CN109353406A - 车辆转向侧倾装置及侧倾控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及车辆底盘技术领域，公开了一种车辆转向侧倾装置及侧倾控制方法，车辆转向侧倾装置由侧倾机构和转向机构组成，转向机构的左、右转向大臂分别与侧倾机构的左、右转向节成定角度固连，两机构共用车身和左、右转向节主轴，由左转向小臂与左转向大臂绕臂轴线自适应相对转动、以及右转向小臂与右转向大臂绕臂轴线自适应相对转动，实现了车辆转向与车身侧倾独立控制，车辆行驶过程中可以实现转向侧倾、独立侧倾或独立转向三种工况，车辆轴距不变；应用于车辆转向时车身主动侧倾，以便车辆在过弯时或者驶过倾斜路面时自动倾斜一定角度来抵抗离心力或侧翻力，以保持稳定的行驶姿态。

Description

车辆转向侧倾装置及侧倾控制方法

技术领域

本发明涉及一种车辆转向侧倾装置及侧倾控制方法，属于车辆底盘技术领域，特别涉及车身侧倾条件下的车辆转向技术范畴。

背景技术

主动侧倾控制系统通过控制车辆在转弯时向转弯内侧倾斜程度，提高了车辆转弯时的操纵稳定性、平顺性、通行速度和安全性；车身侧倾技术可以使车辆在过弯时或者驶过倾斜路面时自动倾斜一定角度来抵抗离心力，以保持稳定的行驶姿态，车身侧倾通常由车身独立侧倾、车身和车轮联动侧倾两种方式实施，前者车身独立侧倾方式，车身侧倾与车辆转向运动独立进行、互不干涉，可以采用任意的转向机构，但车辆转弯时的操纵稳定性、平顺性稍差；后者车身和车轮联动侧倾方式，车身侧倾与车辆转向运动相互影响，车辆转弯时的操纵稳定性、平顺性和安全性较好，但需要采用两轮独立转向或四轮独立转向技术，采用液压驱动、伺服控制转向车轮或者伺服电机驱动、控制转向车轮满足阿克曼转向条件；而结构简单、工作可靠的等腰梯形转向机构，不满足车辆转向、侧倾条件下的转向技术要求，不能直接应用。申请号为 201310395533.X，名称为“轮距调整转向联动机构”的发明专利，提供了在同一运动平面内轮距调整机构与等腰梯形转向机构联动技术方案，实现了轮距调整与车辆转向独立控制，应用于可调整轮距车辆的转向系统；对于车辆转向侧倾技术，由于转向机构运动平面为车身水平面，车辆梯形转向机构布置于车身水平面内，而车身侧倾机构运动平面为车身横垂面或纵垂面，通常车身侧倾机构布置于车身横垂面内，探索非同一平面内车身侧倾机构和车辆转向机构联动、独立控制原理具有理论意义和实用价值。

发明内容

本发明目的是要提供一种车辆转向侧倾装置及侧倾控制方法，实现车辆转向与车身侧倾独立控制，应用于车辆转向时车身主动侧倾，以便车辆在过弯时或者驶过倾斜路面时自动倾斜一定角度来抵抗离心力或侧翻力，以保持稳定的行驶姿态。

为了达到本发明的目的所采取的技术方案包括：车辆转向侧倾装置由侧倾机构和转向机构组成；

上述的侧倾机构包括：右悬架ABCDEP由右下拉杆2、右转向节主轴4、右上拉杆6、右摆杆8和右减震器10各端点顺序转动连接构成，右减震器10另一端与右上拉杆6中部转动连接，各相对转动轴线平行且垂直于右悬架ABCDEP所在平面，右转向节12与右转向节主轴4绕其轴线BC转动连接，右转向节 12联接右车轮14并控制其方向；左悬架FGHIJQ由左下拉杆3、左转向节主轴5、左上拉杆7、左摆杆9 和左减震器11各端点顺序转动连接构成，左减震器11另一端与左上拉杆7中部转动连接，各相对转动轴线平行且垂直于左悬架FGHIJQ所在平面，左转向节13与左转向节主轴5绕其轴线GH转动连接，左转向节13联接左车轮15并控制其方向；车身1右侧与右悬架ABCDEP的右下拉杆和右上拉杆端点A、D转动连接，车身1左侧与左悬架FGHIJQ的左下拉杆和左上拉杆端点F、I转动连接，右悬架ABCDEP与左悬架FGHIJQ位于同一车身横垂面内，平衡杆16一端与右悬架ABCDEP在E点转动连接、另一端与左悬架 FGHIJQ在J点转动连接，形成侧倾机构；侧倾机构在同一车身横垂面内形成车身矩形ADIF和三个平行四边形DEJI、ABCD、FGHI，各平行四边形的形态由致动角α＝∠EDI或α＝∠JID控制，右上拉杆6与左上拉杆7长度相等，右减震器10与左减震器11长度相等、性能相同，右车轮14与左车轮15半径相等，当α≠90°时左、右车轮相对车身等距离反向平行移动，相对地面左、右车轮侧倾角相等且等于车身侧倾角β，当α＝90°时β＝0、侧倾机构关于车身中央纵垂面左右对称，获得侧倾机构车身侧倾角β与致动角α关系的侧倾函数β＝f(α)；

