CN110509994B - 车辆转向侧倾组合机构及应用该机构的主动侧倾车辆 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种车辆转向侧倾组合机构及应用该机构的主动侧倾车辆，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，车辆转向侧倾组合机构由侧倾机构和转向机构共用同一车身组成，以致动角α和转向角θ为控制参数，两个动态平行四边形MSS0M0、NTT0N0双自由度运动，实现车身侧倾与车辆转向独立控制，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，进一步提出了一种非转向车轮主动侧倾机构及应用该机构的主动侧倾车辆；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
技术领域
本发明涉及一种车辆转向侧倾组合机构及应用该机构的主动侧倾车辆，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横垂面内，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组合机构及应用该机构的主动侧倾车辆，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：车辆转向侧倾组合机构由侧倾机构和转向机构组成；
上述的侧倾机构包括：车身(1)、右下拉杆(2)、左下拉杆(3)、右转向节主轴(4)、左转向节主轴(5)、右上拉杆(6)、左上拉杆(7)、右减震器(8)、左减震器(9)、右转向节(10)、左转向节(11)、右车轮(12)、左车轮(13)、作动杆(14)，车身(1)右侧与右下拉杆(2)、右转向节主轴(4)和右上拉杆(6)各端点顺序转动连接，各连接点A、B、C、D处相对转动轴线平行且垂直于车身横垂面，形成同一相对运动平面的平行四边形ABCD，右转向节(10)与右转向节主轴(4)绕其轴线BC转动连接，右转向节(10)联接右车轮(12)并控制其方向；车身(1)左侧与左下拉杆(3)、左转向节主轴(5)和左上拉杆(7)各端点顺序转动连接，各连接点F、G、H、I处相对转动轴线平行且垂直于车身横垂面，形成同一相对运动平面的平行四边形FGHI，车身(1)右侧连接点A、D分别与左侧连接点F、I以车身中央纵垂面对称，左转向节(11)与左转向节主轴(5)绕其轴线GH转动连接，左转向节(11)联接左车轮(13)并控制其方向；作动杆(14)中点与车身(1)转动连接、连接点U位于车身中央纵垂面内，作动杆(14)两端分别与右减震器(8)端点E和左减震器(9)端点J转动连接，右减震器(8)另一端与右下拉杆(2)的P点转动连接，左减震器(9)另一端与左下拉杆(3)的Q点转动连接，各连接点P、E、U、J、Q处相对转动轴线平行且垂直于车身横垂面，AP＝FQ，右上拉杆(6)与左上拉杆(7)长度相等，右减震器(8)与左减震器(9)长度相等、性能相同，右车轮(12)与左车轮(13)半径相等，形成侧倾机构；
其中：作动杆(14)与车身(1)在车身横垂面内夹角为致动角α，侧倾机构在同一车身横垂面内形成车身矩形ADIF和两个平行四边形ABCD、FGHI，各平行四边形的形态由致动角α控制，当α＝90°时：β＝0、车身不侧倾，侧倾机构关于车身中央纵垂面左右对称，当α≠90°时：左、右车轮相对车身反向移动，β≠0、车身侧倾，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：侧倾机构中的右转向节主轴(4)和右转向节(10)、侧倾机构中的左转向节主轴(5)和左转向节(11)、连杆(15)、右摆杆(16)、左摆杆(17)、右转向臂(18)、左转向臂(19)、右平衡杆(20)、左平衡杆(21)，右转向节主轴(4)和右转向节(10)交点M，右转向臂(18)与右转向节(10)成
