中，如图所示，稳定单元202可以设置在车辆100的实用盒107内。
36.在实施方式中，稳定单元202可以包括一个或多个处理器/处理装置以及一个或多个存储器。例如，稳定单元202可以包括第一处理单元和第二处理单元，第一处理单元和第二处理单元彼此通信联接。在一个示例中，第一处理单元和第二处理单元可以设置在车辆100中的相同位置，诸如设置在实用盒中。在另一个示例中，第一处理单元和第二处理单元可以设置在车辆100中的不同位置。例如，第一处理单元可以设置在实用盒中，而第二处理单元可以设置在转向手柄104或致动器201附近。
37.稳定单元202可以通信地连接到多个传感器，用于接收动态车辆输入，诸如车速、车辆状态、车辆侧倾方向上的角位移输入(诸如侧倾角和侧倾率)、转向扭矩和转向角等。
38.在一个示例中，多个传感器可以包括作为角位移传感器203的惯性测量装置(imu)、转向扭矩传感器204和位置传感器205。在一个示例中，角位移传感器203也可以设置在实用箱处，并且可以检测车辆在侧倾方向上的角位移(即，侧倾角)和车辆在侧倾方向上的角速度(即，侧倾率)。在其它示例中，角位移传感器203可以设置在车辆100上的其它位置。角位移传感器203可以向稳定单元202提供对应于侧倾角和侧倾率的输入信号。位置传感器205可以是基于全球定位系统(gps)的传感器。在一个示例中，位置传感器205可以设置在从实用盒107向外延伸的向外延伸构件108上，然而，也可以理解，位置传感器205可以设置在车辆100上的其它位置。
39.位置传感器205可以向稳定单元202提供对应于车速的信号以及与车辆的瞬时状态相关的信号。瞬时状态是摩托车在该时刻的平移和角(侧倾、俯仰、偏航)位置，当车辆移动时，该位置将在下一时刻发生改变，因为车辆的状态(在这种情况下是侧倾角、侧倾率)会随着车辆的运动而连续改变。基于当前时刻的瞬时状态来决定下一时刻提供的扭矩。
40.转向扭矩传感器204可以感测并提供输入，该输入对应于骑行者在转向方向上转动转向手柄104的力或扭矩。为此，转向扭矩传感器可以设置在转向轴102上。在一个示例中，来自角位移传感器203和位置传感器205的输入可以由稳定单元202的第一处理单元接收，而来自转向扭矩传感器204的输入可以与来自第一处理单元的输出一起由第二处理单元接收。
41.基于由上述传感器产生的信号，这些信号提供关于车辆动态参数的信息，稳定单元202可以确定用于平衡车辆的稳定扭矩(t
s
)。特别地，在本主题中，相对于偏航参数，考虑了侧倾参数，诸如侧倾角和侧倾率，以便获得合成扭矩(t)，从该合成扭矩可以获得稳定扭矩(t
s
)以稳定车辆。如图1所示，侧倾轴线对应于车辆的纵向轴线，偏航轴线对应于车辆的
竖直轴线，而俯仰轴线对应于车辆的侧向轴线。因此，侧倾角和侧倾率对应于绕侧倾轴线的角位移和角速度。典型地，对侧倾参数的测量比对偏航参数的测量要快。通过使用侧倾参数，消除了与偏航参数使用相关的延迟。根据本主题的一个方面，基于侧倾角和侧倾率来合成合成扭矩(t)，侧倾角和侧倾率使用基于实验数据的回归分析确定的系数由角位移传感器203测量。
42.合成扭矩(t)还可以考虑响应于侧倾参数而施加稳定扭矩(t
s
)的延迟时间以及施加合成扭矩(t)的提前时间，从而在骑行者施加转向扭矩之前施加稳定扭矩。在一个示例中，合成扭矩(t)可以作为稳定扭矩(t
s
)而施加。在另一个示例中，可以将合成扭矩与转向扭矩(t
r
)进行比较，并且可以基于该比较来确定要施加的稳定扭矩(t
s
)。
43.将结合参考图2、图3、图4a和图4b解释关于确定合成扭矩和稳定扭矩的各种示例和细节。
