CN109625087B - 车辆转向侧倾联动装置及主动侧倾底盘 - 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联动装置及主动侧倾底盘，车辆转向侧倾联动装置由侧倾机构和转向机构联动组成，侧倾机构包括车身、下拉杆、转向节主轴、上拉杆、减震器、曲柄、转向节、车轮及曲柄轴，转向机构由连杆和左、右转向臂及车身形成转向梯形，侧倾机构和转向机构共用同一车身，由十字轴和左、右平衡杆联动，通过车辆转向和车身侧倾双自由度运动，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；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

车辆转向侧倾联动装置及主动侧倾底盘

技术领域

本发明涉及一种车辆转向侧倾联动装置及主动侧倾底盘，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纵垂面内，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联动装置及主动侧倾底盘，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：车辆转向侧倾联动装置由侧倾机构和转向机构联动组成；

上述的侧倾机构包括：车身1、下拉杆2、转向节主轴3、上拉杆4依次顺序转动连接，连接点ABCD为平行四边形，下拉杆2两连接点A、B转动轴线与下拉杆2夹角δ，上拉杆4两连接点C、D转动轴线与上拉杆4夹角等于δ，连接点A、B、C、D转动轴线平行，上拉杆4的E点位于平面ABCD外，形成另一平面ADE，平面ABCD与平面ADE交线AD、两平面夹角90°+δ，在平面ADE内：减震器5与上拉杆4的E点转动连接，减震器5另一端与曲柄6转动连接，曲柄6另一端与车身1转动连接，各相对转动轴线平行且垂直于各构件相对运动平面ADEFG，转向节7与转向节主轴3绕其轴线BC转动连接，转向节7联接车轮8并控制其方向、车轮8绕转向节7轴线转动；由车身1、下拉杆2、转向节主轴3、上拉杆4、减震器5、曲柄6、转向节7、车轮8按以上方式联接形成一组车轮控制机构，两组几何参数、性能参数相同的车轮控制机构ABCDEFG和A′B′C′D′E′F′G′依据给定的轮距d以车身中央纵垂面左右对称安装、共用同一车身1，车身中央纵垂面平行于平面ADEFG，两组车轮控制机构中的曲柄6呈180°由曲柄轴9固连，曲柄轴9相对车身1转动轴线GG′垂直于车身中央纵垂面，构成侧倾机构；侧倾机构中，曲柄6与车身1夹角为致动角α，当两下拉杆2共面时、致动角α＝α₀，此时车身侧倾角β＝0；当α≠α₀时两车轮相对车身反向运动、沿AD方向移动距离h，车身水平面相对地面夹角为车身侧倾角β，tanβ＝h/d，致动角α改变时车身侧倾角β变化，获得侧倾机构的车身侧倾角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：转向梯形MSTN由左转向臂12、连杆11和右转向臂13各端点顺序转动连接，以及由左转向臂12的M点和右转向臂13的N点分别与车身1转动连接构成，各相对转动轴线平行且垂直于转向梯形MSTN所在的车身水平面，M、N分别位于侧倾机构中车身1的AD及A′D′线上同一高度、AM＝A′N，左转向臂12与右转向臂13等长、MS＝NT，MN＞ST，组成转向机构；两底角相等时，ST//MN，此时

转向机构以车身中央纵垂面对称；

车辆转向侧倾联动装置包括：侧倾机构和转向机构共用同一车身、具有同一车身中央纵垂面和车身水平面，十字轴16的两轴线垂直相交，两个十字轴16各一条轴线分别与转向机构中左转向臂12的I点和右转向臂13的J点转动连接、转动轴线垂直于车身水平面，MI＝NJ，γ＝∠SMI＝∠TNJ；设侧倾机构中左侧的转向节与车轮和转向节主轴联接点分别为U、P，右侧的转向节与车轮和转向节主轴联接点分别为W、Q，AM＝BP＝A′N＝B′Q，另两个十字轴16各一条轴线分别与侧倾机构中左、右侧转向节的H、K点转动连接，各转动轴线平行于转向节主轴的轴线，PH＝QK＝MI，

