TWI457257B - 全方向輪組件及全方向車輛 - Google Patents

Description

全方向輪組件及全方向車輛

本發明係有關輪組件，特別是全方向輪組件和配備此種全方向輪組件之電動全方向車輛。

已知的習知技術已提供不同方式的全方向車輛。例如，文獻WO2010/150286描述一種五輪車輛。每一車輪均可繞支樞線旋轉360°，使車輛能全方向移動。車輛藉配備有電動馬達之中央輪驅動。前後輪的支樞線可向前或向後傾斜。這種車輛呈現在其橫向移動時有不穩定行為之情況的缺點，此乃因為，支樞線之位置會在輪胎上造成不對稱應力，且不提供任何自定中心於轉向。若車輪係電動的，這種現象即變得更嚴重，因為牽引力在車輪繞支樞線旋轉時，會對車輪產生額外的拉回力量。這個缺點會造成安全問題，因為車輛可能會產生激烈反應，這可能在一些緊急情況，例如在緊急躲閃應變中危害到乘坐的人：車輪在新的橫向運動方向中無穩定位置，這將對方向反應造成負面反應。亦須知，這種架構會導致輪胎磨損增加，減少其壽命。而所建議之中央輪並未提供前趨角或距離，則在高速下其穩定性有問題。效率喪失的另一個來源係唯一的電動中央輪。若須增加動力，馬達會擴大，且其重量大幅增加，導致承受簧下質量之誘導作用的問題。另一點是，這個電動中央輪會使得車輛對路況非常敏感，且其牽引力可能容易降低，若該唯一的電動輪遭逢黏附力減低的狀況時，沒有其他電動輪能彌補牽引力之減少。最後，該車輛提供導致成本增加之技術複雜度，此乃因為外圍車輪具有第一配置，中央輪則提供另一設計，使得零件無法標準化來降低成本。

美國專利第3404746號文獻說明另一全方向車輛例。車輛有五個輪子、四個位於角隅之旋轉腳輪和一個藉位於車架上之馬達驅動的360°轉向輪。旋轉腳輪的使用因容許對車輪之垂直運動之雙懸掛臂而導致技術複雜度。而且，為具有正確的穩定度，輪軸和轉向接頭間的距離、拖曳距離很重要，組件需要很大的自由空間來容許車輪繞支樞線或車輪軸旋轉。這些缺點眾所周知，且這是為什麼不使用這種設計於車輛產業，並限於飛機領域的原因。關於馬達，從馬達到車輪的動力傳輸複雜且昂貴。

本發明之目的在於解決上述缺點，並首要在於提議一種全方向輪組件，無論車輛的運動方向如何，均能提供很大的穩定性，也能使輪組件的穩定即時適應車輛的行駛狀況。第二個目的在於提供使車輛適應使用者之性能要求的能力。

為此目的，本發明之第一態樣係一種車輛用全方向輪組件，包括車輪以及至少一下懸吊連桿和上附件接頭，兩者均能夠被附接到車輛，車輪能夠繞支樞線旋轉360°以操縱車輛，該支樞線藉由附接於車輛之該至少一下懸吊連桿和該上附件接頭定位，該支樞線對垂直投影平面之投影包括一垂直軸，其會通過一在車輪以及界定垂直軸與地面呈後傾角之間的接觸點，其中，無論投影平面的位向如何，全方向輪組件包括能夠在預定的範圍內調整前趨角之調整手段。本發明提供能藉受控穩定性成360°繞其垂直軸旋轉之輪組件，此乃因為前趨角能據以調整。換句話說，根據本發明的全方向輪組件能成360°繞垂直軸，調整前趨角至車輪所操縱的方向。結果，此種輪組件的穩定性增強，此乃因為無輪胎施加之拉回力量沿車輛縱向拉回車輪。亦可簡化駕御此種輪組件所需之轉向機構，此乃因為所作努力將降低。本發明之使用提供增強之車輛穩定性，但也允許在轉向機構上的成本和重量減少。

有利地，該調整手段能以對應標準駕駛狀況之第一預定值和對應緊急駕駛狀況之至少第二預定值，建立前趨角。本發明對不同交通狀況(在城市或在公路上)提供調整前趨角之能力，以最佳化車輛掌控能力。換句話說，若需要標準舒適度和穩定性，調整手段即能夠以第一值調整前趨角的位向，或者若需要最大穩定性或黏附力，像是閃躲避撞應變，即以第二值調整。

