CN1990328A - 四轮车的车轮配置结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种四轮车的车轮配置结构，包括：一前轮，具有驱动力与转向功能；两侧轮，可分别自由滚动，其轴心共线而不同轴；一后轮，可自由转向，通过一支撑座与车身相连接。本发明不需要额外转向控制，在车身长度或轴距相同的条件下，即可获得与具原地回转切换机构的矩形四轮车相同的原地回转半径，可操控性及运动性能较高，而其前后尖细的造型风阻系数低，不仅可大幅降低高速行驶的油耗，还适于小型车设计，可节省道路使用宽度、增加道路使用效率、提高车流量。

Description

四轮车的车轮配置结构

技术领域

本发明涉及一种四轮车的车轮配置结构，特别是涉及一种菱形或钻石形的车轮配置结构。

背景技术

由于城市地区汽车密集，道路和停车空间贫乏一直困扰着有车一族，为解决此问题，具有原地回转能力的车辆已经问世，马达与其控制技术的发展，使部分新型车辆(矩形四轮)设计有四轮转向结构，并以马达驱动转向切换结构，使两前轮内束而两后轮外展，再配合动力***以实现原地回转，这样就可以为车辆增加停车操作、原地掉头的功能。然而，矩形四轮原地回转***的结构、组件、控制相当复杂，其质量大且占据较大空间，同时不利于车辆底盘与轮胎的校正(alignment)，尤其对于行驶于城市的小型车而言，其内部空间小，质量需严格控制的情况下，原地回转***必需更加简化。此外，此种结构使得矩形四轮车转弯和原地回转是独立操作，增加操作复杂度。

至于轮子设计为一前二后的三轮车结构，其***复杂度虽然比矩形四轮车结构简单许多(仅有两个轮子需要控制结构)，但其必须于前轮转向90度时同时使后两轮外展，才有原地回转功能，再者，其回转原点落于后轮轴与车身纵轴的交点，故其最小回转半径为前后轮轴距，与上述矩形四轮具原地回转功能的车子比较，三轮车的回转半径为矩形四轮车的二倍，旋转空间极大。

对于现有的菱形四轮车专利，具代表性的有美国专利有第1262806号《Rolling chair》、第3828876号《Motor vehicle having wheels in a diamondpattern》、第4313511号《Land vehicle》、第4775021号《Automotive vehiclehaving four wheels in a rhomboidal configuration》等，以下针对上述专利所公开的技术手段说明现有菱形四轮车结构及其缺点。

请参阅图1，美国专利第1262806号《Rolling chair》，为美国最早提出的菱形四轮结构专利，采两侧轮800同轴无差速电动马达驱动，前轮100与自由转向后轮110，前轮100手动转向，后轮110自由转向；该结构的缺点在于：两侧轮800驱动力在过弯时会相互干涉，且无法原地回转。

请参阅图2，美国专利第3828876号《Motor vehicle having wheels ina diamond pattern》，其前轮R1转向，两侧轮R2、R3为驱动轮，后轮R4轴心与两侧轮R2、R3轴心永远平行，后轮R4自由滚动不能转向；该结构的缺点在于：后方三轮轴永远相互保持平行且与车身纵轴垂直，后方三轮与地面作用的侧向力会相互干涉，且无法原地回转。

请参阅图3，美国专利第4313511号《Land vehicle》，将前轮190或后轮210通过结构控制作为转向轮，另一轮则固定，并通过结构控制两侧轮240、270的悬吊***101、103于过弯时向内侧倾斜，以同时控制两侧轮240、270随转向轮(前轮190或者后轮210)同侧转向；该结构的缺点在于：多轮控制转向，驾控性不错但极其复杂，无法原地回转。

请参阅图4，美国专利第4775021号《Automotive vehicle having fourwheels in a rhomboidal configuration》，四轮200、300、400、500独立悬吊、四轮驱动，前后轮用L臂独立悬吊，另设转向臂，由贯穿车身的转向杆一起让前后轮4、5可同时对向转向，据以控制过弯；该结构的缺点在于：需要精确技术方能控制多轮驱动，无法原地回转。

发明内容

本发明所要解决的主要技术问题在于提出一种四轮车的车轮配置结构，其菱形或钻石形车轮配置结构，不需要额外的转向控制机构，于相同车身长度或轴距的条件下，原地回转半径与传统矩形四轮车相同，比三轮车更具优势。

