CN112172921B - 车辆侧倾驱动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侧倾驱动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机构，导杆相对滑块移动量为致动位移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

车辆侧倾驱动机构及应用该机构的主动侧倾车辆
技术领域
本发明涉及一种车辆侧倾驱动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机构及应用该机构的主动侧倾车辆，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)、右减震器(6)、左减震器(7)、右转向节(8)、左转向节(9)、右车轮(10)、左车轮(11)、平衡杆(12)、导杆(13)、滑块(14)，左转向节主轴(5)上端与左减震器(7)下端固连，左转向节主轴(5)下端与左下拉杆(3)一端转动连接、连接点B，左下拉杆(3)另一端与车身(1)转动连接、连接点A，右转向节主轴(4)上端与右减震器(6)下端固连，右转向节主轴(4)下端与右下拉杆(2)一端转动连接、连接点E，右下拉杆(2)另一端与车身(1)转动连接、连接点D，左、右下拉杆与车身(1)转动连接点A、D关于车身中垂面对称，平衡杆(12)中点与车身(1)转动连接、连接点N位于车身中垂面内，平衡杆(12)两端分别与左减震器(7)、右减震器(6)上端C、F点转动连接，各转动连接点A、B、C、D、E、F、N处的相对转动轴线互相平行且都垂直于车辆横垂面，形成同一相对运动平面的两个四边形闭式运动链ABCN和DEFN，右转向节(8)与右转向节主轴(4)绕其轴线EF转动连接，右转向节(8)联接右车轮(10)并控制其方向，左转向节(9)与左转向节主轴(5)绕其轴线BC转动连接，左转向节(9)联接左车轮(11)并控制其方向；滑块(14)与车身(1)转动连接、连接点M，导杆(13)与平衡杆(12)转动连接、连接点G，导杆(13)与滑块(14)移动联接，两转动连接点G、M处的相对转动轴线互相平行且都垂直于车辆横垂面；左减震器(7)与右减震器(6)长度相等、性能相同，左转向节主轴(5)与右转向节主轴(4)长度相等，BC＝EF，左下拉杆(3)与右下拉杆(2)长度相等，左车轮(11)与右车轮(10)半径相等，左、右车轮轮胎选用断面为弧形曲线轮胎，形成侧倾机构；
其中：导杆相对滑块移动量为致动位移u，对应平衡杆转角α，设导杆和平衡杆转动连接点G与平衡杆中点N之间距离c，滑块与车身转动连接点M的坐标(b，e)，e为滑块相对车身偏置量，中间变量σ，由式u＝[bcosσ-esinσ+csin(α+σ)]-[(c-e)2+b2]0.5和c×cos(α+σ)＝bsinσ+ecosσ消除中间变量σ，获得平衡杆转角α＝g(u)；取左、右车轮与地面接触点距离s，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，sinβ＝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，左、右车轮共轴线，β＝0、车辆不侧倾。
上述的转向机构包括：侧倾机构中的右转向节主轴(4)和右转向节(8)、侧倾机构中的左转向节主轴(5)和左转向节(9)、左转向臂(15)、右转向臂(16)、左连杆(17)、右连杆(18)、转向摆臂(19)，右转向节主轴(4)和右转向节(8)轴线交点Q，右转向臂(16)与右转向节(8)成
Figure BSA0000218833840000021
角固连、共同绕右转向节主轴的轴线EF转动，左转向节主轴(5)和左转向节(9)轴线交点P，左转向臂(15)与左转向节(9)成同一
Figure BSA0000218833840000023
角固连、共同绕左转向节主轴的轴线BC转动，
Figure BSA0000218833840000022
转向摆臂(19)一端与车身(1)的O点转动连接、转动轴线位于车身中垂面内且平行于车辆横垂面，右连杆(18)一端与右转向臂(16)末端T点球铰链连接、另一端与转向摆臂(19)的J点球铰链连接，左连杆(17)一端与左转向臂(15)末端S点球铰链连接、另一端与转向摆臂(19)的I点球铰链连接，OI＝OJ，右转向臂(16)与左转向臂(15)长度相等，右连杆(18)与左连杆(17)长度相等，形成转向机构；
其中：转向摆臂与车身中垂面夹角为转向角θ，由转向角θ控制左、右车轮方向，转向角θ＝0时，右转向臂与车辆横垂面夹角等于左转向臂与车辆横垂面夹角、均为
Figure BSA0000218833840000024
车辆直线行驶；转向角θ≠0时，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机构，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；由左、右转向节主轴内倾及后倾，以及左、右车轮外倾及前束，实现左、右车轮转向回正和车辆直线行驶稳定性。
上述的侧倾机构中：由滚珠丝杠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。