有利地，該調整手段能夠在駕駛狀況期間，響應有關駕駛狀況的命令，調整前趨角。本發明簡化輪組件的使用，此乃因為，該調整即時自動響應例如車輛的命令單元所發出命令。亦可在轉向機構與調整手段之間具有機械鏈接以提供自動調整功能。

理想地，調整手段能夠調整該上附件接頭之位置。根據本發明之全方向輪組件容易使用，此乃因為支樞線方向的調整藉由上部附件接頭的運動達成。無須修改一般複雜、沉重並承受強力之下懸吊連桿。上附件接頭容易因施加於該接頭之輕微施力而移動。

有利地，上附件接頭包括能繞參考軸旋轉之箱，又包括屬於該支樞線之滾珠支樞，其中該滾珠支樞安裝在該箱中，與該參考軸隔預定距離，且其中該箱繞該參考軸之旋轉能調整前趨角。將前趨角值設定於360°之該實施例很經濟，此乃因為屬於支樞線之滾珠支樞係安裝在偏心情況下，且偏心情況之旋轉會將支樞角定位在適當方向。

理想地，預定距離可調整。此實施例對二不同值之調整經濟且容易開始的。此距離將前趨角設定於所欲值。

有利地，全方向輪組件包括轉向機構，其能操縱該車輪。該組件可直接包括轉向機構，車輛之其餘部分簡化。

有利地，全方向輪組件包括能煞制車輪之煞車。該組件可包括制動裝置，容易根據要求，模組化該組件所提供的功能。

有利地，全方向輪組件包括至少一電動馬達，能繞旋轉軸旋轉該車輪，以施加移動力量於車輛上。由於其模組化完整，則就其本身而論，組件可提供車輛動力。組件能響應來自使用者的不同要求，因為它可轉向、制動或提供車輛動力。這使車輛容易適應使用者需求。可預見其會成為一種可推薦大眾用於城市或夏季之具有電動輪的車輛，且若客戶欲增加電力，或像是在冬季可能發生黏附力差之狀況而增加牽引能力，則可提供電動輪組件以取代非電動輪組件。

本發明亦有關一種車輛，其包括至少四個如申請專利範圍第1至8項中任一項之全方向輪組件，其特徵在於，該等輪組件其中之二個為通電，各個電動輪組件包括至少一電動馬達，能繞旋轉軸旋轉該車輪，以施加移動力量於該車輪上，且該二輪組件配置在該車輛上，使得當所有該等車輛用全方向輪組件具有相同位向時，該車輛上移動力量所產生之力矩之垂直投影為零。根據本發明的車輛包括根據第一態樣的輪組件。因此，即使車輛橫向移動，在所有行駛方向中，車輛的穩定性仍增加。在閃躲的駕駛應變下，於緊急情況下這一點尤為重要。而且，零垂直扭矩施加在車輛上的車輛上輪組件之配置簡化了設計，此乃因為，不管運動方向如何，車輪無須承受任何垂直扭矩。換言之，在純粹橫向運動方向中，由於電動輪組件的配置，非電動車輪無需轉向機構，此乃因為，在車輛上無垂直扭矩情況下，無須操縱所有車輪。非電動車輪可為簡單的自由輪，並因此降低成本。

有利地，該二輪組件相對於該車輛之中心點對稱定位。此實施例有利地抵消牽引力所產生的垂直扭矩。

本發明亦有關一種車輛，包括至少五個如申請專利範圍第1至8項中任一項之全方向輪組件，其特徵在於，該等輪組件之其中三個為通電，各個電動輪組件包括至少一個電動馬達，能繞旋轉軸旋轉該車輪，以施加移動力量於該車輪上，且該等三個電動輪組件配置在該車輛上，使得當所有該等全方向輪組件具有相同位向時，該車輛上移動力量所產生之力矩之垂直投影為零。根據本發明的車輛包括根據第一態樣的輪組件。因此，即使車輛橫向移動，在所有行駛方向中，車輛的穩定性仍增加。於閃躲的駕駛應變下，在緊急情況下這一點尤為重要。而且，零垂直扭矩施加在車輛上的車輛上輪組件之配置簡化了設計，此乃因為，不管運動方向如何，車輪無須承受任何垂直扭矩。換言之，在純粹橫向運動方向中，由於電動輪組件的配置，非電動車輪無需轉向機構，此乃因為，在車輛上無垂直扭矩情況下，無須操縱所有車輪。非電動車輪可為簡單的自由輪，並因此降低成本。

