CN109353405A - 车辆转向侧倾联动机构及侧倾控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及车辆底盘技术领域，公开了一种车辆转向侧倾联动机构及侧倾控制方法，车辆转向侧倾联动机构由侧倾机构和转向机构组成，转向机构的左、右转向臂分别与侧倾机构的左、右转向节成定角度固连，两机构共用车身和左、右转向节主轴，两个动态平行四边形双自由度联动，实现车身侧倾与车辆转向独立控制，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，车辆轴距不变；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，以保持稳定的行驶姿态。

Description

车辆转向侧倾联动机构及侧倾控制方法

技术领域

本发明涉及一种车辆转向侧倾联动机构及侧倾控制方法，属于车辆底盘技术领域，特别涉及车身侧倾条件下的车辆转向技术范畴。

背景技术

主动侧倾控制系统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；车身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来抵抗离心力，以保持稳定的行驶姿态，车身侧倾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，车身侧倾与车辆转向运动独立进行、互不干涉，可以采用任意的转向机构，但车辆转弯时的操纵稳定性、平顺性稍差；后者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，但需要采用两轮独立转向或四轮独立转向技术，采用液压驱动、伺服控制转向车轮或者伺服电机驱动、控制转向车轮满足阿克曼转向条件；而结构简单、工作可靠的等腰梯形转向机构，不满足车辆转向、侧倾条件下的转向技术要求，不能直接应用。申请号为 201310395533.X，名称为“轮距调整转向联动机构”的发明专利，提供了在同一运动平面内轮距调整机构与等腰梯形转向机构联动技术方案，实现了轮距调整与车辆转向独立控制，应用于可调整轮距车辆的转向系统；对于车辆转向侧倾技术，由于转向机构运动平面为车身水平面，车辆梯形转向机构布置于车身水平面内，而车身侧倾机构运动平面为车身横垂面或纵垂面，通常车身侧倾机构布置于车身横垂面内，探索非同一平面内车身侧倾机构和车辆转向机构联动、独立控制原理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辆转向侧倾联动机构及侧倾控制方法，实现车辆转向与车身侧倾独立控制，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，以保持稳定的行驶姿态。

为了达到本发明的目的所采取的技术方案包括：车辆转向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：右悬架ABCDE由右下拉杆2、右转向节主轴4、右上拉杆6和右减震器8各端点顺序转动连接构成，各相对转动轴线平行且垂直于右悬架ABCDE所在平面，右转向节10与右转向节主轴4绕其轴线BC转动连接，右转向节10联接右车轮12并控制其方向；左悬架FGHIJ由左下拉杆3、左转向节主轴5、左上拉杆7和左减震器9各端点顺序转动连接构成，各相对转动轴线平行且垂直于左悬架 FGHIJ所在平面，左转向节11与左转向节主轴5绕其轴线GH转动连接，左转向节11联接左车轮13并控制其方向；车身1右侧分别与右悬架ABCDE的右下拉杆端点A和右上拉杆中部P点转动连接，车身1左侧分别与左悬架FGHIJ的左下拉杆端点F和左上拉杆中部Q点转动连接，右悬架ABCDE与左悬架FGHIJ 位于同一车身横垂面内，驱动杆14两端分别与右减震器8末端E点和左减震器9末端J点转动连接，驱动杆14中点与车身1中央纵垂面上U点转动连接，形成侧倾机构；侧倾机构在同一车身横垂面内形成车身矩形APQF和两个平行四边形ABCP、FGHQ，各平行四边形的形态由致动角α控制，右下拉杆2与左下拉杆3长度相等，右上拉杆6与左上拉杆7长度相等，右减震器8与左减震器9长度相等、性能相同，右车轮12与左车轮13半径相等，当α≠90°时左、右车轮相对车身等距离反向平行移动，相对地面左、右车轮侧倾角相等且等于车身侧倾角β，当α＝90°时β＝0、侧倾机构关于车身中央纵垂面左右对称，获得侧倾机构车身侧倾角β与致动角α关系的侧倾函数β＝f(α)；

