CN1241499A - 集车、船、橇于一身的新型汽车 - Google Patents

Abstract

本项发明是在现有汽车基础上,继承了现有汽车的主体结构并保留了其外观特征,使用专为此设计的“防水可升降悬挂”,及高位、薄体、隐形橡胶覆带,通过改变车轮高度实现了“车轮→覆带”驱动模式的转换,既发挥了覆带可全路况越野的优势,又避开了其不宜长途公路行驶的不足,达到了集车、船、橇于一身,水、泥、雪、沙无阻,可全路况行驶的发明目的。上述“防水型可控升降车轮悬架”是本项发明的核心内容。

Description

集车、船、橇于一身的新型汽车

现有交通工具中的汽车、机动船及机动雪橇分属不同的类别，适用不同的场合，各适其主各行其道，各自形成了独有的结构及外观特征。

然而，使汽车能在水陆雪沙等各种路况下正常行驶，泥、水、雪、沙无阻，一车多用，不仅是军用及抢险求灾的需要，也必将是汽车的发展方向。

欲使这种车辆能进入普通汽车的行列，则要求该车首先应是一辆合乎汽车规范的汽车，即要求该车必须在外观特征、驾驶方式、乘坐感觉、审美习惯、主体结构及性能指标乃至适用城市行车环境及交通法规等诸多方面都能满足汽车的尺度要求。

本文介绍的便是一种按上述要求，并依据轮式及履带车辆在水、路、雪、沙等各种路况上的行走特点及规律而设计的新型汽车，它不仅可以水陆两用，而且是“兼备跑车(低重心且弹簧软)、越野车(离地间隙大、减震性好)、机动船及机动雪橇功能”的，集车、船、橇于一身的新型交通工具，见图1。

欲使汽车能浮出水面，自然先要将汽车底盘密封，且要保持车底部的光滑平整并适于在水中浮行；现有汽车的底盘投影面积均较大，车底密封后的吃水深度大多在500mm以内(视车重而定)，以切诺基吉普为例：该车底盘投影面积为7.55m²，车重1430kg，满载重量以2000kg计算则该车的吃水深度为265mm，因车底多为首尾上翅曲面，故实际吃水线在350mm左右。

此外，还应将进排气孔设计在高于吃水线的部位，其中排气管应设计成上下位的双气孔并安装单向翻板，当下排气口被水堵住时能自动将上口打开以利尾气排放。

为使该车能适应在泥、雪、沙中行驶，应在车底两侧配装一对高位、薄体、隐形橡胶履带01，履带所占高度在200mm左右。

为保留住该车做为汽车的主体结构及外观特征，应主要使用轮式转向及轮式驱动，为能方便地实现车、船、橇模式的转换，则要求车轮悬挂系统能控制车轮与车体的相对高度。

当汽车在坑凹路面行驶时，须将车轮置于较下位(注意，不是最下位)，使车底的离地间隙在250mm左右，为使车轮能保有约200mm的下向缓冲行程，车轮不能降到最低位使用。由于该装置使用的车轮升降变位部件兼做缓冲减震部件，所以车轮在较下位时，也正是车轮具有最大向上缓冲行程位置，这有利于汽车在坏路面上行驶的通过性。当汽车在高速公路行驶时，可将车轮向上变位，使车底离地间隙在70mm在右，以使该车具有更好的高速平稳性。

当汽车在泥、雪、沙中使用时，须将车轮升至最高位，由履带承载驱动，并采用差速转向模式。

汽车在水中浮渡时，前车轮应上升至最高位，以减少水中的前行阻力。

汽车在水中浮渡时，后轮更应上升至最高位，并要使轮轴能高出水面，以避免轮胎花纹的逆向划水并减少竖直方向上的无效划水损耗。

具有大粗花纹的越野轮胎均具有水中划水驱动功能，现有水陆两栖轮式装甲车依靠轮胎划水即可获得10km/h的航速，而汽车车重不及装车车的1/5，依此推算，依靠轮胎划水的航速当在30km/h以上，与内河轮船相当，足可满足一般使用。另外，履带在水中也可划水驱动，并有差速转向功能。

若要求在水中有较高的航速，可在车底内部装上两台离心泵，靠喷水射流提高航速，离心泵可由高速电机直接驱动，因水中航行尚有尾气排放的问题，为不因尾气管上移而破坏汽车的美观，本种汽车更适宜装配环保型混合动力系统，使其在城市及水中由电机驱动行驶。本车在水中的续航能力达30km即可满足实用，所需电瓶容量为200Ah。

本车的底部为整体刚性且光滑防水的橇、船形底盘，而现行的摆式悬架或弓板悬架将不再适用，这就要求新的车轮悬架02、03不仅能大幅度调控车轮高度，以满足车、船、橇模式的转换，并且在与车身配接的结构上应能满足防水要求。

