CN102811901A

CN102811901A - 车辆控制的装置和方法

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Publication number: CN102811901A
Application number: CN2011800112887A
Authority: CN
Inventors: J·D·海恩兹曼; J·M·史蒂文斯; R·德布鲁因; A·福尔; J·霍尔; P·A·赫西; A·穆勒
Original assignee: Segway Inc
Current assignee: Segway Inc
Priority date: 2010-02-26
Filing date: 2011-02-28
Publication date: 2012-12-05
Anticipated expiration: 2031-02-28
Also published as: CN102822046B; CN102822046A; EP2544944B1; ES2547959T3; US20120290162A1; EP2544944A1; US20140222267A1; JP6030709B2; JP2015181342A; JP2013521174A; CN102811901B; JP5848266B2; WO2011106772A1; EP2979964B1; HK1179582A1; JP6215259B2; CN105035228B; HK1217472A1; JP2013521173A; US20140188316A1

Abstract

用于控制车辆的方法，该车辆包括支架、至少一个车轮、耦合至该至少一个车轮的平台、具有耦合至该支架的支承部分和耦合至该平台的平台部分的耦合结构，该耦合结构允许支承部分相对于平台部分向前后移动或滑动、耦合至该耦合结构的致动器用于控制支承部分相对于平台部分的位置、耦合至该至少一个车轮的驱动器，用于传送动力给所述至少一个车轮以推进车辆并维持平台水平、以及耦合至该驱动器用于控制该驱动器且耦合至致动器用于控制该致动器的控制器。

Description

车辆控制的装置和方法

发明领域

本发明涉及电动车辆控制，尤其涉及控制电动车辆运动。

发明背景

已知各种各样的用于运送人类对象的车辆和方法。通常，此类车辆依赖于静态稳定性，并且针对车辆的接地部件同下方地面的布置的所有预见状况下的稳定性而加以设计。例如，作用于汽车重心的重力矢量在车轮的各接地点之间穿过并且汽车的悬架将所有车轮一直保持在地面上从而使得汽车稳定。尽管如此，仍然存在使稳定的车辆变为不稳定的状况（例如，增加或减少速度、急转弯、和陡坡）。

也称为平衡车辆的动态稳定车辆是一种具有控制系统的车辆，该控制系统在车辆运行时主动地维持车辆的稳定性。在仅具有两个横向设置的轮子的车辆中，例如，控制系统通过不断感测车辆的取向、确定对于维持稳定性所必须的校正动作、并命令车轮马达做出该校正动作而维持车辆的前后稳定性。如果车辆丧失维持稳定的能力，比如由于组件失效或缺少足够动力，则人类对象可能经历突然失去平衡。

对于维持稳定轨迹的车辆，操控控制和对车辆前行运动的控制之间的耦合是较少关注的问题。在典型路况下，依靠在整个转弯过程中车轮与地面接触来维持稳定性。在具有两个横向设置的车轮的平衡车辆中，然而，施加到一个或多个车轮的任何扭矩影响车辆的稳定性。

发明概要

本发明，在一个方面，特征在于用于将车辆从静态稳定状态过渡到动态平衡状态的方法。该车辆包括支架、至少一个车轮、具有耦合至该支架的支承部分和耦合至该至少一个车轮的地面部分的耦合结构（该耦合结构允许该支承部分相对于平台部分向前向后移动或滑动）、耦合至该至少一个车轮从而动态地平衡该车辆并向该至少一个车轮提供动力来使得车辆行进的驱动器、耦合至该耦合结构从而控制该支承部分相对于平台部分的位置的致动器、耦合至该驱动器从而控制该驱动器且耦合至该致动器从而控制该致动器的控制器、以及耦合至该车辆的着陆装置，其中该着陆装置和至少一个车轮的组合在车辆于静态稳定状态中操作时维持车辆处于静态稳定的状态。该方法包括控制驱动器来命令至少一个车轮来保持零速度状态以及来保持车辆相对于下方地面而处于静止位置。该方法还包括控制致动器来使得支承部分的位置相对于平台部分移动或滑动，从而向着车辆能用至少一个车轮平衡的方位改变车辆重心的位置。该方法还包括当车辆重心的方位满足预定条件时，用该至少一个车轮初始化车辆的动态平衡。

在一些实施例中，当由下方地面施加至着陆装置的负载小于预定量时，满足预定条件。在一些实施例中，使用与耦合至车辆的着陆装置的液压制动系统相耦合的液压传感器，由下方地面施加负载至着陆装置。在一些实施例中，当车辆向后俯仰且该着陆装置不再与下方地面相接触时满足预定条件。

在一些实施例中，当支承部分相对于平台部分的位置接近预定阈值位置时，满足预定条件。在一些实施例中，该方法包括控制支承部分相对于平台部分的位置以及车辆的俯仰来使得支架水平。在一些实施例中，该方法包括控制驱动器来使得保持该至少一个车轮在零速度状态并相对于下方地面保持车辆处于静止位置的命令无效。

本发明，在另一个方面，特征在于动态平衡的车辆，其包括支架、至少一个车轮、以及具有耦合至该支架的支承部分和耦合至该至少一个车轮的平台部分的耦合结构，该耦合结构允许该支承部分相对于平台部分向前向后移动或滑动。该车辆还包括耦合至该至少一个车轮的驱动器，该驱动器动态地平衡该车辆并对该至少一个车轮提供动力来使得该车辆行进，以及耦合至该耦合结构的致动器，该致动器控制支承部分相对于平台部分的位置。该车辆还包括耦合至该车辆的着陆装置，其中该着陆装置和该至少一个车轮的组合在车辆于静态稳定状态中操作时维持车辆处于静态稳定的状态中。该车辆还包括耦合至驱动器以控制该驱动器并耦合至致动器以控制该致动器的控制器，该控制器被设置为将车辆从静态稳定状态过渡至动态平衡的状态。该控制器被设置为控制该驱动器以命令该至少一个车轮保持零速度状态并将车辆相对于下方地面保持在静止位置、控制该致动器使得支承部分的位置相对于平台部分移动或滑动来改变车辆重力位置的中心向着车辆能用该至少一个车轮平衡的方位、并且当车辆重心的中心位置满足预定条件时用该至少一个车轮初始化车辆的动态平衡。

在一些实施例中，当由下方地面施加至着陆装置的负载小于预定量时，满足预定条件。在一些实施例中，该车辆包括与耦合至车辆的着陆装置的液压制动系统耦合的液压传感器，其中该液压传感器被用于确定由下方地面施加至该着陆装置的负载。在一些实施例中，当车辆向后俯仰且该着陆装置不再与下方地面相接触时满足预定条件。在一些实施例中，当支承部分相对于平台部分的位置接近预定阈值位置时，满足预定条件。

在一些实施例中，控制器控制驱动器和致动器来控制支承部分相对于平台部分的位置以及车辆的俯仰来使得支架水平。在一些实施例中，控制器控制驱动器来使得保持该至少一个车轮在零速度状态并相对于下方地面保持车辆处于静止位置的命令无效。在一些实施例中，着陆装置包括一个或多个车轮。

本发明，在另一个方面，特征在于用于将车辆从动态平衡的状态过渡至静态稳定的状态的方法，该车辆包括支架、至少一个车轮、具有耦合至该支架的支承部分和耦合至该至少一个车轮的平台部分的耦合结构（该耦合结构允许该支承部分相对于平台部分向前向后移动或滑动）、耦合至该至少一个车轮从而动态地平衡该车辆并向该至少一个车轮提供动力来使得车辆行进的驱动器、耦合至该耦合结构从而控制支承部分相对于平台部分的位置的致动器、耦合至该控制件从而控制该驱动器且耦合至该致动器从而控制该致动器的控制器、以及耦合至该车辆的着陆装置，其中该着陆装置和至少一个车轮的组合在车辆于静态稳定状态中操作时维持车辆处于静态稳定的状态。该方法包括命令致动器控制支承部分相对于平台部分的位置来保持零速度状态并相对于下方地面保持车辆处于静止位置、在维持车辆处于动态平衡状态中的同时控制驱动器来将车辆向前俯仰、并当满足着陆设置条件时终止车辆的动态平衡。

