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车辆驱动控制系统以及相关的车辆

阅读:1029发布:2020-05-22

专利汇可以提供车辆驱动控制系统以及相关的车辆专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且一种车辆控制系统,其可例如用于配置车辆(例如,草坪 拖拉机 或乘坐式 割草机 )进行小半径到大致零半径转弯。本 发明 的车辆控制系统中的一些利用至少一个转向轮 位置 传感器 生成指示可转向结构(例如 车轮 )的实际位置的 信号 ,而不是该可转向结构的推断或预期位置,其中传感器联接到可转向结构。以及包括这种控制系统的车辆。,下面是车辆驱动控制系统以及相关的车辆专利的具体信息内容。

1.能够进行小半径转弯的车辆,所述车辆具有可转向轮和可驱动轮,且包括:
转向组合件,其包括:
联接到转向输入构件的转向输入齿轮
两个齿轮构件,其与转向输入齿轮啮合并且可响应于转向输入齿轮的转动而枢转;
左侧可驱动齿轮,其通过左侧联动装置联接到两个齿轮构件之一,并与左侧从动齿轮啮合,左侧从动齿轮联接到左侧可转向轮,使得所述左侧可转向轮随同左侧从动齿轮旋转;
右侧可驱动齿轮,其通过右侧联动装置联接到两个齿轮构件的另一个且与右侧从动齿轮啮合,右侧从动齿轮联接到右侧可转向轮,使得所述右侧可转向轮随同右侧从动齿轮旋转;以及
转向轮位置传感器,其联接到左侧可转向轮和右侧可转向轮之一并且配置成生成对应于该可转向轮实际位置的信号
速度输入装置;
速度输入传感器,其配置成生成代表指令速度输入的信号;
联接到所述可驱动轮之一的左侧电动驱动达;
联接到所述可驱动轮另一个的右侧电动驱动马达;
联接到转向轮位置传感器、速度输入传感器以及左侧和右侧电动驱动马达的控制单元,所述控制单元配置成根据至少对应于可转向轮实际位置的信号以及代表指令速度输入的信号来生成用于控制左侧电动驱动马达和右侧电动驱动马达的信号,其中转向轮位置传感器联接到可转向轮;以及
配置成给左侧电动驱动马达和右侧电动驱动马达供电的电池电源。
2.根据权利要求1所述的车辆,其中两个齿轮构件、左侧可驱动齿轮、左侧从动齿轮、右侧可驱动齿轮、以及右侧从动齿轮都横向取向且在操作过程中每一个都围绕单独的垂直取向的轴线枢转。
3.根据权利要求1-2任一项所述的车辆,其中速度输入装置包括前进档踏板倒档踏板,所述车辆还包括前进档踏板和倒档踏板联接到其的轴,并且速度输入传感器联接到所述轴并且配置成生成代表所述轴实际位置的信号。
4.根据权利要求1-3任一项所述的车辆,其中在极端的转弯过程中所述控制单元配置成至少当速度输入装置移动到完全前进位置时减少位于极端转弯外侧上的可驱动轮的速度。
5.根据权利要求1-4任一项所述的车辆,其中所述控制单元配置成生成用于控制所述左侧驱动马达和右侧电动驱动马达的信号,所述左侧驱动马达和右侧电动驱动马达与所述转向组合件一起能够驱动车辆以基本上零半径转弯。
6.一种用于车辆的控制系统,所述车辆具有可转向轮和可驱动轮且能够进行小半径的转弯,所述控制系统包括:
转向组合件,其配置成引起每个可转向轮遵循转弯半径,使得这两个转弯半径具有对于给定指令的左转弯或右转弯的共同的中心点,转向组合件包括转向轮位置传感器,所述转向轮位置传感器联接到可转向轮之一且配置成生成对应于该可转向轮实际位置的信号;
速度输入传感器,其配置成生成代表指令速度输入的信号;
联接到转向轮位置传感器和速度输入传感器的控制单元,所述控制单元配置成根据至少对应于可转向轮实际位置的信号以及代表指令速度输入的信号来生成用于控制可驱动轮的信号,其中转向轮位置传感器联接到可转向轮。
7.根据权利要求6所述的控制系统,其中所述控制单元通过单独的电动驱动马达联接到每个可驱动轮,并且控制单元配置成根据至少对应于可转向轮实际位置的信号以及代表指令速度输入的信号来生成用于控制电动驱动马达的信号,其中转向轮位置传感器联接到可转向轮。
8.根据权利要求6-7任一项所述的控制系统,其中所述转向组合件包括:
联接到转向输入构件的转向输入齿轮;
两个齿轮构件,其与转向输入齿轮啮合并且可响应于转向输入齿轮的转动而枢转;
左侧可驱动齿轮,其通过左侧联动装置联接到两个齿轮构件之一,并与左侧从动齿轮啮合,左侧从动齿轮联接到左侧可转向轮,使得所述左侧可转向轮随同左侧从动齿轮旋转;
以及
右侧可驱动齿轮,其通过右侧联动装置联接到两个齿轮构件的另一个且与右侧从动齿轮啮合,右侧从动齿轮联接到右侧可转向轮,使得所述右侧可转向轮随同右侧从动齿轮旋转;
转向轮位置传感器,其联接到左侧可转向轮和右侧可转向轮之一并且配置成生成对应于该可转向轮实际位置的信号。
9.根据权利要求6所述的控制系统,其中所述控制单元通过单独的静液压传动装置联接到每个可驱动轮,并且所述控制单元配置成根据至少对应于可转向轮实际位置的信号以及代表指令速度输入的信号来生成用于控制液静压传动装置的信号,其中转向轮位置传感器联接到可转向轮。
10.根据权利要求9所述的控制系统,其中所述转向组合件包括:
联接到转向输入构件的转向输入齿轮;
两个齿轮构件,其与转向输入齿轮啮合并且可响应于转向输入齿轮的转动而枢转;
左侧可驱动齿轮,其通过左侧联动装置联接到两个齿轮构件之一,并与左侧从动齿轮啮合,左侧从动齿轮联接到左侧可转向轮,使得所述左侧可转向轮随同左侧从动齿轮旋转;
以及
右侧可驱动齿轮,其通过右侧联动装置联接到两个齿轮构件的另一个且与右侧从动齿轮啮合,右侧从动齿轮联接到右侧可转向轮,使得所述右侧可转向轮随同右侧从动齿轮旋转;
转向轮位置传感器,其联接到左侧可转向轮和右侧可转向轮之一并且配置成生成对应于该可转向轮实际位置的信号。
11.根据权利要求6-10任一项所述的控制系统,其中在极端的转弯过程中所述控制单元配置成至少当操作人员指令完全前进速度输入时减少位于极端转弯外侧上的可驱动轮的速度。
12.根据权利要求6-11任一项所述的控制系统,其中所述控制单元配置成生成用于控制可驱动轮的信号,所述可驱动轮与所述转向组合件一起能够驱动车辆以基本上零半径转弯。
13.一种用于车辆的控制系统,所述车辆具有可转向轮和可驱动轮且能够进行小半径的转弯,所述控制系统包括:
转向轮位置传感器,其联接到转向轮之一并且配置成生成对应于该可转向轮实际位置的信号;
速度输入传感器,其配置成生成代表指令速度输入的信号;以及