有利地，第一個電動全方向輪組件位於該車輛之中心點，且另二個電動輪組件相對於該第一個電動全方向輪組件對稱定位。此實施例有利地抵消牽引力所產生的垂直扭矩。

本發明亦有關一種車輛包括至少五個如申請專利範圍第9項之全方向輪組件，其特徵在於，該等全方向輪組件位於該車輛上，使得當所有該等全方向輪組件具有相同位向時，該車輛上移動力量所產生之力矩之垂直投影為零。根據本發明的車輛包含根據第一態樣的輪組件。因此，即使車輛橫向或斜向移動，在所有行駛方向中，車輛的穩定性仍增加。在閃躲的駕駛應變下，在緊急情況下這一點尤為重要。而且，零垂直扭矩施加在車輛上的車輛上輪組件之配置簡化了設計，此乃因為，不管運動方向如何，車輪無須承受任何垂直扭矩。

本發明亦有關一種車輛，包括至少五個如申請專利範圍第1至8項中任一項之全方向輪組件，其中，至少五個該等輪組件通電，各個電動輪組件包括至少一電動馬達，能繞旋轉軸旋轉該車輪，以施加移動力量於該車輪上，且該等至少五個輪組件配置在該車輛上，使得當所有該等全方向輪組件具有相同位向時，該車輛上移動力量所產生之力矩之垂直投影為零。根據本實施例之車輛可最佳化地用於大容量之運輸。這可能是巴士或卡車，且其全方向移動的能力真實不虛，此乃因為根據第一態樣之輪組件提供穩定。現在用本發明於擁擠的城市狀況中行駛或泊車裝貨或卸貨很容易。車身長和/或重負載之車輛，如公車或拖車卡車的安全性也提高，此乃因為前趨角的調整，將提高他們的行為和制動性能，以防止滑出或彎摺的風險。

由以下附圖所示之本發明非限制性特定例子之詳細說明，本發明之其他特徵和優點將更加瞭然。

第1圖所示之全方向輪組件包括安裝於叉25上和能繞支樞線90旋轉360°之車輪10。這種能力容許配備此種全方向輪組件之車輛可全方向轉向。使用者可以很容易地操縱車輛以泊放在小檢修場或在交通擁擠狀況下移動。在此一目的中，該組件配備轉向機構50，其包括與圓形轉向齒條嚙合之轉向電動馬達51。此外，該組件又包括：對車輛施加移動力量的兩個電動馬達60、65，(儘管一個馬達就可能足夠)、以及如有必要可停止車輛的煞車裝置70。懸掛總成40包括與懸掛減震器相關之懸掛彈簧。該組件藉下懸掛臂20和上附件接頭30連結於車輛。這兩個元件界定車輛中輪組件的幾何，且特別是前趨角，其係支樞線90在包括垂直軸之垂直投影平面上之投影，該垂直軸通過輪胎與地面之接觸點。本發明提供可全方向調整之前趨角，使上附件接頭30能藉此繞參考軸95旋轉，移動支樞線90的上部位置。為容許支樞線90之錐形運動，叉25透過支樞接頭連結於下懸掛臂，其容許於此二部分之間的三個必要旋轉。

第2圖顯示第1圖之全方向輪組件的側視圖。兩軸90和95之間的距離容許前趨角於任何方向的調整。支樞線90之上點91安裝於上附件接頭30之偏心部分，該上附件接頭30能繞參考軸95旋轉。這容許前趨角的全方向調整。