角固连、共同绕轴线BC转动，
左转向节主轴(5)和左转向节(11)交点N，左转向臂(19)与左转向节(11)成同一
角固连、共同绕轴线GH转动；连杆(15)两端分别与右摆杆(16)X0点和左摆杆(17)Z0点转动连接，右摆杆(16)一端与车身(1)M0点转动连接，左摆杆(17)一端与车身(1)N0点转动连接，各连接点M0、X0、Z0、N0处相对转动轴线平行且垂直于车身水平面，M0X0＝N0Z0，当X0Z0//M0N0时，
形成车身水平内转向梯形M0X0Z0N0，M0位于AD线上、N0位于FI线上，BM＝AM0＝FN0＝GN；右平衡杆(20)一端与右转向臂(18)末端S点球铰链连接，右平衡杆(20)另一端与右摆杆(16)球铰链连接、球心S0位于M0X0线上，左平衡杆(21)一端与左转向臂(19)末端T点球铰链连接，左平衡杆(21)另一端与左摆杆(17)球铰链连接、球心T0位于N0Z0线上，MS＝M0S0＝N0T0＝NT，S0S＝AB＝FG＝T0T，形成转向机构；
其中：由转向角θ确定转向梯形M0X0Z0N0形态，转向角θ＝0时，转向梯形M0X0Z0N0两底角相等、均为
当侧倾机构中的α＝90°时，联动转向梯形MSTN为车身水平面内等腰梯形，两底角相等、均为
车辆无侧倾、直线行驶，当侧倾机构中的α≠90°时，联动转向梯形MSTN为车身水平面内投影等腰梯形、两底角相等，车辆侧倾、直线行驶；转向角θ≠0时，转向梯形M0X0Z0N0两底角不相等，当侧倾机构中的α＝90°时，联动转向梯形MSTN在车身水平面内两底角不相等，外车轮偏转角θe和内车轮偏转角θi满足阿克曼转向条件，车辆无侧倾、转向行驶，当侧倾机构中的α≠90°时，联动转向梯形MSTN在车身水平面内投影两底角不相等，外车轮偏转角θe和内车轮偏转角θi近似满足阿克曼转向条件，车辆侧倾、转向行驶；当侧倾机构中的α＝90°且转向角θ＝0时，转向机构关于车身中央纵垂面左右对称；
上述的侧倾机构和转向机构共用同一车身形成车辆转向侧倾组合机构，以致动角α和转向角θ为控制参数，两个动态平行四边形MSS0M0、NTT0N0双自由度运动，实现车身侧倾与车辆转向独立控制，当车辆转向侧倾组合机构中的致动角α＝90°且转向角θ＝0时，车辆转向侧倾组合机构关于车身中央纵垂面左右对称；由左、右转向节主轴内倾及后倾，和左、右车轮外倾及前束，实现左、右车轮转向回正。
上述的车辆转向侧倾组合机构中，球铰链选用杆端关节轴承、或者向心关节轴承。
上述的车辆转向侧倾组合机构中，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组合机构中，转向角θ是由转向器产生，转向器选用齿轮齿条转向器、或者蜗杆曲柄销式转向器、或者循环球式转向器；由转向角θ确定转向机构位置，对应外车轮偏转角θe、内车轮偏转角θi，满足阿克曼转向条件，获得车辆转弯半径R。
非转向车轮主动侧倾机构，由车辆转向侧倾组合机构中保留侧倾机构部分、去掉转向机构部分形成，包括：车身(1)、右下拉杆(2)、左下拉杆(3)、右转向节主轴(4)、左转向节主轴(5)、右上拉杆(6)、左上拉杆(7)、右减震器(8)、左减震器(9)、右转向节(10)、左转向节(11)、右车轮(12)、左车轮(13)、作动杆(14)，车身(1)右侧与右下拉杆(2)、右转向节主轴(4)和右上拉杆(6)各端点顺序转动连接，各连接点A、B、C、D处相对转动轴线平行且垂直于车身横垂面，形成同一相对运动平面的平行四边形ABCD，右转向节(10)与右转向节主轴(4)垂直固连，右转向节(10)联接右车轮(12)、右车轮转动轴线位于车身横垂面内；车身(1)左侧与左下拉杆(3)、左转向节主轴(5)和左上拉杆(7)各端点顺序转动连接，各连接点F、G、H、I处相对转动轴线平行且垂直于车身横垂面，形成同一相对运动平面的平行四边形FGHI，车身(1)右侧连接点A、D分别与左侧连接点F、I以车身中央纵垂面对称，左转向节(11)与左转向节主轴(5)垂直固连，左转向节(11)联接左车轮(13)、