CN110936783A - 车身侧倾联动机构及应用该机构的主动侧倾车辆 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种车身侧倾联动机构及应用该机构的主动侧倾车辆，属于车辆底盘技术领域，特别涉及车身侧倾驱动及控制技术范畴，由侧倾机构和转向机构组成车身侧倾联动机构，通过车身相对车架转动，以致动角α和转向角θ为控制参数，车身侧倾与车辆转向双自由度运动，实现了车身侧倾过程中车轮不侧倾，适应通用的轿车轮胎；车辆行驶过程中可以实现转向侧倾、独立侧倾或独立转向三种工况，应用于车辆转向时车身主动侧倾，以便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，保持稳定的行驶姿态。

Description

车身侧倾联动机构及应用该机构的主动侧倾车辆
技术领域
本发明涉及一种车身侧倾联动机构及应用该机构的主动侧倾车辆，属于车辆底盘技术领域，特别涉及车身侧倾驱动及控制技术范畴。
背景技术
主动侧倾控制***通过控制车辆在转弯时向转弯内侧倾斜程度，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，以保持小轮距车辆稳定的行驶姿态。
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，其中：车身和车轮联动侧倾方式，车身侧倾与车辆转向运动相互影响，车辆转弯时的操纵稳定性、平顺性和安全性较好，需要采用两轮独立转向或四轮独立转向，或者采用由侧倾机构和转向机构联动组成的车辆转向侧倾联动装置实现，但结构复杂、造价高，适宜于高端车辆；车身独立侧倾方式，车身相对车架运动，车身侧倾与车辆转向运动独立进行、互不干涉，车身侧倾过程中车轮不侧倾，可以采用任意的转向机构、以及适应通用的轿车轮胎，通常由致动器直接驱动车身相对车架转动实现车身侧倾，造成车辆转弯时的操纵稳定性、平顺性及安全可靠性较差；探索车身侧倾驱动方式，研究车身侧倾传动、控制方法，为降低主动侧倾车辆造价、提高车身独立侧倾车辆性能具有理论意义和实用价值。
发明内容
本发明目的是要提供一种车身侧倾联动机构及应用该机构的主动侧倾车辆，通过车身相对车架转动，实现车身侧倾过程中车轮不侧倾、适应通用的轿车轮胎，应用于车辆在过弯时或者驶过倾斜路面时车身主动倾斜一定角度来抵抗离心力或侧翻力，保持车辆稳定的行驶姿态。
为了达到本发明的目的所采取的技术方案包括：车身侧倾联动机构由侧倾机构和转向机构组成；
上述的侧倾机构包括：车身(1)、右下拉杆(2)、左下拉杆(3)、右转向节主轴(4)、左转向节主轴 (5)、右上拉杆(6)、左上拉杆(7)、右转向节(8)、左转向节(9)、右车轮(10)、左车轮(11)、右减震器(12)、左减震器(13)、平衡杆(14)、车架(15)、约束杆(16)，依次将车架(15)、右下拉杆(2)、右转向节主轴(4)、右上拉杆(6)顺序转动连接，连接点B、C、D、A处各相对转动轴线平行且垂直于车辆横垂面，形成同一相对运动平面的四边形ABCD，右转向节(8)与右转向节主轴(4)绕其轴线CD 转动连接，右转向节(8)联接右车轮(10)并控制其方向；依次将车架(15)、左下拉杆(3)、左转向节主轴(5)、左上拉杆(7)顺序转动连接，连接点F、G、H、E处各相对转动轴线平行且垂直于车辆横垂面，形成同一相对运动平面的四边形EFGH，左转向节(9)与左转向节主轴(5)绕其轴线GH转动连接，左转向节(9)联接左车轮(11)并控制其方向，车架(15)上连接点A、B分别与E、F关于车辆中央纵垂面对称；车身(1)与车架(15)转动连接、连接点W位于车身中垂面内，同时W位于车辆中央纵垂面内，平衡杆(14)中点与车身(1)转动连接、连接点U位于车身中垂面内，平衡杆(14)两端分别与右减震器(12)一端L和左减震器(13)一端J转动连接，右减震器(12)另一端与右上拉杆(6)的K点转动连接，左减震器(13)另一端与左上拉杆(7)的I点转动连接，连接点W、U、K、L、I、J处各相对转动轴线平行且垂直于车辆横垂面，右减震器(12)与左减震器(13)长度相等、性能相同，WU＝KL＝IJ、且WK＝WI＝UL＝UJ，约束杆(16)一端与车架(15)的X点转动连接、另一端与平衡杆(14)的Z点转动连接，WU＝XZ、且WX＝UZ，右下拉杆(2)与左下拉杆(3)长度相等，右转向节主轴(4)与左转向节主轴(5)长度相等，右上拉杆(6)与左上拉杆(7)长度相等，形成侧倾机构；
其中：车身(1)与车架(15)夹角为致动角α，车身中垂面与车辆中央纵垂面夹角为车身侧倾角β，由致动角α控制车身(1)侧倾姿态，当α＝0时：β＝0、车身不侧倾；当α≠0时：β≠0、车身侧倾，获得侧倾机构的车身侧倾角β与致动角α关系的侧倾函数β＝f(α)，车身侧倾过程中车轮不侧倾。
上述的转向机构包括：侧倾机构中的右转向节主轴(4)和右转向节(8)、侧倾机构中的左转向节主轴(5)和左转向节(9)、转向摆臂(17)、右转向臂(18)、左转向臂(19)、右连杆(20)、左连杆(21)，右转向节主轴(4)和右转向节(8)轴线交点M，右转向臂(18)与右转向节(8)成
