非转向车轮主动侧倾机构及应用该机构的侧倾三轮车

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN110509993A(43)申请公布日2019.11.29(21)申请号201910855239.X(22)申请日2019.09.10(71)申请人王亚地址100083北京市海淀区清华东路17号(72)发明人王亚　魏文军　李海涛　(51)Int.Cl.B62D9/00(2006.01)权利要求书1页说明书4页附图7页(54)发明名称非转向车轮主动侧倾机构及应用该机构的侧倾三轮车(57)摘要本发明涉及一种非转向车轮主动侧倾机构及应用该机构的侧倾三轮车，针对三轮车由单轮转向，双轮通过车轮轴线相对车身转动，实现车身和车轮联动侧倾，以便提高小轮距三轮车行驶稳定性或高速过弯性能，非转向车轮主动侧倾机构包括：车身、下拉杆、减震器、上拉杆、车轮、连杆、平衡杆，致动器输出轴驱动平衡杆相对车身转动，由致动角α确定非转向车轮主动侧倾机构位置，通过侧倾函数β＝f(α)，获得车身侧倾角β，实现了三轮车的主动侧倾控制，应用于车辆在过弯时或者驶过倾斜路面时自动倾斜一定角度来抵抗离心力或侧翻力，以保持稳定的行驶姿态。CN110509993ACN110509993A权　利　要　求　书1/1页1.非转向车轮主动侧倾机构，其特征在于，包括：车身、下拉杆、减震器、上拉杆、车轮、连杆、平衡杆，下拉杆一端与车身在A点转动连接、另一端联接车轮，车轮在联接点E相对下拉杆转动，减震器一端与下拉杆上B点转动连接、另一端与上拉杆的端点C转动连接，上拉杆的另一端与车身在D点转动连接，各连接点处相对转动轴线平行、各相对转动轴线垂直于车身的纵垂面，车身、下拉杆、减震器、上拉杆以车身的纵垂面为相对运动平面，下拉杆上B点位于下拉杆的两端点A、E连线之一侧，下拉杆的连接点A处转动轴线与下拉杆的AE线夹角p为下拉杆后掠角，上拉杆的连接点C、D处转动轴线与上拉杆的CD线夹角q为上拉杆后掠角，由车身、下拉杆、减震器、上拉杆、车轮按以上方式联接形成一组车轮定位机构；两组几何参数、性能参数相同的车轮定位机构ABCDE和A′B′C′D′E′依据给定的轮距d以车身中央纵垂面左右对称布置、共用同一车身，平衡杆中点与车身在车身横垂面转动连接、转动轴线位于车身中央纵垂面内，连杆一端与平衡杆左端球铰链连接、另一端与左侧上拉杆上F点球铰链连接，另一连杆一端与平衡杆右端球铰链连接、另一端与右侧上拉杆上F′点球铰链连接，两连杆长度相等，上拉杆上F点位于上拉杆的两端点C、D连线之一侧，两连杆与左、右侧上拉杆连接点位置相同；其中：平衡杆与车身在车身横垂面内夹角为致动角α，当致动角α＝90°时、两侧下拉杆共面，此时车身侧倾角β＝0，非转向车轮主动侧倾机构关于车身中央纵垂面对称；当α≠90°时两车轮轴线相对车身反向转动、沿车身竖直方向移动距离h，车身水平面相对地面夹角为车身侧倾角β，tanβ＝h/d，致动角α改变时车身侧倾角β变化，获得车身侧倾角β与致动角α关系的侧倾函数β＝f(α)。2.根据权利要求1所述的非转向车轮主动侧倾机构，其特征在于，所述的球铰链选用杆端关节轴承、或者向心关节轴承。3.根据权利要求1所述的非转向车轮主动侧倾机构，其特征在于，所述的下拉杆后掠角p≤90°，上拉杆后掠角q、取值范围p≤q≤90°，选取p＜90°、q＝p，或者选取p＜90°、q＝90°，或者选取q＝p＝90°。4.根据权利要求1所述的非转向车轮主动侧倾机构，其特征在于，所述的致动角α是由致动器产生，致动器选用电磁式致动器、或者机电式致动器、或者电液式致动器。