CN112172919B - 车辆侧倾驱动装置及主动侧倾车辆 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种车辆侧倾驱动装置及主动侧倾车辆，属于车辆底盘技术领域，特别涉及车辆侧倾驱动及控制技术范畴，由侧倾机构和转向机构形成车辆侧倾驱动装置，滑块相对车身移动量为致动位移u，致动位移u改变时、侧倾角β变化，获得侧倾角β与致动位移u关系的侧倾函数β＝f(u)，实现车辆侧倾，采用线性位移致动器驱动车辆侧倾运动，以致动位移u和转向角θ为控制参数，实现车身侧倾与车辆转向独立控制；应用于主动侧倾车辆的侧倾驱动、控制，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侧倾驱动装置及主动侧倾车辆，属于车辆底盘技术领域，特别涉及车辆侧倾驱动及控制技术范畴。
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，前者车身独立侧倾方式，通常由致动器通过减速器减速驱动或者直接驱动车身相对车架转动，其结构简单、造价低，但造成车辆行驶过程中的操纵稳定性、平顺性及安全可靠性较差；后者车身和车轮联动侧倾方式，通常由致动器经过减速器减速驱动或者直接驱动侧倾机构通过悬架运动实现车辆侧倾，车身侧倾、车辆转向和车轮悬架运动相互影响，其结构复杂、造价高，但车辆行驶过程中操纵稳定性、平顺性和安全性较好，适宜于高端车辆；探索车辆主动侧倾驱动方式，研究车辆侧倾传动、控制方法，为降低主动侧倾车辆造价、提高主动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辆侧倾驱动装置及主动侧倾车辆，采用线性位移致动器驱动车辆侧倾运动，实现车辆主动侧倾驱动、控制。
为了达到本发明目的所采取的技术方案包括：车辆侧倾驱动装置由侧倾机构和转向机构组成；
上述的侧倾机构包括：车身(1)、下摆杆(2)、转向节主轴(3)、上摆杆(4)、减震器(5)、转向节(6)、车轮(7)、拉杆(8)、平衡杆(9)、导杆(10)、滑块(11)，转向节主轴(3)上端与减震器(5)下端固连，转向节主轴(3)下端与下摆杆(2)一端转动连接、连接点B，下摆杆(2)另一端与车身(1)转动连接、连接点A，减震器(5)上端与上摆杆(4)一端转动连接、连接点C，上摆杆(4)另一端与车身(1)转动连接、连接点D，下摆杆(2)两连接点A、B处转动轴线与下摆杆(2)形成夹角δ，上摆杆(4)两连接点C、D处转动轴线与上摆杆(4)的夹角等于δ，各转动连接点A、B、C、D处转动轴线互相平行、且都垂直于车身中垂面，形成具有同一相对运动平面的四边形闭式运动链ABCD，转向节(6)与转向节主轴(3)绕其轴线BC转动连接，转向节(6)联接车轮(7)并控制其方向、车轮(7)绕转向节(6)轴线转动，由车身(1)、下摆杆(2)、转向节主轴(3)、上摆杆(4)、减震器(5)、转向节(6)、车轮(7)按以上方式联接形成一组车轮定位机构；两组几何参数、性能参数相同的车轮定位机构依据给定的轮距s以车身中垂面左右对称布置、共用同一车身(1)，平衡杆(9)中点与车身(1)在车身横垂面转动连接、转动轴线位于车身中垂面内，拉杆(8)一端与平衡杆(9)左端球铰链连接，另一端与左侧车轮定位机构中上摆杆(4)球铰链连接、连接点E位于CD线之内侧，另一等长拉杆(8)一端与平衡杆(9)右端球铰链连接、另一端与右侧车轮定位机构中上摆杆(4)球铰链连接、连接点F，两上摆杆的球铰链连接点E、F位置相同，导杆(10)一端与平衡杆(9)转动连接，导杆(10)另一端与滑块(11)转动连接，滑块(11)与车身(1)移动联接，导杆两端转动连接点处的转动轴线互相平行、且都垂直于车身横垂面，车轮轮胎选用断面为弧形曲线轮胎，形成侧倾机构；
