车辆侧倾驱动装置及应用该装置的主动侧倾三轮车的制作方法

1.本发明涉及一种车辆侧倾驱动装置及应用该装置的主动侧倾三轮车，属于车辆底盘技术领域，特别涉及主动侧倾车辆的侧倾驱动控制技术范畴。


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，对于小轮距、窄体车辆，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.主动侧倾车辆在弯道行驶过程中，如果进一步提高行驶速度，所产生的离心力增大，车辆稳定行驶所需较大的侧倾角，主动侧倾车辆通过悬架侧倾系统，使两车轮相对车身快速、大位移量运动，实现车辆正时、大角度侧倾，需要侧倾运动快速响应；对于小轮距、窄体车辆为对象的主动侧倾车辆，万向节无法实现差速器两个半轴至驱动轮之间的运动和动力传输，因此主动侧倾车辆配置两个轮毂电机驱动为最经济和实用版本，而轮毂电机的质量和转动惯量较大，导致簧下质量变大；主动侧倾车辆通过作动杆串联双减震器驱动车辆侧倾运动时，一侧减震器继续压缩、另一侧减震器释放，造成车辆侧倾角响应滞后，影响了车辆侧倾运动的响应速度；为了抑制由于悬架弹簧阻尼系统造成的侧倾角响应滞后，减小侧倾运动传动系统非线性，提高车辆侧倾响应速度，研究主动侧倾车辆的侧倾驱动、控制系统，提高车辆安全性和舒适性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车辆侧倾驱动装置，在作动杆串联双减震器驱动车辆侧倾运动基础上并联一个扭杆弹簧，由作动杆串联双减震器与扭杆弹簧串联双连杆共同驱动车辆侧倾，以抑制由于减震器的弹簧阻尼系统造成的侧倾角响应滞后，减小侧倾运动传动系统非线性，提高车辆侧倾响应速度。
5.为了达到本发明目的所采取的技术方案包括：
6.车辆侧倾驱动装置包括：下摆杆(20)一端与车身(10)转动连接、另一端联接车轮(23)，车轮(23)在联接点相对下摆杆(20)转动，上摆杆(22)一端与车身(10)转动连接，减震器(21)一端与上摆杆(22)转动连接、另一端与下摆杆(20)转动连接，车身(10)与下摆杆(20)的转动连接点和车身(10)与上摆杆(22)的转动连接点分别置于减震器前、后两侧，各转动连接点处转动轴线均垂直于车身中垂面，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依据给定的轮距以车身中垂面左右对称布置、共用同一车身(10)，在车身横垂面内作动杆(24)中点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，作动杆(24)两端由球铰链各自连接一个拉杆(25)，两等长拉杆(25)另一端分别与左、右侧车轮定位机构中上摆杆(22)球铰链连接，两连接点e、f关于车身中垂面对称；
7.扭杆弹簧并联方法：扭杆弹簧(26)绕其扭转轴线n与作动杆(24)转动连接，扭转轴线n与作动杆(24)相对车身(10)转动轴线垂直、且与作动杆(24)两端点连线平行，扭杆弹簧(26)两端点c、d关于车身中垂面对称、两端点由球铰链各自连接一个连杆(27)，两等长连杆(27)另一端分别与左、右侧车轮定位机构中下摆杆(20)球铰链连接、两连接点g、h关于车身中垂面对称，侧倾电机(28)通过减速器(29)驱动作动杆(24)转动，由作动杆串联双减震器与扭杆弹簧串联双连杆共同驱动车辆侧倾运动，形成车辆侧倾驱动装置。
8.其中：在车身横垂面内，作动杆(24)相对车身(10)转角α为侧倾致动角，车身相对地面夹角β为车辆侧倾角，当侧倾致动角α＝0时，车辆侧倾驱动装置关于车身中垂面对称，车辆侧倾角β＝0，车辆直立行驶；当侧倾致动角α≠0时，作动杆串联双减震器驱动车辆侧倾，车辆侧倾运动过程中，一侧减震器继续压缩、另一侧减震器释放，可以导致车辆侧倾角响应滞后；
