CN1207347A - 兼备跑车、越野车及船橇功能的汽车 - Google Patents

Abstract

这是一种兼备跑车、越野车及船、橇功能的汽车。它继承了现有汽车的主体结构及外观特征,并唯一使用轮式转向及轮式驱动方式,能适应城市交通法规及行车环境,符合人们的驾车习惯及审美感觉;它是将现有汽车的敞开式带悬架的底盘,改制成整体光滑的橇、船形无悬架底盘,用一种光滑防水的“车轮升降变位兼减震装置”取代摆式悬架,使汽车成为集跑车、越野车、及机动船、橇于一身的新型交通工具。

Description

兼备跑车、越野车、及船橇功能的汽车

已检索到的有关水陆两栖车船的专利文献已达120余件，其中大部分均使用了履带或螺旋浆或射流泵，其中唯一使用车轮驱动的是“PCT/JP95/02503，WO96/17735”专利，但该项发明中的水陆行驶器需依附钢轨行驶，从而不能称为汽车。另外一项“CN1040174A《民用水陆两用三轮车》”在结构上与本发明接近，即使用了“车轮升降装置”，但该车在水中行驶时，驱动轮没有驱动功能，而使用水中螺旋浆。

上述发明的不足之处在于：1.不具备附合汽车特征的单一的前轮转向后轮驱动模式；2.没能兼备跑车(低重心)，越野车(重心高、底盘离地间隙大、减震性好)、机动船、机动雪橇、机动滑沙车的功能。

本项发明的目的在于：提供一种在外观特征上，基本结构上，转向及驱动方式上，乘坐感觉及驾驶习惯上，乃至适用城市行车环境及交通法规等方面，均等同于普通汽车(泛指各大、中、微及客、货、轿乃至农用三轮汽车)。并能适应汽车领域正在进行中的有关新燃料，新发动机等涉及环保及能源的变革，而该车却可以在公路、水面(包括大海)、冰雪地乃至沙漠中正常行驶，是一种兼备了跑车、越野车、机动船、机动雪橇及机动滑沙车功能的新型汽车。

下面结合附图及实施例对本项发明作进一步介绍：

由于本项发明是在继承现有汽车的大部分已有结构及相关的成熟技术基础上的改进型发明，所以下文主要围绕新增部件及相关的改动部分预以介绍。

                      一、底盘结构

该车要求底盘部分为密闭防水的，整体光滑的、刚性的，具有橇、船形特征的、适宜在水中浮行、在雪沙中滑行的结构形式。

首、尾适当上翘的平底船的底面形状即可满足上述要求。

但为了获得在水、雪、沙中有较好的顺驶性，及在野外行驶时能与自然车道合辙，这里推荐采用具有

形横截底线的，雪橇底形的底面形状。(见图1中的1)

现有汽车的底盘投影面积均较大，底盘密闭后的吃水深度大多在500mm以内(含大型货车)即可将满载汽车浮出水面。以切诺基吉普为例，该车底盘投影面积为7.55M²，车重1430kg，满载车重约1800kg，该车能浮出水面的吃水深度为238mm，因车底面不会是平底，故实际吃水线当在300mm左右。

由于吃水浅，所以该车不适合在风浪较大的海面上行驶，若需要某种车(如军用水陆运输车)能在深海中行驶，可在车底盘下面安装一付可折叠的配重腰舵，该车即可适用于风浪较大的海面。

若该车底部用耐磨材料制造，或设计成可更换的罩(按易损件设计)，则该车可以胜任经常性的沙漠滑行。

此处，尚要求将进排气孔上移，车门防水窗密闭等相关的且公知的措施，如图1所示的“在水中自动开启的排气门05”，“备用踏板06”，参见相关专利文献B60J10/08，CN2245546两栖汽车的跨水线车门”。

             二、车轮升降变位兼减震装置

现有汽车在积雪中行驶时，因车轮深陷雪中，车轮前部的积雪被不断挤压变形，形成很大的前行阻力，当雪深大于300mm时，前行阻力将大于驱动力，致使驱动轮空转而无法前进。

为使汽车能在深雪中正常行驶，须将车轮向上升高变位，使汽车转为“车底承载滑行”的雪橇模式。当然此时车轮仍要保留一个适当的吃雪深度(由驾驶员依雪的松软调控车轮高度，一般在50mm左右)，用以保持前轮的转向能力及后轮的驱动能力。