在一些实施例中，该方法包括，在命令致动器控制支承部分相对于平台部分的位置以保持零速度状态并相对于下方地面将车辆保持在静止位置之后，控制车辆以防止车辆向后俯仰。在一些实施例中，当由下方地面施加至着陆装置的负载大于预定量时，满足着陆设置条件。在一些实施例中，该方法包括使用与耦合至车辆的着陆装置的液压制动系统相耦合的液压传感器，确定由下方地面施加至着陆装置的负载。

在一些实施例中，当着陆装置与下方地面相接触时满足着陆设置条件。在一些实施例中，当支承部相对于平台部分的位置接近预定阈值位置时，满足着陆设置条件。在一些实施例中，该方法包括在终止车辆的平衡后，将支承部分在向着着陆装置的方向相对平台部分移动。在一些实施例中，在终止车辆的动态平衡之前，该方法包括命令致动器将支承部分在向着着陆装置的方向相对平台部分移动。

本发明，在另一方面，特征在于动态平衡的车辆。该车辆包括支架、至少一个车轮、以及具有耦合至该支架的支承部和耦合至该至少一个车轮的平台部分的耦合结构，该耦合结构允许该支承部相对于平台部分向前向后移动或滑动。该车辆还包括耦合至该至少一个车轮的驱动器，该驱动器动态地平衡该车辆并对该至少一个车轮提供动力来使得该车辆行进，以及耦合至该耦合结构的致动器，该致动器控制支承部分相对于平台部分的位置。该车辆还包括耦合至该车辆的着陆装置和控制器，其中该着陆装置和该至少一个车轮的组合在车辆于静态稳定状态中操作时维持车辆处于静态稳定的状态中，该控制器耦合至驱动器来控制该驱动器且耦合至致动器来控制该致动器。该控制器被设置为将车辆从动态平衡的状态过渡至静态稳定的状态。该车辆还被设置为命令该致动器来控制支承部分相对于平台部分的位置，从而保持零速度状态并将车辆相对于下方地面保持在静止位置、控制该驱动器在维持车辆处于动态平衡状态的同时向后俯仰车辆，并在满足着陆设置条件时终止车辆的动态平衡。

在一些实施例中，当由下方地面施加至着陆装置的负载大于预定量时，满足着陆设置条件。在一些实施例中，该车辆包括与耦合至车辆的着陆装置的液压制动系统耦合的液压传感器，其中该液压传感器被用于确定由下方地面施加至该着陆装置的负载。

在一些实施例中，当着陆装置与下方地面相接触时满足着陆设置。在一些实施例中，当支承部相对于平台部分的位置接近预定阈值位置时，满足着陆设置。在一些实施例中，控制器被设置为在终止车辆的动态平衡后，将支承部分在向着着陆装置的方向相对平台部分移动。在一些实施例中，控制器被设置为在终止车辆的动态平衡之前，命令致动器将支承部分在向着着陆装置的方向相对平台部分移动。

本发明，在另一方面，特征在于动态地平衡的车辆。该车辆包括用于支承有效载荷的支架、耦合至该支架的至少第一和第二车轮、和耦合至该第一和第二车轮的驱动器，驱动器用于动态地平衡该车辆并提供动力给该第一和第二车轮来行进该车辆。该车辆还包括耦合至该驱动器来控制该驱动器的控制器。该车辆还包括：耦合至该支架并被设置于第一和第二车轮之前或之后的至少第三车轮，其中当车辆在静态稳定的状态中操作时，第一、第二和第三车轮的组合将车辆维持在静态稳定的状态中；以及制动系统，该制动系统包括耦合至第一和第二车轮的刹车和耦合至第三车轮用于接合与脱离该刹车的致动器组件，其中当第三车轮与下方地面接触时该致动器组件接合该刹车，且当第三车轮抬离下方地面时该致动器组件脱离该刹车。

在一些实施例中，致动器组件包括主缸，且刹车包括液压刹车，且其中制动系统包括将主缸耦合至液压刹车的液压管。在一些实施例中，车辆包括耦合至支架的第四车轮，该第四车轮包括主缸，其中所有的主缸和刹车通过液压管被耦合在一起。

在一些实施例中，每一个刹车被设置为响应于一个或多个主缸被压缩而接合。在一些实施例中，车辆包括耦合至液压管的液压传感器，用于测量液压管中的液压从而确定由下方地面所施加给第二车轮的负载。在一些实施例中，车辆包括用于提供制动状态信号给控制器的制动传感器。在一些实施例中，控制器被设置为当制动状态信号表示刹车被接合时，控制器禁止车辆进入平衡模式。

本发明，在另一方面，特征在于用于制动动态平衡的车辆的方法。该车辆包括用于支承有效载荷的支架、耦合至该支架的至少第一和第二车轮、耦合至该第一和第二车轮的驱动器从而动态地平衡该车辆并提供动力给该第一和第二车轮来行进该车辆、耦合至该驱动器来控制该驱动器的控制器、耦合至该支架并被设置于第一和第二车轮之前或之后的至少第二车轮，其中当车辆在静态稳定的状态中操作时，第一、第二和第三车轮的组合将车辆维持在静态稳定的状态中、以及制动系统，该制动系统包括耦合至第一和第二车轮的刹车和耦合至该第三车轮的致动器组件。该方法包括当第三车轮接触下方地面时，将刹车和致动器组件接合，并当第三车轮抬离下方地面时，将刹车和致动器组件脱离。

在一些实施例中，致动器组件包括主缸，且刹车包括液压刹车，且其中制动系统包括将主缸耦合至液压刹车的液压管。在一些实施例中，车辆包括耦合至支架的第四车轮，该第四车轮包括主缸，其中所有的主缸和刹车通过液压管被耦合在一起。在一些实施例中，该方法包括响应于一个或多个主缸被压缩而接合每一个刹车。

在一些实施例中，该方法包括响应于主缸被压缩而将刹车与致动器接合。在一些实施例中，该方法包括测量液压管中的液压来确定由下方地面施加给第三车轮的负载。在一些实施例中，该方法包括监测制动状态信号来确定刹车是否被接合。在一些实施例中，该方法包括当制动状态信号表示刹车被接合时，禁止车辆进入平衡模式。

附图简述

根据附图并参考以下详细描述将更容易地理解本发明的上述特征，在附图中：

图1是根据本发明的说明性实施例的车辆的示意图。

图2A是根据本发明的说明性实施例的车辆的示意图。

图2B是根据本发明的说明性实施例的车辆的示意图。

图3是根据本发明的说明性实施例的用于动态地控制车辆的稳定性的控制系统的框图。

图3A是相对于车辆的接地部件的车辆重心的位置的框图。

图3B是相对于车辆的接地部件的图3A的车辆的重心的可选位置的框图。

图4是根据本发明的说明性实施例的用于控制车辆的操作的控制器的框图。

图5是根据本发明的说明性实施例的车辆的示意图。

图6A是用于将车辆从静态稳定状态过渡到动态平衡状态的方法的流程图。

图6B是用于将车辆从动态平衡状态过渡到静态稳定状态的方法的流程图。

图7是根据本发明的说明性实施例的车辆的制动系统的示意图。

图8是根据本发明的说明性实施例的用于制动动态平衡的车辆的方法的流程图。

说明性实施例的详细描述

图1是根据本发明的说明性实施例的车辆100的示意图。车辆100包括耦合至支架104的外壳102。车辆100还包括耦合至平台112的至少一个接地部件110（如，一个或多个车轮）。接地部件110绕着耦合至平台112的轴114而旋转。车辆100还包括耦合结构172，该耦合结构包括耦合至支架104的支承部分172a和耦合至平台112的平台部分172b。耦合结构172允许支承部分172a相对于平台部分172b向前向后移动或滑动。

在这个实施例中，耦合结构172是滑轨组件，而支承部分172a是轨道且平台部分172b是轨道导件。在这个实施例中，人类对象（未示出）操纵输入设备106来引起车辆100的重心140的位置改变。输入设备106耦合至连杆108。连杆108耦合至支架104。输入设备106可以是，例如，控制杆、轭状物、方向盘或手把。

人类对象向前推动输入设备106（向着负X轴方向），这样相对于接地部件110而向前移动外壳102和支架104（向着负X轴方向）。车辆100的重心140的位置响应于外壳102和支架104向前移动而向前移动。响应于车辆100的重心140向前移动，通过接地部件110产生向前扭矩。人类对象向后拉动输入设备106（向着人类对象并沿着正X轴方向），这样相对于接地部件110而向后移动外壳102和支架104（向着正X轴方向）。车辆100的重心140的位置响应于外壳102和支架104向后移动而向后移动。响应于车辆100的重心140的位置向后移动，通过接地部件110产生负扭矩。