上述的转向机构中：左连杆和右连杆两端的球铰链选用杆端关节轴承、或者向心关节轴承，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，以便获得更大的侧倾角和转向角。
上述的车辆侧倾驱动机构中，左下拉杆(3)与车身(1)转动连接点A，右下拉杆(2)与车身(1)转动连接点D，两连接点A、D合为一点、该点位于车身中垂面内，实现侧倾函数β＝f(u)，形成小轮距车辆侧倾驱动机构，以致动位移u和转向角θ为控制参数，满足车身侧倾与车辆转向独立控制。
上述的侧倾机构中：右转向节(8)与右转向节主轴(4)绕其轴线EF转动连接改为垂直固连、左转向节(9)与左转向节主轴(5)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)、右下拉杆(2)、左下拉杆(3)、右转向节主轴(4)、左转向节主轴(5)、右减震器(6)、左减震器(7)、右转向节(8)、左转向节(9)、右车轮(10)、左车轮(11)、平衡杆(12)、导杆(13)、滑块(14)，左转向节主轴(5)上端与左减震器(7)下端固连，左转向节主轴(5)下端与左下拉杆(3)一端转动连接、连接点B，左下拉杆(3)另一端与车身(1)转动连接、连接点A，右转向节主轴(4)上端与右减震器(6)下端固连，右转向节主轴(4)下端与右下拉杆(2)一端转动连接、连接点E，右下拉杆(2)另一端与车身(1)转动连接、连接点D，左、右下拉杆与车身(1)转动连接点A、D关于车身中垂面对称，平衡杆(12)中点与车身(1)转动连接、连接点N位于车身中垂面内，平衡杆(12)两端分别与左减震器(7)、右减震器(6)上端C、F点转动连接，各转动连接点A、B、C、D、E、F、N处的相对转动轴线互相平行且都垂直于车辆横垂面，形成同一相对运动平面的两个四边形闭式运动链ABCN和DEFN，右转向节(8)与右转向节主轴(4)垂直固连，右转向节(8)联接右车轮(10)、右车轮转动轴线位于车辆横垂面内，左转向节(9)与左转向节主轴(5)垂直固连，左转向节(9)联接左车轮(11)、左车轮转动轴线位于车辆横垂面内；滑块(14)与车身(1)转动连接、连接点M，导杆(13)与平衡杆(12)转动连接、连接点G，导杆(13)与滑块(14)移动联接，两转动连接点G、M处的相对转动轴线互相平行且都垂直于车辆横垂面；左减震器(7)与右减震器(6)长度相等、性能相同，左转向节主轴(5)与右转向节主轴(4)长度相等，BC＝EF，左下拉杆(3)与右下拉杆(2)长度相等，左车轮(11)与右车轮(10)半径相等，左、右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；导杆相对滑块移动量为致动位移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机构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，车辆侧倾驱动机构控制车身侧倾，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，车辆侧倾驱动机构控制车身侧倾，非转向车轮侧倾驱动机构中导杆与滑块阻尼约束移动，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，双前轮转向，后轮驱动，车辆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机构及应用该机构的主动侧倾车辆，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为转向机构简图；
图3为车辆侧倾驱动机构组成原理图；
图4为小轮距车辆侧倾驱动机构简图；
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为车辆侧倾驱动机构侧倾工作原理图；
图8为车辆侧倾驱动机构转向工作原理图；
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--右下拉杆，3--左下拉杆，4--右转向节主轴，5--左转向节主轴，6--右减震器，7--左减震器，8--右转向节，9--左转向节，10--右车轮，11--左车轮，12--平衡杆，13--导杆，14--滑块，15--左转向臂，16--右转向臂，17--左连杆，18--右连杆，19--转向摆臂。
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)、右下拉杆(2)、左下拉杆(3)、右转向节主轴(4)、左转向节主轴(5)、右减震器(6)、左减震器(7)、右转向节(8)、左转向节(9)、右车轮(10)、左车轮(11)、平衡杆(12)、导杆(13)、滑块(14)，左转向节主轴(5)上端与左减震器(7)下端固连，左转向节主轴(5)下端与左下拉杆(3)一端转动连接、连接点B，左下拉杆(3)另一端与车身(1)转动连接、连接点A，右转向节主轴(4)上端与右减震器(6)下端固连，右转向节主轴(4)下端与右下拉杆(2)一端转动连接、连接点E，右下拉杆(2)另一端与车身(1)转动连接、连接点D，左、右下拉杆与车身(1)转动连接点A、D关于车身中垂面对称，平衡杆(12)中点与车身(1)转动连接、连接点N位于车身中垂面内，