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CN104029747B - 可横向倾斜的多轮辙车辆 - Google Patents

可横向倾斜的多轮辙车辆 Download PDF

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CN104029747B CN201410081761.4A CN201410081761A CN104029747B CN 104029747 B CN104029747 B CN 104029747B CN 201410081761 A CN201410081761 A CN 201410081761A CN 104029747 B CN104029747 B CN 104029747B
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托斯滕·格哈特
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Abstract

本发明涉及一种可横向倾斜的多轮辙车辆，其具有至少三个车轮(2)、车身(5)，具有两个车轮(2)的至少一个车轮对(3)，两个车轮(2)分配给公用轴并在各种情况下通过至少一个车轮控制部(7，14)悬挂在车身(5)上，在各种情况下车轮对(3)的车轮控制部(7，14)通过至少一个弹性元件(8)支承在车身(5)上。弹性元件(8)具非线性弹簧特征，其弹簧刚度在压缩方向增加，在回弹方向减少。

Description

可横向倾斜的多轮辙车辆
技术领域
本发明涉及可横向倾斜的多轮辙车辆，尤其是机动车辆。
背景技术
近年来，由于城市中运行的车辆的多样性及相关问题例如交通拥堵或环境污染，对车辆的创新设计的兴趣逐渐增长。为了使例如通过多个车辆共享行车道或停车位来解决停车问题或改善交通流量成为可能，这种类型的车辆将会很小特别是很窄。这种类型的车辆的尺寸通常设计为运输一至两个人。因此这仍然能够保证个人的移动性。而且，所述的小尺寸和低重量的车辆使得降低发动机的输出功率和车辆导致的排放物而无任何驾驶性能的损失成为可能。近年来做了许多尝试来开发多轮辙的、可横向倾斜的车辆，当在弯道驾驶时，这些车辆的整个车辆或它的一部分类似于自行车的方式朝向弯道的内侧倾斜，结果是重力和离心力的合力实质上沿着车身的垂线延伸。因此，车辆的朝向弯道外侧的横向倾斜甚至在可横向倾斜的车辆的轮辙宽度比传统的多轮辙车辆的轮辙宽度相对窄的情况下被阻止。
实践中已经公开了不同类型的具有三个或四个车轮的可横向倾斜的车辆。例如，在一些三轮车辆中仅仅车身和中心车轮可以倾斜，而具有两个安装在公用轴上的偏心轮的一对车轮不可以倾斜。然而，优选的解决方案通常是所有的车轮可以和车身一起倾斜，这是因为这种解决方案相对于车辆的宽度来说需要较少的安装空间以及因此车辆的总体设计很窄。
可横向倾斜的车辆的一个重要的方面是自发直立性。通常车辆的质心在车身横向倾斜过程中下降。然而，这就意味着可横向倾斜的多轮辙车辆的车身将不会再次自动直立自身。实现横向倾斜的车身的自动直立的简单的可能性是在横向倾斜过程中在倾斜角增加时提高车辆的质心。另外，该解决方案提供了甚至车辆在停止时车辆自动呈现稳定的直立位置这样一个重要的优势，因为车辆的质心在所述位置位于最低。
例如，US5040812公开了一种至少具有三个车轮的可横向倾斜的多轮辙车辆，在横向倾斜过程中当倾斜角增加时通过皮带传动提高该车辆的车身。