第3圖是第1圖之全方向輪組件的前視圖，顯示容許調整前趨角之軸90和軸95之間的距離。

第4圖詳示上附件接頭30。支樞滾珠32屬於支樞軸和其中心，點91係支樞線90之上點。支樞滾珠32安裝在偏心箱35中，該偏心箱35能在電動馬達38的支配下繞軸95旋轉。兩軸90和95軸之間的距離結合偏心箱35之角度位置界定前趨角值，該前趨角為支樞線90於垂直投影平面上的投影。由於偏心箱35能繞參考軸95旋轉，因此，無論垂直投影線的位向如何，前趨角均可調整。一變化例也可具有二可調整軸之間的距離。因此，前趨角可藉由偏心箱之旋轉和/或修改軸90和軸95之間的距離，予以調整。

第5圖顯示包含上述全方向輪組件之全方向車輛之俯視圖。車輛100包括四個車輪10A、10B、10C、10D。此等車輪中的兩個係電動的，即車輪10A和10C。它們相對於中心點110對稱配置，該中心點可能為重力中心。因此，兩個電動輪組件10A、10C會施加移動力量於車輛，且藉由電動車輪10A、10C之對稱配置，施加於車輛之垂直力矩為零。

第6圖顯示第5圖之全方向車輛在特定駕駛狀況下的俯視圖。四個輪子10A、10B、10C、10D是面向同一方向。它可用於移動車輛到小檢修區域，或避免障礙。藉由電動車輪10A、10C之對稱配置，施加於車輛之移動力造成之垂直力矩，使穩定性增強，且無任何干擾作用施加於車輛。這一點在緊急狀況下至關重要，其中若有施加於車輛之意想不到的反作用力，即可能喪失黏附力。此外，若根據本發明之第一態樣，輪組件所提供之前趨角的調整，使車輛方向改變的行為獲得確保和加強。

第7和8圖顯示根據本發明之車輛之五個全方向輪10A、10B、10C、10D、10E的俯視圖，其具有三個電動全方向輪10A、10C、10E。電動車輪相對於車輛中心點對稱配置：一個第一電動全方向輪10E配置在中心點，其他兩個電動全方向輪相對於車輛中心點對稱配置。其可獲得與第6圖中所述之相同的穩定優點，然而若是車輛藉由不佳的附着條件驅動，車輛即使有更多的動力，對打滑亦較不敏感。

須知，在如申請專利範圍所界定之本發明範圍內，可實施對熟於本技藝之人士而言明顯的改進和/或修改。特別是，可預見使用本發明於四輪驅動車輛。關於前趨角的調整，可計劃使用線性移動接頭來改變參考軸和支樞線之間的距離。亦可自動、獨立或同時控制裝配車輛之每一輪組件的每一前趨角。須知，本發明亦可用於雙向轉向車輛。

10．．．車輪

20．．．下懸吊連桿

25．．．叉

30．．．上附件接頭

32．．．支樞滾珠

35．．．離心箱

40．．．懸掛總成

50．．．轉向機構

51．．．轉向電動馬達

60、65．．．電動馬達

70．．．煞車裝置

90．．．支樞線

91．．．上點

95．．．參考軸

第1圖顯示根據本發明之全方向輪組件之立體圖；

第2圖顯示第1圖之全方向輪組件之側視圖；

第3圖顯示第1圖之全方向輪組件之前視圖；

第4圖顯示第1圖之全方向輪組件之局部視圖；

第5圖顯示根據本發明實施例之車輛的俯視圖；

第6圖顯示第5圖之車輛的俯視圖；

第7圖顯示根據本發明之另一實施例之車輛的俯視圖；

第8圖顯示第7圖之車輛的俯視圖。

10．．．車輪

20．．．下懸吊連桿

25．．．叉

30．．．上懸吊連桿

40．．．懸掛總成

50．．．轉向機構

51．．．轉向電動馬達

60、65．．．電動馬達

70．．．煞車裝置

90．．．支樞線

95．．．參考軸

Claims (15)

