CN110294033A - 车身侧倾限位机构及应用该机构的车辆 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及车辆底盘技术领域，公开了一种车身侧倾限位机构及应用该机构的车辆，车身侧倾限位机构包括：车架、车身、限位轮、摆杆、滚子，车身与限位轮共同相对车架转动，限位轮的凸轮轮廓约束滚子形成摆杆两极限位置，摆杆右极限位置为车身侧倾工作状态由电磁推力保持，摆杆左极限位置为侧倾锁止状态由弹簧拉力复位，致动器驱动车身相对车架侧倾运动，获得任意车身侧倾角β，实现了车身主动侧倾、左右极限车身侧倾角限位、以及故障断电后车身侧倾角回零的自动复位功能，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车身主动倾斜一定角度来抵抗离心力或侧翻力，保持车辆稳定的行驶姿态。

Description

车身侧倾限位机构及应用该机构的车辆
技术领域
本发明涉及一种车身侧倾限位机构及应用该机构的车辆，属于车辆底盘技术领域，特别涉及车身侧倾及控制技术范畴。
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，车辆主动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，产生一个平衡力矩，来抵抗车辆受到的离心力或侧翻力，以保持车辆稳定的行驶姿态。
车辆主动侧倾技术通常由车身独立侧倾、车身和车轮联动侧倾两种方式实施，其中：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，需要采用两轮独立转向或四轮独立转向，或者采用由侧倾机构和转向机构联动组成的车辆转向侧倾联动装置实现，但结构复杂、造价高，适宜于高端车辆；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，结构简单、造价低，通常由致动器直接驱动车身相对车架转动，造成车辆转弯时的操纵稳定性、平顺性及安全可靠性较差；探索车身独立侧倾驱动方式，研究车身独立侧倾限位、控制方法，为降低主动侧倾车辆造价、提高车身独立侧倾车辆性能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身侧倾限位机构及应用该机构的车辆，实现车身主动侧倾、左右极限车身侧倾角限位、以及故障断电后车身侧倾角回零的自动复位功能，应用于车辆在过弯时或者驶过倾斜路面时车身主动倾斜一定角度来抵抗离心力或侧翻力，以保持车辆稳定的行驶姿态。
为了达到本发明的目的所采取的技术方案如下：
车身侧倾限位机构包括：车架(1)、车身(2)、限位轮(3)、摆杆(4)、滚子(5)，车身(2)与车架(1)在O点绕侧倾轴线L转动连接，侧倾中心O位于车架(1)中线和车身(2)的对称线上，圆盘形限位轮(3)上开设有矩形通孔及与其联通的扇形导槽，由直线段fa、ab、bc、cd、de及圆弧ef形成闭式内凸轮轮廓fabcdef关于限位轮(3)的直径对称，限位轮(3)中心与车架(1)绕侧倾轴线L转动连接，滚子(5)转动连接于摆杆(4)的一端，摆杆(4)另一端与车架(1)在K点转动连接，K点位于限位轮(3)的矩形通孔和扇形导槽之对称线一侧，各连接点转动轴线平行于侧倾轴线L，限位轮(3)与车身(2)同轴线L固连，滚子(5)外径等于矩形通孔侧边bc的长度，保持滚子(5)在限位轮(3)的矩形通孔或扇形导槽内，摆杆(4)绕K点摆动，当滚子(5)与矩形通孔的侧边bc相切时为摆杆左极限位置，当滚子(5)与限位轮(3)的扇形导槽圆弧ef相切时为摆杆右极限位置，摆杆右极限位置由电磁推力保持，摆杆左极限位置由弹簧拉力复位；
