CN1185116C - 两栖车辆 - Google Patents

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Abstract

一种两栖车辆(32)，包括一横置在中部或后部的发动机(12)，该发电机用于驱动后车轮(30)和/或通过一轴向传动装置(37)驱动一船用推进装置(38)，其中该发动机(12)相对该船用推进装置(38)的传动装置(37)安装成：该发动机的底面(8)位于所述传动装置的轴线(35)下方，从而确保最好为370mm至180mm之间这一有利的稳心高度。

Description

两栖车辆
背景技术
现有的两栖车辆通常将其发动机安装在车辆的中间或者后部，以确保在以船用模式行驶时“船头翘起”。在日本专利公告第63-093607号(马自达汽车株式会社)中公开了这种构造的一个例子。这项马自达申请为一辆两栖车辆，其发动机横置在车辆后部，用来驱动后车轮和/或通过一轴向传动装置驱动一船用推进装置，该船用推进装置在该案中为一喷水推进器。具体地说，发动机的至少一部分安装在后车轮驱动轴的上方。喷水推进器由一从称为“转换装置”的齿轮箱中伸出的轴驱动。转换装置设计成给前车轮或喷水推进器提供所需的动力，而其自身由发动机通过一差动器上的环形齿轮来驱动。转换装置安装在发动机的前面。这样一来这种马自达构造必须将发动机安装在喷水推进器传动轴的上方。而该传动轴又位于船用喷水推进器的中央，安装在车辆尾部上的船用喷水推进器必须提供足够的离地距离，以便车辆可在角度足够大的坡道上行驶。从而车辆重心高于单纯作为船舶时的重心。此外，由于两栖车辆无法镇重，考虑到低干舷车辆作为船用模式时的侧倾，重心与浮心相对高度的任何增加都不利于两栖车辆的稳定性。
发明内容
因此，本发明的一个目的在于降低重心相对于浮心的高度，从而在具有相同的足够离地距离下增加两栖车辆的稳定性。
因此本发明的两栖车辆有一安装在车辆的中部或后部发动机，该发动机用来驱动后车轮并通过一与车辆的纵向轴线基本上平行的轴向传动轴驱动一船用推进装置，其特征在于，该发动机相对船用推进装置的传动装置安装成：发动机的底面位于该传动轴的轴线以下，其中，该车辆具有一能够以船用模式滑行的底面。
除了有助于确保“船头翘起”，本发明还有利于两栖车辆在水面上滑行。
车辆体的底部设计成使该车辆能够滑行。为此，如我们的同在审理中的WO 95/23074号专利申请所示，车轮在船用模式下可向上收起。
后车轮最好通过一差动器由发动机驱动，该差动器与至少一后车轮之间有一分离器。船用推进装置最好通过该差动器由发动机和车轮传动装置驱动。在差动器与船用推进装置之间可设置另一个分离器。差动器最好安装在发动机的后部。
根据本发明的两栖车辆，重心以不超出浮心上方335mm为宜，最好是不超出275mm，从而确保一足够的扶正力矩。当设计用来滑行时，车辆体滑行时整个滑行面积在1.4至14m2之间为宜，最好是在6至7.6m2之间。重心离车体底面以不大于510mm为宜，最好是不大于450mm。
稳心高度、车辆水线处宽度、和吃水面面积(车辆设计为在水面滑行时)都是表示车辆稳定性的有用参数。稳心高度以在370至180mm之间为宜，最好在370至290mm之间，这决定于车辆的大小、负载和构型。进一步，稳心高度与车辆水线处船宽的比率以在0.10至0.33之间为宜，最好在0.14至0.21之间。稳心高度的平方与滑行面积之比以在0.004至0.052之间为宜，最好是在0.007至0.021之间；所有这些比率都取决于车辆的大小、负载、构型以及车辆是处于排水模式还是滑行模式。
附图说明
下面将参照附图说明本发明的各实施例，附图中：
图1为本发明第一实施例的侧视图；
图2为从该第一实施例动力系后方一侧看去的透视图；
图3为可替换图2中所示动力系的本发明第二实施例的透视图；
图4为该第一实施例的侧视图，示出平均载荷下与浮心相对的重心，车辆处于排水模式和车轮收起的船舶模式；