其中：滑块相对车身移动量为致动位移u，对应平衡杆转角α，设导杆长度b，导杆和平衡杆转动连接点与平衡杆中点O之间距离c，中间变量σ，由式u＝(b2-c2)0.5-(bcosσ-csinα)和c/sinσ＝b/cosα消除中间变量σ，获得平衡杆转角α＝g(u)；致动位移u≠0时、平衡杆转角α≠0，两车轮相对车身反向运动、两车轮轴线距离h，车身相对地面侧倾、侧倾角β，tanβ＝h/s，致动位移u改变时、侧倾角β变化，获得侧倾角β与致动位移u关系的侧倾函数β＝f(u)；当u＝0时，α＝0、h＝0，两车轮共轴线，β＝0、车辆不侧倾。
上述的转向机构包括：侧倾机构中的转向节主轴(3)和转向节(6)、左转向臂(12)、右转向臂(13)、连杆(14)、右驱动杆(15)、左驱动杆(16)，连杆(14)两端分别与左转向臂(12)和右转向臂(13)转动连接、连接点分别为S、T，左转向臂(12)与车身(1)转动连接、连接点M位于AD线上，右转向臂(13)与车身(1)转动连接、连接点N，M、N关于车身中垂面对称，各转动连接点M、S、T、N处转动轴线互相平行，且都垂直于车身水平面，MS＝NT；侧倾机构中左、右侧的转向节主轴(3)与转向节(6)轴线交点分别为P、Q，AM＝BP，右驱动杆(15)一端与右转向臂(13)球铰链连接、连接点J，另一端与侧倾机构中右侧的转向节(6)球铰链连接、连接点H，左驱动杆(16)一端与左转向臂(12)球铰链连接、连接点I，另一端与侧倾机构中左侧的转向节(6)球铰链连接、连接点G，两转向节的球铰链连接点G、H位置相同，∠SMI＝∠TNJ，右驱动杆(15)与左驱动杆(16)长度相等、且等于下摆杆(2)的长度，PG＝MI＝NJ＝QH，形成转向机构；给定转向角θ＝0时，转向梯形MSTN中∠SMN＝∠TNM，车辆直线行驶；转向角θ≠0时，∠SMN≠∠TNM，外车轮偏转角θe和内车轮偏转角θi满足阿克曼转向条件，车辆转向行驶；
由侧倾机构和转向机构形成车辆侧倾驱动装置，以致动位移u和转向角θ为控制参数，实现车身侧倾与车辆转向独立控制；由转向节主轴的内倾和后倾、以及车轮的外倾和前束，实现车辆的转向回正和直线行驶稳定性。
上述的侧倾机构中：由滚珠丝杠、齿轮齿条传动或者液压油缸产生致动位移u，实现侧倾函数β＝f(u)；由致动位移u确定侧倾机构位置，通过侧倾函数β＝f(u)，获得车辆侧倾角β。
上述的车辆侧倾驱动装置中：拉杆、左驱动杆和右驱动杆两端的球铰链选用杆端关节轴承、或者向心关节轴承，拉杆两端所选用的杆端关节轴承、或者向心关节轴承内孔轴线垂直交错使用，左驱动杆和右驱动杆两端所选用的杆端关节轴承、或者向心关节轴承内孔轴线平行使用，以便获得更大的侧倾角和转向角。
上述的侧倾机构中：转向节(6)与转向节主轴(3)绕其轴线BC转动连接改为垂直固连，形成非转向车轮侧倾驱动机构，包括：车身(1)、下摆杆(2)、转向节主轴(3)、上摆杆(4)、减震器(5)、转向节(6)、车轮(7)、拉杆(8)、平衡杆(9)、导杆(10)、滑块(11)，转向节主轴(3)上端与减震器(5)下端固连，转向节主轴(3)下端与下摆杆(2)一端转动连接、连接点B，下摆杆(2)另一端与车身(1)转动连接、连接点A，减震器(5)上端与上摆杆(4)一端转动连接、连接点C，上摆杆(4)另一端与车身(1)转动连接、连接点D，下摆杆(2)两连接点A、B处转动轴线与下摆杆(2)形成夹角δ，上摆杆(4)两连接点C、D处转动轴线与上摆杆(4)的夹角等于δ，各转动连接点A、B、C、D处转动轴线互相平行、且都垂直于车身中垂面，形成具有同一相对运动平面的四边形闭式运动链ABCD，转向节(6)与转向节主轴(3)垂直固连，转向节(6)联接车轮(7)、车轮转动轴线位于车身横垂面内，由车身(1)、下摆杆(2)、转向节主轴(3)、上摆杆(4)、减震器(5)、转向节(6)、车轮(7)按以上方式联接形成一组车轮定位机构；两组几何参数、性能参数相同的车轮定位机构依据给定的轮距s以车