车辆100还包括耦合至耦合结构172的致动器190，致动器190用于控制支承部分172a相对于平台部分172b的位置。车辆100还包括耦合至平台112和接地部件110的驱动器180。驱动器180（如，电动驱动器）将动力传递给接地部件110来引起接地部件110的旋转从而向前（向着负X轴方向）向后（向着正X轴方向）行进/移动该车辆。驱动器180还相对于重力将平台112维持在期望的取向（如，水平或接近水平的所期望的变化）。在一些实施例中，车辆100包括两个或更多个横向地设置（沿Z轴，沿Z轴的正方向是出纸面的）的接地部件110，帮助向车辆100提供横向稳定性。

车辆100还包括耦合至驱动器180来控制该驱动器180且耦合至致动器190来控制该致动器190的至少一个控制器194（如，图4的控制器400）。控制器194响应于外壳102和支架104相对于接地部件110和平台112的位置而控制车辆100的平衡。人类对象（未示出）操纵输入设备106来命令驱动器108命令接地部件110的转动从而将车辆100在前后方向中移动。

在一些实施例中，当外壳102、支架104、和支承部分172a相对于平台部分172b、平台112、和接地部件110向前或向后滑动时，外壳102、支架104、和支承部分172a相对于下方地面/地面维持在所期望的取向（如，水平或接近水平的变化）。在可选实施例中，当外壳102、支架104、和支承部分172a相对于平台部分172b、平台112、和接地部件110向前或向后滑动时，外壳102、支架104、和支承部分172a相对于地面俯仰。可调整车辆100以使当外壳102、支架104、和支承部分172a相对于平台部分172b、平台112、和接地部件110向前滑动时，外壳102、支架104、和支承部分172a向前俯仰，或可选地，调整车辆100以使当外壳102、支架104、和支承部分172a相对于平台部分172b、平台112、和接地部件110向前滑动时，外壳102、支架104、和支承部分172a向后俯仰。

在一些实施例中，在不引起外壳102、支架104、和支承部分172a相对于平台部分172b、平台112、和接地部件110移动的情况下，人类对象向前或向后改变他/她的重量来移动重心位置，从而分别引起车辆向前或向后移动。

在一些实施例中，连杆108耦合至向连杆108的运动提供刚度或阻尼的设备，从而，例如加强对于车辆的特定类型的输入和/或增强人类对象的体验。在一些实施例中，该设备限制了允许连杆108移动的速度，这限制了允许重心140的位置改变的速度，且因此，限制了车辆100的速度的改变率。

在一些实施例中，该设备阻尼了连杆108的运动中的震荡，从而减少了控制车辆100的操作的控制器的俯仰控制环和/或重心控制环中的震荡。在没有该设备的情况下，通过，例如人类对象推或拉输入设备106所引起的连杆108中的震荡将引起车辆100的俯仰和/或速度的震荡。

在一些实施例中，支承部分172a和/或平台部分172b包括减震器，当支承部分172a由于例如外部干扰或车载干扰相对于平台部分172b不协调地移动时，该减震器防止车辆100的速度震荡。例如，当车辆100驶过障碍时，支承部分172a可相对于平台部分172b移动或滑动，藉此移动了车辆100的重心140的位置。重心140的位置的向前或向后的移动引起车辆100加速或减速。因此，将支承部分172a耦合至平台部分172b的减震器将减少否则由障碍引起的高频动作，且减少了由于障碍引起的车辆100的速度的变化。减震器不会阻尼例如由推动输入设备的人类对象引起的来命令车辆的重心140的位置变化的低频动作。在一些实施例中，减震器被设置为阻尼高频震荡或冲击。减震器可以是将支承部分172a耦合至平台部分172b的机械减震器。在一些实施例中，减震器是实现于控制器194中的阻尼项。

图2A是根据本发明的说明性实施例的车辆200的示意图。外壳202耦合至支架204。至少一个接地部件210耦合至平台212。接地部件210绕轴214旋转。车辆200还包括耦合结构，该结构是至少一个四连杆机构224（第一杆224a和第二杆224b的组合）。第一杆224a的第一端252a耦合至支架204且第二杆224b的第一端252b耦合至支架204。杆的第一端252a和第一端252b是耦合结构的支承部分。第一杆224a的第二端256a耦合至平台212且第二杆224b的第二端256b耦合至平台212。杆的第二端256a和第二端252b是耦合结构的平台部分。

外壳202和支架204沿着由四连杆机构224在X-Y平面中的转动所界定的路径260移动。在这个实施例中，人类对象（未示出）操纵输入设备206来引起车辆200的重心240的位置改变。输入设备206耦合至连杆208。连杆208耦合至支架204。人类对象向前推动输入设备206（向着负X轴方向），这将外壳202和支架204沿着由四连杆机构224的转动所界定的路径260移动，将外壳202和支架204相对于接地部件210向前移动（向着负X轴方向）。车辆200的重心240的位置响应于外壳202和支承204向前移动而向前移动。响应于车辆200的重心240的位置向前移动，由接地部件210产生向前扭矩。

人类对象向后拉输入设备206（向着人类对象的身体且沿着正X轴方向），这将外壳202和支架204沿着由四连杆机构224的转动所界定的路径260移动，将外壳202和支架204相对于接地部件210向后移动（向着正X轴方向）。车辆200的重心240的位置响应于外壳202和支承204向后移动而向后移动。响应于车辆200的重心240的位置向后移动，由接地部件210产生负扭矩。

在一些实施例中，车辆200包括两个横向设置的接地部件。车辆还包括两个四连杆机构（如，两个四连杆机构224）。每一个四连杆机构耦合至两个横向设置的接地部件中的一个。在一些实施例中，一个或多个四连杆机构是柔性杆。柔性杆弯曲以允许，例如，外壳和支架沿路径（如，图2A的路径260）移动。

图2B是根据本发明的说明性实施例的车辆268的三维视图。人类对象（未示出）靠坐在位于至少部分地封住人类对象的外壳276中的支架272上。车辆268包括两个车轮260、264。该两个车轮206、264耦合至平台280。车轮260同车轮264相横向地设置。每一个车轮绕轴284旋转且由至少一个驱动器288（如，电动驱动器）提供动力。控制器（292）耦合至驱动器288用于响应于车辆取向（如，俯仰）和车辆268的重心296的位置的变化而提供控制信号。

当人类对象乘用车辆268时，控制器292实现控制环并感测可能源自重心296在前后平面中的位置变化的车辆268取向的变化，并基于重心296的位置变化而控制提供给车轮260、264的动力。响应于车辆268的取向的变化以及重心296的位置的变化，将扭矩施加至车轮260、264来动态地稳定车辆268，类似于美国专利申请No.12/266.170（该专利的全部内容通过参考全部并入此处）中所述的那样。

在一个实施例中，当重心296的位置在向前方向（向着负X轴方向）中移动时，驱动器288提供给两个车轮260、264足够的动力使得车辆268向前移动（向着负X轴方向）。当重心296在向后方向（向着正X轴方向）中移动时，驱动器288提供给两个车轮260、264足够的动力使得车辆268减速并反向，从而车辆268向后（向着正X轴方向）移动。

还可感测车辆268的俯仰（车辆268绕轴284的角取向）并在控制环中补偿该俯仰。控制器包括用于感测车辆268的取向的陀螺仪，车辆268的取向可能源自重心296的位置的变化。

在基于支承部分相对于平台部分（如，图1的支承部分172a和平台部分172b）的位置变化而不是响应于俯仰的变化而动态地稳定车辆268时，在操作过程中，减少车辆268俯仰变化。这还缩短了车辆268响应加速和/或减速命令所用的时间。车辆268通过在车轮260和264接地的方位上方恢复车辆268的重心296的位置而加速和/或减速。如果车辆268响应于俯仰的变化而被加速和/或减速，车辆268的控制器将首先需要引起重心296的位置相对于稳定状态位置的变化，并且然后命令驱动器288以这样的方式操作车轮260和264从而在接地部件接地的方位上方定位重心296。相比于响应于重心位置变化的加速和/或减速，供车辆268响应加速和/或减速命令引起重心296的位置变化回稳定状态位置所需要的时间是时间延迟。车辆268不需要引起重心296的位置从稳定状态的变化，因为重心296的位置变化内在地含在加速和/或减速命令中。加速和/或减速命令使得车辆268的取向的变化成为必要，从而将重心296定位在正确位置以使加速和/或减速可开始。

