全轮驱动主动侧倾正三轮底盘的制作方法

1.本发明涉及一种全轮驱动主动侧倾正三轮底盘，属于车辆底盘技术领域，特别涉及车辆转向侧倾及控制技术范畴。


背景技术：

2.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，提高了车辆弯道行驶稳定性、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，以保持车辆稳定的行驶姿态。
3.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，由致动器直接驱动车身相对车架转动，车身侧倾过程中车轮不侧倾，适应通用的轿车轮胎，但车身侧倾运动控制复杂，导致车辆行驶过程中的操纵稳定性、平顺性及安全可靠性较差；后者车身和车轮联动侧倾方式，由致动器驱动侧倾机构通过悬架运动实现车辆侧倾，车身侧倾、车辆转向和车轮悬架运动相互影响，车轮轮胎需要选用断面为弧形曲线轮胎，但车辆行驶稳定性、平顺性和安全性较好，适宜于高端车辆；主动侧倾正三轮车采用车身和车轮联动侧倾方式，由双后轮控制车辆侧倾，单前轮中置、自适应侧倾，由于侧倾轴线在单轮中位面内，其侧倾驱动、控制功耗小，但是三轮车地面附着力小、车辆动力性能差，限制了主动侧倾正三轮车辆应用，针对前轮转向、后轮驱动正三轮特征的主动侧倾车辆，进一步探索三轮车全轮驱动、提高车辆动力性能和车辆承载能力具有理论意义和实用价值。


技术实现要素：

4.本发明目的是要提供一种全轮驱动主动侧倾正三轮底盘，采用车身和双后轮联动方式控制车辆侧倾，单个前轮转向、自适应侧倾，以便减小侧倾控制功耗；通过前轮实时对地面仿形、增大前轮地面附着力，采用全轮驱动，提高车辆动力性能。
5.为了达到本发明目的所采取的技术方案包括：全轮驱动主动侧倾正三轮底盘由前轮转向仿形机构和后轮侧倾控制机构组成；
6.前轮转向仿形机构包括：车身(10)、下摇杆(14)、转向主轴(13)、上摇杆(15)依次顺序转动连接，各转动连接点处转动轴线均垂直于车身中垂面，下摇杆(14)与上摇杆(15)在车身中垂面内投影平行、并且相等，形成具有同一相对运动平面的平行四边形闭式运动链mnqp，单个前减震器(16)一端与车身(10)转动连接、另一端与上摇杆(15)转动连接，两转动连接点处转动轴线均垂直于车身中垂面，转向节(12)与转向主轴(13)转动连接、转动轴线l位于车身中垂面内，在车身中垂面内l与车身横垂面形成倾角δ，前轮(11)与转向节(12)转动连接、转动轴线与l垂直交错，两垂直交错轴线距离c，垂直于前轮(11)轴线的前轮中位面过l，前减震器(16)处于受压状态工作，平行四边形闭式运动链mnqp变化实现前轮对地面仿形运动，前轮(11)与转向节(12)共同绕l转动实现前轮转向运动；定位杆(18)连接点呈三
角形分布，定位杆(18)与车身(10)转动连接、转动轴线平行于l，延时器(17)一端f与定位杆(18)球铰链连接、另一端g与转向节(12)上一点球铰链连接，转向器(20)固定于车身(10)上，连杆(19)一端与转向器(20)输出轴球铰链连接、另一端与定位杆(18)上一点球铰链连接；设置约束条件为：垂直于前轮(11)轴线的前轮中位面与车身中垂面重合、转向角θ＝0时，延时器(17)两端球铰链的球心f、g连线在车身中垂面投影与下摇杆(14)在车身中垂面投影mn平行、并且相等，实现前轮(11)在车身中垂面内对地面仿形运动与绕l转向运动独立，形成前轮转向仿形机构；
7.其中：前轮半径为r时、拖距b＝(r-c/sinδ)tanδ，前轮绕其轴线相对转向节自转、以适应车辆行驶速度v，前轮与转向节一起相对转向主轴绕l公转实现前轮转向，前轮、转向节和转向主轴共同在车身中垂面内运动实现前轮对地面仿形；由转向器输入轴输入转向控制角经转向器减速、通过连杆传递，定位杆获得转向驱动角延时器延时δt后，通过转向节传动、前轮获得转向角实现车辆转向；车辆行驶过程中，由约束条件保障前轮对地面实时仿形运动与转向运动互不干涉，由独立悬架联接前轮，前轮实时对地面仿形，增大前轮地面附着力，以便在单个前轮转向、侧倾条件下实施前轮驱动。