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10、侧倾机构中的左转向节主轴5和左转向节11、连杆15、右摆杆16、左摆杆17、右转向臂18、左转向臂19、右平衡杆20、左平衡杆21、十字轴22，右转向节主轴4和右转向节10交点M，右转向臂18与右转向节10成角固连、共同绕轴线 BC转动，左转向节主轴5和左转向节11交点N，左转向臂19与左转向节11成同一角固连、共同绕轴线GH转动；转向梯形M₀S₀T₀N₀由右摆杆16、连杆15和左摆杆17各端点顺序转动连接，以及由右摆杆16端点M₀和左摆杆17端点N₀分别与车身1转动连接构成，各相对转动轴线平行且垂直于转向梯形M₀S₀T₀N₀所在平面，转向梯形M₀S₀T₀N₀位于车身水平内，M₀位于AP线上、N₀位于FQ线上， BM＝AM₀＝FN₀＝GN；十字轴22的两轴线垂直相交，两个十字轴22分别与转向梯形M₀S₀T₀N₀的S₀、T₀点转动连接，各十字轴的一条轴线分别与连接点转动副共轴线，另两个十字轴22分别与右转向臂18末端S 点和左转向臂19末端T点转动连接，两转动轴线分别平行于BC、GH，右平衡杆20两端分别与S₀、S点十字轴的另一轴转动连接，左平衡杆21两端分别与T₀、T点十字轴的另一轴转动连接，MS＝M₀S₀＝N₀T₀＝NT，右平衡杆20与侧倾机构中右下拉杆2长度相等，左平衡杆21与侧倾机构中左下拉杆3长度相等，形成转向机构；转向角θ＝0时，转向梯形M₀S₀T₀N₀两底角相等、均为当侧倾机构中的α＝90°时，联动转向梯形MSTN为车身水平面内等腰梯形，两底角相等、均为车辆直线行驶，当侧倾机构中的α≠90°时，联动转向梯形MSTN为车身水平面内投影等腰梯形、两底角相等，车辆侧倾、直线行驶；转向角θ≠0时，转向梯形M₀S₀T₀N₀两底角不相等，当侧倾机构中的α＝90°时，联动转向梯形MSTN在车身水平面内两底角不相等，外车轮偏转角θ_e和内车轮偏转角θ_i满足阿克曼转向条件，车辆转向行驶，当侧倾机构中的α≠90°时，联动转向梯形MSTN在车身水平面内投影两底角不相等，外车轮偏转角θ_e和内车轮偏转角θ_i近似满足阿克曼转向条件，车辆侧倾、转向行驶；当侧倾机构中的α＝90°且转向角θ＝0时，转向机构关于车身中央纵垂面左右对称；

转向机构的左、右转向臂分别与侧倾机构的左、右转向节成定角度固连，两机构共用车身和左、右转向节主轴，两个动态平行四边形MSS₀M₀、NTT₀N₀双自由度运动，实现车身侧倾与车辆转向独立控制，形成车辆转向侧倾联动机构。

上述的车辆转向侧倾联动机构中，十字轴两轴颈的轴线垂直相交，是用于连接两正交转动运动的L形轴颈，可选用十字轴承替代，由相邻两轴颈连接两垂直相交转动。

上述的车辆转向侧倾联动机构中，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。

上述的车辆转向侧倾联动机构中，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θ_e、内车轮偏转角θ_i，满足阿克曼转向条件，获得车辆转弯半径R。

一种车辆侧倾控制机构，由车辆转向侧倾联动机构中保留侧倾机构部分、去掉转向机构部分形成，包括：右悬架ABCDE由右下拉杆2、右转向节主轴4、右上拉杆6和右减震器8各端点顺序转动连接构成，各相对转动轴线平行且垂直于右悬架ABCDE所在平面，右转向节10与右转向节主轴4固连，右转向节 10联接右车轮12；左悬架FGHIJ由左下拉杆3、左转向节主轴5、左上拉杆7和左减震器9各端点顺序转动连接构成，各相对转动轴线平行且垂直于左悬架FGHIJ所在平面，左转向节11与左转向节主轴5固连，左转向节11联接左车轮13；车身1右侧分别与右悬架ABCDE的右下拉杆端点A和右上拉杆中部P点转动连接，车身1左侧分别与左悬架FGHIJ的左下拉杆端点F和左上拉杆中部Q点转动连接，右悬架ABCDE 与左悬架FGHIJ位于同一车身横垂面内，驱动杆14两端分别与右减震器8末端E点和左减震器9末端J 点转动连接，驱动杆14中点与车身1中央纵垂面上U点转动连接，形成车辆侧倾控制机构；车辆侧倾控制机构在同一车身横垂面内形成车身矩形APQF和两个平行四边形ABCP、FGHQ，各平行四边形的形态由致动角α控制，右下拉杆2与左下拉杆3长度相等，右上拉杆6与左上拉杆7长度相等，右减震器8与左减震器9长度相等、性能相同，右车轮12与左车轮13半径相等，当α≠90°时左、右车轮相对车身等距离反向平行移动，相对地面左、右车轮侧倾角相等且等于车身侧倾角β，当α＝90°时β＝0、车辆侧倾控制机构关于车身中央纵垂面左右对称，满足侧倾函数β＝f(α)。