其中：摆杆左极限位置为侧倾锁止状态，此时滚子(5)与矩形通孔的上边ab和下边cd同时相切，限位轮(3)与车架(1)无相对转动、限位于车身侧倾角β＝0，摆杆右极限位置为车身侧倾工作状态，此时允许限位轮(3)与车身(2)共同相对车架(1)转动，致动器(6)驱动车身(2)相对车架(1)绕侧倾轴线L转动、获得任意车身侧倾角β，限位轮(3)与车身(2)同时相对车架(1)转动β，当扇形导槽的下边de与滚子(5)相切时，限位于左极限车身侧倾角βL，当扇形导槽的上边af与滚子(5)相切时，限位于右极限车身侧倾角βR，-βL≤β≤βR，取βL＝βR＞0，断电后摆杆自动复位至左极限位置，车身侧倾角β恒等于零。
给定摆杆右极限位置由电磁铁(7)的电磁推力保持，摆杆左极限位置由弹簧(8)的拉力复位，当从车身侧倾工作状态断电时，致动器(6)对车身失去驱动力矩，同时作用于摆杆上的电磁推力消失，摆杆(4)在弹簧拉力作用下摆动复位，滚子(5)作用于扇形导槽一边上的法向力N，N对O点的力矩驱动限位轮(3)相对车架(1)转动，车身(2)随限位轮(3)一同转动，直至滚子(5)进入矩形通孔，摆杆(4)在弹簧拉力作用下复位到左极限位置，车身侧倾角β恒等于零；
车身侧倾限位机构工作过程为：车辆上电后，由电磁铁(7)的电磁推力始终保持摆杆在右极限位置，致动器(6)驱动车身绕侧倾轴线L转动任意侧倾角β、-βL≤β≤βR，此时限位轮(3)随车身(2)共同相对车架(1)转动，滚子(5)与扇形导槽圆弧ef相切、滚动，整车断电时，摆杆(4)在弹簧拉力作用下摆动复位至左极限位置，滚子(5)进入限位轮(3)的矩形通孔，车身侧倾角β恒等于零，具备了故障断电后车身侧倾角回零的自动复位功能。
上述的车身侧倾限位机构中，致动器(6)选用直流伺服电机、直流伺服减速电机、直流步进电机、直流步进减速电机、直流电机或者直流减速电机，均可获得所需车身侧倾角β；致动器选用直流电机或者直流减速电机时，由角度传感器测量车身侧倾角β数值，控制车身侧倾。
车身主动侧倾四轮车辆包括：车身侧倾限位机构，由车架通过四组悬架和减震器按照给定的轴距和轮距分别连接左前轮、右前轮、左后轮、右后轮，双前轮转向，双后轮驱动，构成具备前轮转向、后轮驱动、车身主动侧倾特征的四轮车辆。
车身主动侧倾倒三轮车辆包括：车身侧倾限位机构，由车架通过两组悬架和减震器按照给定的轮距分别连接左前轮、右前轮，双前轮转向，车身通过摆臂和减震器按照给定的轴距连接一个后车轮，后轮驱动，构成具备前轮转向、单后轮驱动、车身主动侧倾特征的倒三轮车辆，具备体积小，机动、灵活特点。
本发明的有益效果在于，所提出的一种车身侧倾限位机构及应用该机构的车辆，实现了车身主动侧倾、左右极限车身侧倾角限位、以及故障断电后车身侧倾角回零的自动复位功能，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车身主动倾斜一定角度来抵抗离心力或侧翻力，保持车辆稳定的行驶姿态。
附图说明
图1为车身侧倾限位机构简图；
图2为摆杆左、右极限位置图；
图3为左、右极限车身侧倾角限位原理图；
图4为摆杆极限位置控制原理图；
图5为限位轮的三维凸轮轮廓图；
图6为车身主动侧倾驱动原理图；
图7为车身主动侧倾四轮车辆组成原理图；
图8为车身主动侧倾倒三轮车辆组成原理图；
图中：1--车架，2--车身，3--限位轮，4--摆杆，5--滚子，6--致动器，7--电磁铁，8--弹簧。
具体实施方式
下面根据附图对本发明的实施例进行描述。
