车身侧倾驱动机构及应用该机构的主动侧倾车辆
阅读说明：本技术 车身侧倾驱动机构及应用该机构的主动侧倾车辆 (Vehicle body side-tipping driving mechanism and active side-tipping vehicle using same ) 是由 王豪磊 杨鹏艺 王亚 魏文军 李海涛 于 2021-07-26 设计创作，主要内容包括：本发明涉及车辆底盘技术领域,公开了一种车身侧倾驱动机构及应用该机构的主动侧倾车辆,特别涉及主动侧倾车辆的车身侧倾驱动及控制技术范畴,车身侧倾驱动机构包括：车架、车身、中心圆柱齿轮、第一圆柱齿轮、第二圆柱齿轮、刚性连杆、弹性连杆,采用弹性连杆联接两个与输出齿轮独立啮合的输入齿轮,传动过程中输入转速波动引起的转速同步差异,由弹性连杆长度变化补偿,避免齿轮啮合运动干涉,保持各输入齿轮与输出齿轮始终正确啮合传动,实现双动力混合驱动车身侧倾运动,以提高主动侧倾车辆的稳定性和可靠性。(The invention relates to the technical field of vehicle chassis, discloses a vehicle body roll driving mechanism and an active roll vehicle applying the same, in particular to the technical field of vehicle body roll driving and control of the active roll vehicle, wherein the vehicle body roll driving mechanism comprises: the vehicle comprises a frame, a vehicle body, a central cylindrical gear, a first cylindrical gear, a second cylindrical gear, a rigid connecting rod and an elastic connecting rod, wherein the elastic connecting rod is connected with two input gears which are independently meshed with the output gears, the synchronous difference of the rotating speeds caused by the fluctuation of the input rotating speeds in the transmission process is compensated by the length change of the elastic connecting rod, the interference of the meshing motion of the gears is avoided, the input gears and the output gears are always correctly meshed for transmission, the double-power hybrid drive vehicle body roll motion is realized, and the stability and the reliability of the active roll vehicle are improved.)
技术领域
本发明涉及一种车身侧倾驱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。
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，结构简单、造价低，通常由伺服电机串联减速器减速增扭后驱动车身相对车架转动、或者直接驱动车身相对车架转动，造成车辆转弯时的操纵稳定性、平顺性及安全可靠性较差；探索车身独立侧倾驱动方式，研究车身独立侧倾传动、控制方法，对提高车身独立侧倾车辆的安全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驱动机构及应用该机构的主动侧倾车辆，采用弹性连杆联接两个与输出齿轮独立啮合的输入齿轮，传动过程中输入转速波动引起的转速同步差异，由弹性连杆长度变化补偿，避免齿轮啮合运动干涉，实现双动力混合驱动车身侧倾运动。