左平衡杆14两端分别与I、H点十字轴的另一轴转动连接，左平衡杆14两连接点I、H转动轴线与左平衡杆14夹角等于δ，右平衡杆15两端分别与J、K点十字轴的另一轴转动连接，右平衡杆15两连接点J、K转动轴线与右平衡杆15夹角等于δ，左平衡杆14与右平衡杆15等长、且与侧倾机构中下拉杆2长度相等，IH＝MP＝JK＝NQ，形成车辆转向侧倾联动装置；车辆转向侧倾联动装置中，给定转向角θ＝0时，转向梯形MSTN两底角相等，车辆直线行驶，此时：当致动角α＝α₀时，车身不侧倾直线行驶，当致动角α≠α₀时，车身侧倾直线行驶；转向角θ≠0时，转向梯形MSTN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，此时：当致动角α＝α₀时，车身不侧倾转向行驶，当致动角α≠α₀时，车身侧倾转向行驶；车辆转向侧倾联动装置通过车辆转向和车身侧倾双自由度运动，实现车身侧倾与车辆转向独立控制。

上述的车辆转向侧倾联动装置中，十字轴两轴颈的轴线垂直相交，是用于连接两正交转动运动的L形轴颈，可选用十字轴承替代，由相邻两轴颈连接两垂直相交转动。

上述的车辆转向侧倾联动装置中，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联动装置中，转向角θ是由转向器产生，转向器选用齿轮箱式转向器、或者齿轮齿条转向器、或者蜗杆曲柄销式转向器、或者循环球式转向器，且此转向器可以由转向作动器直接或间接驱动，实现线控转向；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。

前轮转向主动侧倾后轮驱动从动侧倾底盘包括：由一组车辆转向侧倾联动装置和一组侧倾悬挂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，双后轮驱动，车辆转向侧倾联动装置控制车身侧倾，侧倾悬挂机构自适应侧倾，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底盘；

上述的侧倾悬挂机构，由侧倾机构中“转向节7与转向节主轴3绕其轴线BC转动连接，转向节7联接车轮8并控制其方向、车轮8绕转向节7轴线转动”改变为“转向节7与转向节主轴3垂直固连，转向节7联接车轮8、车轮8转动轴线垂直于平面ADEFG”形成，包括：车身1、下拉杆2、转向节主轴3、上拉杆4依次顺序转动连接，连接点ABCD为平行四边形，下拉杆2两连接点A、B转动轴线与下拉杆2夹角δ，上拉杆4两连接点C、D转动轴线与上拉杆4夹角等于δ，连接点A、B、C、D转动轴线平行，上拉杆4的E点位于平面ABCD外，形成另一平面ADE，平面ABCD与平面ADE交线AD、两平面夹角90°+δ，在平面ADE内：减震器5与上拉杆4的E点转动连接，减震器5另一端与曲柄6转动连接，曲柄6另一端与车身1转动连接，各相对转动轴线平行且垂直于各构件相对运动平面ADEFG，转向节7与转向节主轴3垂直固连，转向节7联接车轮8、车轮8转动轴线垂直于平面ADEFG；由车身1、下拉杆2、转向节主轴3、上拉杆4、减震器5、曲柄6、转向节7、车轮8按以上方式联接形成一组车轮悬挂机构，两组几何参数、性能参数相同的车轮悬挂机构ABCDEFG和A′B′C′D′E′F′G′依据给定的轮距d以车身中央纵垂面左右对称安装、共用同一车身1，车身中央纵垂面平行于平面ADEFG，两组车轮悬挂机构中的曲柄6呈180°由曲柄轴9固连，曲柄轴9相对车身1转动轴线GG′垂直于车身中央纵垂面，构成侧倾悬挂机构；侧倾悬挂机构中，当车身侧倾角β＝0时，两下拉杆2共面、曲柄6与车身1夹角α＝α₀，当车身侧倾角β≠0时，两车轮相对车身反向移动，曲柄6与车身1自适应夹角为α。