该悬架02由四个部分组成，分别为转向组件，驱动组件，缓冲减震及升降变位组件，以及主销后(前)倾角的随动组件，上述四个部份相互独立又相互关联，为清楚起见，下面分别给予介绍：(参见图2～图7)。

转向部份由转向传动轴7，内转向臂6外转向臂12，转向拉杆19，转向盘17，伞形齿扇16，叉形转向节臂18等组成，内转向臂与汽车中的梯形拉杆相联接，当梯形拉杆拉动内转向臂时，将带动转向传动轴7转动某一角度，继而通过外转向臂12及拉杆19拉动转向盘17偏转，在转向盘17及叉形节臂18上装有一付伞形齿扇16，转向盘17的转动经这付齿扇的偶合最终使叉形节臂18偏传，而前轮的轮轴15便装在叉形节臂上，从而实现了前轮的转向传动过程。当转向动做经齿扇16传递到叉形节臂18以后，其动做过程便与现有汽车的动做相同了。其中四个轴心O₁、O₂、O₃、O₄、的边线为一平行四边形。

与现有汽车不同的是，主销13安装在可转动的主销架转盘14上，而主销架转盘14又通过拉杆11与固定在车身的轴座10相联接，四个轴心O₁、O₂、O₅、O₆、构成另一平行四边形，此结构保证了主销后倾角不因车轮高度发生变化时而改变，也即，在此结构中，主销后(前)倾角是由轴心O₁及O₅所构成的边线的倾角来间接设定的。上述主销架转盘14及前述转向转盘17，分前后并列安装在轴套20上，并可独立转动。另外，齿轮箱输出轴，即轮轴15也自轴套20内穿过。

(若轴座10安装在一个与O₁同心的轮盘上，并在轮盘周边安装某一弧度的蜗轮，则经蜗杆驱动轮盘转动即可实现主销后(前)倾角的可控可调)。

当无转向操做时，边线O₁-O₃及O₁-O₅所形成的夹角是不变的，由平行四边形性质可知O₂-O₄及O₂-O₆，两轴心边线的夹角也是不变的，由此保证了车轮在升降过程中不会发生转向偏转动做。

上述转向组件及随动组件相互配合，彻底解决了车轮升降与转向操做间的干涉问题，并同时使主销倾角在主销架转盘上随车轮升降而跟随转动，由此保持了角度的恒度不变。

该悬架02的驱动传动组件由驱动齿轮5，传动空心轴套8，及齿轮箱9内的传动齿轮，万向节21、轮轴15等组成。

该悬架02的升降变位及缓冲减震组件由蜗轮外转子3，变位轴即内转子32，螺旋弹簧33，阻尼油脂31，驱动电机1，蜗杆2，齿轮箱9等部件组成；其中蜗轮外转子3安装在内转子32上并可绕其转动，外转子3内部有一环形空腔，其间设置缓冲减震弹簧33，腔内注满阻尼油脂31，在内、外转子的腔内位置各有一个凸起的挡块，弹簧33置于两挡块之间，在挡块上开有若干个小孔；内转子32与齿轮箱9固定在一起，并可与齿轮箱9一起转动，当蜗杆2驱动蜗轮外转子3转动时，其上的挡块推动弹簧33，并经弹簧推动内转子挡块使内转子32转动，继而带动齿轮箱9编转，最终带动轮轴15及车轮升降。

当车轮受到路面冲击时，轮轴15将带动齿轮箱9在轴座4内绕O₁轴心转动，继而带动内转子32转动。此时外转子3因有蜗杆定位不能转动，内转子32的转动将迫使弹簧33压缩，此即为车轮向上的缓冲行程，车轮向下的复位行程是由弹簧的反弹推动完成的。

在弹簧的压缩及复位过程中，弹簧将与周围的阻尼油脂相摩擦，同时因油脂的不可压缩性而迫使油脂自两挡块上的小孔内流过，此过程同现行汽车减震器工作过程相同；但在本悬架中缓冲与减震是合一的，上述结构具有足够的阻尼系数，从而无需另用独立的减震器。

本项发明的主题是集车、船、撬于一身的新型汽车，但其工作原理却是通过改变车轮高度来实现车、船、橇的模式转换，加之，该车的主体结构及履带均属公知技术，所以前述悬架02便成了本项发明的核心内容。该悬架02所具备的缓冲，减震，升降变位，驱动，转向功能及防水结构，保证了本项发明主题的实现。

