CN110267825A - 具有可变轮距的车辆 - Google Patents

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Abstract

一种车辆，包括：具有一对前轮(111，112)的前轴，所述前轮具有在宽轮距与窄轮距之间能调节的轮距宽度；具有至少一个后轮(121)的后轴；转向装置，其被构造为在前轮(111，112)设置为窄轮距时控制后轮(121)的转弯；轮距宽度控制装置，其被构造为改变前轮(111，112)的轮距宽度，并改变前轴与后轴之间的轴距，使得前轮(111，112)的宽轮距时的轴距比前轮(111，112)的窄轮距时的轴距长；锁定机构(181)，其被构造为锁定轮距宽度；其中，每个前轮(111，112)连接至用于驱动前轮的专用的前轮马达(161，162)和用于制动前轮(111，112)的专用的前轮制动器(171，172)。

Description

具有可变轮距的车辆
技术领域
本发明涉及具有可变轮距的车辆。
背景技术
进行了不断尝试以增强车辆的机动性和稳定性。
例如，轮距可变的轴已知有利于车辆在不同环境中的使用、在不同速度下的车辆空气动力学的调整或者在不同驾驶条件下的车辆稳定性的调整。还存在已知的三轮车辆，其具有可倾斜框架以增加车辆在高速时的驾驶性能。
例如，美国专利第US6902022号给出了一种具有可变换的前端部和可变的轮距宽度的拖拉机。该拖拉机具有可转向且可更换的前轮组件和可调整的后轮距宽度。可移除的前轮组件允许在单轮与两轮的前轮组件之间容易的变换。结合可更换的前轮组件，可调整的后轮轮距宽度允许改变拖拉机的转弯半径。这种构造显然针对转弯半径宽的大型和重型车辆，转弯半径可通过后轮轮距的宽度进行调整。
另外，PCT申请第WO9950128号提出了一种短的窄型机动车辆，其在每侧具有平行四边形联接装置，前轮或后轮与该联接装置连接，使车轮能够以协调的方式移位。车辆通过前轮转向，并且转向机构被构造为使前轮能够转向，而与它们的移位范围无关，但是转弯的范围在缩回位置是受限的。后轮是不可转向的。
美国专利US4717164提出了一种道路车辆，其包括可相对于固定的底盘部分旋转的可旋转的底盘部分、转向机构和侧倾机构，该侧倾机构用于无论何时致动转向机构以使车辆转向时都使可旋转的底盘部分自动地绕水平轴线旋转。这样的车辆在低速和突然转弯时可能变得不稳定。
美国专利US5927424提出了一种自平衡车辆，其具有至少三个车轮：一个可转向的车轮和两个不可转向的车轮，其中车辆的至少一部分可通过动力辅助的倾斜元件围绕车辆的纵向轴线倾斜。产生的倾斜随行驶期间可转向车轮的方向变化的大小和/或方向的传感器测量值而变化。车辆由于仅有一个可转向车轮而转向能力有限。
美国专利申请第US20060170171号提出了一种车辆，其具有可倾斜的底盘和前轮，所述前轮为了使底盘倾斜适于横向于它们的旋转轴线地运动。前轮具有可变的轮距宽度，该可变的轮距宽度被构造为针对低速设置为宽轮距并且针对高速设置为窄轮距，以便允许在高速时倾斜。通过使整个底盘和所有车轮倾斜可使车辆倾斜。
上述车辆的缺点在于，它们在停放时占据相对较大的空间和/或由于宽的轮距或低的转弯半径而在低速时具有有限的转向能力。
PCT申请WO2011144574公开了一种车辆，其包括：具有一对前轮的前轴，所述前轮具有在宽轮距和窄轮距之间可调节的轮距宽度；具有后轮的驱动后轴；轮距宽度控制装置，其被构造为改变前轮的轮距宽度并改变前轴与后轴之间的轴距，使得前轮的宽轮距时的轴距比前轮的窄轮距时的轴距长。该车辆还包括转向装置，该转向装置被构造为当前轮设置为窄轮距时控制后轮的转弯，其中当前轮设置为窄轮距时，前轮是不可转弯的。
上述发明需要复杂且因此重且昂贵的系统来操作可变宽度的悬架。