1. 一種車輛用全方向輪組件，包括車輪(10)以及至少一下懸吊連桿(20)和上附件接頭(30)，兩者均能夠被附接到車輛，車輪(10)能夠繞支樞線(90)旋轉360°以操縱車輛，該支樞線(90)經由附接於車輛上之該至少一下吊連桿(20)和該上附件接頭(30)定位，該支樞線(90)對垂直投影平面之投影包括一垂直軸，其會通過該車輪(10)和界定該垂直軸與地面呈前趨角之間的接觸點，其特徵在於，無論投影平面的位向如何，全方向輪組件包括能夠在預定的範圍內調整前趨角之調整手段。
2. 如申請專利範圍第1項之車輛用全方向輪組件，其中，該調整手段能以對應標準駕駛狀況之第一預定值，和對應緊急駕駛狀況之至少第二預定值，建立前趨角。
3. 如申請專利範圍第1或2項之車輛用全方向輪組件，其中，該調整手段能夠在駕駛狀況期間，響應有關駕駛狀況的命令，調整前趨角。
4. 如申請專利範圍第1或2項之車輛用全方向輪組件，其中，該調整手段能夠調整該上附件接頭(30)之位置。
5. 如申請專利範圍第1或2項之車輛用全方向輪組件，其中，該上附件接頭(30)包括能繞參考軸(95)旋轉之箱(35)，又包括屬於該支樞線(90)之滾珠支樞(32)，其中該滾珠支樞(32)安裝在該箱(35)中，與該參考軸(95)隔預定距離，且其中該箱(35)繞該參考軸(95)之旋轉 能調整前趨角。
6. 如申請專利範圍第5項之車輛用全方向輪組件，其中，該預定距離可調整。
7. 如申請專利範圍第1或2項之車輛用全方向輪組件，其包括能操縱該車輪(10)之轉向機構(50)。
8. 如申請專利範圍第1或2項之車輛用全方向輪組件，其包括能煞制該車輪(10)之煞車(70)。
9. 如申請專利範圍第1或2項之車輛用全方向輪組件，其包括至少一電動馬達(60、65)，能繞旋轉軸旋轉該車輪(10)，以施加移動力量於車輛上。
10. 一種車輛(100)，包括至少四個如申請專利範圍第1至8項中任一項之全方向輪組件(10A、10B、10C、10D)，其特徵在於，該全方向輪組件中之二個(10A、10C)係通電的，各個電動全方向輪組件(10A、10C)包括至少一電動馬達(60、65)，能繞旋轉軸旋轉該車輪(10)，以施加移動力量於該車輛(100)上，且該二電動全方向輪組件(10A、10C)配置在該車輛(100)上，使得當所有該等全方向輪組件(10A、10B、10C、10D)具有相同位向時，該車輛(100)上移動力量所產生之力矩之垂直投影為零。
11. 如申請專利範圍第10項之車輛，其中，該二電動全方向輪組件(10A、10C)相對於該車輛之中心點(110)對稱定位。
12. 一種車輛(100)，包括至少五個如申請專利範圍第1至8項中任一項之全方向輪組件(10A、10B、10C、 10D、10E)，其特徵在於，該全方向輪組件中之三個(10A、10C、10E)係通電的，各個電動全方向輪組件(10A、10C、10E)包括至少一個電動馬達(60、65)，能繞旋轉軸旋轉該車輪(10)，以施加移動力量於該車輛(100)上，且該等三個電動全方向輪組件(10A、10C、10E)配置在該車輛(100)上，使得當所有該等全方向輪組件(10A、10B、10C、10D、10E)具有相同位向時，該車輛(100)上移動力量所產生之力矩之垂直投影為零。
13. 如申請專利範圍第12項之車輛(100)，其中，第一個電動全方向輪組件(10E)位於該車輛(100)之中心點，且在於，另二個電動全方向輪組件(10A、10C)相對於該第一個電動全方向輪組件(10E)對稱定位。
14. 一種車輛，包括至少五個如申請專利範圍第9項之車輛用全方向輪組件，其特徵在於，該等全方向輪組件位於該車輛上，使得當所有該等全方向輪組件具有相同位向時，該車輛上移動力量所產生之力矩之垂直投影為零。
15. 一種車輛，包括至少五個如申請專利範圍第1至8項中任一項之車輛用全方向輪組件，其特徵在於，至少五個該等輪組件通電，各個電動輪組件包括至少一電動馬達，能繞旋轉軸旋轉該車輪，以施加移動力量於該車輪上，且該等至少五個輪組件係配置在該車輛上，使得當所有該等全方向輪組件具有相同位向時，該車輛上移動力量所產生之力矩之垂直投影為零。