操作倾斜行走机构的方法以及用于非轨支撑车辆的主动倾斜行走机构.pdf

本发明涉及一种用于操作非轨支撑车辆(1)的倾斜行走机构(2)的方法，倾斜行走机构(2)具有至少一个驱动器。为此目的，由于相对于全局坐标系(x,y,z)的离心加速度(ay)，车辆(1)在弯道上所需的绕旋转轴线(P)的倾斜角至少部分通过可以由驱动器产生的调节力(F)来设定。依照本发明，倾斜角是根据离心加速度(ay)的当前值和重力加速度(g)以横向加速度(ay')关于车辆坐标系(x',y',z')的所得值等于零这样的方式来计算，车辆坐标系(x',y',z')相对于全局坐标系(x,y,z)倾斜约倾斜角(φ)。驱动器是电动马达或驱动器可以包含电动马达。车辆(1)通过电动马达来加速和/或减速以便设定绕旋转轴线(P)的倾斜角。在倾斜过程的减速期间可用的动能用于通过电动马达来产生电能。此外，设置了制动装置并且通过至少部分驱动所述制动装置来至少部分防止车辆(1)绕旋转轴线(P)倾斜。一旦计算出的倾斜角已被设定，就停用驱动器以便节省能量。此外，本发明涉及一种用于实施该方法的倾斜行走机构(2)。

1.一种用于操作非轨支撑车辆(1)的倾斜行走机构(2)的方法，
所述倾斜行走机构(2)具有至少一个驱动器，其中由于相对于全局坐标
系(x,y,z)的离心加速度(a_y)，至少部分通过可以由所述驱动器产生的
调节力(F)来设定所述车辆(1)在弯道上所需的绕旋转轴线(P)的倾
斜角
其特征在于
根据所述离心加速度(a_y)的当前值和重力加速度(g)以横向加速
度(a_y')关于车辆坐标系(x',y',z')的所得值等于零这样的方式来计算
所述倾斜角(φ)，所述车辆坐标系(x',y',z')相对于所述全局坐标系(x,
y,z)倾斜约所述倾斜角其中所述驱动器是电动马达或包含电动马
达，通过所述电动马达来加速和/或减速所述车辆(1)以便设定绕所述旋
转轴线(P)的所述倾斜角(φ)并且在所述倾斜过程的减速期间可用的
动能用于通过所述电动马达来产生电能，其中设置制动装置并且通过至
少部分驱动所述制动装置来至少部分防止所述车辆(1)绕所述旋转轴线
(P)倾斜，并且一旦计算出的倾斜角已被设定，就停用所述驱动
器。
2.根据权利要求1所述的方法，
其特征在于
在所述离心加速度(a_y)变化的情况下，通过“反馈式”闭环控制来
计算保持所述横向加速度(a_y')的零值所需的新的倾斜角其中所
述新的倾斜角至少部分通过激活所述驱动器以便产生为此目的所需
的调节力(F)来设定。
3.根据权利要求1或2所述的方法，
其特征在于
由于所述离心加速度(a_y)假设的理想的倾斜角通过“前馈式”
开环控制来预先计算并且在预测的行驶状况(ψ)之前进行设定，其中新
的倾斜角是根据预先计算的理想的倾斜角和当前实际所需的
倾斜角之间的偏差来计算，其中所述新的倾斜角至少部分通
过激活所述驱动器以便产生为此目的所需的调节力(F)来设定。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，
其特征在于
在所需的倾斜角的值数学上超过最大可能的倾斜角的情
况下，所述车辆(1)保持在所述最大可能的倾斜角因为所述驱动
器被激活以便产生为此目的所需的调节力(F)。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，
其特征在于
直到达到所述车辆(1)倾斜所需的离心加速度(a_y)，在所述倾斜角
的零值的情况下通过驱动制动装置将所述车辆(1)锁止在其直立
位置，其中当所述倾斜角被锁止时，停用所述驱动器。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，
其特征在于
所述车辆(1)被锁止在当前倾斜角直到通过驱动制动装置其
当前倾斜角已根据需要被设定为不等于零的值，其中当所述倾斜角
被锁止时，停用所述驱动器。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，
其特征在于
在达到最大倾斜角的情况下和/或在所需的倾斜角的值数
学上超过所述最大倾斜角的情况下，所述车辆(1)通过驱动制动
装置被锁止在不等于零的所述最大倾斜角其中当所述倾斜角
被锁止时，停用所述驱动器。
8.一种用于非轨支撑车辆(1)特别用于执行根据前述权利要求中任
一项所述的方法的倾斜行走机构，所述倾斜行走机构具有至少一个驱动
器，其中由于相对于全局坐标系(x,y,z)的离心加速度(a_y)，所述车辆
(1)在弯道上所需的绕旋转轴线(P)的倾斜角至少部分通过可以
由所述驱动器产生的调节力(F)来设定是可能的，
其特征在于
所述倾斜角可以根据所述离心加速度(a_y)的当前值和重力加
速度(g)以横向加速度(a_y')关于车辆坐标系(x',y',z')的所得值等于
零这样的方式来计算，所述车辆坐标系(x',y',z')相对于所述全局坐标
系(x,y,z)倾斜约所述倾斜角其中所述驱动器是电动马达或包含
电动马达，所述电动马达被设置以便加速和/或减速所述车辆(1)以便设
定绕所述旋转轴线(P)的所述倾斜角并且以便使用在所述倾斜过程的减
速期间可用的动能来通过所述电动马达产生电能，其中制动装置被设置
并且所述车辆(1)通过至少部分驱动所述制动装置来至少部分防止绕所
述旋转轴线(P)倾斜，并且一旦计算出的倾斜角已被设定，所述
驱动器被停用。