本发明的目的是提供一种车辆，该车辆能够在高速下以容易且稳定的方式驾驶，同时在低速下允许高机动能力并且需要很少的泊车空间，同时具有用于操作可变宽度的悬架的简单且经济的系统，该系统从悬架和推进系统之间的协同作用中获得效率。
发明内容
公开了一种车辆，其包括：具有一对前轮的前轴，所述前轮具有在宽轮距与窄轮距之间能调节的轮距宽度；具有至少一个后轮的后轴；转向装置，其被构造为在前轮设置为窄轮距时控制后轮的转弯；轮距宽度控制装置，其被构造为改变前轮的轮距宽度，并改变前轴与后轴之间的轴距，使得前轮的宽轮距时的轴距比前轮的窄轮距时的轴距长；锁定机构，其被构造为锁定轮距宽度；其中，每个前轮连接至用于驱动前轮的专用的前轮马达和用于制动前轮的专用的前轮制动器。
轮距宽度控制装置可以被构造为通过控制前轮马达和前轮制动器来改变前轮的轮距宽度。
前轮马达可以是电动马达。
前轮马达可与前轮制动器一体化。
前轮马达可与前轮轴一体化。
至少一个后轮可以由后轮马达驱动。
后轮马达可以具有比每个前轮马达更高的功率。
具有至少一个后轮的后轴可以是死轴。
锁定机构可以是能运动的并且被构造为锁定在相对于车辆底盘静止固定的预定的锁定点处。
锁定机构可包括被构造为与销联接的闩锁。
锁定机构可包括被构造为与闩锁联接的销。
锁定机构可包括被构造为与电磁体联接的磁性元件。
锁定机构可以相对于车辆底盘是静止固定的，并且被构造为锁定能枢转的叉骨对。
附图说明
通过附图中的示例性实施方式示出了本发明，其中：
图1A至图1C示出了根据本发明的车辆处于宽轮距构造和处于窄轮距构造的不同类型的侧视图，宽轮距构造对应于高速行驶模式，窄轮距构造对应于低速泊车模式。
图2A、图2B示出了车辆处于宽轮距和窄轮距构造的主视图。
图3A、图3B示出了车辆处于宽轮距和窄轮距构造的透视图。
图4A和图4B示出了处于宽轮距和窄轮距构造的车辆的底盘的第一实施方式的俯视图；
图5A至图5C示出了处于宽轮距构造、过渡期间和处于窄轮距构造的车辆的底盘的第二实施方式的俯视图。
图6A至图6C示出了处于宽轮距构造、过渡期间和处于窄轮距构造的车辆的底盘的第三实施方式的俯视图。
图7A至图7C示出了处于宽轮距构造、过渡期间和处于窄轮距构造的车辆的底盘的第四实施方式的俯视图。
图8A至图8C示出了处于宽轮距构造、过渡期间和处于窄轮距构造的车辆的底盘的第五实施方式的俯视图。
图9示出了选择器的操作的流程图。
具体实施方式
根据本发明的车辆在图1A至图1C上以侧视图被示出处于宽轮距构造和窄轮距构造，宽轮距构造对应于高速行驶模式，窄轮距构造对应于低速泊车模式。图2A和图2B分别示出了处于宽轮距和窄轮距构造的车辆的主视图。图3A和图3B分别示出了处于宽轮距和窄轮距构造的车辆的立体图。优选地，车辆是用于一人或两人的乘用车辆，其在窄轮距构造中的宽度为约1m，并且长度为约2-3m。图1A示出了具有封闭的罩部的典型乘用车辆，图1B示出了具有透明的罩部的运输车辆，图1C示出了敞开式车顶休闲运输车辆。该车辆优选是三轮车辆，其具有带有一对前轮111、112的前轴和带有后轮121的后轴。然而，在某些实施方式中，车辆可具有更多的轴和/或在每个轴上具有更多车轮。前轮111、112具有可在图2A和图3A所示的宽轮距与图2B和图3B所示的窄轮距之间调节的轮距宽度。如图3A与图3B比较所示，前轮111、112的宽轮距时的轴距(即，前轮轴和后轮轴之间的距离)比前轮111、112的窄轮距时的轴距长。
优选地，在宽轮距构造中，前轮的轮距宽度等于窄轮距构造中的轮距宽度的至少150％，即，它实质上更宽。
优选地，在宽轮距构造中，轴距等于窄轮距构造中的轴距的至少120％，即，它实质上更长。
这种结构允许通过将前轮设置为宽轮距并延长轴距来增加车辆在较高速度下的稳定性，并且同时允许通过将前轮设置为窄轮距并缩短轴距来保持窄的车辆尺寸以允许在窄空间中泊车并在低速时增加机动性。