8.后轮侧倾控制机构包括：摆臂(21)一端a与车身(10)转动连接、另一端b联接后轮(22)，后轮(22)在联接点b相对摆臂(21)转动，t形轴(23)为双转动副正交、一体传动轴，t形轴(23)的单出轴和双出轴转动副轴线垂直相交，t形轴(23)的单出轴转动副连接摆臂(21)、双出轴转动副连接后减震器(24)一端，后减震器(24)相对摆臂(21)的运动为双自由度正交转动，摆臂(21)上三个转动连接点处转动轴线均垂直于车身中垂面，形成一组后轮定位机构；两组几何参数、性能参数相同的后轮定位机构依据给定的后轮轮距d以车身中垂面左右对称布置、共用同一车身(10)，在车身横垂面内平衡杆(25)连接点呈等腰三角形倒置，平衡杆(25)上等腰三角形顶点o与车身(10)转动连接，转动轴线垂直于车身横垂面、且位于车身中垂面内，平衡杆(25)上等腰三角形底边两端点d、e分别与左、右侧后轮定位机构中后减震器(24)的另一端球铰链连接，形成后轮侧倾控制机构；
9.其中：在车身横垂面内平衡杆(25)相对车身(10)转角α为侧倾致动角，车身水平面相对地面夹角β为车身侧倾角，当侧倾致动角α＝0时，后轮侧倾控制机构关于车身中垂面对称，两后轮共轴线，车身侧倾角β＝0，车辆直立行驶；当侧倾致动角α≠0时，两后轮轴线平行、相对车身反向运动、沿车身竖直方向移动距离h，车身侧倾角β、tanβ＝h/d，获得车身侧倾角β与侧倾致动角α关系的侧倾函数β＝f(α)，车辆侧倾行驶，车辆行驶过程中，两后减震器(24)处于受压状态工作，后轮侧倾控制机构通过控制侧倾致动角α实现车身侧倾运动主动控制。
10.由一组前轮转向仿形机构和一组后轮侧倾控制机构在同一车身上按照给定的轴距z前后布置、共用同一车身中垂面，后轮侧倾控制机构控制车身侧倾，前轮转向仿形机构实现前轮转向和对地仿形、前轮自适应侧倾，前轮和双后轮共同驱动车辆行驶，形成全轮驱动主动侧倾正三轮底盘；前轮独立悬架，实时对地面仿形，增大前轮地面附着力，具备采用全轮驱动条件，采用单前轮转向、全轮驱动、全轮侧倾，减小了侧倾驱动、控制功耗，提高了主动侧倾正三轮车辆的地面附着力和机动性。
11.全轮驱动主动侧倾正三轮底盘中：设车辆轴距z、质量m、重力加速度g，由转向器输入轴输入转向控制角经转向器减速、通过连杆传递，定位杆获得转向驱动角延时器
延时δt后，通过转向节传动、前轮获得转向角同时，安装在转向器输入轴的角度传感器读入转向控制角速度传感器读入车辆瞬时行驶速度v，由车载计算机计算转弯半径r＝z/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)解出侧倾致动角α，传输至控制器、通过致动器驱动后轮侧倾控制机构获得车身侧倾角β，实现车辆转向与车身侧倾运动同步。
12.前轮转向仿形机构中：前轮转向仿形机构的平行四边形闭式运动链mnqp相对转向主轴(13)和转向节(12)前置，其效果是车身中垂面内前轮后置对地仿形，各构件联接方式不变，前轮的转向、仿形参数和性能相同，形成后置式前轮转向仿形机构；前轮独立悬架位于前轮上方，车辆重心前移利于前轮驱动，同时利用前轮上方空间，扩大了驾驶室内部空间。
13.全轮驱动主动侧倾正三轮底盘中：前轮随动，由一组前轮转向仿形机构和一组后轮侧倾控制机构在同一车身上按照给定的轴距z前后布置、共用同一车身中垂面，后轮侧倾控制机构控制车身侧倾，前轮转向仿形机构实现前轮转向和对地仿形、前轮自适应侧倾，前轮绕其轴线相对转向节自由转动，双后轮驱动车辆行驶，形成双后轮驱动主动侧倾正三轮车辆；前轮转向、双后轮驱动，全轮侧倾，减小了侧倾控制功耗，前轮实时对地面仿形、增大前轮地面附着力，提高了主动侧倾正三轮车辆的地面附着力和机动性。同时，单前轮独立悬架可以抑制刹车点头，提高主动侧倾正三轮车辆的舒适性。
