CN1280147C - 可以承受的交通运输的平台 - Google Patents

Abstract

一种单元设计的车辆，由不同数量的基本相同单元构成不同尺寸的车辆。每个由包括复合材料的轻型材料制成的单元包括：车厢、底板部分、侧壁、车顶、传动系、转向机构和制动机构；车轮通过轮轴和独立的悬挂连接在车体上，每个悬挂包括高度调节器、流量控制减震器和快速响应空气弹簧使驾驶异常舒适。悬挂系统降低了对车体的结构要求。全轮转向赋予车辆非常高的可操作性。混合式动力系统将用于发电和全轮电驱动的代用燃料发动机与先进电池技术的主能源储备相结合。单元设计和伴随的减重使悬挂和驱动列车基本由轻型卡车构件制成。控制系统在不同输入的基础上调整和控制几个子系统。

Description

可以承受的交通运输的平台

技术领域

本发明涉及轮式交通运输工具领域。特别涉及一种轻型、低成本轮式车辆。

背景技术

人口继续增长，同时从小城市到主要中心城市的人口转移也持续增长，公路堵塞和城市蔓延从二十世纪中期以来已成为许多美国大城市的特色。有这么一种逐渐形成的观念是，有利的交通模式、私家车造成了难以接受的环境负担并对生活质量带来负面影响。这些压力的结果是，有效的城市公共交通运输已要求优先考虑。强调为公共交通运输提供高效的车辆和体系的表现就是对城市运输车辆要求的快速增长。仅在美国，目前的基本供应就需要至少五万五千辆独立的车辆；而每年购买新客车的美元数超过十亿元。购买新车的数量每年以百分之十至百分之十五的速度增长。但该增长要求多来自于公共部分，对高效、有成本效益的客车的需求同样在私人活动领域增长；例如，越野赛马逗留、观光、教育、市内交通和消遣娱乐。

随着对客车需求的增长，也出现了增长的预期，特别是车辆自身对公共部分的购买和调整，导致要求客车设计减少公共部分相对于公路的维护和修理、街道和公路扩展及停车的费用；同时要求改进与噪声污染、大气污染、过长的往返时间，相关的社会投资，同时还要提供对障碍地可达性的增加。

即使面对实际上政府要替代发展新客车技术，对传统客车技术进行重大改进已来临。基本上，结合新材料和动力选择的努力对改变对城市交通管理人员和乘客的预期或显著减少操作费用和原始的购买成本还是不够的。但是，石油储量减少和对温室效应关注的增长产生新的危机感。现有技术披露了许多有关提高客车工艺性、减小限制重量、提高可操作性和安全性、提高乘客舒适度和提高燃料效率的尝试。

从而，介绍了几种采用模块化结构技术的城市运输车辆。如V.Belik、Y.Trach的城市客车或类似车辆的模块化部件及在此类部件基础上组装的客车，美国专利No.4469369(1984.09.04)介绍了城市客车的模块化部件，该城市客车由底盘构件、车门部件和车窗部件构成。该模块可为左侧的或右侧的。根据是否用作驱动单元或转向单元来选择不同的底盘部件。模块可用前组件和后组件及不同数量的中间部件组成，形成不同尺寸和容量的客车。

H.Forster的美国专利No.4596192(1986.06.24)，公共管内运输的通用车辆系统介绍了一种公共管内乘客运输的车辆系统，其中不同的车辆元件组装在一起形成不同尺寸和容量的车辆。只在铁轨上使用的车辆、有无铁轨都能使用的车辆和只在无轨上使用的车辆都是可能的。

L.Bergstrom和H.Eklund的PCT申请No.Se9401108(1993.11.24)，客车底盘，介绍了一种客车底盘，其中不同的前端模块经组合不同的前轮模块和驾驶者车厢模块形成，从而驾驶者车厢的高度可相对于客车架而不同。

但是，上述实施例没有考虑使用非传统悬挂系统来提高驾驶质量和降低路面要求，允许使用复合建筑材料和轻型构件。它们也未考虑通过具有诸如全轮驱动和全轮转向，或用如混合式动力系统替代动力战略，或用来提高车辆的灵活性和可操作性，或使用不同车辆子系统的微处理控制。

D.Quattrini，A.Carlo的申请EP90202043(1989.08.11)，提供了降低底板高度的城市公共交通车辆的电力能源。介绍了在地面上降低乘客车厢高度的城市公共交通车辆，车轮置于前后部分。每个轮轴有自己的驱动马达，用全轮转向，在不利的天气和路面状况下可使用任选的牵引。另外，全轮转向可在有限的空间提高可操作性。但Quattrini等人没有设想使用混合式动力系统或非传统悬挂来降低对路面的要求，使用复合材料车辆结构和轻型现成的车架构件。而且，他们也没考虑用单元体结构。

鹿特丹市政当局的轻型混合式客车的生产和使用网站www.eltis.org/data/101e.htm介绍了综合模块化轻型车体系统的客车，可用相同的构件来制成不同尺寸的车辆，大大减轻车重，并用混合式牵引。没有提及导致车重减轻的结构特征，也没有诸如全轮驱动、全轮转向、改进悬挂体系、或考虑车辆子系统的微处理控制等特征。

L.Woods，J.Hamilton的美国专利No.4468739(1984.08.28)带联合减震器/空气弹簧组件的计算机最优化自适应悬挂体系和L.Woods，J.Hamilton的美国专利No.4634142(1987.01.06)计算机最优化自适应悬挂体系介绍了一种车辆悬挂体系，其中计算机控制减震，弹簧使驾驶最优化并处理驾驶环境的很多特点。虽然经过设计控制器可得到不同的悬挂特性，但没有加入减轻车架载荷要求的特性的悬挂体系的说明，使车辆能有轻型、现成的汽车和轻型卡车构件制成，所述悬挂未提供相对路面调节高度的部件。也没有建议适合城市公共交通车辆的悬挂。