本发明所要解决的次要技术问题在于提出一种四轮车的车轮配置结构，可提升可操控性及运动性能。

本发明所要解决的又一技术问题在于提出一种四轮车的车轮配置结构，其前后尖细的造型风阻系数低，不仅可大幅降低高速行驶的油耗，还适用于小型车设计，可节省道路使用宽度、增加道路使用效率、提高车流量。

为达到上述目的，本发明公开一种四轮车的车轮配置结构，其由一前轮、两侧轮及一后轮构成。该后轮通过一支撑座与车身相连接可自由转向，其触地点与支撑座的轴心具有一偏置距离。该前轮可依所需设置为驱动轮或自由滚动且为转向轮或自由转向轮。以及，该两侧轮可依所需设置为驱动轮或自由滚动轮，该两侧轮的轴心共线而不同轴，可将该两侧轮的轮心与前轮、后轮轮心的距离设置为相同，以构成一菱形车轮配置结构，还可将该两侧轮轮心与前轮轮心的距离以及该后轮轮心与两侧轮轮心的距离设置为不相等，以构成一钻石形车轮配置结构。

本发明不需要额外转向控制，在车身长度或轴距相同的条件下，即可获得与具原地回转切换机构的矩形四轮车相同的原地回转半径，可操控性及运动性能较高，而其前后尖细的造型风阻系数低，不仅可大幅降低高速行驶的油耗，还适于小型车设计，可节省道路使用宽度、增加道路使用效率、提高车流量。

为使对本发明的结构目的和功效有更进一步的了解，现配合附图详细说明如后。

附图说明

图1至图4为现有四款不同菱形四轮车专利的结构示意图。

图5为本发明较佳实施例的外观立体图。

图6为图5的实施例的上视图。

图7为图5的实施例的侧视图。

图8为显示本发明于转弯时四轮轴心交会的状态。

图9为显示本发明于原地回转时四轮轴心交会的状态。

图10A及图10B为本发明与矩形四轮车的结构对照图。

图11A及图11B为本发明与三轮车的结构对照图。

图12A及图12B为本发明与三轮车的原地回转半径的比较图。

其中，附图标记：

1-四轮车                     11-车身架

12-底架                      13-转向操作装置

14-转换机构                  15-电池组

2-前轮组                     21-前轮

22-支撑座                    23-轮彀马达

24-避震装置                  25-支架转轴部

3-右侧轮组                   31-右侧轮

32-轮毂                       33-恳吊***

4-左侧轮组                    41-左侧轮

42-轮毂                       43-悬吊***

5-后轮组                      51-后轮

52-支撑座                     54-避震装置

55-支架转轴部                 A、B-转向轴心

C-前轮的轴心                  C’-偏置距离

D-后轮的轴心                  D’-偏置距离

D1、D2、D3、D4-距离           E、F-轮毂的轴心

G-车身架的纵轴线              H-重心

I-回转中心                    a-前轮轴距

b-后轮轴距                    6-菱形四轮车

61-前轮                       62、63-两侧轮

64-后轮                       H6-重心

L6-前后轮轴距                 R6-回转半径

W6-左右侧轮轮距               7-矩形四轮车

71、72-前轮                   73、74-后轮

H7-重心                       L7-前后轮轴距

R7-回转半径                   V7-重心到前后轮连线的垂直线段

W7-左右侧轮轮距               8-三轮车

H8-重心                       L8-前后轮轴距

R8-回转半径                   V8-重心到前后轮连线的垂直线段

W8-左右侧轮轮距

具体实施方式

以下将参阅附图来描述本发明所使用的技术手段与功效，所举实施例仅为辅助说明，本案的技术手段并不局限于此。

请参阅图5～7所示，为本发明公开的四轮车的车轮配置结构较佳实施例的立体外观及上视、侧视图，该四轮车1包括一车身架11、底架12，于车身架11前方设有一前轮组2，该前轮组2包括一前轮21，该前轮组2以支撑座22连接于车身架11的前段部，具有一转向轴心A，于该车身架11上设有一转向操作装置13(如图为一方向盘外型)，该转向操作装置13连设于一转换机构14，该转换机构14再连设于该前轮组2，该转换机构14可为机械构造也可为电子***。驾驶员通过控制该转向操作装置13，通过转换机构14可控制前轮组2以转向轴心A为轴心转向，且该前轮组2的最大转向角度控制于右转或左转不大于90度。该前轮组2还包括一具有弹性件和阻尼物(图中未示)的避震装置24，该避震装置24设置于支撑座22以及连接前轮21的轴心C的支架转轴部25间，该轴心C投影在地面上与该前轮组2的转向轴心A通过地面的点偏置一定距离C’(如图7所示)，通过前轮21触地点的作用力，以及偏置距离C’所产生的力矩，可使前轮组2保持直进。再于该前轮21上设有一轮彀马达23，该轮彀马达23所需的电力来自于设置在车身架11上的电池组15，驾驶员可控制轮彀马达23而驱动该四轮车1移动。这是现有技术，在此不予赘述。