Figure BSA0000196459620000021
角固连、共同绕轴线CD转动，左转向节主轴(5)和左转向节(9)轴线交点N，左转向臂(19)与左转向节(9)成同一
Figure BSA0000196459620000022
角固连、共同绕轴线GH转动；转向摆臂(17)一端与车架(15)的O点转动连接、转动轴线位于车辆中央纵垂面内且平行于车辆横垂面，右连杆(20)一端与右转向臂(18)末端S点球铰链连接、另一端与转向摆臂(17)的P点球铰链连接，左连杆(21)一端与左转向臂(19)末端T点球铰链连接、另一端与转向摆臂(17)的Q点球铰链连接，OP＝OQ，右转向臂(18)与左转向臂(19)长度相等，右连杆(20) 与左连杆(21)长度相等，形成转向机构；
其中：转向摆臂(17)与车架(15)夹角为转向角θ，由转向角θ控制左、右车轮方向，转向角θ＝0时，右转向臂(18)与车辆横垂面夹角等于左转向臂(19)与车辆横垂面夹角、均为
Figure BSA0000196459620000023
车辆直线行驶；转向角θ≠0时，外车轮偏转角θe和内车轮偏转角θi满足阿克曼转向条件，车辆转向行驶。
由侧倾机构和转向机构形成车身侧倾联动机构，车身侧倾过程中车架不侧倾、车轮不侧倾，侧倾机构与转向机构运动相互独立，以致动角α和转向角θ为控制参数，实现车身侧倾与车辆转向独立控制；由左、右转向节主轴内倾及后倾，以及左、右车轮外倾及前束，实现左、右车轮转向回正和直线行驶稳定性。
上述的车身侧倾联动机构中，车身侧倾中心W位于车辆中央纵垂面内，车身侧倾中心W距离地面高度取决于W与BF的相对位置，设W与BF之间距离h，h＝0时，W与BF重合；h＜0时，W位于BF之下侧；h＞0时，W位于BF之上侧；平衡杆(14)两端分别与右减震器(12)一端L和左减震器(13)一端J转动连接，当h较大时，右减震器(12)另一端与右上拉杆(6)的K点转动连接，左减震器(13) 另一端与左上拉杆(7)的I点转动连接，称为上拉式车身侧倾联动机构；当h较小时，右减震器(12)另一端与右下拉杆(2)的K点转动连接，左减震器(13)另一端与左下拉杆(3)的I点转动连接，称为下拉式车身侧倾联动机构；满足WU＝KL＝IJ、且WK＝WI＝UL＝UJ条件，则满足同一侧倾函数β＝f(α)、且车身侧倾过程中车轮不侧倾。
上述的车身侧倾联动机构中，平衡杆(14)上连接点L、U、J共线时，相对应连接点K、W、I理论上共线；平衡杆(14)上连接点L、U、J位于半径R0的圆周上时，相对应连接点K、W、I理论上位于半径R0的另一圆周上；满足WU＝KL＝IJ、且WK＝WI＝UL＝UJ条件，则满足同一侧倾函数β＝f(α)、且车身侧倾过程中车轮不侧倾。
上述的车身侧倾联动机构中，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。
上述的车身侧倾联动机构中，转向角θ是由转向器产生，转向器选用齿轮齿条转向器、或者蜗杆曲柄销式转向器、或者循环球式转向器；由转向角θ确定转向机构位置，对应外车轮偏转角θe、内车轮偏转角θi，满足阿克曼转向条件，获得车辆转弯半径R。
非转向车轮车身侧倾机构，由侧倾机构中：右转向节(8)与右转向节主轴(4)绕其轴线CD转动连接改为垂直固连、左转向节(9)与左转向节主轴(5)绕其轴线GH转动连接改为垂直固连形成，包括：车身(1)、右下拉杆(2)、左下拉杆(3)、右转向节主轴(4)、左转向节主轴(5)、右上拉杆(6)、左上拉杆(7)、右转向节(8)、左转向节(9)、右车轮(10)、左车轮(11)、右减震器(12)、左减震器(13)、平衡杆(14)、车架(15)、约束杆(16)，依次将车架(15)、右下拉杆(2)、右转向节主轴(4)、右上拉杆(6)顺序转动连接，连接点B、C、D、A处各相对转动轴线平行且垂直于车辆横垂面，形成同一相对运动平面的四边形ABCD，右转向节(8)与右转向节主轴(4)垂直固连，右转向节(8)联接右车轮(10)、右车轮转动轴线位于车辆横垂面内；依次将车架(15)、左下拉杆(3)、左转向节主轴(5)、左上拉杆(7) 顺序转动连接，连接点F、G、H、E处各相对转动轴线平行且垂直于车辆横垂面，形成同一相对运动平面的四边形EFGH，左转向节(9)与左转向节主轴(5)垂直固连，左转向节(9)联接左车轮(11)、左车轮转动轴线位于车辆横垂面内，车架(15)上连接点A、B分别与E、F关于车辆中央纵垂面对称；车身 (1)与车架(15)转动连接、连接点W位于车身中垂面内，同时W位于车辆中央纵垂面内，平衡杆(14)中点与车身(1)转动连接、连接点U位于车身中垂面内，平衡杆(14)两端分别与右减震器(12)一端 L和左减震器(13)一端J转动连接，右减震器(12)另一端与右上拉杆(6)的K点转动连接，左减震器(13)另一端与左上拉杆(7)的I点转动连接，连接点W、U、K、L、I、J处各相对转动轴线平行且垂直于车辆横垂面，右减震器(12)与左减震器(13)长度相等、性能相同，WU＝KL＝IJ、且WK＝WI＝UL＝UJ，约束杆(16)一端与车架(15)的X点转动连接、另一端与平衡杆(14)的Z点转动连接，WU＝XZ、且 WX＝UZ，右下拉杆(2)与左下拉杆(3)长度相等，右转向节主轴(4)与左转向节主轴(5)长度相等，右上拉杆(6)与左上拉杆(7)长度相等，形成非转向车轮车身侧倾机构；
