CN114715270A - 车辆转向侧倾机构及应用该机构的主动侧倾车辆 - Google Patents

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CN114715270A CN202210280893.4A CN202210280893A CN114715270A CN 114715270 A CN114715270 A CN 114715270A CN 202210280893 A CN202210280893 A CN 202210280893A CN 114715270 A CN114715270 A CN 114715270A
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Abstract

本发明属于车辆底盘技术领域，公开了一种车辆转向侧倾机构及应用该机构的主动侧倾车辆，特别涉及车辆转向条件下的车身主动侧倾控制技术，车辆转向侧倾机构包括：车身、下摆杆、转向节主轴、上摆杆顺序转动连接、对称布置形成侧倾运动链，减震器连接两侧下摆杆，由转向臂、连杆、转向节和车轮构成转向运动链；车辆转向与车身侧倾运动独立，在车身水平面内，转向臂相对车身转动，对应外车轮偏转角和内车轮偏转角满足阿克曼转向条件；在车身横垂面内，车身相对过车身与下摆杆转动轴线的减震器中位面转动，车身和车轮联动侧倾，侧倾运动传动链中不包含减震器，实现了车辆侧倾角的正时和精确控制，以便提高主动侧倾车辆的行驶稳定性和安全性。

Description

车辆转向侧倾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转向侧倾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，特别涉及车辆转向条件下的车身主动侧倾控制技术。
背景技术
主动侧倾控制系统通过控制车辆在转弯时向弯道内侧倾斜程度，提高了车辆弯道行驶稳定性、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，由致动器直接驱动车身相对车架转动，车架通过前、后桥或者悬架联接车轮，车身侧倾过程中车轮不侧倾，车身侧倾与车辆转向运动独立，适应通用的轿车轮胎，但车身侧倾运动难以控制，导致车辆行驶过程中的操控稳定性、平顺性及安全可靠性较差；后者车身和车轮联动侧倾方式，由致动器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，车轮轮胎需要选用断面为弧形曲线轮胎，但车辆行驶稳定性、平顺性和安全性较好，适宜于高端车辆；其应用见文献“车辆转向侧倾联动装置及主动侧倾车辆CN109625086”、“车辆转向侧倾组合机构及应用该机构的主动侧倾车辆CN110509994”等，文献中致动器通过减震器驱动侧倾机构运动实现车身和车轮联动侧倾，由于减震器属于非线性弹性元件，难以实现车辆侧倾角的正时和精确控制，需要采用机械或者电子延时器才能实现车身侧倾与车辆转向运动同步控制，研究致动器不通过减震器、直接驱动车身运动实现车辆侧倾，对于主动侧倾车辆设计、制造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，同时致动器不通过减震器、而直接驱动车身、且联动车轮侧倾运动，实现车辆侧倾角的正时和精确控制。
为了达到本发明目的所采取的技术方案如下：
车辆转向侧倾机构包括：车身(11)、下摆杆(12)、转向节主轴(13)、上摆杆(14)依次顺序转动连接，各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，车身与下摆杆连接点和车身与上摆杆连接点均过车身中垂面，形成具有同一相对运动平面的闭式运动链，转向节(15)与转向节主轴(13)绕其轴线转动连接，转向节(15)联接车轮(16)并控制其方向，车轮(16)绕其轴线相对转向节(15)转动、车轮与转向节(15)共同绕转向节主轴(13)的轴线摆动，形成一组车轮定位机构；两组相同的车轮定位机构依据给定的轮距以车身中垂面左右对称布置、共用同一车身，减震器(17)的两端分别与左、右侧车轮定位机构中下摆杆(12)转动连接，两连接点关于过车身与下摆杆转动轴线的减震器中位面对称，保持减震器处于受压状态工作，减震器两转动连接点处的转动轴线均垂