CN110182268A - 天平式车辆平衡控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了天平式车辆平衡控制装置，包括竖直放置的伸缩式的重心控制杆，重心控制杆的上端与车身连接，重心控制杆位于车身横向总宽度的平分线上，重心控制杆的下端连接有钢球，钢球下方设置有水平放置的横向稳定杆，横向稳定杆上设置有供钢球插入的球座，钢球与球座过盈配合，横向稳定杆的两端均连接有十字轴，横向稳定杆两端的十字轴均连接有轮轴套管，轮轴套管上安装有连接座，连接座位于轮轴套管的中心部，连接座上方连接有竖直放置的悬架，悬架的下端与连接座连接固定，悬架的上端连接有平衡转动装置，平衡转动装置与车身连接，十字轴与轮轴套管通过轴叉连接。本发明解决了汽车容易出现甩尾、侧翻等情况的问题。

Description

天平式车辆平衡控制装置

技术领域

本发明涉及一种车辆平衡控制装置，具体涉及天平式车辆平衡控制装置。

背景技术

汽车是人们日常生活中主要用于运送货物和人员的运输工具，每台汽车的总重量从几吨到上百吨，当车辆行驶在公路上时，底盘结构除要承受车体总载荷外还要承受来自路面变化产生的各种复杂载荷和外力。

汽车在行驶状态下因为底盘结构存在缺陷导致车辆行驶时缺乏对转向离心力的控制功能以及缺乏自行调节两侧重心支撑平衡的功能使两侧车轮对车体的重量支撑分摊不明析，同时两侧悬挂系统与车架、车轮通过前后车桥或其它横向构件构成钢性连接而构成关联力学作用，该力学作用在车辆遭遇路状和车身重心发生变化时无法即时实现对车身两侧重心支撑平衡的自行调节，其中最大的缺陷是车轮、悬挂系统与车架、车桥或承载式车身左右横向连接成为了横向受力传力整体，而左右两侧车轮侧成为车身横向受力整体的杠杆支点,当车身重心出现侧向偏离某一侧时，某一侧的车轮及所有的弹性元件受到重力的压制使其支撑降低，而另一侧车轮和弹性元件在轮胎气压和悬挂弹性元件弹力作用下使支撑迅速增高，此时车身上部横向重心必然偏向支撑薄弱一侧，随着路面进一步降低或转弯的进一步加深以及转向离心力、惯性力的同时作用，使车身上部的倾幅加大而导致支撑薄弱一侧的车轮作为支撑点通过左右钢性横向传力将另一侧车轮撬起使该侧车轮的接地性和方向的控制性能以及刹车性能变差，轻者致使车身左右晃动或甩尾，重者因方向失灵或刹车跑偏而导致车辆失控或侧翻的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是目前汽车底盘结构存在缺陷，在行驶过程中，汽车容易出现甩尾、侧翻等情况，目的在于提供天平式车辆平衡控制装置，解决汽车容易出现甩尾、侧翻等情况的问题。

本发明通过下述技术方案实现：

天平式车辆平衡控制装置，包括竖直放置的伸缩式的重心控制杆，重心控制杆的上端与车身连接，重心控制杆位于车身横向总宽度的平分线上，重心控制杆的下端连接有钢球，钢球下方设置有水平放置的横向稳定杆，横向稳定杆上设置有供钢球插入的球座，钢球与球座过盈配合，横向稳定杆的两端均连接有十字轴，横向稳定杆两端的十字轴均连接有轮轴套管，轮轴套管上安装有连接座，连接座位于轮轴套管的中心部，连接座上方连接有竖直放置的悬架，悬架的下端与连接座连接固定，悬架的上端连接有平衡转动装置，平衡转动装置与车身连接，十字轴与轮轴套管通过轴叉连接。