9.双路驱动车辆侧倾运动控制方式：扭杆弹簧相对作动杆(24)绕扭转轴线n自转，扭杆弹簧随着作动杆(24)公转、转角等于α，扭杆弹簧串联双连杆驱动车辆侧倾，由作动杆串联双减震器与扭杆弹簧串联双连杆共同驱动车辆侧倾运动，以扭杆弹簧绕扭转轴线n的扭转变形抑制由于减震器的弹簧阻尼系统造成的侧倾角响应滞后，达到减小侧倾运动传动系统非线性、提高车辆侧倾响应速度，同时提高了车辆侧向稳定性；扭杆弹簧相对作动杆(24)绕扭转轴线n自转、避免双路驱动的运动干涉，当α≠0时，获得车辆侧倾角β与侧倾致动角α关系的侧倾函数β＝f(α)，车辆侧倾行驶，车辆侧倾驱动装置通过控制侧倾致动角α实现车辆侧倾运动主动控制，提高了主动侧倾车辆安全性和舒适性。
10.上述的车辆侧倾驱动装置中，车身(10)与下摆杆(20)的转动连接点和车身(10)与上摆杆(22)的转动连接点分别置于减震器前、后两侧，为了改变车辆侧倾运动过程中减震器的运动和受力特性，将车身(10)与下摆杆(20)和上摆杆(22)的转动连接点置于减震器同侧，其它结构、组成不变，扭杆弹簧并联方法相同，由作动杆串联双减震器与扭杆弹簧串联双连杆共同驱动车辆侧倾运动，形成另一种车辆侧倾驱动装置。
11.上述的车辆侧倾驱动装置中，扭杆弹簧的扭转刚度大小影响车辆侧倾系统响应速度，扭杆弹簧扭转刚度越大，侧倾运动传动系统非线性越弱，侧倾响应速度越快，车辆弯道通行速度越高；扭杆弹簧扭转刚度越小，侧倾运动传动系统非线性变强，侧倾响应速度变慢，独立悬架地面仿形能力变好。
12.上述的车辆侧倾驱动装置中，侧倾电机选用直流伺服电动机，减速器选用rv减速器、或者行星齿轮减速器。
13.主动侧倾三轮车包括：由一组车辆侧倾驱动装置后置，在同一车身上按照给定的轴距一组前轮转向仿形机构前置、共用同一车身中垂面，前轮转向，双后轮驱动，车辆侧倾驱动装置驱动、控制车辆侧倾运动，前轮转向仿形机构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车辆，具备车辆安全性、舒适性好特点。
14.上述的前轮转向仿形机构包括：转向主轴(11)为上部圆柱体、下部双叉臂的组合体，转向主轴(11)的圆柱体与车身(10)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与车身横垂面形成后倾角δ，转向节(12)为u形臂，转向节(12)的u形臂开口端与前轮(14)转动连接，转向节(12)的u形臂底部与转向主轴(11)的双叉臂末端转动连接，转向节(12)的u形臂中部分别与两个前减震器(13)转动连接，两个前减震器(13)的另一端分别与
转向主轴(11)的双叉臂转动连接，各转动连接点处转动轴线相互平行、且均与l垂直交错，前轮(14)转动轴线与l垂直交错、两垂直交错轴线距离e，垂直于前轮(14)转动轴线的前轮中位面过l，两个前减震器(13)处于受压状态工作，形成前轮转向仿形机构；
15.其中：前轮半径为r时、拖距s＝(r-e/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、转向节、前减震器与转向主轴一起相对车身绕l转动实现前轮转向，前轮和转向节相对转向主轴转动实现前轮对地面仿形；车辆行驶过程中，单个前轮转向、侧倾条件下实现对地面仿形运动。
16.本发明的有益效果在于，所提出的一种车辆侧倾驱动装置及应用该装置的主动侧倾三轮车，通过作动杆串联双减震器与扭杆弹簧串联双连杆共同驱动车辆侧倾，以抑制由于减震器的弹簧阻尼系统造成的侧倾角响应滞后，减小侧倾运动传动系统非线性，提高车辆侧倾响应速度，改善主动侧倾车辆的安全和舒适性能。
附图说明
17.图1为作动杆串联双减震器驱动车辆侧倾运动原理图；