前轮转向主动侧倾后轮驱动辅动侧倾底盘包括：由一组车辆转向侧倾联动装置和一组侧倾辅动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，双后轮驱动，车辆转向侧倾联动装置控制车身侧倾，侧倾辅动机构自适应侧倾，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底盘；

上述的侧倾辅动机构包括：左悬架A₂B₂C₂由左下摆杆21、左减震器23、上摆杆20各端点顺序转动连接构成，各相对转动轴线平行且垂直于左悬架A₂B₂C₂所在平面，左车轮轴25与左减震器23下部H₂点垂直固连，左车轮轴25联接左后车轮27、左后车轮27转动轴线平行于平面A₂B₂C₂；右悬架A₂E₂F₂由右下摆杆22、右减震器24、上摆杆20各端点顺序转动连接构成，各相对转动轴线平行且垂直于右悬架A₂E₂F₂所在平面，右车轮轴26与右减震器24下部G₂点垂直固连，右车轮轴26联接右后车轮28、右后车轮28转动轴线平行于平面A₂E₂F₂；车身1在A₂点与左、右下摆杆转动连接，车身1与上摆杆20中点D₂转动连接，平面A₂B₂C₂与平面A₂E₂F₂位于同一车身横垂面内，左悬架与右悬架共用车身1及上摆杆20，共用连接点A₂，A₂B₂＝C₂D₂＝A₂E₂＝F₂D₂，B₂H₂＝E₂G₂，左减震器23与右减震器24长度相等、性能相同，形成侧倾辅动机构；侧倾辅动机构中，额定载荷时B₂C₂＝E₂F₂＝A₂D₂，当车身侧倾角β＝0时，上摆杆20与车身1垂直、α₂＝90°，侧倾辅动机构关于A₂D₂对称，当车身侧倾角β≠0时，两车轮相对车身反向移动，上摆杆20与车身1自适应夹角为α₂。

四轮驱动主动侧倾底盘包括：由两组相同的车辆转向侧倾联动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底盘；具备附着力大，转弯半径小，地面适应性好特点。

单轮驱动主动侧倾底盘包括：由一组车辆转向侧倾联动装置前置，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底盘；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，车辆转向侧倾联动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；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；③车辆低速行驶时，取α＝α₀、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。

本发明的有益效果在于，所提出的一种车辆转向侧倾联动装置及主动侧倾底盘，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；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为车轮控制机构简图；

图2为侧倾机构组成原理图；

图3为侧倾机构侧倾原理图；

图4为转向机构组成原理图；

图5为

时转向机构组成原理图；

图6为转向机构转向原理图；

图7为车辆转向侧倾联动装置组成原理图；

图8为十字轴三维原理图；

图9为侧倾悬挂机构简图；

图10为侧倾辅动机构简图；

图11为前轮转向主动侧倾后轮驱动从动侧倾底盘组成原理图；

图12为前轮转向主动侧倾后轮驱动辅动侧倾底盘组成原理图；

图13为四轮驱动主动侧倾底盘组成原理图；

图14为单轮驱动主动侧倾底盘组成原理图；

图中：1--车身，2--下拉杆，3--转向节主轴，4--上拉杆，5--减震器，6-曲柄，7-转向节，8--车轮，9--曲柄轴，11--连杆，12--左转向臂，13--右转向臂，14--左平衡杆，15--右平衡杆，16--十字轴，20--上摆杆，21--左下摆杆，22--右下摆杆，23--左减震器，24--右减震器，25--左车轮轴，26--右车轮轴，27--左后车轮，28--右后车轮。