P.Eisen的美国专利No.5737292(1992.08.11)，机动车辆的全轮转向，介绍了一种在前后轮轴间有车钩机构的全轮转向装置。但没有说明所属装置适合用于其它任何车辆除了两轮车。而且，该转向系统是简单的机械系统。并无在多轮车中单独控制每个轮轴的微处理器和控制器装置。

对城市公共交通车辆的要求：

●担负得起费用和易于制造；

●轻便；

●可操作性高；

●乘客的舒适度高；

●能量效率高；

●最小化或除去通常由客车带来得大气和噪声污染。

重要的技术前提是提供单元体结构，其中车辆由相同的构件或单元构成，每个单元包括乘客车厢、相连的底板、侧壁、车顶、带驱动轮系的轮轴、车轮、悬挂、转向和制动。优点在于只用将所需数量的单元螺栓连接在一起就可以构成不同尺寸的车辆，很容易使车辆的制造具有任何数量的等距离轮轴。比较理想的是提供这样一种悬挂体系，使每个车轮有其独立的悬挂，从而大大提高驾驶性能。优点在于所设计悬挂可以减轻车架的载荷要求，可用轻型、现成的构件和轻型材料制成车辆。非常有好处的是，车辆上可安装高效能、混合式燃料系统，从而大大减少或消除日益稀缺并对环境不利的矿物燃料。同样比较理想的是在车辆上安装全轮转向，这样就可以大大减小转向半径，并使车辆在城市交通和狭窄的居民街道都很容易操作。最好使用先进的控制系统，融合转向控制、悬挂、制动和动力系统。

发明内容

认识到以上数个需要，本发明提供一种轻型、高可操作性并加入单元体设计的城市公共交通车辆，其中该车辆由不同数量的基本相同的单元构成，头尾相连地组合在一起生成不同尺寸和容量的车辆。每个单元包括乘客车厢、相连的底板、侧壁、车顶；带驱动轮系的轮轴、车轮、悬挂、转向和制动。单元的车体部分由耐久、轻型材料如复合材料或先进的钢制产品制成，大大减轻了完成车辆的重量，并增加了燃料效率，减轻对路面的磨损。本发明车辆为多轮轴设计，每个单元都有轮轴，这样比较典型的车辆最好至少有三个轮轴均匀分布。新颖的多轮轴悬挂系统，其中独立的悬挂在每个轮轴的每一端连接车轮，加入新发明使驾驶特别稳定、平稳。这些新特点在于：

●高度调节器，可以调节车辆在路面上的高度，使通过大的颠震和斜坡，方便乘客搭乘，并使车辆的乘客车厢在路面不平的地方保持水平，在隆起的路面同样如此；

●主动空气弹簧系统，当通过路面颠震使车轮升起时，大大降低了颠震力；

●下落阻止主动减震器，抑制了车轮落入路面洼地的向下运动，阻止压缩弹簧到达满载荷。

提供多对悬挂，最好是紧密均匀分布，减小对车体的载荷要求，可以使用轻型的储备构件，如轻型卡车和SUV的构件，这样就进一步减少了车辆的必要重量，并大大减小制造和维修成本。

全轮转向系统使车辆具有优越的可操作性，还使车辆能以从前所不能的方式如侧移模式停止在狭窄的地方，或用枢转模式。与悬挂系统一起，动力和制动系统、转向系统控制通过以微处理器为基础的管理和控制系统来调整。

混合式动力系统将用于发电和全轮驱动的代用燃料发动机与储存在许多蓄电池内的主能源相结合。

附图说明

图1是根据本发明的不同尺寸的城市公共交通车辆视图。

图2是图1所示城市公共交通车辆的分解图，由根据本发明的多个单元构成。

图3是图1所示城市公共交通车辆车身的轮廓示图，示出根据本发明的车身构架。

图4是根据本发明图3所示车身装配乘客座位和遮阳篷顶。

图5是将不同数量的根据本发明的相同车身单元组合在一起形成不同尺寸组装车辆的方式的视图。

图6示出通过在根据本发明图1所示的固定多轮轴城市公共交通车辆，安装独立的计算机控制悬挂，提高驾车质量。

图7提供了根据本发明的一个车轮的独立的悬挂及相关部件的示意图。

图8提供了根据本发明的车辆结构及独立悬挂的示意图。

图9是根据本发明将图8所示的悬挂结合整个车辆的侧视图。

图10示出根据本发明的图7所示的悬挂的高度调节器。

图11示出根据本发明图7所示悬挂的响应速度的可变刚性空气弹簧。

图12示出根据本发明图7所示悬挂的滴油关闭主动减震器。

图13提供了根据本发明分别装配有侧移、枢转和轨迹模式全轮转向机构的城市公共交通车辆的俯视图。

图14提供了根据本发明结合全轮转向系统的车辆的侧视图。

图15示出相据本发明图14所示车辆的转向控制界面装置。

图16提供了根据本发明图14所示转向系统控制传感器的示意图。

图17是根据本发明转向控制传感器与操作者界面的连接示意图。

图18示出根据本发明带连接转向致动器的轮轴，安装于轮仓中。

图19示出根据本发明图1所示城市公共交通车辆的动力装置。

图20示出根据本发明图1所示城市公共交通车辆的电池组。

图21示出根据本发明的多个城市公共交通车辆头尾连接形成的列车。

具体实施方式

目前大城市的交通运输是尚未解决的问题。随着人口的继续增加，机动车运输越来越难以维持。高速公路的修建和维持费用以及其它的诸如车程时间过长、空气污染和石油储量减少等问题使公共交通运输越发引人注目。令人遗憾的是，因为基于机动车运输的土地使用决定和与之相应的经济状况，特别是低密度近郊住宅区的发展，分散的商业低增长发展和公共交通计划编制难以适应分散的发展，使有效的解决办法难以确定。因为部分社会因素，比如不愿使用公共交通工具以及该方法本身的问题，使客车和相关交通方式并没有明显提高使用公共交通工具人数的比例。