联接到转向轮位置传感器和速度输入传感器的控制单元,所述控制单元配置成根据至少对应于可转向轮实际位置的信号以及代表指令速度输入的信号来生成用于控制可驱动轮的信号,其中转向轮位置传感器联接到可转向轮。
14.根据权利要求13所述的控制系统,其中所述控制单元通过单独的电动驱动马达联接到每个可驱动轮,并且控制单元配置成根据至少对应于可转向轮实际位置的信号以及代表指令速度输入的信号来生成用于控制电动驱动马达的信号,其中转向轮位置传感器联接到可转向轮。
15.根据权利要求13所述的控制系统,其中所述控制单元通过单独的静液压传动装置联接到每个可驱动轮,并且所述控制单元配置成根据至少对应于可转向轮实际位置的信号以及代表指令速度输入的信号来生成用于控制静液压传动装置的信号,其中转向轮位置传感器联接到可转向轮。
16.根据权利要求13-15任一项所述的控制系统,其中在极端的转弯过程中所述控制单元配置成至少当操作人员指令完全前进速度输入时减少位于极端转弯外侧上的可驱动轮的速度。
17.根据权利要求13-16任一项所述的控制系统,其中所述控制单元配置成生成用于控制可驱动轮的信号,所述可驱动轮与所述转向组合件一起能够驱动车辆以基本上零半径转弯。
18.一种具有一个或多个可转向轮和一个或多个可驱动结构的车辆,所述车辆包括:
转向组合件,其包括:
转向输入构件;
转向轮位置传感器,其联接到一个或多个可转向轮之一并且配置成生成对应于该可转向轮实际位置的信号;
速度输入装置;
速度输入传感器,其配置成生成代表指令速度输入的信号;
分别联接到所述一个或多个可驱动结构的一个或多个驱动单元;以及
联接到转向轮位置传感器、速度输入传感器以及所述一个或多个驱动单元的控制单元,所述控制单元配置成根据至少(1)对应于联接有转向轮位置传感器的可转向轮实际位置的信号和(2)代表指令速度输入的信号生成用于控制所述一个或多个驱动单元的信号。
19.根据权利要求18所述的车辆,其中速度输入装置包括前进档踏板和倒档踏板,所述车辆还包括前进档踏板和倒档踏板联接到其的轴,并且速度输入传感器联接到所述轴并且配置成生成代表所述轴实际位置的信号。
20.根据权利要求18-19任一项所述的车辆,其中所述一个或多个可驱动结构是可驱动轮,并且在极端的转弯过程中所述控制单元配置成至少当速度输入装置移动到完全前进位置时减少位于极端转弯外侧上的可驱动轮的速度。
21.根据权利要求18-20任一项所述的车辆,其中所述控制单元配置成生成用于控制所述一个或多个可驱动结构的信号,所述一个或多个可驱动结构与所述转向组合件一起能够驱动车辆以基本上零半径转弯。
22.一种用于车辆的控制系统,所述车辆具有一个或多个可转向轮和一个或多个可驱动结构,所述控制系统包括:
转向轮位置传感器,其联接到所述一个或多个可转向轮之一并且配置成生成对应于该可转向轮实际位置的信号;
速度输入传感器,其配置成生成代表指令速度输入的信号;以及
联接到转向轮位置传感器和速度输入传感器的控制单元,所述控制单元配置成根据至少(1)对应于联接有转向轮位置传感器的可转向轮实际位置的信号以及(2)代表指令速度输入的信号来生成用于控制所述一个或多个可驱动结构的信号。
23.根据权利要求22所述的控制系统,其中所述控制单元通过单独的电动驱动马达联接到每个可驱动结构,并且所述控制单元配置成根据至少(1)对应于联接有转向轮位置传感器的可转向轮实际位置的信号以及(2)代表指令速度输入的信号来生成用于控制所述电动驱动马达的信号。
24.根据权利要求22所述的控制系统,其中所述速度输入传感器联接到脚踏板。
25.根据权利要求22所述的控制系统,其中所述速度输入传感器配置成生成代表指令速度输入以及指示速度和方向的信号。
26.根据权利要求22所述的控制系统,其中所述控制单元通过单独的静液压传动装置联接到每个可驱动轮,并且所述控制单元配置成根据至少(1)对应于联接有转向轮位置传感器的可转向轮实际位置的信号以及(2)代表指令速度输入的信号来生成用于控制静液压传动装置的信号。
27.根据权利要求22-26任一项所述的控制系统,其中所述一个或多个可驱动结构是可驱动轮,并且在极端的转弯过程中所述控制单元配置成至少当操作人员指令完全前进速度输入时减少位于极端转弯外侧上的可驱动轮的速度。
28.根据权利要求22-27任一项所述的控制系统,其中所述一个或多个可驱动结构是可驱动轮,并且所述控制单元配置成生成用于控制所述可驱动轮的信号,所述可驱动轮与所述转向组合件一起能够驱动车辆以基本上零半径转弯。
29.根据权利要求22-28任一项所述的控制系统,其中所述一个或多个可转向轮包括左侧和右侧可转向轮,所述控制系统还包括:
转向组合件,其联接到所述左侧和右侧可转向轮并包括转向轮位置传感器,所述转向组合件还包括:
联接到转向输入构件的转向输入齿轮;
两个齿轮构件,其与转向输入齿轮啮合并且可响应于转向输入齿轮的转动而枢转;
左侧可驱动齿轮,其通过左侧联动装置联接到两个齿轮构件之一,并与左侧从动齿轮啮合,左侧从动齿轮联接到左侧可转向轮,使得所述左侧可转向轮随同左侧从动齿轮旋转;
以及
右侧可驱动齿轮,其通过右侧联动装置联接到两个齿轮构件的另一个且与右侧从动齿轮啮合,右侧从动齿轮联接到右侧可转向轮,使得所述右侧可转向轮随同右侧从动齿轮旋转;
转向轮位置传感器,其联接到左侧可转向轮和右侧可转向轮之一并且配置成生成对应于该可转向轮实际位置的信号。
30.一种具有一个或多个非车轮可转向结构和一个或多个可驱动结构的车辆,所述车辆包括:
转向组合件,其包括:
转向输入构件;
非车轮转向结构位置传感器,其联接到所述一个或多个非车轮可转向结构之一且配置成生成对应于该非车轮可转向结构实际位置的信号;
速度输入装置;
速度输入传感器,其配置成生成代表指令速度输入的信号;
分别联接到所述一个或多个可驱动结构的一个或多个驱动单元;以及
联接到转向轮位置传感器、速度输入传感器以及所述一个或多个驱动单元的控制单元,所述控制单元配置成作为根据(1)对应于联接有非车轮转向结构位置传感器的非车轮可转向结构实际位置的信号以及(2)代表指令速度输入的信号来生成用于控制所述一个或多个驱动单元的信号。
31.根据权利要求30所述的车辆,其中速度输入装置包括前进档踏板和倒档踏板,所述车辆还包括前进档踏板和倒档踏板联接到其的轴,并且速度输入传感器联接到所述轴并且配置成生成代表所述轴实际位置的信号。
32.根据权利要求30-31任一项所述的车辆,其中所述一个或多个可驱动结构是可驱动轮,并且在极端的转弯过程中所述控制单元配置成至少当速度输入装置移动到完全前进位置时减少位于极端转弯外侧上的可驱动轮的速度。