上述的转向机构包括：侧倾机构中的右转向节主轴4和右转向节12、侧倾机构中的左转向节主轴5和左转向节13、连杆17、右转向大臂18、右转向小臂20、左转向大臂19、左转向小臂21，右转向节主轴4 和右转向节12交点M，右转向大臂18与右转向节12成角固连、共同绕轴线BC转动，右转向小臂20与右转向大臂18绕臂轴线MS转动连接、形成右转向臂；左转向节主轴5和左转向节13交点N，左转向大臂19与左转向节13成同一角固连、共同绕轴线GH转动，左转向小臂21与左转向大臂19绕臂轴线NT转动连接、形成左转向臂；连杆17两端分别与右转向小臂20的S点和左转向小臂21的T点球铰链联接，左转向臂与右转向臂长度相等、即NT＝MS，形成转向机构；当侧倾机构中的α＝90°时，转向机构位于车身水平面内，转向角θ＝0时，转向机构为等腰梯形MSTN，两底角相等、均为车辆直线行驶；转向角θ≠0时，转向机构两底角不相等，外车轮偏转角θ_e和内车轮偏转角θ_i满足阿克曼转向条件，车辆转向行驶；当侧倾机构中的α≠90°时，左转向臂的左转向小臂21与左转向大臂19绕臂轴线 NT自适应相对转动、右转向臂的右转向小臂20与右转向大臂18绕臂轴线MS自适应相对转动，转向角θ＝0 时，转向机构为车身水平面内投影等腰梯形MSTN、两底角相等，车辆侧倾、直线行驶；转向角θ≠0时，转向机构在车身水平面内投影两底角不相等，外车轮偏转角θ_e和内车轮偏转角θ_i近似满足阿克曼转向条件，车辆侧倾、转向行驶；

转向机构的左、右转向大臂分别与侧倾机构的左、右转向节成定角度固连，两机构共用车身和左、右转向节主轴，实现车身侧倾与车辆转向独立控制，形成车辆转向侧倾装置。

上述的侧倾机构，去掉平衡杆16、由摆杆22替换左摆杆9和右摆杆8，同样实现侧倾功能、满足侧倾函数β＝f(α)，包括：右悬架ABCDPE由右下拉杆2、右转向节主轴4、右上拉杆6各端点顺序转动连接、以及右减震器10一端与右上拉杆6中部P点转动连接构成，各相对转动轴线平行且垂直于右悬架ABCDPE 所在平面，右转向节12与右转向节主轴4绕其轴线BC转动连接，右转向节12联接右车轮14并控制其方向；左悬架FGHIQJ由左下拉杆3、左转向节主轴5、左上拉杆7各端点顺序转动连接、以及左减震器11 一端与左上拉杆7中部Q点转动连接构成，各相对转动轴线平行且垂直于左悬架FGHIQJ所在平面，左转向节13与左转向节主轴5绕其轴线GH转动连接，左转向节13联接左车轮15并控制其方向；摆杆22上部分别与右减震器10另一端E点以及左减震器11另一端J点转动连接，E、J之间距离e≥0，e＝0时E、 J重合，摆杆22下端与车身1中央纵垂面上U点转动连接，车身1右侧与右悬架ABCDPE的右下拉杆和右上拉杆端点A、D转动连接，车身1左侧与左悬架FGHIQJ的左下拉杆和左上拉杆端点F、I转动连接，右悬架ABCDPE与左悬架FGHIQJ位于同一车身横垂面内，DU＝UI，形成单摆杆侧倾机构；单摆杆侧倾机构在同一车身横垂面内形成车身矩形ADIF和两个平行四边形ABCD、FGHI，各平行四边形的形态由致动角α控制，右上拉杆6与左上拉杆7长度相等，右减震器10与左减震器11长度相等、性能相同，右车轮14与左车轮15半径相等，当α≠90°时左、右车轮相对车身反向平行移动，相对地面左、右车轮侧倾角相等且等于车身侧倾角β，当α＝90°时β＝0、单摆杆侧倾机构关于车身中央纵垂面左右对称，满足侧倾函数β＝f(α)；

上述的车辆转向侧倾装置中，致动角α是由致动器产生，致动器选用电磁式致动器、或者机电式致动器、或者电液式致动器；由致动角α确定侧倾机构位置，通过侧倾函数β＝f(α)，获得车身侧倾角β。

上述的车辆转向侧倾装置中，转向角θ是由转向器产生，转向器选用齿轮齿条转向器、或者蜗杆曲柄销式转向器、或者循环球式转向器；由转向角θ确定转向机构位置，对应外车轮偏转角θ_e、内车轮偏转角θ_i，满足阿克曼转向条件，获得车辆转弯半径R。