当汽车在水中转入“车底承载浮行”的轮船模式时，也要将车轮向上升高，并且要升至最高位，前轮升高是为减少水中行进阻力，因此时汽车浮在水中，前轮在最高位时仍会有很大部分留在水中，此时的前轮是作为舵来行驶转向功能的，为此，前轮的侧面应少开或不开洞孔，以保持较大的舵面面积。

汽车进入“轮船模式”时，后驱动轮也要升至最高位，并要求后车轮的轮轴能高出水面，以避免逆向划水和减少竖直方向的无效划水损耗。

为保证后驱动轮在水、雪、沙中能有较好的驱动性能，后轮应配用人字型(拖拉机用)等大花纹轮胎，若要求汽车在水中有较高的航速，则应配用横向大粗花纹的越野轮胎(现多为军用越野车使用)。

当汽车在高速公路行驶时，也应将车轮上升到适当高度(一般使车底离地间隙为70mm左右)，以获得较低的重心。

只有汽车在凹凸路面上行驶时，才需要将车轮降到较低位置(中型车在越野时的车底离地间隙为250mm左右)由于车轮位置尚需预留出下向缓冲行程(约100mm)，所以车轮不能降到最低位使用。车轮在较低位也即汽车在越野时，此位置恰是减需缓冲元件具有最大向上缓冲行程的位置。

综上，为使汽车能适应水、陆、雪、沙的多种路况，要求车轮升降变位兼减震装置具有足够的变位行程及缓冲行程，此行程的大小因车型而异，排量在1.3升以下的微型车，其总升降行程在250mm以上；中型车则在300mm以上，大型客货车则在450mm以上。

由于本车要求底盘防水密闭，且整体光滑适于滑行，现有的车轮悬架将不再适用。为此需要有一种能与上述底盘相配接的，自身具有防水结构的，外形较为圆滑的，能使车轮升降变位且升降幅度能满足水、陆、雪、沙的行驶要求的，能始终保持前轮转向及后轮驱动功能的，并且具备独立减震缓冲功能的，车轮悬挂装置(即：非悬架结构的独立悬架)。

        (一)前转向轮升降变位兼减震装置

前转向轮升降变位兼减震装置的基本结构见图4、5，其结构与工作原理相当简单，仅是在外转向臂8与轮轴之间增加一套双向汽动元件10，依靠活塞杆11的伸缩带动前转向轮的升降变位并缓冲来自车轮的冲击。

图中铰链9，横向缓冲弹簧及簧板6起辅助减震作用。

这里将传统汽车结构中的主销变成了转向轴座5，并在其两侧开有转向臂窗口；内侧转向臂4自内窗口伸出与车内的转向系联接，外侧转向臂8自外窗口伸出与气动缸及车轮联接，内外转向臂与轴座5内的转向轴7刚性联接；转向轴座5固定在底盘上，其上、下、左、右均与底盘及车体刚性联接，转向轴与转向轴座之间虽为滑动配合，但间隙很小可以防水，并且尚可在内外转向臂与转向轴座之间安装带有皱褶的护套07，以进一步提高防水性能。

原由主销设定的主销内倾角和后倾角，这里由在本质上即是主销的转向轴座5来设定。

为防止活塞杆11在气动缸内转动，这里要求气动缸10及活塞杆11具有非圆的不可转动的横截面形状，一般为矩形(加工容易)。也可采用两只以上的普通圆形气动缸，并列使用以防活塞杆转动，但强度较差，不宜采用。

                (二)后驱动轮升降变位兼减震装置

后驱动轮升降变位兼震装置的基本结构见图6、7，该装置由传动半轴12，变位轴15，外传动齿轮箱13，变位轴座17，双向气动元件16，行星齿轮组14构成。

其中，变位轴15与传动半轴12同心，且与外齿轮箱13为一刚性整体，当齿轮箱13(含变位轴15)在气动元件16的拖动下绕传动半轴12旋转时，箱内的行星齿轮虽之发生公转，继而带动行星齿轮轴也即后驱动轮轴18，绕传动半轴偏转，从而拖动驱动轮02实现借助旋转方式的升降变位。