进一步地，DE19838328C1已经公开了一种具有三个或四个车轮的多轮辙可横向倾斜的车辆，在该车辆中车辆的前车轮对具有独立的带有双叉臂的车轮悬挂系统。在各种情况下由下叉臂支承的支柱和压杆共同形成了在铰接于车身的旋转杆上通过以下方式用作曲柄连杆的刚性三角形：在车身和车轮的倾斜位置中在车轮对附近提高车身。
发明内容
针对以上背景技术，本发明的目的在于提供至少一种替代现有技术的技术，通过该技术可以实现多轮辙可横向倾斜的车辆尤其是机动车辆在横向倾斜后自动自发直立。而且，该技术方案应具备紧凑的总体设计，目的是保证尽可能小的需要的安装空间以便实现窄的车辆。
本发明的目的通过以下技术方案来实现。
一种可横向倾斜的多轮辙车辆，其具有至少三个车轮、车身，具有两个车轮的至少一个车轮对，两个车轮分配给公用轴并在各种情况下通过至少一个车轮控制部悬挂在车身上，在各种情况下车轮对的车轮控制部通过至少一个弹性元件支承在车身上，弹性元件具有非线性弹簧特征，其弹簧刚度在压缩方向增加，在回弹方向减少。
进一步地，车轮控制部包含至少一个一端可枢转地安装在车身上、另一端可旋转地安装在车轮上的纵向连杆。
进一步地，车轮控制部包含至少一个一端安装在车身上、另一端可旋转地安装在车轮上的弹簧支柱。
进一步地，支承车轮对的车轮控制部的弹性元件在各种情况下以铰接的方式与双杠杆的一个支杆连接，双杠杆以其纵向范围的中心可旋转地安装在车身上。
进一步地，车轮对的车轮控制部在各种情况下以铰接的方式与双杠杆的一个支杆连接，双杠杆的支杆通过相对于所述支杆的纵向范围偏心安装的弹性元件可旋转地安装在车身上。
进一步地，在各种情况下两个车轮对具有两个车轮，一个车轮对形成车辆的可操纵的前轮，另一个车轮对形成车辆的后轮。
进一步地，弹性元件是具有渐进的弹簧刚度的螺旋弹簧。
应当指出的是，在以下说明书中分别说明的特征可以以任何所需要的技术上有意义的方式彼此结合，并进一步公开了本发明的实施例。说明书尤其结合附图进一步描绘和说明本发明。
根据本发明的可横向倾斜的多轮辙车辆，尤其是机动车辆，具有至少三个车轮、车身例如车架以及至少一个具有两个分配至公用轴的车轮的车轮对。在各种情况下车轮对的车轮通过至少一个车轮控制部，例如诸如纵向连杆或叉臂的车轮控制连杆，支承在车身上。而且，在各种情况下车轮对的车轮控制部通过至少一个弹性元件支承在车身上。根据本发明，弹性元件具有非线性弹簧特征。也就是说，根据本发明的弹性元件的弹簧刚度随着弹簧动程而改变，弹簧刚度在弹性元件的压缩方向增加，在弹性元件的回弹方向减少。这里，压缩方向应当理解为是这种类型的方向：在压缩方向时通过车身上的相关车轮控制部悬挂的车轮在车身的方向上移动，因此弹性元件的长度缩短。回弹方向应当理解为与压缩方向相反的方向，因此在回弹方向时弹性元件的长度增加。
根据本发明的技术方案实现了这样一种情况，其中在车身和车轮对的车轮朝向弯道内侧横向倾斜的过程中，例如当弯道行驶时，弯道外侧车轮(这里下文中也称作倾斜外侧的车轮)以及分配给车轮的弹性元件回弹，而弯道内侧车轮(这里下文中也称作倾斜内侧的车轮)以及分配给车轮的弹性元件压缩。由于弹性元件的非线性弹簧特征，弹簧刚度在压缩方向增加，弹簧刚度在回弹方向减少，结果弯道内侧车轮比弯道外侧车轮的弹簧动程压缩较小，弯道外侧车轮回弹。这整体导致了车身横向朝向弯道内侧倾斜，连同这个，车辆的质心提高了，因而车身自动自发直立为直立的、中间位置成为可能，这是因为车辆的质心在所述位置具有最低的位置。
有利地，提供根据本发明的为了实现多轮辙可横向倾斜的车辆的自动自发直立的具有非线性弹簧特征的弹性元件不需要任何附加的安装空间，这是因为其提供一定的最小驾驶舒适性的情况下，在任何情况下具有相对于车轮弹性支承车身的弹性元件。因此，理论上根据本发明的用于实现自动自发直立的技术方案不需要额外的安装空间。