具体实施方式

下面根据附图对本发明的实施例进行描述。

车辆转向侧倾联动装置由侧倾机构和转向机构联动组成(如图7所示)；

图2所示的侧倾机构组成原理图，侧倾机构包括：车身1、下拉杆2、转向节主轴3、上拉杆4依次顺序转动连接，连接点ABCD为平行四边形，下拉杆2两连接点A、B转动轴线与下拉杆2夹角δ，上拉杆4两连接点C、D转动轴线与上拉杆4夹角等于δ，连接点A、B、C、D转动轴线平行，上拉杆4的E点位于平面ABCD外，形成另一平面ADE，平面ABCD与平面ADE交线AD、两平面夹角90°+δ，在平面ADE内：减震器5与上拉杆4的E点转动连接，减震器5另一端与曲柄6转动连接，曲柄6另一端与车身1转动连接，各相对转动轴线平行且垂直于各构件相对运动平面ADEFG，转向节7与转向节主轴3绕其轴线BC转动连接，转向节7联接车轮8并控制其方向、车轮8绕转向节7轴线转动；由车身1、下拉杆2、转向节主轴3、上拉杆4、减震器5、曲柄6、转向节7、车轮8按以上方式联接形成一组车轮控制机构(如图1所示)，两组几何参数、性能参数相同的车轮控制机构ABCDEFG和A′B′C′D′E′F′G′依据给定的轮距d以车身中央纵垂面左右对称安装、共用同一车身1，车身中央纵垂面平行于平面ADEFG，两组车轮控制机构中的曲柄6呈180°由曲柄轴9固连，曲柄轴9相对车身1转动轴线GG′垂直于车身中央纵垂面，构成侧倾机构；

侧倾机构中，曲柄6与车身1夹角为致动角α，当两下拉杆2共面时、致动角α＝α₀，此时车身侧倾角β＝0(如图2所示)；当α≠α₀时两车轮相对车身反向运动、沿AD方向移动距离h(如图3所示)，车身水平面相对地面夹角为车身侧倾角β，tanβ＝h/d，致动角α改变时车身侧倾角β变化，获得侧倾机构的车身侧倾角β与致动角α关系的侧倾函数β＝f(α)；设车辆转向时，车轮最大偏转角θ_m，取δ≤90°-θ_m，避免车辆转向时车轮与上、下拉杆干涉。

图4所示的转向机构组成原理图，转向机构包括：转向梯形MSTN由左转向臂12、连杆11和右转向臂13各端点顺序转动连接，以及由左转向臂12的M点和右转向臂13的N点分别与车身1转动连接构成，各相对转动轴线平行且垂直于转向梯形MSTN所在的车身水平面，M、N分别位于侧倾机构中车身1的AD及A′D′线上同一高度、AM＝A′N，左转向臂12与右转向臂13等长、MS＝NT，MN＞ST，组成转向机构；两底角相等时，ST//MN，此时

转向机构以车身中央纵垂面对称；

图7所示的车辆转向侧倾联动装置组成原理图，车辆转向侧倾联动装置包括：侧倾机构和转向机构共用同一车身、具有同一车身中央纵垂面和车身水平面，十字轴16的两轴线垂直相交，两个十字轴16各一条轴线分别与转向机构中左转向臂12的I点和右转向臂13的J点转动连接、转动轴线垂直于车身水平面，MI＝NJ，γ＝∠SMI＝∠TNJ，ΔSMI≌ΔTNJ；设侧倾机构中左侧的转向节7与车轮8和转向节主轴3联接点分别为U、P，右侧的转向节7与车轮8和转向节主轴3联接点分别为W、Q，AM＝BP＝A′N＝B′Q，另两个十字轴16各一条轴线分别与侧倾机构中左、右侧转向节7的H、K点转动连接，各转动轴线平行于转向节主轴3的轴线，PH＝QK＝MI，

同时QK＝NJ、MP＝AB＝NQ＝A′B′；左平衡杆14两端分别与I、H点十字轴的另一轴转动连接，左平衡杆14两连接点I、H转动轴线与左平衡杆14夹角等于δ，右平衡杆15两端分别与J、K点十字轴的另一轴转动连接，右平衡杆15两连接点J、K转动轴线与右平衡杆15夹角等于δ，左平衡杆14与右平衡杆15等长、且与侧倾机构中下拉杆2长度相等，即IH＝JK＝AB，则IH＝MP＝JK＝NQ，形成车辆转向侧倾联动装置。

