CN100372696C - 水陆两用车辆的车轮传动装置 - Google Patents

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Abstract

水陆两用车辆(10)具有可收起的悬架系统。从动车轮的传动装置包括在驱动轴(5)的外侧端或车轮端的滑动CV万向节(7)，以及在驱动轴的内侧端或差速器端的固定CV万向节(3A)。驱动轴内侧端的固定万向节允许车轮在降低位置(允许最小地面间隙增加)，经由正常道路使用位置，到位于车辆吃水线以上的车轮收起位置之间运动。至少一个内侧CV万向节可以结合有驱动轴分离器(20)；这种分离器可以结合有同步啮合装置。该车辆可为具有纵向的或安装在中部的横向的原动机的滑行车；该原动机可为内燃机或燃料电池驱动的电动机。

Description

水陆两用车辆的车轮传动装置
技术领域
本发明涉及水陆两用车辆。
背景技术
众所周知，以US5,531,179(Roycroft)为例，水陆两用车辆具有可收起的悬架，从而当道路车辆在水上行驶时，车轮升高到吃水线以上。其减小了流体动力学阻力并使速度得以增加。因此水陆两用车辆可在滑行模式(planing mode)而不是排水(displacementmode)模式下运行。增速后的水上速度，比方说15节，与5节相比，有利于车辆的市场销售。然而，传动装置必须与可收起的悬架匹配，以下将对此予以说明。在整个本说明书中所用的术语“CV万向节”是指等速万向节，这是一种特殊形式的万向节，应用在车辆的传动装置中以在输入和输出轴之间的夹角范围内为输出轴提供基本恒定的转速。
发明内容
根据本发明的水陆两用车辆具有：车身，可收起的车轮，所述车轮安装在车身上，并设置为可从陆地模式中的较低的道路接合位置移动到海上模式中的较高的流线型位置，反之亦然，车轮中的至少一个可通过车轮驱动轴来驱动，车轮驱动轴可连接到车辆的原动机上，可驱动的车轮具有车轮传动装置，该车轮传动装置包括驱动轴，驱动轴包括内侧和外侧等速万向节，其特征在于，内侧万向节是固定或非滑动型类型，而外侧等速万向节是滑动型万向节。
优选地，至少两个车轮是可通过可连接到车辆的原动机(primemover)上的车轮驱动轴来驱动，可驱动车轮具有车轮传动装置，每个传动装置都包括驱动轴，各驱动轴包括内侧和外侧等速万向节，其特征在于，各内侧万向节是固定或非滑动类型，并且各外侧等速万向节是滑动式万向节。
在至少一个内侧等速万向节中可以结合有一个分离器(decoupler)。所述分离器还可包括同步啮合机构。
该水陆两用车辆可为滑行车，其具有沿横向安装在中部的原动机。可选地，其可装配纵向的原动机。
附图说明
接下来将参照附图对本发明以及背景技术进行描述，其中：
图1为常规的道路车辆从动和转向轮的传动装置的示意性纵向视图，其中车轮处于正常行驶高度；
图2与图1相类似，其中车轮处于最大颠簸状态；
图3为图1和图2中所示的常规道路车辆的从动和转向轮的传动装置的平面图；
图4为常规的滑动CV万向节的示意性截面图；
图5为适于以可收起的悬架的方式来使用的水陆两用车辆车轮传动装置的示意性的纵向视图；
图6示出根据本发明的水陆两用车辆的驱动轴和CV万向节；
图7示出根据本发明的优选实施例的水陆两用车辆的驱动轴和CV万向节，其结合有带有同步啮合件的分离器；以及
图8示出根据本发明的水陆两用车辆。
具体实施方式
在可收起悬架的开发中必须解决许多工程学问题。特别地，水陆两用车辆的从动轮的驱动轴在悬架运动平面旋转经过的角度明显大于正常的道路车辆中的角度。图1示出道路车辆的一个从动轮的传动装置的简图，这是一个沿车辆向前看的视图。标号1表示差速器，标号9表示车轮。驱动轴5上内侧的万向节，通常为CV(等速)万向节，用3指代，而外侧的万向节用7指代。从图1中可看出，对于通常的道路(车辆)悬架，颠落(bump)和弹起(rebound)的总体水平铰接角αR大约成50度，内侧万向节3必须可以在该角度内铰接。因为车轮9必须保持基本上垂直于路面，所以外侧的万向节7也必须沿同样的角铰接；但是如图2所示，其与内侧万向节是不同相的，该图中车轮9位于最大颠簸行程。
然而，在车轮9是转向轮的情况下，外侧万向节需要执行其他功能。图3为已知车轮传动装置的平面简图。如图所示，转向轮转过从右侧最大转向角处的位置9R到左侧最大转向角处的位置9L之间的夹角。因此，垂直旋转角β的范围可达到90度。当水平旋转角αR与垂直旋转角β结合在一起时，外侧CV万向节7的总铰接复合角将为大约120度。这说明了CV万向节运动的整个范围，例如从完全颠落且右侧最大转向到完全弹起且左侧最大转向的范围。
为了使左右车轮之间保持一致的轨迹尺寸，车轮驱动轴的有效长度必须可以随车轮上下移动而改变。这在典型的用前轮对车辆进行驱动和转向的道路车辆上可以通过将滑动式万向节作为内侧CV万向节，并且将固定万向节作为外侧CV万向节来实现。滑动万向节只可在有限的驱动轴角度范围内操作，这是因为当超过这些角度(αc，图4)时，驱动轴将接触外部轴套。固定万向节可沿更大的角度范围操作，因此其被用作外侧万向节以适应转向和悬架移位。之所以将滑动万向节用作内侧万向节还有另外一个原因。因为其比固定万向节体积更大，所以更容易靠近差速器，而不是轮毂处进行装配，在该轮毂处，滑动万向节要与许多其它部件争夺空间。而且，如果安装到轮毂处，其将增加不必要的簧下重量。
