CN103038124A - 全方位轮组件及全方位交通工具 - Google Patents

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Abstract

一种用于交通工具的全方位轮组件，包括轮(10)和至少一个下部悬吊连杆(20)及上部连接接头(30)，均能够被连接至交通工具，一旦连接至交通工具，轮(10)能够围绕由所述至少一个下部悬吊连杆(20)和所述上部连接接头(30)定位的枢轴线(90)旋转360°来转向交通工具，枢轴线(90)到包括穿过轮(10)和地面之间的接触点的垂直轴的垂直投影面上的投影与垂直轴一起定义后倾角，其特征在于，无论投影面的方向如何，全方位轮组件都包括能够在预定范围内调节后倾角的调节工具。

Description

全方位轮组件及全方位交通工具
本发明涉及轮组件并且尤其涉及全方位轮组件并涉及装备有这种全方位轮组件的电动全方位交通工具。
从现有技术已知通过不同方式提供全方位交通工具。例如，文献WO2010/150286描述一种五轮交通工具。每一个轮能够围绕枢轴线旋转360°，以使交通工具能够在所有方向上移动。由装备有电动机的中央轮驱动交通工具。前轮和后轮的枢轴线可能向前或者向后倾斜。由于枢轴线的位置导致轮胎上的不对称应力并且不给转向机构提供用于转向的任何自动对中，所以该交通工具展现了在横向方向上移动时的情况下具有不稳定行为的缺陷。因为当轮围绕枢轴线旋转时，牵引力还产生了对轮的额外拉回力，所以如果轮被驱动，则此现象更糟糕。此缺点导致安全问题，因为交通工具可能造成可能危及乘客的剧烈反应，在一些紧急情况中例如紧急逃离行为：轮在移动的新横向方向上将不具有稳定的位置并且这将对方向的改变产生负面反应。还应该指出，这种结构在轮胎上导致减少其寿命的增加磨损。所提出的中央轮展现出没有后倾角(caster angle)或者距离：其稳定性是在高速情形下是值得怀疑的。功率损耗的另一个来源是独特驱动的中央轮。如果需要增加提供的动力，则发动机将被扩大并且它的重量将显著地提高，导致在抵抗没有装弹簧的物体的诱导效应上产生问题。另一点是该中央的用动力推动的轮(powered wheel)使交通工具对道路情况非常敏感并且其牵引力可能容易降低，犹如独特用动力推动的轮满足减小的依附条件，没有其它用动力推动的轮将能够补偿牵引力的减小。最后，该交通工具展现出导致成本增加的技术复杂性，这是因为外围轮具有第一配置并且中央轮呈现另一种设计，以使部件不能被标准化以降低成本。
文献US 3 404 746描述了全方位交通工具的另一个实施例。该交通工具具有五个轮，位于角落处的四个旋转脚轮和由位于交通工具框架上的发动机驱动的一个360°转向轮。旋转脚轮的使用导致由于两个悬架臂以允许对轮垂直移动的技术复杂性。而且，为了具有恰当的稳定性，轮轴和转向接头之间的距离、尾部距离必须是重要的，并且于是组件需要大的自由空间以允许轮围绕枢轴线或者树状轴线旋转。这些缺陷众所周知并且这就是为什么此设计不被使用在汽车产业中并且受限于飞行器领域的原因。关于发动机，动力从发动机到轮的传送是复杂并且昂贵的。
本发明目标在于解决这些上述缺点并且针对首先提出一种无论交通工具的移动方向如何都能够提供强稳定性并且还具有将轮组件的稳定性实时地适应于交通工具行驶条件的能力的全方位轮组件。第二目标是提供将交通工具适应于用户的性能要求的能力。
在这一目标的指引下，本发明的第一方面是用于交通工具的全方位轮组件，包括轮和至少一个下部悬吊连杆(suspension link)及上部连接接头，二者均能够被连接至交通工具，一旦连接至交通工具，轮就能够围绕由所述至少一个下部悬吊连杆和所述上部连接接头定位的枢轴线旋转360°来使交通工具转向，枢轴线到包括穿过轮和地面之间接触点的垂直轴的垂直投影面上的投影与所述垂直轴一起定义后倾角，其特征在于，无论投影面的定向如何，全方位轮组件都包括能够在预定范围内调节后倾角的调节工具。由于后倾角能够被相应地调节，所以本发明给能够围绕其枢轴旋转360°的轮组件提供受控的稳定性。换句话说，根据本发明的全方位轮组件能够将后倾角调节到由轮围绕垂直轴以360°驾驶的方向。因此，由于没有由轮胎施加的背向力在交通工具的纵向方向上拉回轮，所以这种轮组件的稳定性被增强。由于施加的力将被降低，所以控制这种轮组件所必要的转向机构还可以被简化。使用本发明不仅提供增强的交通工具稳定性，而且允许在转向机构上的成本和重量减少。