现有的底盘缺乏对转向离心力的控制功能以及缺乏自行调节两侧重心支撑平衡的功能使两侧车轮对车体的重量支撑分摊不明。现有技术中车辆两侧悬挂系统与车架、车轮通过前后车桥或其它横向钢性构件构成钢性连接使两侧车轮对车体的支撑无论是车辆处于静态还是动态都是对称支撑，当车辆处于动态时，底盘在遭遇路状水平度的变化时所产生的复杂力和由于行驶中改变行驶方向产生转向离心力时无法即时根据路况变化和转向离心力的变化实现对车体两侧重心支撑平衡的自行调节，其中最大的缺陷是左右车轮、悬挂系统与车架、车桥或承载式车身左右横向连接构成了横向传力的关联整体，而左右两侧车轮则成为关联传力的杠杆支点，当汽车左转方向向前行驶时离心力作用使车体重心从左前方致右后方出现前高后低，使车体重心从前到后并向右侧倾斜；当汽车还是保持左转方向但改变行驶方向，向后倒车行驶时，离心力作用使车体重心会向左侧倾斜，这是轴承和车轮等圆形转动件转动时，受力支撑点从低点位置向高点位置转动时发生支撑位置变化而引发的被支撑物关联重心位置的变化，这与人们穿上旱冰鞋滑冰一样，当旱冰鞋上端人体重心往后仰时，旱冰鞋往前滑使人的身体会自然往后倾，而当旱冰鞋往后滑时人的身体会自然往前倾是同一原理，因此车辆在行驶过程中由于车轮的转动对车体而言都会产生一定的离心力，这是车辆动态时的固有特性，在通常情况下离心力与车辆行驶方相反，由此可知如可车辆在直线行驶环境中离心力总是直线向前或是向后，车体重心同时向前或是向后波动，而让行驶中的车辆向左或向右改变行驶方向时，会同时产生与转向角度相等的带一定弧度的转向离心力，转向离心力方向与行驶方向相反，转向离心力大小与转向角度和行驶速度有关，车辆行驶中转向速度和行驶速度越快产生的转向离心力就越大，转向离心力是导致车辆在行驶过程中车体产生左右晃动和侧翻的主要因素，由于转向离心力使车体重心倾向某一侧而导致某一侧车轮及所有的弹性元件受到车体载荷的压制使其支撑降低，而另一侧车轮和弹性元件在轮胎气压和弹性元件弹力作用下使支撑迅速增高使车体顶部重心倾向支撑薄弱一侧而加重该侧车轮的载荷，随着该侧路面进一步降低或转弯的进一步加深以及转向离心力、惯性力的同时作用，车身顶部的倾幅加大在上部重力的作用下通过左右钢性横向连接与关联传力的力学作用由支撑薄弱一侧的车轮作为支撑点承载了较大的载荷，跟随车身顶部重心向支撑薄弱一侧再度加大时，上部车身倾斜时的重力加上下部支撑薄弱一侧车轮的支撑将另一侧车轮撬起，原本由两侧车轮共同支撑的车体变为单侧车轮支撑，此时驾驶汽车由如骑自行车使庞大的车身由一侧车轮来支撑，若车身越高摆幅会越大，此时车身顶部重心对单侧车轮的重压一旦超过极限而导致车胎破裂或是车身重心越过单侧支撑车轮的受力中心线时必然会导致车辆侧翻。

本发明通过横向稳定杆、十字轴连接车身两侧的车轮，与现有技术中通过钢性车桥连接车轮的方式不同，本发明切断了两侧车轮之间的横向传力，在保持轮距不变的情况下通过十字轴的上下运动来适应车身各支撑点在遭遇路面水平度起伏变化时自动调节车轮与路面达到最大的贴合度以保障方向和刹车的有效性；本发明中重心控制杆、钢球、横向稳定杆、球座、悬架、平衡转动装置组合形成了天平式的结构，重心控制杆与钢球连接形成一个整体，当钢球插入球座后，重心控制杆对横向稳定杆及横向稳定杆两侧的车轮起到了限位的作用，在车身重力的作用下，重心控制杆从横向稳定杆的中心部向下压横向稳定杆，当车辆出现受力不平衡时，横向稳定杆两侧的车轮不会出现大幅度的倾斜，能够有效防止车辆侧翻；本发明中横向稳定杆及其两端的十字轴替代了现有技术中的钢性车桥，车身两侧车轮之间的横向传力被切断，即使一侧车轮降低，另一侧的车轮也不会被大幅度的翘起，车轮与地面达到最大的切合度；本发明中平衡转动装置与重心控制杆、钢球、球座起到了联动作用，当遭遇路面水平度起伏变化时，球座会绕着钢球的中心做顺时针、逆时针交替转动，平衡转动装置与球座同步转动，平衡转动装置绕着车身做顺时针、逆时针交替转动，钢球对球座及平衡转动装置起到了限位作用，限制转动角度，不能做360°的旋转，此外，钢球、平衡转动装置的协同限位作用，对刹车时产生的前挫力，车辆起步时产生的后挫力以及悬架的伸展和收缩而导致车轮横向移动而产生的车轮不规则运动曲线等复杂力起到了控制作用。本发明中重心控制杆、钢球、横向稳定杆、球座、悬架、平衡转动装置对车身起到了有效的支撑及横向重心的平衡调节，还有效地减轻了车身晃动及车胎磨损，防止了车辆方向失控及侧翻，增强了车辆的安全性和乘客乘座的舒适性，解决了汽车容易出现甩尾、侧翻等情况的问题。