图1所示的车身侧倾限位机构简图，车身侧倾限位机构包括：车架(1)、车身(2)、限位轮(3)、摆杆(4)、滚子(5)，车身(2)与车架(1)在O点绕侧倾轴线L转动连接，侧倾中心O位于车架(1)中线和车身(2)的对称线上，圆盘形限位轮(3)上开设有矩形通孔及与其联通的扇形导槽，由直线段fa、ab、bc、cd、de及圆弧ef形成闭式内凸轮轮廓fabcdef关于限位轮(3)的直径对称(如图5所示)，限位轮(3)中心与车架(1)绕侧倾轴线L转动连接，滚子(5)转动连接于摆杆(4)的一端，摆杆(4)另一端与车架(1)在K点转动连接，K点位于限位轮(3)的矩形通孔和扇形导槽之对称线一侧，各连接点转动轴线平行于侧倾轴线L，限位轮(3)与车身(2)同轴线L固连，滚子(5)外径等于矩形通孔侧边bc的长度，保持滚子(5)在限位轮(3)的矩形通孔或扇形导槽内，摆杆(4)绕K点摆动，当滚子(5)与矩形通孔的侧边bc相切时为摆杆左极限位置(如图2a所示)，当滚子(5)与限位轮(3)的扇形导槽圆弧ef相切时为摆杆右极限位置(如图2b所示)，摆杆右极限位置由电磁推力保持，摆杆左极限位置由弹簧拉力复位；图2所示的车身侧倾角β＝0时，取K点位于矩形通孔的侧边bc中点与扇形导槽圆弧ef中点连线的中垂线上。
其中：摆杆左极限位置为侧倾锁止状态，此时滚子(5)与矩形通孔的上边ab和下边cd同时相切，限位轮(3)与车架(1)无相对转动、限位于车身侧倾角β＝0，摆杆右极限位置为车身侧倾工作状态，此时允许限位轮(3)与车身(2)共同相对车架(1)转动，致动器(6)驱动车身(2)相对车架(1)绕侧倾轴线L转动、获得任意车身侧倾角β，限位轮(3)与车身(2)同时相对车架(1)转动β，当扇形导槽的下边de与滚子(5)相切时，限位于左极限车身侧倾角βL(如图3a所示)，当扇形导槽的上边af与滚子(5)相切时，限位于右极限车身侧倾角βR(如图3b所示)，-βL≤β≤βR，取βL＝βR＞0；断电后摆杆自动复位至左极限位置，车身侧倾角β恒等于零，无论车身侧倾角β如何变化，滚子始终被限定在限位轮的闭式内凸轮轮廓fabcdef内。
图4所示的摆杆极限位置控制原理图，给定摆杆右极限位置由电磁铁(7)的电磁推力保持，摆杆左极限位置由弹簧(8)的拉力复位，当从车身侧倾工作状态断电时，致动器(6)对车身失去驱动力矩，同时作用于摆杆上的电磁推力消失，摆杆(4)在弹簧拉力作用下摆动复位，滚子(5)作用于扇形导槽一边上的法向力N，N对O点的力矩驱动限位轮(3)相对车架(1)转动回位，车身(2)随限位轮(3)一同转动、车身侧倾角β数值减小，直至滚子(5)进入矩形通孔，摆杆(4)在弹簧拉力作用下复位到左极限位置，车身侧倾角β恒等于零；
车身侧倾限位机构工作过程为：车辆上电后，由电磁铁(7)的电磁推力始终保持摆杆在右极限位置，致动器(6)驱动车身绕侧倾轴线L转动任意侧倾角β、-βL≤β≤βR，此时限位轮(3)随车身(2)共同相对车架(1)转动，滚子(5)与扇形导槽圆弧ef相切、滚动，整车断电时，摆杆(4)在弹簧拉力作用下摆动复位至左极限位置，滚子(5)进入限位轮(3)的矩形通孔，车身侧倾角β恒等于零，具备了故障断电后车身侧倾角回零的自动复位功能。设工作中车身质量m、车身质心距离侧倾轴线L距离h、重力加速度g，车身侧倾角β，平衡力矩M＝mg·h·sin(β)，由平衡力矩M来抵抗车辆受到的离心力或侧翻力，以保持车辆稳定的行驶姿态。
图6所示的车身主动侧倾驱动原理图，车身侧倾限位机构中，致动器(6)固连于车架上，致动器输出轴连接车身和限位轮，致动器输出轴驱动车身相对车架绕侧倾轴线L转动、获得车身侧倾角β，限位轮与车身同时相对车架转动β；致动器(6)选用直流伺服电机、直流伺服减速电机、直流步进电机、直流步进减速电机、直流电机或者直流减速电机，均可获得所需车身侧倾角β；致动器选用直流电机或者直流减速电机时，由角度传感器测量车身侧倾角β数值，控制车身侧倾。