左车轮转动轴线位于车身横垂面内；作动杆(14)中点与车身(1)转动连接、连接点U位于车身中央纵垂面内，作动杆(14)两端分别与右减震器(8)端点E和左减震器(9)端点J转动连接，右减震器(8)另一端与右下拉杆(2)的P点转动连接，左减震器(9)另一端与左下拉杆(3)的Q点转动连接，各连接点P、E、U、J、Q处相对转动轴线平行且垂直于车身横垂面，AP＝FQ，右上拉杆(6)与左上拉杆(7)长度相等，右减震器(8)与左减震器(9)长度相等、性能相同，右车轮(12)与左车轮(13)半径相等，形成非转向车轮主动侧倾机构；
其中：作动杆(14)与车身(1)在车身横垂面内夹角为致动角α，非转向车轮主动侧倾机构在同一车身横垂面内形成车身矩形ADIF和两个平行四边形ABCD、FGHI，各平行四边形的形态由致动角α控制，当α＝90°时：β＝0、车身不侧倾，非转向车轮主动侧倾机构关于车身中央纵垂面左右对称，当α≠90°时：左、右车轮相对车身反向移动，β≠0、车身侧倾，车身侧倾角β满足侧倾函数β＝f(α)。
前轮转向主动侧倾四轮车辆包括：由一组车辆转向侧倾组合机构和一组非转向车轮主动侧倾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，双前轮转向，双后轮驱动，车辆转向侧倾组合机构控制车身侧倾，非转向车轮主动侧倾机构中致动角α自适应变化，非转向车轮主动侧倾机构自适应侧倾，构成前轮转向主动侧倾四轮车辆；提高了车辆行驶稳定性及高速过弯性能，具备附着力大，地面适应性好特点。
前轮转向主动侧倾倒三轮车包括：由一组车辆转向侧倾组合机构前置，在同一车身上按照给定的轴距L单个车轮后置、共用同一车身中央纵垂面，双前轮转向，后轮驱动，车辆转向侧倾组合机构控制车身侧倾，单个后轮与车身一起自适应侧倾，构成前轮转向主动侧倾倒三轮车；具备体积小，机动、灵活特点。
前轮转向主动侧倾正三轮车包括：由一组非转向车轮主动侧倾机构后置，在同一车身上按照给定的轴距L单个车轮前置、共用同一车身中央纵垂面，双后轮驱动，前轮转向，非转向车轮主动侧倾机构控制车身侧倾，单个前轮与车身一起自适应侧倾，构成前轮转向主动侧倾正三轮车；具备承载能力大，转弯半径小，地面适应性好特点。
后轮转向主动侧倾倒三轮车包括：由一组非转向车轮主动侧倾机构前置，在同一车身上按照给定的轴距L单个车轮后置、共用同一车身中央纵垂面，双前轮驱动，后轮转向，非转向车轮主动侧倾机构控制车身侧倾，单个后轮与车身一起自适应侧倾，构成后轮转向主动侧倾倒三轮车；具备爬坡能力大，体积小，机动、灵活特点。
上述的应用车辆转向侧倾组合机构的主动侧倾车辆中，设左、右转向节主轴距离K、车辆行驶速度v、重力加速度g，车辆转向侧倾组合机构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，由转向器驱动转向梯形M0X0Z0N0，通过联动转向梯形MSTN获得外车轮偏转角θe、内车轮偏转角θi，满足阿克曼转向条件：cot(θe)-cot(θi)＝K/L，转弯半径R＝Lcot(θi)+K/2，转弯时力平衡条件：mg×tanβ＝mv2/R，由tanβ＝v2/(g×R)解出车身侧倾角β，由侧倾函数β＝f(α)获得致动角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)获得致动角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＝90°、β＝0，在一定范围内θ可以任意取值，由转向器驱动转向梯形M0X0Z0N0，通过联动转向梯形MSTN获得相对应的外车轮偏转角θe、内车轮偏转角θi，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。