18.图2为扭杆弹簧串联双连杆驱动车辆侧倾运动原理图；
19.图3为车辆侧倾驱动装置三维原理图；
20.图4为另一种车辆侧倾驱动装置简图；
21.图5为车辆侧倾驱动装置侧倾运动原理图；
22.图6为前轮转向仿形机构简图；
23.图7为前轮转向仿形机构组成原理图；
24.图8为前轮转向仿形机构三维原理图；
25.图9为主动侧倾三轮车组成原理图；
26.图10为主动侧倾三轮车三维原理图；
27.图中：10
‑‑
车身，11
‑‑
转向主轴，12
‑‑
转向节，13
‑‑
前减震器，14
‑‑
前轮，20
‑‑
下摆杆，21
‑‑
减震器，22
‑‑
上摆杆，23
‑‑
车轮，24
‑‑
作动杆，25
‑‑
拉杆，26
‑‑
扭杆弹簧，27
‑‑
连杆，28
‑‑
侧倾电机，29
‑‑
减速器。
具体实施方式
28.下面根据附图对本发明的实施例进行描述：
29.图1所示的作动杆串联双减震器驱动车辆侧倾运动原理图，车辆侧倾驱动装置包括：下摆杆(20)一端与车身(10)转动连接、另一端联接车轮(23)，车轮(23)在联接点相对下摆杆(20)转动，上摆杆(22)一端与车身(10)转动连接，减震器(21)一端与上摆杆(22)转动连接、另一端与下摆杆(20)转动连接，车身(10)与下摆杆(20)的转动连接点和车身(10)与上摆杆(22)的转动连接点分别置于减震器前、后两侧，各转动连接点处转动轴线均垂直于车身中垂面，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依据给定的轮距以车身中垂面左右对称布置、共用同一车身(10)，在车身横垂面内作动杆(24)中点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，作动杆(24)两端由球铰链各自连接一个拉杆(25)，两等长拉杆(25)另一端分别与左、右侧车轮定位机构中上摆杆(22)球铰链连接，两连接点e、f关于车身中垂面对称；
30.图2所示的扭杆弹簧串联双连杆驱动车辆侧倾运动原理图，扭杆弹簧并联方法为：扭杆弹簧(26)绕其扭转轴线n与作动杆(24)转动连接，扭转轴线n与作动杆(24)相对车身(10)转动轴线垂直相交、且与作动杆(24)两端点连线平行，扭杆弹簧(26)两端点c、d关于车身中垂面对称、两端点由球铰链各自连接一个连杆(27)，两等长连杆(27)另一端分别与左、右侧车轮定位机构中下摆杆(20)球铰链连接、两连接点g、h关于车身中垂面对称，侧倾电机(28)通过减速器(29)驱动作动杆(24)转动，由作动杆串联双减震器与扭杆弹簧串联双连杆共同驱动车辆侧倾运动，形成车辆侧倾驱动装置(如图3所示)。
31.其中：在车身横垂面内，作动杆(24)相对车身(10)转角α为侧倾致动角，车身相对地面夹角β为车辆侧倾角，当侧倾致动角α＝0时、如图3所示，车辆侧倾驱动装置关于车身中垂面对称，车辆侧倾角β＝0，车辆直立行驶；当侧倾致动角α≠0时，作动杆串联双减震器驱动车辆侧倾，车辆侧倾运动过程中，一侧减震器继续压缩、另一侧减震器释放，可以导致车辆侧倾角响应滞后；
32.图5所示的车辆侧倾驱动装置侧倾运动原理图，双路驱动车辆侧倾运动控制方式：扭杆弹簧相对作动杆(24)绕扭转轴线n自转，扭杆弹簧随着作动杆(24)公转、转角等于α，扭杆弹簧串联双连杆驱动车辆侧倾，由作动杆串联双减震器与扭杆弹簧串联双连杆共同驱动车辆侧倾运动，以扭杆弹簧绕扭转轴线n的扭转变形抑制由于减震器的弹簧阻尼系统造成的侧倾角响应滞后，达到减小侧倾运动传动系统非线性、提高车辆侧倾响应速度，同时提高了车辆侧向稳定性；扭杆弹簧相对作动杆(24)绕扭转轴线n自转、避免双路驱动的运动干涉，当α≠0时，获得车辆侧倾角β与侧倾致动角α关系的侧倾函数β＝f(α)，车辆侧倾行驶，车辆侧倾驱动装置通过控制侧倾致动角α实现车辆侧倾运动主动控制，提高了主动侧倾车辆安全性和舒适性。图5中：α＝50.18