身中垂面左右对称布置、共用同一车身(1)，平衡杆(9)中点与车身(1)在车身横垂面转动连接、转动轴线位于车身中垂面内，拉杆(8)一端与平衡杆(9)左端球铰链连接，另一端与左侧车轮定位机构中上摆杆(4)球铰链连接、连接点E位于CD线之内侧，另一等长拉杆(8)一端与平衡杆(9)右端球铰链连接、另一端与右侧车轮定位机构中上摆杆(4)球铰链连接、连接点F，两上摆杆的球铰链连接点E、F位置相同，导杆(10)一端与平衡杆(9)转动连接，导杆(10)另一端与滑块(11)转动连接，滑块(11)与车身(1)移动联接，导杆两端转动连接点处的转动轴线互相平行、且都垂直于车身横垂面，车轮轮胎选用断面为弧形曲线轮胎，形成非转向车轮侧倾驱动机构；滑块相对车身移动量为致动位移u，致动位移u改变时、侧倾角β变化，获得侧倾角β与致动位移u关系的侧倾函数β＝f(u)，实现车辆侧倾，当u＝0时、β＝0，车辆不侧倾。
前轮转向主动侧倾四轮车辆包括：由一组车辆侧倾驱动装置和一组非转向车轮侧倾驱动机构在同一车身上按照给定的轴距前后布置、共用同一车身中垂面，双前轮转向，双后轮驱动，车辆侧倾驱动装置控制车身侧倾，非转向车轮侧倾驱动机构中致动位移u自适应变化、非转向车轮侧倾驱动机构自适应侧倾；或者，车辆侧倾驱动装置控制车身侧倾，非转向车轮侧倾驱动机构中滑块与车身阻尼约束移动，非转向车轮侧倾驱动机构阻尼约束下被动侧倾，构成具备前轮转向、后轮驱动特征的主动侧倾四轮车辆；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：由一组车辆侧倾驱动装置前置，在同一车身上按照给定的轴距单个车轮后置、共用同一车身中垂面，双前轮转向，后轮驱动，车辆侧倾驱动装置控制车身侧倾，单个后轮与车身一起自适应侧倾，构成具备双前轮转向、后轮驱动特征的主动侧倾倒三轮车辆；具备地面适应性好，机动、灵活特点。
后轮转向主动侧倾倒三轮车包括：由一组非转向车轮侧倾驱动机构前置，在同一车身上按照给定的轴距单个车轮后置、共用同一车身中垂面，双前轮驱动，后轮转向，非转向车轮侧倾驱动机构控制车身侧倾，单个后轮与车身一起自适应侧倾，构成具备双前轮驱动、后轮转向特征的主动侧倾倒三轮车辆；具备驱动力大，机动、灵活特点。
前轮转向主动侧倾正三轮车包括：由一组非转向车轮侧倾驱动机构后置，在同一车身上按照给定的轴距单个车轮前置、共用同一车身中垂面，双后轮驱动，前轮转向，非转向车轮侧倾驱动机构控制车身侧倾，单个前轮与车身一起自适应侧倾，构成具备双后轮驱动、前轮转向特征的主动侧倾正三轮车辆；具备承载能力大，转弯半径小，地面适应性好特点。
本发明的有益效果在于，所提出的一种车辆侧倾驱动装置及主动侧倾车辆，采用线性位移致动器驱动车辆侧倾运动，实现了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。
附图说明
图1为侧倾机构简图；
图2为车轮定位机构简图；
图3为转向机构简图；
图4为车辆侧倾驱动装置组成原理图；
图5为非转向车轮侧倾驱动机构组成原理图；
图6为线性驱动机构函数关系图；
图7为车辆侧倾驱动装置侧倾工作原理图；
图8为车辆侧倾驱动装置转向工作原理图；
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为后轮转向主动侧倾倒三轮车组成原理图；
图12为前轮转向主动侧倾正三轮车组成原理图；
图中：1--车身，2--下摆杆，3--转向节主轴，4--上摆杆，5--减震器，6--转向节，7--车轮，8--拉杆，9--平衡杆，10--导杆，11--滑块，12--左转向臂，13--右转向臂，14--连杆，15--右驱动杆，16--左驱动杆。
具体实施方式
下面根据附图对本发明的实施例进行描述。