33.根据权利要求30-32任一项所述的车辆,其中所述控制单元配置成生成用于控制所述一个或多个可驱动结构的信号,所述一个或多个可驱动结构与所述转向组合件一起能够驱动车辆以基本上零半径转弯。
34.一种用于车辆的控制系统,所述车辆具有一个或多个非车轮可转向结构和一个或多个可驱动结构,所述控制系统包括:
非车轮转向结构位置传感器,其联接到所述一个或多个非车轮可转向结构之一且配置成生成对应于该非车轮可转向结构实际位置的信号;
速度输入传感器,其配置成生成代表指令速度输入的信号;
联接到转向轮位置传感器和速度输入传感器的控制单元,所述控制单元配置成根据至少(1)对应于联接有转向轮位置传感器的可转向结构实际位置的信号以及(2)代表指令速度输入的信号来生成用于控制所述一个或多个可驱动结构的信号。
35.根据权利要求34所述的控制系统,其中所述控制单元通过单独的电动驱动马达联接到每个可驱动结构,并且所述控制单元配置成根据至少(1)对应于联接到非车轮转向结构位置传感器的非车轮可转向结构实际位置的信号以及(2)代表指令速度输入的信号来生成用于控制电动驱动马达的信号。
36.根据权利要求34所述的控制系统,其中所述速度输入传感器联接到脚踏板。
37.根据权利要求34所述的控制系统,其中所述速度输入传感器配置成生成代表指令速度输入以及指示速度和方向的信号。
38.根据权利要求34所述的控制系统,其中所述控制单元通过单独的静液压传动装置联接到每个可驱动轮,并且所述控制单元配置成根据至少(1)对应于联接有非车轮转向结构位置传感器的非车轮可转向结构实际位置的信号以及(2)代表指令速度输入的信号来生成用于控制静液压传动装置的信号。
39.根据权利要求34-38任一项所述的控制系统,其中所述一个或多个可驱动结构是可驱动轮,并且在极端的转弯过程中所述控制单元配置成至少当操作人员指令完全前进速度输入时减少位于极端转弯外侧上的可驱动轮的速度。
40.根据权利要求34-39任一项所述的控制系统,其中所述一个或多个可驱动结构是可驱动轮,并且所述控制单元配置成生成用于控制所述可驱动轮的信号,所述可驱动轮与所述转向组合件一起能够驱动车辆以基本上零半径转弯。

说明书全文

车辆驱动控制系统以及相关的车辆

[0001] 相关申请的交叉引用
[0002] 本申请要求下述的优先权:于2012年4月24日提交的号为61/637,838的美国临时专利申请;于2012年4月24日提交的号为61/637,842的美国临时专利申请;于2012年6月7日提交的号为61/656,943的美国临时专利申请;于2012年10月22日提交的号为
13/657,855的美国非临时专利申请;以及于2013年3月15日提交的号为13/841,061的美国继续专利申请,所有五篇专利申请的全部内容明确地通过引用并入本文。

技术领域

[0003] 本发明总体上涉及车辆控制系统,以及更具体地但不是通过限制的方式涉及用于控制车辆可驱动结构(例如,车轮)的车辆驱动控制系统。这种系统可包括转向系统,并且可用于装备诸如草坪拖拉机(例如,乘坐式割草机)的车辆,以便使得以小半径(例如,基本为零的半径)转弯,从而提高其可操作性。这种系统也可用在诸如多功能车、高尔夫球车、城市汽车以及农用设备的车辆上。本发明还包括具有这种控制系统的车辆。

发明内容

[0004] 本公开包括车辆控制系统的实施例,例如其可用于配置车辆(例如,草坪拖拉机或乘坐式割草机)进行小半径到大致零半径转弯。本发明车辆控制系统的实施例利用至少一个转向轮位置传感器,该转向轮位置传感器能够检测到可转向轮(诸如在四轮乘坐式割草机上的两个前车轮中之一)的实际位置,且产生信号,因此所述信号指示该可转向轮的实际位置,而不是该可转向轮的推断或预期位置。这种信号由控制单元进行处理,所述控制单元包括由软件和/或固件驱动的微处理器,且微处理器基于至少一个其它的输入(诸如,速度(或速度和方向)输入)来产生用于控制车辆的一个或多个可驱动结构(例如,车轮)的一个或多个信号,所述车辆的一个或多个可驱动结构可利用一个或多个控制单元指令的(或控制单元控制的)驱动达(例如由一个或多个电池来供电的电动驱动马达)和齿轮组(诸如减速齿轮组)来驱动,或所述车辆可利用一个或多个静液压传动装置和致动器来驱动,或者通过其它装置来驱动。在其它实施例中,控制单元可包括已硬连线以便执行相同功能的专用机器。包括这种车辆控制系统的本发明车辆实施例可包括转向系统,转向系统包括这种转向轮位置传感器且其配置成控制一个或多个可转向轮的转向位置,诸如像以机械或电的方式。这种转向系统可不通过一个或多个机械联动装置连接到用于可驱动轮的驱动单元。
[0005] 本发明车辆控制系统的其它实施例配置成与使用车轮之外的至少一个可转向结构(非车轮转向结构,诸如滑板)的并使用至少一个非车轮转向结构位置传感器的车辆一起使用,所述非车轮转向结构位置传感器能够检测到非车轮转向结构的实际位置,且其产生信号,因此所述信号指示该非车轮转向结构的实际位置,而不是该非车轮可转向结构的推断或预期位置。这种实施例在其它方面与配置成用于与具有至少一个可转向轮的车辆一起使用的本发明的车辆控制系统的实施例是相同的(或基本相似)。
[0006] 本发明车辆的一些实施例包括一个或多个太阳能电池板(例如,形成和/或联接到车座上方的车顶或用户或操作人员可在车辆的操作过程中设置的车辆的其他部分),其可经由任何适当的电路或其它连接而联接到和/或配置成联接到电池电源。
[0007] 术语“包括(comprise)”(以及包括(comprise)的任何形式,诸如“包括(comprises)”和“包括(comprising)”),“具有(have)”(以及具有(have)的任何形式,诸如“具有(has)”和“具有(having)”),“包括(include)”(以及包括(include)的任何形式,诸如“包括(includes)”和“包括(including)”)以及“包含(contain)”(以及包含(contain)的任何形式,诸如“包含(contains)”和“包含(containing)”)是开放式的连缀动词。其结果是,“包括(comprise)”,“具有(has)”,“包括(include)”或“包含(contain)”一个或多个元件或特征的系统或系统的组件具有这些一个或多个元件或特征,但不限于仅仅具有这些元件或特征。类似地,“包括(comprise)”,“具有(has)”,“包括(include)”或“包含(contain)”一个或多个步骤的方法具有这些一个或多个步骤,但不限于仅仅具有这些一个或多个步骤。此外,诸如“第一”和“第二”的术语仅用于区分结构或特征,而不是为了将不同的结构或特征限定为特定的顺序。