5.主动侧倾正三轮车，其特征在于，由一组权利要求1所述的非转向车轮主动侧倾机构后置，在同一车身上按照给定的轴距L单个车轮前置、共用同一车身中央纵垂面，双后轮驱动，前轮转向，非转向车轮主动侧倾机构控制车身侧倾，单个前轮与车身一起自适应侧倾，构成具备正三轮特征的主动侧倾车辆。6.主动侧倾倒三轮车，其特征在于，由一组权利要求1所述的非转向车轮主动侧倾机构前置，在同一车身上按照给定的轴距L单个车轮后置、共用同一车身中央纵垂面，双前轮驱动，后轮转向，非转向车轮主动侧倾机构控制车身侧倾，单个后轮与车身一起自适应侧倾，构成具备倒三轮特征的主动侧倾车辆。2CN110509993A说　明　书1/4页非转向车轮主动侧倾机构及应用该机构的侧倾三轮车技术领域[0001]本发明涉及一种非转向车轮主动侧倾机构及应用该机构的侧倾三轮车，属于车辆底盘技术领域，特别涉及主动侧倾三轮车的侧倾控制技术。背景技术[0002]主动侧倾控制系统通过控制车辆在转弯时向弯道内侧倾斜程度，提高了车辆转弯时的操纵稳定性、平顺性、通行速度和安全性，车辆主动侧倾技术可以使车辆在过弯时或者驶过倾斜路面时自动倾斜一定角度，产生一个平衡力矩，来抵抗车辆受到的离心力或侧翻力，以保持小轮距三轮车具备稳定的行驶姿态。[0003]车辆主动侧倾技术通常由车身独立侧倾、车身和车轮联动侧倾两种方式实施，前者车身独立侧倾方式，通常由致动器直接驱动车身相对车架转动，其结构简单、造价低，但造成车辆转弯时的操纵稳定性、平顺性及安全可靠性较差；后者车身和车轮联动侧倾方式，车身侧倾、车辆转向和车轮悬架运动相互影响，其结构复杂、造价高，但车辆转弯时的操纵稳定性、平顺性和安全性较好；发明专利CN109625086、车辆转向侧倾联动装置及主动侧倾车辆，通过车轮轴线相对车身平动，实现车辆转向与车身侧倾独立控制，应用于车辆转向同时车身主动侧倾。针对三轮车由单轮转向，双轮通过车轮轴线相对车身转动，实现车身和车轮联动侧倾，提高小轮距三轮车行驶稳定性或高速过弯性能，对于降低主动侧倾车辆造价、提高三轮车性能具有理论意义和实用价值。发明内容[0004]本发明目的是要提供一种非转向车轮主动侧倾机构及应用该机构的侧倾三轮车，针对三轮车由单轮转向，双轮通过车轮轴线相对车身转动，实现车身和车轮联动侧倾，提高小轮距三轮车行驶稳定性或高速过弯性能。[0005]为了达到本发明的目的所采取的技术 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如下：[0006]非转向车轮主动侧倾机构包括：车身(1)、下拉杆(2)、减震器(3)、上拉杆(4)、车轮(5)、连杆(6)、平衡杆(7)，下拉杆(2)一端与车身(1)在A点转动连接、另一端联接车轮(5)，车轮(5)在联接点E相对下拉杆(2)转动，减震器(3)一端与下拉杆(2)上B点转动连接、另一端与上拉杆(4)的端点C转动连接，上拉杆(4)的另一端与车身(1)在D点转动连接，各连接点处相对转动轴线平行、各相对转动轴线垂直于车身(1)的纵垂面，车身(1)、下拉杆(2)、减震器(3)、上拉杆(4)以车身(1)的纵垂面为相对运动平面，下拉杆(2)上B点位于下拉杆的两端点A、E连线之一侧，下拉杆(2)的连接点A处转动轴线与下拉杆的AE线夹角p为下拉杆后掠角，上拉杆(4)的连接点C、D处转动轴线与上拉杆的CD线夹角q为上拉杆后掠角，由车身(1)、下拉杆(2)、减震器(3)、上拉杆(4)、车轮(5)按以上方式联接形成一组车轮定位机构；两组几何参数、性能参数相同的车轮定位机构ABCDE和A′B′C′D′E′依据给定的轮距d以车身中央纵垂面左右对称布置、共用同一车身(1)，平衡杆(7)中点与车身(1)在车身横垂面转动连接、转动轴线位于车身中央纵垂面内，连杆(6)一端与平衡杆(7)左端球铰链连接、另一端与3CN110509993A说　