图1所示的侧倾机构简图，侧倾机构包括：车身(1)、下摆杆(2)、转向节主轴(3)、上摆杆(4)、减震器(5)、转向节(6)、车轮(7)、拉杆(8)、平衡杆(9)、导杆(10)、滑块(11)，转向节主轴(3)上端与减震器(5)下端固连，转向节主轴(3)下端与下摆杆(2)一端转动连接、连接点B，下摆杆(2)另一端与车身(1)转动连接、连接点A，减震器(5)上端与上摆杆(4)一端转动连接、连接点C，上摆杆(4)另一端与车身(1)转动连接、连接点D，下摆杆(2)两连接点A、B处转动轴线与下摆杆(2)形成夹角δ，δ≤90°，上摆杆(4)两连接点C、D处转动轴线与上摆杆(4)的夹角等于δ，各转动连接点A、B、C、D处转动轴线互相平行、且都垂直于车身中垂面，下摆杆(2)与上摆杆(4)长度相等，AD＝BC，形成具有同一相对运动平面的平行四边形闭式运动链ABCD，转向节(6)与转向节主轴(3)绕其轴线BC转动连接，转向节(6)联接车轮(7)并控制其方向、车轮(7)绕转向节(6)轴线转动，由车身(1)、下摆杆(2)、转向节主轴(3)、上摆杆(4)、减震器(5)、转向节(6)、车轮(7)按以上方式联接形成一组车轮定位机构，如图2所示，图2为平行四边形闭式运动链ABCD在其相对运动平面的投影视图、该相对运动平面平行于车身中垂面；两组几何参数、性能参数相同的车轮定位机构依据给定的轮距s以车身中垂面左右对称布置、共用同一车身(1)，平衡杆(9)中点与车身(1)在车身横垂面转动连接、转动轴线位于车身中垂面内，拉杆(8)一端与平衡杆(9)左端球铰链连接，另一端与左侧车轮定位机构中上摆杆(4)球铰链连接、连接点E位于CD线之内侧，另一等长拉杆(8)一端与平衡杆(9)右端球铰链连接、另一端与右侧车轮定位机构中上摆杆(4)球铰链连接、连接点F，两上摆杆的球铰链连接点E、F位置相同，导杆(10)一端与平衡杆(9)转动连接，导杆(10)另一端与滑块(11)转动连接，滑块(11)与车身(1)移动联接，导杆两端转动连接点处的转动轴线互相平行、且都垂直于车身横垂面，车轮轮胎选用断面为圆弧形的摩托车轮胎GB 518-2007，形成侧倾机构；
其中：滑块相对车身移动量为致动位移u，对应平衡杆转角α，设导杆长度b，导杆和平衡杆转动连接点与平衡杆中点O之间距离c，中间变量6，由式u＝(b2-c2)0.5-(bcosσ-csinα)和c/sinσ＝b/cosα消除中间变量σ，获得平衡杆转角α＝g(u)，如图6所示，图示位置为u＝0、α＝0，图6中箭头标示为u＞0和α＞0方向；致动位移u≠0时、平衡杆转角α≠0，两车轮相对车身反向运动、两车轮轴线距离h，车身相对地面侧倾、侧倾角β，tanβ＝h/s，致动位移u改变时、侧倾角β变化(如图7所示)，获得侧倾角β与致动位移u关系的侧倾函数β＝f(u)；当u＝0时，α＝0、h＝0，两车轮共轴线，此时β＝0、车辆不侧倾(如图1所示)。
图3所示的转向机构简图，转向机构包括：侧倾机构中的转向节主轴(3)和转向节(6)、左转向臂(12)、右转向臂(13)、连杆(14)、右驱动杆(15)、左驱动杆(16)，连杆(14)两端分别与左转向臂(12)和右转向臂(13)转动连接、连接点分别为S、T，左转向臂(12)与车身(1)转动连接、连接点M位于AD线上，右转向臂(13)与车身(1)转动连接、连接点N，M、N关于车身中垂面对称，各转动连接点M、S、T、N处转动轴线互相平行，且都垂直于车身水平面，MS＝NT、MN＜ST；侧倾机构中左、右侧的转向节主轴(3)与转向节(6)轴线交点分别为P、Q，AM＝BP，右驱动杆(15)一端与右转向臂(13)球铰链连接、连接点J，另一端与侧倾机构中右侧的转向节(6)球铰链连接、连接点H，左驱动杆(16)一端与左转向臂(12)球铰链连接、连接点I，另一端与侧倾机构中左侧的转向节(6)球铰链连接、连接点G，两转向节的球铰链连接点G、H位置相同，∠SMI＝∠TNJ，右驱动杆(15)与左驱动杆(16)长度相等、且等于下摆杆(2)的长度，PG＝MI＝NJ＝QH，形成转向机构；给定转向角θ＝0时，转向梯形MSTN中∠SMN＝∠TNM，车辆直线行驶(如图3所示)；转向角θ≠0时，∠SMN≠∠TNM，外车轮偏转角θe和内车轮偏转角θi满足阿克曼转向条件，车辆转向行驶(如图8所示)；
