一种具有主动平衡装置的车辆的制作方法

本发明涉及一种四轮交通工具，更具体地涉及一种具有主动平衡装置的车辆。

背景技术：

随着城市汽车保有量的不断增加，道路上行驶的车辆也越来越多，交通形势日趋严峻，污染情况也日趋严重，一方面堵车已成为很多城市交通的痼疾，另一方面，密集的人口、有限的生活空间和日益增多的汽车保有量也使得停车越来越困难。传统的私家汽车通常具有四个甚至更多的乘客座位，驾驶舱通常包括并列的主驾驶位和副驾驶位，整车的宽度较宽，尺寸较大。然而，据统计，当前的交通出行情况中，尤其是城市日常通勤中，一大部分为个人短途出行，一辆汽车中通常只有一至两个乘员，对于四座或四座以上的车型而言，存在极大的出行资源浪费。对于这一大部分交通出行需求而言，交通工具的空间尺寸要求较小，单座或双座的微型化汽车设计足以满足个人短途交通出行的需求。同时，微型化的汽车设计不仅能够有效减缓拥堵，方便停车，实现停车位共享，而且能够节省空间，减少排放，为节能环保贡献力量。

对于只有两个座位的微型化汽车，当其座位采用纵列式而非并列式的布局时，此时由于车身横向尺寸变窄，更有利于节省空间，便于行车和停车。然而，需要注意的是，对于四座或者四座以上的汽车，由于横向尺寸较宽，弯道行驶时较宽的轮间距使得汽车转弯时能够保持相对稳定，不易翻车。对于纵列式布局的微型化汽车，由于其横向宽度较窄，其前轮间距甚至只有普通汽车的一半，转弯时由于离心力的作用很容易翻车。

针对以上问题，现有技术中借鉴两轮摩托车的原理，在转弯时由驾驶者主动改变身体重心以使摩托车倾斜，该种倾斜状态在驾驶者的熟练操控下能够很好地克服离心力，从而使摩托车始终保持平衡。类似于两轮摩托车的平衡原理，近年来现有技术中的一些三轮或四轮摩托车的设计也采用车身倾斜技术以提高车辆行驶的稳定性。然而，这类车辆的悬挂系统通常直接与车体相连接，易于受到每个车轮来自地面的直接冲击，同时为了实现倾斜控制，其驱动装置也比较复杂而且分散，导致了此类车辆的车体设计复杂，横向稳定性也不佳，安全性不高，尤其是弯道行驶时，也极易翻车。另外，这类车辆通常还需要移动驾驶员的重心或通过复杂的操作来保持车辆的稳定，难以达到传统汽车驾驶时的舒适感与稳定性。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种具有主动平衡装置的车辆，从而解决现有技术中微型汽车的稳定性不佳且不易操控的问题。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是提供一种具有主动平衡装置的车辆，所述车辆包括底盘、车体和车轮，所述底盘安装于所述车体下方，所述车轮安装于所述底盘上，所述底盘共两套，两套所述底盘沿着车辆纵向轴线方向对称布置；每套所述底盘均包括底盘主轴以及底盘立柱，所述底盘主轴为沿着平行于车辆纵向轴线方向延伸的柱体，所述底盘主轴上设置有底盘基座，所述底盘立柱沿竖向设置于所述底盘主轴的一端，所述车体通过所述底盘基座与所述底盘铰接；所述车辆还包括主动平衡装置，所述主动平衡装置包括：车体平衡驱动系统，所述车体平衡驱动系统与所述底盘主轴配合，所述车体平衡驱动系统包括至少一个电机和减速器，所述减速器设置于所述底盘主轴的另一端，所述减速器与所述底盘主轴通过联轴器连接，所述电机与所述减速器连接；以及两套沿着车辆的纵向轴线方向相对设置的悬挂系统，每套悬挂系统均通过所述底盘立柱安装于对应的所述底盘上并与所述车体连接。

根据本发明的一个实施例，所述底盘还包括一体成型的底盘主轴、基座安装轴、联轴器安装轴以及下连杆轴销，所述下连杆轴销、所述底盘主轴、所述基座安装轴以及所述联轴器安装轴依次沿着所述底盘主轴的延伸方向连接为整体，所述底盘立柱沿竖直方向设置于所述底盘主轴和所述下连杆轴销的连接处，所述下连杆轴销与所述悬挂系统铰接，所述车体基座安装于所述基座安装轴上，所述联轴器安装于所述联轴器安装轴上。

根据本发明的一个实施例，所述车体基座包括基座底板、基座主轴支座和减速器安装支座，其中，所述基座底板固定于所述车体的底部；所述基座主轴支座固定于所述基座底板上，所述基座主轴支座的中心形成有基座通孔，所述基座安装轴穿过所述基座通孔安装，所述减速器固定于所述减速器安装支座上，所述减速器的输入轴与所述电机的转轴连接，所述减速器的输出轴与所述联轴器连接，所述联轴器的另一端与所述联轴器安装轴连接。

根据本发明的一个实施例，所述悬挂系统包括两根上连杆、两根下连杆、两根车轮立柱以及两个减震器，两根所述上连杆沿水平方向布置且一端与所述车体铰接，两根下连杆沿水平方向布置且一端铰接于所述下连杆轴销处，两根所述车轮立柱分别与同侧的所述上连杆的另一端和所述下连杆的另一端铰接，两根所述上连杆、两根所述下连杆以及两根所述车轮立柱分别大致形成平行四边形结构且该平行四边形结构所在的平面与所述底盘主轴的轴线垂直，两根所述车轮立柱与所述车轮铰接，所述减震器的一端铰接于所述底盘立柱的顶端，所述减震器的另一端铰接于所述下连杆上靠近所述车轮的一端。