本发明提供一种完全改变客车交通运输的经济问题和许多局限的社会因素的方案。现在参照附图1a-d，说明城市公共交通车辆的诸多优点。

●单元式的车身结构可使车辆有不同的尺寸，并可用相同的部件制成。驱动电机、悬挂、控制系统电动机和发电机，实际上每个部件对于小型客车和大型客车都是相同的，减小了部件总量，技工和驾驶训练及维修时间。

●多个独立悬挂减小了车架承重要求，从而减小车辆的总重；并减小每个悬挂的承重要求，使车辆可用现成的汽车和轻型卡车部件构成；并大大提高了车辆的稳定操作性能。

●计算机控制制动和悬挂系统，使车辆驾驶避免了传统客车的波动和摇摆。

●混合式动力系统，将发电和全轮电驱动的代用燃料发动机与先进化学电池中的主能量储备相结合，并采用再生制动来回收动能。在大大降低车重的同时，动力系统明显提高了燃料的经济性，同时不需要大体积的传动系统，并提高了驾驶性能。

●采用轻材料结构，降低维护费用提高车辆寿命，并可采用先进的承重设计和造价低廉的结构工艺。可用合成材料或先进的轻金属产品。

●承重能力先进，使车辆结构能提高40-50人客车的有效载荷和空车的重量比，从近似60％提高到近似150％的最大有效载荷，并提供非凡的燃料性能。

●计算机调节全轮转向，大大减小了转弯半径，如侧移和枢转转向。

●灵活的座位结构，可使驾驶者很容易地增加和减少乘客的座位量和设计。

●车厢内部有多个门可供选择，提供了欧洲列车的车厢感觉和迅速上车、入座及下车。

●较低的底板和多个门进出，附带控制水平可行走通道，超过ADA标准的通道。

●汽车内部质量可以选择。

如图1所示，提供了不同大小和容量的车辆。图1a示出具有五轮轴的车辆；1b具有四轮轴车辆；1c具有三轮轴车辆，最后1d为具有六轮轴的车辆。如上面所提，车身的结构，至少部分为合成材料，如玻璃纤维、石墨/环氧或金属骨架合成物。通过用轻材料比如合成材料和先进的金属产品替代传统材料，可节省重量和能量，减少部件数量和组装费用，来满足传统材料所不能实现的结构要求。

图2提供了本发明的分解图，示出基本相同单元车辆的结构。本发明的重要特征是给定长度的客车有特定数量的单元构成。从而相对于四单元201，提供了四车厢。如图所示，末端车厢提供了前端和后端部分。示出四个外部件202和四个底板部分203。示出头尾相连的五轮轴204。这样，每个单元有两个轮轴，但所有支撑单元仅有一个轮轴。通常，后端的单元201上安装两个轮轴，尽管前端单元上同样很容易地可以安装两个轮轴。为便于说明，分别示出了单元的不同部件。但是，在实际应用中，每个单元包括车厢、与之相连的底板、侧壁和车顶；每个轮轴上有牵引、车轮、悬挂、转向和制动组件，所有组装前的部件形成单独的单元。车辆的构成主要是将所需单元固定在一起生成要求长度和容量的车辆，如图5所示。这样，图5a示出带三个单元的车辆，而图5b示出在三单元车辆上附加一单元形成如图5c所示的四单元车辆。各单元通过紧固件如螺栓、铆钉或其它的连接材料固定在一起。在本发明的最佳实施例中，各单元固定不变地紧固在一起形成固定尺寸的车辆。但是，在单元可移动固定在一起的实施例中，车辆为可变配置。

图3提供了组装车辆300除去轮轴和车辆，并切去部分外表面露出车架。在本发明的最佳实施例中，提供了轻质车架。车架的材料可用合成材料或轻金属产品，如铝。如上所述，有多个独立的悬挂，轴间有跨距，车身上有分散的支撑，不仅大大减小了车架的承载要求并使车辆非常轻。应该记住的是车架有独立的单元构成，使车架如图3所示可用四个单元紧固在一起得到。

图4示出带外部遮阳篷顶401的组装车体。其它实施例为整体的车顶，也不可能有遮阳篷顶。车辆400也装有乘客座位402。如前面所述，乘客座位有超乎寻常的设计，使座位量可以增加和减少。最小的客车可带14-20个座位，而大的可带45-55个座位。座位可安装在传统的过道中部，或在中间过道结合隔间的部分。如前面所指出的，车辆的内部质量提供了乘客高度的舒适感，包括独立的座位，隔音车体车架及绝缘，以及隔间座位的可选择性。

悬挂

现在参照附图6，图6a示出带五个轮轴车辆的侧视图，其中每个车轮603通过连接的独立悬挂连接到各自的轮轴上。多个独立悬挂的固定位置使两个临近悬挂间的跨距，如箭头602所示，大大减小。与传统的两轮轴或一前一后轮轴设计相比，目前的设计具有许多很重要的优点。短距离均匀布置的悬挂通过车辆的整个长度，对车体提供了如箭头601所示的均衡分散支撑，相反于通常在传统客车上在仅在一端提供支撑。分散的支撑是提供优越的驾驶稳定性的必要条件。这样，在路上越过斜坡605时，均匀布置的悬挂与车辆的固定结构将载荷从车轮604传至其它车轮，如此车辆就可以平稳通过斜坡，避免了通常车辆在通过路上斜坡时经受的振动。另外，新颖灵活的悬挂部件，包括可将独立车轮相对车体上下移动的高度调节器，刚性迅速可变的空气弹簧，以及减震器能够阻止车轮落入凹坑(比如)，使车辆在路面上遇到不规则的情况时，可很平稳地驾驶。如上所述，由多个悬挂提供的分散支撑减小了对车辆结构的载荷要求，允许采用相当的轻型设计结构，采用先进的材料。因为每个悬挂的载荷要求大大降低，车辆悬挂可用现成的汽车或轻型卡车部件来构造。