图4所示的车辆侧倾驱动装置组成原理图，由侧倾机构和转向机构形成车辆侧倾驱动装置，以致动位移u和转向角θ为控制参数，实现车身侧倾与车辆转向独立控制；由转向节主轴的内倾和后倾、以及车轮的外倾和前束，实现车辆的转向回正和直线行驶稳定性。
其中：在图1所示的侧倾机构中，由滚珠丝杠、齿轮齿条传动或者液压油缸产生致动位移u，实现侧倾函数β＝f(u)；由致动位移u确定侧倾机构位置，通过侧倾函数β＝f(u)，获得车辆侧倾角β。在图4所示的车辆侧倾驱动装置中，拉杆、左驱动杆和右驱动杆两端的球铰链选用杆端关节轴承GB/T 9161-2001、或者向心关节轴承GB/T 9163-2001，拉杆两端所选用的杆端关节轴承、或者向心关节轴承内孔轴线垂直交错使用，左驱动杆和右驱动杆两端所选用的杆端关节轴承、或者向心关节轴承内孔轴线平行使用，以便获得更大的侧倾角和转向角。
图5所示的非转向车轮侧倾驱动机构组成原理图，在图1所示的侧倾机构中：转向节(6)与转向节主轴(3)绕其轴线BC转动连接改为垂直固连，形成非转向车轮侧倾驱动机构，包括：车身(1)、下摆杆(2)、转向节主轴(3)、上摆杆(4)、减震器(5)、转向节(6)、车轮(7)、拉杆(8)、平衡杆(9)、导杆(10)、滑块(11)，转向节主轴(3)上端与减震器(5)下端固连，转向节主轴(3)下端与下摆杆(2)一端转动连接、连接点B，下摆杆(2)另一端与车身(1)转动连接、连接点A，减震器(5)上端与上摆杆(4)一端转动连接、连接点C，上摆杆(4)另一端与车身(1)转动连接、连接点D，下摆杆(2)两连接点A、B处转动轴线与下摆杆(2)形成夹角δ，δ≤90°，上摆杆(4)两连接点C、D处转动轴线与上摆杆(4)的夹角等于δ，各转动连接点A、B、C、D处转动轴线互相平行、且都垂直于车身中垂面，下摆杆(2)与上摆杆(4)长度相等，AD＝BC，形成具有同一相对运动平面的平行四边形闭式运动链ABCD，转向节(6)与转向节主轴(3)垂直固连，转向节(6)联接车轮(7)、车轮转动轴线位于车身横垂面内，由车身(1)、下摆杆(2)、转向节主轴(3)、上摆杆(4)、减震器(5)、转向节(6)、车轮(7)按以上方式联接形成一组车轮定位机构；两组几何参数、性能参数相同的车轮定位机构依据给定的轮距s以车身中垂面左右对称布置、共用同一车身(1)，平衡杆(9)中点与车身(1)在车身横垂面转动连接、转动轴线位于车身中垂面内，拉杆(8)一端与平衡杆(9)左端球铰链连接，另一端与左侧车轮定位机构中上摆杆(4)球铰链连接、连接点E位于CD线之内侧，另一等长拉杆(8)一端与平衡杆(9)右端球铰链连接、另一端与右侧车轮定位机构中上摆杆(4)球铰链连接、连接点F，两上摆杆的球铰链连接点E、F位置相同，导杆(10)一端与平衡杆(9)转动连接，导杆(10)另一端与滑块(11)转动连接，滑块(11)与车身(1)移动联接，导杆两端转动连接点处的转动轴线互相平行、且都垂直于车身横垂面，车轮轮胎选用断面为圆弧形的摩托车轮胎GB 518-2007，形成非转向车轮侧倾驱动机构；滑块相对车身移动量为致动位移u，致动位移u改变时、侧倾角β变化，获得侧倾角β与致动位移u关系的侧倾函数β＝f(u)，实现车辆侧倾，当u＝0时、β＝0，车辆不侧倾。