一种车辆侧倾控制机构，由车辆转向侧倾装置中保留侧倾机构部分、去掉转向机构部分形成，包括：右悬架ABCDEP由右下拉杆2、右转向节主轴4、右上拉杆6、右摆杆8和右减震器10各端点顺序转动连接构成，右减震器10另一端与右上拉杆6中部转动连接，各相对转动轴线平行且垂直于右悬架ABCDEP 所在平面，右转向节12与右转向节主轴4固连，右转向节12联接右车轮14；左悬架FGHIJQ由左下拉杆 3、左转向节主轴5、左上拉杆7、左摆杆9和左减震器11各端点顺序转动连接构成，左减震器11另一端与左上拉杆7中部转动连接，各相对转动轴线平行且垂直于左悬架FGHIJQ所在平面，左转向节13与左转向节主轴5固连，左转向节13联接左车轮15；车身1右侧与右悬架ABCDEP的右下拉杆和右上拉杆端点A、D转动连接，车身1左侧与左悬架FGHIJQ的左下拉杆和左上拉杆端点F、I转动连接，右悬架ABCDEP 与左悬架FGHIJQ位于同一车身横垂面内，平衡杆16一端与右悬架ABCDEP在E点转动连接、另一端与左悬架FGHIJQ在J点转动连接，形成车辆侧倾控制机构；车辆侧倾控制机构在同一车身横垂面内形成车身矩形ADIF和三个平行四边形DEJI、ABCD、FGHI，各平行四边形的形态由致动角α＝∠EDI或α＝∠JID 控制，右上拉杆6与左上拉杆7长度相等，右减震器10与左减震器11长度相等、性能相同，右车轮14 与左车轮15半径相等，当α≠90°时左、右车轮相对车身等距离反向平行移动，相对地面左、右车轮侧倾角相等且等于车身侧倾角β，当α＝90°时β＝0、车辆侧倾控制机构关于车身中央纵垂面左右对称，满足侧倾函数β＝f(α)。

由一组车辆转向侧倾装置和一组车辆侧倾控制机构在同一车身上按照给定的轴距L前后布置、共用同一车身中央纵垂面，轮距相等，双后轮驱动，同步侧倾控制，构成具备前轮转向、后轮驱动、全轮侧倾特征的两轮驱动主动侧倾车辆。

由两组相同的车辆转向侧倾装置在同一车身上按照给定的轴距L前后布置、共用同一车身中央纵垂面，四轮驱动，同步侧倾控制，构成具备全轮转向、全轮驱动、全轮侧倾特征的四轮驱动主动侧倾车辆；具备附着力大，转弯半径小，地面适应性好特点。

由一组车辆转向侧倾装置前置，在同一车身上按照给定的轴距L单轮后置、共用同一车身中央纵垂面，后轮驱动，构成具备前轮转向、后轮驱动、倒三轮特征的单轮驱动主动侧倾车辆；具备体积小，机动、灵活特点。

设转向节主轴距离K、车速v、重力加速度g，车辆转向侧倾装置为双自由度运动系统，车身侧倾与车辆转向可以独立进行、也可同时完成，因此，车辆行驶过程中可以实现转向侧倾、独立侧倾或独立转向三种运行模式：①车辆高速行驶转弯时，给出转向角θ，由转向器驱动转向机构获得外车轮偏转角θ_e、内车轮偏转角θ_i，满足阿克曼转向条件：cot(θ_e)-cot(θ_i)＝K/L，转弯半径R＝Lcot(θ_i)+K/2，转弯时力平衡条件：mg×tanq＝mv×v/R，由tanq＝v×v/(gR)解出重心侧倾角q，获得了重心侧倾角q与转向角θ、车速v的函数关系q＝h(θ，v)，取车身侧倾角β＝q，由侧倾函数β＝f(α)解出致动角α，由致动器产生致动角α驱动侧倾机构，实现车身侧倾、抵抗转弯离心力，以保持车辆高速行驶的稳定性，侧倾过程中车辆轴距L不变；②车辆在横向坡度地面行驶时，由倾角传感器动态读取地面横向坡度角p，取车身侧倾角β＝-p，由侧倾函数β＝f(α)解出致动角α，由致动器产生致动角α驱动侧倾机构，实现车身侧倾、抵抗地形变化引起车辆侧翻力，以保持车辆稳定的行驶姿态，侧倾过程中车辆轴距L不变；③车辆低速行驶时，取α＝90°、β＝0，在一定范围内θ可以任意取值，由转向器驱动转向机构，获得相对应的外车轮偏转角θ_e、内车轮偏转角θ_i，满足阿克曼转向条件，实现低速行驶、转向不侧倾，以保持车辆行驶平顺性。

车辆侧倾控制方法包括：

①、车辆高速行驶转弯时，给出转向角θ，由转向器驱动转向机构，获得外车轮偏转角θ_e、内车轮偏转角θ_i，满足cot(θ_e)-cot(θ_i)＝K/L，求得转弯半径R＝Lcot(θ_i)+K/2；

②、满足转弯时力平衡条件：mg×tanq＝mv×v/R，由tanq＝v×v/(gR)解出重心侧倾角q；

③、取车身侧倾角β＝q，由侧倾函数β＝f(α)解出致动角α；

④、由致动器产生致动角α，驱动侧倾机构，实现车身侧倾角β；

⑤、车辆在横向坡度地面行驶时，由倾角传感器动态读取地面横向坡度角p，取车身侧倾角β＝-p，由侧倾函数β＝f(α)解出致动角α，由致动器产生致动角α，驱动侧倾机构，实现车身侧倾角β；

⑥、车辆低速行驶时，取α＝90°、β＝0，在一定范围内θ可以任意取值，由转向器驱动转向机构，获得相对应的外车轮偏转角θ_e、内车轮偏转角θ_i，满足阿克曼转向条件，实现低速行驶、转向不侧倾。

本发明的有益效果在于，所提出的一种车辆转向侧倾装置及侧倾控制方法，实现了车辆转向与车身侧倾独立控制，侧倾过程中车辆轴距不变，车辆行驶过程中可以实现转向侧倾、独立侧倾或独立转向三种工况；应用于车辆转向时车身主动侧倾，以便车辆在过弯时或者驶过倾斜路面时自动倾斜一定角度来抵抗离心力或侧翻力，以保持稳定的行驶姿态。