44.如图2中所描绘的，在一个示例中，稳定单元202可以包括第一处理单元202a和第二处理单元202b。第一处理单元和第二处理单元可以实现为处理器、微控制器等。稳定单元202还可以包括与第一处理单元和第二处理单元相关联的一个或多个存储器(图中未示出)。第一处理单元202a可以从位置传感器205和角位移传感器203接收车速、侧倾率和侧倾角，并且可以确定合成扭矩(t)。
45.在一个例子中，如图3中所示，通过将增益值g1和g2分别乘以侧倾角(φ)和侧倾率并将如此确定的乘积相加，来确定合成扭矩(t)。为了确保可以精确确定合成扭矩(t)，将相应的延迟时间dt1和dt2分别引入到侧倾角(φ)和侧倾率中，延迟时间是相对于骑行者施加的转向扭矩(t
r
)来确定的。因此，时间t1用于在时间t计算侧倾角，得到时间t1为(t1＝t
‑
dt1)，其中dt1是侧倾角延迟时间。类似地，时间t2用于在时间t计算侧倾率，得到时间t2为(t2＝t
‑
dt2)，并且dt2是侧倾率延迟时间。
46.延迟时间是指转向扭矩滞后于侧倾角(φ)和侧倾率的时间差，并且延迟时间以秒为单位进行测量。例如，在任何低速操纵的情况下，当车辆由于不稳定而倾向于侧倾时，骑行者可以提供转向扭矩(t
r
)来平衡，这导致车辆的平衡。由于转向扭矩是响应侧倾参数而提供的，因此转向扭矩将具有与侧倾角(φ)和侧倾率相关的延迟时间。此外，由于侧倾率是侧倾角(φ)的改变率，因此要为两个侧倾参数引入的延迟时间将不同，并且因此，侧倾率的滞后与侧倾角(φ)的滞后相比是不同的。此外，延迟时间可以基于车辆的速度而变化，速度越慢，延迟时间越长。
47.在一个示例中，增益值g1和g2根据车速(v)、车辆规格和延迟时间来获得。在可以如图4a和图4b所示的一个示例中，增益值g1和g2随着车速(v)的增大而非线性地减小，并且随着车速(v)的减小而非线性地增大。结果，在对稳定性要求较高的低车速下获得较高的增益并由此获得较大的合成扭矩(t)，而在对稳定性要求较低的更高车速下获得较小的增益并由此获得较小的合成扭矩(t)。在一个示例中，增益值g1和g2可以被预先确定并存储在稳定单元202的存储器中，例如，作为与车速和延迟时间的映射表存储。在一个示例中，用于确定增益值g1和g2的系数可以基于对不同车速和不同车辆规格的延迟时间的实验数据的回归分析来预先确定。因此，增益值g1和g2本身可以表示为数学函数，并且可以即时计算。
48.在一个示例中，稳定单元202可以使用下面所示的等式1来确定在时间t的第一合成扭矩(t1)，用于确定合成扭矩(t)。
49.t1(t)＝(c1v3 c2v2 c3v c4)φ(t1) (c
s
v3 c6v2 c7v c8)φ(t2)
50....等式1
51.其中
52.(c1v3 c2v2
c
3v c4)＝g153.(c
s
v3 c6v2 c7v c8)＝g254.t1＝(t
‑
dt1)
55.t2＝(t
‑
dt2)
56.在一个示例中，第一合成扭矩可以由稳定单元202的第一处理单元202a确定，如图2所示。在一个示例中，第一处理单元202a可以包括增益调节器块(未示出)，该增益调节器块通过将增益值g1、g2分别与侧倾角和侧倾率的乘积相加来获得并输出第一合成扭矩(t1)，侧倾角(φ)和侧倾率由角位移传感器203检测。此外，第一处理单元202a还可以包括提前时间计算块(未示出)，该提前时间计算块用于通过为第一合成扭矩(t1)的施加施加提前时间(τ)来确定第二合成扭矩(t2)，如等式2所示。
57.t2(t)＝t1(t τ)....等式2
