CN110497758B - 一种中间轮驱动的车辆 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种中间轮驱动的车辆，包括底盘框架和沿运行方向呈前、中、后分布的前轮、一对驱动轮、后轮，所述前轮和后轮能够转向，其特征在于：所述驱动轮安装于所述底盘框架的中部附近的两侧，所述后轮安装于底盘框架后端，所述前轮通过一个可控支撑机构连接于底盘框架，整车质心位于中间轮和后轮之间但靠近中间轮。根据所述后轮所受到路面的支撑力来控制所述可控支撑机构的状态。当后轮受到路面的支撑力大于一定限度，则使所述可控支撑机构进入浮动状态，而当后轮受到路面的支撑力小于一定限度，则使所述可控支撑机构进入锁定状态。

Description

一种中间轮驱动的车辆

技术领域

本发明涉及的动力车辆，具体而言，涉及一种中间轮驱动的车辆，例如电动轮椅。

背景技术

目前的动力车辆，从电动轮椅到汽车，车轮都是前后分布。按照驱动轮的位置，可以分为前轮驱动(Front-wheel drive)和后轮驱动(Rear-wheel drive)，他们有两个共同缺点：一是转弯半径较大，二是由于驱动轮距离整车质心较远，造成驱动轮与地面间摩擦力不够，牵引力有时不足。

以前轮驱动的电动轮椅为例，其驱动轮位于底盘框架前端，后轮为随动转向的万向轮，利用驱动轮的差速实现转向，左右轮等速正反转可以实现最小的转弯半径约为前后轮之间的距离。同时，由于驱动轮仅承担大约一半的重量，摩擦力有时不够，特别是在加速或上坡时，前轮对地面的压力进一步降低，经常出现打滑现象。

另外，近年来在现有技术中公开的中间轮驱动类型的电动轮椅也日益受欢迎。例如：《电动中间轮驱动轮椅》(公告号：CN 103068352 B)，该现有技术公开了一种中间轮驱动类型的轮椅包括底盘框架、一对前连杆臂和一对后连杆臂。这些连杆臂枢转地连接到底盘框架。前脚轮和驱动轮固定到前连杆臂。后脚轮固定到后连杆臂。每个前连杆臂借助相应联接机构可操作地连接到相邻后连杆臂，所述联接机构设置成将所述前连杆臂和后连杆臂中的一方绕相应的第一枢转轴线和第二枢转轴线的枢转运动转换为所述前连杆臂和所述后连杆臂中的另一方绕相应的第一枢转轴线和第二枢转轴线的相反的枢转运动。该技术目的在于提供一种中间轮驱动类型的改善的轮椅，具有爬上和爬下障碍物的增强能力的这种轮椅，具有稳定性较强的表面接触功能。

上述发明的电动轮椅并不完全具备自动适应凹凸路面的能力。当中间轮(驱动轮)处于凹陷中时，其必然受到前后轮的托举，托举的力量的大小取决于相应连杆臂与底盘框架之间的弹性力矩。所述弹性力矩大则使得中间轮受到托举力大因而牵引力下降，相反则使得车辆平稳性差，比如加速则后仰，刹车则前倾。

如果将车辆设计为具有前、中、后三组车轮，一对驱动轮处于中部，前、后轮分别处于头、尾位置，前、后轮可以主动或被动跟随转向，利用两驱动轮的差速实现转向，则可以实现原地转向或调头，同时由于车辆质心接近于驱动轮，驱动轮对地面接触压力增加，因而能实现最大的牵引力。

但这样的一般性设计有一些内在的问题，比如考虑到实际路面不平，会出现驱动轮被架空，从而失去动力的情况，如图1所示。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明的目的是提供一种避免了上述问题的中间轮驱动的车辆。

为了实现上述发明目的，本发明的基本构思是：平稳运行时，仅由驱动轮和后轮支撑车体，并主要由驱动轮支撑，同时前轮以浮动形式接触路面；当发生前倾或接近前倾时，立即使前轮产生支撑作用而避免前倾；由于前倾的根本特征是后轮的支撑力趋近于零，因此根据后轮的支撑力来控制前轮的支撑状态。

本发明采用的技术方案为：

一种中间轮驱动的车辆，包括底盘框架和沿运行方向呈前、中、后分布的前轮、一对驱动轮、后轮，所述前轮和后轮能够转向，整车质心位于驱动轮和后轮之间，其特征在于：所述驱动轮安装于所述底盘框架的中部附近的两侧，所述后轮安装于底盘框架后端，所述前轮通过一个可控支撑机构连接于底盘框架，根据所述后轮所受到路面的支撑力来控制所述可控支撑机构的状态。