图6b-6d示出作为每个悬挂构件的高度调节器带来的优越效果，以下作详细说明。在计算机控制下，高度调节器在相对短时间内调节每个车轮相对车体的高度，使所有的车轮接触地面，让车辆越过路上的大的斜坡和隆起。通过调节车辆一侧相对另一侧的高度，乘客车厢可在路面并非水平的地方保持水平，这样就可阻止车辆在如图6b所示的路面洼地上颠震，并使车辆在如图6c所示的隆起的路面上保持水平。另外，高度调节器可使车辆如图6d所示在公路上倾斜转向。

图7示出一个车轮悬挂的单独悬挂和相关部件的示意图。悬挂包括：

●骑驾式缓冲器701；

●转动元件702，至少包括车轮、轮胎、带支撑部件的车轮马达的转动元件和带制动组件的转动元件；

●非转动元件703，至少包括控制臂、弹簧、减震器、稳定器、转向致动器和连杆、制动器和制动器的致动器的固定元件、固定连接在车辆的车体或车架上与高度调节器组件紧密配合的部件、有支撑件的车轮马达的固定元件，在需要时，也执行轮轴、机械构造和支撑/轴衬的功能。

●高度调节器组件704，包括匹配板、导向件、轴承、致动器、机械结构，固定连接于车体/车架；以及

●车体/车架结构705(用于底板、隔板、电池盒及座位的一体结构)。

以下进一步更详细介绍单个悬挂构件。

现在参照附图8，示出独立的悬挂结合车体或车架。所列构件示出车体的相关构件：

●骑驾式缓冲器801；

●转动元件802；

●非转动元件803；

●高度调节器804；

●车架805。

图8为从车前部看去的视图。这样，左悬挂806在其相对于车体的最高位置带车轮，而右悬挂807在其相对于车体的最低位置带车轮。

图9提供了车辆的侧视图，示出悬挂系统是如何结合整个汽车的。如以下的详细介绍，悬挂有信息处理机控制，接受不同出处的输入。如上所述，每个车轮的独立悬挂包括：

●轮胎；

●车轮；

●轮轴；

●高度调节器组件；

●弹簧；

●减震器；

●机械支撑；

●悬挂构件的传感器；

●致动力源：液压，气动，和电动；

●稳定器和骑驾式缓冲器。

一个或多个单元903提供了上述单个悬挂的致动力。电缆线902提供信号和电的传输。在最佳实施例中，如上所述本发明在每个车轮上结合车轮马达车轮与车轮马达相结合。本发明的可选择的实施例提供了如图18所示的连续轮轴，每个轮轴有单独的驱动马达，车轮组件还包括驱动轴，下面作进一步描述。悬挂的控制通过微处理器或控制器905来实现，与信号处理元件协同工作。悬挂控制系统的输入包括来自已述传感器的信号，加上公路控制传感器905和操作者界面906。

高度调节器

图10提供了上述高度调节器系统1000的详细图解。车辆悬挂系统的一个重要条件是每个车轮的上下移动与其它车轮无关。该条件通过提供四连杆1001来实现，有活塞1002来致动。如图7所示，高度调节器连杆连接在车底板上，在致动时使轮轴上下移动。本发明的最佳实施例应用液体活塞，气动活塞也是可以的。四连杆保持轮轴和所有与之连接的部件垂直不倾斜。

空气弹簧

如图7所示车辆悬挂包括主动空气弹簧系统。图11示出包括作为悬挂部件的主动空气弹簧系统的车辆侧视图。如前面所提到的，每个车轮悬挂相对于车体上下移动，而车体基本保持水平不动。前面所述高度调节器提供了该垂直运动的大小，特别是在上述相对慢速操作时，举例来说，在不规则公路上越过大的隆起和洼地，以及转弯时倾斜的情况。另外，空气弹簧具有较长冲程，以便在高速的垂直运动中平稳调节基本垂直的车轮。因为空气弹簧的运动基于流量调节，且与升起车辆无关并不与动载荷作用，空气弹簧的能量利用率很高。空气弹簧系统的基本操作原理是空气弹簧1102的弹簧体通过一个或多个累进的快速阀1104与气室1103相通。如图11b所示，累进的快速阀1104的调节借助阀盘1105(如图11b所示)通过带凸轮的普通轴按间隔角转动来实现。当越多累进阀充分打开时，空气弹簧系统的总容量就提高。相反，当越多累进阀充分关闭时，空气弹簧系统的总容量就下降。弹簧的刚度相反于系统的可用容量。因此，当所有阀都关闭时，弹簧的刚度最大。改变弹簧的刚度并不改变弹簧的施力。这样空气弹簧可以最好地表现可变空气弹簧的特点。使弹簧变软的效果是，车轮遇到颠震时，路面提起车轮，压紧弹簧，弹簧推起车体的附加力较小(也就是颠震较小)。在实际应用中，空气弹簧系统可以减小颠震力5到10倍。另外，空气弹簧系统的设计使它的发应速度非常快，这样相对于弹簧刚度变化的时间量程内的反应就很快，该刚度的变化对应于路面的特点，优化了行车质量。

主动减震器

如图7所示，悬挂进一步包括一高能量利用率的主动减震器。本发明主要的新目的是减慢或阻止车轮急剧垂直掉进明显的洼地比如坑。因为所述空气弹簧，减震器的能量效率来自这样的因素，减震器并不为反抗车辆的重量或动载荷做功，相反在元件内通过快速阀控制流量。这样需要的能量只是用来操作阀。