图3是根据本发明的说明性实施例，用于动态地控制具有两个横向设置的车轮（如，图2B的车轮260和264）的车辆的稳定性的控制系统300的框图。控制器302（如，图4的控制器400）从传感器模块304，接收支承部分（如，图1的支承部分172a）相对于平台部分（如，图1的平台部分172b）的位置（这影响了车辆重心的位置）的输入特性。基于由传感器模块304提供的至少支承部分相对于平台部分的位置，控制器命令左侧电动驱动器306或右侧电动驱动器308中的至少一个的扭矩T（如，施加至相应接地部件的扭矩）。

图3A和3B是根据本发明的说明性实施例，示出车辆330的重心322的位置对于车辆330的操作的影响的框图。车辆330具有总质量M₂（重量M₂g）。车辆330的有效载荷和一部分的质量被标记为M₁(重量M₁g)，对应于重心322的质量。两个横向设置的接地部件320的质量被标记为质量M₀(重量M₀g)。车辆330的重量表表达为：

M₂g=M₁g+M₀g 等式1

车辆330的能沿X轴方向相对于接地部件320的位置移动的那部分被表达为重心322。参看图3A，重心322位于接地部件320接触下方地面的方位338上方的初始方位334处。

参看图3B，重心322位于方位342，位于沿负X轴方向相对于初始方位334距离L处。在一个实施例中，通过人类对象移动车辆330重心位置，重心322定位于方位342处。（图3的）传感器模块304提供车辆330的俯仰和车辆330的取向给控制器302。当重心322的位置342变化时，该俯仰和取向随之变化。控制器302输出信号给左侧电动驱动器306和右侧电动驱动器308来施加扭矩[T=(M₁g)(L)]给接地部件320，以引起接地部件320在重心322从之前方位338移位的方向（如，向前沿着负X轴方向）中移动，从而维持车辆330的平衡。

车辆330的质量可有利地被分配在有效载荷与相关结构（并称322）和接地部件与相关结构（并称320）之间来最大化加速与减速性能。在一个实施例中，有利的是将车辆330的全部质量中的较大百分比放置在车辆330的移动部分（即，在有效载荷与相关结构322）上，从而最大化加速和减速性能。将车辆330全部质量中的更多放置在移动部分322能使质量中的更大的量贡献于产生对于加速或减速车辆330所需要的电动机命令。然而，如果，车辆330全部质量中的更多被放置在接地部件与相关结构320处，质量中的较大百分比可能成为车辆330需要作为整个车辆330的一部分去移动的负载。

控制器302还与用户界面310和车轮旋转控制器312交互。例如，用户界面310可包括用于启动或关闭车辆、或用于触发车辆的不同操作模式的控制器。

传感器模块304检测一个或多个车辆参数来确定车辆重心位置的变化（如，由于图1的车辆100的支承部分172a相对于平台部分172b的移动引起的）。在一个实施例中，传感器模块304产生指示在时间上的一个瞬间重心位置相对于在时间上的另一个瞬间的重心位置的变化的信号。例如，可使用附着至弹簧的距离传感器、负载传感器、倾斜计、陀螺仪、螺旋触簧（whiskers）、和/或角速率传感器来确定车辆重心的变化。还可使用其它传感器（例如，光学传感器和/或磁性传感器），因而其也在本发明的范围内。

控制器302包括控制算法来基于滑轨位置（即，支承部分相对于平台部分）而确定将由左侧电动驱动器306和/或右侧电动驱动器308施加的扭矩的量。例如，基于车辆的当前操作模式、车辆所经历的操作条件、以及人类对象的喜好，可在车辆的设计过程中或实时地设置该控制算法。

作为示例，而不意在限制，控制算法可采取该形式：

扭矩命令（Torque Command）=K·(C+O) 等式2

其中K是增益，C是定义车辆的重心位置的矢量，且O是偏移。重心位置，C，可以是由滑轨的期望位置（支承部分相对于平台部分）减去滑轨的被感测的位置所定义的误差项的形式。改变滑轨位置可以是被用于影响CG的位置的方法。滑轨的期望位置可例如是控制算法中的预定常数。可选地，车辆中的人类对象可经由用户界面而设定滑轨的位置。在这个实施例中，一旦启动车辆且在允许车辆的移动之前，人类对象可激活车辆上的开关，该开关基于从传感器模块接收到的输入而触发滑轨的期望位置的判定。这允许人类对象来获取滑轨的已知初始位置，然后，人类对象可偏离该初始位置，从而引起滑轨位置的变化（引起CG位置的变化）。

增益，K，可以是预定常数，或可由人类对象通过用户界面310输入或调节。最一般地，增益K是矢量，扭矩被确定为增益与滑轨位置位移矢量的标量积。车辆对于滑轨位置的变化的响应性可由K所决定。例如，增加矢量K的至少一个元素的大小引起人类对象感知到更硬的响应，其中滑轨位置的较小变化引起较大扭矩命令。

偏移，O，可被结合到控制算法中来决定施加至左侧电动驱动器306和右侧电动驱动器308的扭矩，附加于、或分离于C的直接效果。因此，例如，人类对象可通过用户界面310（如，图1的输入106）提供输入，该输入被控制器302与例如滑轨位置的变化同等地对待。

在一个实施例中，通过分别计算左侧电动驱动器306所期望的扭矩和右侧电动驱动器308所期望的扭矩可完成操控。附加地，追踪左侧车轮动作和右侧车轮动作允许进行调节，如同控制领域的普通技术人员已知的那样，从而防止车辆的不想要的操控且从而考虑到了左侧电动驱动器306和右侧电动驱动器308之间的性能差异。

在具有至少两个横向设置的接地部件（如，左侧和右侧车轮）的实施例中，通过提供例如左侧和右侧接地部件的独立式电动机可完成操控。可分离地计算左侧电动机所期望的扭矩和右侧电动机所期望的扭矩。附加地，用接地部件旋转传感器312追踪左侧接地部件动作和右侧接地部件动作允许做出调节，如同控制领域的普通技术人员已知的那样，从而防止车辆的不想要的操控且从而考虑到了两个电动机之间的性能差异。在一些实施例中，当车辆处于更低速度时将操控敏感度调节至更高敏感度，且当车辆处于更高速度时调节至更低敏感度，从而允许，例如，在更高速度下的更简单的操控。

在一些实施例中，控制系统300限制了车辆的速度。可基于，例如，与车辆的操作模式相关联的最大速度或来自人类对象的输入来设定速度限制。

在一个实施例中，控制系统300包括限速算法，其通过控制车辆的俯仰来调整车辆的速度。控制器302改变车辆的俯仰，此举移动重心位置。取决于重心移动的方向，重心位置的变化引起车辆加速或减速。限速算法引起控制器302通过调节期望俯仰角Θ_D来限制车辆的速度。系统300的俯仰控制环控制系统300来实现期望的俯仰角Θ_D。

基于如下关系来确定期望的俯仰角Θ_D的调节：

等式3

其中V_SpeedLimit是车辆当前所允许的最大速度、V_cm是车辆的速度、K2是成比例于车辆速度限制和车辆实际速度之间的差异的增益、K3是积分(integrated)速度误差的增益，积分速度误差是车辆速度限制和车辆实际速度之间的积分差异、K4是车辆加速度的增益、K1是整体计算的期望俯仰的增益，该俯仰可以是例如车辆重心位置的函数、且Θ_D是所期望的俯仰角。等式3中的项A、B、和C的累积效果是如果向前的速度限制被超过，引起车辆向后俯仰为减速取向。所期望的俯仰角Θ_D

在一个实施例中，所期望的俯仰角Θ_D保持不变（如，车辆保持与地面平齐）。当达到预定最大速度限制时，控制系统300通过将所期望的俯仰角Θ_D设定为使得车辆减速的值来防止车辆超过最大速度限制。这具有控制系统300命令车辆向后俯仰的效果，这引起车辆的速度下降。