°
时，β＝17
°
。
33.图4所示的另一种车辆侧倾驱动装置简图，对于图3所示的车辆侧倾驱动装置中，车身(10)与下摆杆(20)的转动连接点和车身(10)与上摆杆(22)的转动连接点分别置于减震器前、后两侧，为了改变车辆侧倾运动过程中减震器的运动和受力特性，将车身(10)与下摆杆(20)和上摆杆(22)的转动连接点置于减震器前方同侧，其它结构、组成不变，扭杆弹簧并联方法相同，由作动杆串联双减震器与扭杆弹簧串联双连杆共同驱动车辆侧倾运动，形成另一种车辆侧倾驱动装置。图4中：选取车身、下摆杆、减震器、上摆杆的四个相对转动连接点在车身中垂面投影形成平行四边形时，车辆侧倾运动过程中减震器平动，减震器受力方向不变、受力大小变化均匀，有利于进一步减小侧倾运动传动系统非线性、提高车辆侧倾响应速度。
34.对于图3、4所示的车辆侧倾驱动装置中，侧倾电机选用直流伺服电动机，减速器选用rv减速器、或者行星齿轮减速器；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，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，以便获得更大的车辆侧倾角。
35.对于图3、4所示的车辆侧倾驱动装置中，扭杆弹簧的扭转刚度大小影响车辆侧倾系统响应速度，扭杆弹簧扭转刚度越大，侧倾运动传动系统非线性越弱，侧倾响应速度越快，车辆弯道通行速度越高；扭杆弹簧扭转刚度越小，侧倾运动传动系统非线性变强，侧倾响应速度变慢，独立悬架地面仿形能力变好。
36.图6所示的前轮转向仿形机构简图，前轮转向仿形机构包括：转向主轴(11)为上部
圆柱体、下部双叉臂的组合体，转向主轴(11)的圆柱体与车身(10)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与车身横垂面形成后倾角δ，转向节(12)为u形臂，转向节(12)的u形臂开口端与前轮(14)转动连接，转向节(12)的u形臂底部与转向主轴(11)的双叉臂末端转动连接，转向节(12)的u形臂中部分别与两个前减震器(13)转动连接，两个前减震器(13)的另一端分别与转向主轴(11)的双叉臂转动连接，各转动连接点处转动轴线相互平行、且均与l垂直交错，前轮(14)转动轴线与l垂直交错、两垂直交错轴线距离e，垂直于前轮(14)转动轴线的前轮中位面过l，两个前减震器(13)处于受压状态工作，形成前轮转向仿形机构(如图8所示)；
37.其中：前轮半径为r时、拖距s＝(r-e/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、转向节、前减震器与转向主轴一起相对车身绕转向轴线l转动实现前轮转向，前轮和转向节相对转向主轴转动实现前轮对地面仿形；车辆行驶过程中，单个前轮转向、侧倾条件下实现对地面仿形运动(如图7所示)。取后倾角δ＝20～30
°
，拖距s＝-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e值。
38.图9所示的主动侧倾三轮车组成原理图，主动侧倾三轮车包括：由一组车辆侧倾驱动装置后置，在同一车身上按照给定的轴距一组前轮转向仿形机构前置、共用同一车身中垂面，前轮转向，双后轮轮毂电机驱动，前、后轮轮胎选用断面为圆弧形的摩托车轮胎gb 518-2007，车辆侧倾驱动装置驱动、控制车辆侧倾运动，前轮转向仿形机构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三轮车，具备车辆安全性、舒适性好特点(如图10所示)。