车辆转向侧倾联动装置中，

时，如图4所示，∠UPH＝∠WQK＜180°；

时，如图5所示，∠UPH＝∠WQK＝180°，左、右侧转向节上UPH三点共线、WQK三点共线；改变转向角θ时，转向梯形MSTN两底角改变，通过平行四边形MIHP、NJKQ联动，获得外车轮偏转角θ_e和内车轮偏转角θ_i，车辆转向，如图6所示。

车辆转向侧倾联动装置中，给定转向角θ＝0时，转向梯形MSTN两底角相等，车辆直线行驶，此时：当致动角α＝α₀时，车身不侧倾直线行驶，当致动角α≠α₀时，车身侧倾直线行驶；转向角θ≠0时，转向梯形MSTN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，此时：当致动角α＝α₀时，车身不侧倾转向行驶，当致动角α≠α₀时，车身侧倾转向行驶；车辆转向侧倾联动装置通过车辆转向和车身侧倾双自由度运动，实现车身侧倾与车辆转向独立控制。

图8所示的十字轴三维原理图，车辆转向侧倾联动装置中，十字轴两轴颈的轴线垂直相交，是用于连接两正交转动运动的L形轴颈，可选用十字轴承替代，由相邻两轴颈连接两垂直相交转动。

车辆转向侧倾联动装置中，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；致动器输出轴驱动侧倾机构的曲柄轴9相对车身1绕轴线GG′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，转向器选用齿轮箱式转向器、或者齿轮齿条转向器、或者蜗杆曲柄销式转向器、或者循环球式转向器，且此转向器可以由转向作动器直接或间接驱动，实现线控转向；转向器输出轴驱动转向机构的左转向臂12绕M点转动或者右转向臂13绕N点转动，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9所示的侧倾悬挂机构简图，侧倾悬挂机构由侧倾机构中“转向节7与转向节主轴3绕其轴线BC转动连接，转向节7联接车轮8并控制其方向、车轮8绕转向节7轴线转动”改变为“转向节7与转向节主轴3垂直固连，转向节7联接车轮8、车轮8转动轴线垂直于平面ADEFG”形成，包括：车身1、下拉杆2、转向节主轴3、上拉杆4依次顺序转动连接，连接点ABCD为平行四边形，下拉杆2两连接点A、B转动轴线与下拉杆2夹角δ，上拉杆4两连接点C、D转动轴线与上拉杆4夹角等于δ，连接点A、B、C、D转动轴线平行，上拉杆4的E点位于平面ABCD外，形成另一平面ADE，平面ABCD与平面ADE交线AD、两平面夹角90°+δ，在平面ADE内：减震器5与上拉杆4的E点转动连接，减震器5另一端与曲柄6转动连接，曲柄6另一端与车身1转动连接，各相对转动轴线平行且垂直于各构件相对运动平面ADEFG，转向节7与转向节主轴3垂直固连，转向节7联接车轮8、车轮8转动轴线垂直于平面ADEFG；由车身1、下拉杆2、转向节主轴3、上拉杆4、减震器5、曲柄6、转向节7、车轮8按以上方式联接形成一组车轮悬挂机构，两组几何参数、性能参数相同的车轮悬挂机构ABCDEFG和A′B′C′D′E′F′G′依据给定的轮距d以车身中央纵垂面左右对称安装、共用同一车身1，车身中央纵垂面平行于平面ADEFG，两组车轮悬挂机构中的曲柄6呈180°由曲柄轴9固连，曲柄轴9相对车身1转动轴线GG′垂直于车身中央纵垂面，构成侧倾悬挂机构；侧倾悬挂机构中，当车身侧倾角β＝0时，两下拉杆2共面、曲柄6与车身1夹角α＝α₀，当车身侧倾角β≠0时，两车轮相对车身反向移动，曲柄6与车身1自适应夹角为α，图9为自适应夹角α＝α₀时的侧倾悬挂机构简图。