在一些实施例中，控制系统300被设置为考虑到命令车辆减速的人类对象。当控制系统300确定人类对象已经引起了重心位置向后变化时，控制器减少增益K1的值。通过减少增益K1的值，控制系统中的俯仰角项（例如，受到等式3命令）被去强调。由于控制系统300去强调俯仰角项，控制系统300不会像没有人类对象命令车辆减速时那种程度地命令车辆向后俯仰。

图4是根据本发明的说明性实施例的用于控制车辆（如，图1的车辆100）的操作的控制器400的框图。可通过多个嵌套且协作的闭环系统控制器来管理车辆对于驾驶员402或控制器404（如，自发的）输入命令、地形、有效载荷、风力载荷、和系统能力的动态响应。俯仰控制器406维持车辆的动态稳定。俯仰控制器406可从多种来源获取反馈数据，例如，从俯仰状态估计器（PSE）410获得俯仰和俯仰率408、且从滑轨安装的弦线电位计414（或者，提供例如耦合结构的支承部分相对于耦合结构的平台部分的位置的测量的其他合适的传感器）获得滑轨位置412。俯仰控制器416可将车轮电动机速度命令418输出从而保持车辆底盘（如，支架）水平。

车辆的偏航控制器466可从HMI 402（或控制器404）获取操控命令作为输入，并将该操控命令420与来自车轮电动机驱动器424的车轮速度422进行比较从而创建对于操控和转弯车辆所需要的车轮电动机速度命令分量426。车轮电动机速度命令438可包括车辆推进的命令分量和车辆操控的命令分量。在一些实施例中，对于一个车轮，操控命令分量426被添加至推进命令分量418（来自俯仰控制器406），对于另一个车轮，操控命令分量426被从推进命令分量418中减去。

车辆的速度控制器428可从HMI 402（或控制器404）接收速度命令430作为输入，该命令如果有必要的话已经受到了车辆限速器432的限制。车辆速度控制器428可操作滑轨位置命令434来调节影响CG位置的滑轨的位置、以及因此，由车轮施加至下方地面以调节车辆的加速度和速度的扭矩。车辆速度控制器428可从车轮电动机驱动器422和滑轨电动机驱动器436接收速度反馈。

车轮速度命令分量418和426可从俯仰控制器406和偏航控制器466输出并可被组合以创建整体电动机速度命令438，车辆可用该命令438来平衡、操控和驱动车辆的。所获得的车轮速度命令438可被发送至车轮马达驱动器424，该驱动器可控制车轮电动机442的速度。车轮电动机驱动器424可以是数控、正弦调制、和永磁电动机驱动器。

滑轨位置命令434可从车辆速度控制器428中被输出，控制器428可受限于作用力限制器（effort limiter）444，该命令可被输入至滑轨位置控制器446。滑轨位置控制器446将滑轨位置命令434与来自弦线电位计的实际滑轨位置412相比较并输出滑轨电动机速度命令448。电动机速度命令448可被输入至滑轨致动器电动机驱动器450，驱动器450可控制滑轨电动机468的速度。

在车辆的车轮电动机驱动器424内，其中可存在电动机速度环来控制电动机电流回路，该电流回路可控制可将变化的3相电压输出至车辆车轮电动机442的功率桥的占空比。车辆的车轮电动机位置458可从电动机轴编码器460被反馈至车轮电动机驱动器424用于通信以及关闭速度环。可用成比例的增益来设置速度控制器。因此，在负载下可利用稳定状态的速度误差。稳定状态的速度误差的出现可帮助确保由冗余电动机携载的负载（如果被实现的话）以合理均衡的方式被分担。每一个车轮电动机驱动器424中的电流限制器可保护电动机驱动器424及其电动机424免于过热，同时允许短时间段的峰值扭矩能力和不确定时间段操作的持续扭矩能力。

为了了解如何限制推进系统的所要求的作用力，可估算车轮电动机电流能力。可通过了解可从车轮电动机驱动器424反馈的当前电动机速度、电流和电流限制、以及来自电池状态估计器（BSE）452的经估算的电池电阻和开路电压来估算电动机电流能力。因此，通过监测响应于电池电流改变电池电压的量，BSE 452可使用从电池456反馈的电流和端电压来估算电池电阻。BSE 452可从实际电池电流和端电压和电池所估算的电阻来估算开路电池电压（无负载电压）。

使用来自BSE 452的电池状态估算、来自车轮电动机驱动器425的电动机电流、电流限制和速度反馈作为输入，电动机电流能力估算器（CCE）454可估算车辆推进系统在时间上任意点可产生的电动机电流。电流能力可被传送至作用力限制器444，其限制了滑轨位置来保持余量（margin）位于所命令的电流和系统的电流能力之间，因此可维持平衡和操控能力。车辆的电动机驱动器424可包括电流限制算法来调节车辆的电动机电流处于峰值和持续限制之间。选择限制来保护电动机442和驱动器424。在所命令的电流或目标电流位于驱动器的持续限制之上的任何时候，驱动器的增强限制可被放慢至驱动器的持续限制。当电动机目标电流下降至持续限制之下时，增强限制可回转为峰值限制。增强限制可从驱动器424被反馈回CCE 454。

车辆的速度限制器432可设定系统的最高速度限制并实现由车辆的安全内核462所要求的减速响应。因此，速度限制器432可将速度限制值464发送至车辆的速度控制器428，该控制器增强了该速度限制值464。当安全内核462确定需要减速响应时，其可要求来自速度限制器432的减速响应。速度限制器432可计算随时间变化的速度限制（可被用于减速响应）并将该随时间变化的速度值传送至速度控制器428。

安全内核426可发出对危险和错误的数种响应466，该响应466可导致改变速度限制。例如，限速响应、零速响应、全系统安全关闭、和半系统安全关闭（对于冗余系统）。就这些响应均可引起系统减速的事实而言，这些响应是类似的；这些响应可限制到的值和这些响应可引起的系统减速度是不一样的。附加地，一旦系统到达零速，安全关闭响应可与着陆（过渡至静态稳定的状态）和关闭命令相耦合。

在诸如当惯性测量单元（IMU）470“混乱”时之类的过渡条件下可发出车辆的限速响应。一旦过渡条件消失（如，不再快速地转弯），速度上的限制可被缓慢地消失。例如，如果引起限速响应的条件持续，可发出零速响应，且该系统可相当快速地将速度限制设定为零。

当系统遇到需要系统变为停止和断电的错误时，可出现安全关闭响应。安全关闭将系统转为零速。系统被转为零速度的速度可随着安全关闭的类型而变化。在其中全系统可用的情况下，系统可以最大可能的速度进行减速从而最小化系统维持为故障态的时间。对于半系统情况下的冗余系统，减速度可减半，因为系统仅具有一半能力且企图以最大全系统速度进行减速可能增加饱和化半系统能力的可能性。当速度限制器432已经实现了自己的任务时，速度限制器432可通知安全内核462，不过有时候可延迟该反馈来确保，例如，在发出着陆和关闭命令之前已经使系统动态静止下来。

俯仰控制器406可为俯仰和俯仰率而使用所估算的反馈数据。可从来自IMU470的原始角速率和加速度数据而在俯仰状态估算器（PSE）410中计算这些估算。

俯仰控制器406可以是闭环控制器且可以是主平衡功能。俯仰控制器406具有有关车辆相关于重力的所期望的和所测量的俯仰取向的输入信息，且可为致动器创建命令来提供稳定力。这些力，在俯仰轴中提供稳定性的同时，对车辆的一般向前/向后运动提供推动力。俯仰控制器406的输出418是整体推进命令的分量且在另一个模块中可被与其他分量相加。

俯仰控制器406可包括四项，这四项的和构成俯仰命令。第一项可以是施加至所期望的和所测量的/估算的俯仰之间的差异（也被称为“误差”）的增益。增益和误差的乘积一般被称为“比例项”。当被施加至平衡的车辆时，比例项向车辆俯仰或“倾斜”的方向驱动车辆。由线性滑轨致动器所表示的附加自由度可要求俯仰控制器的第一项的补偿。俯仰偏移可被施加为滑轨位置的函数。俯仰偏移通过由当前滑轨位置乘以经验导出的增益来偏移所期望的俯仰。当至悬挂负载的距离大小被增加时，可完成此举来补偿车轮致动器上所要求的增加的扭矩。至悬挂负载的距离被计算为从中间平衡点（而不是从滑轨行进的中心）的向前/向后距离。第二项可以是施加至俯仰率数据的增益。这个项通常被称为“速度项”。速度项与俯仰动作相对，且因此抵抗取向的变化。其可以是控制器中的阻尼源。