有利地，调节工具能够将后倾角设置在对应于标准驾驶情况的第一预定值和对应于紧急驾驶情况的至少第二预定值。本发明提供调节后倾角以适应不同的运输情况(城市中或者高速公路上)的能力，以最优化交通工具的操作。换句话说，如果期望标准的舒适度和稳定性，则调节工具能够将后倾角的定向调节在第一值，或者如果需要最大的稳定性或者依附性，例如逃离碰撞的避祸行为，则调节工具能够将后倾角的定向调节成第二值。
有利地，调节工具能够在驾驶情况期间响应于与驾驶情况相关的控制来调节后倾角。因为响应于例如由交通工具的控制单元发送的命令而调节是实时地自动的，所以本发明简化了轮组件的使用。还可能在转向机构和调节工具之间具有机械链接，以提供自动调节功能。
理想地，调节工具能够调节上部连接接头的位置。由于枢轴线定向的调节是由上部连接接头的移动实现的，所以根据本发明的全方位轮组件容易使用。无需修改通常复杂的、笨重的且经受大力的下部悬吊连杆。考虑到施加到上部连接接头的低的力，上部连接接头是容易移动的。
有利地，上部连接接头包括能够围绕基准轴旋转的壳体(case)，进一步包括属于枢轴线的球形枢轴(ball pivot)，球形枢轴在离基准轴预定距离处安装在壳体中，并且壳体围绕基准轴的旋转能够调节后倾角。以360°来设置后倾角的值的本实施方式是经济的，这是因为属于枢轴线的球形枢轴被安装在偏心壳体中，并且偏心壳体的旋转将枢轴角度定向在适当的方向上。
理想地，预定距离是可调整的。本实施方式对调节做出两个不同的值，以经济且容易地设定。距离是将后倾角设置在期望值的距离。
有利地，全方位轮组件包括能够转向轮的转向机构。该组件可以直接包括转向机构，交通工具的其余部分将被简化。
有利地，全方位轮组件包括能够制动轮的制动器。该组件可以包括制动设备，以使，在请求时，容易调整由该组件提供的功能。
有利地，全方位轮组件包括能够围绕转轴旋转轮以将移动的力施加到交通工具上的至少一个电动机。模块化是完整的；同样地该组件可以给交通工具提供动力。该组件能够响应来自用户的不同要求，因为它可以转向、制动、或者给交通工具提供动力。容易使交通工具适应于用户需要。可预见地向公众提出一种用于城市或者夏季使用的具有一个用动力推动的轮的交通工具，并且如果客户想要提高动力或者如果依附性差而想要提高牵引能力的话，则供应用动力推动的轮组件以取代不用动力推动的轮组件，如其可以在冬季情况下的。
本发明还涉及一种交通工具，其包括至少四个如权利要求1至8中任一项所述的全方位轮组件，其特征在于，所述全方位轮组件中的两个是用动力推动的，每一个用动力推动的全方位轮组件包括能够使轮围绕转轴旋转以将移动的力施加到交通工具上的至少一个电动机，并且所述两个用动力推动的全方位轮组件被布置在交通工具上，以使当所有的全方位轮组件具有相同的定向时，由交通工具上的移动的力产生的力矩的垂直投影为零。根据本发明的交通工具包括根据第一方面的轮组件。因此，在所有的驾驶方向上甚至当交通工具在横向方向上移动时，交通工具的稳定性提高了。这在逃离驾驶行为、紧急情况中是特别重要的。而且，因为施加到交通工具上的零垂直扭矩，轮组件在交通工具上的布置简化了设计，在无论移动的方向如何时，不用动力推动的轮都将不必抵抗任何垂直扭矩。换句话说，在纯横向移动方向上，由于用动力推动的轮组件的布置，不用动力推动的轮不需要具有转向机构，因为在缺少交通工具上的垂直扭矩时，不必转向所有的轮。不用动力推动的轮可以是简单的自由轮并且因此，成本降低了。
有利地，所述两个用动力推动的全方位轮组件关于交通工具的中心点对称地定位。本实施方式有利地用于取消由牵引力产生的垂直扭矩。