图5示出已知的水陆两用车辆的可收起悬架的简图。由于车轮9是可收起的，所以当进入以及离开水面时，与正常的道路车辆相比，车轮被升到远在正常的最大颠簸位置以上的位置，这增加了静态的“直轴”状态下的移位范围，以允许增大的离地间隙。因此，总铰接角αM可达到120度。如果车轮在收起时必须保持竖直，那么该范围甚至将更大。但从图中可以看出，车轮9在收起时垂直于驱动轴5，以保证其在车辆吃水线以上。
明显地，由于标准的车轮悬架的滑动内侧CV万向节只可以沿总角度αR铰接(图1)，因此将不允许可收起悬架所要求的移位范围，所以其不能用在带有可收起悬架的水陆两用车辆上的该位置中。滑动万向节也不能用在转向轮上的驱动轴的外侧端部，因为其操作角度的范围将不允许足够的最大转向角和悬架运动。所以对于发动机前装的、前轮驱动的带有可收起悬架的水陆两用车辆，在驱动轴任一端部应用滑动CV万向节均有相当大的困难。
如上面所述，水陆两用车辆优选地能够滑行。为了做到这一点，优选地，发动机靠近车辆的后部安装，以允许船艇(即该车辆)在水中“后坐(sit back)”。因此，水陆两用车辆将使其后轮作为从动轮；而作为后轮，其有可能是非转向的。因此，与道路车辆上的从动前轮相比，每个驱动轴上的各CV万向节的操作角度范围是颠倒的。
如果固定型CV万向节用在水陆两用车辆驱动轴的内侧端部，其将允许比在图1和图2中所示的现有技术的道路车辆悬架更大的驱动轴水平铰接范围。然而，固定型万向节没有超过其铰接限制，因为在驱动轴的内侧端部没有转向动作。在我们的公开号为WO02/14092的共同未决申请的图3中披露了一种滑行水陆两用车辆的传动布局。其示出发动机安装在中部、后轮驱动的水陆两用车辆上的内侧CV万向节，其与分离器相接合，从而当车辆在水上行驶时允许驱使车轮脱开。由于分离器应该刚性地安装以促进操作的平滑性，所以优选地，分离器应该用在这些车轮驱动轴的至少一个中的内侧驱动轴万向节上。
所披露的CV万向节还包括同步啮合装置，用于所述分离器的平滑接合与分离的。从该共同未决申请的图2中可以看出，这些万向节是固定型CV万向节。该设计就其本身而言是很灵巧的，但是没有解决在正常道路使用中，以及当收起车轮以允许在水面上滑行时，当悬架上下移动时如何适应各驱动轴的长度变化的问题。在各个轴的两个端部均应用固定型CV万向节也是可行的，这要使用分成两个部分的驱动轴，这两个部分以花键连接以允许轴长度的改变。该技术当前应用在高级运动型多功能车中，因此没有组成本发明权利要求的一部分。更简单、更便宜且体积更小的解决方案是在驱动轴的外侧端部应用滑动外侧CV万向节。由于水陆两用车辆上收起的车轮不必与路面保持垂直，并且在后轴上没有转向，所以，对车轮传动装置上的内侧CV万向节来说足够的铰接范围对于带有可收起悬架的水陆两用车辆的非转向轴上的外侧CV万向节来说也是足够的。
滑动CV万向节的大体积意味着车轮悬架的轮毂区域必须设计为用来容纳这些万向节。该缺陷以及伴随而来的轮毂区域中簧下重量的增加，在水陆两用车辆中，是可以接受的折衷，其中，该特殊特征从车辆开发计划开始时就必须被设计在其中并予以解决。
图6示出根据本发明的水陆两用车辆的驱动轴5。根据权利要求1，内侧CV万向节3邻近差速器，包括常规的固定CV万向节。外侧CV万向节7邻近车轮，且包括滑动万向节。该万向节包括位于销11、11A上的局部球形的辊12、12A，即使当如图所示驱动轴5转动一个角度时，该辊也可以通过在CV万向节7壳体中切挖出的轨道13、13A传输驱动力。通常提供3个轨道13，因此称为“三脚万向节(tripode joint)”。在该截面图中只可以看到这些轨道中的两个。
图7更详细地示出该滑动万向节，其还包括由卡扣(未显示)保持的防尘罩14、轮毂传动花键15、以及车轮安装凸部16。在这种情况下，内侧固定CV万向节3A包括带有同步啮合机构的分离器20。在该万向节中，滚动元件包括在轨道23和23A中的滚珠22和22A，标号24表示防尘罩。当驱动力被分离时，轴承27允许万向节3A的输出端32空转。轴承可以通过密封装置28防止吸入灰尘和水。轴承和密封装置由卡簧29和29A保持。第二密封装置30装配至输入轴31。如该图中所示，驱动被分离；为了耦合驱动，传动机构33(例如，其可为杆)从万向节3A中引出。如该图中所示，选择臂(selector arm)34将驱动环35向左拉动，以使该环与同步啮合机构锁环36相啮合。然后，锁环与轴套37相啮合，使输出端32产生速度并允许齿轮平滑地进行齿式啮合。在输出端32还可以装配一个同步锥体(synchrocone，未显示)。该分离器的更多细节可在我们的公开号为WO 02/14092A1的共同未决的PCT专利申请中找到。
图8示出根据本发明的带有可收起车轮9的水陆两用车辆10。车轮9的与道路接合的状态以实线示出，位于上部使车呈流线型的状态用虚线示出。这种带有可收起车轮的车辆可以很方便地设计成滑行车；并且适于装配横向的、安装在中部的发动机或其它原动机。
可以理解，对该传动装置的设计还可进行更改而不脱离本发明的精神和范围。特别地，通过将驱动轴外侧轴承放置在下部悬架连杆之前，可方便地找到用于大体积外侧滑动CV万向节的空间，如我们的申请号为GB0225493.6的共同未决的申请所述(这里一并提交)，其内容结合于此供参考。
尽管权利要求中的原动机可为内燃机，但也可为其它合适的驱动装置，例如由燃料电池中的电力所驱动的电动机。术语“车身”可意味着开放的构架、单壳车身(monocoque)或其它外壳(enclosure)