图11所示的前轮转向主动侧倾后轮驱动从动侧倾底盘组成原理图，前轮转向主动侧倾后轮驱动从动侧倾底盘包括：由一组车辆转向侧倾联动装置和一组侧倾悬挂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，取车辆转向侧倾联动装置的侧倾机构与侧倾悬挂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，车辆转向侧倾联动装置控制车身侧倾，给定致动角α时、车身侧倾角β，侧倾悬挂机构自适应侧倾，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底盘。

图10所示的侧倾辅动机构简图，侧倾辅动机构包括：左悬架A₂B₂C₂由左下摆杆21、左减震器23、上摆杆20各端点顺序转动连接构成，各相对转动轴线平行且垂直于左悬架A₂B₂C₂所在平面，左车轮轴25与左减震器23下部H₂点垂直固连，左车轮轴25联接左后车轮27、左后车轮27转动轴线平行于平面A₂B₂C₂；右悬架A₂E₂F₂由右下摆杆22、右减震器24、上摆杆20各端点顺序转动连接构成，各相对转动轴线平行且垂直于右悬架A₂E₂F₂所在平面，右车轮轴26与右减震器24下部G2点垂直固连，右车轮轴26联接右后车轮28、右后车轮28转动轴线平行于平面A₂E₂F₂；车身1在A₂点与左、右下摆杆转动连接，车身1与上摆杆20中点D₂转动连接，平面A₂B₂C₂与平面A₂E₂F₂位于同一车身横垂面内，左悬架与右悬架共用车身1及上摆杆20，共用连接点A₂，A₂B₂＝C₂D₂＝A₂E₂＝F₂D₂，B₂H₂＝E₂G₂，左减震器23与右减震器24长度相等、性能相同，形成侧倾辅动机构；侧倾辅动机构中，额定载荷时B₂C₂＝E₂F₂＝A₂D₂，当车身侧倾角β＝0时，上摆杆20与车身1垂直、α₂＝90°，侧倾辅动机构关于A₂D₂对称，当车身侧倾角β≠0时，两车轮相对车身反向移动，上摆杆20与车身1自适应夹角为α₂，图10为自适应夹角α₂＝90°时的侧倾辅动机构简图。

图12所示的前轮转向主动侧倾后轮驱动辅动侧倾底盘组成原理图，前轮转向主动侧倾后轮驱动辅动侧倾底盘包括：由一组车辆转向侧倾联动装置和一组侧倾辅动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，车辆转向侧倾联动装置控制车身侧倾，给定致动角α时、车身侧倾角β，侧倾辅动机构自适应侧倾，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底盘。

图13所示的四轮驱动主动侧倾底盘组成原理图，由两组相同的车辆转向侧倾联动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、后两装置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、后两侧倾机构的致动角α₁、α₂，所对应的车身侧倾角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底盘；具备附着力大，转弯半径小，地面适应性好特点。

图14所示的单轮驱动主动侧倾底盘组成原理图，由一组车辆转向侧倾联动装置前置，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底盘；具备体积小，机动、灵活特点。

结合图3、6、7、11或12中车辆转向侧倾联动装置工作原理，设转向节主轴距离k、车速v、重力加速度g，车辆转向侧倾联动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；

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；

③、车辆低速行驶时，取α＝α₀、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。

通过以上实施例，本发明所提出的一种车辆转向侧倾联动装置及主动侧倾底盘，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：进一步提出了基于车辆转向侧倾联动装置的主动侧倾底盘，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 (8)