本发明还涉及一种交通工具，其包括至少五个如权利要求1至8中任一项所述的全方位轮组件，其特征在于，所述全方位轮组件中的三个是用动力推动的，每一个用动力推动的全方位轮组件包括能够使轮围绕转轴旋转以将移动的力施加到交通工具上的至少一个电动机，并且所述三个用动力推动的全方位轮组件被布置在交通工具上，以使当所有的全方位轮组件具有相同的定向时，由交通工具上的移动的力产生的力矩的垂直投影为零。根据本发明的交通工具包括根据第一方面的轮组件。因此，在所有的驾驶方向上甚至当交通工具在横向方向上移动时，交通工具的稳定性提高了。在逃离驾驶行为、紧急情况中这是特别重要的。而且，由于施加到交通工具上的零垂直扭矩，轮组件在交通工具上的布置简化了设计，因为在无论移动的方向如何时，不用动力推动的轮都将不必抵抗任何垂直扭矩。换句话说，在纯横向方向上的移动中，由于用动力推动的轮组件的布置，不用动力推动的轮不需要具有转向机构，因为在缺少交通工具上的垂直扭矩时，不必转向所有的轮。不用动力推动的轮可以是简单的自由轮并且因此，成本降低了。
有利地，第一用动力推动的全方位轮组件位于交通工具的中心点并且其中两个其它的用动力推动的全方位轮组件关于第一用动力推动的全方位轮组件对称地定位。本实施方式有利地用于取消由牵引力产生的垂直扭矩。
本发明还涉及一种交通工具，其包括至少五个如权利要求9所述的全方位轮组件，其特征在于，所述全方位轮组件位于交通工具上，以使当所有的全方位轮组件具有相同的定向时，由交通工具上的移动的力产生的力矩的垂直投影为零。根据本发明的交通工具包括根据第一方面的轮组件。因此，在所有的驾驶方向上甚至当交通工具在横向或者倾斜方向上移动时，交通工具的稳定性提高了。这在逃离驾驶行为、紧急情况中是特别重要的。而且，由于施加到交通工具上的零垂直扭矩，轮组件在交通工具上的布置简化了设计，因为不管移动的方向如何，轮都将不必抵抗任何垂直扭矩。
本发明还涉及一种交通工具，其包括至少五个如权利要求1至8中任一项所述的全方位轮组件，其特征在于，所述全方位轮组件中的至少五个是用动力推动的，每一个用动力推动的全方位轮组件包括能够围绕转轴旋转轮以将移动的力施加到交通工具上的至少一个电动机，并且所述至少五个用动力推动的全方位轮组件被布置在交通工具上，以使当所有的全方位轮组件具有相同的定向时，由交通工具上的移动的力产生的力矩的垂直投影为零。根据本实施方式的交通工具被最优化用于大容量运输。其可以是公共汽车或者卡车，并且其在所有方向上移动的能力是真实的，如同由根据第一方面的轮组件提供的稳定性。现在使用本发明很容易在拥挤的城市情况中行驶或者停止交通工具用于装载或者卸载。还增强了长和/或重负载交通工具例如公共汽车或者拖车的安全性，这是因为后倾角的调节将改善它们的行为和制动性能以防止滑出去或者折裂的危险。
根据以下由附图示出的本发明特定的非限制性实施例的详细描述，本发明其它的特征和优势将更加清楚地显示，其中：
图1表示根据本发明的全方位轮组件的透视图；
图2表示图1的全方位轮组件的侧视图；
图3表示图1的全方位轮组件的前视图；
图4表示图1的全方位轮组件的局部视图；
图5表示根据本发明实施方式的交通工具的顶视图；
图6表示图5的交通工具的顶视图；
图7表示根据本发明另一个实施方式的交通工具的顶视图；
图8表示图7的交通工具的顶视图；
图1中所示的全方位轮组件包括安装在叉状物25上并且能够围绕枢轴线90旋转360°的轮10。该能力允许装备有这种全方位轮组件的交通工具在所有方向上转向。用户可以容易地转向交通工具，以停在狭窄入口的地段中或者在交通堵塞情况下移动。在此目标中，该组件装备有转向机构50，该转向机构包括与圆形转向机架接合的转向电动机51。另外，该组件还包括两个电动机60、65，用于将移动的力施加到交通工具上，虽然一个发动机可能足够，并且如果需要的话，还包括制动设备70，用于停止交通工具。悬架组件40包括与悬挂阻尼器相连的悬挂弹簧。该组件通过下部悬架臂20和上部连接接头30被连接到交通工具。这两个元件限定交通工具中的轮组件的几何体以及尤其后倾角，该后倾角为包括穿过轮胎与地面的接触点的垂直轴的垂直投影上的枢轴线90的投影。由于上部连接接头30能够通过围绕基准轴95旋转来移动枢轴线90的上部位置，因此本发明提供在所有方向上可调整的后倾角。为了允许枢轴线90的圆锥形移动，叉状物25通过枢轴接头被连接到下部悬架臂，该枢轴接头允许这两个部件之间的必要的三种旋转。