第三项可以是控制速度或电压的电动机驱动器。其可以是基于左侧和右侧车轮电动机的平均速度的“前反馈项”。可使用这个项来为给定车辆速度提供某个稳定状态命令从而当速度增加时减少俯仰误差增加的需要。当直接地命令电动机电流时，对于俯仰控制器而言这个项可能是不必要的。第四项可用于滑轨动作补偿。当滑轨移动时，其对系统施加干扰力。这个项可以是基于滑轨动作的“前反馈项”。当在车辆耦合结构的支承部分相对于车辆耦合结构的平台部分之间有相对运动时，可使用该项来提供某些阻尼。当由支承部分相对于平台部分之间的任何相对运动激发俯仰环时，可执行增加阻尼的功能。

在一个实施例中，使用速度控制器（指被用于控制图1的车辆100的操作速度的图4的车辆速度控制器428）来实现该方法。速度控制器是闭环控制器，其调节车辆的前/后运动。通过控制滑轨控制器446和俯仰控制器406的组合的效果来实现此。速度控制器428计算滑轨的期望位置，此期望位置由滑轨位置控制器来实现。所引起的重心（CG）位置的变化继而可通过引起俯仰误差来引起运动，且因此车轮运动可由俯仰控制器所驱动。

速度控制器428可以是可利用低级控制器直接（滑轨）或间接（俯仰）控制车架（plant）的高级控制器。速度控制器的输出可以是馈入滑轨控制器的期望滑轨位置。通过相对于车轮110定位外壳102、支架104、和耦合结构172的支承部分172a和电池质量，速度控制器428可在俯仰环中引起命令，该命令继而可引起车辆加速度，速度控制器可用该车辆加速度来实现其目标。

可从来自两个源（手动控制器402或控制器404）中的一个来计算速度环的目标。速度控制器428能在这两个源之间切换，同时该环关闭以实现系统的操作目标，包括在行进（fly）时的模式转换。速度控制器428可具有比例项和积分项。出于一些理由，积分项可能是重要的。积分项可为系统提供在外部干扰（如，风）存在时在平地、倾斜表面上的静止保持能力，且补偿在工作速度范围外发生的系统损失来有效地实现目标。

速度控制器428反馈是车轮速度422和滑轨速度436的组合。这对于速度环的稳定性而言可以是重要的。考虑到其中系统停止且速度控制器428仅使用所有现有车轮速度的平均作为反馈的情况。如果前进速度是所期望的，滑轨可被向前移动。当滑轨向前移动时，在底盘上有作用力，其可引起车轮向后滚动。这个向后滚动可增加速度误差且进一步向前推动滑轨，这继而可增加创建正向反馈的向后滚动等。通过使得车辆速度等于当前车轮和滑轨速度的平均值之和，可修复这个不期望的响应，因为当车轮向后移动时滑轨可向前移动，这可具有消除该效果的趋势。

通过基于正向/反向状态设定对于速度目标的限制可实现操作的反向模式。在该反向模式中可允许某个较小的速度限制（如，小于3mph）且在正向模式中不允许反向运动。可在两个模式中均允许正向运动命令；正向模式可被认为是反向运动禁止模式。通过系统动态数据和模式输入开关（如，可由用户或自发控制器操作）来调节模式之间的过渡。在一个实施例中，为了当在正向模式时能确保反向模式，标准可以是：系统速度必须较低、速度目标必须较低、且正向/反向模式按钮必须被按下。这个请求可不被锁存。为了当在反向模式时实现正向模式，可用相同的标准切换模式以进入反向模式，或者如果该系统处于零速度时向前推节流输入。

启动和着陆

图5是根据本发明的说明性实施例的车辆500的示意图。车辆500类似于图1的车辆100，且相同的参考标记涉及相同的部件。车辆500包括耦合至车辆500的着陆装置504。在这个实施例中，着陆装置504包括车轮508。当车辆500被向前俯仰（沿曲线528向前方向旋转）预定量时，着陆装置504与下方地面532接触。着陆装置504和至少一个车轮110的组合将车辆500维持在静态稳定的状态。在一个实施例中，至少一个车轮110是多个横向设置的车轮。在另一个实施例中，着陆装置504是多个垫木（skid）、板、或车轮组件，在车辆500没有动力时向车辆500提供横向稳定性。在这个实施例中，着陆装置504位于至少一个车轮110前；然而，在一些实施例中，着陆装置504位于至少一个车轮110后。

车辆500还包括耦合至着陆装置504的主缸512和耦合至至少一个车轮110的刹车516（如，液压夹钳式刹车）。主缸512通过液压管520耦合至刹车516。主缸和液压管520的组合形成用于接合与脱离刹车516的致动器系统。可使用可选的致动器系统来响应于例如预定条件被满足（如，施加至着陆装置的负载）而致动刹车516。主缸512将非液压（如，主缸512的活塞抬离与下方地面532接触）转换为液压管520中的液压来致动刹车516。车辆还可包括制动传感器524，该传感器监测车辆500来确定刹车516是否被接合。在一个实施例中，制动传感器524是耦合至液压管520的液压传感器用于测量液压制动系统中的液压。主缸512、刹车516、液压管520和制动传感器524的组合形成车辆500的制动系统。

图6A是用于将车辆（如，图5的车辆500）从静态稳定状态过渡到动态平衡状态的方法的流程图。该方法包括控制（604）驱动器（如，图5的驱动器180）来命令至少一个车轮（如，图5的车轮110）来保持零速度状态以及来保持车辆相对于下方地面而处于静止位置。该方法还包括控制（608）致动器（如，图5的致动器190）来相对于耦合结构的平台部分改变耦合结构的支承部分的位置，从而向着其中车辆能以至少一个车轮平衡的方位改变车辆重心的位置。

该方法还包括确定是否已经满足了预定条件（612）。如果还没有满足预定条件，车辆（如，车辆的控制器）持续监测车辆的操作来确定何时满足预定条件。如果已经满足了预定条件，然后，该方法继续用至少一个车轮（如，图5的车轮110）初始化（616）车辆的动态平衡。在一些实施例中，该系统确定车辆重心的方位是否满足了预定条件。在一个实施例中，当由下方地面施加至车辆着陆装置（如，图5的着陆装置504）的负载小于预定量时，满足预定条件。在一些实施例中，系统使用与耦合至车辆着陆装置的液压制动系统相耦合的液压传感器确定由下方地面施加至着陆装置的负载。

在一些实施例中，当车辆向后俯仰且该着陆装置不再与下方地面相接触时满足预定条件。在一些实施例中，当支承部分相对于平台部分的位置接近预定阈值位置（如，车辆重心的位置位于被用于平衡与推进车辆的至少一个车轮上方的位置）时，满足预定条件。

该方法包括控制（620）支承部相对于平台部分的位置以及车辆的俯仰来使得支架水平。以举例的方式，在启用了动态平衡控制器的点上，支架和平台仍基板上向前倾斜至支架和平台位于停泊/停止时。然后平衡（俯仰）和滑轨位置控制器一起工作来将支架和平台调节倾斜至水平状态。这通过将所期望的俯仰（经由俯仰控制器）从停泊的角度回转至零（如，调节图1的平台112）的同时维持零车轮速度和位置（经由速度控制器）而完成。该方法包括控制（624）驱动器来使得保持该至少一个车轮在零速度条件并相对于下方地面保持车辆处于静止位置的命令无效。然后，操作员可例如命令车辆移动。

图6B是用于将车辆（如，图5的车辆500）从动态平衡状态过渡到静态稳定状态的方法的流程图。该方法包括命令致动器（640）来控制（如，使用图4的控制器400）车辆耦合结构的支承部分相对于车辆耦合结构的平台部分的位置来保持零速度条件，并相对于下方地面保持车辆处于静止位置。该方法还包括控制驱动器（648）来向前俯仰车辆同时将车辆维持在动态平衡状态中。任选地，该方法还包括，在命令致动器控制支承部分相对于平台部分的位置以保持零速状态并相对于下方地面将车辆保持在静止位置之后，防止（644）车辆向后俯仰。