14.本发明的有益效果在于，所提出的一种全轮驱动主动侧倾正三轮底盘，采用车身和双后轮联动方式控制车辆侧倾，单个前轮转向、自适应侧倾，前轮独立对地面仿形，全轮驱动，形成具备正三轮特征的全轮驱动主动侧倾车辆，保留了单轮自适应侧倾特征，以便减小侧倾控制功耗，设置前轮独立悬架联接、实现全轮驱动，提高了车辆的地面附着力、改善车辆动力性能，相应地提升了车辆地面适应能力。
附图说明
15.图1为车身中垂面内前轮对地仿形运动原理图；
16.图2为前轮转向仿形机构组成原理图；
17.图3为前轮转向仿形机构三维原理图；
18.图4为后轮定位机构简图；
19.图5为后轮侧倾控制机构组成原理图；
20.图6为后轮侧倾控制机构三维原理图；
21.图7为车身中垂面内前轮后置对地仿形原理图；
22.图8为全轮驱动主动侧倾正三轮底盘组成原理图；
23.图9为全轮驱动主动侧倾正三轮底盘三维原理图；
24.图10为t形轴三维原理图；
25.图中：10
‑‑
车身，11
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前轮，12
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转向节，13
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转向主轴，14
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下摇杆，15
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上摇杆，16
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前减震器，17
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延时器，18
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定位杆，19
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连杆，20
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转向器，21
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摆臂，22
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后轮，23
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t形轴，24
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后减震器，25
‑‑
平衡杆。
具体实施方式
26.下面根据附图对本发明的实施例进行描述：
27.全轮驱动主动侧倾正三轮底盘由前轮转向仿形机构和后轮侧倾控制机构组成(如图9所示)；
28.图2所示的前轮转向仿形机构组成原理图，前轮转向仿形机构包括：车身(10)、前轮(11)、转向节(12)、转向主轴(13)、下摇杆(14)、上摇杆(15)、前减震器(16)、延时器(17)、定位杆(18)、连杆(19)、转向器(20)，车身(10)、下摇杆(14)、转向主轴(13)、上摇杆(15)依次顺序转动连接，各转动连接点处转动轴线均垂直于车身中垂面，下摇杆(14)与上摇杆(15)在车身中垂面内投影平行、并且相等，形成具有同一相对运动平面的平行四边形闭式运动链mnqp，单个前减震器(16)一端与车身(10)转动连接、另一端与上摇杆(15)转动连接，两转动连接点处转动轴线均垂直于车身中垂面，转向节(12)与转向主轴(13)转动连接、转动轴线l位于车身中垂面内，在车身中垂面内l与车身横垂面形成倾角δ，前