当后驱动轮受到路面冲击时，也会通过轮轴18推动行星齿轮公转并使齿轮箱偏转，从而引起气动元件16中的活塞杆在气缸内伸缩，继而可利用气缸内的空气弹性及阻尼实现减震缓冲。

后驱动轮的动力传动是通过传动半轴12带动行星齿轮自转实现的。

因路面上的凹凸对车轮的冲击主要沿车轮的切线方向扩散，而旋转变位式的缓冲方向与此大量一致，与传统的摆式悬架相比，本装置具有更为合理的减震结构。

变位轴15与变位轴座17为转动配合，间隙很小并可设置防水胶环，而变位轴座17与车体是刚性联接，所以本装置附合防水要求。

由图3、图6还可看出，由于使用了刚性无悬架底盘后传动系中的差速器03，传动半轴12在本汽车上已置于封密的车厢内，且位置固定，这不仅改善了传动系统的工作条件，并且可以取消带悬架底盘中必备的万向节及相关的键轴键套。

由于采用了刚性天悬架底盘，本车可以使用拖拉机结构中的离合方式(如图3、6中所示的电磁离合器04)及制动方式(即：在离合器04的外侧安装制动鼓)；因两只电磁离合器可有差速转向功能，且可以切断车轮与传动系统的联系，这显然有利于换档及稳步起车。

上述改动虽属本项发明的付产品，其涉及的理论也属公知技术，但这些变化给汽车带来的好处是多方面的，业内人士不难推测，故不详述。

               三、实施例及相关说明

由于本发明是在继承现有汽车的大部分结构及相关的成熟技术基础上的发明，且适用于各种大、中、小、客、货、轿，在具体结构上自然是千变万化，且其具体的结构内容大多属于公知的技术，但无论何种车型结构，其转向系与转向轮，传动系与驱动轮之间的配接结构都有很大共性，即都要使用“前转向轮升降变位兼减装置”及“后驱动轮升降变位兼减震装置”，所以本文的实施例将围绕此关键部件的几种结构予以介绍。

又因车轮升降变位兼减震装置虽可以有多种结构形式，但都要使用升降驱动兼起减震作用的气动缸，所以车轮升降变位兼减震装置也主要围绕气动缸的选型，代用和安装形式的不同而有所区别。

仅从原理上讲，气动缸或液动缸或气液混合缸均可以胜任车轮的升降变位及减震要求，且各有长短；但由于气动缸可直接利用全缸的空气行使减震功能，从而具有较大的减震缓冲行程，且反应速度较快；再有空气自身具有磨擦阻尼，从而可省去液动缸中需“制造磨擦”的孔板，加之气动控制设备简单，故本发明推荐使用气动缸。

由于气动缸中的活塞杆在伸长位置时，车轮外于低位，也即汽车此时处在陆地行驶状态，活塞杆正面承受的是汽车的重量；而车轮在高位时，汽车处于水、雪、沙中，车重由车底部承担，此时活塞杆正面不受力或很小，而活塞背面只承受车轮的自重，所以气动缸应选用粗杆系列的双向气动缸。气缸的压力级别在3～5Mpa，视车型而定，属中压型气缸。

因现有汽车中的气源多为1Mpa以下的低压气源，为此，需配置二次升压泵。若直接使用低压气源，则会导致气动缸的体积过于粗大而有失小巧。

若不欲增加升压气泵，则宜使用液动缸，现有汽车中的油压设备均为10Mp左右，适合液动缸直接使用。

图8、图9是一种使用环形气缸的前转向轮升降变位兼减震装置。环形活塞杆转子30的动作是在环形气缸内转动而不是直线式伸缩，这可以使环形气缸在行使缓冲功能时具有近似车轮切线方向的缓冲方向，使前轮的缓冲减震的动作方向类似后驱动轮的旋转式减震缓冲，从而具有更好的减震缓冲特性。

此外，环形活塞的最大可偏转角接近180°，也即其使车轮的升降幅度接近气缸自身的直径即高度，可知，在占相同空间高度的条件下，环形气缸较直型气缸具有更大的升降行程。

图8、图9所示结构由内转向臂19，车体20，转向轴座21，转向轴22，外转向臂23，铰链24，环形气功缸定子25，上供气嘴26，下供气嘴27，横向减震弹簧28，前转向轮轴29，环形气动活塞杆转子30，气缸盖31，转子活塞32，活塞环33，定子密封环34等组成。