平衡杆(12)两端分别与左减震器(7)、右减震器(6)上端C、F点转动连接，各转动连接点A、B、C、D、E、F、N处的相对转动轴线互相平行且都垂直于车辆横垂面，形成同一相对运动平面的两个四边形闭式运动链ABCN和DEFN，右转向节(8)与右转向节主轴(4)绕其轴线EF转动连接，右转向节(8)联接右车轮(10)并控制其方向，左转向节(9)与左转向节主轴(5)绕其轴线BC转动连接，左转向节(9)联接左车轮(11)并控制其方向；滑块(14)与车身(1)转动连接、连接点M，导杆(13)与平衡杆(12)转动连接、连接点G，导杆(13)与滑块(14)移动联接，两转动连接点G、M处的相对转动轴线互相平行且都垂直于车辆横垂面；左减震器(7)与右减震器(6)长度相等、性能相同，左转向节主轴(5)与右转向节主轴(4)长度相等，BC＝EF，平衡杆中点N至A、D连线距离等于BC，左下拉杆(3)与右下拉杆(2)长度相等、AB＝DE，左转向节(9)与右转向节(8)长度相等，左车轮(11)与右车轮(10)半径相等，左、右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：导杆相对滑块移动量为致动位移u，对应平衡杆转角α，设导杆和平衡杆转动连接点G与平衡杆中点N之间距离c，滑块与车身转动连接点M的坐标(b，e)，e为滑块相对车身偏置量，中间变量σ，由式u＝[bcosσ-esinσ+csin(α+σ)]-[(c-e)2+b2]0.5和c×cos(α+σ)＝bsinσ+ecosσ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；取左、右车轮与地面接触点距离s，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，sinβ＝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，左、右车轮共轴线，此时β＝0、车辆不侧倾(如图1所示)，β＝0时左、右车轮与地面接触点距离s为左、右车轮轮距。
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(8)、侧倾机构中的左转向节主轴(5)和左转向节(9)、左转向臂(15)、右转向臂(16)、左连杆(17)、右连杆(18)、转向摆臂(19)，右转向节主轴(4)和右转向节(8)轴线交点Q，右转向臂(16)与右转向节(8)成
Figure BSA0000218833840000051
角固连、共同绕右转向节主轴的轴线EF转动，左转向节主轴(5)和左转向节(9)轴线交点P，左转向臂(15)与左转向节(9)成同一
Figure BSA0000218833840000052
角固连、共同绕左转向节主轴的轴线BC转动，
Figure BSA0000218833840000053
转向摆臂(19)一端与车身(1)的O点转动连接、转动轴线位于车身中垂面内且平行于车辆横垂面，右连杆(18)一端与右转向臂(16)末端T点球铰链连接、另一端与转向摆臂(19)的J点球铰链连接，左连杆(17)一端与左转向臂(15)末端S点球铰链连接、另一端与转向摆臂(19)的I点球铰链连接，OI＝OJ，右转向臂(16)与左转向臂(15)长度相等，右连杆(18)与左连杆(17)长度相等，形成转向机构；
其中：转向摆臂与车身中垂面夹角为转向角θ，由转向角θ控制左、右车轮方向，转向角θ＝0时，右转向臂与车辆横垂面夹角等于左转向臂与车辆横垂面夹角、均为
Figure BSA0000218833840000061
车辆直线行驶(如图2所示)；转向角θ≠0时，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3所示的车辆侧倾驱动机构组成原理图，由侧倾机构和转向机构形成车辆侧倾驱动机构，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；由左、右转向节主轴内倾及后倾，以及左、右车轮外倾及前束，实现左、右车轮转向回正和车辆直线行驶稳定性。
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2所示的转向机构中，左连杆和右连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 9163-2001，两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(如图3所示)，以便获得更大的侧倾角和转向角。
图4所示的小轮距车辆侧倾驱动机构简图，在图3所示的车辆侧倾驱动机构中，左下拉杆(3)与车身(1)转动连接点A，右下拉杆(2)与车身(1)转动连接点D，两连接点A、D合为一点、该点位于车身中垂面内，实现侧倾函数β＝f(u)，形成小轮距车辆侧倾驱动机构，以致动位移u和转向角θ为控制参数，满足车身侧倾与车辆转向独立控制。