轮(11)与转向节(12)转动连接、转动轴线与l垂直交错，两垂直交错轴线距离c，垂直于前轮(11)轴线的前轮中位面过l，前减震器(16)处于受压状态工作，平行四边形闭式运动链mnqp变化实现前轮对地面仿形运动，前轮(11)与转向节(12)共同绕l转动实现前轮转向运动(如图1所示)；定位杆(18)连接点呈直角三角形分布，定位杆(18)的直角顶点与车身(10)转动连接、转动轴线平行于l，延时器(17)一端f与定位杆(18)球铰链连接、另一端g与转向节(12)上一点球铰链连接，转向器(20)固定于车身(10)上，连杆(19)一端与转向器(20)输出轴球铰链连接、另一端与定位杆(18)上一点球铰链连接；设置约束条件为：垂直于前轮(11)轴线的前轮中位面与车身中垂面重合、转向角θ＝0时，延时器(17)两端球铰链的球心f、g连线在车身中垂面投影与下摇杆(14)在车身中垂面投影mn平行、并且相等，实现前轮(11)在车身中垂面内对地面仿形运动与绕l转向运动独立，形成前轮转向仿形机构；
29.图3所示的前轮转向仿形机构三维原理图，其中：前轮半径为r时、拖距b＝(r-c/sinδ)tanδ，前轮绕其轴线相对转向节自转、以适应车辆行驶速度v，前轮与转向节一起相对转向主轴绕转向轴线l公转、实现前轮转向，前轮、转向节和转向主轴共同在车身中垂面内平动实现前轮对地面仿形；由转向器输入轴输入转向控制角经转向器减速、通过连杆传递，定位杆获得转向驱动角延时器延时δt后，通过转向节传动、前轮获得转向角实现车辆转向；车辆行驶过程中，由约束条件保障前轮对地面实时仿形运动与转向运动互不干涉，由独立悬架联接前轮，前轮实时对地面仿形，增大前轮地面附着力，以便在单个前轮转向、侧倾条件下实施前轮驱动。取倾角δ＝20～30
°
，拖距b＝-50～-120mm，以保障车辆的转向回正和直线行驶稳定性，选择前轮半径r后，可以求解c值。
30.图5所示的后轮侧倾控制机构组成原理图，后轮侧倾控制机构包括：车身(10)、摆臂(21)、后轮(22)、t形轴(23)、后减震器(24)、平衡杆(25)，摆臂(21)一端a与车身(10)转动连接、另一端b联接后轮(22)，后轮(22)在联接点b相对摆臂(21)转动，t形轴(23)为双转动副正交、一体传动轴，t形轴(23)的单出轴和双出轴转动副轴线垂直相交，t形轴(23)的单出轴转动副连接摆臂(21)、双出轴转动副连接后减震器(24)一端，后减震器(24)相对摆臂(21)的运动为双自由度正交转动，摆臂(21)上三个转动连接点处转动轴线均垂直于车身中垂面，形成一组后轮定位机构(如图4所示)；两组几何参数、性能参数相同的后轮定位机构依据给定的后轮轮距d以车身中垂面左右对称布置、共用同一车身(10)，在车身横垂面内平
衡杆(25)连接点呈等腰三角形倒置，平衡杆(25)上等腰三角形顶点o与车身(10)转动连接，转动轴线垂直于车身横垂面、且位于车身中垂面内，平衡杆(25)上等腰三角形底边两端点d、e分别与左、右侧后轮定位机构中后减震器(24)的另一端球铰链连接，形成后轮侧倾控制机构；
31.图6所示的后轮侧倾控制机构三维原理图，其中：在车身横垂面内平衡杆(25)相对车身(10)转角α为侧倾致动角，车身水平面相对地面夹角β为车身侧倾角，当侧倾致动角α＝0时，后轮侧倾控制机构关于车身中垂面对称，两后轮共轴线，车身侧倾角β＝0，车辆直立行驶(如图5所示)；当侧倾致动角α≠0时，两后轮轴线平行、相对车身反向运动、沿车身竖直方向移动距离h，车身侧倾角β、tanβ＝h/d，获得车身侧倾角β与侧倾致动角α关系的侧倾函数β＝f(α)，车辆侧倾行驶，车辆行驶过程中，两后减震器(24)处于受压状态工作，后轮侧倾控制机构通过控制侧倾致动角α实现车身侧倾运动主动控制。