图12更详细地示出减震器1200。该减震器包括置于弹簧载重盘1206上端的水流筒1201。该安装具有足够的能力控制弹簧满载荷的力量。轴1203连在弹簧载重盘底端的1207上。轴的另一端置于筒1201的底面1208的中央开口内，轴向穿过筒体进入同心包围轴1203的阀杆1202。推进盘1204同心连接在轴上，这样推进盘就比较稳定且不会转动。推进盘1204密封在阀盘组件1205内，阀盘组件与阀杆1202连接。阀杆从筒1201的顶面中央开口伸出，并由致动器容纳(图中未示出)。值得一提的是筒两端的开口有流体严格密封，阻止了筒中的液压机液体泄漏以及随之而来的筒中压力的损失。通过将推进盘1204夹在上下两个阀板之间，实现将推进盘1204封闭在阀盘组件1205内。阀盘和推进盘上都有开口1209(如图12b所示)。阀盘相互间相对静止，每个阀盘上的开口1211相对准，两个阀盘相对阀杆1202静止。整个阀组件包括阀杆1202和阀盘组件1205，相对推进盘1204和轴1203自由转动，并保持稳定。这样，阀盘的开口和推进盘对准1210，整个对准或部分对准，或它们相互偏移。

可以看出结合推进盘1204和阀盘组件1205将液体筒分成两个腔室。当阀盘组件1205的开口和推进盘1204对准时，液体就可根据开口对准的程度在腔室之间流动，当开口偏置时，就阻止了液体在腔室之间的流动。这样，通过允许流体从一个腔室流到另一个腔室，在所连弹簧压缩和伸长时，阀盘和推进盘就可以活塞的形式在流体中移动。液体流在完全偏置阀盘组件和推进盘的开口时被阻断，减震器被阻塞，阻止了阀盘的移动。因此减震器的可变总量有开口的对准程度来决定。

如上所述，阀杆连接致动器。致动器转动阀杆以对准阀开口，推进盘对来自控制系统的输入作出反应。需指出的是悬挂自身相对于车体作上下移动，而车体本身基本保持不动和水平。在该结构中提供空气弹簧和减震器的目的是缓冲每个车轮的上下运动，而与其它车轮无关。这样，关闭盘间的开口，阻止液体流动并限制盘在筒中的移动，按以下方式缓冲车轮的向下运动：当推进盘和阀盘对准阻止液体流动时，盘推动捕集流体，推至容器的底端，这样就抵抗了弹簧的弹力和作用在车轮组件上的重力。

减震器的缓冲作用可以很快最优化处理路面的特殊情况，浅洼地在缓冲作用中反应较小，凹坑引起彻底阻塞。与两轮轴车辆在所有时间都由两轮轴的四个末端来支撑不同，本发明的多轮轴悬挂允许一个车轮临时不用支撑车体重的全份额，而由其余的车轮保持稳定支撑。目前的减震器与其它减震器的主要区别是瞬时的保持车轮不全接触路面，阻抗了压缩弹簧的全载荷。

骑驾式缓冲器

如图10所示，骑驾式缓冲器1003在正常操作的过程中位于车体和轮轴之间。在高度调节器失灵的情况下，骑驾式缓冲器用来保持轮轴在它的要求高度。同时，骑驾式缓冲器通过在不必使用高度调节器的时候支撑轮轴，从而可减轻高度调节器的磨损。

控制器

高度调节器、空气弹簧和主动减震器的控制器通过各级传感器，只是在最高和最低水平由操作者输入。主动减震器通过用计算机的悬挂控制器来反应看作是车轮垂直高速加速的综合信息、车轮上垂直力的快速变化和来自路面轮廓传感器的信息。可选的操作者输入可以警告由计算机控制的悬挂将有路面缺陷。

转向

如早些时候所提到的，有必要使城市交通车辆能够很容易地在不同的特定环境下操作：繁重的城市交通、狭窄的住宅区街道和要求狭小转动半径的锐角转角。因为这个原因，本发明车辆装备有全轮转向系统，提供多种转向模式。全轮转向允许车辆相对于车辆尺寸的异常小的转角半径，致使车辆在城市环境中很容易遇到的受限环境中有较高的机动性。另外，如图13a和13b所示，其它的转向模式包括：侧移模式(如图13a所示)和枢转模式(如图13b所示)。侧移模式对于车辆进入和开出拥挤的停车场所非常有用，将车移至路边，使通行的客车非常机动灵活。当侧移模式要求车辆的几个车轮协调控制时，该发明可以个别控制单个车轮或每对车轮，从而允许用枢转模式，特别是在紧要关头转弯和车辆完全在相对有限的地方转弯时相当有用。

下面作进一步描述，多个车辆可连接在一起形成列车，要求轨迹模式(如图13c所示)，其中列车后续单元的行车路线与第一单元相同。

图14示出车辆全轮转向系统构件的示意图。与悬挂类似，具有车轮构件、动力源、传感器、控制元件和操作者界面：

●车轮构件1401：转向致动器和连杆，图18为更详尽的视图、所需悬挂、机械支撑、控制臂、车体/车架连接件、轴承/轴套、转向传感器；

●致动力1403的来源：液压、气动和电动；

●电缆线1402；

●地面轮廓传感器1405；

●转向控制输入变换器；

●操作者界面1406；

●显示装置。

车辆的第一轮轴也可通过操作者界面机械控制。

图15提供了车辆转向控制界面的示意图。当转向可通过操纵杆类装置或鼠标之类的计算机定点装置简单完成时，本发明的最佳实施例在改进的转向柱上并入了转向控制功能，以使特定操作训练的要求减少。简单界面要求操作者能够执行不同的转向模式，如简单操作车轮的侧移运动或倾斜，不用将手从车轮控制移至致动开关或其它控制。如图15所示，“枢转模式”的选择通过停下车轮并以适当的方向转动。“侧移模式”的选择通过踩下踏板并转弯。通常转弯只是通过以理想的方向转动车轮。高度调节器在升起和降下车辆的任一侧时，用“左倾”和“右倾”来致动。控制的“感觉”是对速度敏感：转弯、枢转和侧移的输入力随速度的增加而加强，而倾斜响应随速度增加。操作者的颠动输入随路面轮廓传感器调整：悬挂控制器可以预料路面轮廓；“上/下前”和“上/下后”预料进入隆起和洼地；而控制计算机由来自目前悬挂的经历、路面轮廓传感器和操作者的输入来通知。各个轮轴和车轮的控制通过连接在每个轮轴或车轮上的液压或电动的转向控制致动器1801(如图18所示)。