所述平衡转动装置包括同轴的连接轴、套筒，套筒套装在连接轴外部并与连接轴转动连接，连接轴的两端通过连接轴叉与车身连接，悬架的上端与套筒连接，车身前端与后端的连接线与连接轴的中心轴平行。

本发明中连接轴、连接轴叉为套筒与车身之间的连接件，套筒套装在连接轴上，当球座绕着钢球旋转时，套筒会绕着连接轴做相同方向的旋转运动，实现了平衡转动装置与钢球、球座的同步运动，使用方便，安装成本低。

连接座的两侧均安装有车轮及与车轮匹配的刹车底板，车轮的轮毂及刹车底板套装在轮轴套管上。连接座将轮轴套管和悬架连接固定形成一个整体，对车轮、悬架起到了有效的支撑，能够保持两侧的车轮重量均衡，固定了汽车车轮的轮距。

十字轴与轮轴套管之间的轴叉与轮轴套管通过锁紧螺丝连接固定。锁紧螺丝使用方便，拆装速度快。

车轮的轮毂与轮轴套管之间安装有轮毂轴承，轮毂轴承套装在轮轴套管上，车轮的轮毂与轮毂轴承通过轮毂锁紧螺帽固定。

球座采用弹性材料。球座为弹性材料支撑，使用寿命长，能够与钢球过盈配合。

所述重心控制杆的内部安装有同轴的弹性元件，弹性元件的上端与车身连接，重心控制杆通过弹性元件与车身连接，钢球与弹性元件的下端连接，钢球通过弹性元件与重心控制杆连接。重心控制杆内置的弹性元件主要用于让控制杆上的钢球和横向稳定杆上上的球座能紧密帖合，同时还与车辆在空载和重载由于悬架伸展和收缩量发生变化时能配合同时伸展和收缩，避免因悬架产生的弹性形变损坏整个平衡控制机构。

所述弹性元件为弹簧。弹簧使用方便。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

1、本发明天平式车辆平衡控制装置中重心控制杆、钢球、横向稳定杆、球座、悬架、平衡转动装置对车身起到了有效的支撑及横向重心的平衡调节，还有效地减轻了车身晃动及车胎磨损，防止了车辆方向失控及侧翻，增强了车辆的安全性和乘客乘座的舒适性，解决了汽车容易出现甩尾、侧翻等情况的问题；

2、本发明天平式车辆平衡控制装置切断了两侧车轮之间的横向传力，在保持轮距不变的情况下通过十字轴的上下运动来适应车身各支撑点在遭遇路面水平度起伏变化时自动调节车轮与路面达到最大的贴合度以保障方向和刹车的有效性；

3、本发明天平式车辆平衡控制装置使用寿命长，能够供汽车长时间使用。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明重心控制杆内部安装结构示意图；

图3为本发明平衡转动装置结构示意图。

附图中标记及对应的零部件名称：

1-重心控制杆，2-钢球，3-横向稳定杆，4-球座，5-十字轴，6-轮轴套管，7-连接座，8- 悬架，9-平衡转动装置，10-轴叉，11-连接轴，12-套筒，13-连接轴叉，14-车轮，15-刹车底板，16-弹性元件。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例1

如图1-3所示，本发明天平式车辆平衡控制装置，包括竖直放置的伸缩式的重心控制杆1，重心控制杆1的上端与车身连接，重心控制杆1位于车身横向总宽度的平分线上，重心控制杆1的下端连接有钢球2，钢球2下方设置有水平放置的横向稳定杆3，横向稳定杆3上设置有供钢球2插入的球座4，钢球2与球座4过盈配合，横向稳定杆3的两端均连接有十字轴5，横向稳定杆3两端的十字轴5均连接有轮轴套管6，轮轴套管6上安装有连接座7，连接座7位于轮轴套管6的中心部，连接座7上方连接有竖直放置的悬架8，悬架8的下端与连接座7连接固定，悬架8的上端连接有平衡转动装置9，平衡转动装置9与车身连接，十字轴5与轮轴套管6通过轴叉10连接。所述平衡转动装置9包括同轴的连接轴11、套筒12，套筒12 套装在连接轴11外部并与连接轴11转动连接，连接轴11的两端通过连接轴叉13与车身连接，悬架8的上端与套筒12连接，车身前端与后端的连接线与连接轴11的中心轴平行。连接座7的两侧均安装有车轮14及与车轮14匹配的刹车底板15，车轮14的轮毂及刹车底板 15套装在轮轴套管6上。十字轴5与轮轴套管6之间的轴叉10与轮轴套管6通过锁紧螺丝连接固定。车轮14的轮毂与轮轴套管6之间安装有轮毂轴承，轮毂轴承套装在轮轴套管6上，车轮14的轮毂与轮毂轴承通过轮毂锁紧螺帽固定。球座4采用弹性材料。