直于车身横垂面；转向臂(18)连接点呈等腰三角形分布，转向臂(18)上等腰三角形顶点与车身(11)在车身水平面转动连接、转动轴线位于车身中垂面内，转向臂(18)上等腰三角形底边两端点由球铰链各自连接一个连杆(19)，两等长连杆(19)另一端分别与左、右侧车轮定位机构中转向节(15)球铰链连接，两连接点关于车身中垂面对称，由转向臂、连杆和转向节构成的开式运动链布置于车辆前方，满足车辆转向与车身侧倾运动独立条件为：当转向臂上等腰三角形底边垂直于车身中垂面时，左侧连杆与上摆杆在车身横垂面投影平行、并且投影长度相等，右侧连杆与上摆杆在车身横垂面投影平行、并且投影长度相等，形成车辆转向侧倾机构。
车辆转向侧倾机构中：车身中垂面、车身横垂面和车身水平面组成车身直角坐标平面，在车身横垂面内，车身相对过车身与下摆杆转动轴线的减震器中位面转动角度β，车身和车轮联动侧倾，侧倾运动传动链中不包含减震器，实现了车辆侧倾角的正时和精确控制；在车身水平面内，转向臂相对车身转动角度θ，对应外车轮偏转角θe和内车轮偏转角θi满足阿克曼转向条件；车辆侧倾运动过程中，连杆与上摆杆在车身横垂面投影平行、且投影长度相等，车身侧倾与车辆转向运动互不影响，当θ＝0时、车辆直线行驶，此时转向臂等腰三角形中线位于车身中垂面内；当θ＝0且β＝0时、车辆转向侧倾机构关于车身中垂面对称，此时过车身与下摆杆转动轴线的减震器中位面与车身中垂面重合，车辆转向侧倾机构通过车辆转向和车身侧倾双自由度运动，实现车身侧倾与车辆转向运动独立控制。
上述的车辆转向侧倾机构中，连杆两端球铰链选用杆端关节轴承、或者向心关节轴承，在同一连杆上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，以便获得更大的车身侧倾角和车辆转向角。
上述的车辆转向侧倾机构中，由左、右侧转向节主轴内倾及后倾和左、右侧车轮外倾及前束，提供两侧车轮定位，实现车辆的转向回正，以及保持车辆的直线行驶稳定性。
非转向车轮侧倾机构，由车辆转向侧倾机构中保留侧倾部分、去掉转向部分，并将转向节与转向节主轴固连形成，包括：车身(11)、下摆杆(12)、转向节主轴(13)、上摆杆(14)依次顺序转动连接，各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，车身与下摆杆连接点和车身与上摆杆连接点均过车身中垂面，形成具有同一相对运动平面的闭式运动链，转向节(15)与转向节主轴(13)固连，转向节(15)联接车轮(16)并确定其方向，车轮(16)绕其轴线相对转向节(15)转动，形成一组非转向车轮定位机构；两组相同的非转向车轮定位机构依据给定的轮距以车身中垂面左右对称布置、共用同一车身，减震器(17)的两端分别与左、右侧非转向车轮定位机构中下摆杆(12)转动连接，两连接点关于过车身与下摆杆转动轴线的减震器中位面对称，保持减震器处于受压状态工作，减震器两转动连接点处的转动轴线均垂直于车身横垂面，形成非转向车轮侧倾机构；
其中：在车身横垂面内，车身相对过车身与下摆杆转动轴线的减震器中位面转动角度β，车身和车轮联动侧倾，侧倾运动传动链中不包含减震器，实现了车辆侧倾角的正时和精确控制；当β＝0时，非转向车轮侧倾机构关于车身中垂面对称，此时过车身与下摆杆转动轴线的减震器中位面与车身中垂面重合。
前轮转向主动侧倾四轮车辆包括：由一组车辆转向侧倾机构和一组非转向车轮侧倾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；车辆转向侧倾机构控制车身侧倾、双前轮联动侧倾，非转向车轮侧倾机构自适应侧倾，双后轮自适应联动侧倾，所有车轮均选用断面为弧形曲线轮胎，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机构前置，在同一车身上按照给定的轴距由摆臂和减震器联接一个后轮、共用同一车身中垂面，双前轮转向，后轮驱动；车辆转向侧倾机构控制车身侧倾、双前轮联动侧倾，单个后轮与车身一起自适应侧倾，所有车轮均选用断面为弧形曲线轮胎，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：由一组非转向车轮侧倾机构后置，在同一车身上按照给定的轴距由转向臂和减震器联接一个前轮、共用同一车身中垂面，双后轮驱动，前轮转向；非转向车轮侧倾机构控制车身侧倾、双后轮联动侧倾，单个前轮与车身一起自适应侧倾，所有车轮均选用断面为弧形曲线轮胎，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。