由一组车辆转向侧倾联动机构和一组车辆侧倾控制机构在同一车身上按照给定的轴距L前后布置、共用同一车身中央纵垂面，轮距相等，双后轮驱动，同步侧倾控制，构成具备前轮转向、后轮驱动、全轮侧倾特征的两轮驱动主动侧倾车辆。

由两组相同的车辆转向侧倾联动机构在同一车身上按照给定的轴距L前后布置、共用同一车身中央纵垂面，四轮驱动，同步侧倾控制，构成具备全轮转向、全轮驱动、全轮侧倾特征的四轮驱动主动侧倾车辆；具备附着力大，转弯半径小，地面适应性好特点。

由一组车辆转向侧倾联动机构前置，在同一车身上按照给定的轴距L单轮后置、共用同一车身中央纵垂面，后轮驱动，构成具备前轮转向、后轮驱动、倒三轮特征的单轮驱动主动侧倾车辆；具备体积小，机动、灵活特点。

设转向节主轴距离K、车速v、重力加速度g，车辆转向侧倾联动机构为双自由度运动系统，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，由转向器驱动转向梯形M₀S₀T₀N₀，通过联动转向梯形MSTN获得外车轮偏转角θ_e、内车轮偏转角θ_i，满足阿克曼转向条件：cot(θ_e)-cot(θ_i)＝K/L，转弯半径R＝Lcot(θ_i)+K/2，转弯时力平衡条件：mg×tanq＝mv×v/R，由tanq＝v×v/(gR)解出重心侧倾角q，获得了重心侧倾角q与转向角θ、车速v的函数关系q＝h(θ，v)，取车身侧倾角β＝q，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，侧倾过程中车辆轴距L不变；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)解出致动角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，侧倾过程中车辆轴距L不变；③车辆低速行驶时，取α＝90°、β＝0，在一定范围内θ可以任意取值，由转向器驱动转向梯形M₀S₀T₀N₀，通过联动转向梯形MSTN获得相对应的外车轮偏转角θ_e、内车轮偏转角θ_i，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。

车辆侧倾控制方法包括：

①、车辆高速行驶转弯时，给出转向角θ，由转向器驱动转向梯形M₀S₀T₀N₀，通过联动转向梯形MSTN 获得外车轮偏转角θ_e、内车轮偏转角θ_i，满足cot(θ_e)-cot(θ_i)＝K/L，求得转弯半径R＝Lcot(θ_i)+K/2；

②、满足转弯时力平衡条件：mg×tanq＝mv×v/R，由tanq＝v×v/(gR)解出重心侧倾角q；

③、取车身侧倾角β＝q，由侧倾函数β＝f(α)解出致动角α；

④、由致动器产生致动角α，驱动侧倾机构，实现车身侧倾角β；

⑤、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)解出致动角α，由致动器产生致动角α，驱动侧倾机构，实现车身侧倾角β；

⑥、车辆低速行驶时，取α＝90°、β＝0，在一定范围内θ可以任意取值，由转向器驱动转向梯形M₀S₀T₀N₀，通过联动转向梯形MSTN获得相对应的外车轮偏转角θ_e、内车轮偏转角θ_i，满足阿克曼转向条件，实现低速行驶、转向不侧倾。

本发明的有益效果在于，所提出的一种车辆转向侧倾联动机构及侧倾控制方法，实现了车辆转向与车身侧倾独立控制，侧倾过程中车辆轴距不变，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；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，以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为车辆转向侧倾联动机构组成原理图；