上述的应用非转向车轮主动侧倾机构的主动侧倾三轮车中，设车辆行驶速度v、重力加速度g，车辆在弯道行驶时，由单轮转向给出转向角θ，转弯半径R＝L/tanθ，满足转弯时力平衡条件：mg×tanβ＝mv2/R，由tanβ＝v2/(g×R)解出侧倾角β，由侧倾函数β＝f(α)获得致动角α，由致动器产生致动角α驱动非转向车轮主动侧倾机构，实现车身侧倾、抵抗转弯离心力，以保持车辆弯道行驶的稳定性；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)获得致动角α，由致动器产生致动角α驱动非转向车轮主动侧倾机构，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。
本发明的有益效果在于，所提出的一种车辆转向侧倾组合机构及应用该机构的主动侧倾车辆，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为侧倾机构简图；
图2为转向机构简图；
图3为车辆转向侧倾组合机构组成原理图；
图4为非转向车轮主动侧倾机构简图；
图5为非转向车轮主动侧倾机构三维原理图；
图6为车辆转向侧倾组合机构侧倾工作原理图；
图7为车辆转向侧倾组合机构转向工作原理图；
图8为车辆转向侧倾组合机构横坡侧倾行驶原理图；
图9为前轮转向主动侧倾四轮车辆组成原理图；
图10为前轮转向主动侧倾倒三轮车组成原理图；
图11为前轮转向主动侧倾正三轮车组成原理图；
图12为后轮转向主动侧倾倒三轮车组成原理图；
图中：1--车身，2--右下拉杆，3--左下拉杆，4--右转向节主轴，5--左转向节主轴，6--右上拉杆，7--左上拉杆，8--右减震器，9--左减震器，10--右转向节，11--左转向节，12--右车轮，13--左车轮，14--作动杆，15--连杆，16--右摆杆，17--左摆杆，18--右转向臂，19--左转向臂，20--右平衡杆，21--左平衡杆。
具体实施方式
下面根据附图对本发明的实施例进行描述：
车辆转向侧倾组合机构由侧倾机构和转向机构组成(如图3所示)；
图1所示的侧倾机构简图，侧倾机构包括：车身(1)、右下拉杆(2)、左下拉杆(3)、右转向节主轴(4)、左转向节主轴(5)、右上拉杆(6)、左上拉杆(7)、右减震器(8)、左减震器(9)、右转向节(10)、左转向节(11)、右车轮(12)、左车轮(13)、作动杆(14)，车身(1)右侧与右下拉杆(2)、右转向节主轴(4)和右上拉杆(6)各端点顺序转动连接，各连接点A、B、C、D处相对转动轴线平行且垂直于车身横垂面，AB＝CD、AD＝BC，形成同一相对运动平面的平行四边形ABCD，右转向节(10)与右转向节主轴(4)绕其轴线BC转动连接，右转向节(10)联接右车轮(12)并控制其方向；车身(1)左侧与左下拉杆(3)、左转向节主轴(5)和左上拉杆(7)各端点顺序转动连接，各连接点F、G、H、I处相对转动轴线平行且垂直于车身横垂面，FG＝HI、FI＝GH，形成同一相对运动平面的平行四边形FGHI，AD＝FI、AF＝DI，车身(1)右侧连接点A、D分别与左侧连接点F、I以车身中央纵垂面对称，平行四边形ABCD与FGHI位于同一车身横垂面内，左转向节(11)与左转向节主轴(5)绕其轴线GH转动连接，左转向节(11)联接左车轮(13)并控制其方向；作动杆(14)中点与车身(1)转动连接、连接点U位于车身中央纵垂面内，作动杆(14)两端分别与右减震器(8)端点E和左减震器(9)端点J转动连接，右减震器(8)另一端与右下拉杆(2)的P点转动连接，左减震器(9)另一端与左下拉杆(3)的Q点转动连接，各连接点P、E、U、J、Q处相对转动轴线平行且垂直于车身横垂面，AP＝FQ、且作动杆长EJ＝AP+AF+FQ，右上拉杆(6)与左上拉杆(7)长度相等，右减震器(8)与左减震器(9)长度相等、性能相同，右车轮(12)与左车轮(13)半径相等，形成侧倾机构；