如图16所示，转向系统包括将来自操作者界面输入转换成转向致动器所需要的信号的变换器。变换器包括顶部半部分1605和底部半部分1604(如图16A所示)，可相对移动。转向模式选择销1602可选择地用以设置转向模式。如图16b所示，中央销啮合，允许顶部和底部半部分沿中央销彼此相对扭转，相应于“枢转”模式。当销都没有啮合时，相应于“侧移”模式，顶部半部分相对于底部半部分横向移动。为从前面转向，操作者运作底部销，使变换器的顶部半部分在顶端自由移动。为使车辆的后端转向，则同样运作顶部销。将两个半部分推在一起可均匀降低悬挂的高度，而将它们分开则可升起悬挂。在变换器的任一侧施加不均匀力的作用可以升起和降下车辆的任一侧。通过绕相对于底部半部分的横轴扭转变换器的顶部半部分来调节车辆倾斜度。通过绕相对于底部半部分的纵轴扭转变换器的顶部半部分来调节汽车横摇。传送机1603发射信号，通过控制器和信号处理机的调节来驱动转向致动器。

图17提供的示意图示出操作者界面与转向控制传送机的连接方式。在这种情况下，转向盘1701通过减速齿轮1704和臂状物1703连接在转向控制变换器1702上。减速齿轮使转向盘保持转动转向盘的通常感觉，缩短了训练时间，利于操作者接受。

驱动系统

如前所述，车辆从混合式动力系统得到启动力，该系统包括电驱动马达、转换件、产生电流以驱动马达的动力装置和蓄电池。

电驱动马达和驱动轴

当在最佳实施例中每个车轮都使用单独的车轮马达时，如下所述，包含连续轴的实施例每个轮轴有单独的驱动马达，如下文马上提到的。

如图18所示，车辆驱动系统包括安装在每个轮轴上的高效电驱动马达1803。高效电动马达的应用使整个车重由马达分配到最小，而能量效率则最大。差速器使马达以最高效的速度运转，而允许车轮有不同的转速。另外，每个电驱动马达1803要求有电驱动马达控制器1802，主要收集了驱动马达的每个绕组，每个控制器由控制软件和进一步提供的分析软件来驱动。如图18所示，控制器安装在紧邻驱动马达的轴上。

驱动轴

需要提醒的是本发明的最佳实施例使用了车轮马达，每个车轮有独立的车轮马达，轮轴与马达成为一体。从而，最佳实施例不需要驱动轴。但是，使用连续轮轴的可替代实施例则要求有下面所述的驱动轴。

动力通过驱动轴从差速器传至车轮。驱动轴包括两个从差速器任一侧伸出的轴，每个都与一CV节相连，依次与半轴相连，半轴通过另一CV节与各个车轮相连。

动力设备

车辆动力设备1900的主要部件如图19所示。整个系统安装在车辆的后部。该动力系统包括：

●发动机(1901)-发动机是车辆的基本动力来源。本发明该实施例包括一内燃机。车辆最好使用对环境有利的燃料如天然气或液态丙烷。但是，因为车辆的高燃料节约措施部分归因于混合式电力系统，即使使用常规石油燃料如汽油和柴油的内燃机也能大大减小由燃料排放造成的对环境的有害影响。而且，本发明的实施例的动力来源于代用能源，如燃料电池，也可用氢；

●燃料箱(1904)；

●发电机(1902)：来自发动机的能量通过发电机转化成电流。发电机直接连接在发动机驱动轴上；

●发电机控制器(1903)：发电机需要由控制元件来正确接受产生的电流，并在每个电池组与相应的控制器相呼应控制电池的充电。

●发动机冷却系统(1908)；

●液压装置(1906)：液压泵和控制器直接连接在发动机的驱动轴上。该装置至少为高度调节系统、转向和制动系统提供液压动力；

●气动装置(1909)：空气压缩机和控制器直接连接在发动机的驱动轴上。该装置至少为空气弹簧系统、作为液压动力系统高度调节器的替代的气动高度调节器和其它辅助车辆子系统提供压缩空气；

●发动机室(1907)；

●乘客区域的环境控制装置(1905)。

电池组

动力系统要求车辆的正则区间安装许多蓄电池；在本发明的最佳实施例中电池组置于轮轴上(也就是，在车体内车辆对侧相对的车轮对之间)，包括第一个和最后一个轮轴。图20示出带许多电池2001的电池组2000。图20中示出四个电池；但仅仅是为了说明。实际的电池数量可根据电池的容量和车辆的动力要求而不同。电池产生相当数量的热，要求在电池组壳2002上提供进风口2004，用来冷却电池。因为电池会冒烟，有潜在的危险，电池组要通过一个或多个出风口2003向外界环境排气。每个电池组还包括电子控制器，控制充电、监控电池组的状况和与发电机控制器相通。

系统指令和控制计算机

如前面所述，许多车辆系统的控制都是由处理器来调停的：悬挂、全轮转向系统和混合式动力系统。在某些情况下，通过局部控制器来控制，如动力装置系统。某些车辆系统能接受不同的输入。其它前面没有介绍的车辆控制系统包括：