为了达到本发明目的所采取的技术方案如下：
车身侧倾驱动机构包括：中心圆柱齿轮(3)固定安装在车身(2)上、中心圆柱齿轮(3)轴线位于车身(2)的对称线上，车身(2)与车架(1)绕中心圆柱齿轮(3)轴线转动连接、连接点O位于车架(1)中线上，中心圆柱齿轮(3)与车身(2)共同绕中心圆柱齿轮(3)轴线相对车架(1)转动，第一圆柱齿轮(4)绕其轴线与车架(1)转动连接，第一圆柱齿轮(4)与中心圆柱齿轮(3)正确啮合传动，刚性连杆(6)一端绕中心圆柱齿轮(3)轴线与车架(1)转动连接、另一端与第二圆柱齿轮(5)绕其轴线转动连接，第二圆柱齿轮(5)与中心圆柱齿轮(3)正确啮合传动，弹性连杆(7)一端绕第一圆柱齿轮(4)轴线与车架(1)转动连接、另一端与第二圆柱齿轮(5)绕其轴线转动连接，弹性连杆(7)保持第二圆柱齿轮(5)与中心圆柱齿轮(3)正确啮合传动，各圆柱齿轮转动轴线相互平行；
其中：第一圆柱齿轮齿数Z1、输入扭矩N1、输入转速M1，第二圆柱齿轮齿数Z2、输入扭矩N2、输入转速M2，两齿轮输入转速同步条件M1Z1＝M2Z2，M1、M2同向，中心圆柱齿轮齿数ZO、输出转速MO＝M1Z1/ZO、输出扭矩NO＝ZO(N1/Z1+N2/Z2)，驱动车身侧倾运动，传动过程中输入转速波动引起的转速同步差异，由弹性连杆长度变化补偿，避免齿轮啮合运动干涉，弹性连杆长度变化时第一、二圆柱齿轮与中心圆柱齿轮的中心距保持不变，实现双动力混合驱动车身侧倾运动。
车身侧倾驱动机构工作过程中：当N1≠0且N2≠0时，中心圆柱齿轮输出扭矩NO＝ZO(N1/Z1+N2/Z2)，实现双动力合成驱动车身侧倾运动；当N2＝0时，第二圆柱齿轮以转速M2空转，第一圆柱齿轮输入扭矩N1，中心圆柱齿轮输出扭矩NO＝N1ZO/Z1，车身侧倾驱动机构正常工作，当N1＝0时，第一圆柱齿轮以转速M1空转，第二圆柱齿轮输入扭矩N2，中心圆柱齿轮输出扭矩NO＝N2ZO/Z2，车身侧倾驱动机构继续工作，实现双动力冗余驱动车身侧倾运动。
上述的车身侧倾驱动机构中，所述的弹性连杆为弹性二力杆，外力作用下产生微量拉伸或压缩位移，选用弹性材料制成等径直线型弹性连杆，也可选用弹性材料制成C型、或者S型弹性连杆，弹性连杆的弹簧刚度与各输入扭矩成正比。
上述的车身侧倾驱动机构中，第一圆柱齿轮齿数Z1、输入转速M1，第二圆柱齿轮齿数Z2、输入转速M2，当Z2＝Z1时，两个齿轮输入转速同步条件为：M2＝M1，M2、M1同向；当Z2≠Z1时，两个齿轮输入转速同步条件为：M2＝M1Z1/Z2，M2、M1同向。
上述的车身侧倾驱动机构中，第一圆柱齿轮、第二圆柱齿轮均为直齿圆柱外齿轮，中心圆柱齿轮选用直齿圆柱外齿轮时，形成外啮合车身侧倾驱动机构，中心圆柱齿轮输出转速MO＝M1Z1/ZO、MO与M1反向；中心圆柱齿轮选用直齿圆柱内齿轮时，形成内啮合车身侧倾驱动机构，中心圆柱齿轮输出转速MO＝M1Z1/ZO、MO与M1同向。
上述的车身侧倾驱动机构中，第一圆柱齿轮、第二圆柱齿轮均为斜齿圆柱外齿轮，中心圆柱齿轮选用斜齿圆柱外齿轮时，形成外啮合车身侧倾驱动机构，中心圆柱齿轮输出转速MO＝M1Z1/ZO、MO与M1反向；中心圆柱齿轮选用斜齿圆柱内齿轮时，形成内啮合车身侧倾驱动机构，中心圆柱齿轮输出转速MO＝M1Z1/ZO、MO与M1同向，斜齿圆柱齿轮传动具备承载能力高、运动平稳的优点。
车身主动侧倾四轮车辆包括：车身侧倾驱动机构中，由车架通过四组悬架和减震器按照给定的轴距和轮距分别连接左前轮、右前轮、左后轮、右后轮，车身侧倾过程中车轮不侧倾，四个车轮均采用通用的轿车轮胎，双前轮转向，双后轮驱动，构成具备前轮转向、后轮驱动、车身主动侧倾特征的四轮车辆。
车身主动侧倾正三轮车包括：车身侧倾驱动机构中，由车架通过两组悬架和减震器按照给定的轮距分别连接左后轮、右后轮，双后轮驱动，双后轮采用通用的轿车轮胎，车身通过转向臂和减震器按照给定的轴距连接一个前车轮，前车轮转向，前车轮采用断面为弧形的曲线轮胎，车身侧倾驱动机构控制车身侧倾，单个前车轮与车身一起自适应侧倾，构成具备双后轮驱动、前轮转向、车身主动侧倾特征的正三轮车，具备承载能力大，转弯半径小，地面适应性好特点。