58.提前时间(τ)选择为使得平衡扭矩的施加点在通常的骑行者转向操作点之前，以有助于提高骑行者对车辆的信心水平，并减小骑行者为平衡所花费的努力量，即使在(尤其是在低车速下)辅助平衡时也是如此。在一个示例中，提前时间(τ)可以基于车辆规格预先确定，并且可以存储在稳定单元202的存储器中。
59.第二处理单元202b从第一处理单元202a接收合成扭矩(t)，用于与转向扭矩(t
r
)进行比较。在一个示例中，第一合成扭矩(t1)可以是由第二处理单元202b接收的合成扭矩(t)，用于与转向扭矩(t
r
)进行比较。在另一示例中，第二合成扭矩(t2)可以是由第二处理单元202b接收的合成扭矩(t)，用于与转向扭矩(t
r
)进行比较。
60.此外，第二处理单元202b基于合成扭矩(t)与转向扭矩(t
r
)的比较来确定稳定扭矩(t
s
)，并且向致动器201提供致动信号以使致动器201将稳定扭矩(t
s
)施加到转向手柄上。在一个示例中，第二处理单元202b可以基于比较确定合成扭矩(t)与调谐参数的乘积，用于确定稳定扭矩。
61.根据可以基于转向扭矩(t
r
)确定的不同骑行状况，选择的校正系数/调谐参数的值可以在0到1的范围内变化。稳定单元202在比较合成扭矩(t)与转向扭矩(t
r
)时典型地会遇到至少三种不同的骑行情形。
62.例如，在骑行者不操纵车辆100并且骑乘型车辆处于直线行驶状态的第一状况下，计算的合成扭矩(t)将与骑行者人在无辅助骑行状况下倾向于施加的扭矩相同，因此选择调谐参数为1，即，合成扭矩(t)由致动器201作为稳定扭矩(t
s
)施加在转向手柄上。因此，当系统200通过施加稳定扭矩(t
s
)完全控制车辆时，骑行者施加的转向扭矩(t
r
)为零，在这种情况下，稳定扭矩(t
s
)将等于合成扭矩(t)。典型地，在直线行驶状况下，典型地仅在低车速下才需要平衡扭矩。由于g1和g2是车速的函数，即使在非常低的速度下，例如低于7kmph(公里每小时)，系统200也有助于自动平衡车辆，而不需要骑行者进行转向校正/施加转向扭矩
来平衡车辆。这是有用的，因为在非常低的速度下，骑行者在进行快速转向调整/校正时的反应典型地很慢。因此，它提高了低速和巡航时的骑行体验和安全性。
63.例如在交通状况下或者当他/她试图避开坑洼或道路干扰时骑行者瞬态操纵车辆的第二种情况下，此时施加的转向扭矩(t
r
)将与稳定单元计算的合成稳定扭矩(t1)不同。此外，在瞬态操纵期间，施加的转向扭矩(t
r
)的改变率不会为零，即差值在一个示例中，基于在当前时刻确定的转向扭矩和在前一时刻确定的转向扭矩之间的差值来确定差动转向扭矩。在一个示例中，对应于侧倾参数的信号可能有噪声，并且可以在处理之前进行过滤。在这种情况下，可以根据在前一时刻和当前时刻获得的转向扭矩的过滤的值来确定差值。在一个示例中，如果第二状况适用，则稳定单元触发致动器施加稳定扭矩a
×
t(即，调谐参数a和t的值的乘积)。调谐参数a的值取决于侧倾角(φ)和侧倾率的瞬时值，并根据行驶状况的不同在0与1之间变化。例如，在系统200的帮助下稳定地骑行一段距离后(即，利用调谐参数1)，当骑行者在变道期间或为了避开坑洼而瞬态操纵时，用于计算稳定扭矩(t
r
)的调谐参数(a)的值将从1减小到接近0，从而允许骑行者施加操纵所需的扭矩。第一调谐参数a的值逐渐减小到接近于零，使得骑行者不会经历施加附加扭矩的突然不适。此外，在瞬态操纵之后，当骑行者继续直线行驶时，即，转向扭矩变为零或接近于零，a的值逐渐增大到接近于1。因此，从在直行状况下提供辅助到在瞬时操纵期间提供减小的辅助以及在直行期间返回到辅助实现了平稳过渡。调谐参数的使用确保了骑行者对车辆的控制，同时也确保了车辆不会失去平衡。因此，本主题有助于骑行者感觉到他已经控制了车辆，即使车辆仍然由用于平衡车辆的系统辅助也是如此。这是有利的，因为如果系统完全接管车辆的转向而不是减小辅助，骑行者可能倾向于过度转向或施加附加的不必要的扭矩。因此，稳定单元配置为当骑行者进行突然操纵时暂时施加a≈0，导致稳定扭矩(t