其中：作动杆(14)与车身(1)在车身横垂面内夹角为致动角α，侧倾机构在同一车身横垂面内形成车身矩形ADIF和两个平行四边形ABCD、FGHI，各平行四边形的形态由致动角α控制，当α＝90°时：β＝0、车身不侧倾，侧倾机构关于车身中央纵垂面左右对称，当α≠90°时：左、右车轮相对车身等距离反向移动，β≠0、车身侧倾(如图6所示)，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)；
图2所示的转向机构简图，转向机构包括：侧倾机构中的右转向节主轴(4)和右转向节(10)、侧倾机构中的左转向节主轴(5)和左转向节(11)、连杆(15)、右摆杆(16)、左摆杆(17)、右转向臂(18)、左转向臂(19)、右平衡杆(20)、左平衡杆(21)，右转向节主轴(4)和右转向节(10)交点M，右转向臂(18)与右转向节(10)成
角固连、共同绕轴线BC转动，
左转向节主轴(5)和左转向节(11)交点N，左转向臂(19)与左转向节(11)成同一
角固连、共同绕轴线GH转动；连杆(15)两端分别与右摆杆(16)X0点和左摆杆(17)Z0点转动连接，右摆杆(16)一端与车身(1)M0点转动连接，左摆杆(17)一端与车身(1)N0点转动连接，各连接点M0、X0、Z0、N0处相对转动轴线平行且垂直于车身水平面，M0X0＝N0Z0，当X0Z0//M0N0时，
形成车身水平内转向梯形M0X0Z0N0，M0位于AD线上、N0位于FI线上，BM＝AM0＝FN0＝GN；右平衡杆(20)一端与右转向臂(18)末端S点球铰链连接，右平衡杆(20)另一端与右摆杆(16)球铰链连接、球心S0位于M0X0线上，左平衡杆(21)一端与左转向臂(19)末端T点球铰链连接，左平衡杆(21)另一端与左摆杆(17)球铰链连接、球心T0位于N0Z0线上，MS＝M0S0＝N0T0＝NT，S0S＝AB＝FG＝T0T，形成转向机构；
其中：由转向角θ确定转向梯形M0X0Z0N0形态，转向角θ＝0时，转向梯形M0X0Z0N0两底角相等、均为
当侧倾机构中的α＝90°时，联动转向梯形MSTN为车身水平面内等腰梯形，两底角相等、均为
车辆无侧倾、直线行驶，当侧倾机构中的α≠90°时，联动转向梯形MSTN为车身水平面内投影等腰梯形、两底角相等，车辆侧倾、直线行驶；转向角θ≠0时，转向梯形M0X0Z0N0两底角不相等，当侧倾机构中的α＝90°时，联动转向梯形MSTN在车身水平面内两底角不相等，外车轮偏转角θe和内车轮偏转角θi满足阿克曼转向条件，车辆无侧倾、转向行驶(如图7所示)，当侧倾机构中的α≠90°时，联动转向梯形MSTN在车身水平面内投影两底角不相等，外车轮偏转角θe和内车轮偏转角θi近似满足阿克曼转向条件，车辆侧倾、转向行驶；当侧倾机构中的α＝90°且转向角θ＝0时，转向机构关于车身中央纵垂面左右对称；
图3所示的车辆转向侧倾组合机构组成原理图，侧倾机构和转向机构共用同一车身形成车辆转向侧倾组合机构，以致动角α和转向角θ为控制参数，两个动态平行四边形MSS0M0、NTT0N0双自由度运动，两个独立运动分别为：致动角α改变引起车身横垂面内的侧倾运动，转向角θ改变引起车身水平面内转向梯形M0X0Z0N0两底角变化，通过联动转向梯形MSTN驱动左、右车轮分别绕左、右转向节主轴转动，实现车身侧倾与车辆转向独立控制，当车辆转向侧倾组合机构中的致动角α＝90°且转向角θ＝0时，车辆转向侧倾组合机构关于车身中央纵垂面左右对称；由左、右转向节主轴内倾及后倾，和左、右车轮外倾及前束，实现左、右车轮转向回正。
图3所示的车辆转向侧倾组合机构组成原理图，车辆转向侧倾组合机构中，球铰链选用杆端关节轴承GB/T 9161-2001，或者选用向心关节轴承GB/T 9163-2001；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；致动器输出轴驱动车辆转向侧倾组合机构中作动杆绕U点相对车身转动，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；转向器输出轴驱动车辆转向侧倾组合机构中转向梯形M0X0Z0N0，由转向角θ确定转向机构位置，对应外车轮偏转角θe、内车轮偏转角θi，满足阿克曼转向条件，获得车辆转弯半径R。