图10、图11是一种使用两支单向气动缸，并通过齿条42，变位齿轮41实施旋转升降兼减震的后驱动轮升降变位兼减震装置。该种结构的特点是：两支气动缸44及46分别对置于车体内并呈直线排列，变位齿轮41固定在变位轴36的端盖上，气动缸通过齿条42，变位齿轮41带动与变位轴联体的外传动齿轮箱38偏转变位，此偏转角可等于或大于180°，从而使后驱动轮具有更大的升降行程。与图6、图7所示的基本结构相比，因图6、图7中的气动缸16受安装角的限制，齿轮箱可实现的偏转角均小于120°。

图10、11所示结构由传动半轴35，变位轴36，变位轴座37，外传动齿轮箱38，车体39，后驱动轮轴40，变位齿轮41，齿条42，左气动活塞杆43，左气动缸44，右气动活塞杆45，右气动缸46等组成。

图12、图13是一种使用普通气动缸的前转向轮升降变位减震装置，特点是可利用圆柱形的普通双向气动缸，因使用了悬臂故仅适合轻型车使用，该装置由转向轴座47，转向轴48，内转向臂49，外转向臂及变位轴50，轮轴及变位轴套51，普通双向气动缸52等组成。

图14、图15是使用电动丝杠丝母的前转向轮升降变位兼减震装置，适合无气源的农用汽车使用，由转向轴座53，转向轴套54，内转向臂55，外转向臂含减震轴58，轮轴含减震轴套59，减震弹簧60，电机及减速机构56，护套07等组成。

图16、图17是一种三轮汽车专用的前转向轮升降变位兼减震装置，主要由转向轴61，双向气动缸62所组成。

图18是一件可能代替双向气(液)动缸的电动丝杠丝母升降驱动兼减震部件，由外套63、内套64、丝母65、丝杠66、电机及减速机构67，缓冲弹簧68等组成，其中丝母65与内套64，内套64与外套63均为可轴向滑移但不可转动的配合关系，即要求丝母65的外臂与内套64的内臂内套64的外壁与外套63的内壁，均为非圆的几何形状，一般为多角形或使两配合面的外臂为花键轴，使内壁为花键套。该无件在外观及外特性上均与双向气动缸相同，由于外套63与内套64为可轴向滑移配合，配合间隙可小于1mm，当内套64在外套63中快速滑移时，套内空气未不及扩散或吸入，从而形成空气弹性及阻尼，即该元件具有气动缸的空气缓冲特性，但又不需要气源。

图19、图20、图21是一辆附合环保要求的整车结构的实施例，该车特点是：用2台可在IV个象限工作的电机005安装在传动半轴的位置上，由电机轴代替传动半轴与后驱动轮升降变位兼减震装置相联接。并取代传统汽车结构中的汽(柴)油发动机，并去掉变速箱，后桥差速器，离合器。同时安装2台燃油喷气式发动机004。

这两台电机用于倒车，城镇行驶时的后轮驱动，辅助差速转向，辅助制动及野外喷气驱动时的发电。

本车在野外行驶时，由燃油式喷气发动机004提供前行方向上的推动力。本车若做为民用车辆，则无需使用涡轮喷气发动机，仅需配用一种在结构及工作原理上与汽油喷灯相似的简易喷气发动机即可。此种车型适宜在内蒙、新疆等地区使用，也适合装备成军用车，该车可具有水陆坦克的机动性及复杂路况的通过性，又可兼备客车的舒适性。

附图说明：

图1是“兼备跑车、越野车、及船、橇功能的汽车”结构简图。

图2是图1的A向视图。

图3是图1的B向视图。

图4是“前转向轮升降变位兼减震装置”的基本结构。

图5是图4的A向视图。

图6是“后驱动轮升降变位兼减震装置”的基本结构。

图7是图6的A向视图。

图8是使用环形气动缸的“前转向轮升降变位兼减震装置”

图9是图8的A向视图。

图10是使用两支单向气动缸的“后驱动轮升降变位兼减震装置”。

图11是图10的A向视图。

图12是使用普通双向气动缸的“前转向轮升降变位兼减震装置”。

图13是图12的A向视图。

图14是使用电驱动丝杠丝母元件的“前转向轮升降变位兼减震装置。

图15是图14的A向视图。

图16是三轮汽车专用的“前转向轮升降变位兼减震装置”。

图17是图16的A向视图。

图18是可以代替双向气动缸的电动丝杠丝母升降驱动兼减震部件，(轴线半剖视图)