图5为类似于图4的侧视图，示出车辆滑行；
图6为从图4中A-A截取的图4所示车辆的截面图，示出了在同样的平均载荷下的浮力曲线，其中为清楚起见省略内部细节；
图7至9示出在本说明书第6页数据表中列出的各尺寸；
图7类似于图6，示出车辆的一横截面；
图8为另一简化横截面图；以及
图9为类似于图4的外部视图，示出排水模式下的车辆，且车轮降下。
除了车辆长度上的平均船宽尺寸X，这三个图可相互说明，显然，船宽尺寸在车轮拱形缺口处比在车体全宽处小。
图10示出根据所要求保护的构造，实际应用中可取的最小尺寸132、典型尺寸32、及最大尺寸232的两栖车辆。
具体实施方式
图1为第一实施例，示出一面朝滑行两栖车辆32后部33的横置发动机12。发电机12通过一轴向传动装置14驱动后车轮30或船用推进装置(在本案中为一喷水推进器)38，或通过后车轮和轴18的差动器16和分离器34(一个分离器就足够)来驱动两者。船用推进装置38通过由差动器16提供动力的传动齿轮箱22、另一分离器36和轴37(图2)受驱。虽然图中示出的是喷水推进器，但也可使用通常的船用螺旋浆。在图3所示第二实施例中，一横置在车辆后部的发电机12’与图1中发动机类似。在发动机12’的一端42安装有一传动驱动器40用来驱动与发动机12’平行并相邻设置的传动装置44。这种布置方式即通常所述的“环绕式传动装置(wraparound transmission)”。传动装置44与轴向差动器46相连接。
与图1中车轮30的布置相同，用来驱动后车轮(未示出)的主动轴48与由差动器46的任一边驱动的分离器50连接。由差动器46驱动的传动齿轮箱52用来驱动分离器54，该分离器通过轴37’驱动喷水推进器56。
图4和6示出浮心B与重心G之间的关系。当车辆32在船用模式下侧倾、使得水线WLD(图6中WLS)变为w1时，浮心沿浮力曲线x移到b。浮力曲线x以稳心M为其圆心。随着浮心从B移动到b，产生一扶正力矩，从而在b点有一大小为GZ的扶正力矩用来扶正车辆。因此可以看出，G相对B越高或随着尺寸BG的增加，GZ将减小。因此通过确保发动机12(12’)底面8在轴向传动轴37(37’)的轴线35以下，在本实施例中BG在燃料箱注满燃料、一个驾驶员和一个乘客的通常负载情况下不会大于275mm。
图4还示出在船用模式下车轮20、30收起，这有助于滑行，因为车轮在水中会造成阻力。注意由于重心靠后，水线WLD(排水模式下的水线)不与车辆轴距平行，所以即使在静态时也呈“船头翘起”。
图5示出了车辆的滑行。WLF表示车辆前方的水线。注意当滑行时，车辆处于水面上而不是在水中。WLR代表车辆后方的水平面，从图6可清楚看出，滑行的车辆在水中通过时产生一波谷。WLS为车辆的后部船旁水平面。
从图6可以看出为什么水线处船宽滑行时比排水模式下宽。车辆两边在前后车轮拱形之间各有一台阶70、72，以便于在陆地上时踏入车辆，这与四轮驱动车辆侧面台阶一样。这些台阶在车辆只是浮起(图7)处于排水模式时淹没在水中。当车辆滑行时，尽管车辆的前后部之间高低不同，但这些台阶在车辆中心部位中处于水线上。
实际应用中图1所示的车辆使用下列参数：
                             静态时         滑行时
水线长度                     4.47m           3.4m
水线处船宽                   1.85m           2.0m
吃水面面积，额定值(AP)      8.3m2         6.8m2
由于轴37(37’)位于发动机底面8上方，因此发动机可以降低。这可提高后车轮驱动角并导致下列改进：
(i)陆地操纵性能提高—转弯时不容易侧翻，抓地性好。
(ii)水上滑行时船用操纵性能提高。
(iii)排水模式下船体稳定性提高。
(iv)船用模式下转弯时不易侧倾。