此外，由于该悬架02中的缓冲弹簧的端点是固定在可转动变位的蜗轮外转子挡块上，也即弹簧应力与车重的平衡点是可变的，由此可通过调控外转子的定位来改变弹簧的硬度。再有，车轮是靠齿轮箱的偏转实现变位的，当齿轮箱处于不同位置时，其水平分力的力臂长度是不同的，虽然车重没有变化，但由于支撑车轮的力臂长度改变了，使人感觉到是缓冲弹簧的硬度发生了明显的变化，以上便是本悬架02的弹簧硬度可调可控的原理。

一般而言，当车轮置于较下位时，水平分力的力臂较短，弹簧显得较硬，而此时汽车正处于越野车状态；当车轮升至较高位时，水平分力的力臂较长，弹簧显得较软，而此时恰是汽车处于跑车状态。

上述悬架02是一种功能完善的悬架，可用于全轮驱动全轮转向的车辆；在此基础上尚可适当简化以适应较为一般的使用要求；

一、去掉转向组件及主销角随动组件，可构成后驱动轮的悬架03，见图11。

二、去掉驱动传动组件，并将齿轮箱简化成摆臂，可构成4×2后轮驱动车辆的前悬架。

由图6可见，本悬架02中的主销内倾角α，车轮外倾角β的设定同现有汽车相同，由于主销内倾角的存在，齿扇16的偶合角不是90°，一般为83°。再有，齿扇所需弧长由车轮最大转向偏转角决定，一般为略大于1/4π。

由于车轮会伴随路况的变化而调整高度，从而造成外转向臂12与拉杆19的静态夹角发生变化，这将造成转向操做时方向盘的转动角与前轮的偏转角之间的比值，即转向减速比不为常数；为克服此项不足，可用滑轮组件代替；即：用滑轮120代替外转向臂12固定在转向轴7的外端，用与滑轮120相等直径的另一滑轮170代替转向盘17，并用钢丝绳190代替拉杆19将两个滑轮联接起来，见图7；两轮盘上均可设置钢丝绳固定卡121，以避勉钢丝绳打滑。此举虽保证了转向减速比的恒定，但因钢丝绳存在的张力，这会导致前轮前束角发生变化。更为完善的结构是采用齿轮组传递转向动做，见图8。图8中齿轮122代替转盘120；介齿轮191代替钢丝蝇190；齿轮171代替转盘170，其中齿轮122与171的节圆直径须相等。

另外，主销角随动机构也可采用齿轮组，并能获得更大的车轮升降的动态范围，见图9；图9中的齿轮100代替了拉杆座10，齿轮轴101与齿轮100钢性联接，原转向轴7做成空心轴，齿轮轴101自轴心伸进车内，当齿轮轴101固定时，主销后倾角是动态恒定的；若齿轮轴101可转可控则主销后倾角是可变可调的。

图9中的3个介齿轮111、112、113代替了拉杆11，齿轮140代替了主销架转盘14；其中齿轮100与齿轮140的节圆直径须相等。

上述两个齿轮组中齿轮的件数均为奇数。

再有，前述缓冲弹簧33也可使用发条式弹性元件，见图10；图中330为发条。

另外，上述悬架02中的转向传动组件，无论是图2～图6中的拉杆19，还是图7中的钢丝绳190，亦或是图8中的介齿轮191，最后均要通过伞形齿扇16才能最终完成转向动做；由于齿扇的抗冲击性能较差，这里再给出一种完全由拉杆构成的转向传动组件，见图13、图14。

图中转向横拉杆71自传动轴套8的心部穿过，其作用与现有汽车中的转向横拉杆完全相同。横拉杆71的外端通过万向节34与转向节臂35相联接，转向节臂分为两节，中间用可轴向伸缩的轴套轴心结构相联接，转向节臂35的另一端为转盘36。该转盘36安装在叉指节臂18外端的轮轴15的轴承37上，并要求转盘36与轮轴15同心，且能在轴承37上转动。

此种由全拉杆构成的转向机构与现有汽车中的转向机构基本相同，但由于在本车上因车轮可工作在不同高度，这将导致转向传动比不为常数，其规律为：当车轮置于较下位时，即汽车处于越野车状态时，转向传动比大，转向操做较轻松；当车轮处于较上位时，转向传动比较小，此时虽方向盘稍沉但转向灵敏，恰好与汽车此时的跑车状态相适应。

做为本项技术的扩展性应用，上述悬架可用于制造“轮—履”混合的装甲车等特殊车辆，利用悬架的升降特性，可方便地实现“轮式—履带—轮履混合”等三种行走模式的转换，既结合了轮、履的长处又从根本上避开了轮、履各自的不足。