其中：车身(1)与车架(15)夹角为致动角α，车身中垂面与车辆中央纵垂面夹角为车身侧倾角β，由致动角α控制车身(1)侧倾姿态，当α＝0时：β＝0、车身不侧倾；当α≠0时：β≠0、车身侧倾，获得非转向车轮车身侧倾机构的车身侧倾角β与致动角α关系的侧倾函数β＝f(α)，车身侧倾过程中车轮不侧倾。
上述的非转向车轮车身侧倾机构中，车身侧倾中心W位于车辆中央纵垂面内，车身侧倾中心W距离地面高度取决于W与BF的相对位置，设W与BF之间距离h，h＝0时，W与BF重合；h＜0时，W位于 BF之下侧；h＞0时，W位于BF之上侧；平衡杆(14)两端分别与右减震器(12)一端L和左减震器(13) 一端J转动连接，当h较大时，右减震器(12)另一端与右上拉杆(6)的K点转动连接，左减震器(13) 另一端与左上拉杆(7)的I点转动连接；当h较小时，右减震器(12)另一端与右下拉杆(2)的K点转动连接，左减震器(13)另一端与左下拉杆(3)的I点转动连接；满足WU＝KL＝IJ、且WK＝WI＝UL＝UJ 条件，则满足同一侧倾函数β＝f(α)、且车身侧倾过程中车轮不侧倾。
前轮转向主动侧倾四轮车辆包括：由一组车身侧倾联动机构和一组非转向车轮车身侧倾机构在同一车身上按照给定的轴距L0前后布置、共用同一车架、且拥有同一车辆中央纵垂面，双前轮转向，双后轮驱动，车身侧倾联动机构控制车身侧倾，非转向车轮车身侧倾机构中致动角α自适应变化，非转向车轮车身侧倾机构自适应侧倾，构成前轮转向主动侧倾四轮车辆；提高了车辆行驶稳定性及高速过弯性能，具备附着力大，地面适应性好特点。
前轮转向主动侧倾倒三轮车包括；由一组车身侧倾联动机构前置，在同一车身上按照给定的轴距L0单个车轮后置、共用同一车辆中央纵垂面，双前轮转向，后轮驱动，车身侧倾联动机构控制车身侧倾，单个后轮与车身一起侧倾，构成前轮转向主动侧倾倒三轮车；具备体积小，机动、灵活特点。
前轮转向主动侧倾正三轮车包括：由一组非转向车轮车身侧倾机构后置，在同一车身上按照给定的轴距L0单个车轮前置、共用同一车辆中央纵垂面，双后轮驱动，前轮转向，非转向车轮车身侧倾机构控制车身侧倾，单个前轮与车身一起侧倾，构成前轮转向主动侧倾正三轮车；具备承载能力大，转弯半径小，地面适应性好特点.
后轮转向主动侧倾倒三轮车包括：由一组非转向车轮车身侧倾机构前置，在同一车身上按照给定的轴距L0单个车轮后置、共用同一车辆中央纵垂面，双前轮驱动，后轮转向，非转向车轮车身侧倾机构控制车身侧倾，单个后轮与车身一起侧倾，构成后轮转向主动侧倾倒三轮车；具备爬坡能力大，体积小，机动、灵活特点。
上述的应用车身侧倾联动机构的主动侧倾车辆中，设左、右转向节主轴距离K0、车辆行驶速度v、重力加速度g，车身侧倾联动机构为双自由度运动***，车身侧倾与车辆转向可以独立进行、也可同时完成，因此，车辆行驶过程中可以实现转向侧倾、独立侧倾或独立转向三种运行模式：
①、车辆高速行驶转弯时，给出转向角θ，由转向器驱动转向机构获得外车轮偏转角θe、内车轮偏转角θi，满足阿克曼转向条件：cot(θe)-cot(θi)＝K0/L0，转弯半径R＝L0cot(θi)+K0/2，转弯时力平衡条件：mg×tanβ＝mv2/R，由tanβ＝v2/(g×R)解出车身侧倾角β，由侧倾函数β＝f(α)获得致动角α，由致动器产生致动角α驱动侧倾机构，实现车身侧倾、抵抗转弯离心力，以保持车辆高速行驶的稳定性；
②、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p，取车身侧倾角β＝-p，由侧倾函数β＝f(α)获得致动角α，由致动器产生致动角α驱动侧倾机构，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；
③、车辆低速行驶时，取α＝0、β＝0，在一定范围内θ可以任意取值，由转向器驱动转向机构获得相对应的外车轮偏转角θe、内车轮偏转角θi，满足阿克曼转向条件，实现低速行驶、转向不侧倾，以保持车辆行驶平顺性.
上述的应用非转向车轮车身侧倾机构的主动侧倾三轮车中，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＝L0/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)获得致动角α，由致动器产生致动角α驱动非转向车轮车身侧倾机构，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p，取车身侧倾角β＝-p，由侧倾函数β＝f(α)获得致动角α，由致动器产生致动角α驱动非转向车轮车身侧倾机构，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.