图7所示的车身主动侧倾四轮车辆组成原理图，车身主动侧倾四轮车辆包括：车身侧倾限位机构，由车架通过四组悬架和减震器按照给定的轴距和轮距分别连接左前轮、右前轮、左后轮、右后轮，两组前悬架相同，等腰梯形转向机构联动双前轮转向，两组后悬架相同，双后轮轮毂电机驱动，构成具备前轮转向、后轮驱动、车身主动侧倾特征的四轮车辆。
图8所示的车身主动侧倾倒三轮车辆组成原理图，车身主动侧倾倒三轮车辆包括：车身侧倾限位机构，由车架通过两组相同的悬架和减震器按照给定的轮距分别连接左前轮、右前轮，等腰梯形转向机构联动双前轮转向，车身通过摆臂和减震器按照给定的轴距连接一个后车轮，后轮轮毂电机驱动，构成具备前轮转向、单后轮驱动、车身主动侧倾特征的倒三轮车辆，具备体积小，机动、灵活特点。
通过以上实施例，本发明所提出的一种车身侧倾限位机构及应用该机构的车辆，实现了车身主动侧倾、左右极限车身侧倾角限位、以及故障断电后车身侧倾角回零的自动复位功能，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车身主动倾斜一定角度来抵抗离心力或侧翻力，保持车辆稳定的行驶姿态。

Claims (4)

1.车身侧倾限位机构，其特征在于，包括：车架、车身、限位轮、摆杆、滚子，车身与车架在O点绕侧倾轴线L转动连接，侧倾中心O位于车架中线和车身的对称线上，圆盘形限位轮上开设有矩形通孔及与其联通的扇形导槽，由直线段fa、ab、bc、cd、de及圆弧ef形成闭式内凸轮轮廓fabcdef关于限位轮的直径对称，限位轮中心与车架绕侧倾轴线L转动连接，滚子转动连接于摆杆的一端，摆杆另一端与车架在K点转动连接，K点位于限位轮的矩形通孔和扇形导槽之对称线一侧，各连接点转动轴线平行于侧倾轴线L，限位轮与车身同轴线L固连，滚子外径等于矩形通孔侧边bc的长度，保持滚子在限位轮的矩形通孔或扇形导槽内，摆杆绕K点摆动，当滚子与矩形通孔的侧边bc相切时为摆杆左极限位置，当滚子与限位轮的扇形导槽圆弧ef相切时为摆杆右极限位置，摆杆右极限位置由电磁推力保持，摆杆左极限位置由弹簧拉力复位；
其中：摆杆左极限位置为侧倾锁止状态，此时滚子与矩形通孔的上边ab和下边cd同时相切，限位轮与车架无相对转动、限位于车身侧倾角β＝0，摆杆右极限位置为车身侧倾工作状态，此时允许限位轮与车身共同相对车架转动，致动器驱动车身相对车架绕侧倾轴线L转动、获得任意车身侧倾角β，限位轮与车身同时相对车架转动β，当扇形导槽的下边de与滚子相切时，限位于左极限车身侧倾角βL，当扇形导槽的上边af与滚子相切时，限位于右极限车身侧倾角βR，-βL≤β≤βR，取βL＝βR＞0，断电后摆杆自动复位至左极限位置，车身侧倾角β恒等于零。
2.根据权利要求1所述的车身侧倾限位机构，其特征在于，所述的致动器选用直流伺服电机、直流伺服减速电机、直流步进电机、直流步进减速电机、直流电机或者直流减速电机，均可获得所需车身侧倾角β。
3.车身主动侧倾四轮车辆，其特征在于，包括：权利要求1所述的车身侧倾限位机构，由所述的车架通过四组悬架和减震器按照给定的轴距和轮距分别连接左前轮、右前轮、左后轮、右后轮，双前轮转向，双后轮驱动，构成具备前轮转向、后轮驱动、车身主动侧倾特征的四轮车辆。
4.车身主动侧倾倒三轮车辆，其特征在于，包括：权利要求1所述的车身侧倾限位机构，由所述的车架通过两组悬架和减震器按照给定的轮距分别连接左前轮、右前轮，双前轮转向，车身通过摆臂和减震器按照给定的轴距连接一个后车轮，后轮驱动，构成具备前轮转向、单后轮驱动、车身主动侧倾特征的倒三轮车辆。
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