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：右转向节(8)与右转向节主轴(4)绕其轴线EF转动连接改为垂直固连、左转向节(9)与左转向节主轴(5)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)、右下拉杆(2)、左下拉杆(3)、右转向节主轴(4)、左转向节主轴(5)、右减震器(6)、左减震器(7)、右转向节(8)、左转向节(9)、右车轮(10)、左车轮(11)、平衡杆(12)、导杆(13)、滑块(14)，左转向节主轴(5)上端与左减震器(7)下端固连，左转向节主轴(5)下端与左下拉杆(3)一端转动连接、连接点B，左下拉杆(3)另一端与车身(1)转动连接、连接点A，右转向节主轴(4)上端与右减震器(6)下端固连，右转向节主轴(4)下端与右下拉杆(2)一端转动连接、连接点E，右下拉杆(2)另一端与车身(1)转动连接、连接点D，左、右下拉杆与车身(1)转动连接点A、D关于车身中垂面对称，平衡杆(12)中点与车身(1)转动连接、连接点N位于车身中垂面内，平衡杆(12)两端分别与左减震器(7)、右减震器(6)上端C、F点转动连接，各转动连接点A、B、C、D、E、F、N处的相对转动轴线互相平行且都垂直于车辆横垂面，形成同一相对运动平面的两个四边形闭式运动链ABCN和DEFN，右转向节(8)与右转向节主轴(4)垂直固连，右转向节(8)联接右车轮(10)、右车轮转动轴线位于车辆横垂面内，左转向节(9)与左转向节主轴(5)垂直固连，左转向节(9)联接左车轮(11)、左车轮转动轴线位于车辆横垂面内；滑块(14)与车身(1)转动连接、连接点M，导杆(13)与平衡杆(12)转动连接、连接点G，导杆(13)与滑块(14)移动联接，两转动连接点G、M处的相对转动轴线互相平行且都垂直于车辆横垂面；左减震器(7)与右减震器(6)长度相等、性能相同，左转向节主轴(5)与右转向节主轴(4)长度相等，BC＝EF，平衡杆中点N至A、D连线距离等于BC，左下拉杆(3)与右下拉杆(2)长度相等、AB＝DE，左转向节(9)与右转向节(8)长度相等，左车轮(11)与右车轮(10)半径相等，左、右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；导杆相对滑块移动量为致动位移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机构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，车辆侧倾驱动机构控制车身侧倾，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，车辆侧倾驱动机构控制车身侧倾，非转向车轮侧倾驱动机构中导杆与滑块阻尼约束移动，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GB518-2007，车辆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3、7、8所示的车辆侧倾驱动机构组成及工作原理图，以及图9、10所示的应用车辆侧倾驱动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，车辆侧倾驱动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 (9)

1.车辆侧倾驱动机构，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、右减震器、左减震器、右转向节、左转向节、右车轮、左车轮、平衡杆、导杆、滑块，左转向节主轴上端与左减震器下端固连，左转向节主轴下端与左下拉杆一端转动连接，左下拉杆另一端与车身转动连接，右转向节主轴上端与右减震器下端固连，右转向节主轴下端与右下拉杆一端转动连接，右下拉杆另一端与车身转动连接，左、右下拉杆与车身转动连接点关于车身中垂面对称，平衡杆中点与车身转动连接、连接点位于车身中垂面内，平衡杆两端分别与左减震器、右减震器上端转动连接，各转动连接点处的相对转动轴线互相平行、且都垂直于车辆横垂面，右转向节与右转向节主轴绕其轴线转动连接，右转向节联接右车轮并控制其方向，左转向节与左转向节主轴绕其轴线转动连接，左转向节联接左车轮并控制其方向；滑块与车身转动连接，导杆与平衡杆转动连接，导杆与滑块移动联接，两转动连接点处的相对转动轴线互相平行、且都垂直于车辆横垂面；左减震器与右减震器长度相等、性能相同，左转向节主轴与右转向节主轴长度相等，左下拉杆与右下拉杆长度相等，形成侧倾机构；
其中：导杆相对滑块移动量为致动位移u，对应平衡杆转角α，设导杆和平衡杆转动连接点与平衡杆中点之间距离c，滑块与车身转动连接点坐标(b，e)，e为滑块相对车身偏置量，b为滑块转动轴线在车身中垂面投影与平衡杆中点距离，中间变量σ，由式u＝[bcosσ-esinσ+csin(α+σ)]-[(c-e)2+b2]0.5和c×cos(α+σ)＝bsinσ+ecosσ消除中间变量σ，获得平衡杆转角α＝g(u)；取左、右车轮与地面接触点距离s，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，sinβ＝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，左、右车轮共轴线，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、左转向臂、右转向臂、左连杆、右连杆、转向摆臂，右转向臂与右转向节成