图4所示的非转向车轮主动侧倾机构简图，非转向车轮主动侧倾机构，由车辆转向侧倾组合机构中保留侧倾机构部分、去掉转向机构部分形成，包括：车身(1)、右下拉杆(2)、左下拉杆(3)、右转向节主轴(4)、左转向节主轴(5)、右上拉杆(6)、左上拉杆(7)、右减震器(8)、左减震器(9)、右转向节(10)、左转向节(11)、右车轮(12)、左车轮(13)、作动杆(14)，车身(1)右侧与右下拉杆(2)、右转向节主轴(4)和右上拉杆(6)各端点顺序转动连接，各连接点A、B、C、D处相对转动轴线平行且垂直于车身横垂面，AB＝CD、AD＝BC，形成同一相对运动平面的平行四边形ABCD，右转向节(10)与右转向节主轴(4)垂直固连，右转向节(10)联接右车轮(12)、右车轮转动轴线位于车身横垂面内；车身(1)左侧与左下拉杆(3)、左转向节主轴(5)和左上拉杆(7)各端点顺序转动连接，各连接点F、G、H、I处相对转动轴线平行且垂直于车身横垂面，FG＝HI、FI＝GH，形成同一相对运动平面的平行四边形FGHI，AD＝FI、AF＝DI，车身(1)右侧连接点A、D分别与左侧连接点F、I以车身中央纵垂面对称，平行四边形ABCD与FGHI位于同一车身横垂面内，左转向节(11)与左转向节主轴(5)垂直固连，左转向节(11)联接左车轮(13)、左车轮转动轴线位于车身横垂面内；作动杆(14)中点与车身(1)转动连接、连接点U位于车身中央纵垂面内，作动杆(14)两端分别与右减震器(8)端点E和左减震器(9)端点J转动连接，右减震器(8)另一端与右下拉杆(2)的P点转动连接，左减震器(9)另一端与左下拉杆(3)的Q点转动连接，各连接点P、E、U、J、Q处相对转动轴线平行且垂直于车身横垂面，AP＝FQ、且作动杆长EJ＝AP+AF+FQ，右上拉杆(6)与左上拉杆(7)长度相等，右减震器(8)与左减震器(9)长度相等、性能相同，右车轮(12)与左车轮(13)半径相等，形成非转向车轮主动侧倾机构(如图5所示)；
其中：作动杆(14)与车身(1)在车身横垂面内夹角为致动角α，非转向车轮主动侧倾机构在同一车身横垂面内形成车身矩形ADIF和两个平行四边形ABCD、FGHI，各平行四边形的形态由致动角α控制，当α＝90°时：β＝0、车身不侧倾，非转向车轮主动侧倾机构关于车身中央纵垂面左右对称，当α≠90°时：左、右车轮相对车身等距离反向移动，β≠0、车身侧倾，车身侧倾角β满足侧倾函数β＝f(α)。
图9所示的前轮转向主动侧倾四轮车辆组成原理图，前轮转向主动侧倾四轮车辆包括：由一组车辆转向侧倾组合机构和一组非转向车轮主动侧倾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、后两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，双前轮转向，双后轮液压马达驱动，车辆转向侧倾组合机构控制车身侧倾，非转向车轮主动侧倾机构中致动角α自适应变化，非转向车轮主动侧倾机构自适应侧倾，构成前轮转向主动侧倾四轮车辆；提高了小轮距车辆行驶稳定性及高速过弯性能，具备附着力大，地面适应性好特点。
图10所示的前轮转向主动侧倾倒三轮车组成原理图，前轮转向主动侧倾倒三轮车包括：由一组车辆转向侧倾组合机构前置，在同一车身上按照给定的轴距L单个车轮后置、共用同一车身中央纵垂面，双前轮转向，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，车辆转向侧倾组合机构控制车身侧倾，单个后轮与车身一起自适应侧倾，构成前轮转向主动侧倾倒三轮车；具备体积小，机动、灵活特点。
图11所示的前轮转向主动侧倾正三轮车组成原理图，前轮转向主动侧倾正三轮车包括：由一组非转向车轮主动侧倾机构后置，在同一车身上按照给定的轴距L单个车轮前置、共用同一车身中央纵垂面，双后轮轮毂电机驱动，前轮转向，非转向车轮主动侧倾机构控制车身侧倾，单个前轮与车身一起自适应侧倾，构成前轮转向主动侧倾正三轮车；具备承载能力大，转弯半径小，地面适应性好特点。