图4为十字轴三维原理图；

图5为车辆侧倾控制机构简图；

图6为车辆转向侧倾联动机构侧倾工作原理图；

图7为车辆转向侧倾联动机构转向工作原理图；

图8为车辆转向侧倾联动机构横坡侧倾行驶原理图；

图9为两轮驱动主动侧倾车辆组成原理图；

图10为四轮驱动主动侧倾车辆组成原理图；

图11为单轮驱动主动侧倾车辆组成原理图；

图12为车辆侧倾控制方法流程图。

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--右减震器，9--左减震器，10--右转向节，11--左转向节，12--右车轮，13--左车轮， 14--驱动杆，15--连杆，16--右摆杆，17--左摆杆，18--右转向臂，19--左转向臂，20--右平衡杆，21-- 左平衡杆，22--十字轴。

具体实施方式

下面根据附图对本发明的实施例进行描述。

车辆转向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：右悬架ABCDE由右下拉杆2、右转向节主轴4、右上拉杆 6和右减震器8各端点顺序转动连接构成，各相对转动轴线平行且垂直于右悬架ABCDE所在平面，右转向节10与右转向节主轴4绕其轴线BC转动连接，右转向节10联接右车轮12并控制其方向；左悬架FGHIJ 由左下拉杆3、左转向节主轴5、左上拉杆7和左减震器9各端点顺序转动连接构成，各相对转动轴线平行且垂直于左悬架FGHIJ所在平面，左转向节11与左转向节主轴5绕其轴线GH转动连接，左转向节11 联接左车轮13并控制其方向；车身1右侧分别与右悬架ABCDE的右下拉杆端点A和右上拉杆中部P点转动连接，车身1左侧分别与左悬架FGHIJ的左下拉杆端点F和左上拉杆中部Q点转动连接，右悬架 ABCDE与左悬架FGHIJ位于同一车身横垂面内，驱动杆14两端分别与右减震器8末端E点和左减震器9 末端J点转动连接，驱动杆14中点与车身1中央纵垂面上U点转动连接，形成侧倾机构；

其中：车身1铰链点A、P与F、Q关于车身中央纵垂面对称，且AF＝PQ，右转向节主轴长BC＝AP，左转向节主轴长GH＝FQ，右下拉杆长AB＝CP，左下拉杆长FG＝HQ；侧倾机构在同一车身横垂面内形成车身矩形APQF和两个平行四边形ABCP、FGHQ，各平行四边形的形态由致动角α控制，右下拉杆2与左下拉杆3长度相等，右上拉杆6与左上拉杆7长度相等，右减震器8与左减震器9长度相等、性能相同，右转向节10与左转向节11长度相等，右车轮12与左车轮13半径相等，当α≠90°时左、右车轮相对车身等距离反向平行移动，相对地面左、右车轮侧倾角相等且等于车身侧倾角β(如图6所示)，当α＝90°时β＝0、侧倾机构关于车身中央纵垂面左右对称，获得侧倾机构车身侧倾角β与致动角α关系的侧倾函数β＝f(α)。

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10、侧倾机构中的左转向节主轴5和左转向节11、连杆15、右摆杆16、左摆杆17、右转向臂18、左转向臂19、右平衡杆20、左平衡杆21、十字轴22，右转向节主轴4和右转向节10交点M，右转向臂18与右转向节10成角固连、共同绕轴线BC转动，左转向节主轴5和左转向节11交点N，左转向臂19与左转向节 11成同一角固连、共同绕轴线GH转动；转向梯形M₀S₀T₀N₀由右摆杆16、连杆15和左摆杆17各端点顺序转动连接，以及由右摆杆16端点M₀和左摆杆17端点N₀分别与车身1转动连接构成，各相对转动轴线平行且垂直于转向梯形M₀S₀T₀N₀所在平面，转向梯形M₀S₀T₀N₀位于车身水平内，M₀位于AP线上、 N₀位于FQ线上，BM＝AM₀＝FN₀＝GN；十字轴22的两轴线垂直相交，两个十字轴22分别与转向梯形 M₀S₀T₀N₀的S₀、T₀点转动连接，各十字轴的一条轴线分别与连接点转动副共轴线，另两个十字轴22分别与右转向臂18末端S点和左转向臂19末端T点转动连接，两转动轴线分别平行于BC、GH，右平衡杆 20两端分别与S₀、S点十字轴的另一轴转动连接，左平衡杆21两端分别与T₀、T点十字轴的另一轴转动连接，MS＝M₀S₀＝N₀T₀＝NT，右平衡杆20与侧倾机构中右下拉杆2长度相等，左平衡杆21与侧倾机构中左下拉杆3长度相等，形成转向机构；