(v)滑行时具有更好的横向稳定性而不必增加船宽(注意增加船宽会增加在高速时的阻力、在高速时的行驶难度和在海上航行时的侧倾)。
(vi)在排水模式下，横向稳定性提高而不必增加船宽，而增加船宽会增加船体成本；容许侧倾的角度减小，从而容易发生干舷高被超过、船体进水的情况；以及船宽超过车辆实际所需宽度。
用于相同实施例但不同负载条件下的更详细的参数如下所示(注意，滑行模式下车轮收起时，重心升高约33mm，浮心处于与重心相同的纵向和横向位置)：
负载条件                            例1：空载  例2：驾驶员+燃料+
                                                 2个乘客+行李
平均船宽-mm(X)                        1326       1332
水线处船宽，静态-mm(XS)              1830       1850
水线处船宽，滑行时-mm(XP)            N/A        2000
船底斜度-度数(θ)                     9          9
重心超过船底以上-mm(Zcg)             401        395
重心离船尾距离-mm(Scg)               1680       1680
吃水深度-mm(D)                        301        330
吃水面长度，静态-mm(LWP)             4400       4470
由于倾斜造成最小浸入-mm(h)            50.0       50.2
船底倾度的深度-mm(dr)                 105.0      105.5
船壁浸入水位-(dw)                     196.0      224.5
平均浸水横截面积-mm2(AO)           329510     369313
浮心高度-mm(Zbo)                     174.9      189.7
船基力矩(moments)-m3(AoZbo)       0.0576     0.0701
稳心高度-mm(MZ)                     363.5      328.0
浮心到稳心(BM)                        589.6      533.3
稳心高度与水线处船宽比，静态(MZ/XS)0.199      0.178
稳心高度与水线处船宽比，滑行(MZ/XP)N/A        0.164
(稳心高度)平方与滑行面积比(MZ 2/AP) N/A        0.0158
从这些参数中可以看出，对于本实施例，重心距离车辆体底面不大于450mm。此外，稳心高度在370mm至290mm的范围内，这取决于车辆的负载和构型。
稳心高度与车辆水线处船宽的比率可从上述数据中算出，根据车辆的负载，对于带有可收起车轮的滑行车辆根据车辆构型以及根据是处于排水模式还是滑行模式，可求得该比率在0.14至0.21之间。这一比率对于在水中的横向稳定性是一个很有用的指标，其中比率高表明稳定性高。作为比较，K.J.Rawson和E.C.Tupper在《船舶基本原理》第1卷第4节中，给出了船舶的一个标准值为0.143。在本案中，该两栖车辆比Rawson和Tupper所描述的船舶具有更高的稳定性。
稳心高度的平方与吃水面面积的比率对滑行车辆尤其有用，因为其表示出在横向和纵向两轴线上的稳定性。该比率很容易从上述数据中算出，与上述附带条件相同，根据车辆的负载，对于带有可收起车轮的滑行车辆，根据车辆构型以及车辆是处于排水模式还是滑行模式，可求得该比率在0.009至0.021之间。