图12所示的后轮转向主动侧倾倒三轮车组成原理图，后轮转向主动侧倾倒三轮车包括：由一组非转向车轮主动侧倾机构前置，在同一车身上按照给定的轴距L单个车轮后置、共用同一车身中央纵垂面，双前轮轮毂电机驱动，后轮转向，非转向车轮主动侧倾机构控制车身侧倾，单个后轮与车身一起自适应侧倾，构成后轮转向主动侧倾倒三轮车；具备爬坡能力大，体积小，机动、灵活特点。
结合图6、7、8所示的车辆转向侧倾组合机构工作原理图，以及图9、10所示的应用车辆转向侧倾组合机构的主动侧倾车辆，设左、右转向节主轴距离K、车辆行驶速度v、重力加速度g，车辆转向侧倾组合机构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，由转向器驱动转向梯形M0X0Z0N0，通过联动转向梯形MSTN获得外车轮偏转角θe、内车轮偏转角θi，满足阿克曼转向条件：cot(θe)-cot(θi)＝K/L，转弯半径R＝Lcot(θi)+K/2，转弯时力平衡条件：mg×tanβ＝mv2/R，由tanβ＝v2/(g×R)解出车身侧倾角β，由侧倾函数β＝f(α)获得致动角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(如图8所示)，取车身侧倾角β＝-p，由侧倾函数β＝f(α)获得致动角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＝90°、β＝0，在一定范围内θ可以任意取值，由转向器驱动转向梯形M0X0Z0N0，通过联动转向梯形MSTN获得相对应的外车轮偏转角θe、内车轮偏转角θi，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。
结合图4、5所示的非转向车轮主动侧倾机构，以及图11、12所示的应用非转向车轮主动侧倾机构的主动侧倾三轮车，设车辆行驶速度v、重力加速度g，车辆在弯道行驶时，由单轮转向给出转向角θ，转弯半径R＝L/tanθ，满足转弯时力平衡条件：mg×tanβ＝mv2/R，由tanβ＝v2/(g×R)解出侧倾角β，由侧倾函数β＝f(α)获得致动角α，由致动器产生致动角α驱动非转向车轮主动侧倾机构，实现车身侧倾、抵抗转弯离心力，以保持车辆弯道行驶的稳定性；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)获得致动角α，由致动器产生致动角α驱动非转向车轮主动侧倾机构，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。
通过以上实施例，本发明所提出的一种车辆转向侧倾组合机构及应用该机构的主动侧倾车辆，实现了车辆转向与车身侧倾独立控制，侧倾过程中车辆轴距不变，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，进一步提出了一种非转向车轮主动侧倾机构及应用该机构的主动侧倾车辆；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 (5)
1.车辆转向侧倾组合机构，由侧倾机构和转向机构组成，其特征在于：
所述的侧倾机构包括：车身、右下拉杆、左下拉杆、右转向节主轴、左转向节主轴、右上拉杆、左上拉杆、右减震器、左减震器、右转向节、左转向节、右车轮、左车轮、作动杆，车身右侧与右下拉杆、右转向节主轴和右上拉杆各端点顺序转动连接，各连接点A、B、C、D处相对转动轴线平行且垂直于车身横垂面，形成同一相对运动平面的平行四边形ABCD，右转向节与右转向节主轴绕其轴线BC转动连接，右转向节联接右车轮并控制其方向；车身左侧与左下拉杆、左转向节主轴和左上拉杆各端点顺序转动连接，各连接点F、G、H、I处相对转动轴线平行且垂直于车身横垂面，形成同一相对运动平面的平行四边形FGHI，车身右侧连接点A、D分别与左侧连接点F、I以车身中央纵垂面对称，左转向节与左转向节主轴绕其轴线GH转动连接，左转向节联接左车轮并控制其方向；作动杆中点与车身转动连接、连接点U位于车身中央纵垂面内，作动杆两端分别与右减震器端点E和左减震器端点J转动连接，右减震器另一端与右下拉杆的P点转动连接，左减震器另一端与左下拉杆的Q点转动连接，各连接点P、E、U、J、Q处相对转动轴线平行且垂直于车身横垂面，AP＝FQ，右上拉杆与左上拉杆长度相等，右减震器与左减震器长度相等、性能相同，右车轮与左车轮半径相等，形成侧倾机构；