本发明的有益效果在于，所提出的一种车身侧倾联动机构及应用该机构的主动侧倾车辆，通过车身相对车架转动，实现了车辆转向与车身侧倾运动独立控制，且车身侧倾过程中车轮不侧倾，适应通用的轿车轮胎；应用于车辆转向时车身主动侧倾，以便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，保持稳定的行驶姿态。
附图说明
图1为侧倾机构简图；
图2为转向机构简图；
图3为车身侧倾联动机构组成原理图；
图4为下拉式车身侧倾联动机构组成原理图；
图5为上拉式车身侧倾联动机构组成原理图；
图6为非转向车轮车身侧倾机构简图；
图7为非转向车轮车身侧倾机构三维原理图；
图8为车身侧倾联动机构侧倾工作原理图；
图9为车身侧倾联动机构转向工作原理图；
图10为车身侧倾联动机构横坡侧倾行驶原理图；
图11为前轮转向主动侧倾四轮车辆组成原理图；
图12为前轮转向主动侧倾倒三轮车组成原理图；
图13为前轮转向主动侧倾正三轮车组成原理图；
图14为后轮转向主动侧倾倒三轮车组成原理图；
图中：1--车身，2--右下拉杆，3--左下拉杆，4--右转向节主轴，5--左转向节主轴，6--右上拉杆， 7--左上拉杆，8--右转向节，9--左转向节，10--右车轮，11--左车轮，12--右减震器，13--左减震器， 14--平衡杆，15--车架，16--约束杆，17--转向摆臂，18--右转向臂，19--左转向臂，20--右连杆，21-- 左连杆。
具体实施方式
下面根据附图对本发明的实施例进行描述；
车身侧倾联动机构由侧倾机构和转向机构组成(如图3所示)；
图1所示的侧倾机构简图，侧倾机构包括：车身(1)、右下拉杆(2)、左下拉杆(3)、右转向节主轴 (4)、左转向节主轴(5)、右上拉杆(6)、左上拉杆(7)、右转向节(8)、左转向节(9)、右车轮(10)、左车轮(11)、右减震器(12)、左减震器(13)、平衡杆(14)、车架(15)、约束杆(16)，依次将车架(15)、右下拉杆(2)、右转向节主轴(4)、右上拉杆(6)顺序转动连接，连接点B、C、D、A处各相对转动轴线平行且垂直于车辆横垂面，形成同一相对运动平面的四边形ABCD，右转向节(8)与右转向节主轴(4) 绕其轴线CD转动连接，右转向节(8)联接右车轮(10)并控制其方向；依次将车架(15)、左下拉杆(3)、左转向节主轴(5)、左上拉杆(7)顺序转动连接，连接点F、G、H、E处各相对转动轴线平行且垂直于车辆横垂面，形成同一相对运动平面的四边形EFGH，左转向节(9)与左转向节主轴(5)绕其轴线GH 转动连接，左转向节(9)联接左车轮(11)并控制其方向，车架(15)上连接点A、B分别与E、F关于车辆中央纵垂面对称；车身(1)与车架(15)转动连接、连接点W位于车身中垂面内，同时W位于车辆中央纵垂面内，平衡杆(14)中点与车身(1)转动连接、连接点U位于车身中垂面内，平衡杆(14)两端分别与右减震器(12)一端L和左减震器(13)一端J转动连接，右减震器(12)另一端与右上拉杆(6)的K点转动连接，左减震器(13)另一端与左上拉杆(7)的I点转动连接，连接点W、U、K、L、I、J处各相对转动轴线平行且垂直于车辆横垂面，右减震器(12)与左减震器(13)长度相等、性能相同， WU＝KL＝IJ、且WK＝WI＝UL＝UJ，约束杆(16)一端与车架(15)的X点转动连接、另一端与平衡杆(14) 的Z点转动连接，WU＝XZ、且WX＝UZ，右下拉杆(2)与左下拉杆(3)长度相等、BC＝FG，右转向节主轴(4)与左转向节主轴(5)长度相等、CD＝GH，右上拉杆(6)与左上拉杆(7)长度相等、AD＝EH，右转向节(8)与左转向节(9)长度相等，右车轮(10)与左车轮(11)半径相等，形成侧倾机构；
其中：车身(1)与车架(15)夹角为致动角α，车身中垂面与车辆中央纵垂面夹角为车身侧倾角β，由致动角α控制车身(1)侧倾姿态，当α＝0时：β＝0、车身不侧倾；当α≠0时：β＝≠0、车身侧倾(如图8 所示)，获得侧倾机构的车身侧倾角β与致动角α关系的侧倾函数β＝f(α)，车身侧倾过程中车轮不侧倾、车辆轮距不变；侧倾函数β＝α，α＞0时：β＞0、车身左侧倾，α＜0时；β＜0、车身右侧倾。
图2所示的转向机构简图，转向机构包括：侧倾机构中的右转向节主轴(4)和右转向节(8)、侧倾机构中的左转向节主轴(5)和左转向节(9)、转向摆臂(17)、右转向臂(18)、左转向臂(19)、右连杆 (20)、左连杆(21)，右转向节主轴(4)和右转向节(8)轴线交点M，右转向臂(18)与右转向节(8) 成
Figure BSA0000196459620000071
角固连、共同绕轴线CD转动，左转向节主轴(5)和左转向节(9)轴线交点N，左转向臂(19)与左转向节(9)成同一
Figure BSA0000196459620000072
角固连、共同绕轴线GH转动；转向摆臂(17)一端与车架(15)的O点转动连接、转动轴线位于车辆中央纵垂面内且平行于车辆横垂面，右连杆(20)一端与右转向臂(18)末端S点球铰链连接、另一端与转向摆臂(17)的P点球铰链连接，左连杆(21)一端与左转向臂(19)末端T点球铰链连接、另一端与转向摆臂(17)的Q点球铰链连接，OP＝OQ，右转向臂(18)与左转向臂(19)长度相等、MS＝NT，右连杆(20)与左连杆(21)长度相等、SP＝TQ，形成转向机构；