本发明的有益效果在于，所提出的一种车辆转向侧倾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，同时致动器不通过减震器、而直接驱动车身、且联动车轮侧倾运动，实现车辆侧倾角的正时和精确控制，以便提高主动侧倾车辆的行驶稳定性和安全性。
附图说明
图1为车辆转向侧倾机构侧倾原理图；
图2为车辆转向侧倾机构转向原理图；
图3为车辆转向侧倾机构组成原理图；
图4为非转向车轮侧倾机构简图；
图5为车辆转向侧倾机构侧倾工作状态图；
图6为前轮转向主动侧倾四轮车辆组成原理图；
图7为前轮转向主动侧倾倒三轮车组成原理图；
图8为前轮转向主动侧倾正三轮车组成原理图；
图中：11--车身，12--下摆杆，13--转向节主轴，14--上摆杆，15--转向节，16--车轮，17--减震器，18--转向臂，19--连杆。
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3所示的车辆转向侧倾机构组成原理图，车辆转向侧倾机构包括：车身(11)、下摆杆(12)、转向节主轴(13)、上摆杆(14)依次顺序转动连接，各转动连接点P、B、C、D处的转动轴线互相平行、且都垂直于车身横垂面，车身与下摆杆连接点P和车身与上摆杆连接点D均过车身中垂面，形成具有同一相对运动平面的平行四边形闭式运动链PBCD，转向节(15)与转向节主轴(13)绕其轴线BC转动连接，转向节(15)联接车轮(16)并控制其方向，车轮(16)绕其轴线相对转向节(15)转动、车轮与转向节(15)共同绕转向节主轴(13)的轴线BC摆动，形成一组车轮定位机构；两组相同的车轮定位机构依据给定的轮距以车身中垂面左右对称布置、共用同一车身，减震器(17)的两端分别与左、右侧车轮定位机构中下摆杆(12)转动连接，两连接点E、F关于过车身与下摆杆连接点P处转动轴线的减震器中位面对称，保持减震器处于受压状态工作，减震器两转动连接点处的转动轴线均垂直于车身横垂面(如图1所示)；转向臂(18)连接点呈等腰三角形分布，转向臂(18)上等腰三角形顶点Q与车身(11)在车身水平面转动连接、转动轴线位于车身中垂面内，转向臂(18)上等腰三角形底边两端点S、T由球铰链各自连接一个连杆(19)，两等长连杆(19)另一端分别与左、右侧车轮定位机构中转向节(15)球铰链连接，两连接点G、H关于车身中垂面对称，由转向臂、连杆和转向节构成的开式运动链布置于车辆前方(如图2所示)，满足车辆转向与车身侧倾运动独立条件为：当转向臂上等腰三角形底边ST垂直于车身中垂面时，左侧连杆与上摆杆在车身横垂面投影平行、并且投影长度相等，右侧连杆与上摆杆在车身横垂面投影平行、并且投影长度相等，形成车辆转向侧倾机构。
图5所示的车辆转向侧倾机构侧倾工作状态图，车辆转向侧倾机构中：车身中垂面、车身横垂面和车身水平面组成车身直角坐标平面，在车身横垂面内，车身相对过车身与下摆杆连接点P处转动轴线的减震器中位面转动角度β，车身通过上摆杆、转向节主轴和转向节拖动车轮，车身和车轮联动侧倾，侧倾运动传动链中不包含减震器，实现了车辆侧倾角的正时和精确控制；在车身水平面内，转向臂相对车身转动角度θ，转向臂通过连杆和转向节拉动车轮，对应外车轮偏转角θe和内车轮偏转角θi满足阿克曼转向条件(如图6所示)；车辆侧倾运动过程中，连杆与上摆杆在车身横垂面投影平行、且投影长度相等，车身侧倾与车辆转向运动互不影响，当θ＝0时、车辆直线行驶，此时转向臂等腰三角形中线位于车身中垂面内；当θ＝0且β＝0时、车辆转向侧倾机构关于车身中垂面对称，此时过车身与下摆杆连接点P处转动轴线的减震器中位面与车身中垂面重合，车辆转向侧倾机构通过车辆转向和车身侧倾双自由度运动，实现车身侧倾与车辆转向运动独立控制。
图2所示的车辆转向侧倾机构转向原理图，车辆转向侧倾机构中，连杆两端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，在同一连杆上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，以便获得更大的车身侧倾角和车辆转向角。