操作倾斜行走机构的方法以及用于非轨支撑车辆的主动倾斜行走机构

本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分的用于操作具有至少一
个驱动器的非轨支撑车辆的倾斜行走机构的方法。

单轨车辆——例如摩托车——包含以下特征：在弯道上它们需要在
各自的转向方向的适当的横向倾斜。倾斜力矩通过车辆的所谓的“倾斜
角”在弯道中心点的方向上产生且所述倾斜力矩抵消作用于车辆上并且
随着速度增加而增加的离心力。没有这种倾斜，车辆可以说是将会翻到
弯道外。

未来的运输方案也正在设计多轨车辆——相比于当前的私家车小得
多的车辆概念。与在单轨车辆的情况下所经历的稳定性问题类似的稳定
性问题也出现在这种类型的双轨车辆的情况下，特别在至少一个轮轴上
并具有小的轮距的双轨车辆。在这种情况下，根据重力和轮距产生的相
反的力矩不再足够高于单个弯道速度。因此，轮轴的弯道内侧的车轮可
以在转向操纵期间丧失其与地面的接触。在这种状态下，当速度高于特
定值时，车辆同样处于在弯道方向的相反方向翻车的危险中并因此翻出
弯道。

因此，除了降低车辆的重心，这种类型的车辆已经配备有倾斜技术，
因此所述车辆的车身可以以与摩托车的车身类似的方式倾斜进入弯道。
以这种方式可能的稳定过程——类似于单轨车辆的稳定过程——可以例
如借助于驾驶车辆的人和/或通过适当的倾斜装置来进行。在所谓的被动
倾斜行走机构的情况下，采取或改变车辆倾斜的建议仅仅限于手动转向
输入和/或人的重量转移。相比之下，主动倾斜行走机构可以通过各自的
倾斜装置来直接调节。

配备有倾斜行走机构的车辆的各种实施例是现有技术中已知的。配
备有倾斜行走机构的车辆在本发明的范围之内也被描述为摆式车辆
(tiltingvehicle)。

因此，例如WO2011/102108A1公开了一种摆式车辆，其车身连接
到驱动单元和转向单元。使用倾斜装置倾斜方向盘或驱动轮到所需的旋
转方向以便创建相对于横向加速度分量的平衡是可能的。横向加速度传
感器、倾斜检测器和速度指示器用于检测车辆的各自的状态。为了控制
车辆的倾斜，“反馈式”闭环控制根据横向加速度来进行且“前馈式”开
环控制根据车辆倾斜所需的旋转量以及也根据车辆速度来进行。