转向机构中：转向角θ＝0时，转向梯形M₀S₀T₀N₀两底角相等、均为当侧倾机构中的α＝90°时，联动转向梯形MSTN为车身水平面内等腰梯形，两底角相等、均为车辆直线行驶，当侧倾机构中的α≠90°时，联动转向梯形MSTN为车身水平面内投影等腰梯形、两底角相等，车辆侧倾、直线行驶；转向角θ≠0时，转向梯形M₀S₀T₀N₀两底角不相等，当侧倾机构中的α＝90°时，联动转向梯形MSTN 在车身水平面内两底角不相等，外车轮偏转角θ_e和内车轮偏转角θ_i满足阿克曼转向条件，车辆转向行驶(如图7所示)，当侧倾机构中的α≠90°时，联动转向梯形MSTN在车身水平面内投影两底角不相等，外车轮偏转角θ_e和内车轮偏转角θ_i近似满足阿克曼转向条件，车辆侧倾、转向行驶；当侧倾机构中的α＝90°且转向角θ＝0时，转向机构关于车身中央纵垂面左右对称。

图3所示的车辆转向侧倾联动机构组成原理图，转向机构的左、右转向臂分别与侧倾机构的左、右转向节成定角度固连，两机构共用车身和左、右转向节主轴，两个动态平行四边形MSS₀M₀、NTT₀N₀双自由度运动，两个独立运动分别为：致动角α改变引起车身横垂面内的侧倾运动，转向角θ改变引起车身水平面内转向梯形M₀S₀T₀N₀两底角变化，通过联动转向梯形MSTN驱动左、右车轮分别绕左、右转向节主轴转动，实现车身侧倾与车辆转向独立控制，形成车辆转向侧倾联动机构。

车辆转向侧倾联动机构中，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；致动器输出轴驱动车辆转向侧倾联动机构的驱动杆14绕U点相对车身1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辆转向侧倾联动机构的右摆杆16绕M₀点相对车身1转动、或者左摆杆17绕N₀点相对车身1转动，由转向角θ确定转向机构位置，对应外车轮偏转角θ_e、内车轮偏转角θ_i，满足阿克曼转向条件，获得车辆转弯半径R。

图4所示的十字轴三维原理图，十字轴两轴颈的轴线垂直相交，转向机构中，十字轴是用于连接两正交转动运动的L形轴颈，可选用十字轴承替代，由相邻两轴颈连接两垂直相交转动。

图5所示的车辆侧倾控制机构简图，车辆侧倾控制机构，由车辆转向侧倾联动机构中保留侧倾机构部分、去掉转向机构部分形成，包括：右悬架ABCDE由右下拉杆2、右转向节主轴4、右上拉杆6和右减震器8各端点顺序转动连接构成，各相对转动轴线平行且垂直于右悬架ABCDE所在平面，右转向节10与右转向节主轴4固连，右转向节10联接右车轮12；左悬架FGHIJ由左下拉杆3、左转向节主轴5、左上拉杆7和左减震器9各端点顺序转动连接构成，各相对转动轴线平行且垂直于左悬架FGHIJ所在平面，左转向节11与左转向节主轴5固连，左转向节11联接左车轮13；车身1右侧分别与右悬架ABCDE的右下拉杆端点A和右上拉杆中部P点转动连接，车身1左侧分别与左悬架FGHIJ的左下拉杆端点F和左上拉杆中部Q点转动连接，右悬架ABCDE与左悬架FGHIJ位于同一车身横垂面内，驱动杆14两端分别与右减震器8末端E点和左减震器9末端J点转动连接，驱动杆14中点与车身1中央纵垂面上U点转动连接，形成车辆侧倾控制机构；车辆侧倾控制机构在同一车身横垂面内形成车身矩形APQF和两个平行四边形 ABCP、FGHQ，各平行四边形的形态由致动角α控制，右下拉杆2与左下拉杆3长度相等，右上拉杆6 与左上拉杆7长度相等，右减震器8与左减震器9长度相等、性能相同，右车轮12与左车轮13半径相等，当α≠90°时左、右车轮相对车身等距离反向平行移动，相对地面左、右车轮侧倾角相等且等于车身侧倾角β，当α＝90°时β＝0、车辆侧倾控制机构关于车身中央纵垂面左右对称，满足侧倾函数β＝f(α)。