在该车身架11中段的两侧设有一右侧轮组3及一左侧轮组4，该右侧轮组3包括一右侧轮31、轮毂32、悬吊***33，该右侧轮31可以其轴心E自由滚动，该悬吊***33与底架12相连接，使该右侧轮组3形成一独立悬吊且自由滚动的轮组。同样地，该左侧轮组4包括一左侧轮41、轮毂42、悬吊***43，该左侧轮41可以其轴心F自由滚动，该悬吊***43与底架12相连接，使该左侧轮组4形成一独立悬吊且自由滚动的轮组，而该右侧轮组3的轴心E与左侧轮组4的轴心F共线，并且垂直于车身架11的纵轴线G，但轴心E与轴心F不直接相连。

其次，车身架11后方设有一后轮组5，该后轮组5包括一后轮51，该后轮组5以支撑座52连接于车身架11的后段部，具有一转向轴心B，该后轮组5可以轴心B做360度自由转向，该后轮组5还包括一具有弹性件和阻尼物(图中未示)的避震装置54，该避震装置54设置于支撑座52以及连接后轮51的轴心D的支架转轴部55间，该轴心D与该后轮组5的转向轴心B偏置一定距离D’(如图7所示)，该轮彀56可以轴心D自由转向。当该四轮车1行进时，来自后轮51触地点的作用力，加上偏置距离D’产生的力矩，可使该后轮组5以轴心B自由转动，因此后轮组5可自行调整与车速方向一致。

请参阅图6及图7所示，必须说明的是，根据上述由前轮组2、右侧轮组3、左侧轮组4及后轮组5所构成的四轮车1，其前轮组2、后轮组5的转向轴心A、B位于车身架11的车身纵轴线G上，其右侧轮组3、左侧轮组4等距设置于车身纵轴线G两侧，因此，该前轮组2与右侧轮组3、左侧轮组4的距离D1、D2相等，而该后轮组5与右侧轮组3、左侧轮组4的距离D3、D4相等。当轴心E、F位于前轮组2、后轮组5的中间点时，前轮轴距a和后轮轴距b相等，且各轮组的距离D1～D4相等，可构成一菱形的车轮配置结构。反之，当前轮轴距a和后轮轴距b不相等时，则可构成一钻石形的车轮配置结构(如图6虚线所示)。再者，可根据实际四轮车1驾控性能的需要以及应用方式的差异，将前轮轴距a和后轮轴距b设定为相等或不相等，但是，重心H皆必须设定于前轮轴心C和中段的侧轮轴心E、F之间。

相对于现有菱形车(可参阅图1至图4所示的现有菱形车结构)，由于本发明的后轮组5可自由转向，可将重心往前移至前轮轴距a内，因此，该前轮组2的负荷可设定得比较大，适合采用前轮驱动而不至于产生前轮驱动轮打滑的现象；再如图8所示，本发明所提供的四轮车1于转弯时(图示为左转状态)，四个轮子21、31、41、51的滚动轴心C、D、E、F可交会于同一回转中心I，如此可避免在过弯时四个轮子21、31、41、51的侧向作用力相互干涉导致过弯性能不稳定；再如图9所示，当前轮21向左方转向接近90度与车身纵轴线G垂直时，该右侧轮31向前自由滚动，该左侧轮41则向后自由滚动，该后轮51则可自由转向且随着原地回转方向自由滚动，则该四轮车1可做定点原地回转。当前轮轴距a大于后轮轴距b时，该四轮车1的原地回转半径几乎等于前轮轴距a。