车身主动侧倾倒三轮车包括：车身侧倾驱动机构中，由车架通过两组悬架和减震器按照给定的轮距分别连接左前轮、右前轮，双前轮转向，双前轮采用通用的轿车轮胎，车身通过摆臂和减震器按照给定的轴距连接一个后车轮，后车轮驱动，后车轮采用断面为弧形的曲线轮胎，车身侧倾驱动机构控制车身侧倾，单个后车轮与车身一起自适应侧倾，构成具备双前轮转向、单后轮驱动、车身主动侧倾特征的倒三轮车，具备体积小，机动、灵活特点。
本发明的有益效果在于，所提出的一种车身侧倾驱动机构及应用该机构的主动侧倾车辆，采用弹性连杆联接两个与输出齿轮独立啮合的输入齿轮，传动过程中输入转速波动引起的转速同步差异，由弹性连杆长度变化补偿，避免齿轮啮合运动干涉，保持各输入齿轮与输出齿轮始终正确啮合传动，实现双动力混合驱动车身侧倾运动，以提高主动侧倾车辆的稳定性和可靠性。
附图说明
图1为车身侧倾驱动机构简图；
图2为内啮合车身侧倾驱动机构简图；
图3为车身侧倾驱动机构侧倾原理图；
图4(a)为C形弹性连杆构型原理图、(b)为S形弹性连杆构型原理图；
图5为车身主动侧倾四轮车辆组成原理图；
图6为车身主动侧倾正三轮车组成原理图；
图7为车身主动侧倾倒三轮车组成原理图；
图中：1--车架，2--车身，3--中心圆柱齿轮，4--第一圆柱齿轮，5--第二圆柱齿轮，6--刚性连杆，7--弹性连杆。
具体实施方式
下面根据附图对本发明的实施例进行描述。
图1所示的车身侧倾驱动机构简图，车身侧倾驱动机构包括：车架(1)、车身(2)、中心圆柱齿轮(3)、第一圆柱齿轮(4)、第二圆柱齿轮(5)、刚性连杆(6)、弹性连杆(7)，中心圆柱齿轮(3)固定安装在车身(2)上、中心圆柱齿轮(3)轴线位于车身(2)的对称线上，车身(2)与车架(1)绕中心圆柱齿轮(3)轴线转动连接、连接点O位于车架(1)中线上，中心圆柱齿轮(3)与车身(2)共同绕中心圆柱齿轮(3)轴线相对车架(1)转动，第一圆柱齿轮(4)绕其轴线与车架(1)转动连接，第一圆柱齿轮(4)与中心圆柱齿轮(3)正确啮合传动，刚性连杆(6)一端绕中心圆柱齿轮(3)轴线与车架(1)转动连接、另一端与第二圆柱齿轮(5)绕其轴线转动连接，第二圆柱齿轮(5)与中心圆柱齿轮(3)正确啮合传动，弹性连杆(7)一端绕第一圆柱齿轮(4)轴线与车架(1)转动连接、另一端与第二圆柱齿轮(5)绕其轴线转动连接，弹性连杆(7)保持第二圆柱齿轮(5)与中心圆柱齿轮(3)正确啮合传动，各圆柱齿轮转动轴线相互平行；
其中：第一圆柱齿轮齿数Z1、第二圆柱齿轮齿数Z2、中心圆柱齿轮齿数ZO，伺服电机一驱动第一圆柱齿轮输入扭矩N1、输入转速M1，伺服电机二驱动第二圆柱齿轮输入扭矩N2、输入转速M2，满足两齿轮输入转速同步条件M1Z1＝M2Z2，M1、M2同向，转动方向如图1所示，传动过程中M2向上波动增大时，弹性连杆受拉、杆长AB增长，由于AO固定，则∠AOB变大，避免齿轮啮合运动干涉；M2向下波动减小时，弹性连杆受压、杆长AB缩短，则∠AOB变小，避免齿轮啮合运动干涉；弹性连杆长度变化时，刚性连杆长度不变，第一、二圆柱齿轮与中心圆柱齿轮的中心距OA、OB保持不变，中心圆柱齿轮输出扭矩NO＝ZO(N1/Z1+N2/Z2)、输出转速MO＝M1Z1/ZO，实现双动力混合驱动车身侧倾运动；
直齿圆柱齿轮正确啮合传动条件为：第一圆柱齿轮、第二圆柱齿轮与中心圆柱齿轮具有相同的模数m和压力角α，第一圆柱齿轮与中心圆柱齿轮外啮合传动中心距OA＝m(Z1+ZO)/2，第二圆柱齿轮与中心圆柱齿轮外啮合传动中心距OB＝m(Z2+ZO)/2，刚性连杆长度等于OB，弹性连杆长度AB＞m(Z1+Z2)/2+2m，如图1所示；第一圆柱齿轮与中心圆柱齿轮内啮合传动中心距OA＝m(ZO-Z1)/2，第二圆柱齿轮与中心圆柱齿轮内啮合传动中心距OB＝m(ZO-Z2)/2，刚性连杆长度等于OB，弹性连杆长度AB＞m(Z1+Z2)/2+2m，如图2所示。