JP2011-230727A也公开了一种具有包含驱动器的倾斜装置的车辆。
所述车辆包含具有车轮的车身和具有转向元件、方向盘和转向轴的转向
装置。此外，设置用于检测横向加速度的装置以及用于根据横向加速度
控制驱动器的控制单元。设置转向恢复元件以防止当越过弯道时的奇怪
感觉。所述转向恢复元件将驱动部件的特定区域以转向部件可以恢复到
中立位置这样的方式连接到转向部件的特定区域。一旦已用车辆的加速
度越过弯道且转向部件已返回到其中立位置，用于控制驱动器的值就减
小。以这种方式防止车辆倾斜角增加是可能的。

JP2012-153349A公开了一种类似的结构，其另外包含用于通过驱动
器抑制规定的力的处理单元。一旦车辆倾斜超过可容许的范围，就抑制
驱动器的规定的力。因此，呈现更精确的倾斜控制是可能的。

JP2006-248489A涉及一种用于主动控制不是摆式车辆的四轮车辆
的摇摆的方法。为此目的提出了包含至少一个可控驱动器的稳定系统。
目的是通过控制驱动器的操作减少驱动器消耗的能量的量。为了此目的，
当横向加速度的增加速率降低时，对应于横向加速度的电动马达的输出
扭矩在特定的时间点设定成驱动器的相反的效率水平并进行用于保持输
出扭矩的控制过程。电动马达的当前消耗随后降低，因为用于保持输出
扭矩的控制过程进行直到横向加速度超过横向加速度的上限或直到所述
横向加速度落入低于最小横向加速度的值。

EP1600313B1也涉及一种用于非摆式车辆的这种类型的稳定系
统。该文件公开了一种以稳定其行驶行为这样的方式改变稳定器的扭转
刚性的稳定控制过程。

US2006/0180372A1公开了一种车辆，其包含三个车轮并且包含后
轮和以多轨的方式相应地设计的前车辆轮轴。此外，电子稳定系统设置
为连接到车辆的制动系统。不同于当越过弯道时由于其横向加速度设定
的车辆的倾斜角，提供的是，相对于该倾斜角引导的力矩可以绕倾斜轴
线产生。车辆包含常规行走机构，该机构使得实现主动横向倾斜进入弯
道成为可能。相应地，针对横向加速度的力矩产生，因为各个车轮通过
电子稳定系统被制动。

配备有倾斜装置——例如驱动器——的主动倾斜行走机构的控制以
及激活代表许多挑战。为了检测被驱动的车辆的行驶动力学，例如使用
特别是在弯道中出现的离心加速度或使用横摆率是可能的。然而，检测
所述行驶动力学的过程仅在车辆坐标系内进行，由于车辆的倾斜角的变
化，车辆坐标系相对于全局坐标系不断变化。

这些信号的精确度可以被视为对于不包含倾斜行走机构和仅包含较
小的其可能的倾斜角的车辆是足够的。然而，在包含倾斜行走机构的车
辆的情况下，要进行的测量是复杂的且不精确的并且需要例如关于倾斜
角和坐标的变化的附加信息。此外，间或使用的驱动器由于它们不断提
供力这样的事实具有较高的能量消耗。这既适用于在与改变倾斜角的目
的主动接合期间，也适用于在保持预先假设的倾斜角的过程期间。这偶
尔与这种类型的更小和更窄的车辆的效率的概念矛盾。

这种类型的倾斜行走机构的操作因此仍明确地提供了关于迄今间或
昂贵的用于车辆的主动倾斜系统的开环控制和闭环控制并且也关于间或
高能量消耗的实施例的改进空间。

在这种背景下，本发明的目的是提供一种操作倾斜行走机构的方法
以及一种用于车辆的主动倾斜行走机构，通过以上内容，除了使更简单
并且因此更划算的开环控制和闭环控制成为可能之外，实现主动倾斜装
置的特别更节能的使用成为可能。

该目的是通过具有权利要求1的特征的方法来实现的。此外，从属
权利要求公开了本发明的特别有利的实施例。

应当指出的是，在以下说明书中单独说明的特征和措施可以以任何
技术上有利的方式相互结合并且公开本发明的进一步实施例。说明书特
别是结合附图描述和详细说明本发明。

因此，以下说明书提供了一种用于操作特别适用于非轨支撑车辆的
主动倾斜行走机构的方法。

为了此目的，倾斜行走机构包含至少一个倾斜装置，该倾斜装置以
优选的方式可以是驱动器。所述驱动器被控制用于主动设定和改变车辆
绕旋转轴线各自所需的倾斜角。目的是补偿在弯道时出现的离心加速度，
在没有反作用力的情况下通过该离心加速度车辆将绕旋转轴线径向翻出
弯道。离心加速度的各自的高的大小特别取决于车辆的当前速度和/或其
转向角。为了达到所需的反作用力，车辆绕旋转轴线主动倾斜并因此在
离心加速度的相反方向进入各自的弯道。倾斜角通过驱动器来设定，因
为所述驱动器产生相应的调节力。