[0008] 此外,以一定方式配置的车辆驱动控制系统或这种系统的组件是以至少这种方式配置,但它也可以除了那些具体描述之外的其它方式配置。
[0009] 本发明的控制系统和车辆的任何一个的任何实施例可以由或基本上由所述的元件和/或特征中的任意一个构成,而不是包括(comprise)/包括(include)/包含(contain)/具有(have)所述的元件和/或特征中的任意一个。因此,在权利要求的任意一个中,术语“由......构成”或“基本上由......构成”可取代上述的开放式连缀动词中的任意一个,以便改变给定的权利要求的范围,否则所述权利要求的范围由开放式连缀动词限定。
[0010] 术语“联接(couple)”限定为连接(connected),尽管不一定是直接连接,并且不一定是机械连接。如果它们可以联接到彼此,则两个物件都是“可联接的(couplable)”。除本文明确地要求之外,否则可联接的物件也可脱离联接,反之亦然。第一结构可联接到第二结构的一种非限制性的方式是对于第一结构配置成联接到第二结构而言的。术语“一(a,an)”限定为一个或多个,除非本公开内容明确地另有要求。术语“基本上(substantially)”限定为大部分地但不一定是全部指定的内容(且包括指定的内容;例如,基本上90度包括90度,以及基本上平行包括平行),如由本领域普通技术人员所理解的那样。在任何公开的实施例中,术语“基本上(substantially)”,“大致(approximately)”和“约(about)”可由指定内容的“在[百分比]内”所取代,在此百分比包括0.1%,1%,
5%和10%。
[0011] 尽管没有描述或示出,一个实施例的一个或多个特征可被应用到其它实施例中,除非由本公开或实施例的性质明确禁止这样。
[0012] 与上述实施例和其它相关的细节呈现如下。附图说明
[0013] 图1-7示出车辆、以及车辆的各种单个组件和系统的示例性实施例。
[0014] 图8示出车辆的速度输入传感器的分解视图。
[0015] 图9示出用于车辆的转向轮位置传感器的安装组合件的分解视图。
[0016] 图10提供车辆的磁体和安装构件的俯视图,其中转向轮位置传感器被移除。
[0017] 图11提供转向轮位置传感器及相关安装组件的侧剖视图。
[0018] 图12提供用于使用包括电动驱动马达的驱动单元的实施例的示例性电气系统控制图的原理图。
[0019] 图13提供用于使用用于驱动单元的内燃发动机和静液压传动装置的实施例的示例性电气系统控制图的示意图。
[0020] 图14以可变的转向输入度示出多个几何变量的示意图。
[0021] 图15示意性示出具有一个可转向轮和两个可驱动轮的实施例。

具体实施方式

[0022] 附图中示出的车辆及其组件,除了在图12-15中的原理图和示意图之外,都是按比例绘制的。
[0023] 图1-7示出车辆10、以及车辆10的各种单个组件和系统的示例性实施例。例如,图1提供车辆10的透视图,而图2-3提供当车辆10车身被移除时可见的系统的视图。
[0024] 在该实施例中,车辆10包括左侧和右侧转向结构(例如,车轮)20,25以及左侧和右侧可驱动结构(例如,车轮)30,35。车辆10还包括转向组合件40,其包括联接到转向输入构件62的转向输入齿轮60。如图5中所示,在该示例性实施例中,转向组合件40还包括左侧齿轮构件50以及右侧齿轮构件55,所述右侧齿轮构件55与转向输入齿轮60啮合并可响应于转向输入齿轮60的转动而枢转。
[0025] 转向组合件40还包括左侧可驱动齿轮70,其通过左侧联动装置80联接到左侧齿轮构件50并与左侧从动齿轮90啮合。在所示的实施例中,左侧从动齿轮90联接到左侧转向轮20,这样该左侧转向轮20随同左侧从动齿轮90旋转(意味着两个一起旋转)。
[0026] 在所示的实施例中,转向组合件40还包括右侧可驱动齿轮75,其通过右侧联动装置85联接到右侧齿轮构件55并与右侧从动齿轮95啮合。在该实施例中,右侧从动齿轮95联接到右侧转向轮25,这样右侧转向轮随同右侧从动齿轮95旋转。
[0027] 在一些实施例中,转向组合件40可以是动辅助的。例如,转向组合件40可包括和/或联接到一个或多个致动器(例如,液压,电动,或任何其它合适类型的致动器),其允许致动器将力施加到转向组合件40上或施加到转向组合件40内(例如,经由转向输入齿轮60,右侧齿轮构件55,和/或左侧齿轮构件50),以减少在车辆操作期间用户转向和/或控制车辆方向所需要的力。
[0028] 在其它实施例中,转向可在无齿轮传动装置以及带有或不带有辅助动力的情况下来完成。例如,在一些实施例中,转向可通过气缸来完成。在其它实施例中,转向可通过凸轮和联动装置来完成。
[0029] 如图5中所示,转向组合件40还包括联接到左侧转向轮20的转向轮位置传感器100。在所示的实施例中,转向轮位置传感器100联接到中心销92,中心销92联接到左侧从动齿轮90,左侧从动齿轮90又经由托架94联接到左侧转向轮20。转向轮位置传感器100联接到电联接装置109,所述电联接装置109配置成联接到控制系统(在下文中更详细地描述)并通过电联接装置109(该联接装置可包括Molex MX-150连接器)提供适当的电信号
[0030] 转向轮位置传感器100配置成产生对应于左侧转向轮20的实际(而不是预期的或指令的)位置的信号。从而,并且例如,如果左侧转向轮20已向左侧枢转45度,则转向轮位置传感器100将产生对应于45度角度的信号。在某些实施例中,转向组合件40可包括联接到右侧转向轮25的转向轮位置传感器。在特定的实施例中,转向组合件40可包括联接到左侧转向轮20的一个转向轮位置传感器和联接到右侧转向轮25的另一个转向轮位置传感器。来自两个传感器之一的信号可用作指示所示车辆的两个转向轮之一的实际位置。在涉及具有两个或多个可转向结构和至少两个转向轮位置传感器的车辆的实施例中,所述系统可配置成对来自两者的信号采样,在一致性方面对它们进行比较,并以任何合适的方式解决任何一致性的缺乏。
[0031] 现在参照图6-8,车辆10还包括速度输入装置110,其配置成将速度输入(以大小和方向的形式)提供给分别联接到左侧可驱动轮30和右侧35可驱动轮的右侧驱动器单元120和左侧驱动单元125(图3)。在示出的实施例中,右侧驱动单元120和左侧驱动单元