图19是一辆使用电机及喷气助推器的“兼备跑车、越野车、及船、橇功能的汽车”简图。

图20是图19的A向视图。

图21是图19的B向视图。

Claims (7)

1.兼备跑车、越野车、及船橇功能的汽车是一种仅使用后轮驱动便可以在水、陆、雪、沙等各种路况下行驶，集汽车、轮船、雪橇于一体的汽车，其特征在于：在防水密闭，整体刚性的撬船形汽车底盘(1)的前部，安装了独立式“前转向轮升降变位兼减震装置”(2)，该装置使汽车车体内的转向系机构与前转向轮能在水、陆、雪、沙各种路况下保持可转向控制的联动关系；在防水密闭，整体刚性的撬船形汽车底盘后部，安装了独立式“后驱动轮升降变位兼减震装置(3)”该装置使汽车车体内的传动系机构与后驱动轮能在水陆、雪、沙各种路况下保持可驱动传动的联动关系；并在各种路况下均仅使用后轮驱动。

2.由权利要求1中所述的“前转向轮升降变位兼减震装置”(2)其特征在于：有一个刚性的安装在前述汽车底盘(1)上的转向轴座(5)，轴座内外两侧的柱面上开有转向臂窗口，轴座(5)内有可转动某一设定角度的转向轴(7)，转向轴(7)的车体内一侧钢性联接着内转向臂(4)，内转向臂(4)与车体内的转向系机构相联，在转向轴(7)的外侧装有外转向臂(8)，再通过铰键(9)与双向气动缸(10)相铰链；活塞杆(11)的未端联接着前转向轮(01)；在外转向臂(8)与气动缸(10)之间装有横向辅助减震元件(6)，气动缸(10)及缸内的活塞杆(11)的横截面为可防止活塞杆(11)在缸内转动的几何形状，一般为矩形或花键形。

3.根据权利要求1所述的“后驱动轮升降变任兼减震装置”(3)，其特征在于：在汽车体内有一对属于汽车传动系统的部件即传动半轴(12)，其上装有可绕其转动的变位轴(15)及与变位轴联体的外传动齿轮箱(13)；齿轮箱内有一对行星齿轮(14)分别装在传动半轴(12)及后驱动轮轴(18)上；变位轴(15)联带齿轮箱(13)安装在变位轴座(17)内，并通过变位轴座(17)将整个装置固定在车体上；传动半轴(12)通过使行星齿轮自转带动后驱动轮(02)转动，在齿轮箱(13)与车体之间装有由铰链相联接的双向气动缸(16)，在气动缸(16)的驱动下，可使齿轮箱(13)绕传动半轴(12)偏转，并使箱内的行星齿轮公转，继而使后驱动轮沿公转轨迹上升或下降。

4.根据权利要求2中所述的“前转向轮升降变位兼减震装置”(2)可使用环形气动缸，其特征在于：用环形气动缸代替直柱形气动缸(10)及(11)，环形气动缸由环形气动缸定子(25)，开有缺口的气缸盖(31)，环形活塞杆转子(30)，及活塞环，供气嘴等组成。

5.根据权利要求3中所述的“后驱动轮升降变位兼减震装置”(3)可使用两件单向气动缸代替双向气动缸(16)，其特征在于：有两件单向气动缸(44)及(46)，相对呈一线排列并固定在车体内，两活塞杆(43)及(45)之间接有齿条(42)，齿条(42)与安装在变位轴端盖(36)上的变位齿轮(41)相啮合，并由齿条(42)带动变位轴及与变位轴联体的外传动齿轮箱(38)偏转。

6.根据权利要求2、3、4、5中所述的气动缸可由液动缸或气液混合缸所代替，其特征是：由液动缸或气液混合缸代替气动缸。

7.根据权利要求2、3、5中所述的气动缸，可由电机驱动的丝杠丝母部件来代替，其特征是：该部件由外套(63)，内套(64)，丝母(65)，丝杠(66)，电机及减速机构(67)，缓冲弹簧(68)等组成，其中外套(63)与内套(64)，内套(64)与丝母(65)均为仅可以轴向滑移的配合关系。

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