不言而喻，控制车辆的人同样可以做出相应的贡献例如重量转移以
便达到所需的倾斜角。因此，将由驱动器产生的调节力可以减小到仍是
当前差异。

依照本发明，各自的倾斜角以离心加速度的当前值和重力加速度用
作基础这样的方式来计算。加速度的各自的方向关于独立于车辆的相应
的倾斜角的全局坐标系进行假设。测量的离心加速度因此在水平方向上
引导，而假设的或同样测量的重力加速度以与车辆行驶的地面的方向垂
直的方式引导。

有利的是，在这种情况下，无论是离心加速度还是重力加速度都被
分成分量，在车辆的倾斜角从其直立位置得出的情况下。换言之，车辆
或其车身在专用的车辆坐标系延伸，车辆坐标系相对于全局坐标系根据
各自的倾斜角倾斜。特别地，相对于可以绕旋转轴线倾斜的车辆的垂直
轴线垂直延伸的重力加速度和离心加速度的分量是相关的。所述加速度
通常在彼此的相反方向引导。关于车辆坐标系的所得值被定义为垂直于
其倾斜的垂直轴线的车辆的横向加速度。

依照本发明，要计算的车辆或车身的倾斜角根本上以产生垂直于垂
直轴线(相对于全局坐标系倾斜的车辆坐标系的垂直轴线)的横向加速
度的零值这样的方式来选择。在包含紧贴车辆行驶的底面的旋转轴线的
摆式车辆的情况下，绕该旋转轴线的力矩的大小的平衡以这种方式实现。

各自的倾斜角可以近似计算如下：

其中“a_y”表示相对于全局坐标系的离心加速度且“g”表示相对于
全局坐标系的重力加速度。

当设定以这种方式计算出的倾斜角时，垂直于摆式车辆的垂直轴线
的横向加速度的值等于零。这意味着，在以这种方式假设的车辆的倾斜
角的情况下，当车辆越过弯道时，没有绕旋转轴线的力矩。

在这种背景下，进一步提出的是，在该平衡状态下可以停用驱动器。
这意味着，一旦计算出的倾斜角已被设定，由驱动器产生的调节力可以
至少部分——特别优选完全——关闭。由于车辆相对于绕旋转轴线的任
何力矩处于平衡状态并且因此在达到计算出的倾斜角之后是稳定的，在
这方面不再需要保持驱动器的部件上的调节力。因此，车辆的当前倾斜
至少暂时自动保持，无需驱动器的部件上的活性。

源于此的好处首先在于用于倾斜行走机构的开环和闭环控制的相当
简单并因此划算的选择。由于对于必要的检测装置只有很少要求，选择
相应的划算的传感器配置是可能的。在同步控制环稳定性的情况下由于
免除了间或需要昂贵的转换和相应的处理功率，整体简化并且特别是更
快速的倾斜角的控制是可能的，所述转换是在全局坐标系和车辆坐标系
之间进行。为了这个目的，使用例如PID控制器是可能的。

依照本发明的方法因此可以使在一个位置从根本上控制车辆成为可
能，其中不需要通过驱动器的固定的调节力。这种方法也可以被称为“反
向振荡控制”。

本发明的另一个优点是，在稳定行驶状态期间停用驱动器的选择。
高能耗的原因之一是固定的调节力当前通过驱动器来提供的事实，例如
以固定的支撑力矩的形式。不言而喻，在车辆的倾斜角的情况下可以相
对于彼此移动的不同的部件之间的机械摩擦力也可以包括在此。除了优
化过程之外，特别是通过至少临时关闭驱动器有高潜在能量节省。