上述的中间轮驱动的车辆，其进一步特征在于：在所述后轮与底盘框架之间连接有支撑力反馈装置，其输出连接于所述可控支撑机构，用于控制其状态；当后轮受到路面的支撑力大于一定限度，则使所述支撑机构进入浮动状态，而当后轮受到路面的支撑力小于一定限度，则使所述支撑机构进入锁定状态。

上述的中间轮驱动的车辆，其进一步特征在于：在所述后轮与底盘框架之间设置有联动机构，所述联动机构连接一个拉索，使得所述后轮与底盘框架之间的上下位移转变为拉索的位移，所述拉索连接到所述可控支撑机构，机械地控制其状态。进一步，所述拉索可以替换为自行车等常用的刹车线，在所述后轮与底盘框架之间设置有联动机构，所述联动机构连接一条刹车线，使得所述后轮与底盘框架之间的上下位移转变为所述刹车线的线芯和线管间的相对轴向位移，所述刹车连接到所述可控支撑机构，利用线芯和线管的相对位移机械地控制所述可控支撑机构状态。刹车线可以弯曲放置，因而在产品的结构设计中可以更加灵活。

所述可控支撑机构是单向锁止的，即只在支撑底盘框架的运动方向可以锁止，另一个方向始终可以活动。所述可控支撑机构包括齿条结构，利用两个齿条间的咬合和分离来分别实现锁止状态和浮动状态。所述齿条的齿接近于直角三角形，且其一边接近垂直于底边。

上述的中间轮驱动的车辆，后轮固定安装，底盘框架及负载的总重心位于驱动轮和后轮之间且接近于驱动轮，驱动轮承担大部分(70％以上)的重量。

本发明还公开了一种中间轮驱动车辆的控制方法，使用上述的中间轮驱动的车辆，底盘框架沿运行方向分布前轮、中间驱动轮、后轮，当车辆的后轮受到路面的支撑力大于一定限度，则使支撑机构进入浮动状态，而当后轮受到路面的支撑力小于一定限度，则使支撑机构进入锁定状态。

同样原理，本发明的中间轮驱动的车辆，包括底盘框架和沿运行方向呈前、中、后分布的前轮、驱动轮、后轮，所述前轮和后轮能够转向，其特征在于：所述驱动轮安装于所述底盘框架的中部附近的两侧，所述前轮安装于底盘框架前端，所述后轮通过一个可控支撑机构连接于底盘框架，利用所述前轮所受到路面的支撑力来控制所述可控支撑机构的状态；当前轮受到路面的支撑力大于一定限度，则使所述支撑机构进入浮动状态，而当前轮受到路面的支撑力小于一定限度，则使所述支撑机构进入锁定状态。

有益效果：与现有前轮或后轮驱动的车辆相比，本发明的优点是：1.可以原地调头，回转半径小，约为车长的一半；2.驱动轮附着力大，不易打滑；3.运行更加稳定；4.操控性能优越。与现有技术的中间轮驱动的车辆相比，本实施例能够自动适应路面的凹凸，在中间轮处于凹陷中时，不会受到前后轮的托举。另外，通过深入的力学分析可知，本实施例的通过性更好。

附图说明

图1是现有技术中中间轮驱动时驱动轮被架空情况的示意图。

图2是本发明的中间轮驱动的车辆的工作原理示意图。

图3是本发明实施例的中间轮驱动的电动轮椅结构示意图。

图4是本发明实施例的可控支撑机构结构的剖面图。

图中，1：底盘框架；2：驱动轮；3：后轮；4：前轮；5：可控支撑机构；6：后轮支撑力反馈装置；7：拉索；

51：锁止活塞；52：锁止弹簧；53：可控支撑滑管；54：限位槽；61：后轮弹簧；62：跷板；63：后轮架滑杆。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。

如图2所示，是本发明的中间轮驱动的车辆的工作原理示意图，图中，1：底盘框架；2：驱动轮；3：后轮；4：前轮；5：可控支撑机构；6：后轮支撑力反馈装置。本发明的中间轮驱动的车辆，将前轮4通过一个可控支撑机构5连接到底盘框架1，这个可控支撑机构5有锁定和自由两种状态，锁定状态时其连接的前轮4相对于底盘框架1的距离不能被压缩，因而形成支撑作用，自由状态时其连接的前轮4相对于底盘框架1的距离能够上下自由压缩或伸展，即可以上下浮动，因而不会形成支撑力。同时设置有后轮支撑力反馈装置6，用于实时检测后轮所受到路面的支撑力(支撑力或承重)，当此压力大于一定限度时，使所述可控支撑机构5进入自由状态，即取消前轮的支撑作用，而当此压力小于一定限度时，则使所述可控支撑机构5进入锁定状态，从而前轮4对底盘框架1形成支撑。上述压力限度要远小于整车重量。