请参阅图10A所示本发明提供的菱形四轮车的结构示意图，以及图10B所示为传统矩形四轮车的结构示意图。该菱形四轮车6的前后轮轴距L6、左右侧轮轮距W6与矩形四轮车7的前后轮轴距L7、左右侧轮轮距W7相同，就SSF(static safety factor，静态稳定安全系数)值而言，越高的SSF值代表具有较高的抗滚翻及抗倾覆能力，SSF值等于重心到前后轮连线的垂直线段长度(W)与重心高度(h)的比值，即SSF＝W/h，所以重心高度相同时，该重心到前后轮连线的垂直线段长度(W)越长就代表SSF越大。由图10A及图10B中可知，当重心高度相同时，矩形四轮车重心H7到前后轮连线的垂直线段V7大于菱形四轮车重心H6到前后轮连线的垂直线段V6，故矩形四轮车的SSF值高于菱形四轮车，但对于车身较窄的小型车，即左右侧轮轮距W6、W7较窄时，两者差异就非常小了。就图10A及图10B而言，原地回转时，菱形四轮车回转半径R6不但比矩形四轮车R7(重心H7到轮子71的长度)略小，矩形四轮车7需要四个轮子71～74同时转向，其前轮71、72必须转成内束状态，后轮73、74则必须转成外展状态，需要极为复杂的结构与控制，并且存在轮子定位走位的危险。而本发明所提供的菱形四轮车6原地回转时，只要控制前轮61的转向即可，其余三轮62～64可自由滚动，后轮则自由转向(可同时参阅图9所示)，无须外加结构切换和驱动力控制。综上所述，就原地回转功能而言，本发明所公开的菱形四轮车具有相对优势。

请参阅图11A所示本发明提供的菱形四轮车的结构示意图，以及图11B所示为传统三轮车的结构示意图。该菱形四轮车6的前后轮轴距L6、左右侧轮轮距W6与三轮车8的前后轮轴距L8、左右侧轮轮距W8相同，因顾及驾控性以及避免车子加速后仰，则必须将三轮车8的重心H8前移，而该菱形四轮车6由于具有后轮64，因此其重心H6可设定于极靠近该两侧轮62、63的轴心E、F处，如此，重心高度相同时，可使得该菱形四轮车6的SSF值高于该三轮车8，抗翻能力强。

请参阅图12A及图12B，如图12A所示(可同时参阅图9)，该菱形四轮车6的前后轮轴距L6、左右侧轮轮距W6与三轮车8的前后轮轴距L8、左右侧轮轮距W8相同，本发明的菱形四轮车6前轮61转向90度原地回转时，后轮64反向转90度，其回转半径R6为前轮轴距a，而该三轮车8于原地回转时，前轮81转向90度，若是采取前轮81驱动，后轮82、83自由滚动，其回转半径R8为前后轮轴距L8。相比之下，由于菱形四轮车6的前后轮轴距L6与三轮车8的前后轮轴距L8相同，该菱形四轮车6的回转半径R6仅为三轮车8的回转半径R8的一半，可大幅缩减原地回转所需空间。

请再参阅图5所示，在该较佳实施例中，该前轮组2具有驱动力，通过控制该转向操作装置13，利用转换机构14可控制前轮组2转向，而该右侧轮组3、左侧轮组4及后轮组5则为自由滚动。其中，后轮组5为自由转向，必须说明的是，除上述配置方式之外，还可将该前轮组2设置为操作转向，而该右侧轮组3、左侧轮组4为驱动轮，后轮组5为自由转向，或可将前轮组2、右侧轮组3、左侧轮组4均设置为驱动轮，而前轮组2仍设置为操作转向，后轮组5为自由转向，或将前轮组2及后轮组5设置为自由转向轮，而右侧轮组3、左侧轮组4设置为可控制动力输出、滚动方向与转速的驱动轮等四种设置方式；至于驱动轮的动力传输、转向、转速，则可通过控制单元或转向切换机制(图中未示，为现有技术，此处不详述)控制，当驾驶员控制转向操作装置13时，动力的驱动分配可经过转换机构14传送至控制单元，当前轮组2转向接近90度时，可触动设置于右侧轮组3、左侧轮组4的转向切换机制，使右侧轮组3、左侧轮组4一向前滚动、一向后滚动，如此即可使该四轮车做定点原地回转，由右侧轮组3、左侧轮组4的动力与转速决定车子直进、转向或原地回转；若前轮组2及后轮组5皆可自由转向，则在转弯或原地回转时，前后轮可自然转向至行进轨迹方向，不需额外驱动。