附图说明

图1为侧倾机构简图；

图2为转向机构简图；

图3为车辆转向侧倾装置组成原理图；

图4为单摆杆侧倾机构简图；

图5为车辆侧倾控制机构简图；

图6为车辆转向侧倾装置侧倾工作原理图；

图7为车辆转向侧倾装置转向工作原理图；

图8为车辆转向侧倾装置横坡侧倾行驶原理图；

图9为两轮驱动主动侧倾车辆组成原理图；

图10为四轮驱动主动侧倾车辆组成原理图；

图11为单轮驱动主动侧倾车辆组成原理图；

图12为车辆侧倾控制方法流程图。

图中：1--车身，2--右下拉杆，3--左下拉杆，4--右转向节主轴，5--左转向节主轴，6--右上拉杆， 7--左上拉杆，8--右摆杆，9--左摆杆，10--右减震器，11--左减震器，12--右转向节，13--左转向节， 14--右车轮，15--左车轮，16--平衡杆，17--连杆，18--右转向大臂，19--左转向大臂，20--右转向小臂， 21--左转向小臂，22--摆杆。

具体实施方式

下面根据附图对本发明的实施例进行描述。

车辆转向侧倾装置由侧倾机构和转向机构组成(如图3所示)；

图1所示的侧倾机构简图，侧倾机构包括：右悬架ABCDEP由右下拉杆2、右转向节主轴4、右上拉杆6、右摆杆8和右减震器10各端点顺序转动连接构成，右减震器10另一端与右上拉杆6中部转动连接，各相对转动轴线平行且垂直于右悬架ABCDEP所在平面，右转向节12与右转向节主轴4绕其轴线BC转动连接，右转向节12联接右车轮14并控制其方向；左悬架FGHIJQ由左下拉杆3、左转向节主轴5、左上拉杆7、左摆杆9和左减震器11各端点顺序转动连接构成，左减震器11另一端与左上拉杆7中部转动连接，各相对转动轴线平行且垂直于左悬架FGHIJQ所在平面，左转向节13与左转向节主轴5绕其轴线 GH转动连接，左转向节13联接左车轮15并控制其方向；车身1右侧与右悬架ABCDEP的右下拉杆和右上拉杆端点A、D转动连接，车身1左侧与左悬架FGHIJQ的左下拉杆和左上拉杆端点F、I转动连接，右悬架ABCDEP与左悬架FGHIJQ位于同一车身横垂面内，平衡杆16一端与右悬架ABCDEP在E点转动连接、另一端与左悬架FGHIJQ在J点转动连接，形成侧倾机构；

其中：车身1铰链点A、D与F、I关于车身中央纵垂面对称，且AF＝DI，右转向节主轴长BC＝AD，左转向节主轴长GH＝FI，平衡杆长EJ＝DI，右下拉杆与右上拉杆等长、AB＝CD，左下拉杆与左上拉杆等长、FG＝HI，右摆杆与左摆杆等长、DE＝IJ；侧倾机构在同一车身横垂面内形成车身矩形ADIF和三个平行四边形DEJI、ABCD、FGHI，各平行四边形的形态由致动角α＝∠EDI或α＝∠JID控制，右上拉杆6与左上拉杆7长度相等，右减震器10与左减震器11长度相等、性能相同，右转向节12与左转向节13长度相等，右车轮14与左车轮15半径相等，当α≠90°时左、右车轮相对车身等距离反向平行移动，相对地面左、右车轮侧倾角相等且等于车身侧倾角β(如图6所示)，当α＝90°时β＝0、侧倾机构关于车身中央纵垂面左右对称，获得侧倾机构车身侧倾角β与致动角α关系的侧倾函数β＝f(α)。

图2所示的转向机构简图，转向机构包括：侧倾机构中的右转向节主轴4和右转向节12、侧倾机构中的左转向节主轴5和左转向节13、连杆17、右转向大臂18、右转向小臂20、左转向大臂19、左转向小臂 21，右转向节主轴4和右转向节12交点M，右转向大臂18与右转向节12成角固连、共同绕轴线BC 转动，右转向小臂20与右转向大臂18绕臂轴线MS转动连接、形成右转向臂；左转向节主轴5 和左转向节13交点N，左转向大臂19与左转向节13成同一角固连、共同绕轴线GH转动，左转向小臂21与左转向大臂19绕臂轴线NT转动连接、形成左转向臂；连杆17两端分别与右转向小臂20的s点和左转向小臂21的T点球铰链联接，左转向臂与右转向臂长度相等、即NT＝MS，形成转向机构；

转向机构中：当侧倾机构中的α＝90°时，转向机构位于车身水平面内，转向角θ＝0时，转向机构为等腰梯形MSTN，两底角相等、均为车辆直线行驶；转向角θ≠0时，转向机构两底角不相等，外车轮偏转角θ_e和内车轮偏转角θ_i满足阿克曼转向条件，车辆转向行驶(如图7所示)；当侧倾机构中的α≠90°时，左转向臂的左转向小臂21与左转向大臂19绕臂轴线NT自适应相对转动、右转向臂的右转向小臂20与右转向大臂18绕臂轴线MS自适应相对转动，转向角θ＝0时，转向机构为车身水平面内投影等腰梯形MSTN、两底角相等，车辆侧倾、直线行驶；转向角θ≠0时，转向机构在车身水平面内投影两底角不相等，外车轮偏转角θ_e和内车轮偏转角θ_i近似满足阿克曼转向条件，车辆侧倾、转向行驶。