本发明通过横向稳定杆、十字轴连接车身两侧的车轮，与现有技术中通过钢性车桥连接车轮的方式不同，本发明切断了两侧车轮之间的横向传力，在保持轮距不变的情况下通过十字轴的上下运动来适应车身各支撑点在遭遇路面水平度起伏变化时自动调节车轮与路面达到最大的贴合度以保障方向和刹车的有效性；本发明中重心控制杆、钢球、横向稳定杆、球座、悬架、平衡转动装置组合形成了天平式的结构，重心控制杆与钢球连接形成一个整体，当钢球插入球座后，重心控制杆对横向稳定杆及横向稳定杆两侧的车轮起到了限位的作用，在车身重力的作用下，重心控制杆从横向稳定杆的中心部向下压横向稳定杆，当车辆出现受力不平衡时，横向稳定杆两侧的车轮不会出现大幅度的倾斜，能够有效防止车辆侧翻；本发明中横向稳定杆及其两端的十字轴替代了现有技术中的钢性车桥，车身两侧车轮之间的横向传力被切断，即使一侧车轮降低，另一侧的车轮也不会被大幅度的翘起，车轮与地面达到最大的切合度；本发明中平衡转动装置与重心控制杆、钢球、球座起到了联动作用，当遭遇路面水平度起伏变化时，球座会绕着钢球的中心做顺时针、逆时针交替转动，平衡转动装置与球座同步转动，平衡转动装置绕着车身做顺时针、逆时针交替转动，钢球对球座及平衡转动装置起到了限位作用，限制转动角度，不能做360°的旋转，此外，钢球、平衡转动装置的协同限位作用，对刹车时产生的前挫力，车辆起步时产生的后挫力以及悬架的伸展和收缩而导致车轮横向移动而产生的车轮不规则运动曲线等复杂力起到了控制作用。本发明中，当车辆由于变换方向产生离心力时，通过平衡转动装置9、十字轴5、球座4绕钢球2的关联转动，在切断左右横向传力的同时让重心自行下移，任意一侧车轮均不能作为另一侧的支撑而让另一侧车轮离开路面，因此不会出现某一侧车轮上翘而导致车辆侧翻的严重后果，同时由于天平式重心平衡装置自身具备自动调节车身重心平衡的功能，使行车中两侧车轮始终与路面紧帖，使车身重心与路面水平度始终保持相对平衡，有效防止了车辆侧翻事故的发生。

实施例2

基于实施例1，所述重心控制杆1的内部安装有同轴的弹性元件16，弹性元件16的上端与车身连接，重心控制杆1通过弹性元件16与车身连接，钢球2与弹性元件16的下端连接，钢球2通过弹性元件16与重心控制杆1连接。所述弹性元件16为弹簧。

重心控制杆内置的弹性元件主要用于让控制杆上的钢球和横向稳定杆上的球座能紧密帖合，同时还与车辆在空载和重载由于悬架伸展和收缩量发生变化时能配合同时伸展和收缩，避免因悬架产生的弹性形变损坏整个平衡控制机构。

实施例3

基于实施例1-2，以货车为例，当货车车厢内装有的货物分布不均匀时，车身会向重的一侧倾斜，现有的货车底盘无法调节车身平衡，车身容易向着重的一侧侧翻，轻的一侧会向上翘起；当货车车身重力分布不均衡时，由于本发明中的重心控制杆向下压住了横向稳定杆，横向稳定杆两侧的车轮与地面贴紧，与车轮连接座连接的悬架会下拉车身，保持车身的平衡，在钢球与球座的转动及平衡转动装置的转动下，车身会顺着重物所在一侧发生轻微的倾斜，但不会造成车辆侧翻，钢球与球座的转动及平衡转动装置的转动起到了缓冲作用，避免出现各个连接结构出现受理不平衡而断裂的情况。