图3所示的车辆转向侧倾机构组成原理图，车辆转向侧倾机构中，由左、右侧转向节主轴内倾及后倾和左、右侧车轮外倾及前束，提供两侧车轮定位，实现车辆的转向回正，以及保持车辆的直线行驶稳定性。
图4所示的非转向车轮侧倾机构简图，非转向车轮侧倾机构，由车辆转向侧倾机构中保留侧倾部分、去掉转向部分，并将转向节与转向节主轴固连形成，包括：车身(11)、下摆杆(12)、转向节主轴(13)、上摆杆(14)依次顺序转动连接，各转动连接点P、B、C、D处的转动轴线互相平行、且都垂直于车身横垂面，车身与下摆杆连接点P和车身与上摆杆连接点D均过车身中垂面，形成具有同一相对运动平面的平行四边形闭式运动链PBCD，转向节(15)与转向节主轴(13)固连，转向节(15)联接车轮(16)并确定其方向，车轮(16)绕其轴线相对转向节(15)转动，形成一组非转向车轮定位机构；两组相同的非转向车轮定位机构依据给定的轮距以车身中垂面左右对称布置、共用同一车身，减震器(17)的两端分别与左、右侧非转向车轮定位机构中下摆杆(12)转动连接，两连接点E、F关于过车身与下摆杆连接点P处转动轴线的减震器中位面对称，保持减震器处于受压状态工作，减震器两转动连接点处的转动轴线均垂直于车身横垂面，形成非转向车轮侧倾机构；
其中：在车身横垂面内，车身相对过车身与下摆杆连接点P处转动轴线的减震器中位面转动角度β，车身通过上摆杆、转向节主轴和转向节拖动车轮，车身和车轮联动侧倾，侧倾运动传动链中不包含减震器，实现了车辆侧倾角的正时和精确控制；当β＝0时，非转向车轮侧倾机构关于车身中垂面对称，此时过车身与下摆杆连接点P处转动轴线的减震器中位面与车身中垂面重合。
图6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机构和一组非转向车轮侧倾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，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；车辆转向侧倾机构控制车身侧倾、双前轮联动侧倾，非转向车轮侧倾机构自适应侧倾，双后轮自适应联动侧倾，所有车轮均选用断面为圆弧形的摩托车轮胎GB 518-2007，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。
图7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机构前置，在同一车身上按照给定的轴距由摆臂和减震器联接一个后轮、共用同一车身中垂面，双前轮转向，后轮轮毂电机驱动；车辆转向侧倾机构控制车身侧倾、双前轮联动侧倾，单个后轮与车身一起自适应侧倾，所有车轮均选用断面为圆弧形的摩托车轮胎GB 518-2007，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8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机构后置，在同一车身上按照给定的轴距由转向臂和减震器联接一个前轮、共用同一车身中垂面，双后轮轮毂电机驱动，前轮转向；非转向车轮侧倾机构控制车身侧倾、双后轮联动侧倾，单个前轮与车身一起自适应侧倾，所有车轮均选用断面为圆弧形的摩托车轮胎GB 518-2007，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。
通过以上实施例，本发明所提出的一种车辆转向侧倾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，同时致动器不通过减震器、而直接驱动车身、且联动车轮侧倾运动，实现车辆侧倾角的正时和精确控制；在省却机械或者电子延时器条件下，实现主动侧倾车辆的车身侧倾与车辆转向运动同步控制，以便提高主动侧倾车辆的行驶稳定性和安全性。

Claims (7)