图3所示的车辆转向侧倾装置组成原理图，转向机构的左、右转向大臂分别与侧倾机构的左、右转向节成定角度固连，两机构共用车身和左、右转向节主轴；右转向小臂相对右转向大臂绕臂轴线MS自转、右转向小臂与右转向大臂共同绕轴线BC公转，左转向小臂相对左转向大臂绕臂轴线NT自转、左转向小臂与左转向大臂共同绕轴线GH公转，左、右转向小臂双自由度运动，所对应两个独立运动分别为：致动角α改变引起车身横垂面内的侧倾运动，转向角θ改变引起转向机构MSTN变形，驱动左、右车轮分别绕左、右转向节主轴转动，实现车身侧倾与车辆转向独立控制，形成车辆转向侧倾装置。

车辆转向侧倾装置中，致动角α是由致动器产生，致动器选用电磁式致动器、或者机电式致动器、或者电液式致动器；致动器输出轴驱动车辆转向侧倾装置的右摆杆8绕D点、或者左摆杆9绕I点相对车身1转动，由致动角α确定侧倾机构位置，通过侧倾函数β＝f(α)，获得车身侧倾角β。转向角θ是由转向器产生，转向器选用齿轮齿条转向器、或者蜗杆曲柄销式转向器、或者循环球式转向器；转向器输出轴驱动车辆转向侧倾装置的连杆17中点相对车身1运动，由转向角θ确定转向机构位置，对应外车轮偏转角θ_e、内车轮偏转角θ_i，满足阿克曼转向条件，获得车辆转弯半径R。

图4所示的单摆杆侧倾机构简图，是车辆转向侧倾装置中另一种侧倾机构，其功能相同、结构简单；图1所示的侧倾机构中，去掉平衡杆16、由摆杆22替换左摆杆9和右摆杆8，同样实现侧倾功能、满足侧倾函数β＝f(α)，包括：右悬架ABCDPE由右下拉杆2、右转向节主轴4、右上拉杆6各端点顺序转动连接、以及右减震器10一端与右上拉杆6中部P点转动连接构成，各相对转动轴线平行且垂直于右悬架 ABCDPE所在平面，右转向节12与右转向节主轴4绕其轴线BC转动连接，右转向节12联接右车轮14 并控制其方向；左悬架FGHIQJ由左下拉杆3、左转向节主轴5、左上拉杆7各端点顺序转动连接、以及左减震器11一端与左上拉杆7中部Q点转动连接构成，QI＝PD，各相对转动轴线平行且垂直于左悬架 FGHIQJ所在平面，左转向节13与左转向节主轴5绕其轴线GH转动连接，左转向节13联接左车轮15并控制其方向；摆杆22上部分别与右减震器10另一端E点以及左减震器11另一端J点转动连接，E、J之间距离e≥0，摆杆22下端与车身1中央纵垂面上U点转动连接，EJU是EJ为底边的等腰三角形，e＝0时E、J重合、等腰三角形转化为一直线段，车身1右侧与右悬架ABCDPE的右下拉杆和右上拉杆端点A、 D转动连接，车身1左侧与左悬架FGHIQJ的左下拉杆和左上拉杆端点F、I转动连接，右悬架ABCDPE 与左悬架FGHIQJ位于同一车身横垂面内，DU＝UI，形成单摆杆侧倾机构，满足侧倾函数β＝f(α)；

其中：车身1铰链点A、D与F、I关于车身中央纵垂面对称，且AF＝DI，右转向节主轴长BC＝AD，左转向节主轴长GH＝F1，右下拉杆与右上拉杆等长、AB＝CD，左下拉杆与左上拉杆等长、FG＝HI；单摆杆侧倾机构在同一车身横垂面内形成车身矩形ADIF和两个平行四边形ABCD、FGHI，各平行四边形的形态由致动角α控制，右上拉杆6与左上拉杆7长度相等，右减震器10与左减震器11长度相等、性能相同，右转向节12与左转向节13长度相等，右车轮14与左车轮15半径相等，当α≠90°时左、右车轮相对车身反向平行移动，相对地面左、右车轮侧倾角相等且等于车身侧倾角β，当α＝90°时β＝0、单摆杆侧倾机构关于车身中央纵垂面左右对称。

图5所示的车辆侧倾控制机构简图，车辆侧倾控制机构，由车辆转向侧倾装置中保留侧倾机构部分、去掉转向机构部分形成，包括：右悬架ABCDEP由右下拉杆2、右转向节主轴4、右上拉杆6、右摆杆8 和右减震器10各端点顺序转动连接构成，右减震器10另一端与右上拉杆6中部转动连接，各相对转动轴线平行且垂直于右悬架ABCDEP所在平面，右转向节12与右转向节主轴4固连，右转向节12联接右车轮14；左悬架FGHIJQ由左下拉杆3、左转向节主轴5、左上拉杆7、左摆杆9和左减震器11各端点顺序转动连接构成，左减震器11另一端与左上拉杆7中部转动连接，各相对转动轴线平行且垂直于左悬架 FGHIJQ所在平面，左转向节13与左转向节主轴5固连，左转向节13联接左车轮15；车身1右侧与右悬架ABCDEP的右下拉杆和右上拉杆端点A、D转动连接，车身1左侧与左悬架FGHIJQ的左下拉杆和左上拉杆端点F、I转动连接，右悬架ABCDEP与左悬架FGHIJQ位于同一车身横垂面内，平衡杆16一端与右悬架ABCDEP在E点转动连接、另一端与左悬架FGHIJQ在J点转动连接，形成车辆侧倾控制机构，满足侧倾函数β＝f(α)；