明　书2/4页左侧上拉杆(4)上F点球铰链连接，另一连杆(6)一端与平衡杆(7)右端球铰链连接、另一端与右侧上拉杆(4)上F′点球铰链连接，两连杆(6)长度相等，上拉杆(4)上F点位于上拉杆的两端点C、D连线之一侧，两连杆(6)与左、右侧上拉杆(4)连接点位置相同，构成非转向车轮主动侧倾机构；[0007]其中：平衡杆(7)与车身(1)在车身横垂面内夹角为致动角α，当致动角α＝90°时、两侧下拉杆共面，此时车身侧倾角β＝0，非转向车轮主动侧倾机构关于车身中央纵垂面对称；当α≠90°时两车轮轴线相对车身反向转动、沿车身竖直方向移动距离h，车身水平面相对地面夹角为车身侧倾角β，tanβ＝h/d，致动角α改变时车身侧倾角β变化，获得车身侧倾角β与致动角α关系的侧倾函数β＝f(α)。[0008]上述的非转向车轮主动侧倾机构中，球铰链选用杆端关节轴承、或者向心关节轴承。[0009]上述的非转向车轮主动侧倾机构中，下拉杆后掠角p≤90°，上拉杆后掠角q、取值范围p≤q≤90°，选取p＜90°、q＝p，或者选取p＜90°、q＝90°，或者选取q＝p＝90°。[0010]上述的非转向车轮主动侧倾机构中，致动角α是由致动器产生，致动器选用电磁式致动器、或者机电式致动器、或者电液式致动器；由致动角α确定侧倾机构位置，通过侧倾函数β＝f(α)，获得车身侧倾角β。[0011]主动侧倾正三轮车包括：由一组非转向车轮主动侧倾机构后置，在同一车身上按照给定的轴距L单个车轮前置、共用同一车身中央纵垂面，双后轮驱动，前轮转向，非转向车轮主动侧倾机构控制车身侧倾，单个前轮与车身一起自适应侧倾，构成具备双后轮驱动、前轮转向特征的主动侧倾正三轮车；具备承载能力大，转弯半径小，地面适应性好特点。[0012]主动侧倾倒三轮车包括：由一组非转向车轮主动侧倾机构前置，在同一车身上按照给定的轴距L单个车轮后置、共用同一车身中央纵垂面，双前轮驱动，后轮转向，非转向车轮主动侧倾机构控制车身侧倾，单个后轮与车身一起自适应侧倾，构成具备双前轮驱动、后轮转向特征的主动侧倾倒三轮车；具备体积小，机动、灵活特点。[0013]设车辆行驶速度v、重力加速度g，车辆在弯道行驶时，由单轮转向给出转向角θ，转弯半径r＝L/tanθ，满足转弯时力平衡条件：mg×tanβ＝mv2/r，由tanβ＝v2/(g×r)解出侧倾角β，由侧倾函数β＝f(α)解出致动角α，由致动器产生致动角α驱动非转向车轮主动侧倾机构，实现车身侧倾、抵抗转弯离心力，以保持车辆弯道行驶的稳定性；车辆在横向坡度地面行驶时，由倾角传感器动态读取地面横向坡度角b，取车身侧倾角β＝-b，由侧倾函数β＝f(α)解出致动角α，由致动器产生致动角α驱动非转向车轮主动侧倾机构，实现车身侧倾、抵抗地形变化引起车辆侧翻力，以保持车辆稳定的行驶姿态。[0014]本发明的有益效果在于，所提出的一种非转向车轮主动侧倾机构及应用该机构的侧倾三轮车，针对三轮车由单轮转向，双轮通过车轮轴线相对车身转动，实现车身和车轮联动侧倾，提高小轮距三轮车行驶稳定性或高速过弯性能；应用于车辆在过弯时或者驶过倾斜路面时自动倾斜一定角度来抵抗离心力或侧翻力，以保持稳定的行驶姿态。