1.车辆转向侧倾联动装置，由侧倾机构和转向机构联动组成，其特征在于：

所述的侧倾机构包括：车身、下拉杆、转向节主轴、上拉杆依次顺序转动连接，对应连接点A、B、C、D为平行四边形，下拉杆两连接点A、B的转动轴线与下拉杆形成夹角δ，上拉杆两连接点C、D的转动轴线与上拉杆的夹角等于δ，连接点A、B、C、D转动轴线平行，上拉杆的E点位于平面ABCD外，形成另一平面ADE，平面ABCD与平面ADE交线AD、两平面夹角90°+δ，在平面ADE内：减震器与上拉杆的E点转动连接，减震器另一端与曲柄转动连接，曲柄另一端与车身转动连接，各连接点的相对转动轴线相互平行且均垂直于平面ADE，转向节与转向节主轴绕其轴线BC转动连接，转向节联接车轮并控制其方向、车轮绕转向节轴线转动；由车身、下拉杆、转向节主轴、上拉杆、减震器、曲柄、转向节、车轮按以上方式联接形成一组车轮控制机构，两组几何参数、性能参数相同的车轮控制机构ABCDEFG和A′B′C′D′E′F′G′依据给定的轮距d以车身中央纵垂面左右对称安装、共用同一车身，车身中央纵垂面平行于平面ADEFG，两组车轮控制机构中的曲柄呈180°，由曲柄轴固连，曲柄轴相对车身转动轴线GG′垂直于车身中央纵垂面；

其中：曲柄与车身夹角为致动角α，当两下拉杆共面时、致动角α＝α₀，此时车身侧倾角β＝0；当α≠α₀时两车轮相对车身反向运动、沿AD方向移动距离h，车身水平面相对地面夹角为车身侧倾角β，tanβ＝h/d，致动角α改变时车身侧倾角β变化；

所述的转向机构包括：转向梯形MSTN由左转向臂、连杆和右转向臂各端点顺序转动连接，以及由左转向臂的M点和右转向臂的N点分别与车身转动连接构成，各连接点的相对转动轴线相互平行且均垂直于转向梯形MSTN所在的车身水平面，M、N分别位于侧倾机构中车身的AD及A′D′线上同一高度，左转向臂与右转向臂等长，MN＞ST；

时，转向机构以车身中央纵垂面对称；

所述的侧倾机构和转向机构共用同一车身、具有同一车身中央纵垂面和车身水平面，十字轴的两轴线垂直相交，两个十字轴各一条轴线分别与转向机构中左转向臂的1点和右转向臂的J点转动连接、转动轴线垂直于车身水平面，MI＝NJ，γ＝∠SMI＝∠TNJ；设侧倾机构中左侧的转向节与车轮和转向节主轴联接点分别为U、P，右侧的转向节与车轮和转向节主轴联接点分别为W、Q，AM＝BP＝A′N＝B′Q，另两个十字轴各一条轴线分别与侧倾机构中左、右侧转向节的H、K点转动连接，各转动轴线平行于转向节主轴的轴线，PH＝QK＝MI，

左平衡杆两端分别与I、H点十字轴的另一轴转动连接，左平衡杆两连接点I、H转动轴线与左平衡杆夹角等于δ，右平衡杆两端分别与J、K点十字轴的另一轴转动连接，右平衡杆两连接点J、K转动轴线与右平衡杆夹角等于δ，左平衡杆与右平衡杆等长、且与侧倾机构中下拉杆长度相等，IH＝MP＝JK＝NQ，形成车辆转向侧倾联动装置；

其中：给定转向角θ＝0时，转向梯形MSTN两底角相等，车辆直线行驶，此时：当致动角α＝α₀时，车身不侧倾直线行驶，当致动角α≠α₀时，车身侧倾直线行驶；转向角θ≠0时，转向梯形MSTN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，此时：当致动角α＝α₀时，车身不侧倾转向行驶，当致动角α≠α₀时，车身侧倾转向行驶。

2.根据权利要求1所述的车辆转向侧倾联动装置，其特征在于，所述的十字轴两轴颈的轴线垂直相交，可选用十字轴承替代，由相邻两轴颈连接两垂直相交轴运动。

3.根据权利要求1所述的车辆转向侧倾联动装置，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联动装置，其特征在于，所述的转向角θ是由转向器产生，转向器选用齿轮箱式转向器、或者齿轮齿条转向器、或者蜗杆曲柄销式转向器、或者循环球式转向器，转向器由转向致动器直接或间接驱动，实现线控转向。