图2表示图1的全方位轮组件的侧视图。通过两个轴90和95之间的距离允许在任何方向上调节后倾角。安装在连接接头30的偏心部件中的枢轴线90的上部点91能够围绕基准轴95旋转。这样允许后倾角在所有方向上的调节。
图3是图1的全方位轮组件的前视图，显示了允许后倾角调节的轴90和95之间的距离。
图4详细地示出了上部连接接头30。枢转球32属于枢轴并且它的中心，点91是枢轴线90的上部点。枢转球32被安装在偏心壳体35中，其能够在电动机38的控制下围绕轴95旋转。两个轴90和95之间的距离，与偏心壳体35的角位置一起限定后倾角的值，该后倾角是枢轴线90到竖直投影面上的投影。由于偏心壳体35能够围绕基准轴95旋转，所以无论竖直投影线的方向如何，后倾角都是可调整的。一个变形还可以使得两个轴之间的距离可调整。因此，可以通过偏心壳体的旋转和/或通过改变轴90和95之间的距离来调节后倾角。
图5表示包括先前描述的全方位轮组件的全方位交通工具的顶视图。交通工具100包括四个轮10A、10B、10C、10D。这些轮中的两个被用动力推动，轮10A和10C。它们关于中心点110对称地布置，中心点110可以是重心。因此，两个用动力推动的轮组件10A、10C将移动的力作用到交通工具上，并且由于用动力推动轮10A、10C的对称布置，作用到交通工具的垂直力矩是零。
图6表示图5的全方位交通工具的顶视图，特别是在驾驶情况下。四个轮10A、10B、10C、10D被定向为相同的方向。这可能用于将交通工具移动到狭窄入口区域或者避免障碍。由于用动力推动轮10A、10C的对称布置，由施加到交通工具的移动的力产生的垂直力矩、稳定性被增强并且没有施加到交通工具的任何干扰力。这一点在紧急情况中是决定性的，在紧急情况中如果存在施加到交通工具的意外反作用力，则可能失去依附性。另外，由根据本发明第一方面的轮组件提供的后倾角的调节、交通工具在方向改变中的行为是安全的且增强的。
图7和图8表示根据本发明的五个全方位轮10A、10B、10C、10D、10E交通工具的顶视图，具有三个用动力推动的全方位轮10A、10C、10E。用动力推动的轮关于交通工具的中心点对称地布置：一个第一用动力推动的全方位轮10E被布置在中心点，并且两个其它的用动力推动的全方位轮关于中央轮对称地布置。获得了如图6描述的相同的稳定性优势，而且如果在差的依附条件下驾驶交通工具，交通工具具有更多的动力并且还具有对滑动更少的敏感性。
应当理解到，在如由所附权利要求限定的本发明的范围下，本领域技术人员可以进行明显的改进和/或修改。特别地，可以预见，在四个轮驱动的交通工具上使用本发明。关于后倾角的调节，可以计划使用线性活动接头来改变基准轴和枢轴线之间的距离。还可能自动地、独立地或者同时地控制装备在交通工具上的每一个轮组件的每一个后倾角。应当注意到，本发明还可以被用于双向转向交通工具。

Claims (15)

1.用于交通工具的全方位轮组件，包括轮(10)和至少一个下部悬吊连杆(20)及上部连接接头(30)，二者均能够被连接至所述交通工具，一旦连接至所述交通工具，所述轮(10)能够围绕由所述至少一个下部悬吊连杆(20)和所述上部连接接头(30)定位的枢轴线(90)旋转360°来使所述交通工具转向，所述枢轴线(90)到包括穿过所述轮(10)和地面之间的接触点的垂直轴的垂直投影面上的投影与所述垂直轴一起定义后倾角，其特征在于，无论所述投影面的定向如何，所述全方位轮组件都包括能够在预定范围内调节所述后倾角的调节工具。
2.根据权利要求1所述的全方位轮组件，其特征在于，所述调节工具能够将所述后倾角设置在对应于标准驾驶情况的第一预定值以及对应于紧急驾驶情况的至少第二预定值。