其中：车辆侧倾控制机构在同一车身横垂面内形成车身矩形ADIF和三个平行四边形DEJI、ABCD、 FGHI，各平行四边形的形态由致动角α＝∠EDI或α＝∠JID控制，右上拉杆6与左上拉杆7长度相等，右减震器10与左减震器11长度相等、性能相同，右车轮14与左车轮15半径相等，当α≠90°时左、右车轮相对车身等距离反向平行移动，相对地面左、右车轮侧倾角相等且等于车身侧倾角β，当α＝90°时β＝0、车辆侧倾控制机构关于车身中央纵垂面左右对称。

图9所示的两轮驱动主动侧倾车辆组成原理图，由一组车辆转向侧倾装置和一组车辆侧倾控制机构在同一车身上按照给定的轴距L前后布置、共用同一车身中央纵垂面，前、后两机构中相同名称杆件长度相等，形状、几何尺寸相同，前轮轮距与后轮轮距相等，双后轮液压马达驱动，车辆转向侧倾装置致动角α₁、车身侧倾角β₁，车辆侧倾控制机构致动角α₂、车身侧倾角β₂，取致动角α＝α₁＝α₂，则车身侧倾角β＝β₁＝β₂，实现同步侧倾控制，构成具备前轮转向、后轮驱动、全轮侧倾特征的两轮驱动主动侧倾车辆。

图10所示的四轮驱动主动侧倾车辆组成原理图，由两组相同的车辆转向侧倾装置在同一车身上按照给定的轴距L前后布置、共用同一车身中央纵垂面，前、后两机构中相同名称杆件长度相等，形状、几何尺寸相同，前轮轮距与后轮轮距相等，四轮轮毂电机驱动，前、后两机构的致动角α₁、α₂，车身侧倾角β₁、β₂，取致动角α＝α₁＝α₂，则车身侧倾角β＝β₁＝β₂，实现同步侧倾控制，构成具备全轮转向、全轮驱动、全轮侧倾特征的四轮驱动主动侧倾车辆；具备附着力大，转弯半径小，地面适应性好特点。

图11所示的单轮驱动主动侧倾车辆组成原理图，由一组车辆转向侧倾装置前置，在同一车身上按照给定的轴距L单轮后置、共用同一车身中央纵垂面，单个后轮由摆臂与减震器联接到车身上，后轮轮毂电机驱动，构成具备前轮转向、后轮驱动、倒三轮特征的单轮驱动主动侧倾车辆；具备体积小，机动、灵活特点。

结合图6、7、8所示的车辆转向侧倾装置工作原理图，设转向节主轴距离K、车速v、重力加速度g，车辆转向侧倾装置为双自由度运动系统，车身侧倾与车辆转向可以独立进行、也可同时完成，因此，车辆行驶过程中可以实现转向侧倾、独立侧倾或独立转向三种运行模式，车辆侧倾控制方法为：

①、车辆高速行驶转弯时，给出转向角θ，由转向器驱动转向机构获得外车轮偏转角θ_e、内车轮偏转角θ_i，满足阿克曼转向条件：cot(θ_e)-cot(θ_i)＝K/L，转弯半径R＝Lcot(θ_i)+K/2，转弯时力平衡条件： mg×tanq＝mv×v/R，由tanq＝v×v/(gR)解出重心侧倾角q，获得了重心侧倾角q与转向角θ、车速v的函数关系q＝h(θ，v)，取车身侧倾角β＝q，由侧倾函数β＝f(α)解出致动角α，由致动器产生致动角α驱动侧倾机构，实现车身侧倾、抵抗转弯离心力，以保持车辆高速行驶的稳定性，侧倾过程中车辆轴距L不变；

②、车辆在横向坡度地面行驶时，由倾角传感器动态读取地面横向坡度角p(如图8所示)，取车身侧倾角β＝-p，由侧倾函数β＝f(α)解出致动角α，由致动器产生致动角α驱动侧倾机构，实现车身侧倾、抵抗地形变化引起车辆侧翻力，以保持车辆稳定的行驶姿态，侧倾过程中车辆轴距L不变；

③、车辆低速行驶时，取α＝90°、β＝0，在一定范围内θ可以任意取值，由转向器驱动转向机构，获得相对应的外车轮偏转角θ_e、内车轮偏转角θ_i，满足阿克曼转向条件，实现低速行驶、转向不侧倾，以保持车辆行驶平顺性。

图12所示的车辆侧倾控制方法流程图，安装在车身上的传感器检测来自车辆的行驶状态信息，以及驾驶员输入的驾驶意图信号，这些传感器信息包括：车速v、转向角θ、致动角α、车身侧倾角β、地面横向坡度角p、车辆横摆角速度、车辆侧向加速度、车辆纵向加速度、驾驶员意图的转向角等，其中车辆纵向加速度用于矫正车速v，车辆横摆角速度和车辆侧向加速度用于矫正车辆转向角θ；处理后的传感器信息经过信号线传输给控制单元，控制单元依据驾驶意图信号和传感器信息，根据车辆侧倾控制方法计算出侧倾致动器和转向器相应的输入信息，经过控制信号线传送给致动器和转向器；致动器驱动车辆转向侧倾装置、或者车辆侧倾控制机构使得车身侧倾、转向器驱动车辆转向侧倾装置使得车辆转向，实现车辆按照期望的侧倾角和期待路径稳定行驶。