Claims (8)

1.一种水陆两用车辆，具有：车身，可收起的车轮，所述车轮安装在所述车身上，并设置为从陆地模式中的下部道路接合位置移动到海上模式中的上部流线型位置，所述车轮中的至少一个，可通过车轮驱动轴来驱动，所述车轮驱动轴可连接到所述车辆的原动机上；所述可驱动的车轮具有车轮传动装置，所述车轮传动装置包括驱动轴，所述驱动轴包括内侧和外侧等速万向节，其特征在于，所述内侧万向节是固定或非滑动类型，所述外侧等速万向节是滑动式万向节。
2.根据权利要求1所述的水陆两用车辆，其中，至少两个车轮可通过可连接到车辆原动机上的车轮驱动轴来驱动，每个车轮传动装置均包括驱动轴，每个驱动轴均包括内侧和外侧等速万向节。
3.根据权利要求1或2所述的水陆两用车辆，其中，在至少一个内侧等速万向节中结合有分离器。
4.根据权利要求3所述的水陆两用车辆，其中，所述分离器或各分离器结合有同步啮合机构。
5.根据上述权利要求1、2和4中任一项所述的水陆两用车辆，其中，所述车辆为滑行车，其装配有横向安装在中部的原动机。
6.根据上述权利要求3所述的水陆两用车辆，其中，所述车辆为滑行车，其装配有横向安装在中部的原动机。
7.根据权利要求1、2和4中任一项所述的水陆两用车辆，其中，所述车辆为滑行车，其装配有纵向的原动机。
8.根据权利要求3所述的水陆两用车辆，其中，所述车辆为滑行车，其装配有纵向的原动机。
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