其中：转向摆臂(17)与车架(15)夹角为转向角θ，由转向角θ控制左、右车轮方向，转向角θ＝0时，右转向臂(18)与车辆横垂面夹角等于左转向臂(19)与车辆横垂面夹角、均为
Figure BSA0000196459620000073
车辆直线行驶；转向角θ≠0时，外车轮偏转角θe和内车轮偏转角θi满足阿克曼转向条件，车辆转向行驶(如图9所示)。
图3所示的车身侧倾联动机构组成原理图，由侧倾机构和转向机构形成车身侧倾联动机构，车身侧倾过程中车架不侧倾、车轮不侧倾，侧倾机构与转向机构运动相互独立，以致动角α和转向角θ为控制参数，实现车身侧倾与车辆转向独立控制；由左、右转向节主轴内倾及后倾，以及左、右车轮外倾及前束，实现左、右车轮转向回正和直线行驶稳定性。
结合图3、4、5所示的车身侧倾联动机构组成原理图，车身侧倾联动机构中，车身侧倾中心W位于车辆中央纵垂面内，车身侧倾中心W距离地面高度取决于W与BF的相对位置，设W与BF之间距离h， h＝0时，W与BF重合；h＜0时，W位于BF之下侧；h＞0时，W位于BF之上侧(如图3所示)；平衡杆 (14)两端分别与右减震器(12)一端L和左减震器(13)一端J转动连接，当h较大、h＞(2/3)AB时，右减震器(12)另一端与右上拉杆(6)的K点转动连接，左减震器(13)另一端与左上拉杆(7)的I点转动连接，称为上拉式车身侧倾联动机构(如图5所示)；当h较小、h≤(2/3)AB时，右减震器(12)另一端与右下拉杆(2)的K点转动连接，左减震器(13)另一端与左下拉杆(3)的I点转动连接，称为下拉式车身侧倾联动机构(如图4所示)；满足WU＝KL＝IJ、且WK＝WI＝UL＝UJ条件，则满足同一侧倾函数β＝f(α)、且车身侧倾过程中车轮不侧倾。
图3、5所示的车身侧倾联动机构组成原理图，车身侧倾联动机构中，平衡杆(14)上连接点L、U、 J共线时，相对应连接点K、W、I理论上共线(如图3所示)；平衡杆(14)上连接点L、U、J位于半径 R0的圆周上时，相对应连接点K、W、I理论上位于半径R0的另一圆周上(如图5所示)；满足WU＝KL＝IJ、且WK＝WI＝UL＝UJ条件，则满足同一侧倾函数β＝f(α)、且车身侧倾过程中车轮不侧倾。
图4、5所示的车身侧倾联动机构组成原理图，车身侧倾联动机构中，约束杆(16)的连接点Z与UL 或UJ共线时，另一连接点x相对应与WK或WI理论上共线(如图4所示)；约束杆(16)的连接点Z 与U、L或U、J位于半径R1的圆周上时，另一连接点X相对应与W、K或W、I理论上位于半径R1的另一圆周上(如图5所示)；满足WU＝XZ、且WX＝UZ条件，则满足同一侧倾函数β＝f(α)、且车身侧倾过程中车轮不侧倾。
图3、4、5所示的车身侧倾联动机构组成原理图，车身侧倾联动机构中，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；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；致动器输出轴驱动车身侧倾联动机构中车身在W点相对车架转动，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；转向角θ是由转向器产生，转向器选用齿轮齿条转向器、或者蜗杆曲柄销式转向器、或者循环球式转向器；转向器输出轴驱动车身侧倾联动机构中转向摆臂相对车架转动，由转向角θ确定转向机构位置，对应外车轮偏转角θe、内车轮偏转角θi，满足阿克曼转向条件，获得车辆转弯半径R。
图6所示的非转向车轮车身侧倾机构简图，非转向车轮车身侧倾机构，由侧倾机构中：右转向节(8) 与右转向节主轴(4)绕其轴线CD转动连接改为垂直固连、左转向节(9)与左转向节主轴(5)绕其轴线GH转动连接改为垂直固连形成，包括：车身(1)、右下拉杆(2)、左下拉杆(3)、右转向节主轴(4)、左转向节主轴(5)、右上拉杆(6)、左上拉杆(7)、右转向节(8)、左转向节(9)、右车轮(10)、左车轮(11)、右减震器(12)、左减震器(13)、平衡杆(14)、车架(15)、约束杆(16)，依次将车架(15)、右下拉杆(2)、右转向节主轴(4)、右上拉杆(6)顺序转动连接，连接点B、C、D、A处各相对转动轴线平行且垂直于车辆横垂面，形成同一相对运动平面的四边形ABCD，右转向节(8)与右转向节主轴(4) 垂直固连，右转向节(8)联接右车轮(10)、右车轮转动轴线位于车辆横垂面内；依次将车架(15)、左下拉杆(3)、左转向节主轴(5)、左上拉杆(7)顺序转动连接，连接点F、G、H、E处各相对转动轴线平行且垂直于车辆横垂面，形成同一相对运动平面的四边形EFGH，左转向节(9)与左转向节主轴(5) 垂直固连，左转向节(9)联接左车轮(11)、左车轮转动轴线位于车辆横垂面内，车架(15)上连接点A、 B分别与E、F关于车辆中央纵垂面对称；车身(1)与车架(15)转动连接、连接点W位于车身中垂面内，同时W位于车辆中央纵垂面内，平衡杆(14)中点与车身(1)转动连接、连接点U位于车身中垂面内，平衡杆(14)两端分别与右减震器(12)一端L和左减震器(13)一端J转动连接，右减震器(12) 另一端与右上拉杆(6)的K点转动连接，左减震器(13)另一端与左上拉杆(7)的I点转动连接，连接点W、U、K、L、I、J处各相对转动轴线平行且垂直于车辆横垂面，右减震器(12)与左减震器(13)长度相等、性能相同，WU＝KL＝IJ、且WK＝WI＝UL＝UJ，约束杆(16)一端与车架(15)的x点转动连接、另一端与平衡杆(14)的Z点转动连接，WU＝XZ、且WX＝UZ，右下拉杆(2)与左下拉杆(3)长度相等、BC＝FG，右转向节主轴(4)与左转向节主轴(5)长度相等、CD＝GH，右上拉杆(6)与左上拉杆(7) 长度相等、AD＝EH，右转向节(8)与左转向节(9)长度相等，右车轮(10)与左车轮(11)半径相等，形成非转向车轮车身侧倾机构(如图7所示)；