该方法还包括确定是否已经满足了着陆设置条件（652）。如果还没有满足着陆设置条件，车辆（如，车辆的控制器）持续监测车辆的操作来确定何时满足着陆设置条件。当已经满足了着陆设置条件时，然后该方法终止车辆的动态平衡（660）。任选地，该方法还包括命令（656）致动器在向着着陆装置的方向中相对于地面部分而移动支承部分。以举例的方式，用于在步骤660之前执行步骤656的一个意图是为了保证在车辆动态平衡的终止（656）之前，车辆CG位置位于向着着陆装置一定距离处，且平台至少一定程度静态稳定。该方法还包括在终止车辆的平衡之后，在向着着陆装置的方向将支承部分相对地面部分移动（664）。

在一些实施例中，当由下方地面施加至起落装置的应力大于预定量时，满足起落设置条件。在一些实施例中，使用与耦合至车辆的起落装置的液压制动系统（如，图5的制动系统）相耦合的液压传感器而确定由下方地面施加至着陆装置的负载。在一些实施例中，当起落装置与下方地面相接触时满足起落设置条件。在一些实施例中，当支承部分相对于地面部分的位置接近预定阈值位置（如，车辆重心的位置大体位于着陆装置和至少一个车轮（如，图5的车轮110）上方的位置之间的位置）时，满足着陆设置条件。

车辆制动

图7是根据本发明的说明性实施例的车辆的制动系统700的示意图。制动系统700可被用作，例如，图5的车辆500的制动系统。制动系统700包括两个主缸704a和704b（一起被称为704）。主缸704耦合至车辆着陆装置（如，相对彼此横向设置的两组图5的着陆装置504）。下方地面施加至着陆装置的负载耦合至主缸704。制动系统700还包括两个液压刹车708a和708b（一起被称为708），耦合至车辆的两个横向设置的车轮（如，被用于推进并动态地平衡车辆的车轮）。

使用液压管716将主缸704和刹车708耦合在一起。主缸704、刹车708和液压管716经由公共歧管（manifold）块720耦合在一起。歧管块720使得刹车708经受相同的液压管压力。当负载被施加至着陆装置/车轮时，主缸中的活塞移动并压缩液压管中的液压液体，此举增加了液压。液压管中的压力引起刹车708接合。当负载从着陆装置/车轮移除时，液压管中的压力减小，导致刹车708脱离。使用两个主缸704，且这两个主缸被耦合至两个刹车708，从而即使着陆装置组件中仅有一个支承该车辆（如，当在不平坦的公路上时）依然允许两个刹车708接合。

制动系统700还包括两个压力传感器/开关712a和712b（一起被称为712）。压力传感器/开关712提供制动状态信号给车辆控制器（如，图4的控制器400）。在一些实施例中，当制动状态信号表示刹车被接合时，该控制器禁止车辆进入平衡模式。

图8是根据本发明的说明性实施例的用于制动动态地平衡的车辆的方法的流程图。该车辆包括用于支承有效载荷的支架、耦合至该支架的至少第一和第二车轮、耦合至该第一和第二车轮的驱动器，驱动器用于动态地平衡该车辆并提供动力给该第一和第二车轮来行进该车辆、耦合至该驱动器来控制该驱动器的控制器、耦合至该支架并被设置于第一和第二车轮之前或之后的至少第二车轮，其中当车辆在静态稳定的状态中操作时，第一、第二和第三车轮的组合将车辆维持在静态稳定的状态中、以及制动系统，该制动系统包括耦合至第一和第二车轮的刹车和耦合至该第三车轮的致动器组件。该方法包括当第三车轮与下方地面接触时，用致动器组件接合刹车（804）。该方法还包括当第三车轮抬离下方地面时，用致动器组件脱离刹车（808）。

在一些实施例中，制动系统的致动器组件包括主缸、作为液压刹车的刹车，且制动系统还包括将主缸耦合至液压刹车的液压管。

在其中该系统包括液压刹车和液压管的实施例中，该方法还包括测量液压管中的液压来确定何时由下方地面施加负载至第三车轮（812）。在这些实施例中，响应于下方地面施加负载至第三车轮而实现步骤804。该方法还包括监测制动状态信号（816）来确定刹车是否被接合。如果控制器（如，图5的控制器194）确定刹车被接合，控制器禁止车辆进入平衡模式（820）。

本发明所述的实施例旨在仅仅是示例性的，并且对本领域的技术人员而言许多变型和修改将是显而易见的。所有这些变型和修改都旨在落入任何所附权利要求所限定的本发明的范围内。

Claims

1.用于将车辆从静态稳定的状态过渡至动态平衡的状态的方法，所述车辆包括支架、至少一个车轮、具有耦合至所述支架的支承部分和耦合至所述至少一个车轮的地面部分的耦合结构，所述耦合结构允许所述支承部分相对于所述平台部分向前向后移动或滑动、耦合至所述至少一个车轮从而动态地平衡所述车辆并向所述至少一个车轮提供动力来推进所述车辆的驱动器、耦合至所述耦合结构从而控制所述支承部分相对于所述平台部分的位置的致动器、耦合至所述控制件从而控制所述驱动器且耦合至所述致动器从而控制所述致动器的控制器、以及耦合至所述车辆的着陆装置，其中所述着陆装置和至少一个车轮的组合在所述车辆于静态稳定状态中操作时维持所述车辆处于静态稳定的状态，所述方法包括：

控制所述驱动器来命令所述至少一个车轮来保持零速度状态以及来保持所述车辆相对于下方地面而处于静止位置；

控制所述致动器来使得所述支承部分相对于所述平台部分的位置移动或滑动从而向着所述车辆能用所述至少一个车轮平衡的方位改变所述车辆的重心；和

当所述车辆重心的方位满足预定条件时，用所述至少一个车轮初始化车辆的动态平衡。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，当由所述下方地面施加至所述着陆装置的负载小于预定量时，满足所述预定条件。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，包括使用与耦合至所述车辆的所述着陆装置的液压制动系统相耦合的液压传感器，确定由所述下方地面施加至所述着陆装置的负载。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，当所述车辆向后俯仰且所述着陆装置不再与所述下方地面相接触时，满足所述预定条件。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，当所述支承部分相对于所述平台部分的位置接近预定阈值位置时，满足所述预定条件。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，包括控制所述支承部分相对于所述平台部分的位置以及所述车辆的俯仰来使得所述支架水平。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，包括控制所述驱动器来使得保持所述至少一个车轮至零速度条件并相对于所述下方地面保持所处车辆处于静止位置的命令无效。

8.一动态平衡的车辆，所述车辆包括：

支架；

至少一个车轮；

具有耦合至所述支架的支承部分和耦合至所述至少一个车轮的平台部分的耦合结构，所述耦合结构允许所述支承部分相对于所述平台部分向前向后移动或滑动；

耦合至所述至少一个车轮从而动态地平衡所述车辆并向所述至少一个车轮提供动力来推进所述车辆的驱动器；

耦合至所述耦合结构从而控制所述支承部分相对于所述平台部分的位置的致动器；

耦合至所述车辆的着陆装置，其中所述着陆装置和所述至少一个车轮的组合在所述车辆于静态稳定状态中操作时维持所述车辆处于静态稳定的状态中；和

耦合至所述驱动器以控制所述驱动器且耦合至所述致动器以控制所述致动器的控制器，所述控制器被设置为将所述车辆从静态稳定状态过渡至动态平衡的状态，其中所述控制器被设置为：

控制所述致动器来使得所述支承部分相对于所述平台部分的位置移动或滑动，从而向着所述车辆能用所述至少一个车轮平衡的方位改变所述车辆的重心；和

9.如权利要求8所述的车辆，其特征在于，当由所述下方地面施加至所述着陆装置的负载小于预定量时，满足所述预定条件。

10.如权利要求9所述的车辆，其特征在于，所述车辆包括与耦合至所述车辆的着陆装置的液压制动系统耦合的液压传感器，其中所述液压传感器被用于确定由所述下方地面施加至所述着陆装置的负载。