图4A和图4B示出了处于宽轮距和窄轮距构造的车辆的底盘的第一实施方式的俯视图。
车辆底盘包括前轴，该前轴是带有一对前轮111、112的分离轴，前轮111、112具有可在图4A所示的宽轮距与图4B所示的窄轮距之间调节的轮距宽度。在简单的实施方式中，前轮可以仅设置为宽轮距或窄轮距中的一个。在更复杂的实施方式中，前轮可以设置在宽轮距和窄轮距之间的多个位置，例如，根据所需的速度或舒适度。在一个实施方式中，轮距可调节的前轮是不可转弯的，并且只有后轮是可转弯的以允许车辆的定向转向。在另一个实施方式中，在前轮111、112设置为宽轮距时，前轮111、112可围绕各自的、由转向关节轴承131、132限定的轴转向，以允许车辆在较高速时通过前轮进行定向转向。在前轮设置为窄轮距时，它们是不可转弯的，并且通过使后轮转弯来使车辆定向转向。前轮111、112的不可转弯的构造可以电动地触发(例如，通过车辆的中央处理单元)，或机械地触发(通过断开或阻挡前轮111、112的转向装置)。由于前轮111、112在设置为窄轮距时不可转弯的事实，因此可以使前轮111、112非常靠近车辆车体，而不需要在车体中为车轮的转弯提供额外的空间，从而实现车辆的特别窄的宽度，如图2B和图3B所示。
前轮111、112的轮距宽度由轮距宽度控制装置改变，轮距宽度控制装置可以被构造为改变前轴和后轴之间的轴距，使得前轮111、112的宽轮距时的轴距比前轮111、112的窄轮距时的轴距长。
根据本公开，通过使用前轮马达161、162和分别分配给每个前轮111、112的前轮制动器171、172以及锁定机构181来控制轮距宽度，锁定机构181被构造为将轮距宽度锁定到特定构造。当需要将轮距宽度改变为较宽的轮距时，锁定机构181被解锁以使前部悬架的元件能够移位，并且前轮马达161、162被操纵以将额外的推进力施加到车轮111、112上，这导致可变宽度的悬架的伸展。当需要将轮距宽度改变为较窄的宽度时，通过前轮制动器171、172向车轮111、112施加额外的制动力，并且车轮111、112迫使可变宽度的悬架缩回。当达到所需位置时，锁定机构181锁定可变宽度的悬架的元件并防止悬架进行任何伸展或缩回运动。
如上所指的“额外的推进力”被理解为延长轮距宽度所需的力。该力可以取决于车辆的当前速度和轮距宽度，并且可以由轮距宽度控制装置的电子控制器根据为特定类型的车辆和悬架的元件所定义的预定方程来计算。这同样适用于“额外的制动力”。为了在改变轮距宽度的同时保持车辆的速度不变，也可以采用后轮。例如，为了在延长轮距宽度的同时避免加速或者甚至在延长轮距宽度的同时降低整体车速，可以将制动力施加于后轮。另一方面，为了在减小轮距宽度的同时避免制动，可以将驱动力施加于后轮(在后轮由马达驱动的实施方式中)。
前轮马达161、162优选直接安装在前轮的轴上。它们最好是电动马达。
前轮制动器171、172可以是标准制动器。替代地，制动器171、172的功能可以由前轮马达161、162提供，前轮马达161、162可以产生推进力和制动力。因此，制动器171或172和马达161或162可以形成为系统的单一部件。
在所给出的实施方式中，锁定机构181呈现为可围绕枢转轴线182枢转的闩锁，该闩锁可由弹簧(在图中不可见)强制对准(如图4A和图4B所示)，并且可以通过由轮距宽度控制装置产生的反作用力(来自致动器(未示出)或另一个弹簧(未示出))围绕轴线182枢转。锁定机构181被构造为围绕锁定点183、184(其也可以称为锚定点)锁定，以将轮距宽度锁定在宽轮距处(图4A)和窄轮距处(图4B)。在其他实施方式中，可以定义更多预定的锁定点。