图9所示的两轮驱动主动侧倾车辆组成原理图，由一组车辆转向侧倾联动机构和一组车辆侧倾控制机构在同一车身上按照给定的轴距L前后布置、共用同一车身中央纵垂面，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，双后轮液压马达驱动，车辆转向侧倾联动机构致动角α₁、车身侧倾角β₁，车辆侧倾控制机构致动角α₂、车身侧倾角β₂，取致动角α＝α₁＝α₂，则车身侧倾角β＝β₁＝β₂，实现同步侧倾控制，构成具备前轮转向、后轮驱动、全轮侧倾特征的两轮驱动主动侧倾车辆。

图10所示的四轮驱动主动侧倾车辆组成原理图，由两组相同的车辆转向侧倾联动机构在同一车身上按照给定的轴距L前后布置、共用同一车身中央纵垂面，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，四轮轮毂电机驱动，前、后两机构的致动角α₁、α₂，车身侧倾角β₁、β₂，取致动角α＝α₁＝α₂，则车身侧倾角β＝β₁＝β₂，实现同步侧倾控制，构成具备全轮转向、全轮驱动、全轮侧倾特征的四轮驱动主动侧倾车辆；具备附着力大，转弯半径小，地面适应性好特点。

图11所示的单轮驱动主动侧倾车辆组成原理图，由一组车辆转向侧倾联动机构前置，在同一车身上按照给定的轴距L单轮后置、共用同一车身中央纵垂面，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，构成具备前轮转向、后轮驱动、倒三轮特征的单轮驱动主动侧倾车辆；具备体积小，机动、灵活特点。

结合图6、7、8所示的车辆转向侧倾联动机构工作原理图，设转向节主轴距离K、车速v、重力加速度g，车辆转向侧倾联动机构为双自由度运动系统，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，车辆侧倾控制方法为：

①、车辆高速行驶转弯时，给出转向角θ，由转向器驱动转向梯形M₀S₀T₀N₀，通过联动转向梯形MSTN 获得外车轮偏转角θ_e、内车轮偏转角θ_i，满足阿克曼转向条件：cot(θ_e)-cot(θ_i)＝K/L，转弯半径R＝ Lcot(θ_i)+K/2，转弯时力平衡条件：mg×tanq＝mv×v/R，由tanq＝v×v/(gR)解出重心侧倾角q，获得了重心侧倾角q与转向角θ、车速v的函数关系q＝h(θ，v)，取车身侧倾角β＝q，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，侧倾过程中车辆轴距L不变；

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8所示)，取车身侧倾角β＝-p，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，侧倾过程中车辆轴距L不变；

③、车辆低速行驶时，取α＝90°、β＝0，在一定范围内θ可以任意取值，由转向器驱动转向梯形M₀S₀T₀N₀，通过联动转向梯形MSTN获得相对应的外车轮偏转角θ_e、内车轮偏转角θ_i，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。

图12所示的车辆侧倾控制方法流程图，安装在车身上的传感器检测来自车辆的行驶状态信息，以及驾驶员输入的驾驶意图信号，这些传感器信息包括：车速v、转向角θ、致动角α、车身侧倾角β、地面横向坡度角p、车辆横摆角速度、车辆侧向加速度、车辆纵向加速度、驾驶员意图转向角等，其中车辆纵向加速度用于矫正车速v，车辆横摆角速度和车辆侧向加速度用于矫正车辆转向角θ；处理后的传感器信息经过信号线传输给控制单元，控制单元依据驾驶意图信号和传感器信息，根据车辆侧倾控制方法计算出侧倾致动器和转向器相应的输入信息，经过控制信号线传送给致动器和转向器；致动器驱动车辆转向侧倾联动机构、或者车辆侧倾控制机构使得车身侧倾、转向器驱动车辆转向侧倾联动机构使得车辆转向，实现车辆按照期望的侧倾角和期待路径稳定行驶。

通过以上实施例，本发明所提出的一种车辆转向侧倾联动机构及侧倾控制方法，实现了车辆转向与车身侧倾独立控制，侧倾过程中车辆轴距不变，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；进一步提出了基于车辆转向侧倾联动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，以保持稳定的行驶姿态。

Claims (9)