本发明提供的是，驱动器是电动马达。作为此的替代方案，驱动器
还可以包含至少一个电动马达。电动马达本质上提供用于以下目的：车
辆或其车身可以绕旋转轴线加速以便采取所需的倾斜角。除此之外，电
动马达也可以使用以便相应地减速和/或制动已绕旋转轴线进行的加速。

关于电动马达的设置，进一步提出的是，将所述电动马达作为消耗
装置和/或作为电能的发电机来使用。为此目的，使用在绕旋转轴线倾斜
期间特别是在加速度降低期间可用的动能是可能的。因此，所述动能可
以从旋转转移到因此被设定成旋转的电动马达。该旋转可以相应地使用
以便经由因此以被动的方式旋转的电动马达回收电能。特别优选的是，
电动马达既可以用于主动加速，也用于回收电能。在通过电动马达回收
电能的情况下，所述电动马达同时产生阻力，通过该阻力进行绕旋转轴
线的之前的加速的所需降低。

在这方面，电动马达不仅能够在旋转加速期间提供必要的动能作为
倾斜角的调节力，而且所述电动马达也可以说要求从在可能的倾斜角内
旋转的减速或制动操作返回动能。以这种方式获得(回收)的这种电能
然后可以以合适的方式累积，例如通过累积器。虽然在倾斜行走机构操
作过程中不同的能量损失是不可避免的，但是整体能耗可以以这种方式
有利地进一步降低。

驱动器本身可以以它产生最大的调节力这样的方式体现。因此，驱
动器应该能够通过自身来调节倾斜角，例如在紧急避让操纵的情况下。
这间或也针对通过坐在其上的人的相反的力或负荷。这同样适用于在静
止状态下可能设定车辆或其车身直立。然而，可以产生的调节力必须不
超过在超过车辆的轮距且由离心加速度和重力加速度引起的力矢量的情
况下产生的值。由于这将不可避免地导致车辆的倾斜，因此，然后防止
驱动器的更高可能的调节力不再可能。用于建立可以产生的调节力的要
提及的附加影响因子将是最大可能的离心加速度和/或结构上最大可能的
倾斜角和/或用于绕旋转轴线相对于倾斜角加速所需的动力学。

此外，设置制动装置，并且所述制动装置的减速功率和/或制动功率
作用于车辆或其车身绕旋转轴线的旋转。换句话说，由于设置了这种类
型的有利的制动装置的事实，至少部分防止车辆绕旋转轴线倾斜，因为
制动装置被至少部分驱动。以这种方式，例如方便地减速在不同的倾斜
角之间过快地转变是可能的。

根据特别优选的实施例，可以提供“反馈式”闭环控制。这意味着
只要全局坐标系中的离心加速度a_y变化，车辆的倾斜角就沿着预先设定
的平衡来控制。换言之，相应地，在离心加速度变化的情况下，计算为
了保持横向加速度的零值所需的新的倾斜角。因此，关于车辆坐标系的
横向加速度被用作“反馈式”闭环控制的控制输入。

离心加速度变化的可能的触发事件是例如车辆的加速过程或制动操
作以及弯道半径的变化并且因此转向角的变化。

所述新计算出的倾斜角可以以至少部分通过激活用于产生为此目的
所需的调节力的驱动器的有利的方式来设定。为此目的需要特定大小的
能量以便绕倾斜轴线加速车辆或其车身。这同样适用于通过驱动器的加
速度的可能的减小，使得移动过程可以在所需的倾斜角终止。

作为此的替代方案，可以提供“前馈式”闭环控制。这意味着首先
是预测使预期特定的离心加速度成为可能的行驶情况是可能的。随后，
在实际出现行驶情况之前预先计算并设定由于预期的离心加速度假设的
理想的倾斜角是可能的。随后，朝向该预先计算的理想的倾斜角来进行
实际控制是可能的。为此目的，根据预先计算的理想的倾斜角和由于当
前的行驶情况当前所需的倾斜角之间的可能的偏差来计算新的倾斜角是
可能的。这可以以有利的方式至少部分通过激活用于产生为此目的所需
的调节力的驱动器来设定。

不言而喻，前面描述的用于以“反馈式”闭环控制或“前馈式”开
环控制的形式操作倾斜行走机构的方法也可以彼此组合。该组合可以根
据各自的行驶情况做出。此外，两种方法的混合可以通过加权因子来进
行。相关的加权因子可以是固定值。以有利的方式，所述加权因子也可
以改变，例如根据各自的行驶状况。