s
)接近零并允许骑行者接管，同时顺着操纵在0到1之间变化调谐参数的值。
64.在骑行者稳定转弯的第三种情况下，发现施加的转向扭矩(t
r
)近似等于合成扭矩(t)，因为稳定单元基于车辆的侧倾角(φ)确定合成扭矩(t)，并且在转弯期间出现连续侧倾。此外，在稳定转弯期间，施加的转向扭矩(t
r
)的改变率将为零，即差值(t
r
)≈0。在这样的情况下，稳定单元202触发马达施加稳定扭矩t
s
＝b
×
t，即，第二调谐参数b和t的乘积。稳定单元202配置为当车辆正经历稳定转弯时，选择“b”作为需要施加于合成稳定扭矩(t)的校正系数或调谐参数。调谐参数b的值在0与1之间变化。例如，当骑行者在稳定骑行之后开始转弯时，它可以首先被检测为瞬态操纵，并且如上所述，可以将调谐参数减小到零。此外，由于当骑行者继续转弯时转向扭矩保持恒定，因此可以确定将施加调谐参数b，并且当骑行者继续转弯时，b的值逐渐增大到接近1，使得稳定扭矩(t
s
)变得等于合成扭矩(t)的b倍，并且骑行者必须为转弯施加非常小的气力或不施加气力，同时b的值保持在0到1之间。此外，当骑行者返回到稳定驾驶状况时，调谐参数保持为1，如上文针对第一状况所述。
65.在一个示例中，可以预先确定要使用的调谐参数并将其存储在稳定单元202中的存储器中，例如，作为映射表或数学函数存储。应当理解，虽然在上面的讨论中陈述了调谐参数逐渐变化(增大或减小)，但是调谐参数的变化可以在几毫秒内完成，并且变化的速度也可以取决于车速。
66.在一个示例中，可以基于不同车辆规格的实验数据的回归分析来预先确定各种系
数/因素，例如增益、延迟时间、提前时间、调谐参数等，并将这些系数/因素预先存储在稳定单元202的存储器中。在一个示例中，稳定单元202还可以实现机器学习，以在车辆行驶时学习并微调各种系数，从而随着时间的推移提高性能。
67.因此，在各种操作动态骑行状况下，保持车辆平衡，并且由系统200以最小的参数有效地提供辅助，导致改善的骑行者体验。
68.现在将参考分别示出方法500、方法600和方法700的图5、图6和图7来描述根据本主题的用于稳定车辆的方法。
69.描述方法500
‑
方法700的顺序不旨在被解释为限制，并且可以以不同的顺序组合所描述的方法框中一些框以便实现这些方法或可替换方法。此外，这些方法可以通过处理资源(通过任何合适的硬件处理资源)、非瞬时性机器可读指令或其组合来实现。可以理解，方法的步骤可以基于存储在非瞬时性计算机可读介质中的指令来执行。非瞬时性计算机可读介质可以包括例如数字存储器、诸如磁盘和磁带的磁存储介质、硬盘驱动器、或光学可读数字数据存储介质。此外，尽管方法500
‑
方法700可以在各种系统中实现，但是为了便于解释，这些方法是相对于系统200和车辆100来描述的。
70.参考图5和方法500，在方框502，从车辆的位置传感器接收车速(v)。例如，稳定单元202从车辆100的位置传感器205接收车速。
71.在方框504，从车辆的角位移传感器接收车辆的侧倾角(φ)和侧倾率侧倾角(φ)对应于车辆在侧倾方向上的角位移，侧倾率对应于车辆在侧倾方向上的角速度。例如，稳定单元202可以从车辆100的角位移传感器203接收侧倾角(φ)和侧倾率
72.在方框506，可以由控制器基于车速(v)来确定增益值(g1、g2)。例如，稳定单元202可以是控制器，并且可以根据存储在存储器中或实现为硬件电路的映射表或数学函数来确定增益值。