其中：车身(1)与车架(15)夹角为致动角α，车身中垂面与车辆中央纵垂面夹角为车身侧倾角β，由致动角α控制车身(1)侧倾姿态，当α＝0时：β＝0、车身不侧倾；当α≠0时：β≠0、车身侧倾，获得非转向车轮车身侧倾机构的车身侧倾角β与致动角α关系的侧倾函数β＝f(α)，车身侧倾过程中车轮不侧倾、车辆轮距不变；侧倾函数β＝α，α＞0时：β＞0、车身左侧倾，α＜0时：β＜0、车身右侧倾。
结合图6、7所示的非转向车轮车身侧倾机构，非转向车轮车身侧倾机构中，车身侧倾中心W位于车辆中央纵垂面内，车身侧倾中心W距离地面高度取决于W与BF的相对位置，设W与BF之间距离h， h＝0时，W与BF重合；h＜0时，W位于BF之下侧；h＞0时，W位于BF之上侧；平衡杆(14)两端分别与右减震器(12)一端L和左减震器(13)一端J转动连接，当h较大时，右减震器(12)另一端与右上拉杆(6)的K点转动连接，左减震器(13)另一端与左上拉杆(7)的I点转动连接；当h较小时，右减震器(12)另一端与右下拉杆(2)的K点转动连接，左减震器(13)另一端与左下拉杆(3)的I点转动连接；满足WU＝KL＝IJ、且WK＝WI＝UL＝UJ条件，则满足同一侧倾函数β＝f(α)、且车身侧倾过程中车轮不侧倾。
图11所示的前轮转向主动侧倾四轮车辆组成原理图，前轮转向主动侧倾四轮车辆包括：由一组车身侧倾联动机构和一组非转向车轮车身侧倾机构在同一车身上按照给定的轴距L0前后布置、共用同一车架、且拥有同一车辆中央纵垂面，前、后两机构中相同名称杆件长度相等，形状、几何尺寸相同，前轮轮距与后轮轮距相等，双前轮转向，双后轮液压马达驱动，四个车轮均采用通用的轿车轮胎GB 9743-2007，车身侧倾联动机构控制车身侧倾，非转向车轮车身侧倾机构中致动角α自适应变化，非转向车轮车身侧倾机构自适应侧倾，构成前轮转向主动侧倾四轮车辆；提高了小轮距车辆行驶稳定性及高速过弯性能，具备附着力大，地面适应性好特点。
图12所示的前轮转向主动侧倾倒三轮车组成原理图，前轮转向主动侧倾倒三轮车包括：由一组车身侧倾联动机构前置，在同一车身上按照给定的轴距L0单个车轮后置、共用同一车辆中央纵垂面，双前轮转向，单个后轮由摆臂与减震器联接到车身上，后轮轮毂电机驱动，双前轮采用通用的轿车轮胎GB 9743-2007，后轮采用断面为圆弧形的摩托车轮胎GB518-2007，车身侧倾联动机构控制车身侧倾，单个后轮与车身一起侧倾，构成前轮转向主动侧倾倒三轮车；具备体积小，机动、灵活特点。
图13所示的前轮转向主动侧倾正三轮车组成原理图，前轮转向主动侧倾正三轮车包括：由一组非转向车轮车身侧倾机构后置，在同一车身上按照给定的轴距L0单个车轮前置、共用同一车辆中央纵垂面，双后轮轮毂电机驱动，前轮转向，双后轮采用通用的轿车轮胎GB 9743-2007，前轮采用断面为圆弧形的摩托车轮胎GB 518-2007，非转向车轮车身侧倾机构控制车身侧倾，单个前轮与车身一起侧倾，构成前轮转向主动侧倾正三轮车；具备承载能力大，转弯半径小，地面适应性好特点。
图14所示的后轮转向主动侧倾倒三轮车组成原理图，后轮转向主动侧倾倒三轮车包括：由一组非转向车轮车身侧倾机构前置，在同一车身上按照给定的轴距L0单个车轮后置、共用同一车辆中央纵垂面，双前轮轮毂电机驱动，后轮转向，双前轮采用通用的轿车轮胎GB 9743-2007，后轮采用断面为圆弧形的摩托车轮胎GB 518-2007，非转向车轮车身侧倾机构控制车身侧倾，单个后轮与车身一起侧倾，构成后轮转向主动侧倾倒三轮车；具备爬坡能力大，体积小，机动、灵活特点。
结合图8、9、10所示的车身侧倾联动机构工作原理图，以及图11、12所示的应用车身侧倾联动机构的主动侧倾车辆，设左、右转向节主轴距离K0、车辆行驶速度v、重力加速度g，车身侧倾联动机构为双自由度运动***，车身侧倾与车辆转向可以独立进行、也可同时完成，因此，车辆行驶过程中可以实现转向侧倾、独立侧倾或独立转向三种运行模式；
①、车辆高速行驶转弯时，给出转向角θ，由转向器驱动转向机构获得外车轮偏转角θe、内车轮偏转角θi，满足阿克曼转向条件：cot(θe)-cot(θi)＝K0/L0，转弯半径R＝L0cot(θi)+K0/2，转弯时力平衡条件： mg×tanβ＝mv2/R，由tanβ＝v2/(g×R)解出车身侧倾角β，由侧倾函数β＝f(α)获得致动角α，由致动器产生致动角α驱动侧倾机构，实现车身侧倾、抵抗转弯离心力，以保持车辆高速行驶的稳定性；
②、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p(如图10所示)，取车身侧倾角β＝-p，由侧倾函数β＝f(α)获得致动角α，由致动器产生致动角α驱动侧倾机构，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；
③、车辆低速行驶时，取α＝0、β＝0，在一定范围内θ可以任意取值，由转向器驱动转向机构获得相对应的外车轮偏转角θe、内车轮偏转角θi，满足阿克曼转向条件，实现低速行驶、转向不侧倾，以保持车辆行驶平顺性.