3.根据权利要求1或2所述的全方位轮组件，其特征在于，所述调节工具能够在驾驶情况期间响应于与驾驶情况相关的控制调节所述后倾角。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的全方位轮组件，其特征在于，所述调节工具能够调节所述上部连接接头(30)的位置。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的全方位轮组件，其特征在于，所述上部连接接头包括能够围绕基准轴(95)旋转的壳体(35)，还包括属于所述枢轴线(90)的球形枢轴(32)，其中所述球形枢轴(32)在离所述基准轴(95)预定的距离处安装在所述壳体(35)中并且所述壳体(35)围绕所述基准轴(95)的旋转能够调节所述后倾角。
6.根据权利要求5所述的全方位轮组件，其特征在于，所述预定的距离是可调整的。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的全方位轮组件，其特征在于，所述全方位轮组件包括能够使所述轮(10)转向的转向机构(50)。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的全方位轮组件，其特征在于，所述全方位轮组件包括能够制动所述轮(10)的制动器(70)。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的全方位轮组件，其特征在于，所述全方位轮组件包括能够使所述轮(10)围绕转轴旋转以将移动的力施加到所述交通工具上的至少一个电动机(60、65)。
10.交通工具(100)，包括至少四个如权利要求1至8中任一项所述的全方位轮组件(10A、10B、10C、10D)，其特征在于，所述全方位轮组件中的两个全方位轮组件(10A、10C)是用动力推动的，每一个用动力推动的全方位轮组件(10A、10C)包括能够使所述轮(10)围绕转轴旋转以将移动的力施加到所述交通工具(100)上的至少一个电动机(60、65)，并且所述两个用动力推动的全方位轮组件(10A、10C)被布置在所述交通工具(100)上，以使当所有的所述全方位轮组件(10A、10B、10C、10D)具有相同的定向时，由所述交通工具(100)上的移动的力产生的力矩的垂直投影为零。
11.根据权利要求10所述的交通工具，其特征在于，所述两个用动力推动的全方位轮组件(10A、10C)关于所述交通工具的中心点(110)对称地定位。
12.交通工具(100)，包括至少五个如权利要求1至8中任一项所述的全方位轮组件(10A、10B、10C、10D、10E)，其特征在于，所述全方位轮组件中的三个全方位轮组件(10A、10C、10E)是用动力推动的，每一个用动力推动的全方位轮组件(10A、10C、10E)包括能够使所述轮(10)围绕转轴旋转以将移动的力施加到所述交通工具(100)上的至少一个电动机(60、65)，并且所述三个用动力推动的全方位轮组件(10A、10C、10E)被布置在所述交通工具(100)上，以使当所有的全方位轮组件(10A、10B、10C、10D、10E)具有相同的定向时，由所述交通工具(100)上的移动的力产生的力矩的垂直投影为零。
13.根据权利要求12所述的交通工具(100)，其特征在于，第一用动力推动的全方位轮组件(10E)位于所述交通工具(100)的中心点，并且两个其它的用动力推动的全方位轮组件(10A、10C)关于所述第一用动力推动的全方位轮组件(10E)对称地定位。
14.交通工具，包括至少五个如权利要求9所述的全方位轮组件，其特征在于，所述全方位轮组件位于所述交通工具上，以使当所有的所述全方位轮组件具有相同的定向时，由所述交通工具上的移动的力产生的力矩的垂直投影为零。
15.交通工具，包括至少五个如权利要求1至8中任一项所述的全方位轮组件，其特征在于，所述全方位轮组件中的至少五个全方位轮组件是用动力推动的，每一个用动力推动的全方位轮组件包括能够使所述轮围绕转轴旋转以将移动的力施加到所述交通工具上的至少一个电动机，并且所述至少五个用动力推动的全方位轮组件被布置在所述交通工具上，以使当所有的所述全方位轮组件具有相同的定向时，由所述交通工具上的移动的力产生的力矩的垂直投影为零。
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