根据本发明的一个有利的改良，车轮控制部包含至少一个一端可枢转地安装在车身上、另一端可旋转地安装在车轮上的纵向连杆。因此，在各种情况下车轮对的每个车轮独立地通过一个纵向连杆悬挂在车身上。尤其在后轮驱动的多轮辙可横向倾斜的车辆或机动车辆的情况下，纵向连杆悬挂系统提供了后轮可以通过链传动或皮带传动来驱动这样一个重要的优势。
本发明的一个可替换的改良是车轮控制部包含至少一个一端安装在车身、另一端可旋转地安装在车轮上的弹簧支柱。因此，在各种情况下车轮对的每个车轮独立地通过一个弹簧支柱悬挂在车身上。与可枢转地安装在车身上并引导可旋转地安装在纵向连杆上的圆形路径上的车轮对的车轮的纵向连杆悬挂系统相比，弹簧支柱沿着线性轨道引导车轮对的一端可旋转地安装的车轮。有利地，弹簧支柱与弹性元件形成一个结构单元，另外也可以与减震器形成一个结构单元。
本发明的进一步有利的改良是支承车轮对的车轮控制部的弹性元件在各种情况下以铰接的方式与双杠杆的一个支杆连接，双杠杆在它的纵向范围的中心可旋转地安装在车身上。双杠杆的纵向范围应当理解为本质上为与车辆的纵向中心面垂直的方向。因此，车轮对的车轮控制部通过弹性元件和可旋转的双杠杆支承在车身上。双杠杆，这里下文中也称作平衡杠杆，用来在横向倾斜过程中尽可能均匀地分散来自车轮对的倾斜内侧的车轮和倾斜外侧的车轮的车轮接触力。
本发明的一个可替换前述改良的有利的改良是在各种情况下车轮对的车轮控制部以铰接的方式与双杠杆的一个支杆连接，双杠杆的支杆通过相对于所述支杆的纵向范围偏心安装的弹性元件可旋转地安装在车身上。这种情况下，双杠杆的纵向范围也可以理解为本质上为与车辆的纵向中心面垂直的方向。因此，车轮控制部通过双杠杆或平衡杠杆与弹性元件连接，就弹性元件本身而言其支承在车身上。双杠杆在该改良中与上述的改良中具有相同的功能。
根据本发明的另一有利的改良，多轮辙可横向倾斜的车辆具有两个车轮对的特征，所述两个车轮对在各种情况下具有上述方式的两个车轮。车辆的第一车轮对形成可操控的前轮，第二车轮对形成车辆的后轮。
本发明的另一有利的改良是弹性元件是具有渐进弹簧刚度的螺旋弹簧。这种类型的螺旋弹簧可以有利地用于实现多轮辙可横向倾斜的车辆的自动自发直立，这已经描述过了。除了螺旋弹簧，不言而喻其它已知的弹性元件也可以用作相同的目的，只要它们是有弹性的并具有渐进的弹簧刚度。
附图说明
本发明的进一步的特征和优势由以下对本发明的两个示例性实施例的描述来说明，这不应当理解为限制，在以下的文本中参照附图以图表的方式将会更加详细的说明本发明的特征和优势，其中，
图1显示了根据本发明的多轮辙可横向倾斜的车辆的第一示例性实施例的俯视图、侧视图和后视图；
图2显示了图1中所示的车辆的侧视图和两个后视图；
图3显示了根据本发明的多轮辙可横向倾斜的车辆的第二示例性实施例的后车轮对的侧视图和两个后视图；
图4显示了图1中所示的车辆的侧视图和两个正视图；以及
图5显示了具有非线性弹簧特征的弹性元件的侧视图。
附图标记
1 可横向倾斜的多轮辙车辆
2 车轮
3 车轮对
4 车辆乘员
5 车身
6 行驶方向
7 纵向连杆
8 弹性元件
9 质心
10 双杠杆、平衡杠杆
11 纵向中心面
12 可横向倾斜的、多轮辙车辆
13 双杠杆、平衡杠杆
14 弹簧支柱
15 低弹簧刚度的悬挂动程范围
16 高弹簧刚度的悬挂动程范围
17 中等弹簧刚度的悬挂动程范围
A 压缩动程
B 回弹动程
具体实施方式
在不同的附图中，相同的部分始终使用相同的附图标记，以便所述部分通常仅仅描述一次。