实施例4

基于实施例1-2，对于任意车辆，当车辆行驶在凹凸不平的道路上时，若遇到凹坑时，凹坑一侧的车轮会下陷，在现有技术中，由于两侧悬架与车身之间为钢性连接，左右两侧车轮之间的车桥同样是钢性连接，这一连接方式构成车辆左右横向传力关系，另一侧的车轮会向上翘起，造成车辆侧翻；本发明中横向稳定杆通过十字轴与车轮连接，切断了两侧车轮之间的横向传力，当一侧的车轮下陷时，另一侧的车轮在重心控制杆下压的作用下，不会大幅度的向上翘起，车轮与地面贴紧，车身保持平衡，有效防止了车翻。

实施例5

基于实施例1-2，以车辆向左转向为例，当车辆左转时，产生向右的离心力，车辆尾部向右甩出，在离心力的作用下，车辆的重心会向车辆右侧偏移，此时，车辆的左侧承重小于车辆的右侧承重，由于车辆两侧车轮之间的钢性传力，车辆左侧向上翘起，造成车辆侧翻；本发明后，当车辆受到转向离心力时，通过平衡转动装置、十字轴、球座绕钢球的关联转动，在切断左右横向传力的同时让重心自行下移，不会向右大幅度偏移，任意一侧车轮均不能作为另一侧的支撑而让另一侧车轮离开路面，因此不会出现某一侧车轮上翘而导致车辆侧翻的严重后果，同时由于天平式重心平衡装置自身具备自动调节车身重心平衡的功能，使行车中两侧车轮始终与路面紧帖，使车身重心与路面水平度始终保持相对平衡，有效防止了车辆侧翻事故的发生。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.天平式车辆平衡控制装置，其特征在于，包括竖直放置的伸缩式的重心控制杆(1)，重心控制杆(1)的上端与车身连接，重心控制杆(1)位于车身横向总宽度的平分线上，重心控制杆(1)的下端连接有钢球(2)，钢球(2)下方设置有水平放置的横向稳定杆(3)，横向稳定杆(3)上设置有供钢球(2)插入的球座(4)，钢球(2)与球座(4)过盈配合，横向稳定杆(3)的两端均连接有十字轴(5)，横向稳定杆(3)两端的十字轴(5)均连接有轮轴套管(6)，轮轴套管(6)上安装有连接座(7)，连接座(7)位于轮轴套管(6)的中心部，连接座(7)上方连接有竖直放置的悬架(8)，悬架(8)的下端与连接座(7)连接固定，悬架(8)的上端连接有平衡转动装置(9)，平衡转动装置(9)与车身连接，十字轴(5)与轮轴套管(6)通过轴叉(10)连接。

2.根据权利要求1所述的天平式车辆平衡控制装置，其特征在于，所述平衡转动装置(9)包括同轴的连接轴(11)、套筒(12)，套筒(12)套装在连接轴(11)外部并与连接轴(11)转动连接，连接轴(11)的两端通过连接轴叉(13)与车身连接，悬架(8)的上端与套筒(12)连接，车身前端与后端的连接线与连接轴(11)的中心轴平行。

3.根据权利要求1所述的天平式车辆平衡控制装置，其特征在于，连接座(7)的两侧均安装有车轮(14)及与车轮(14)匹配的刹车底板(15)，车轮(14)的轮毂及刹车底板(15)套装在轮轴套管(6)上。

4.根据权利要求1所述的天平式车辆平衡控制装置，其特征在于，十字轴(5)与轮轴套管(6)之间的轴叉(10)与轮轴套管(6)通过锁紧螺丝连接固定。

5.根据权利要求3述的天平式车辆平衡控制装置，其特征在于，车轮(14)的轮毂与轮轴套管(6)之间安装有轮毂轴承，轮毂轴承套装在轮轴套管(6)上，车轮(14)的轮毂与轮毂轴承通过轮毂锁紧螺帽固定。

6.根据权利要求1所述的天平式车辆平衡控制装置，其特征在于，球座(4)采用弹性材料。

7.根据权利要求1所述的天平式车辆平衡控制装置，其特征在于，所述重心控制杆(1)的内部安装有同轴的弹性元件(16)，弹性元件(16)的上端与车身连接，重心控制杆(1)通过弹性元件(16)与车身连接，钢球(2)与弹性元件(16)的下端连接，钢球(2)通过弹性元件(16)与重心控制杆(1)连接。

8.根据权利要求7所述的天平式车辆平衡控制装置，其特征在于，所述弹性元件(16)为弹簧。