轮距宽度控制装置可包括连接至前轮111、112的叉骨对113、114，每个叉骨对113、114在一点枢转地连接至中央框架117并且在另一点枢转地连接至推拉杆115、116的一端，推拉杆115、116的另一端与可沿线性引导件119运动的元件118可枢转地连接，使得其运动控制轴距和前轮111、112的轮距宽度的改变。当车辆以低速运动时，中央线性引导件119对于轮距宽度的改变特别有用。除了前轮马达161、162和前轮制动器171、172之外，中央线性引导件119可以用作支持轮距宽度控制装置的控制的元件。
轮距宽度控制装置的另一个实施方式可以包括可变长度的转向杆141、142代替中央线性引导装置119，该可变长度的转向杆141、142在前轮111、112的轮距的缩回或伸展时临时改变它们的有效长度。增加转向杆141、142的长度使得前轮111、112都朝向车辆的中心轴线转动，这在车辆的运动期间将车轮朝车辆的中心推动并使轮距变窄。缩短转向杆141、142使两个前轮111、112远离车辆的中心轴线转动，并且引起前轮111、112同时向外运动，从而加宽它们的轮距。除了前轮马达161、162和前轮制动器171、172之外，转向杆141、142还可以用作支持轮距宽度控制装置的控制的元件。
除了前轮马达161、162和前轮制动器171、172之外，轮距宽度控制装置还可包括可变长度的转向杆141、142和中央引导件119。
在另一个实施方式中，轮距宽度控制装置可以仅包括前轮马达161、162和前轮制动器171、172，以控制轮距宽度。
替代地，除了上述双叉骨悬架之外，还可以使用其他类型的悬架(例如摆臂悬架或麦弗逊悬架)，为每个车轮提供单独的旋转轴。
车辆底盘还包括带有后轮121的后轴。后轮121例如可通过线性致动器124围绕由轴承123限定的轴线转弯，轴承123偏离后轮121的中心的距离大于后轮121的半径，这有利于车辆的机动性。如果前轮是可转弯的，则在前轮111、112被设置为宽轮距时，后轮121可被锁止，从而在车辆以较高速度行驶时仅通过前轮111、112使车辆转向。
后轴也可以是车辆的驱动轴，与后轮马达122联接。在这种情况下，前轮马达161、162可以是低功率马达，仅用于产生调节轮距宽度所需的额外的推进力。换言之，驱动后轮121的马达122可以具有比每个前轮马达161、162更高的功率。在其他实施方式中，前轮马达161、162也可以是用于产生除了由后轴马达122产生的推进力之外的用于驱动车辆的推进力的较高功率的马达。在又一个实施方式中，后轴可以是死轴，并且车辆可以仅由前轮马达161、162驱动。该车辆还包括被构造为控制后轮121的转弯的转向装置，例如，方向盘(为了简单起见而未在图中示出)。在前轮可转弯的实施方式中，在前轮111、112设置为宽轮距时，相同的转向装置也可用于控制前轮111、112。在特定的实施方式中，转向装置可被构造为在前轮111、112设置为宽轮距时控制前轮111、112的转弯，并在前轮111、112设置为窄轮距时控制后轮121的转弯。术语“转弯”应理解为车轮围绕非水平轴线的转动，优选围绕实质上竖直的轴线转动。在另一个实施方式中，当前轮111、112未被设置为窄轮距时，可以同时控制前轮111、112和后轮121的转弯。在另一个实施方式中，不管前轮111、112的轮距如何，仅控制后轮121。转向装置可以通过任何传统的机械或电动的方式与前轮111、112和后轮121联接和分离。
前轮用于宽轮距构造时的定向转向。这可以通过已知手段实现，例如PCT申请WO2011144574中所述的手段。前轮和后轮转弯的操作原理等同于参照PCT申请WO2011144574的图5、图6和图7所描述的原理。也可以采用车辆底盘的其他实施方式，例如PCT申请WO2011144574中所给出的图8和图9的实施方式的底盘，或图10和图11A至图11B的实施方式的底盘，或图14A至图14C的实施方式的底盘。