125配置成电动马达,其通过相应的传动装置(例如,减速齿轮组)联接到可驱动轮,以及车辆10还包括电池电源150(图2),其配置成给左侧驱动单元120和右侧驱动单元125供电。在其它实施例中,左侧和右侧驱动单元例如可配置成具有或不具有液静压传动装置的一个或多个内燃发动机(参见图13)。在还有一些实施例中,左侧和右侧驱动单元可被气动驱动。在还有一些实施例中,左侧和右侧驱动单元可包括传动布置,该传动布置包括安装到公共轴的左侧和右侧变速器,诸如在序列号为12/523,718的美国专利申请(以公开号为
2010/024887的美国专利申请公布)中所公开的传动布置(或系统),该申请的图2-5以及其相应的描述通过引用并入本文。
[0032] 在所示的实施例中,右侧和左侧驱动单元120,125由电池电源150的前面电池组151和后面电池组152供电。图3示出一些电池组151和152被移除以使右侧驱动单元125可见的透视图。图4A提供了右侧驱动马达126a联接到右侧驱动单元125的传动装置126b的透视图,该传动装置126b联接到右侧轴127(更具体地,下弯式桥(drop axle))。右侧轴127联接到右侧轮毂128,右侧轮毂128配置成联接到右侧驱动轮35(图4A中未示出)。
图4B提供在传动装置126b内的减速齿轮的视图,并示出针对向前方向的旋转方向。
[0033] 在该实施例中,速度输入装置110包括联接到轴113的前进档踏板111和倒档踏板112。在示出的实施例中,车辆10包括速度输入传感器130,其配置成生成代表来自速度输入装置110的指令速度输入的信号。这种信号可指示至少速度本身,并且还可以指示方向。在该实施例中,轴113联接到杠杆构件114,杠杆构件114联接到联动装置115和速度输入传感器130的致动器臂133。如果前进档踏板111或倒档踏板112被踩下,轴113将旋转,并且导致杠杆构件114作用于联动装置115上。这将导致速度输入传感器130的致动器臂133移动。在其它实施例中,速度输入传感器130不位于图6中所示的位置下。例如,在其它实施例中,速度输入装置可采取单脚踏板或操纵杆(诸如可用手操作的一种)的形式,以及速度输入传感器可连接到这种结构或以其它方式内置到这种结构内。在其它实施例中,速度输入装置可采取下述系统的形式,利用一个或多个按钮(或触发器或开关)来增加和/或减小速度的系统,并且甚至更具体地,基于按钮被按下的次数和/或持续时间来增加和/或减小速度的系统,以及速度输入传感器可以是配置成处理这种命令并产生代表指令速度输入的信号的一种结构。
[0034] 现在具体参照图8,速度输入传感器130的分解视图示出致动器臂133,以及安装到托架135的一对传感器132和134。在该实施例中,传感器132和134是霍尔效应传感器以及一对磁体136联接到致动器臂133。在操作过程中,致动器臂133旋转(作为来自速度输入装置110的速度输入的结果),传感器132和134检测磁体136的旋转运动,并将对应于速度输入的大小和方向的电信号提供给控制单元140(在下面进一步详细地论述)。在其它实施例中,两个传感器读取相同的磁体。在操作具有本发明所示和所述实施例的控制系统的车辆之前,可使用校准程序,以使控制单元(下面将论述)知晓哪些传感器信号对应于完全前进速度踏板、完全倒退速度踏板以及完全中性速度踏板。控制单元,特别是车辆控制模(下面将论述)在三个校准点之间进行插入。如果来自这两个传感器的信号不匹配(例如,如果一个未插电),则车辆控制模块将不会允许车辆进行驱动,并且可以在操作员可见的显示屏上显示适当的消息(诸如传感器错误)。在其它实施例中,速度输入传感器130仅包括单个传感器,诸如单个的霍尔效应传感器。
[0035] 现在参照图9,示出用于转向轮位置传感器100的安装组合件的分解视图。在该实施例中,转向轮位置传感器100经由联接构件104安装到可调节的托架101。可调节托架101的远离转向轮位置传感器100的端部经由联接构件106安装到结构107(其连接到车辆底盘)。可调节的托架101包括槽103和允许可调节托架101的高度改变的调节构件105。
[0036] 在所示实施例中,磁体102联接到安装构件108,所述安装构件108联接到中心销92。在某些实施例中,安装构件108可被拧入到中心销92内,这样中心销92的旋转(以及借助于中心销92联接(例如,牢固连接)到其的磁轭使得左侧转向轮20的旋转)将导致安装构件108和磁体102旋转。可调节的托架101可以调节,以使转向轮位置传感器100和磁体102之间的距离处于所希望的间隙处。在某些实施例中,转向轮位置传感器100是霍尔效应传感器,以及传感器100和磁体102之间的所需间隙在大致0.025-0.035英寸之间。当前传感器的磁体可被键控和极化。此外,所用的霍尔效应传感器可被密封或以其它方式配置成限制其暴露于所述元件。霍尔效应传感器的替代包括其它角度位置传感器,诸如光学编码器和可变电阻器。
[0037] 图10提供了磁体102和安装构件108的俯视图,其中传感器100被移除。在具体的实施例中,如图10中所示,可希望使得磁体在特定方向上取向。
[0038] 图11提供了传感器100和相关的安装组件的侧剖视图。如图11的侧视图中所示,磁体102和传感器100之间的间隙可通过拧松调节构件105并升高或降低可调节托架101的联接有传感器100的部分来改变。当达到磁体102和传感器100之间的希望间隙时,调节构件105可被拧紧,这样可调节托架101的长度(例如,高度)固定。
[0039] 在一个示例性实施例中,控制单元140联接到转向轮位置传感器100、速度输入传感器130、以及左侧驱动单元120和右侧驱动单元125。在某些示例性实施例中,控制单元140包括车辆控制模块141和多个控制器142。控制单元140配置成根据至少对应于可转向轮20实际位置的信号(例如,由转向轮位置传感器100所产生的信号)以及代表指令速度输入的信号(例如由速度输入传感器130所产生的信号)来生成用于控制左侧驱动单元
120和右侧驱动单元125的信号。在特定实施例中,速度输入传感器130联接到轴113且配置成产生代表轴113实际位置的信号。