73.在方框508，控制器可以基于将相应增益值(g1、g2)施加于侧倾角(φ)和侧倾率来确定要施加到车辆的转向手柄以稳定车辆的稳定扭矩(t
s
)。例如，稳定单元202可以基于增益值来确定稳定扭矩(t
s
)。如上所述，第一增益值(g1)和第二增益值(g2)随着车速(v)的减小而非线性地增大，并且随着车速(v)的增大而非线性地减小。增益值(g1、g2)可以是车速(v)、车辆规格、侧倾角延迟时间(dt1)和侧倾率延迟时间(dt2)的函数。
74.在一个示例中，为了准确地估计转向扭矩，在侧倾角和侧倾率中引入了相应延迟时间dt1、dt2。如果延迟时间改变，增益值也将改变，因为增益值是根据对基于等式1的给定第一合成扭矩(t1)的实验测量的分析来计算的。
75.在一个示例中，控制器可以将第一合成扭矩(t1)确定为侧倾角(φ)和第一增益值(g1)的第一乘积与侧倾率和第二增益值(g2)的第二乘积的和。此外，为了确定增益值(g1、g2)，可以将相应的延迟时间(dt1、dt2)施加于侧倾角(φ)和侧倾率以考虑转向扭矩相对于侧倾参数的延迟。在一个示例中，第一合成扭矩可以用于确定稳定扭矩(t
s
)。
76.在一个示例中，可以基于第一合成扭矩(t1)和提前时间(τ)来确定第二合成扭矩(t2)，其中提前时间用于允许在转向扭矩(t
r
)施加到转向手柄之前施加稳定扭矩(t
s
)。在另一示例中，第二合成扭矩可以用于确定稳定扭矩(t
s
)。
77.在方框510，控制器向致动器提供致动信号，以向车辆的转向手柄施加稳定扭矩(t
s
)来稳定车辆。例如，稳定单元202可以向致动器201提供致动信号。
78.在一个示例中，也可以考虑用转向扭矩(t
r
)来稳定车辆，以应对不同的骑行状况，如参考图6所讨论的。
79.参考图6和方法600，在方框602，从位置传感器接收车速(v)，从角位移传感器接收对应于车辆在侧倾方向上的角位移的侧倾角(φ)和对应于所述车辆在所述侧倾方向上的角速度的侧倾率并且从转向扭矩传感器接收施加到车辆的转向手柄的转向扭矩(t
r
)。例如，稳定单元202可以从位置传感器205接收车速，从角位移传感器203接收侧倾角和侧倾率，以及从转向扭矩传感器204接收转向扭矩(t
r
)。
80.在方框604，控制器基于侧倾角(φ)、侧倾率和车速(v)来确定合成扭矩(t)。例如，稳定单元202可以是控制器，并且可以确定合成扭矩(t)。
81.在一个示例中，通过将第一合成扭矩(t1)确定为侧倾角(φ)和第一增益值(g1)的第一乘积与侧倾率和第二增益值(g2)的第二乘积的和，来确定合成扭矩(t)。第一增益值(g1)和第二增益值(g2)随着车速(v)的减小而非线性地增大，并且随着车速(v)的增大而非线性地减小。此外，如上所述，将相应的延迟时间(dt1、dt2)引入到侧倾角(φ)和侧倾率中用于确定第一合成扭矩(t1)。此外，基于所述第一合成扭矩(t1)和提前时间(τ)来确定第二合成扭矩(t2)，其中提前时间用于允许在施加转向扭矩(t
r
)之前施加稳定扭矩(ts)。
82.在方框606，控制器基于合成扭矩(t)与转向扭矩(t
r
)的比较来确定调谐参数。调谐参数的值可以在0到1的范围内。
83.在一个示例中，其包括当所述转向扭矩为零时将所述调谐参数保持为1，使得当没有转向扭矩施加到转向手柄时，施加到转向手柄的稳定扭矩等于合成扭矩。这对应于车辆的稳定驾驶状况，在该状况下，骑行者可能没有使车辆转向。