根据这一设计，可以确保任意时刻不会发生前后轮同时有较大支撑力的情况，因此中间的驱动轮2将能够始终接触地面并且有较大接触压力。例如，假设本发明构思的车辆形成了现有技术中图1所示的情况，则后轮3必然承受大约一半的整车重量，此时会触发可控支撑机构5进入自由状态，从而使前轮4失去支撑力，车体自然下降，直到驱动轮2着地。由此可证本发明的中间轮驱动的车辆运行中不会出现图1所示的状态，并且能够自动适应路面凹凸变化。图2中的可控支撑机构5可以有多种实现方式，只要能可控地使其连接的前轮能够实现承重支撑和自由上下浮动即可，可以接收电子信号通过电力执行机构实现控制，也可以直接采用机械作用进行控制。图2所示的车辆结构是由连接车轮的滑管和允许滑管在其中轴向运动的限位槽，以及锁止部件构成。后轮支撑力反馈装置6同样可以是电子传感器，也可以是机械联动机构，其目的是将后轮的承重情况(支撑力大小)传递到可控支撑机构5。采用机械联动方式在可靠性和响应速度方面有其天然的优越性，并且结构更简洁，成本低，没有电耗。

前轮和后轮分别可以是一个或一对。由于车辆的运行方向由动力轮(驱动轮)的速度和速度差决定，因此前轮和后轮的指向需要被动配合。如果前、后轮为跟随外力而转向的万向轮，则不需另行考虑其方向。但尤其是高速行驶时，万向轮的摆动会造成能量消耗和本身磨损。因此部分实施中有必要采用可控方向的前、后轮，比如由电机驱动轮架转向的前、后轮，轮架的方向应实时由两驱动轮的速度计算确定。

图3是本发明一个实施例的中间轮驱动的电动轮椅结构示意图，图中，1：底盘框架；2：驱动轮；3：后轮；4：前轮；51：锁止活塞；52：锁止弹簧；53：可控支撑滑管；54：限位槽；61：后轮弹簧；62：跷板；63：后轮架滑杆；7：拉索。

本实施例的电动轮椅，前后轮为单个随动转向的万向轮，中间轮(即驱动轮)2是两个无刷轮毂电机，整车的质心处于驱动轮2和后轮3之间但非常接近于驱动轮2，质心与驱动轮2和后轮3的距离比大约为1:5，前轮4通过可控支撑机构5连接到底盘框架，支撑力反馈装置6位于后轮3与底盘框架1之间，支撑力反馈装置6的输出用于驱动可控支撑机构5，当压力大于5公斤时，可控支撑机构进入自由状态，当压力小于5公斤时，可控支撑机构5进入锁定状态。本实施方案中，前后轮都是随动转向的万向轮结构，支撑力反馈装置6是一个机械连动机构，后轮通过轮架上的后轮架滑杆63连接底盘框架1的尾部，并且可以轴向在一定行程内自由滑动；当后轮3承重时，后轮架滑杆63相对上移，推动跷板62，联动地牵引拉索7后移，因而后轮3的承重将通过拉索7机械地传递到可控支撑机构5。后轮弹簧61可以用来调节所述的压力限度，即动作的灵敏度，但它不是必须的。本实施例中，可控支撑机构5是由连接车轮的可控支撑滑管53、允许滑管53在其中轴向运动的限位槽54、锁止活塞51以及锁止弹簧52等构成。可控支撑滑管53面对锁止活塞51的一面上有齿形接近直角型的齿条，长度约22cm，宽度5cm，尼龙材料制成，齿的斜面与底面呈30度，齿距1.5mm；锁止活塞51上有同样的齿条，长度约3cm，方向相反，两者平行可以啮合。当后轮3有足够承重时，后轮架滑杆63推动跷板62，通过拉索7带动锁止活塞51后移，使之与滑管53分离，因此可控支撑机构5进入自由状态，前轮能够上下自由活动，不会产生支撑作用；当后轮3没有足够承重或悬空时，后轮架滑杆63回落，拉索7失去拉力，锁止活塞51在锁止弹簧52的作用下前移并与滑管53的齿啮合，由于三角形齿的作用，支撑滑管53不能向上运动，因此可控支撑机构5进入锁止状态，使得前轮4起到承重作用。进一步，比较理想的效果是，前轮在任何情况下都能接触路面，这样，在任何情况下，一旦车辆出现前倾的倾向，都能瞬间提供支撑作用而避免前倾。在本实施例中，由于图3所示的齿的形状和排布方向，只要适当设定锁止弹簧52的拉力，并且降低齿面的摩擦力，即便在锁止状态，滑管53也能在前轮和滑管自身重量的作用下自然下滑，必要的情况下也可以通过弹簧等外力作用确保其能够跟随路面下滑。