32.图8所示的全轮驱动主动侧倾正三轮底盘组成原理图，由一组前轮转向仿形机构和一组后轮侧倾控制机构在同一车身上按照给定的轴距z前后布置、共用同一车身中垂面，后轮侧倾控制机构控制车身侧倾，前轮转向仿形机构实现前轮转向和对地仿形、前轮自适应侧倾，前轮和双后轮共同驱动车辆行驶，形成全轮驱动主动侧倾正三轮底盘；前轮独立悬架，实时对地面仿形，增大前轮地面附着力，具备采用全轮驱动条件，前轮轮毂电机驱动，双后轮由中置电机通过差速器、经链条或者齿形带驱动，实现主动侧倾正三轮车全轮驱动，以提高车辆动力性能；采用单前轮转向、全轮驱动、全轮侧倾，减小了侧倾驱动、控制功耗，提高了主动侧倾正三轮车辆的地面附着力和机动性。
33.图9所示的全轮驱动主动侧倾正三轮底盘三维原理图，全轮驱动主动侧倾正三轮底盘中：设车辆轴距z、质量m、重力加速度g，由转向器输入轴输入转向控制角经转向器减速、通过连杆传递，定位杆获得转向驱动角延时器延时δt后，通过转向节传动、前轮获得转向角同时，安装在转向器输入轴的角度传感器读入转向控制角速度传感器读入车辆瞬时行驶速度v，由车载计算机计算转弯半径r＝z/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＝(α)解出侧倾致动角α，传输至控制器、通过致动器驱动后轮侧倾控制机构获得车身侧倾角β，实现车辆转向与车身侧倾运动同步。
34.图8、9所示的全轮驱动主动侧倾正三轮底盘中：转向器(20)选用齿轮齿条式转向器、或者循环球式转向器、或者蜗杆曲柄销式转向器；延时器(17)选用位移式机械缓冲器、或者位移式机械延时器；球铰链选用杆端关节轴承gb/t 9161-2001、或者选用向心关节轴承gb/t 9163-2001，延时器(17)上两端所选用的杆端关节轴承、或者向心关节轴承内孔轴线垂直交错使用，以便获得更大的前轮转向角，前、后轮轮胎选用断面为圆弧形的摩托车轮胎gb 518-2007。
35.图10所示的t形轴三维原理图，后轮侧倾控制机构中：t形轴为双转动副正交、一体传动轴，t形轴的单出轴转动副轴线j和双出轴转动副轴线i垂直相交；图10(a)所示t形轴的单出轴转动副连接摆臂、t形轴与摆臂绕j转动，t形轴的双出轴转动副连接后减震器、t形轴与后减震器绕i转动，适应接头为双吊耳的通用减震器，由t形轴所连接的后减震器相对摆臂实现双自由度正交转动运动；图10(b)所示t形轴的单出轴转动副连接摆臂、t形轴与摆臂绕j转动，t形轴的双出轴转动副连接后减震器、t形轴与后减震器绕i转动，适应接头为单吊
耳的通用减震器，由t形轴所连接的后减震器相对摆臂实现双自由度正交转动运动。
36.图7所示的车身中垂面内前轮后置对地仿形原理图，前轮转向仿形机构中，由图1所示的车身中垂面内前轮对地仿形运动原理图中，前轮转向仿形机构的平行四边形闭式运动链mnqp相对转向主轴(13)和转向节(12)前置，其效果是车身中垂面内前轮后置对地仿形，各构件联接方式不变，前轮的转向、仿形参数和性能相同，形成另一种前轮转向仿形机构，称为后置式前轮转向仿形机构；其优势在于：前轮独立悬架位于前轮上方，车辆重心前移利于前轮驱动，同时利用前轮上方空间，扩大了驾驶室内部空间。
37.图9所示的全轮驱动主动侧倾正三轮底盘中：前轮随动，由一组前轮转向仿形机构和一组后轮侧倾控制机构在同一车身上按照给定的轴距z前后布置、共用同一车身中垂面，后轮侧倾控制机构控制车身侧倾，前轮转向仿形机构实现前轮转向和对地仿形、前轮自适应侧倾，前轮绕其轴线相对转向节自由转动，双后轮驱动车辆行驶，形成双后轮驱动主动侧倾正三轮车辆；前轮转向、双后轮轮毂电机驱动，全轮侧倾，减小了侧倾控制功耗，前轮实时对地面仿形、增大前轮地面附着力，提高了主动侧倾正三轮车辆的安全性。同时，单前轮独立悬架可以抑制刹车点头，提高主动侧倾正三轮车辆的舒适性。
38.所提出的一种全轮驱动主动侧倾正三轮底盘，采用车身和双后轮联动方式控制车辆侧倾，单个前轮转向、自适应侧倾，前轮独立对地面仿形，全轮驱动，形成具备正三轮特征的全轮驱动主动侧倾底盘，保留了单轮自适应侧倾特征，以便减小侧倾控制功耗，设置前轮独立悬架联接、实现全轮驱动，提高了车辆的地面附着力、改善车辆动力性能，相应地提升了车辆地面适应能力。