根据所检测到的离心加速度的大小，计算超过最大结构倾斜角的车
辆的所需的倾斜角是可行的。根据有利的进一步发展，在这种情况下，
保持预先设定的最大可能的倾斜角是可能的，因为驱动器被激活以便产
生为此目的的必要的调节力。这种类型的测量被认为是在短时间段特别
有利。相比之下，本发明提供了用于这种类型的状况的其它解决方案，
其中不断保持最大可能的倾斜角是必要的且所述解决方案可以相应地使
用。

依照关于制动装置的设置的有利的进一步发展，提供了使用此用于
实际锁止当前设定的倾斜角。从根本上说，如果制动装置承担了在相应
的当前位置绕旋转轴线锁止车辆或其车身的功能，则驱动器可以总是以
这种方式停用。

因此，当车辆位于其直立位置时，所述锁止过程可以例如在低速度
(例如<5km/h)和/或小转向角的情况下进行。当车辆处于其直立位置时，
全局坐标系和车辆坐标系的垂直轴线相应地一个位于另一个之上或至少
平行延伸。换言之，车辆可以因此通过制动装置锁止在其直立位置，直
到达到需要车辆的倾斜的离心加速度的值。在该位置，倾斜角具有相应
的零值。

通过以同时或时间偏移的方式停用驱动器以及整个开环倾斜控制来
实现间或高节能是可能的。根据制动装置的实施例，其能量消耗然后有
利地低于以这种方式可能的潜在节省。

进一步提供的是，车辆可以通过驱动制动装置持续一段时间来锁止
在其倾斜位置——当前的倾斜角不等于零，直到需要调节当前角度。因
为当前倾斜角通过利用制动装置的锁止过程以这种方式保持在倾斜的位
置，在此阶段期间以有利的方式停用驱动器也是可能的。

作为本发明构思的进一步有利发展，制动装置自然也可以使用以便
将车辆或其车身锁止在最大可能的倾斜角。一旦车辆已达到不等于零的
结构上最大可能的倾斜角，将所述车辆锁止在该位置也是可能的，因为
制动装置被相应地驱动。以优选的方式，同样也可以适用于计算超过最
大可能的倾斜角的数学上所需的倾斜角的情况。在这种情况中也首先设
定最大可能的倾斜角，随后通过制动装置来锁止。

基于上述说明书的背景，驱动器和制动装置之间出现恒定的相互作
用，并且所述驱动器和制动装置交替它们各自的活性。在两个设备之间
的转换随后相应地进行，以便不经历任何不愉快的过渡或甚至危及车辆
的操作的过渡。

总体而言，确定的是，车辆或其车身仅可以倾斜直到结构上固定的
最大倾斜角。在这方面，最大值也被限制为可以补偿由于倾斜角的离心
加速度。最大可能的倾斜角可以例如以补偿4.0米/秒²的最大离心加速度
是可能的这样的方式来设定。同样，高于此值，车轮与各自的地面的最
大可能的附着力偶尔不再得到确保。

下面详细描述驱动器和制动装置之间的转换过程的示例性方案：

到可以被补偿的最大离心加速度和最大可达到的倾斜角在数学上被
超过的程度，制动装置可以在恒定倾斜角值期间驱动。因此，车辆被锁
止在其当前的倾斜角度。

一旦制动装置被激活并且车辆被锁止，驱动器可以相应地减速和/或
可以耗尽其先前产生的调节力。

如果检测到离心加速度已经降低并且其当前值正朝着可以被补偿的
最大离心加速度移动，则驱动器可以被重新激活。在这种状态下，驱动
器处于就绪状态的类型，同时制动装置仍继续有效。

如果检测到的当前离心加速度的值降低到低于可以补偿的最大离心
加速度的值，并且如果计算目前仍需要的位于低于设定的最大倾斜角的
值是可能的，则制动装置可以被停用并且因此被释放。因此，已处于就
绪状态的驱动器呈现对应于新计算出的倾斜角的位置。