图5A至图5C示出了处于宽轮距构造、过渡期间和处于窄轮距构造的车辆的底盘的第二实施方式的俯视图。除非下文另有说明，否则编号为2xx的元件等同于第一实施方式的编号为1xx的元件。除非下文另有说明，否则第二实施方式的操作原理等同于第一实施方式的操作原理。
第二实施方式与第一实施方式的不同之处在于采用独立转向杆241、242的不同构造。
锁定闩锁281可通过线性致动器285在锁定点283、284之间运动。
图6A至图6C示出了处于宽轮距构造、过渡期间和处于窄轮距构造的车辆的底盘的第三实施方式的俯视图。为清楚起见，与图2的元件对应的元件未用附图标记表示。除非下文另有说明，否则第三实施方式的操作原理等同于先前给出的实施方式的操作原理。
第三实施方式与其他实施方式的不同之处在于采用不同的锁定机构。锁定机构包括销381，销381可通过线性致动器385在锁定点383、384之间运动。在锁定点处，安装可枢转的闩锁，该闩锁可由弹簧(在图中不可见)强制对准(如图中所示)，并且可以通过由轮距宽度控制装置产生的反作用力(来自致动器(未示出)或另一个弹簧(未示出))围绕轴383、384枢转。锁定机构被构造为将销381在锁定点383、384(其也可称为锚定点)处锁定在锁定闩锁周围，以将轮距宽度锁定在宽轮距处(图6A)和窄轮距处(图6B)。
图7A至图7C示出了处于宽轮距构造、过渡期间和处于窄轮距构造的车辆的底盘的第四实施方式的俯视图。为清楚起见，与图2的元件对应的元件未用附图标记表示。除非下文另有说明，否则第四实施方式的操作原理等同于先前给出的实施方式的操作原理。
第四实施方式与其他实施方式的不同之处在于采用不同的锁定机构。锁定机构包括磁性元件481，该磁性元件可通过线性致动器485在锁定点483、484之间运动。在锁定点483、484处，安装可由轮距宽度控制装置控制的电磁体。锁定机构被构造为通过电磁铁将磁性元件481锁定在锁定点483、484(其也可以称为锚定点)，以将轮距宽度锁定在宽轮距处(图7A)和窄轮距处(图7B)。
图8A至图8C示出了处于宽轮距构造、过渡期间和处于窄轮距构造的车辆的底盘的第五实施方式的俯视图。为清楚起见，与图2的元件对应的元件未用附图标记表示。除非下文另有说明，否则第五实施方式的操作原理等同于先前给出的实施方式的操作原理。
第五实施方式与其他实施方式的不同之处在于采用不同的锁定机构。锁定机构包括具有两个突出销582、583的静止元件581。销582、583的位置可由轮距宽度控制装置或其他元件(例如安装在静止元件581内的弹簧)控制。可在端部枢转的叉骨对513、514与半圆形盘584、585刚性联接，每个盘具有一对孔586、587。孔586、587被构造为接收突出销582、583，由此将盘584、585锁定并由此将叉骨对513、514锁定在窄轮距位置(图7A)或在宽轮距位置(图7B)。如果需要，可以定义更多的孔以便将底盘锁定在窄轮距和宽轮距之间的其他位置。
根据以上实施方式的车辆可以通过下面的方式操作。当车辆要以高速行驶时，可以将前轮设置为宽轮距，并且可以通过转向装置控制车辆，该转向装置被构造为控制前轮和/或后轮的转弯。这种“行驶模式”为车辆提供了良好的稳定性。当车辆要停泊在狭窄的空间或在空间受限的条件下缓慢行驶时，前轮可以设置为窄轮距，并且可以通过被构造为控制后轮转弯的转向装置控制车辆。这种“泊车模式”提供了车辆的窄尺寸和良好的机动能力。因此，车辆可以容易地停放在狭窄的泊车空间中。当轴距缩短以获得较窄的前轮距宽度时，转弯半径减小并且机动能力进一步增加。
轮距宽度控制装置和转向装置的操作可以由公共选择器控制，以由车辆驾驶员触发。选择器可以设置为“泊车模式”或“行驶模式”。选择器可以是车辆仪表板上的专用开关。可选地，选择器可以与换挡杆联接，其中“泊车模式”可以与变速杆的专用位置或倒档位置联接，并且“行驶模式”可以与指示前进档的位置联接。