附图说明[0015]图1为车轮定位机构简图；[0016]图2为非转向车轮主动侧倾机构组成原理图；4CN110509993A说　明　书3/4页[0017]图3为非转向车轮主动侧倾机构三维原理图；[0018]图4为非转向车轮主动侧倾机构侧倾原理图；[0019]图5为非转向车轮主动侧倾机构p＝q设置原理图；[0020]图6为非转向车轮主动侧倾机构p＜q设置原理图；[0021]图7为主动侧倾正三轮车组成原理图；[0022]图8为主动侧倾正三轮车另一车型组成原理图；[0023]图9为主动侧倾倒三轮车组成原理图；[0024]图10为主动侧倾倒三轮车另一车型组成原理图；[0025]图中：1--车身，2--下拉杆，3--减震器，4--上拉杆，5--车轮，6-连杆，7-平衡杆。具体实施方式[0026]下面根据附图对本发明的实施例进行描述：[0027]图2所示的非转向车轮主动侧倾机构组成原理图，非转向车轮主动侧倾机构包括：车身(1)、下拉杆(2)、减震器(3)、上拉杆(4)、车轮(5)、连杆(6)、平衡杆(7)，下拉杆(2)一端与车身(1)在A点转动连接、另一端联接车轮(5)，车轮(5)在联接点E相对下拉杆(2)转动，减震器(3)一端与下拉杆(2)上B点转动连接、另一端与上拉杆(4)的端点C转动连接，上拉杆(4)的另一端与车身(1)在D点转动连接，各连接点处相对转动轴线平行、各相对转动轴线垂直于车身(1)的纵垂面，车身(1)、下拉杆(2)、减震器(3)、上拉杆(4)以车身(1)的纵垂面为相对运动平面，连接点A、B、C、D在相对运动平面投影为平行四边形，形成相对运动平面内平行四边形机构ABCD，下拉杆(2)上B点位于下拉杆的两端点A、E连线之一侧，下拉杆(2)的连接点A处转动轴线与下拉杆的AE线夹角p为下拉杆后掠角，上拉杆(4)的连接点C、D处转动轴线与上拉杆的CD线夹角q为上拉杆后掠角，由车身(1)、下拉杆(2)、减震器(3)、上拉杆(4)、车轮(5)按以上方式联接形成一组车轮定位机构(如图1所示)；两组几何参数、性能参数相同的车轮定位机构ABCDE和A′B′C′D′E′依据给定的轮距d以车身中央纵垂面左右对称布置、共用同一车身(1)，平衡杆(7)中点与车身(1)在车身横垂面转动连接、转动轴线位于车身中央纵垂面内，连杆(6)一端与平衡杆(7)左端球铰链连接、另一端与左侧上拉杆(4)上F点球铰链连接，另一连杆(6)一端与平衡杆(7)右端球铰链连接、另一端与右侧上拉杆(4)上F′点球铰链连接，两连杆(6)长度相等，上拉杆(4)上F点位于上拉杆的两端点C、D连线之一侧，两连杆(6)与左、右侧上拉杆(4)连接点位置相同，构成非转向车轮主动侧倾机构(如图3所示)；[0028]图4所示的非转向车轮主动侧倾机构侧倾原理图，非转向车轮主动侧倾机构中，平衡杆(7)与车身(1)在车身横垂面内夹角为致动角α，当致动角α＝90°时、两侧下拉杆共面，此时车身侧倾角β＝0，非转向车轮主动侧倾机构关于车身中央纵垂面对称(如图3所示)；当α≠90°时两车轮轴线相对车身反向转动、沿车身竖直方向移动距离h，车身水平面相对地面夹角为车身侧倾角β，tanβ＝h/d，致动角α改变时车身侧倾角β变化，获得车身侧倾角β与致动角α关系的侧倾函数β＝f(α)。[0029]对于图2-4所示的非转向车轮主动侧倾机构中，球铰链选用杆端关节轴承GB/T9161-2001，或者选用向心关节轴承GB/T 9163-2001；致动角α是由致动器产生，致动器选用电磁式致动器、或者机电式致动器、或者电液式致动器；致动器输出轴驱动平衡杆(7)相5CN110509993A说　明　书4/4页对车身(1)在车身横垂面内转动，通过两连杆驱动两侧的车轮定位机构ABCDE和A′B′C′D′E′在车身的纵垂面内相对车身(1)反向运动，两个车轮轴线沿车身竖直方向移动，实现车身侧倾，由致动角α确定非转向车轮主动侧倾机构位置，通过侧倾函数β＝f(α)，获得车身侧倾角β。