随后，再次进行倾斜行走机构的另一个标准操作，其中横向加速度
的值以垂直的方式相对于车辆垂直轴线保持为零。

在此所描述的用于操作主动倾斜行走机构的方法使非常简单并且因
此划算的所述主动倾斜行走机构的开环控制和闭环控制成为可能。由于
简单控制程序，昂贵的开环控制程序是没有必要的，使得对于这种方法，
仅处理与当前车辆动力学相关的少量数据是足够的。特别地，用于锁止
当前倾斜角的附加制动装置的使用解除了驱动器上的负荷，使得所述驱
动器可以以极其节能的方式使用。

在这种情况下，特别是驱动器和制动装置之间的相互作用将在操作
期间由驱动器以其他方式通常不断消耗的能量的量减少到最小量。实际
上，驱动器被因此激活本质上仅用于各自所需的倾斜角的至少部分设定，
而固定的倾斜角通过执行锁止过程的制动装置来保持。在所有情况下，
驱动器也用于短时间内仅保持当前倾斜角，其中激活制动装置不出现是
有利的。此外，通过使用作用于驱动器上的动能，这也可以用于回收电
能，因此能耗可以总体显着降低。

此外，本发明涉及一种用于非轨支撑车辆的具有至少一个驱动器的
倾斜行走机构，该倾斜行走机构可以包含至少三个齿轮。特别优选的是，
依照本发明的倾斜行走机构可以用于实施依照本发明的之前描述的方
法。

由于相对于全局坐标系的离心加速度，车辆在弯道中所需的绕旋转
轴的倾斜角可以至少部分通过可以由驱动器产生的调节力来设定。

依照本发明，倾斜角可以根据离心加速度和重力加速度的当前值以
这样的方式来计算：横向加速度关于车辆坐标系的所得值等于零，车辆
坐标系相对于全局坐标系倾斜约倾斜角。相关的驱动器是电动马达。可
替代地，驱动器可以包含至少一个电动马达。电动马达设置用于加速和/
或减速车辆的目的，以便设定绕旋转轴线的倾斜角。此外，电动马达被
设置为使用在倾斜过程的减速期间可用的动能来产生电能。此外，设置
制动装置并且通过至少部分驱动所述制动装置来至少部分防止车辆绕旋
转轴线倾斜。此外，驱动器被设置为一旦计算出的倾斜角已被设定就停
用驱动器。

由此产生的优点结合根据本发明的方法前面已经详细描述并且相应
地适用于根据本发明的倾斜行走机构。由于这个原因，在这一点上参考
之前的说明。

本发明的进一步有利细节和效果在下文中参照在附图中示意性地示
出的示例性实施例进行了详细描述，附图中：

图1示出了具有根据本发明的倾斜行走机构的摆式车辆，其具有在
车辆的纵向方向的视图；

图2示出了用于图1所示的倾斜行走机构的以“反馈式”闭环控制
的形式的控制过程的结构；以及

图3示出了用于图1所示的倾斜行走机构的以“前馈式”开环控制
的形式的另一个控制过程的结构。

在不同的附图中的类似部件始终设置有相同的附图标记，使得所述
部件也通常仅描述一次。

图1示出了根据本发明的具有主动倾斜行走机构2的非轨支撑车辆1
的示意图，主动倾斜行走机构2没有详细示出。倾斜行走机构2包含同
样没有详细示出的驱动器。车辆1位于全局坐标系x，y，z内。可以明
显看出，车辆1相对于全局坐标系x、y、z倾斜，使得特别地车辆坐标
系x'，y'，z'的车辆垂直轴线z'和全局坐标系的垂直轴线z包括在它们之
间的倾斜角

在该插图的前视图或后视图中，观察方向是在全局纵向轴线x或车
辆1的车辆纵向轴线x'的方向。在该视图中，水平地面3最初是明显的，
在全局坐标系x，y，z的全局横向方向x延伸。具有设置在共同的(指
示的)的车辆轮轴4上的两个车轮5、6的车辆1位于所述地面3上。两
个车轮5、6相对于在平行于全局横向轴向x的地面3上的它们各自的直
立平面彼此间隔开。车轮5、6中的每个是多轨车辆轮轴4的悬挂侧7、8
的部件。

车辆1的车身9明显在位于图1的左手侧的左侧车轮5和相应地位
于图1的右手侧的右侧车轮6之间。示出的所述车身9朝向右侧倾斜大
约倾斜角通常控制车辆1的人位于所述车身内或者所述车身上，所述
人在附图中没有进一步示出。重心S在车身9的中间指示。相关的重心S
可以是车辆1单独的重心或车辆1与未详细示出的一个或多个人结合的
重心S。