图面说明：

图1是整车行走系统简图；

图2是“可升降防水悬架02”的主视图；

图3是图2的A向视图；

图4是图2的B-B视图；

图5是图2的C-C视图；

图6是图4的D-D剖面图；

图7是图4的替换视图；

图8是图7的替换视图；

图9是图8的替换视图；

图10是图5的替换视图；

图11是后悬架03的主视图；

图12是图11的E-E视图；

图13是全拉杆转向悬架的顶视图；

图14是图13的F-F视图。

Claims (7)

1、现有交通工具中的车、船、橇分属不同类别，各适其主各行其道，各自形成了独有的结构及外观特征，本项发明将给出一种集车、船、橇于一身的新型汽车结构，该车以轮式转向及轮式驱动为主，以高位薄体隐形橡胶履带为辅，使用特有的防水型可控升降独立悬架，通过改变车轮高度实现车、船、橇模式的转换，该悬架是本项发明的关健部件及核心内容，其特征是：

A、使用了转向传动轴(7)、驱动传动空心轴套(8)、变位轴即内转子(32)及轴座(4)组成的同心轴系统，使上述(7)、(8)、(32)计三根轴仅通过一个轴座将悬架固定在车身上，此种结构有效地解决了车厢防水问题；

B、使用普通螺旋弹簧(33)、在内转子(32)的挡块上及外转子(3)的挡块上开有一个以上的小孔(孔径及孔数依车重设定)，在转子腔内即弹簧周围注满阻尼油脂(31)，当弹簧被冲击压缩或回弹时，迫使油脂挤压并流过小孔，从而形成足够的阻尼以吸收来自路面的冲击能量，以此达到缓冲，减震合一的目的；

C、设置了由转向传动轴(7)、外转向臂(12)、转向传动拉杆(19)、转向盘(17)、伞形齿扇(16)及叉形转向节臂(18)所构成的转向传动系统，在转向传动轴(7)在车厢内侧装有内转向臂.(6)，此臂可与汽车中的梯形拉杆系统相联接，当梯形拉杆系拉动转向臂(6)时，将带动转向动轴(7)偏转，再经外转向臂(12)及拉杆(19)带动转向盘(17)，转向盘(17)上及叉形节臂(18)上装有伞形齿扇(16)，经这对齿扇(16)的偶合，最终带动叉形节臂(18)偏转，其中四个轴心、(O₁)、(O₂)、(O₃)、(O₄)为平行四边形；

D、设置了由轴座(10)、拉杆(11)、主销架转盘(14)构成的主销后(前)倾角随动系统，其中轴座(10)固定在车身上，主销架转盘(14)安装在轴套(20)上，轴套(20)固定在齿轮箱(9)上，轴套(20)同时做为驱动输出轴即轮轴(15)的轴承，转向系中的转向盘(17)也安装在轴套(20)上，转向盘(17)及主销架转盘(14)均可在轴套(20)上独立转动；轴心(O₁)、(O₂)、(O₅)、(O₆)构成另一个平行四边形；

此系统不仅使车轮在任一高度上均可保持主销倾角的恒定，而且保证了在车轮升降过程中不发生偏转。

2、由权利要求1中所述的悬架可简化成无转向功能的后驱动轮悬架，其特征是：由电机(1)，蜗杆(2)，蜗轮外转子(3)，轴座(4)，驱动轴(8)，齿轮箱(9)及箱内齿轮，轮轴(15)及内转子(32)，螺旋弹簧(33)，阻尼油脂(31)等组成；

3、由权利要求1及2中所述的螺旋弹簧(33)可由发条式弹簧代替，其特征是：由发条式弹簧(330)代替螺旋弹簧(33)；

4、由权利要求1中所述的转向组件中的拉杆等元件可由钢丝绳代替，其特征是：由滑轮(120)代替外转向臂(12)固定在转向轴(7)的外端，用滑轮(170)代替转向盘(17)，用钢丝绳(190)代替拉杆(19)；

5、由权利要求1中所述的转向组件中的拉杆等元件，可用齿轮组代替，其特征是：由齿轮(122)代替外转向臂(12)固定在转向轴(7)的外端，用介齿轮(191)代替拉杆(19)，用齿轮(171)代替转向盘(17)；

6、由权利要求1中所述的主销角随动组件中的拉杆(11)等元件可由齿轮组代替，其特征是：由齿轮(100)代替拉杆座(10)，齿轮轴(101)与齿轮(100)钢性联接，原转向轴(7)做成空心轴套，将齿轮轴(101)自轴套内伸进车内，介齿轮(111)、(112)、(113)代替拉杆(11)，齿轮(140)代替主销架转盘(14)；其中介齿轮的件数为奇数，一般为1或3件；

7、由权利要求1、4、5中所述的转向组件可由纯拉杆系构成，其特征是：由转向横拉杆(71)，万向节(34)，转向节臂(35)及转盘(36)等构成悬架(02)的转向传动组件。

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