1.车辆转向侧倾机构，其特征在于，包括：车身、下摆杆、转向节主轴、上摆杆依次顺序转动连接，各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，车身与下摆杆连接点和车身与上摆杆连接点均过车身中垂面，形成具有同一相对运动平面的闭式运动链，转向节与转向节主轴绕其轴线转动连接，转向节联接车轮并控制其方向，车轮绕其轴线相对转向节转动、车轮与转向节共同绕转向节主轴的轴线摆动，形成一组车轮定位机构；两组相同的车轮定位机构依据给定的轮距以车身中垂面左右对称布置、共用同一车身，减震器的两端分别与左、右侧车轮定位机构中下摆杆转动连接，两连接点关于过车身与下摆杆转动轴线的减震器中位面对称，保持减震器处于受压状态工作，减震器两转动连接点处的转动轴线均垂直于车身横垂面；转向臂连接点呈等腰三角形分布，转向臂上等腰三角形顶点与车身在车身水平面转动连接、转动轴线位于车身中垂面内，转向臂上等腰三角形底边两端点由球铰链各自连接一个连杆，两等长连杆另一端分别与左、右侧车轮定位机构中转向节球铰链连接，两连接点关于车身中垂面对称，满足车辆转向与车身侧倾运动独立条件为：当转向臂上等腰三角形底边垂直于车身中垂面时，左侧连杆与上摆杆在车身横垂面投影平行、并且投影长度相等，右侧连杆与上摆杆在车身横垂面投影平行、并且投影长度相等，形成车辆转向侧倾机构；
其中：在车身横垂面内，车身相对过车身与下摆杆转动轴线的减震器中位面转动角度β，车身和车轮联动侧倾，侧倾运动传动链中不包含减震器，实现了车辆侧倾角的正时和精确控制；在车身水平面内，转向臂相对车身转动角度θ，对应外车轮偏转角和内车轮偏转角满足阿克曼转向条件，车身侧倾与车辆转向运动独立；当θ＝0时、车辆直线行驶，当θ＝0且β＝0时、车辆转向侧倾机构关于车身中垂面对称。
2.根据权利要求1所述的车辆转向侧倾机构，其特征在于，所述的连杆两端球铰链选用杆端关节轴承、或者向心关节轴承，在同一连杆上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。
3.根据权利要求1所述的车辆转向侧倾机构，其特征在于，由左、右侧转向节主轴内倾及后倾和左、右侧车轮外倾及前束，实现两侧车轮定位。
4.非转向车轮侧倾机构，由权利要求1所述的车辆转向侧倾机构中保留侧倾部分、去掉转向部分，并将转向节与转向节主轴固连形成，其特征在于，包括：车身、下摆杆、转向节主轴、上摆杆依次顺序转动连接，各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，车身与下摆杆连接点和车身与上摆杆连接点均过车身中垂面，形成具有同一相对运动平面的闭式运动链，转向节与转向节主轴固连，转向节联接车轮并确定其方向，车轮绕其轴线相对转向节转动，形成一组非转向车轮定位机构；两组相同的非转向车轮定位机构依据给定的轮距以车身中垂面左右对称布置、共用同一车身，减震器的两端分别与左、右侧非转向车轮定位机构中下摆杆转动连接，两连接点关于过车身与下摆杆转动轴线的减震器中位面对称，保持减震器处于受压状态工作，减震器两转动连接点处的转动轴线均垂直于车身横垂面，形成非转向车轮侧倾机构；
其中：在车身横垂面内，车身相对过车身与下摆杆转动轴线的减震器中位面转动角度β，车身和车轮联动侧倾，侧倾运动传动链中不包含减震器，实现了车辆侧倾角的正时和精确控制；当β＝0时，非转向车轮侧倾机构关于车身中垂面对称。
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所述的车辆转向侧倾机构和一组权利要求4所述的非转向车轮侧倾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；车辆转向侧倾机构控制车身侧倾、双前轮联动侧倾，非转向车轮侧倾机构自适应侧倾，双后轮自适应联动侧倾，所有车轮均选用断面为弧形曲线轮胎，构成前轮转向主动侧倾四轮车辆。
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所述的车辆转向侧倾机构前置，在同一车身上按照给定的轴距由摆臂和减震器联接一个后轮、共用同一车身中垂面，双前轮转向，后轮驱动；车辆转向侧倾机构控制车身侧倾、双前轮联动侧倾，单个后轮与车身一起自适应侧倾，所有车轮均选用断面为弧形曲线轮胎，构成前轮转向主动侧倾倒三轮车。
7.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机构后置，在同一车身上按照给定的轴距由转向臂和减震器联接一个前轮、共用同一车身中垂面，双后轮驱动，前轮转向；非转向车轮侧倾机构控制车身侧倾、双后轮联动侧倾，单个前轮与车身一起自适应侧倾，所有车轮均选用断面为弧形曲线轮胎，构成前轮转向主动侧倾正三轮车。
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