图1显示了根据本发明的多轮辙可横向倾斜的车辆1，尤其是机动车辆的第一示例性实施例的上部示出的俯视图、左下方示出的侧视图和右下方示出的后视图。车辆1总共有四个车轮2，在各种情况下分配给公用轴的两个车轮2形成了车轮对3。从图1中可以看出，车辆1具有前车轮对3，其中的车轮2是可操纵的，以在各自相对的方向施加锁定的两个车轮2表示，以及后面的非可操纵的车轮对3。图1中所示的车辆1设计为运输一个至两个人或乘员4，从图1可以看出，两个车辆乘员4在车辆1中一个坐在另一个的身后。有利地，图1中显示的车辆1具有用于保护乘员4的封闭的车身5，例如，应对外部天气的影响，并且与敞开的车身相比还为乘员4提供了改善的安全性。
从图1的后视图可以看出，在车辆1横向倾斜的过程中车身5和车轮2都倾斜。横向倾斜的车辆1在后视图中用虚线表示。
例如，可以单独通过电动机或内燃机或通过电动机和内燃机的结合(混合驱动)对车辆1进行驱动。
图2从左至右显示了图1中所示的车辆1的侧视图、第一后视图和第二后视图。在侧视图中，用相应的箭头6表示车辆1的向前的行驶方向。第一后视图显示了从后面观察的位于非倾斜的直立的位置的车辆1。第二后视图显示了车辆1位于图中的横向向右倾斜的位置。图2中的所有视图显示了图1中所示的车辆1的后车轮对3的车轮2。
从图2中可以看出，车轮2通过由纵向连杆7形成的车轮控制部悬挂在车身5上。也就是说，纵向连杆7一端可枢转地安装在车身5上，另一端可旋转地安装在车轮2上。而且从图2中可以看出，车轮对3的车轮控制部或纵向连杆7在各种情况下通过弹性元件8支承在车身5上。弹性元件8例如螺旋弹簧，具有非线性弹簧特征，其弹簧刚度随着第二后视图所示的压缩动程A而增加，随着第二后视图所示的回弹动程B而减少。在车身5和车轮2的横向倾斜过程中，这导致倾斜外侧的回弹动程B大于倾斜内侧的压缩动程A，由于上述原因，车辆1的质心9(图2所示)在车辆1的横向倾斜过程中相比于直立位置提高了，如图2的两个后视图中的水平穿过质心9的两条点划线所示。在车辆1的横向倾斜过程中质心9的提高使得车身5自动自发直立为直立的中间位置成为可能，这是因为车辆1的质心9在所述位置处于最低的位置。
而且，从图2中可以得知，在各种情况下支承车轮对3的纵向连杆7的弹性元件8以铰接的方式与双杠杆10(这里也称作平衡杠杆)的一个支杆连接，双杠杆以它的纵向范围的中心可旋转地安装在车身5上。双杠杆或平衡杠杆10的纵向范围本质上理解为与车辆1的纵向中心面11垂直的方向。
图3从左至右显示了根据本发明的多轮辙可横向倾斜的车辆12的第二示例性实施例的后车轮对3的侧视图、第一后视图和第二后视图。在侧视图中，用相应的箭头6表示车辆12的向前的行驶方向。第一后视图显示了从后面观察的位于非倾斜的直立的位置的车辆12。第二后视图显示了车辆12位于图中的横向向右倾斜的位置。图3中的所有视图显示了车辆12的后车轮对3的车轮2。
图3中所示的车辆12本质上不同于图2中的示例，这是因为在各种情况下后车轮对3的纵向连杆7以铰接的方式与双杠杆13的一个支杆连接，双杠杆13就其本身而言通过相对于所述双杠杆13的纵向范围偏心安装的弹性元件8可旋转地安装在车身5上。这里双杠杆或平衡杠杆13的纵向范围也可以理解为本质上是与车辆12的纵向中心面11垂直的方向。从车辆12的示例性实施例(图3所示)可以看出，纵向连杆7以铰接的方式通过本身是刚性的连接支柱与平衡杠杆13的端部连接，平衡杠杆13进而可旋转地安装在各自的弹性元件8上。由于在车身5和车轮2横向倾斜过程中弹性元件8的非线性弹簧特征，在各种情况下车辆12的倾斜内侧的压缩动程A也小于倾斜外侧的回弹动程B，由于上述原因，车辆12的质心9(图3所示)在车辆12横向倾斜过程中相比于直立位置提高了，如图3的两个后视图中的水平穿过质心9的两条点划线所示。在车辆12横向倾斜过程中质心9的提高使得车身5自动自发直立为直立的中间位置成为可能，这是因为车辆12的质心9在所述位置处于最低的位置。