5.前轮转向主动侧倾后轮驱动从动侧倾底盘，其特征在于，由一组权利要求1所述的车辆转向侧倾联动装置和一组侧倾悬挂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，双后轮驱动，车辆转向侧倾联动装置控制车身侧倾，侧倾悬挂机构自适应侧倾，构成具备前轮转向、后轮驱动、全轮侧倾特征的车辆底盘；

所述的侧倾悬挂机构包括：车身、下拉杆、转向节主轴、上拉杆依次顺序转动连接，对应连接点A、B、C、D为平行四边形，下拉杆两连接点A、B转动轴线与下拉杆形成夹角δ，上拉杆两连接点C、D的转动轴线与上拉杆的夹角等于δ，连接点A、B、C、D转动轴线平行，上拉杆的E点位于平面ABCD外，形成另一平面ADE，平面ABCD与平面ADE交线AD、两平面夹角90°+δ，在平面ADE内：减震器与上拉杆的E点转动连接、减震器另一端与曲柄转动连接，曲柄另一端与车身转动连接，各连接点的相对转动轴线相互平行且均垂直于平面ADE，转向节与转向节主轴垂直固连，转向节联接车轮、车轮转动轴线垂直于平面ADEFG；由车身、下拉杆、转向节主轴、上拉杆、减震器、曲柄、转向节、车轮按以上方式联接形成一组车轮悬挂机构，两组几何参数、性能参数相同的车轮悬挂机构ABCDEFG和A′B′C′D′E′F′G′依据给定的轮距d以车身中央纵垂面左右对称安装、共用同一车身，车身中央纵垂面平行于平面ADEFG，两组车轮悬挂机构中的曲柄呈180°，由曲柄轴固连，曲柄轴相对车身转动轴线GG′垂直于车身中央纵垂面。

6.前轮转向主动侧倾后轮驱动辅动侧倾底盘，其特征在于，由一组权利要求1所述的车辆转向侧倾联动装置和一组侧倾辅动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，双后轮驱动，车辆转向侧倾联动装置控制车身侧倾，侧倾辅动机构自适应侧倾，构成具备前轮转向、后轮驱动、全轮侧倾特征的车辆底盘；

所述的侧倾辅动机构包括：左悬架A₂B₂C₂由左下摆杆、左减震器、上摆杆各端点顺序转动连接构成，各连接点的相对转动轴线相互平行且均垂直于左悬架A₂B₂C₂所在平面，左车轮轴与左减震器下部H₂点垂直固连，左车轮轴联接左后车轮、左后车轮转动轴线平行于平面A₂B₂C₂；右悬架A₂E₂F₂由右下摆杆、右减震器、上摆杆各端点顺序转动连接构成，各连接点的相对转动轴线相互平行且均垂直于右悬架A₂E₂F₂所在平面，右车轮轴与右减震器下部G₂点垂直固连，右车轮轴联接右后车轮、右后车轮转动轴线平行于平面A₂E₂F₂；车身在A₂点与左、右下摆杆转动连接，车身与上摆杆中点D₂转动连接，平面A₂B₂C₂与平面A₂E₂F₂位于同一车身横垂面内，左悬架与右悬架共用车身及上摆杆，A₂B₂＝C₂D₂＝A₂E₂＝F₂D₂，B₂H₂＝E₂G₂，左减震器与右减震器长度相等、性能相同。

7.四轮驱动主动侧倾底盘，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联动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底盘。

8.单轮驱动主动侧倾底盘，其特征在于，由前置的一组权利要求1所述的车辆转向侧倾联动装置和在同一车身上按照给定的轴距L后置的单轮构成，所述的车辆转向侧倾联动装置和所述的单轮共用同一车身中央纵垂面，所述单轮驱动主动侧倾底盘具有前轮转向、后轮驱动、倒三轮的特征。

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