[0040] 例如,在左转弯的过程中,控制单元140可将控制信号(经由控制模块141和控制器142)提供给左侧驱动单元120,其导致左侧可驱动轮30以与右侧可驱动轮35相比较慢的速度旋转。在极端的左转弯情况下,控制单元140可将控制信号提供给左侧驱动单元120,其导致左侧可驱动轮30在与右侧可驱动轮35相反的方向上旋转,驱动车辆10以基本上零半径转弯。在某些实施例中,至少当速度输入装置110的前进档踏板111已移动到完全前进位置时,控制单元140能够降低位于极端转弯外侧上的可驱动轮的速度。
[0041] 虽然控制单元140示出(例如,图2)为车载于示例性车辆上,但在其它实施例中,控制单元140的一个或多个组件(诸如车辆控制模块141)可能不车载于车辆上。例如,这样的一个或多个组件可位于远离于车辆的结构(诸如控制站)上(或以其它方式包括所述结构)并且通过任何合适的手段诸如以无线的方式联接到控制单元140的平衡头(balance);本发明车辆的控制系统的包括这种控制单元的实施例可以机器人车辆控制系统或远程控制的车辆控制系统为特征,其中非车载的控制单元组件以其余控制单元组件都从属于其的主设备、系统或结构的一部分为特征。
[0042] 图12提供了用于利用包括电驱动马达(分别由右侧和左侧马达126a和121a代表)的驱动单元的实施例(例如,在图1-11中所示的实施例)的示例性电气系统控制图的示意图。如图12所示,控制模块141可连接到制动开关182(并且因此能够处理来自制动开关182的信号)、操作人员存在开关184、按键开关186以及充电器开关188。用于给马达126a和121a以及可选地切割刀片马达(cutting blade motor)供电的电池电源150可包括4个12伏免维护、-调节的铅酸蓄电池(East Penn;产品型号8A27M)。电池电源150可联接到充电器连接件180,充电器连接件180可联接到非车载充电系统。本领域的那些普通技术人员应当理解在使用一个或多个电驱动马达的实施例中,马达可针对车辆的尺寸、重量和速度能力适当地定制大小。如本领域的那些普通技术人员应当理解的,马达可电换向并配以适当的控制器。在一些实施例中,可以使用48伏的3相无刷直流永磁马达。在其它实施例中可使用其它电池和电动马达。
[0043] 图13提供了利用用于驱动单元的内燃发动机和静液压传动装置(和致动器,诸如线性致动器)的实施例的示例性电气系统控制图的示意图。如图13所示,控制模块141可连接到制动开关182(并且因此能够处理来自制动开关182的信号)、操作人员存在开关184和按键开关186。内燃发动机250连接到交流发电机230,所述交流发电机230可用于帮助保持电池充电(未示出)以便启动发动机。交流发电机可以(但不是必须)连接到控制器242,所述控制器242配置成发送用于控制所述左侧和右侧驱动单元220和225的信号,所述左侧和右侧驱动单元220和225包括分别联接到左侧和右侧静液压传动装置221b中和226b的相应左侧和右侧致动器221a和226a。
[0044] 图14示出处于可变转向输入角度下的多个几何变量的示意图(在下面的表中更详细地论述)。如图14中所示,左侧转向轮20和右侧转向轮25具有带有共同中心点29的转弯半径ri和ro。
[0045] 下面的表1中提供用于计算或测量表2-7中所出现的变量的公式,其中一些在图14中示出。
[0046] 公式:
[0047] Equations:
[0048] TRi=tan(90°-α)*y-orear
[0049] TRo=TRi+x
[0050] ri=SQRT(y2+(TRi+orear)2)-Ofront
[0051] ro=SQRT(y2+(TRo-Orear)2)+Ofront
[0052] ω=90-tan-1((TRo-Ofront)/y)
[0053] Axle Ratio=TRo/TRi
[0054] αu-turn=90-tan-1(orear/y)
[0055] αzero-turn=90-tan-1((-x/2+orear)/y)
[0056] MPHinside=Outside Wheel Speed/Axle Ratio
[0057] MPHoutside=
[0058] FullREV-((FullREV/2)/(αzero-turn-αslowdown)*(αcurrent-αslowdown)[0059] 表1
[0060] 其中:
[0061] rear为后;
[0062] front为前;
[0063] Axle Ratio为桥速比
[0064] Inside为内侧;
[0065] Outside为外侧;
[0066] Outside wheel speed为外侧轮速度;
[0067] turn为转弯;
[0068] Zero-Turn为零转弯;
[0069] Current为当前;
[0070] Full为完全;
[0071] Slow-down为减速;
[0072] 下面的表2提供了在表1和/或表3-7的公式中所使用变量的命名。
[0073] 命名:
[0074] Nomenclature:
[0075] x=Wheel Base(rear)
[0076] z=Wheel base(front)
[0077] y=Track Width
[0078] ofront=front wheel offset
[0079] orear=rear wheel offset
[0080] wtire=Front tire width
[0081] α=Steering angle inside front(°)
[0082] ω=Steering angle outside front(°)
[0083] TRi=Turning radius inside rear
[0084] TRo=Turning radius outside rear
[0085] ri=Turning radius inside front
[0086] ro=Turning radius outside rear
[0087] αu-turn=Inside wheelangle@a U Turn
[0088] αzero-turn=Inside wheel angle@a Zero Turn
[0089] MPHinside=Inside Rear Wheel Speed
[0090] MPHoutside=Outside rear Wheel Speed
[0091] αcurrent=Current Inside wheel angle(for calculation)
[0092] αsiowdown=Inside Wheel Angle at the point of outside