结合图6、7所示的非转向车轮车身侧倾机构，以及图13、14所示的应用非转向车轮车身侧倾机构的主动侧倾三轮车，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＝L0/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) 获得致动角α，由致动器产生致动角α驱动非转向车轮车身侧倾机构，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p，取车身侧倾角β＝-p，由侧倾函数β＝f(α)获得致动角α，由致动器产生致动角α驱动非转向车轮车身侧倾机构，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。
通过以上实施例，本发明所提出的一种车身侧倾联动机构及应用该机构的主动侧倾车辆，实现了车辆转向与车身侧倾运动独立控制，车身侧倾过程中车轮不侧倾、车辆轮距不变，车辆行驶过程中可以实现转向侧倾、独立侧倾或独立转向三种工况，进一步提出了一种非转向车轮车身侧倾机构及应用该机构的主动侧倾车辆；应用于车辆转向时车身主动侧倾，以便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，保持稳定的行驶姿态。

Claims (11)

1.车身侧倾联动机构，由侧倾机构和转向机构组成，其特征在于：
所述的侧倾机构包括：车身、右下拉杆、左下拉杆、右转向节主轴、左转向节主轴、右上拉杆、左上拉杆、右转向节、左转向节、右车轮、左车轮、右减震器、左减震器、平衡杆、车架、约束杆，依次将车架、右下拉杆、右转向节主轴、右上拉杆顺序转动连接，连接点B、C、D、A处各相对转动轴线平行且垂直于车辆横垂面，形成同一相对运动平面的四边形ABCD，右转向节与右转向节主轴绕其轴线CD转动连接，右转向节联接右车轮并控制其方向；依次将车架、左下拉杆、左转向节主轴、左上拉杆顺序转动连接，连接点F、G、H、E处各相对转动轴线平行且垂直于车辆横垂面，形成同一相对运动平面的四边形EFGH，左转向节与左转向节主轴绕其轴线GH转动连接，左转向节联接左车轮并控制其方向，车架上连接点A、B分别与E、F关于车辆中央纵垂面对称；车身与车架转动连接、连接点W位于车身中垂面内，同时W位于车辆中央纵垂面内，平衡杆中点与车身转动连接、连接点U位于车身中垂面内，平衡杆两端分别与右减震器一端L和左减震器一端J转动连接，右减震器另一端与右上拉杆的K点转动连接，左减震器另一端与左上拉杆的I点转动连接，连接点W、U、K、L、I、J处各相对转动轴线平行且垂直于车辆横垂面，右减震器与左减震器长度相等、性能相同，WU＝KL＝IJ、且WK＝WI＝UL＝UJ，约束杆一端与车架的X点转动连接、另一端与平衡杆的Z点转动连接，WU＝XZ、且WX＝UZ，右下拉杆与左下拉杆长度相等，右转向节主轴与左转向节主轴长度相等，右上拉杆与左上拉杆长度相等；
其中：车身与车架夹角为致动角α，车身中垂面与车辆中央纵垂面夹角为车身侧倾角β，由致动角α控制车身侧倾姿态，当α＝0时：β＝0、车身不侧倾；当α≠0时：β≠0、车身侧倾，获得侧倾机构的车身侧倾角β与致动角α关系的侧倾函数β＝f(α)，车身侧倾过程中车轮不侧倾；
所述的转向机构包括：侧倾机构中的右转向节主轴和右转向节、侧倾机构中的左转向节主轴和左转向节、转向摆臂、右转向臂、左转向臂、右连杆、左连杆，右转向节主轴和右转向节轴线交点M，右转向臂与右转向节成
Figure FSA0000196459610000011
角固连、共同绕轴线CD转动，左转向节主轴和左转向节轴线交点N，左转向臂与左转向节成同一
Figure FSA0000196459610000012
角固连、共同绕轴线GH转动；转向摆臂一端与车架的O点转动连接、转动轴线位于车辆中央纵垂面内且平行于车辆横垂面，右连杆一端与右转向臂末端球铰链连接、另一端与转向摆臂的P点球铰链连接，左连杆一端与左转向臂末端球铰链连接、另一端与转向摆臂的Q点球铰链连接，OP＝OQ，右转向臂与左转向臂长度相等，右连杆与左连杆长度相等；
其中：转向摆臂与车架夹角为转向角θ，由转向角θ控制左、右车轮方向，转向角θ＝0时，右转向臂与车辆横垂面夹角等于左转向臂与车辆横垂面夹角、均为
Figure FSA0000196459610000013
车辆直线行驶；转向角θ≠0时，外车轮偏转角θe和内车轮偏转角θi满足阿克曼转向条件，车辆转向行驶。
2.根据权利要求1所述的车身侧倾联动机构，其特征在于，车身侧倾中心W位于车辆中央纵垂面内，车身侧倾中心W距离地面高度取决于W与BF的相对位置，设W与BF之间距离h，h＝0时，W与BF重合；h＜0时，W位于BF之下侧；h＞0时，W位于BF之上侧；平衡杆两端分别与右减震器一端L和左减震器一端J转动连接，当h较大时，右减震器另一端与右上拉杆的K点转动连接，左减震器另一端与左上拉杆的I点转动连接；当h较小时，右减震器另一端与右下拉杆的K点转动连接，左减震器另一端与左下拉杆的I点转动连接；满足WU＝KL＝IJ、且WK＝WI＝UL＝UJ条件，则满足同一侧倾函数β＝f(α)、且车身侧倾过程中车轮不侧倾。