图4从左至右显示了图1中所示的车辆1的侧视图、第一正视图和第二正视图。在侧视图中，用相应的箭头6表示车辆1的向前的行驶方向。第一正视图显示了从前面观察的位于非倾斜的直立的位置的车辆1。第二正视图显示了车辆1位于图中的横向向右倾斜的位置。图4中的所有视图显示了图1中所示的车辆1的后车轮对3的车轮2。
图4中的示例本质上不同于前面所述的示例，这是因为通过弹簧支柱14而不是纵向连杆7形成车轮控制部。弹簧支柱14一端安装在车身5上，另一端可旋转地安装在车轮2上。如传统的弹簧支柱中众所周知的，弹簧支柱14与具有这里所描述的具有非线性弹簧特征的弹性元件8也形成了一个结构单元，因此，在车身5和车轮2横向倾斜的过程中，图4中所示的改良结构中的倾斜外侧的回弹动程B也大于倾斜内侧的压缩动程A。结果是质心9在横向倾斜过程中相比于车辆1的直立位置提高了，如图4的两个正视图中的水平穿过质心9的两条点划线所示。在车辆1横向倾斜过程中质心9的提高使得车身5自动自发直立为直立的中间位置成为可能，这是因为车辆1的质心9在所述位置处于最低的位置。
图5示意性地显示了具有非线性弹簧特征的弹性元件8的侧视图。在第一悬挂动程范围15中，弹性元件8例如螺旋弹簧相比于第二悬挂动程范围16具有低的弹簧刚度。在悬挂动程范围16中，弹性元件8相比于第一悬挂动程范围15具有高的弹簧刚度。在第一悬挂动程范围15和第二悬挂动程范围16之间的中间范围17具有处于第一悬挂动程范围15和第二悬挂动程范围16的弹簧刚度之间的中等弹簧刚度。包括一个或两个人的车辆1或12的重量使得弹性元件8得到悬挂动程范围17(中间范围)，因此其指示正常的悬挂动程范围，在该悬挂动程范围内，在各种情况下，弹性元件在可横向倾斜的车辆1或12的直立正常行驶状态移动。相反，例如在车辆1或12横向倾斜过程中由于倾斜内侧的压缩获得悬挂动程范围16，由于倾斜外侧的回弹获得悬挂动程范围15。
上述的根据本发明的可横向倾斜的多轮辙车辆尤其是机动车辆并不限制为这里所公开的实施例，而是还包括具有相同效果的其它实施例。

Claims (7)

1.一种可横向倾斜的多轮辙车辆，其具有至少三个车轮(2)、车身(5)，具有两个车轮(2)的至少一个车轮对(3)，两个车轮(2)分配给公用轴并在各种情况下通过至少一个车轮控制部(7，14)悬挂在车身(5)上，在各种情况下车轮对(3)的车轮控制部(7，14)通过至少一个弹性元件(8)支承在车身(5)上，其特征在于，
弹性元件(8)具有非线性弹簧特征，其弹簧刚度在压缩方向增加，在回弹方向减少。
2.根据权利要求1所述的车辆，其特征在于，车轮控制部包含至少一个一端可枢转地安装在车身(5)上、另一端可旋转地安装在车轮(2)上的纵向连杆(7)。
3.根据权利要求1所述的车辆，其特征在于，车轮控制部包含至少一个一端安装在车身(5)上、另一端可旋转地安装在车轮(2)上的弹簧支柱(14)。
4.根据权利要求1所述的车辆，其特征在于，支承车轮对(3)的车轮控制部(7)的弹性元件(8)在各种情况下以铰接的方式与双杠杆(10)的一个支杆连接，双杠杆以其纵向范围的中心可旋转地安装在车身(5)上。
5.根据权利要求1所述的车辆，其特征在于，车轮对(3)的车轮控制部(7)在各种情况下以铰接的方式与双杠杆(13)的一个支杆连接，双杠杆的支杆通过相对于所述支杆的纵向范围偏心安装的弹性元件(8)可旋转地安装在车身(5)上。
6.根据权利要求1所述的车辆，其特征在于，在各种情况下两个车轮对(3)具有两个车轮(2)，一个车轮对(3)形成车辆的可操纵的前轮，另一个车轮对(3)形成车辆的后轮。
7.根据权利要求1所述的车辆，其特征在于，弹性元件(8)是具有渐进的弹簧刚度的螺旋弹簧。
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