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：由一组车辆侧倾驱动装置和一组非转向车轮侧倾驱动机构在同一车身上按照给定的轴距L前后布置、共用同一车身中垂面，前轮轮距与后轮轮距相等，双前轮转向，双后轮轮毂电机驱动，车辆侧倾驱动装置控制车身侧倾，非转向车轮侧倾驱动机构中致动位移u自适应变化、非转向车轮侧倾驱动机构自适应侧倾；或者，车辆侧倾驱动装置控制车身侧倾，非转向车轮侧倾驱动机构中滑块与车身阻尼约束移动，非转向车轮侧倾驱动机构阻尼约束下被动侧倾，构成具备前轮转向、后轮驱动特征的主动侧倾四轮车辆；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：由一组车辆侧倾驱动装置前置，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，后轮采用断面为圆弧形的摩托车轮胎GB 518-2007，车辆侧倾驱动装置控制车身侧倾，单个后轮与车身一起自适应侧倾，构成具备双前轮转向、后轮驱动特征的主动侧倾倒三轮车辆；具备地面适应性好，机动、灵活特点。
图11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：由一组非转向车轮侧倾驱动机构前置，在同一车身上按照给定的轴距L单个车轮后置、共用同一车身中垂面，双前轮轮毂电机驱动，后轮转向，后轮采用断面为圆弧形的摩托车轮胎GB 518-2007，非转向车轮侧倾驱动机构控制车身侧倾，单个后轮与车身一起自适应侧倾，构成具备双前轮驱动、后轮转向特征的主动侧倾倒三轮车辆；具备驱动力大，机动、灵活特点。
图12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：由一组非转向车轮侧倾驱动机构后置，在同一车身上按照给定的轴距L单个车轮前置、共用同一车身中垂面，双后轮轮毂电机驱动，前轮转向，前轮采用断面为圆弧形的摩托车轮胎GB 518-2007，非转向车轮侧倾驱动机构控制车身侧倾，单个前轮与车身一起自适应侧倾，构成具备双后轮驱动、前轮转向特征的主动侧倾正三轮车辆；具备承载能力大，转弯半径小，地面适应性好特点。
结合图4、7、8所示的车辆侧倾驱动装置组成及工作原理图，以及图9、10所示的应用车辆侧倾驱动装置的主动侧倾车辆中，设左、右转向节主轴距离K、车辆行驶速度v、重力加速度g，车辆侧倾驱动装置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，由转向器驱动转向摆臂，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(u)获得致动位移u，由线性致动器产生致动位移u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(u)获得致动位移u，由线性致动器产生致动位移u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u＝0、β＝0，在一定范围内θ可以任意取值，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5所示的非转向车轮侧倾驱动机构组成原理图，以及图11、12所示的应用非转向车轮侧倾驱动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(u)获得致动位移u，由线性致动器产生致动位移u驱动非转向车轮侧倾驱动机构，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(u)获得致动位移u，由线性致动器产生致动位移u驱动非转向车轮侧倾驱动机构，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。
Claims (8)