Figure FSB0000195687900000011
角固连、共同绕右转向节主轴的轴线转动，左转向臂与左转向节成同一
Figure FSB0000195687900000012
角固连、共同绕左转向节主轴的轴线转动；转向摆臂一端与车身的O点转动连接、转动轴线位于车身中垂面内且平行于车辆横垂面，右连杆一端与右转向臂末端球铰链连接、另一端与转向摆臂的J点球铰链连接，左连杆一端与左转向臂末端球铰链连接、另一端与转向摆臂的I点球铰链连接，OI＝OJ，右转向臂与左转向臂长度相等，右连杆与左连杆长度相等，形成转向机构；
其中：转向摆臂与车身中垂面夹角为转向角θ，由转向角θ控制左、右车轮方向，转向角θ＝0时，右转向臂与车辆横垂面夹角等于左转向臂与车辆横垂面夹角、均为
Figure FSB0000195687900000013
车辆直线行驶；转向角θ≠0时，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机构，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机构，其特征在于，所述的侧倾机构中：由滚珠丝杠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机构，其特征在于，所述的转向机构中：左连杆和右连杆两端的球铰链选用杆端关节轴承、或者向心关节轴承，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。
4.根据权利要求1所述的车辆侧倾驱动机构，其特征在于，所述的侧倾机构中：左下拉杆与车身转动连接点A，右下拉杆与车身转动连接点D，两连接点A、D合为一点、该点位于车身中垂面内，实现侧倾函数β＝f(u)，以致动位移u和转向角θ为控制参数，满足车身侧倾与车辆转向独立控制。
5.非转向车轮侧倾驱动机构，其特征在于，包括：车身、右下拉杆、左下拉杆、右转向节主轴、左转向节主轴、右减震器、左减震器、右转向节、左转向节、右车轮、左车轮、平衡杆、导杆、滑块，左转向节主轴上端与左减震器下端固连，左转向节主轴下端与左下拉杆一端转动连接，左下拉杆另一端与车身转动连接，右转向节主轴上端与右减震器下端固连，右转向节主轴下端与右下拉杆一端转动连接，右下拉杆另一端与车身转动连接，左、右下拉杆与车身转动连接点关于车身中垂面对称，平衡杆中点与车身转动连接、连接点位于车身中垂面内，平衡杆两端分别与左减震器、右减震器上端转动连接，各转动连接点处的相对转动轴线互相平行、且都垂直于车辆横垂面，右转向节与右转向节主轴垂直固连，右转向节联接右车轮、右车轮转动轴线位于车辆横垂面内，左转向节与左转向节主轴垂直固连，左转向节联接左车轮、左车轮转动轴线位于车辆横垂面内；滑块与车身转动连接，导杆与平衡杆转动连接，导杆与滑块移动联接，两转动连接点处的相对转动轴线互相平行、且都垂直于车辆横垂面；左减震器与右减震器长度相等、性能相同，左转向节主轴与右转向节主轴长度相等，左下拉杆与右下拉杆长度相等，形成非转向车轮侧倾驱动机构；
其中：导杆相对滑块移动量为致动位移u，对应平衡杆转角α，设导杆和平衡杆转动连接点与平衡杆中点之间距离c，滑块与车身转动连接点坐标(b，e)，e为滑块相对车身偏置量，b为滑块转动轴线在车身中垂面投影与平衡杆中点距离，中间变量σ，由式u＝[bcosσ-esinσ+csin(α+σ)]-[(c-e)2+b2]0.5和c×cos(α+σ)＝bsinσ+ecosσ消除中间变量σ，获得平衡杆转角α＝g(u)；取左、右车轮与地面接触点距离s，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，sinβ＝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，左、右车轮共轴线，β＝0、车辆不侧倾。
6.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机构和一组权利要求5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，车辆侧倾驱动机构控制车身侧倾，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，车辆侧倾驱动机构控制车身侧倾，非转向车轮侧倾驱动机构中导杆与滑块阻尼约束移动，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。
7.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，双前轮转向，后轮驱动，车辆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，构成具备双前轮转向、后轮驱动特征的主动侧倾倒三轮车辆。
8.后轮转向主动侧倾倒三轮车，其特征在于，由一组权利要求5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。
9.前轮转向主动侧倾正三轮车，其特征在于，由一组权利要求5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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