图3所示的车身侧倾驱动机构侧倾原理图，车身侧倾驱动机构工作过程中：当N1≠0且N2≠0时，中心圆柱齿轮输出扭矩NO＝ZO(N1/Z1+N2/Z2)，实现双动力合成驱动车身侧倾运动；当N2＝0时，第二圆柱齿轮以转速M2空转，第一圆柱齿轮输入扭矩N1，中心圆柱齿轮输出扭矩NO＝N1ZO/Z1，车身侧倾驱动机构正常工作，当N1＝0时，第一圆柱齿轮以转速M1空转，第二圆柱齿轮输入扭矩N2，中心圆柱齿轮输出扭矩NO＝N2ZO/Z2，车身侧倾驱动机构继续工作，实现双动力冗余驱动车身侧倾运动，以保持车辆在任何条件下的行驶稳定性和安全性。
上述的车身侧倾驱动机构中，所述的弹性连杆为弹性二力杆，外力作用下产生微量拉伸或压缩位移，选用弹性材料制成等径直线型弹性连杆，也可选用弹性材料制成C型弹性连杆(如图4(a)所示)、或者S型弹性连杆(如图4(b)所示)，弹性连杆的弹簧刚度与各输入扭矩成正比。
上述的车身侧倾驱动机构中，第一圆柱齿轮齿数Z1、输入转速M1，第二圆柱齿轮齿数Z2、输入转速M2，当Z2＝Z1时，两个齿轮输入转速同步条件为：M2＝M1，M2、M1同向；当Z2≠Z1时，两个齿轮输入转速同步条件为：M2＝M1Z1/Z2，M2、M1同向。
上述的车身侧倾驱动机构中，第一圆柱齿轮、第二圆柱齿轮均为直齿圆柱外齿轮，满足两个齿轮输入转速同步条件：M1Z1＝M2Z2，M1、M2同向，中心圆柱齿轮选用直齿圆柱外齿轮时，形成外啮合车身侧倾驱动机构，中心圆柱齿轮输出转速MO＝M1Z1/ZO、MO与M1反向，如图1所示；中心圆柱齿轮选用直齿圆柱内齿轮时，形成内啮合车身侧倾驱动机构，中心圆柱齿轮输出转速MO＝M1Z1/ZO、MO与M1同向，如图2所示。
上述的车身侧倾驱动机构中，第一圆柱齿轮、第二圆柱齿轮均为斜齿圆柱外齿轮，满足两个齿轮输入转速同步条件：M1Z1＝M2Z2，M1、M2同向，中心圆柱齿轮选用斜齿圆柱外齿轮时，形成外啮合车身侧倾驱动机构，中心圆柱齿轮输出转速MO＝M1Z1/ZO、MO与M1反向；中心圆柱齿轮选用斜齿圆柱内齿轮时，形成内啮合车身侧倾驱动机构，中心圆柱齿轮输出转速MO＝M1Z1/ZO、MO与M1同向，斜齿圆柱齿轮传动具备承载能力高、运动平稳的优点。
图5所示的车身主动侧倾四轮车辆组成原理图，车身主动侧倾四轮车辆包括：车身侧倾驱动机构中，由车架通过四组悬架和减震器按照给定的轴距和轮距分别连接左前轮、右前轮、左后轮、右后轮，车身侧倾过程中车轮不侧倾，四个车轮均采用通用的轿车轮胎GB9743-2007，两组前悬架相同，等腰梯形转向机构联动双前轮转向，两组后悬架相同，双后轮轮毂电机驱动，构成具备前轮转向、后轮驱动、车身主动侧倾特征的四轮车辆。
图6所示的车身主动侧倾正三轮车组成原理图，车身主动侧倾正三轮车包括：车身侧倾驱动机构中，由车架通过两组相同的悬架和减震器按照给定的轮距分别连接左后轮、右后轮，双后轮轮毂电机驱动，双后轮采用通用的轿车轮胎GB 9743-2007，车身通过转向臂和减震器按照给定的轴距连接一个前车轮，前车轮转向，前车轮采用断面为圆弧形的摩托车轮胎GB 518-2007，车身侧倾驱动机构控制车身侧倾，单个前车轮与车身一起自适应侧倾，构成具备双后轮驱动、前轮转向、车身主动侧倾特征的正三轮车，具备承载能力大，转弯半径小，地面适应性好特点。
图7所示的车身主动侧倾倒三轮车组成原理图，车身主动侧倾倒三轮车包括：车身侧倾驱动机构中，由车架通过两组相同的悬架和减震器按照给定的轮距分别连接左前轮、右前轮，等腰梯形转向机构联动双前轮转向，双前轮采用通用的轿车轮胎GB 9743-2007，车身通过摆臂和减震器按照给定的轴距连接一个后车轮，后车轮轮毂电机驱动，后车轮采用断面为圆弧形的摩托车轮胎GB 518-2007，车身侧倾驱动机构控制车身侧倾，单个后车轮与车身一起自适应侧倾，构成具备双前轮转向、单后轮驱动、车身主动侧倾特征的倒三轮车，具备体积小，机动、灵活特点。
通过以上实施例，所提出的一种车身侧倾驱动机构及应用该机构的主动侧倾车辆，采用弹性连杆联接两个与输出齿轮独立啮合的输入齿轮，传动过程中输入转速波动引起的转速同步差异，由弹性连杆长度变化补偿，避免齿轮啮合运动干涉，保持各输入齿轮与输出齿轮始终正确啮合传动，实现双动力混合驱动车身侧倾运动，以提高主动侧倾车辆的稳定性和可靠性。
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