11.如权利要求8所述的车辆，其特征在于，当所述车辆向后俯仰且所述着陆装置不再与所述下方地面相接触时，满足所述预定条件。

12.如权利要求8所述的车辆，其特征在于，当所述支承部分相对于所述平台部分的位置接近预定阈值位置时，满足所述预定条件。

13.如权利要求8所述的车辆，其特征在于，所述控制器控制所述驱动器和所述致动器来控制所述支承部分相对于所述平台部分的位置以及所处车辆的俯仰，来使得所述支架水平。

14.如权利要求8所述的车辆，其特征在于，所述控制器控制所述驱动器来使得保持所述至少一个车轮至零速度条件，并相对于所述下方地面保持所处车辆处于静止位置的命令无效。

15.如权利要求8所述的车辆，其特征在于，所述着陆装置包括一个或多个车轮。

16.用于将车辆从动态平衡的状态过渡至静态稳定的状态的方法，所述车辆包括支架、至少一个车轮、具有耦合至所述支架的支承部分和耦合至所述至少一个车轮的平台部分的耦合结构，所述耦合结构允许所述支承部分相对于所述平台部分向前向后移动或滑动、耦合至所述至少一个车轮从而动态地平衡所述车辆并向所述至少一个车轮提供动力来推进所述车辆的驱动器、耦合至所述耦合结构从而控制所述支承部分相对于所述平台部分的位置的致动器、耦合至所述控制件从而控制所述驱动器且耦合至所述致动器从而控制所述致动器的控制器、以及耦合至所述车辆的着陆装置，其中所述着陆装置和至少一个车轮的组合在所述车辆于静态稳定状态中操作时维持所述车辆处于静态稳定的状态，所述方法包括：

命令所述致动器控制所述支承部分相对于所述平台部分的位置来保持零速度状态并将所述车辆相对于下方地面保持在静止位置，

控制所述驱动器来向前俯仰所述车辆，同时维持所述车辆处于动态平衡的状态中，和

当满足着陆设置条件时终止所述车辆的动态平衡。

17.如权利要求16所述的方法，其特征在于，包括，在命令所述致动器控制所述支承部分相对于所述平台部分的位置以保持零速度状态并相对于下方地面将车辆保持在静止位置之后，控制所述车辆以防止车辆向后俯仰。

18.如权利要求16所述的方法，其特征在于，当由所述下方地面施加至所述着陆装置的负载大于预定量时，满足所述着陆设置条件。

19.如权利要求18所述的方法，其特征在于，包括使用与耦合至所述车辆的所述着陆装置的液压制动系统相耦合的液压传感器，确定由所述下方地面施加至所述着陆装置的负载。

20.如权利要求16所述的方法，其特征在于，当所述着陆装置与所述下方地面相接触时满足所述着陆条件。

21.如权利要求16所述的方法，其特征在于，当所述支承部分相对于所述平台部分的位置接近预定阈值位置时，满足所述着陆设置条件。

22.如权利要求16所述的方法，其特征在于，包括，在终止车辆的平衡后，将所述支承部分在向着所述着陆装置的方向相对所述平台部分移动。

23.如权利要求16所述的方法，其特征在于，在终止所述车辆的动态平衡之前，所述方法包括命令所述致动器将所述支承部分在向着所述着陆装置的方向相对所述平台部分移动。

24.一动态平衡的车辆，所述车辆包括：

支架；

至少一个车轮；

耦合至所述驱动器以控制所述驱动器且耦合至所述致动器以控制所述致动器的控制器，所述控制器被设置为将所述车辆从动态平衡的状态过渡至静态稳定状态，其中所述控制器被设置为：

当满足着陆设置条件时终止所述车辆的动态平衡。

25.如权利要求24所述的车辆，其特征在于，当由所述下方地面施加至所述着陆装置的负载大于预定量时，满足所述着陆设置条件。

26.如权利要求25所述的车辆，其特征在于，所述车辆包括与耦合至所述车辆的着陆装置的液压制动系统耦合的液压传感器，其中所述液压传感器被用于确定由所述下方地面施加至所述着陆装置的负载。

27.如权利要求24所述的车辆，其特征在于，当所述着陆装置与所述下方地面相接触时满足所述着陆设置条件。

28.如权利要求24所述的车辆，其特征在于，当所述支承部分相对于所述平台部分的位置接近预定阈值位置时，满足所述着陆设置条件。

29.如权利要求24所述的车辆，其特征在于，其中所述控制器被设置为：在终止所述车辆的动态平衡后，将所述支承部分在向着所述着陆装置的方向相对所述平台部分移动。

30.如权利要求24所述的车辆，其特征在于，其中所述控制器被设置为：在终止所述车辆的动态平衡之前，将所述支承部分在向着所述着陆装置的方向相对所述平台部分移动。

31.一动态平衡的车辆，所述车辆包括：

用于支承有效载荷的支架；

耦合至所述支架的至少第一和第二车轮；

耦合至所述第一和第二车轮从而动态地平衡所述车辆并向所述第一和第二车轮提供动力来推进所述车辆的驱动器；

耦合至所述驱动器来控制所述驱动器的控制器；

耦合至所述支架并被设置在所述第一和第二车轮前后的至少第三车轮，其中所述第一、第二、和第三车轮的组合在所述车辆在静态稳定状态中操作时维持所述车辆处于静态稳定的状态；和

制动系统，包括耦合至所述第一和第二车轮的刹车、和耦合至所述第三车轮用于接合和脱离所述刹车的致动器组件，其中当所述第三车轮接触下方地面时所述致动器组件接合所述刹车且当所述第三车轮抬离所述下方地面时所述致动器组件脱离所述刹车。

32.如权利要求31所述的车辆，其特征在于，其中所述致动器组件包括主缸，且所述刹车包括液压刹车，且其中所述制动系统包括将所述主缸耦合至所述液压刹车的液压管。

33.如权利要求32所述的车辆，其特征在于，所述车辆包括耦合至所述支架的第四车轮，所述第四车轮包括主缸，其中所有的主缸和所述刹车通过液压管被耦合在一起。

34.如权利要求33所述的车辆，其特征在于，每一个刹车被设置为响应于一个或多个主缸被压缩而接合。

35.如权利要求33所述的车辆，其特征在于，包括耦合至所述液压管的液压传感器，用于测量所述液压管中的液压从而确定由所述下方地面所施加给所述第二车轮的负载。

36.如权利要求31所述的车辆，其特征在于，包括用于提供制动状态信号给所述控制器的制动传感器。

37.如权利要求35所述的车辆，其特征在于，所述控制器被设置为当所述制动状态信号表示所述刹车被接合时，所述控制器禁止所述车辆进入平衡模式。

38.用于制动动态平衡的车辆的方法，所述车辆包括用于支承有效载荷的支架、耦合至所述支架的至少第一和第二车轮、耦合至所述第一和第二车轮的驱动器，该驱动器动态地平衡所述车辆并提供动力给所述第一和第二车轮来推进所述车辆、耦合至所述驱动器来控制所述驱动器的控制器、耦合至所述支架并被设置于所述第一和第二车轮前后的至少第二车轮，其中当所述车辆在静态稳定的状态中操作时，所述第一、第二和第三车轮的组合将所述车辆维持在静态稳定的状态中、以及制动系统，所述制动系统包括耦合至所述第一和第二车轮的刹车和耦合至所述第三车轮的致动器组件，所述方法包括：

当所述第三车轮与下方地面接触时，用所述致动器组件接合所述刹车；和

当所述第三车轮抬离所述下方地面时，用所述致动器组件脱离所述刹车。

39.如权利要求38所述的方法，其特征在于，其中所述致动器组件包括主缸，且所述刹车包括液压刹车，且其中所述制动系统包括将所述主缸耦合至所述液压刹车的液压管。

40.如权利要求39所述的方法，其特征在于，所述车辆包括耦合至所述支架的第四车轮，所述第四车轮包括主缸，其中所有的主缸和所述刹车通过液压管被耦合在一起。

41.如权利要求40所述的方法，其特征在于，包括响应于一个或多个主缸被压缩而接合每一个刹车。

42.如权利要求39所述的方法，其特征在于，包括响应于主缸被压缩而用致动器组件接合刹车。

43.如权利要求39所述的方法，其特征在于，包括测量所述液压管中的液压来确定由所述下方地面施加给所述第三车轮的负载。

44.如权利要求38所述的方法，其特征在于，包括监测制动状态信号来确定所述刹车是否被接合。

45.如权利要求44所述的方法，其特征在于，包括当所述制动状态信号表示所述刹车被接合时，禁止所述车辆进入平衡模式。