1.车辆侧倾驱动装置，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、下摆杆、转向节主轴、上摆杆、减震器、转向节、车轮、拉杆、平衡杆、导杆、滑块，转向节主轴上端与减震器下端固连，转向节主轴下端与下摆杆一端转动连接、连接点B，下摆杆另一端与车身转动连接、连接点A，减震器上端与上摆杆一端转动连接、连接点C，上摆杆另一端与车身转动连接、连接点D，下摆杆两连接点A、B处转动轴线与下摆杆形成夹角δ，上摆杆两连接点C、D处转动轴线与上摆杆的夹角等于δ，各转动连接点A、B、C、D处转动轴线互相平行、且都垂直于车身中垂面，转向节与转向节主轴绕其轴线BC转动连接，转向节联接车轮并控制其方向、车轮绕转向节轴线转动，由车身、下摆杆、转向节主轴、上摆杆、减震器、转向节、车轮按以上方式联接形成一组车轮定位机构；两组几何参数、性能参数相同的车轮定位机构依据给定的轮距s以车身中垂面左右对称布置、共用同一车身，平衡杆中点与车身在车身横垂面转动连接、转动轴线位于车身中垂面内，拉杆一端与平衡杆左端球铰链连接，另一端与左侧车轮定位机构中上摆杆球铰链连接、连接点E位于CD线之内侧，另一等长拉杆一端与平衡杆右端球铰链连接、另一端与右侧车轮定位机构中上摆杆球铰链连接、连接点F，两上摆杆的球铰链连接点E、F关于车身中垂面对称，导杆一端与平衡杆转动连接，导杆另一端与滑块转动连接，滑块与车身移动联接，导杆两端转动连接点处的转动轴线互相平行、且都垂直于车身横垂面，形成侧倾机构；
其中：滑块相对车身移动量为致动位移u，对应平衡杆转角α，设导杆长度b，导杆和平衡杆转动连接点与平衡杆中点之间距离c，中间变量σ，由式u＝(b2-c2)0.5-(bcosσ-csinα)和c/sinσ＝b/cosα消除中间变量σ，获得平衡杆转角α＝g(u)；致动位移u≠0时、平衡杆转角α≠0，两车轮相对车身反向运动、两车轮轴线距离h，车身相对地面侧倾、侧倾角β，tanβ＝h/s，致动位移u改变时、侧倾角β变化，获得侧倾角β与致动位移u关系的侧倾函数β＝f(u)；当u＝0时，α＝0、h＝0，两车轮共轴线，β＝0、车辆不侧倾；
所述的转向机构包括：侧倾机构中的转向节主轴和转向节、左转向臂、右转向臂、连杆、右驱动杆、左驱动杆，连杆两端分别与左转向臂和右转向臂转动连接、连接点分别为S、T，左转向臂与车身转动连接、连接点M位于AD线上，右转向臂与车身转动连接、连接点N，M、N关于车身中垂面对称，各转动连接点M、S、T、N处转动轴线互相平行，且都垂直于车身水平面，MS＝NT；侧倾机构中左、右侧的转向节主轴与转向节轴线交点分别为P、Q，AM＝BP，右驱动杆一端与右转向臂球铰链连接、连接点J，另一端与侧倾机构中右侧的转向节球铰链连接、连接点H，左驱动杆一端与左转向臂球铰链连接、连接点I，另一端与侧倾机构中左侧的转向节球铰链连接、连接点G，两转向节的球铰链连接点G、H关于车身中垂面对称，∠SMI＝∠TNJ，右驱动杆与左驱动杆长度相等、且等于下摆杆的长度，PG＝MI＝NJ＝QH，形成转向机构；给定转向角θ＝0时，转向梯形MSTN中∠SMN＝∠TNM，车辆直线行驶；转向角θ≠0时，∠SMN≠∠TNM，外车轮偏转角θe和内车轮偏转角θi满足阿克曼转向条件，车辆转向行驶；
由侧倾机构和转向机构形成车辆侧倾驱动装置，以致动位移u和转向角θ为控制参数，实现车身侧倾与车辆转向独立控制。
2.根据权利要求1所述的车辆侧倾驱动装置，其特征在于，所述的侧倾机构中：由滚珠丝杠、齿轮齿条传动或者液压油缸产生致动位移u，实现侧倾函数β＝f(u)。
3.根据权利要求1所述的车辆侧倾驱动装置，其特征在于，所述的拉杆、左驱动杆和右驱动杆两端的球铰链选用杆端关节轴承、或者向心关节轴承，拉杆两端所选用的杆端关节轴承、或者向心关节轴承内孔轴线垂直交错使用，左驱动杆和右驱动杆两端所选用的杆端关节轴承、或者向心关节轴承内孔轴线平行使用。