●车门系统控制器；

●票价系统；

●安全系统；

●环境控制系统；以及

●通讯系统。

这样，中央指令和控制系统要求控制和调节不同系统控制器间的相互作用。

连接几辆车形成列车

如图21所示，几辆车可以连接在一起形成列车2100。车辆控制系统使列车成为可能，包括对转向装置、悬挂系统、动力装置和顾客需要的控制。主要是要求将独立单元的控制系统连接成列车的同等单元(而并非连接起来提供单元间的牵引或机械导向动力)，客车连接和拆分都很迅速。客车列车的优点在于它能搭乘轻轨列车那么多的乘客，而并不需要轻轨列车的基础设施规模。汽车列车实际上只用通用的路面就可以，如大城市的主要街道和林荫马路，也就是没有异常难拐弯的路面。这些汽车单元的列车能通过任何单个单元能通过的地方，因为车辆的转向控制使列车的后续单元与第一单元在马路上的轨迹相同。汽车列车有一个驱动器来驱动，这样，单个驱动器能运送几倍于单个车辆的乘客数量，能大大降低劳动力成本。

为操作部分列车，后续单元的转向系统设置为“轨迹”模式(如图13所示)，其中车轮的表现就像它们在铁轨上一样，在路上的轨迹与第一单元的轨迹相同，替代常规后轮的切断部分1301。以“轨迹模式”运动的转向控制系统需要的附加数据相对较小，即从第一单元的第一轮轴至第二单元的第一轮轴距离，等等。在“牛拉车模式”中，常见于现行大规模运输车辆的是多个入口使每个入口能容纳将近20名乘客，至少为短程的，或每四个车厢80名乘客，每三个单元240名乘客。对于直路的高容量路线，可用5单元列车。

尽管这里参照特定实施例对本发明作了介绍，但本领域普通技术人员容易理解的是其它替代这里所阐明内容的申请仍然在本发明的精神和范围之内。因此，本发明只能用以下的权利要求来限定。

Claims (43)