图1所示两栖车辆32的各项参数如上所述，该车辆也即图10中按权利要求所述的一种典型两栖车辆。根据权利要求的构造，实际应用中最小的两栖车辆如图10中132所示。其重心比车辆32高出约60mm，而其滑行面积依据船体设计的不同，为1.4～3m2。其稳心比车辆32低约50mm，而其静态水线处船宽为1.2m。滑行时水线处船宽为0.9m。
从这些参数中，这种车辆重心高出浮心上方不大于335mm，距离船体底面不大于510mm。稳心高度将在260mm至180之间变化，而其与水线处船宽之比将在0.14至0.33之间变化。稳心高度的平方与滑行面积的比率将在0.011至0.052之间变化。
同样地，根据权利要求的构造，实际应用中最大的两栖车辆如图10中232所示。其重心比车辆32高40mm，而其滑行面积为10至14m2。其稳心高度与车辆32相同。其静态水线处船宽为2.3m，而滑行时水线处船宽为2.4m。
从这些参数中，这种车辆重心超出浮心上方不大于315mm，且距离船体底面不大于490mm。稳心高度将在330mm至250mm之间变化，而其与水线处船宽之比将在0.10至0.14之间变化。稳心高度的平方与滑行面积的比率将在0.004至0.109之间变化。

Claims (19)

1.一种两栖车辆，包括一安装在所述车辆的中部或后部的横置发动机(12)，所述发动机用来驱动后车轮(30)和通过一与所述车辆的纵向轴线相平行的轴向传动轴(37)驱动一船用推进装置(38)，其特征在于，所述发动机相对所述船用推进装置的传动装置安装成：所述发动机的底面(8)处于所述传动轴的轴线(35)下方，且所述车辆有一能以船用模式滑行的底面(60)。
2.根据权利要求1所述的两栖车辆，其特征在于，所述车轮(20、30)在船用模式下可向上收起。
3.根据权利要求1或2所述的两栖车辆，其特征在于，所述后车轮由所述发动机通过一差动器(16)驱动，所述差动器与至少一后车轮(60)之间有一分离器(34)。
4.根据权利要求3所述的两栖车辆，其特征在于，所述船用推进装置由所述发动机和车轮传动装置驱动。
5.根据权利要求4所述的两栖车辆，其特征在于，所述船用推进装置由所述发动机、车轮传动装置和差动器驱动。
6.根据权利要求5所述的两栖车辆，其特征在于，所述船用推进装置由所述发动机、车轮传动装置、和差动器通过另外一分离器驱动。
7.根据权利要求3所述的两栖车辆，其特征在于，所述差动器安装在所述发动机的后方。
8.根据权利要求1或2所述的两栖车辆，其特征在于，所述重心(G)不超出所述浮心(B)上方335mm。
9.根据权利要求8所述的两栖车辆，其特征在于，所述重心不超出所述浮心上方275mm。
10.根据权利要求1所述的两栖车辆，其特征在于，所述底面的滑行面(Ap)在1.4至14m2之间。
11.根据权利要求10所述的两栖车辆，其特征在于，所述底面的滑行面在6至7.6m2之间。
12.根据权利要求2所述的两栖车辆，其特征在于，所述车辆的重心不超出所述车辆体底面上方510mm。
13.根据权利要求12所述的两栖车辆，其特征在于，所述车辆的重心不超出所述车辆体底面上方450mm。
14.根据权利要求2所述的两栖车辆，其特征在于，所述稳心高度(Mz)在370至180mm之间。
15.根据权利要求14所述的两栖车辆，其特征在于，所述稳心高度在370至290mm之间。
16.根据权利要求2所述的两栖车辆，其特征在于，所述稳心高度与车辆水线处船宽的比率(Mz/Xs或Mz/Xp)在0.10至0.33之间。
17.根据权利要求16所述的两栖车辆，其特征在于，所述稳心高度与车辆水线处船宽的比率在0.14至0.21之间。
18.根据权利要求2所述的两栖车辆，其特征在于，所述稳心高度的平方与吃水面面积的比率(Mz2/Ap)在0.004至0.052之间。
19.根据权利要求18所述的两栖车辆，其特征在于，所述稳心高度的平方与吃水面面积的比率在0.007至0.021之间。
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