通过以上实施例，本发明所提出的一种车辆转向侧倾装置及侧倾控制方法，实现了车辆转向与车身侧倾独立控制，侧倾过程中车辆轴距不变，车辆行驶过程中可以实现转向侧倾、独立侧倾或独立转向三种工况；进一步提出了基于车辆转向侧倾装置的主动侧倾车辆，应用于车辆转向时车身主动侧倾，以便车辆在过弯时或者驶过倾斜路面时自动倾斜一定角度来抵抗离心力或侧翻力，以保持稳定的行驶姿态。

Claims (9)

1.车辆转向侧倾装置，由侧倾机构和转向机构组成，其特征在于：

所述的侧倾机构包括：右悬架ABCDEP由右下拉杆、右转向节主轴、右上拉杆、右摆杆和右减震器各端点顺序转动连接构成，右减震器另一端与右上拉杆中部转动连接，各相对转动轴线平行且垂直于右悬架ABCDEP所在平面，右转向节与右转向节主轴绕其轴线BC转动连接，右转向节联接右车轮并控制其方向；左悬架FGHIJQ由左下拉杆、左转向节主轴、左上拉杆、左摆杆和左减震器各端点顺序转动连接构成，左减震器另一端与左上拉杆中部转动连接，各相对转动轴线平行且垂直于左悬架FGHIJQ所在平面，左转向节与左转向节主轴绕其轴线GH转动连接，左转向节联接左车轮并控制其方向；车身右侧与右悬架ABCDEP的右下拉杆和右上拉杆端点A、D转动连接，车身左侧与左悬架FGHIJQ的左下拉杆和左上拉杆端点F、I转动连接，右悬架ABCDEP与左悬架FGHIJQ位于同一车身横垂面内，平衡杆一端与右悬架ABCDEP在E点转动连接、另一端与左悬架FGHIJQ在J点转动连接，形成侧倾机构；

其中：所述的侧倾机构在同一车身横垂面内形成车身矩形ADIF和三个平行四边形DEJI、ABCD、FGHI，各平行四边形的形态由致动角α＝∠EDI或α＝∠JID控制，右上拉杆与左上拉杆长度相等，右减震器与左减震器长度相等、性能相同，右车轮与左车轮半径相等，当α≠90°时左、右车轮相对车身等距离反向平行移动，相对地面左、右车轮侧倾角相等且等于车身侧倾角β，当α＝90°时β＝0、侧倾机构关于车身中央纵垂面左右对称，获得侧倾机构车身侧倾角β与致动角α关系的侧倾函数β＝f(α)；

所述的转向机构包括：侧倾机构中的右转向节主轴和右转向节、侧倾机构中的左转向节主轴和左转向节、连杆、右转向大臂、右转向小臂、左转向大臂、左转向小臂，右转向节主轴和右转向节交点M，右转向大臂与右转向节成角固连、共同绕轴线BC转动，右转向小臂与右转向大臂绕臂轴线MS转动连接、形成右转向臂；左转向节主轴和左转向节交点N，左转向大臂与左转向节成同一角固连、共同绕轴线GH转动，左转向小臂与左转向大臂绕臂轴线NT转动连接、形成左转向臂；连杆两端分别与右转向小臂的S点和左转向小臂的T点球铰链联接，左转向臂与右转向臂长度相等NT＝MS，形成转向机构；

其中：当侧倾机构中的α＝90°时，转向机构位于车身水平面内，转向角θ＝0时，转向机构为等腰梯形MSTN，两底角相等、均为车辆直线行驶；转向角θ≠0时，转向机构两底角不相等，外车轮偏转角θ_e和内车轮偏转角θ_i满足阿克曼转向条件，车辆转向行驶；当侧倾机构中的α≠90°时，左转向臂的左转向小臂与左转向大臂绕臂轴线NT自适应相对转动、右转向臂的右转向小臂与右转向大臂绕臂轴线MS自适应相对转动，转向角θ＝0时，转向机构为车身水平面内投影等腰梯形MSTN、两底角相等，车辆侧倾、直线行驶；转向角θ≠0时，转向机构在车身水平面内投影两底角不相等，外车轮偏转角θ_e和内车轮偏转角θ_i近似满足阿克曼转向条件，车辆侧倾、转向行驶。

2.根据权利要求1所述的车辆转向侧倾装置，其特征在于，所述的侧倾机构，去掉平衡杆、由摆杆替换左摆杆和右摆杆，同样实现侧倾功能、满足侧倾函数β＝f(α)，包括：右悬架ABCDPE由右下拉杆、右转向节主轴、右上拉杆各端点顺序转动连接、以及右减震器一端与右上拉杆中部P点转动连接构成，各相对转动轴线平行且垂直于右悬架ABCDPE所在平面，右转向节与右转向节主轴绕其轴线BC转动连接，右转向节联接右车轮并控制其方向；左悬架FGHIQJ由左下拉杆、左转向节主轴、左上拉杆各端点顺序转动连接、以及左减震器一端与左上拉杆中部Q点转动连接构成，各相对转动轴线平行且垂直于左悬架FGHIQJ所在平面，左转向节与左转向节主轴绕其轴线GH转动连接，左转向节联接左车轮并控制其方向；摆杆上部分别与右减震器另一端E点以及左减震器另一端J点转动连接，E、J之间距离e≥0，e＝0时E、J重合，摆杆下端与车身中央纵垂面上U点转动连接，车身右侧与右悬架ABCDPE的右下拉杆和右上拉杆端点A、D转动连接，车身左侧与左悬架FGHIQJ的左下拉杆和左上拉杆端点F、I转动连接，右悬架ABCDPE与左悬架FGHIQJ位于同一车身横垂面内，DU＝UI，形成单摆杆侧倾机构；