1.车辆转向侧倾联动机构，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：右悬架ABCDE由右下拉杆、右转向节主轴、右上拉杆和右减震器各端点顺序转动连接构成，各相对转动轴线平行且垂直于右悬架ABCDE所在平面，右转向节与右转向节主轴绕其轴线BC转动连接，右转向节联接右车轮并控制其方向；左悬架FGHIJ由左下拉杆、左转向节主轴、左上拉杆和左减震器各端点顺序转动连接构成，各相对转动轴线平行且垂直于左悬架FGHIJ所在平面，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；车身右侧分别与右悬架ABCDE的右下拉杆端点A和右上拉杆中部P点转动连接，车身左侧分别与左悬架FGHIJ的左下拉杆端点F和左上拉杆中部Q点转动连接，右悬架ABCDE与左悬架FGHIJ位于同一车身横垂面内，驱动杆两端分别与右减震器末端E点和左减震器末端J点转动连接，驱动杆中点与车身中央纵垂面上U点转动连接，形成侧倾机构；

其中：所述的侧倾机构在同一车身横垂面内形成车身矩形APQF和两个平行四边形ABCP、FGHQ，各平行四边形的形态由致动角α控制，右下拉杆与左下拉杆长度相等，右上拉杆与左上拉杆长度相等，右减震器与左减震器长度相等、性能相同，右车轮与左车轮半径相等，当α≠90°时左、右车轮相对车身等距离反向平行移动，相对地面左、右车轮侧倾角相等且等于车身侧倾角β，当α＝90°时β＝0、侧倾机构关于车身中央纵垂面左右对称，获得侧倾机构车身侧倾角β与致动角α关系的侧倾函数β＝f(α)；

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、连杆、右摆杆、左摆杆、右转向臂、左转向臂、右平衡杆、左平衡杆、十字轴，右转向节主轴和右转向节交点M，右转向臂与右转向节成角固连、共同绕轴线BC转动，左转向节主轴和左转向节交点N，左转向臂与左转向节成同一角固连、共同绕轴线GH转动；转向梯形M₀S₀T₀N₀由右摆杆、连杆和左摆杆各端点顺序转动连接，以及由右摆杆端点M₀和左摆杆端点N₀分别与车身转动连接构成，各相对转动轴线平行且垂直于转向梯形M₀S₀T₀N₀所在平面，转向梯形M₀S₀T₀N₀位于车身水平内，M₀位于AP线上、N₀位于FQ线上，BM＝AM₀＝FN₀＝GN；十字轴的两轴线垂直相交，两个十字轴分别与转向梯形M₀S₀T₀N₀的S₀、T₀点转动连接，各十字轴的一条轴线分别与连接点转动副共轴线，另两个十字轴分别与右转向臂末端S点和左转向臂末端T点转动连接，两转动轴线分别平行于BC、GH，右平衡杆两端分别与S₀、S点十字轴的另一轴转动连接，左平衡杆两端分别与T₀、T点十字轴的另一轴转动连接，MS＝M₀S₀＝N₀T₀＝NT，右平衡杆与侧倾机构中右下拉杆长度相等，左平衡杆与侧倾机构中左下拉杆长度相等，形成转向机构；

其中：转向角θ＝0时，转向梯形M₀S₀T₀N₀两底角相等、均为当侧倾机构中的α＝90°时，联动转向梯形MSTN为车身水平面内等腰梯形，两底角相等、均为车辆直线行驶，当侧倾机构中的α≠90°时，联动转向梯形MSTN为车身水平面内投影等腰梯形、两底角相等，车辆侧倾、直线行驶；转向角θ≠0时，转向梯形M₀S₀T₀N₀两底角不相等，当侧倾机构中的α＝90°时，联动转向梯形MSTN在车身水平面内两底角不相等，外车轮偏转角θ_e和内车轮偏转角θ_i满足阿克曼转向条件，车辆转向行驶，当侧倾机构中的α≠90°时，联动转向梯形MSTN在车身水平面内投影两底角不相等，外车轮偏转角θ_e和内车轮偏转角θ_i近似满足阿克曼转向条件，车辆侧倾、转向行驶；当侧倾机构中的α＝90°且转向角θ＝0时，转向机构关于车身中央纵垂面左右对称。