4.非转向车轮侧倾驱动机构，其特征在于，包括：车身、下摆杆、转向节主轴、上摆杆、减震器、转向节、车轮、拉杆、平衡杆、导杆、滑块，转向节主轴上端与减震器下端固连，转向节主轴下端与下摆杆一端转动连接、连接点B，下摆杆另一端与车身转动连接、连接点A，减震器上端与上摆杆一端转动连接、连接点C，上摆杆另一端与车身转动连接、连接点D，下摆杆两连接点A、B处转动轴线与下摆杆形成夹角δ，上摆杆两连接点C、D处转动轴线与上摆杆的夹角等于δ，各转动连接点A、B、C、D处转动轴线互相平行、且都垂直于车身中垂面，转向节与转向节主轴垂直固连，转向节联接车轮、车轮转动轴线位于车身横垂面内，由车身、下摆杆、转向节主轴、上摆杆、减震器、转向节、车轮按以上方式联接形成一组车轮定位机构；两组几何参数、性能参数相同的车轮定位机构依据给定的轮距s以车身中垂面左右对称布置、共用同一车身，平衡杆中点与车身在车身横垂面转动连接、转动轴线位于车身中垂面内，拉杆一端与平衡杆左端球铰链连接，另一端与左侧车轮定位机构中上摆杆球铰链连接、连接点E位于CD线之内侧，另一等长拉杆一端与平衡杆右端球铰链连接、另一端与右侧车轮定位机构中上摆杆球铰链连接、连接点F，两上摆杆的球铰链连接点E、F关于车身中垂面对称，导杆一端与平衡杆转动连接，导杆另一端与滑块转动连接，滑块与车身移动联接，导杆两端转动连接点处的转动轴线互相平行、且都垂直于车身横垂面，形成非转向车轮侧倾驱动机构；
其中：滑块相对车身移动量为致动位移u，对应平衡杆转角α，设导杆长度b，导杆和平衡杆转动连接点与平衡杆中点之间距离c，中间变量σ，由式u＝(b2-c2)0.5-(bcosσ-csinα)和c/sinσ＝b/cosα消除中间变量σ，获得平衡杆转角α＝g(u)；致动位移u≠0时、平衡杆转角α≠0，两车轮相对车身反向运动、两车轮轴线距离h，车身相对地面侧倾、侧倾角β，tanβ＝h/s，致动位移u改变时、侧倾角β变化，获得侧倾角β与致动位移u关系的侧倾函数β＝f(u)；当u＝0时，α＝0、h＝0，两车轮共轴线，β＝0、车辆不侧倾。
5.前轮转向主动侧倾四轮车辆，其特征在于，由一组权利要求1所述的车辆侧倾驱动装置和一组权利要求4所述的非转向车轮侧倾驱动机构在同一车身上按照给定的轴距前后布置、共用同一车身中垂面，双前轮转向，双后轮驱动，车辆侧倾驱动装置控制车身侧倾，非转向车轮侧倾驱动机构中致动位移u自适应变化、非转向车轮侧倾驱动机构自适应侧倾；或者，车辆侧倾驱动装置控制车身侧倾，非转向车轮侧倾驱动机构中滑块与车身阻尼约束移动，非转向车轮侧倾驱动机构阻尼约束下被动侧倾，构成具备前轮转向、后轮驱动特征的主动侧倾四轮车辆。
6.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所述的车辆侧倾驱动装置前置，在同一车身上按照给定的轴距单个车轮后置、共用同一车身中垂面，双前轮转向，后轮驱动，车辆侧倾驱动装置控制车身侧倾，单个后轮与车身一起自适应侧倾，构成具备双前轮转向、后轮驱动特征的主动侧倾倒三轮车辆。
7.后轮转向主动侧倾倒三轮车，其特征在于，由一组权利要求4所述的非转向车轮侧倾驱动机构前置，在同一车身上按照给定的轴距单个车轮后置、共用同一车身中垂面，双前轮驱动，后轮转向，非转向车轮侧倾驱动机构控制车身侧倾，单个后轮与车身一起自适应侧倾，构成具备双前轮驱动、后轮转向特征的主动侧倾倒三轮车辆。
8.前轮转向主动侧倾正三轮车，其特征在于，由一组权利要求4所述的非转向车轮侧倾驱动机构后置，在同一车身上按照给定的轴距单个车轮前置、共用同一车身中垂面，双后轮驱动，前轮转向，非转向车轮侧倾驱动机构控制车身侧倾，单个前轮与车身一起自适应侧倾，构成具备双后轮驱动、前轮转向特征的主动侧倾正三轮车辆。
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| "主动侧倾车辆设计与试验";刘平义等;《汽车工程》;20201125;第1552-1557页 * |
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