其中：作动杆与车身在车身横垂面内夹角为致动角α，侧倾机构在同一车身横垂面内形成车身矩形ADIF和两个平行四边形ABCD、FGHI，各平行四边形的形态由致动角α控制，当α＝90°时：β＝0、车身不侧倾，侧倾机构关于车身中央纵垂面左右对称，当α≠90°时：左、右车轮相对车身反向移动，β≠0、车身侧倾，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)；
所述的转向机构包括：侧倾机构中的右转向节主轴和右转向节、侧倾机构中的左转向节主轴和左转向节、连杆、右摆杆、左摆杆、右转向臂、左转向臂、右平衡杆、左平衡杆，右转向节主轴和右转向节交点M，右转向臂与右转向节成
角固连、共同绕轴线BC转动，
左转向节主轴和左转向节交点N，左转向臂与左转向节成同一
角固连、共同绕轴线GH转动；连杆两端分别与右摆杆X0点和左摆杆Z0点转动连接，右摆杆一端与车身M0点转动连接，左摆杆一端与车身N0点转动连接，各连接点M0、X0、Z0、N0处相对转动轴线平行且垂直于车身水平面，M0X0＝N0Z0，当X0Z0//M0N0时，
形成车身水平面内转向梯形M0X0Z0N0，M0位于AD线上、N0位于FI线上，BM＝AM0＝FN0＝GN；右平衡杆一端与右转向臂末端S点球铰链连接，右平衡杆另一端与右摆杆球铰链连接、球心S0位于M0X0线上，左平衡杆一端与左转向臂末端T点球铰链连接，左平衡杆另一端与左摆杆球铰链连接、球心T0位于N0Z0线上，MS＝M0S0＝N0T0＝NT，S0S＝AB＝FG＝T0T，形成转向机构；
其中：由转向角θ确定转向梯形M0X0Z0N0形态，转向角θ＝0时，转向梯形M0X0Z0N0两底角相等、均为
当侧倾机构中的α＝90°时，联动转向梯形MSTN为车身水平面内等腰梯形，两底角相等、均为
车辆无侧倾、直线行驶，当侧倾机构中的α≠90°时，联动转向梯形MSTN为车身水平面内投影等腰梯形、两底角相等，车辆侧倾、直线行驶；转向角θ≠0时，转向梯形M0X0Z0N0两底角不相等，当侧倾机构中的α＝90°时，联动转向梯形MSTN在车身水平面内两底角不相等，外车轮偏转角θe和内车轮偏转角θi满足阿克曼转向条件，车辆无侧倾、转向行驶，当侧倾机构中的α≠90°时，联动转向梯形MSTN在车身水平面内投影两底角不相等，外车轮偏转角θe和内车轮偏转角θi近似满足阿克曼转向条件，车辆侧倾、转向行驶；当侧倾机构中的α＝90°且转向角θ＝0时，转向机构关于车身中央纵垂面左右对称。
2.根据权利要求1所述的车辆转向侧倾组合机构，其特征在于，所述的球铰链选用杆端关节轴承、或者向心关节轴承。
3.根据权利要求1所述的车辆转向侧倾组合机构，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组合机构，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。
5.前轮转向主动侧倾倒三轮车，其特征在于，由一组权利要求1所述的车辆转向侧倾组合机构前置，在同一车身上按照给定的轴距L单个车轮后置、共用同一车身中央纵垂面，双前轮转向，后轮驱动，车辆转向侧倾组合机构控制车身侧倾，单个后轮与车身一起自适应侧倾，构成具备前轮转向、后轮驱动、倒三轮特征的主动侧倾车辆。
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