图9示出了选择器的操作的流程图。可以通过车辆的中央处理单元机械地或电动地控制操作。当在步骤201中检测到选择器模式改变为“泊车模式”时，轮距宽度控制装置被触发，以在步骤202中设定前轮111、112的窄轮距，并且接下来在步骤203中转向装置被构造为控制后轮121的转弯。另外，当在步骤201中检测到选择器模式改变为“行驶模式”时，在步骤204中触发轮距宽度控制装置以设置前轮111、112的宽轮距，并且接下来在步骤205中将转向装置构造为控制前轮111、112和/或后轮121的转弯。
如上所述的车辆底盘的所有实施方式可以与可倾斜框架联接，例如在PCT申请WO2011144574中描述的可倾斜框架。
以上给出的实施方式是本发明的示例性实施方式。在不脱离由所附权利要求限定的本发明的范围的情况下，可以进行各种修改。例如，后轴可包括多于一个轮子，只要后轮的轮距宽度不比前轮的窄轮距宽。车辆还可包括多于两个轴。
例如在权利要求中称为x11、x12的元件被认为包含以相同数字结尾的各种实施方式的元件，例如111、112，211，212。

Claims (13)

1.一种车辆，其包括：
-具有一对前轮(x11，x12)的前轴，所述前轮具有在宽轮距与窄轮距之间能调节的轮距宽度；
-具有至少一个后轮(x21)的后轴；
-转向装置，其被构造为在所述前轮(x11，x12)设置为所述窄轮距时控制所述后轮(x21)的转弯；
-轮距宽度控制装置，其被构造为改变所述前轮(x11，x12)的轮距宽度，并改变所述前轴与所述后轴之间的轴距，使得所述前轮(x11，x12)的宽轮距时的轴距比所述前轮(x11，x12)的窄轮距时的轴距长；
-锁定机构(x81)，其被构造为锁定轮距宽度；
-其中，每个所述前轮(x11，x12)连接至用于驱动所述前轮的专用的前轮马达(x61，x62)和用于制动所述前轮(x11，x12)的专用的前轮制动器(x71，x72)。
2.根据权利要求1所述的车辆，其中，所述轮距宽度控制装置被构造为通过控制所述前轮马达(x61，x62)和所述前轮制动器(x71，x72)来改变所述前轮(x11，x12)的轮距宽度。
3.根据前述任一项权利要求所述的车辆，其中，所述前轮马达(x61，x62)是电动马达。
4.根据前述任一项权利要求所述的车辆，其中，所述前轮马达(x61，x62)与所述前轮制动器(x71，x72)为一体。
5.根据前述任一项权利要求所述的车辆，其中，所述前轮马达(x61，x62)与所述前轮轴为一体。
6.根据前述任一项权利要求所述的车辆，其中，所述至少一个后轮(x21)由后轮马达(x22)驱动。
7.根据权利要求6所述的车辆，其中，所述后轮马达(x22)具有比每个所述前轮马达(x61，x62)更高的功率。
8.根据权利要求1-5中任一项所述的车辆，其中，所述具有至少一个后轮(x21)的后轴是死轴。
9.根据前述任一项权利要求所述的车辆，其中，所述锁定机构(181-481)是能运动的并且被构造为锁定在相对于所述车辆底盘静止固定的预定的锁定点(183-483；184-484)处。
10.根据前述任一项权利要求所述的车辆，其中，所述锁定机构(181，281)包括被构造为与销(183，184，283，284)联接的闩锁(181，281)。
11.根据前述任一项权利要求所述的车辆，其中，所述锁定机构(381)包括被构造为与闩锁(383，384)联接的销(381)。
12.根据前述任一项权利要求所述的车辆，其中，所述锁定机构(481)包括被构造为与电磁体(483，484)联接的磁性元件(481)。
13.根据权利要求1-8中任一项所述的车辆，其中，所述锁定机构(581)相对于所述车辆底盘是静止固定的，并且被构造为锁定能枢转的叉骨对(513，514)。
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