其中：单摆杆侧倾机构在同一车身横垂面内形成车身矩形ADIF和两个平行四边形ABCD、FGHI，各平行四边形的形态由致动角α控制，右上拉杆与左上拉杆长度相等，右减震器与左减震器长度相等、性能相同，右车轮与左车轮半径相等，当α≠90°时左、右车轮相对车身反向平行移动，相对地面左、右车轮侧倾角相等且等于车身侧倾角β，当α＝90°时β＝0、单摆杆侧倾机构关于车身中央纵垂面左右对称，满足侧倾函数β＝f(α)。

3.根据权利要求1所述的车辆转向侧倾装置，其特征在于，所述的致动角α是由致动器产生，致动器选用电磁式致动器、或者机电式致动器、或者电液式致动器。

4.根据权利要求1所述的车辆转向侧倾装置，其特征在于，所述的转向角θ是由转向器产生，转向器选用齿轮齿条转向器、或者蜗杆曲柄销式转向器、或者循环球式转向器。

5.一种车辆侧倾控制机构，由权利要求1所述的车辆转向侧倾装置中保留侧倾机构部分、去掉转向机构部分形成，其特征在于，包括：右悬架ABCDEP由右下拉杆、右转向节主轴、右上拉杆、右摆杆和右减震器各端点顺序转动连接构成，右减震器另一端与右上拉杆中部转动连接，各相对转动轴线平行且垂直于右悬架ABCDEP所在平面，右转向节与右转向节主轴固连，右转向节联接右车轮；左悬架FGHIJQ由左下拉杆、左转向节主轴、左上拉杆、左摆杆和左减震器各端点顺序转动连接构成，左减震器另一端与左上拉杆中部转动连接，各相对转动轴线平行且垂直于左悬架FGHIJQ所在平面，左转向节与左转向节主轴固连，左转向节联接左车轮；车身右侧与右悬架ABCDEP的右下拉杆和右上拉杆端点A、D转动连接，车身左侧与左悬架FGHIJQ的左下拉杆和左上拉杆端点F、I转动连接，右悬架ABCDEP与左悬架FGHIJQ位于同一车身横垂面内，平衡杆一端与右悬架ABCDEP在E点转动连接、另一端与左悬架FGHIJQ在J点转动连接，形成车辆侧倾控制机构；

其中：车辆侧倾控制机构在同一车身横垂面内形成车身矩形ADIF和三个平行四边形DEJI、ABCD、FGHI，各平行四边形的形态由致动角α＝∠EDI或α＝∠JID控制，右上拉杆与左上拉杆长度相等，右减震器与左减震器长度相等、性能相同，右车轮与左车轮半径相等，当α≠90°时左、右车轮相对车身等距离反向平行移动，相对地面左、右车轮侧倾角相等且等于车身侧倾角β，当α＝90°时β＝0、车辆侧倾控制机构关于车身中央纵垂面左右对称，满足侧倾函数β＝f(α)。

6.两轮驱动主动侧倾车辆，其特征在于，由一组权利要求1所述的车辆转向侧倾装置和一组权利要求5所述的车辆侧倾控制机构在同一车身上按照给定的轴距L前后布置、共用同一车身中央纵垂面，轮距相等，双后轮驱动，同步侧倾控制，构成具备前轮转向、后轮驱动、全轮侧倾特征的车辆。

7.四轮驱动主动侧倾车辆，其特征在于，由两组相同的权利要求1所述的车辆转向侧倾装置在同一车身上按照给定的轴距L前后布置、共用同一车身中央纵垂面，四轮驱动，同步侧倾控制，构成具备全轮转向、全轮驱动、全轮侧倾特征的车辆。

8.单轮驱动主动侧倾车辆，其特征在于，由一组权利要求1所述的车辆转向侧倾装置前置，在同一车身上按照给定的轴距L单轮后置、共用同一车身中央纵垂面，后轮驱动，构成具备前轮转向、后轮驱动、倒三轮特征的车辆。

9.车辆侧倾控制方法，其特征在于，包括：

①、车辆高速行驶转弯时，给出转向角θ，由转向器驱动转向机构，获得外车轮偏转角θ_e、内车轮偏转角θ_i，满足cot(θ_e)-cot(θ_i)＝K/L，求得转弯半径R＝Lcot(θ_i)+K/2；

②、满足转弯时力平衡条件：mg×tanq＝mv×v/R，由tanq＝v×v/(gR)解出重心侧倾角q；

③、取车身侧倾角β＝q，由侧倾函数β＝f(α)解出致动角α；

④、由致动器产生致动角α，驱动侧倾机构，实现车身侧倾角β；

⑤、车辆在横向坡度地面行驶时，由倾角传感器动态读取地面横向坡度角p，取车身侧倾角β＝-p，由侧倾函数β＝f(α)解出致动角α，由致动器产生致动角α，驱动侧倾机构，实现车身侧倾角β；

⑥、车辆低速行驶时，取α＝90°、β＝0，在一定范围内θ可以任意取值，由转向器驱动转向机构，获得相对应的外车轮偏转角θ_e、内车轮偏转角θ_i，满足阿克曼转向条件，实现低速行驶、转向不侧倾。