[0093] 表2
[0094] 其中:
[0095] wheel base(rear)为轴距(后)
[0096] wheel base(front)为轴距(前)
[0097] track width为履带宽度
[0098] front为前
[0099] front wheel offset前轮偏移
[0100] rear为后
[0101] rear wheel offset后轮偏移
[0102] tire为轮胎
[0103] Front tire width为前轮胎宽度
[0104] Steering angle inside front为内侧前部的转向角
[0105] Steering angle outside front为外侧前部的转向角
[0106] Turing radius inside rear为内侧后部的转弯半径
[0107] Turing radius outside rear为外侧后部的转弯半径
[0108] Turing radius inside front为内侧前部的转弯半径
[0109] Turing radius outside rear为外侧后部的转弯半径
[0110] Turn为转弯
[0111] Inside wheel angle为内侧轮角度
[0112] Zero-turn为零转弯
[0113] Inside wheel angle为内侧轮角度
[0114] Inside为内侧
[0115] inside rear wheel speed为内侧后轮速度
[0116] Outside为外侧
[0117] outside rear wheel speed为外侧后轮速度
[0118] current为当前
[0119] current inside wheel angle(for calculation)为当前内侧轮角度(用于计算)slowdown为减速
[0120] inside wheel angle at the point of outside为在外侧点处的内侧轮角度[0121] 下面的表3提供了表2中所示变量在完全前进速度输入下计算出的值,其中:
[0122]
[0123] 除非另有说明,否则在表3-7(以及前一段落中的图表)中,距离值以英寸表示,角度值以度表示,以及速度值以英里每小时表示。针对y,z,Wtire,Ofront,U-转弯(α)和零转弯(α)的值在于表3-7中保持不变,而前进速度和倒退速度是变化的。
[0124]
[0125] 表3
[0126] 其中:
[0127] Axle Ratio为桥速比;
[0128] Inside wheel speed为内侧轮速度;
[0129] Outside wheel speed为外侧轮速度
[0130] 下面的表4提供了表2中所示变量在半前进速度输入(例如,3.5英里每小时到-3.5英里每小时的完全倒退速度)下计算出的值。
[0131]
[0132] 表4
[0133] 其中:
[0134] Axle Ratio为桥速比;
[0135] Inside wheel speed为内侧轮速度;
[0136] Outside wheel speed为外侧轮速度
[0137] 下面的表5提供了表2中所示变量在中性速度输入(例如,0前进速度以及0倒退速度)下计算出的值。
[0138]
[0139] 表5
[0140] 其中:
[0141] Axle Ratio为桥速比;
[0142] Inside wheel speed为内侧轮速度;
[0143] Outside wheel speed为外侧轮速度
[0144] 下面的表6提供了表2中所示变量在完全倒退速度输入(例如,-3.5英里每小时的倒退输入)下计算出的值。
[0145]
[0146] 表6
[0147] 其中:
[0148] Axle Ratio为桥速比;
[0149] Inside wheel speed为内侧轮速度;
[0150] Outside wheel speed为外侧轮速度
[0151] 下面的表7提供了表2中所示变量在半倒退速度输入(例如,-1.75英里每小时的倒退输入)下计算出的值。
[0152]
[0153] 表7
[0154] 其中:
[0155] Axle Ratio为桥速比;
[0156] Inside wheel speed为内侧轮速度;
[0157] Outside wheel speed为外侧轮速度
[0158] 如上所示,内侧轮和外侧轮的旋转速度(其依据大小和方向提供)可基于转向轮20,25的角度和对可驱动轮30,35的速度输入来变化。
[0159] 如本领域的那些普通技术人员应当理解的那样,配置成用于具有两个可转向前轮和两个可驱动后轮的车辆(其是具有一个或多个可转向结构和一个或多个可驱动结构的车辆的一个实例)的控制单元140的实施例可基于上面的表1-7中的信息进行编程,以使得所述控制单元140可输出用于控制驱动单元(控制单元140联接到该驱动单元)的信号。
[0160] 对于本领域的那些普通技术人员而言,通过本公开的益处应当理解的是本控制单元的其它实施例可以以用于其它车辆配置的类似方式进行编程。例如,配置成用于具有一个可转向轮和两个可驱动轮(例如,一个可转向前轮223和两个可驱动后轮230和235,如图15中示意性示出的那样)的车辆的本发明控制单元的实施例可基于以下表中的信息进行编程。
[0161] 下面的表8中提供用于计算或测量表9-10中所出现的变量的公式,其中一些在图15中示出。
[0162] Equations:
[0163] orear=(x-z)/2
[0164] TRi=tan(90°-α)*y-orear
[0165] TRo=TRi+x
[0166] ri=SQRT(y2+(TRi+orear)2)-ofront
[0167] ro=SQRT(y2+(TRo-orear)2)+ofront
[0168] Axle Ratio=TRo/TRi
[0169] αu-turn=90-tan-1(orear/y)
[0170] αzero-turn=90-tan-1((-x/2+orear)/y)
[0171] MPHinside=Outside Wheel Speed/Axle Ratio
[0172] MPHoutside=
[0173] FullFWD-((FullFWD/2)/(αzero-turn-αslowdown)*(αcurrent-αslowdown)[0174] 表8