本实施例中，假设整车重量(含载荷)大于100公斤，当静止或匀速运行，则后轮压力大于5公斤，前轮自由着地，驱动轮和后轮支撑底盘框架；当刹车时，底盘框架因惯性出现前倾趋势，此时后轮对路面压力减小，当后轮接近悬空而失去支撑作用时，可控支撑机构立即进入锁定状态，前轮瞬间支撑地面，从而避免车辆的前倾，因而保证底盘框架的平稳性。同时，试验证明，本实施例的轮椅，长度90cm，可以在普通住宅升降电梯内轻松调头，非常方便老人驾驶，这是同样尺寸的现有电动轮椅难以做到的。

与现有前轮或后轮驱动的电动轮椅相比，本实施例的优点是：1.可以原地调头，回转半径小，约为车长的一半；2.驱动轮附着力大，不易打滑。3.行驶机动灵活，且稳定性好。与现有技术的中间轮驱动的电动轮椅相比，本实施例能够自动适应路面的凹凸，在中间轮处于凹陷中时，不会受到前后轮的托举，并且减速、加速时不会前倾、后仰。

图4是本实施例的中间轮驱动的车辆中可控支撑机构结构的剖面图，图中，1：底盘框架；4：前轮；51：锁止活塞；53：可控支撑滑管；54：限位槽；7：拉索。

当然，不可否认的是，本发明可以用自行车等产品中常用的刹车线结构替代拉索7，从而允许其在空间中弯曲排布，有利于结构和外观设计。只要设计适当的限位和牵引结构，就能使得所述后轮与底盘框架之间的上下位移转变为所述刹车线的线芯和线管间的相对轴向位移，所述刹车连接到可控支撑机构，利用线芯和线管的相对位移控制所述可控支撑机构状态。

上述是以后轮固定连接，前轮通过可控支撑机构连接为例说明本发明的构思，实际上，基于同样构思，反之后轮通过可控支撑机构连接而前轮固定连接也可实现本发明的目的，也应在保护的范围内。

Claims (8)

1.一种中间轮驱动的车辆，包括底盘框架和沿运行方向呈前、中、后分布的前轮、一对驱动轮、后轮，所述前轮和后轮能够转向，整车质心位于驱动轮和后轮之间，其特征在于：所述驱动轮安装于所述底盘框架的中部附近的两侧，所述后轮安装于所述底盘框架后端，所述前轮通过一个可控支撑机构连接于所述底盘框架，根据所述后轮所受到路面的支撑力来控制所述可控支撑机构的状态；

当后轮受到路面的支撑力大于一定限度，则使所述可控支撑机构进入浮动状态，而当后轮受到路面的支撑力小于一定限度，则使所述可控支撑机构进入锁定状态；

在所述后轮与底盘框架之间连接有支撑力反馈装置，其输出连接于所述可控支撑机构，用于控制其状态。

2.根据权利要求1所述的中间轮驱动的车辆，其特征在于：在所述后轮与底盘框架之间设置有联动机构，所述联动机构连接一个拉索，使得所述后轮与底盘框架之间的上下位移转变为拉索的位移，所述拉索连接到所述可控支撑机构，机械地控制其状态。

3.根据权利要求1所述的中间轮驱动的车辆，其特征在于：在所述后轮与底盘框架之间设置有联动机构，所述联动机构连接一条刹车线，使得所述后轮与底盘框架之间的上下位移转变为所述刹车线的线芯和线管间的相对轴向位移，所述刹车线连接到所述可控支撑机构，利用线芯和线管的相对位移机械地控制所述可控支撑机构状态。

4.根据权利要求1至3之一所述的中间轮驱动的车辆，其特征在于：所述可控支撑机构是单向锁止的，即在支撑底盘框架的运动方向可以锁止，另一个方向始终可以活动。

5.根据权利要求4所述的中间轮驱动的车辆，其特征在于：所述可控支撑机构包括齿条结构，利用两个齿条间的咬合和分离来分别实现锁止状态和浮动状态。

6.根据权利要求5所述的中间轮驱动的车辆，其特征在于：所述齿条的齿形接近于直角三角形，且其一边接近垂直于底面。

7.根据权利要求1所述的中间轮驱动的车辆，其特征在于：后轮固定安装，底盘框架及负载的总质心位于驱动轮和后轮之间且接近于驱动轮，驱动轮承担70%以上的重量。

8.一种中间轮驱动车辆的控制方法，使用如权利要求1-7之一所述的中间轮驱动的车辆，底盘框架沿运行方向分布前轮、中间驱动轮、后轮，当车辆的后轮受到路面的支撑力大于一定限度，则使支撑机构进入浮动状态，而当后轮受到路面的支撑力小于一定限度，则使支撑机构进入锁定状态。

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