平行于全局纵向轴线x或车辆纵向轴线x'延伸的旋转轴线P明显在
地面3的水平面处，并且车辆1或其车身9绕所述旋转轴线倾斜。图1
示出了行驶中的车辆1，其中所述车辆正在越过未详细示出的弯道。示出
的车辆1倾斜进入弯道，使得作用于车辆1或其车身9上的离心加速度
a_y在全局横向轴线y的方向产生。所述离心加速度a_y以所述车辆翻出弯
道(未示出)这样的方式影响车辆1。相比之下，重力加速度g影响车辆
1并且所述重力加速度平行于全局垂直轴线z朝向地面3引导。

在每种情况下平行于车辆横向轴线x'延伸的离心加速度a_y和重力加
速度g的分量进行组合以形成以垂直方式相对于车辆纵轴线z'引导的合
成的横向加速度a_y'。

当越过弯道时作用于车辆1上的离心加速度a_y导致所述车辆以绕旋
转轴线P的适当的倾斜角倾斜。为此目的，车辆1倾斜，其车辆垂直
轴线z'相对于全局垂直轴线z进入弯道。倾斜过程主动进行，其中该过程
至少部分通过产生为此目的的相应的调节力的驱动器(未进一步示出)
来进行。

根据依照本发明的用于操作倾斜行走机构2的方法，倾斜角φ根据
离心加速度a_y的当前值和重力加速度g来计算。如前面已经说明的，为
此目的相关的值是那些在每种情况下被组合的所得的横向加速度a_y'的值
以及可以产生作为唯一一个绕旋转轴线P倾斜的值。闭环控制提供的是，
横向加速度a_y'相对于车辆坐标系x',y',z'的各个所得值等同于0，在弯道
中车辆坐标系x',y',z'相对于全局坐标系x，y，z倾斜大约倾斜角换
言之，倾斜角以横向加速度a_y'不从离心加速度a_y和重力加速度g产生
这样的方式来确定。

依照本发明，一旦计算出的倾斜角已被成功地设定，驱动器被停
用，因为系统至少暂时处于平衡。以这种方式实现间或高潜在电能节省
是可能的。

图2示出了用于“反馈式”闭环控制的示意图。这包含也被称为PID
控制器的“比例-积分-微分控制器”。“零”值作为以垂直的方式相对于车
辆1的高度轴线z’延伸的横向加速度a_y'的引导变量(期望值)。在这方面，
横向加速度a_y'用作相比于引导变量“零”的控制变量(实际值)。任何可
能的控制偏差被引导到PID控制器，PID控制器根据需要形成作为调节
力F的调节变量。相关的调节力F可以是例如必须通过驱动器产生的所
需的倾斜力矩。

图3示出了以“前馈式”开环控制的形式的另一个示意图。这同样
包含PID控制器。根据检测到的与驱动动力学有关的数据，例如车辆1
的速度和另一个因子δ，预测最初预期的行驶情况ψ。预期的离心加速度
a_y从此假设，所述预期的离心加速度被用作预先计算被假设的理想的倾
斜角的基础。当前检测到的倾斜角被用作引导变量(期望值)。在
这方面，理想的倾斜角被用作相比于作为引导变量的当前检测到的倾
斜角的控制变量(实际值)。任何可能的控制偏差被引导到PID控制
器，PID控制器根据需要形成作为调节力F的调节变量。相关的调节力F
可以是同样地例如必须通过驱动器产生的所需的倾斜力矩。

附图标记列表：

1车辆(摆式车辆)

21的倾斜行走机构

3地面

42的车辆轮轴，多轨

52的车轮

62的车轮

74上的悬挂左侧

84上的悬挂右侧

91的车身

a_y离心加速度

a_y'横向加速度

F调节力

g重力加速度

P旋转轴线

S重心

δ因子

z和z'之间的倾斜角

当前倾斜角

理想倾斜角

ψ驾驶情况

v1的速度

x总体纵向轴线

x'车辆纵向轴线

y总体横向轴线

y'车辆横向轴线

z总体垂直轴线

z'车辆垂直轴线