[0175] 其中:
[0176] Rear为后部;
[0177] Front为前部;
[0178] Axle Ratio为桥速比;
[0179] Turn为转弯;
[0180] Zero-Turn为零转弯;
[0181] Inside为内侧;
[0182] Outside wheel speed为外侧轮速度
[0183] Outside为外侧
[0184] Current为当前;
[0185] Full为完全;
[0186] Slowdown为减速
[0187] 下面的表9提供了用于在表8和/或表10的公式中所使用变量的命名。命名:
[0188] Nomenclature:
[0189] x=Wheel Base(rear)
[0190] z=Wheel base(front)(EQuALs ZERO FOR 3WHEELER)
[0191] y=Track Width
[0192] orear=rear wheel offset
[0193] α=Steering angle front wheel(°)
[0194] TRi=Turning radius inside rear
[0195] TRo=Turning radius outside rear
[0196] αu-turn=Front wheel angle@a U Turn
[0197] αzero-turn=Front wheel angle@a Zero Turn
[0198] MPHinside=Inside Rear Wheel Speed
[0199] MPHoutside=Outside rear Wheel Speed
[0200] αcurrent=Current Frontwheel angle(for calculation)
[0201] αslowdown=Front Wheel Angle at the point of outside wheel speed slow down
[0202] 表9
[0203] 其中:
[0204] Wheel base(rear)为轴距(后)
[0205] Wheel base(front)(equals zero for 3Wheeler)为轴距(前)(对于三个轮等于零)
[0206] Track width为履带宽度
[0207] Rear为后
[0208] rear wheel offset为后轮偏移
[0209] Steering angle front wheel为前轮转向角
[0210] Turing radius inside rear为内侧后部的转弯半径
[0211] Turing radius outside rear为外侧后部的转弯半径
[0212] Turn为转弯
[0213] Front wheel angle为前轮角度
[0214] Zero-turn为零转弯
[0215] Front wheel angle为前轮角度
[0216] Inside为内侧
[0217] Inside rear wheel speed为内侧后轮速度
[0218] Outside为外侧
[0219] Outside rear wheel speed为外侧后轮速度
[0220] current为当前
[0221] Current frontwheel angle(for calculation)为当前前轮角度(用于计算)[0222] Slowdown为减速
[0223] Front wheel angle at the point of outside wheel speed slow down为在外侧轮减速点处的前轮角度
[0224] 下面的表10提供了表9中所示变量在完全前进速度输入下计算出的值,其中:
[0225]
[0226] 除非另有说明,否则在表10以及前一段落中的图表中,距离值以英寸表示,角度值以度表示,以及速度值以英里每小时表示。需要注意的是,在配置成用于具有图15中所示轴距配置的乘坐式割草机的本发明控制单元的优选实施例中,控制单元可被编程,以使外侧轮保持相同速度直到可转向轮的转向角为至少50度,以减少铺草皮(turfing)。
[0227]
[0228] 表10
[0229] 其中:
[0230] Axle Ratio为桥速比;
[0231] Inside wheel speed为内侧轮速度;
[0232] Outside wheel speed为外侧轮速度;
[0233] Approaches infinity为接近无穷大
[0234] 在一些实施例中,车辆10可包括一个或多个太阳能电池板(例如,形成到和/或联接到车座上方的车顶或用户或操作人员可在车辆的操作过程中设置的车辆的其它部分)。这种太阳能电池板可经由任何适当的电路或其它连接而联接到和/或配置成联接到电池电源150(例如,和/或单独的电池)。
[0235] 上面的说明书和实例提供了结构的完整描述和示例性实施例的使用。虽然某些实施例在上文已经以一定程度的特定性或参照一个或多个单独实施例进行了描述,但是本领域的那些技术人员在不脱离本发明范围的情况下可对所公开的实施例做出许多改变。因此,本发明装置的各种示例性实施例并非旨在限定于所公开的特定形式。相反,它们包括落入权利要求书范围内的所有的变型和替代,且除了所示实施例之外的实施例可包括所示实施例的一些或所有特征。例如,虽然特定的托架和/或联动装置被示出为紧密靠近磁体定位传感器,但是应当理解的是可以使用其它定位设备和配置。
[0236] 作为另一实例,虽然已经示出和论述了具有可转向或可驱动结构的车辆,但是具有一个或多个可转向结构和一个或多个可驱动结构的车辆的其它实例是具有为可转向和可驱动的结构(例如,车轮)的那些,例如包括四轮车辆和三轮车辆。
[0237] 作为另一实例,组件可以组合成单一结构和/或连接件可被取代。此外,在适当情况下,上述任意实例的方面可与任意所述的其它实例的方面相结合,以便形成具有相当的或不同的特性且处理相同或不同问题的另外实施例。类似地,应当理解的是,上述的益处和优点可涉及一个实施例或者可涉及若干实施例。
[0238] 权利要求并不旨在包括且不应被解释为包括装置加功能或步骤加功能的限制,除非这种限制分别使用“用于……的装置”或“用于……的步骤”的语句在给定的权利要求中明确地限定。
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