1.一种车辆，所述车辆包括：

至少两个基本相同的单元，每个单元有两个端部和两个相对的侧部，底板和车顶；每个单元包括：

车体部分；

至少一对轮轴，所述相对侧部上各有一个车轮；

每个车轮有一轮轴，所述车轮连在所述轮轴上，

每个车轮有一独立的主动式悬挂，所述悬挂将所述轮轴连接到所述车体部分的底板上，所述悬挂根据操作者输入和路面状况由微处理器来控制；

固定连接于所述轮轴的驱动马达，其中驱动力从所述驱动马达传至所述车轮；

其中，所述单元头尾相连地组装在一起形成刚性的车体结构；

转向系统，其中，所述所有车轮可用以操作而使所述车辆转向，所述转向系统由微处理器控制；

产生动力并将所述动力传递给所述驱动马达的动力装置；

中心控制至少所述悬挂和所述转向系统的一个或多个微处理器；

其中提供多对紧密布置的悬挂减小了所述车体结构的载荷要求，使所述运输车辆的悬挂可由轻型原材料部件制成。

2.如权利要求1所述的车辆，其特征在于，所述轮轴包括下列之一：

每个车轮的独立轮轴；

具有两个相对端的一连续轮轴的一端，所述轮轴布置成使所述相对端位于所述的相对侧部。

3.如权利要求1所述的车辆，其特征在于，进一步包括一前部装置和一后部装置，所述前部装置和所述后部装置各由一个所述单元改制而形成。

4.如权利要求1所述的车辆，其特征在于，所述车辆至少部分由轻型材料制成。

5.如权利要求4所述的车辆，其特征在于，所述轻型材料包括：

轻型金属产品和复合材料。

6.如权利要求1所述的车辆，其特征在于，所述主动式悬挂包括：

高度调节器；

主动空气弹簧系统；

主动减震器，阻尼车轮在路面轮廓所施加的力和所述空气弹簧所施加的力下的运动；

骑驾式缓冲器，所述缓冲器位于所述车体和所述轮轴之间。

7.如权利要求6所述的车辆，其特征在于：所述高度调节器包括下列之一：

机械导向件和施力件系统，对每个轮轴相对于车体进行垂直调节；

机械导向件和施力件系统，对一连续轴的每个端部相对于车体进行独立垂直调节。

8.如权利要求7所述的车辆，其特征在于：所述高度调节器将所述轮轴连接于所述底板的底面，使所述轮轴在由所述机械导向件和施力件系统致动时能上下移动。

9.如权利要求6所述的车辆，其特征在于：一个高度调节器独立于任一其它高度调节器而控制。

10.如权利要求6所述的车辆，其特征在于，所述主动空气弹簧系统包括：

空气弹簧；

气室，所述空气弹簧与所述气室连通；

多个累进的快速阀间隔置于所述气室内，其中所述空气弹簧系统中的空气总量由所述这些累进阀的顺序打开和关闭来改变。

11.如权利要求10所述的车辆，其特征在于：所述阀包括阀盘，这些阀盘由一公共轴按间隔角转动。

12.如权利要求10所述的车辆，其特征在于：所述弹簧刚度与系统的可用容量成反比关系。

13.如权利要求10所述的车辆，其特征在于：弹簧系统的施力不随刚度的改变而改变。

14.如权利要求6所述的车辆，其特征在于，所述主动减震器包括：

安装于所述弹簧的顶部支承板的液压流体筒；

带第一端和第二端的轴，所述第一端连在所述弹簧的下部支承板，所述第二端置于所述筒的底面的中央开口内，其中所述轴轴向地穿过所述筒的内腔；

阀杆，所述阀杆从所述筒的顶面的中央开口伸出，其中所述阀杆接受所述轴的所述第二端，并同轴地围绕所述轴；

推进盘，所述推进盘同轴地连接于所述轴，使推进盘固定且不能转动；

阀盘组件，所述阀盘组件与所述阀杆相连续，所述阀盘组件包括至少两个阀盘，所述阀盘间彼此相对静止，所述阀盘组件和所述阀杆构成阀组件；

其中推进板夹在所述阀盘之间，而所述阀盘组件相对于所述推进板和所述轴自由转动。

15.如权利要求14所述的车辆，其特征在于：所述阀盘和所述推进板限定了多个开口，而在所述阀盘上的开口彼此对齐。

16.如权利要求15所述的车辆，其特征在于：阀盘开口与推进盘开口的对齐是通过相对于所述推进盘转动所述阀组件来调节的。

17.如权利要求16所述的车辆，其特征在于：通过设定所述开口的对齐来调节所述筒的诸腔室间的流体流动，而所述阀盘以活塞的形式在流体中移动。

18.如权利要求17所述的车辆，其特征在于：阻断流体流会阻塞减震器，并阻止所述阀盘的移动，从而得到最大的减震。

19.如权利要求17所述的车辆，其特征在于：所述减震器的减震程度决定于开口的对齐程度。

20.如权利要求17所述的车辆，其特征在于，进一步包括致动器，其中所述阀杆连于所述致动器，而所述致动器转动所述阀杆以设定所述开口的对齐。

21.如权利要求20所述的车辆，其特征在于：所述致动器对来自控制件的输入作出反应。

22.如权利要求14所述的车辆，其特征在于：所述减震器可抑制所述车轮的向下移动。

23.如权利要求1所述的车辆，其特征在于，所述转向系统包括：

转向控制界面；

全轮转向组件；

连接于每个轴的转向致动器，其中所述轴可同时转向，也可单个转向。

24.如权利要求23所述的车辆，其特征在于，所述转向控制界面包括：

操作者界面；

控制件，其中所述控制件将来自所述操作者界面的输入传至所述转向致动器。

25.如权利要求24所述的车辆，其特征在于，所述操作者界面包括带方向盘的转向柱，所述控制件包括变换器，其中所述车轮通过减速齿轮连接于所述变换器。

26.如权利要求24所述的车辆，其特征在于：所述操作者界面包括下列之一：

操纵杆；

计算机定点装置。

27.如权利要求24所述的车辆，其特征在于：所述转向系统提供多种全轮转向模式。

28.如权利要求27所述的车辆，其特征在于：所述模式包括：

常规转向模式；

枢转模式；

侧移模式；以及

轨迹模式。

29.如权利要求27所述的车辆，其特征在于：操作者以最少的附加控制操作来通过转动和操作所述车轮执行所述模式中的至少一些。

30.如权利要求27所述的车辆，其特征在于：操作者通过操作所述车轮来促使高度调节器升起和降低所述车轮的任一侧。

31.如权利要求24所述的车辆，其特征在于：所述控制件与所述转向致动器相通，而单个轮轴的控制通过所述转向致动器调节。

32.如权利要求1所述的车辆，其特征在于：所述驱动马达包括下列之一：

车轮马达，其中一外部件与车轮一起转动，而一内部件固定于轮轴；

在车轮内侧安装于车辆的马达，其中动力通过至少一个传动件传递到车轮上。

33.如权利要求1所述的车辆，其特征在于：所述驱动马达包括一高效电机。

34.如权利要求32所述的车辆，其特征在于，所述驱动马达和所述动力装置一起构成一驱动系统，所述驱动系统进一步包括至少一个电池组。

35.如权利要求34所述的车辆，其特征在于：所述驱动马达向车辆相对侧的车轮对提供动力，所述驱动马达系统进一步包括差速器，所述差速器使所述马达以高效的速度运转，且允许车轮有不同的转动速度。

36.如权利要求34所述的车辆，其特征在于，所述驱动马达进一步包括驱动马达控制器，所述驱动马达控制器与所述动力装置相通，所述控制器通过控制软件来驱动，所述控制器进一步包括分析软件。

37.如权利要求34所述的车辆，其特征在于，所述传动件包括驱动轴，所述驱动轴将动力从差速器传至所述车轮，所述驱动轴包括一根轴，所述轴的第一端与所述差速器相通，所述轴的第二端与第一CV节的第一侧相通，一半轴与所述第一CV节的第二侧相通，所述半轴通过第二CV节与所述车轮相连。

38.如权利要求34所述的车辆，其特征在于，所述动力装置包括：

发动机，所述发动机是所述车辆的基本动力来源；

燃料箱；

发电机，其中来自所述发动机的动力被转化成电流，所述发电机与发动机上的一驱动轴相通；

发电机控制器，控制捕捉电流并与各个电池组上的控制器相通，以协调所述电池组的充电；

发动机冷却系统；

液压装置，所述液压装置为高度调节、转向和制动系统提供液压动力；

气动装置，至少为所述悬挂提供气动力；

发动机室；

乘客区域的环境控制系统。

39.如权利要求38所述的车辆，其特征在于：所述发动机为内燃机和燃料电池发动机中的任一个。

40.如权利要求38所述的车辆，其特征在于：所述发动机利用下列燃料之一：

汽油；

柴油；

丙烷；

天然气；

氢。

41.如权利要求34所述的车辆，其特征在于，所述电池组置于所述车体在其相对侧的每对车轮之间的空间中，电池组包括：

电池组壳；

多个容纳在所述壳内的蓄电池；

至少一个用以冷却所述电池的进风口；

至少一个从所述电池排气的出风口；

至少一个电池控制器，所述电池控制器与轭发电机控制器相通。

42.如权利要求1所述的车辆，其特征在于，进一步包括中央控制件，所述控制件控制和调节车辆子系统和控制器件的操作和相互作用。

43.如权利要求1所述的车辆，其特征在于，几个车辆结合在一起而形成列车。

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