3.根据权利要求1所述的车身侧倾联动机构，其特征在于，所述的平衡杆上连接点L、U、J共线时，相对应连接点K、W、I理论上共线；平衡杆上连接点L、U、J位于半径R0的圆周上时，相对应连接点K、W、I理论上位于半径R0的另一圆周上；满足WU＝KL＝II、且WK＝WI＝UL＝UJ条件，则满足同一侧倾函数β＝f(α)、且车身侧倾过程中车轮不侧倾。
4.根据权利要求1所述的车身侧倾联动机构，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.根据权利要求1所述的车身侧倾联动机构，其特征在于，所述的转向角θ是由转向器产生，转向器选用齿轮齿条转向器、或者蜗杆曲柄销式转向器、或者循环球式转向器。
6.非转向车轮车身侧倾机构，由权利要求1所述的侧倾机构中，右转向节与右转向节主轴绕其轴线CD转动连接改为垂直固连、左转向节与左转向节主轴绕其轴线GH转动连接改为垂直固连形成，其特征在于，包括：车身、右下拉杆、左下拉杆、右转向节主轴、左转向节主轴、右上拉杆、左上拉杆、右转向节、左转向节、右车轮、左车轮、右减震器、左减震器、平衡杆、车架、约束杆，依次将车架、右下拉杆、右转向节主轴、右上拉杆顺序转动连接，连接点B、C、D、A处各相对转动轴线平行且垂直于车辆横垂面，形成同一相对运动平面的四边形ABCD，右转向节与右转向节主轴垂直固连，右转向节联接右车轮、右车轮转动轴线位于车辆横垂面内；依次将车架、左下拉杆、左转向节主轴、左上拉杆顺序转动连接，连接点F、G、H、E处各相对转动轴线平行且垂直于车辆横垂面，形成同一相对运动平面的四边形EFGH，左转向节与左转向节主轴垂直固连，左转向节联接左车轮、左车轮转动轴线位于车辆横垂面内，车架上连接点A、B分别与E、F关于车辆中央纵垂面对称；车身与车架转动连接、连接点W位于车身中垂面内，同时W位于车辆中央纵垂面内，平衡杆中点与车身转动连接、连接点U位于车身中垂面内，平衡杆两端分别与右减震器一端L和左减震器一端J转动连接，右减震器另一端与右上拉杆的K点转动连接，左减震器另一端与左上拉杆的I点转动连接，连接点W、U、K、L、I、J处各相对转动轴线平行且垂直于车辆横垂面，右减震器与左减震器长度相等、性能相同，WU＝KL＝IJ、且WK＝WI＝UL＝UJ，约束杆一端与车架的X点转动连接、另一端与平衡杆的Z点转动连接，WU＝XZ、且WX＝UZ，右下拉杆与左下拉杆长度相等，右转向节主轴与左转向节主轴长度相等，右上拉杆与左上拉杆长度相等；
其中；车身与车架夹角为致动角α，车身中垂面与车辆中央纵垂面夹角为车身侧倾角β，由致动角α控制车身侧倾姿态，当α＝0时；β＝0、车身不侧倾；当α≠0时：β≠0、车身侧倾，获得非转向车轮车身侧倾机构的车身侧倾角β与致动角α关系的侧倾函数β＝f(α)，车身侧倾过程中车轮不侧倾。
7.根据权利要求6所述的非转向车轮车身侧倾机构，其特征在于，车身侧倾中心W位于车辆中央纵垂面内，车身侧倾中心W距离地面高度取决于W与BF的相对位置，设W与BF之间距离h，h＝0时，W与BF重合；h＜0时，W位于BF之下侧；h＞0时，W位于BF之上侧；平衡杆两端分别与右减震器一端L和左减震器一端J转动连接，当h较大时，右减震器另一端与右上拉杆的K点转动连接，左减震器另一端与左上拉杆的I点转动连接；当h较小时，右减震器另一端与右下拉杆的K点转动连接，左减震器另一端与左下拉杆的I点转动连接；满足WU＝KL＝IJ、且WK＝WI＝UL＝UJ条件，则满足同一侧倾函数β＝f(α)、且车身侧倾过程中车轮不侧倾。
8.前轮转向主动侧倾四轮车辆，其特征在于，由一组权利要求1所述的车身侧倾联动机构和一组权利要求6所述的非转向车轮车身侧倾机构在同一车身上按照给定的轴距前后布置、共用同一车架、且拥有同一车辆中央纵垂面，双前轮转向，双后轮驱动，车身侧倾联动机构控制车身侧倾，非转向车轮车身侧倾机构中致动角α自适应变化，非转向车轮车身侧倾机构自适应侧倾，构成具备前轮转向、后轮驱动、主动侧倾特征的四轮车辆。
9.前轮转向主动侧倾倒三轮车，其特征在于，由一组权利要求1所述的车身侧倾联动机构前置，在同一车身上按照给定的轴距单个车轮后置、共用同一车辆中央纵垂面，双前轮转向，后轮驱动，车身侧倾联动机构控制车身侧倾，单个后轮与车身一起侧倾，构成具备前轮转向、后轮驱动、倒三轮特征的主动侧倾车辆。
10.前轮转向主动侧倾正三轮车，其特征在于，由一组权利要求6所述的非转向车轮车身侧倾机构后置，在同一车身上按照给定的轴距单个车轮前置、共用同一车辆中央纵垂面，双后轮驱动，前轮转向，非转向车轮车身侧倾机构控制车身侧倾，单个前轮与车身一起侧倾，构成具备前轮转向、后轮驱动、正三轮特征的主动侧倾车辆。
11.后轮转向主动侧倾倒三轮车，其特征在于，由一组权利要求6所述的非转向车轮车身侧倾机构前置，在同一车身上按照给定的轴距单个车轮后置、共用同一车辆中央纵垂面，双前轮驱动，后轮转向，非转向车轮车身侧倾机构控制车身侧倾，单个后轮与车身一起侧倾，构成具备前轮驱动、后轮转向、倒三轮特征的主动侧倾车辆。
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