84.在一个示例中，当转向扭矩不等于稳定扭矩并且转向扭矩随时间变化时，将调谐参数从1逐渐变为0，使得施加到转向手柄的稳定扭矩从合成扭矩减小到零。当所述转向扭矩变为零时，将所述调谐参数从0逐渐增大到1。这对应于一种驾驶状况，在这种驾驶状况下，从稳态骑行开始然后在瞬态操纵后返回稳态来执行瞬态操纵。
85.在一个示例中，当转向扭矩等于稳定扭矩并且转向扭矩随时间恒定时，将调谐参数从0逐渐变为1，使得施加到转向手柄的所述稳定扭矩从零增大到合成扭矩。这对应于稳定的转弯行驶状况。
86.在方框608，控制器基于调谐参数和合成扭矩来确定稳定扭矩(t
s
)。
87.在方框610，向致动器提供对应于稳定扭矩(t
s
)的致动信号，用于将稳定扭矩(t
s
)施加到车辆的转向手柄以稳定车辆。
88.图7示出了用于稳定车辆的特定示例方法700。在方框702，例如，稳定单元202从多个传感器接收车速(v)、侧倾角(φ)、侧倾率和转向扭矩(t
r
)。
89.在方框704，通过将相应的增益(g1、g2)和延迟时间(dt1、dt2)施加于侧倾角(φ)和侧倾率来确定第一合成扭矩(t1)。例如，第一合成扭矩可以使用上面讨论的等式1来确定。
90.在方框706，通过将提前时间(τ)施加于第一合成扭矩(t1)来确定第二合成扭矩(t2)，以获得合成扭矩(t)。例如，可以使用上面讨论的等式2来确定第二合成扭矩。第二合成扭矩被用作用于确定稳定扭矩的合成扭矩。
91.在方框708，将合成扭矩(t)与转向扭矩(t
r
)进行比较，并基于该比较确定稳定扭矩(t
s
)。方框710、方框712和方框714示出了三种可能的比较状况。由于可以以任何顺序评估状况，所以它们被示为从方法700中的方框708产生的并行分支。
92.在方框710，确定转向扭矩(t
r
)是否为零，如果是，则在方框716，确定稳定扭矩(t
s
)等于合成扭矩(t)，以帮助骑行者处于稳态驾驶/巡航。
93.在方框712，确定转向扭矩(t
r
)是否不等于合成扭矩(t)以及转向扭矩(t
r
)是否随时间变化(即，转向扭矩的差值不为零)，并且如果是，则在方框718处，将稳定扭矩(t
s
)从合成扭矩逐渐减小到零，以允许骑行者接管瞬态操纵。在一个示例中，第一调谐参数可以与合成扭矩(t)相乘以获得稳定扭矩(t
s
)。
94.在方框714，确定转向扭矩(t
r
)是否等于合成扭矩(t)以及转向扭矩(t
r
)是否随时间恒定(即，转向扭矩的差值为零)，并且如果是，则在方框720，将稳定扭矩(t
s
)从零逐渐增大到合成扭矩(t)，以帮助稳定转弯。在一个示例中，第一调谐参数可以与合成扭矩(t)相乘以获得稳定扭矩(t
s
)。
95.因此，在方框722，根据方框716或方框718或方框720确定的稳定扭矩(t
s
)用于向致动器(例如马达致动器201)提供致动信号，以在车辆的转向手柄上施加稳定扭矩。
96.因此，本发明的主题通过在各种骑行状况下在施加稳定扭矩时优先于骑行者来帮助平衡车辆，而不干扰骑行者的转向意图。虽然已经参照骑行者详细描述了本发明，但是应当理解，本发明也适用于自动控制和操纵的无骑行者车辆。
97.从前面的讨论中可以理解，根据本主题的教导的系统和方法不仅能够估计在不同的骑行状况下平衡车辆所需的稳定扭矩，而且能够确保骑行者对车辆具有有效的控制，同时在系统和方法的帮助下对车辆进行平衡。此外，本主题使用一些容易确定的车辆参数，诸如车速、侧倾角和侧倾率，这与本领域已知的使用更复杂的输入和计算的其它系统不同。此外，与复杂的现有技术系统相比，本主题工作所需的传感器数量减小，从而能够降低系统的总体制造和运行成本。
98.尽管已经用结构特征和/或方法专用的语言描述了本主题的实现，但是应当理解，本主题不一定限于所描述的特定特征或方法。相反，具体特征和方法作为示例实施方式进行公开以及解释。