[0030]非转向车轮主动侧倾机构中，下拉杆后掠角p≤90°，上拉杆后掠角q、取值范围p≤q≤90°；设计过程中按以下三种类型选取：①、p＜90°，q＝p(如图5所示)；②、p＜90°，q＝90°(如图6所示)；③、q＝p＝90°。下拉杆后掠角p取值大小影响车辆轮距d，上拉杆后掠角q满足条件p≤q≤90°，在一定范围内选取。[0031]图7为主动侧倾正三轮车组成原理图、图8为主动侧倾正三轮车另一车型组成原理图，主动侧倾正三轮车包括：由一组非转向车轮主动侧倾机构后置，在同一车身上按照给定的轴距L单个车轮前置、共用同一车身中央纵垂面，双后轮轮毂电机驱动，单个前轮通过减震器和转向轴承联接到车身上，前轮转向，非转向车轮主动侧倾机构控制车身侧倾，单个前轮与车身一起自适应侧倾，构成具备双后轮驱动、前轮转向特征的主动侧倾正三轮车；具备承载能力大，转弯半径小，地面适应性好特点。其中：图7所示的主动侧倾正三轮车组成原理图中，上、下拉杆为后出式，应用于前排单人驾驶、后部载货的正三轮车辆；图8所示的主动侧倾正三轮车另一车型组成原理图中，上、下拉杆为前伸式，应用于前排单人驾驶、后排单人乘坐的正三轮车辆。[0032]图9为主动侧倾倒三轮车组成原理图、图10为主动侧倾倒三轮车另一车型组成原理图，主动侧倾倒三轮车包括：由一组非转向车轮主动侧倾机构前置，在同一车身上按照给定的轴距L单个车轮后置、共用同一车身中央纵垂面，双前轮轮毂电机驱动，单个后轮通过减震器和转向轴承联接到车身上，后轮转向，非转向车轮主动侧倾机构控制车身侧倾，单个后轮与车身一起自适应侧倾，构成具备双前轮驱动、后轮转向特征的主动侧倾倒三轮车；具备体积小，机动、灵活特点。其中：图9所示的主动侧倾倒三轮车组成原理图中，上、下拉杆为后出式，应用于前排单人驾驶、后排单人乘坐的倒三轮车辆；图10所示的主动侧倾倒三轮车另一车型组成原理图中，上、下拉杆为前伸式，应用于单人驾驶、前部载货的倒三轮车辆。[0033]结合图7-10所示的主动侧倾三轮车，设车辆行驶速度v、重力加速度g，车辆在弯道行驶时，由单轮转向给出转向角θ，转弯半径r＝L/tanθ，满足转弯时力平衡条件：mg×tanβ＝mv2/r，由tanβ＝v2/(g×r)解出侧倾角β，由侧倾函数β＝f(α)解出致动角α，由致动器产生致动角α驱动非转向车轮主动侧倾机构，实现车身侧倾、抵抗转弯离心力，以保持车辆弯道行驶的稳定性；车辆在横向坡度地面行驶时，由倾角传感器动态读取地面横向坡度角b，取车身侧倾角β＝-b，由侧倾函数β＝f(α)解出致动角α，由致动器产生致动角α驱动非转向车轮主动侧倾机构，实现车身侧倾、抵抗地形变化引起车辆侧翻力，以保持车辆稳定的行驶姿态。[0034]通过以上实施例，本发明所提出的一种非转向车轮主动侧倾机构及应用该机构的侧倾三轮车，针对三轮车由单轮转向，双轮通过车轮轴线相对车身转动，实现车身和车轮联动侧倾，提高小轮距三轮车行驶稳定性或高速过弯性能；应用于车辆在过弯时或者驶过倾斜路面时自动倾斜一定角度来抵抗离心力或侧翻力，以保持稳定的行驶姿态。6CN110509993A说　明　书　附　图1/7页图1图27CN110509993A说　明　书　附　图2/7页图3图48CN110509993A说　明　书　附　图3/7页图5图69CN110509993A说　明　书　附　图4/7页图710CN110509993A说　明　书　附　图5/7页图811CN110509993A说　明　书　附　图6/7页图912CN110509993A说　明　书　附　图7/7页图1013