综上所述，本发明所提供的四轮车的车轮配置结构，其菱形或钻石形车轮配置结构，不需要额外转向控制，在车身长度或轴距相同的条件下，即能获得与具原地回转切换机构的矩形四轮车相同原地回转半径，相对于三轮车则更为优越，可操控性及运动性能较高，而其前后尖细的造型风阻系数低，不仅可大幅降低高速行驶的油耗，还适于小型车设计，可节省道路使用宽度、增加道路使用效率、提高车流量。

以上所述仅为本发明的最佳实施例而已，当不能限定本发明所实施的范围。凡依本发明权利要求书所作的等效变化与修改，皆属于本发明所涵盖的范围内。

Claims (23)

1、一种四轮车的车轮配置结构，其特征在于，包括：

一前轮，具有驱动力与转向功能；

两侧轮，可分别自由滚动，其轴心共线而不同轴；

一后轮，可自由转向，通过一支撑座与车身相连接。

2、如权利要求1所述的四轮车的车轮配置结构，其特征在于，该前轮的驱动力可由一轮彀马达提供。

3、如权利要求1所述的四轮车的车轮配置结构，其特征在于，该后轮以支撑座的轴心360度自由转向。

4、如权利要求1所述的四轮车的车轮配置结构，其特征在于，该两侧轮的轮心与前轮、后轮轮心的距离相同，以构成一菱形车轮配置结构。

5、如权利要求1所述的四轮车的车轮配置结构，其特征在于，该两侧轮的轮心与前轮轮心的距离不等于该后轮轮心与两侧轮轮心的距离，以构成一钻石形车轮配置结构。

6、如权利要求1所述的四轮车的车轮配置结构，其特征在于，该前轮与一转换机构及转向操作装置连接以控制转向。

7、如权利要求1所述的四轮车的车轮配置结构，其特征在于，该前轮转向轴心通过地面的点与前轮轴心投影在地面上偏置一定距离。

8、如权利要求1所述的四轮车的车轮配置结构，其特征在于，该两侧轮分别与轮毂及悬吊***连接于车架上。

9、一种四轮车的车轮配置结构，其特征在于，包括：

一前轮，具有转向功能；

两侧轮，其轴心共线而非同轴，且各自有动力输出；

一后轮，可自由转向，通过一支撑座与车身相连接。

10、如权利要求9所述的四轮车的车轮配置结构，其特征在于，该前轮可由一轮彀马达提供驱动力。

11、如权利要求9所述的四轮车的车轮配置结构，其特征在于，该前轮还可自由转向，而两侧轮可控制动力输出、转动方向与转速的动力输出。

12、如权利要求11所述的四轮车的车轮配置结构，其特征在于，该前轮通过一支撑座与车身相连接。

13、如权利要求12所述的四轮车的车轮配置结构，其特征在于，该前轮的触地点可环绕该支撑座的轴心360度自由转向。

11、如权利要求9所述的四轮车的车轮配置结构，其特征在于，该两侧轮分别通过马达提供驱动力。

15、如权利要求14所述的四轮车的车轮配置结构，其特征在于，该马达具有一控制器，该控制器可依据前轮转向角控制两侧轮转速及滚动方向。

16、如权利要求9所述的四轮车的车轮配置结构，其特征在于，该两侧轮可各自朝向不同方向滚动。

17、如权利要求9所述的四轮车的车轮配置结构，其特征在于，该两侧轮的轮心与前轮、后轮轮心的距离相同，以构成一菱形车轮配置结构。

18、如权利要求9所述的四轮车的车轮配置结构，其特征在于，该两侧轮的轮心与前轮轮心的距离不等于该后轮轮心与两侧轮轮心的距离，以构成一钻石形车轮配置结构。

19、如权利要求9所述的四轮车的车轮配置结构，其特征在于，该后轮的触地点可环绕该支撑座的轴心360度自由转向。

20、如权利要求9所述的四轮车的车轮配置结构，其特征在于，该前轮与一转换机构及转向操作装置连接以控制转向。

21、如权利要求9所述的四轮车的车轮配置结构，其特征在于，该前轮转向轴心通过地面的点与前轮轴心投影在地面上偏置一定距离。

22、如权利要求9所述的四轮车的车轮配置结构，其特征在于，该两侧轮分别与轮毂及悬吊***连接于车架上。

23、如权利要求9所述的四轮车的车轮配置结构，其特征在于，该前轮与两侧轮同时具有动力输出。

Images