2.根据权利要求1所述的车辆转向侧倾联动机构，其特征在于，所述的十字轴两轴颈的轴线垂直相交，可选用十字轴承替代，由相邻两轴颈连接两垂直相交转动。

3.根据权利要求1所述的车辆转向侧倾联动机构，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。

4.根据权利要求1所述的车辆转向侧倾联动机构，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。

5.一种车辆侧倾控制机构，由权利要求1所述的车辆转向侧倾联动机构中保留侧倾机构部分、去掉转向机构部分形成，其特征在于，包括：右悬架ABCDE由右下拉杆、右转向节主轴、右上拉杆和右减震器各端点顺序转动连接构成，各相对转动轴线平行且垂直于右悬架ABCDE所在平面，右转向节与右转向节主轴固连，右转向节联接右车轮；左悬架FGHIJ由左下拉杆、左转向节主轴、左上拉杆和左减震器各端点顺序转动连接构成，各相对转动轴线平行且垂直于左悬架FGHIJ所在平面，左转向节与左转向节主轴固连，左转向节联接左车轮；车身右侧分别与右悬架ABCDE的右下拉杆端点A和右上拉杆中部P点转动连接，车身左侧分别与左悬架FGHIJ的左下拉杆端点F和左上拉杆中部Q点转动连接，右悬架ABCDE与左悬架FGHIJ位于同一车身横垂面内，驱动杆两端分别与右减震器末端E点和左减震器末端J点转动连接，驱动杆中点与车身中央纵垂面上U点转动连接，形成车辆侧倾控制机构；

其中：车辆侧倾控制机构在同一车身横垂面内形成车身矩形APQF和两个平行四边形ABCP、FGHQ，各平行四边形的形态由致动角α控制，右下拉杆与左下拉杆长度相等，右上拉杆与左上拉杆长度相等，右减震器与左减震器长度相等、性能相同，右车轮与左车轮半径相等，当α≠90°时左、右车轮相对车身等距离反向平行移动，相对地面左、右车轮侧倾角相等且等于车身侧倾角β，当α＝90°时β＝0、车辆侧倾控制机构关于车身中央纵垂面左右对称，满足侧倾函数β＝f(α)。

6.两轮驱动主动侧倾车辆，其特征在于，由一组权利要求1所述的车辆转向侧倾联动机构和一组权利要求5所述的车辆侧倾控制机构在同一车身上按照给定的轴距L前后布置、共用同一车身中央纵垂面，轮距相等，双后轮驱动，同步侧倾控制，构成具备前轮转向、后轮驱动、全轮侧倾特征的车辆。

7.四轮驱动主动侧倾车辆，其特征在于，由两组相同的权利要求1所述的车辆转向侧倾联动机构在同一车身上按照给定的轴距L前后布置、共用同一车身中央纵垂面，四轮驱动，同步侧倾控制，构成具备全轮转向、全轮驱动、全轮侧倾特征的车辆。

8.单轮驱动主动侧倾车辆，其特征在于，由一组权利要求1所述的车辆转向侧倾联动机构前置，在同一车身上按照给定的轴距L单轮后置、共用同一车身中央纵垂面，后轮驱动，构成具备前轮转向、后轮驱动、倒三轮特征的车辆。

9.车辆侧倾控制方法，其特征在于，包括：

①、车辆高速行驶转弯时，给出转向角θ，由转向器驱动转向梯形M₀S₀T₀N₀，通过联动转向梯形MSTN获得外车轮偏转角θ_e、内车轮偏转角θ_i，满足cot(θ_e)-cot(θ_i)＝K/L，求得转弯半径R＝Lcot(θ_i)+K/2；

②、满足转弯时力平衡条件：mg×tanq＝mv×v/R，由tanq＝v×v/(gR)解出重心侧倾角q；

③、取车身侧倾角β＝q，由侧倾函数β＝f(α)解出致动角α；

④、由致动器产生致动角α，驱动侧倾机构，实现车身侧倾角β；

⑤、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)解出致动角α，由致动器产生致动角α，驱动侧倾机构，实现车身侧倾角β；

⑥、车辆低速行驶时，取α＝90°、β＝0，在一定范围内θ可以任意取值，由转向器驱动转向梯形M₀S₀T₀N₀，通过联动转向梯形MSTN获得相对应的外车轮偏转角θ_e、内车轮偏转角θ_i，满足阿克曼转向条件，实现低速行驶、转向不侧倾。