根据本发明的一个实施例，所述悬挂系统包括底盘上横梁、两根上连杆，底盘下横梁，两根车轮立柱、两个减震器以及两根下摇杆，其中，所述底盘上横梁在水平方向上沿着垂直于所述底盘立柱和所述底盘主轴轴线的方向设置，所述底盘上横梁的中部与所述底盘立柱的顶端固定连接；两根所述上连杆在水平方向上大致沿着垂直于所述底盘主轴与所述底盘立柱轴线的方向设置，两根所述上连杆彼此通过销钉或螺栓与车体铰接；所述底盘下横梁在水平方向上大致沿着垂直于所述底盘主轴轴线的方向设置，所述底盘下横梁的中部固定于所述底盘主轴上；所述车轮立柱在竖直方向上沿着垂直于所述底盘主轴轴线的方向设置，所述车轮立柱与车轮的转动轴铰接，车轮立柱的顶端分别与同侧对应的所述上连杆的末端连接；所述下摇杆的一端与所述车轮立柱的底端连接，所述下摇杆的另一端与所述底盘下横梁的末端铰接；所述减震器的两端分别铰接于所述底盘上横梁的末端和所述下摇杆上。

根据本发明的一个实施例，所述减震器器为包括弹簧和阻尼的弹簧减震器。

根据本发明的一个实施例，车辆前部的所述车轮处的所述车轮立柱上还套设有车轮基座，所述车轮基座可绕车轮立柱相对转动，所述车轮基座与所述车轮的转动轴铰接固定，所述车轮的转动轴垂直于所述车轮立柱的延伸方向。

根据本发明的一个实施例，所述车辆还包括转向系统，所述转向系统包括方向盘、方向盘连杆组件、齿轮齿条箱组件、转向连杆以及前轮基座推杆，所述方向盘安装于所述方向盘连杆组件的顶端，所述方向盘连杆组件的底端与所述齿轮齿条箱组件中的齿轮连接，所述转向连杆在水平面上大致沿着垂直于所述底盘主轴的方向设置，所述转向连杆的一端与所述齿轮齿条箱组件的齿条连接，所述前轮基座推杆分别连接所述车轮基座以及所述转向连杆的另一端。

根据本发明的一个实施例，所述车体的前后两端还设置有前支撑和后支撑，所述前支撑和所述后支撑上还设置有螺栓孔，所述上连杆通过所述螺栓孔与所述前支撑或者所述后支撑铰接。

根据本发明的一个实施例，两套所述底盘通过底盘连接器固定连接成整体，至少一个所述电机的转轴通过所述减速器连接到所述底盘主轴上。

本发明提供的具有主动平衡装置的车辆，通过车体平衡驱动系统和悬挂系统使得车体和四轮可自动同步倾斜，进一步根据路况和实际驾驶的需要实时地自动调整车辆的姿态，从而使得整个车辆与三轮车等可倾斜车相比具有较高的稳定性和安全性；由于底盘与车体分离，简化了车体平衡系统驱动与控制的设计；四轮独立悬挂于底盘上，增加了车体的稳定性，同时由于单个车轮受到来自不平路面的冲击将会通过底盘被其它三个减震器同时吸收，从而有效减缓了跳动的车轮对车体的冲击；另外，通过车体平衡驱动系统和悬挂系统可使得车辆实现完全自动的横向稳定与平衡控制，简化了驾驶员的操作，驾驶员只需控制行驶方向和速度，便于驾驶。

附图说明

图1是根据本发明一个实施例的具有主动平衡装置的车辆的侧面示意图；

图2是根据图1的具有主动平衡装置的车辆的底盘的立体示意图；

图3是根据图1的具有主动平衡装置的车辆的底盘、悬挂系统和车轮的安装示意图；

图4是根据图3的具有主动平衡装置的车辆的车体、底盘、前悬挂系统与车轮连接的立体示意图；

图5是根据图3的具有主动平衡装置的车辆的车体、底盘、后悬挂系统与车轮连接的立体示意图；

图6是根据本发明另一个实施例的具有主动平衡装置的车辆的后悬挂系统的立体示意图；

图7是根据本发明另一个实施例的具有主动平衡装置的车辆的侧面示意图；

图8是根据本发明的一个实施例的具有主动平衡装置的车辆正常行驶状态下的后视图；

图9是根据图8的具有主动平衡装置的车辆转弯状态下的后视图。

具体实施方式

以下结合具体实施例，对本发明做进一步说明。应理解，以下实施例仅用于说明本发明而非用于限制本发明的范围。

图1为根据本发明一个实施例的具有主动平衡装置的车辆的侧面示意图，由图1可知，本发明提供的具有主动平衡装置的车辆，包括底盘10、车体20、座位30、车轮40和主动平衡装置，其中，两个底盘10相对的安装于车体20的下方，车体20中设置有前后排纵向排列的座位30，车体20与底盘10之间通过车体基座50连接，主动平衡装置包括两套前后布置的车体平衡驱动系统60和两套悬挂系统70(图3)，每一套车体平衡驱动系统60包括依次连接的电机61、减速器62以及联轴器63，联轴器63将车体平衡驱动系统60与底盘10连接以使底盘10可相对于车体20受控转动。悬挂系统70安装于底盘10和车体20上，四个车轮40安装于悬挂系统70上。下面将结合附图详细介绍本发明的具有主动平衡装置的车辆的各个部件之间的连接关系及作用。

图2为根据图1的具有主动平衡装置的车辆的底盘的立体示意图，由于两个底盘10沿着汽车的纵向轴线方向前后对称布置，在此仅以其中一个底盘10为例进行说明。由图2可知，本发明中的底盘10包括一体成型的底盘主轴11、底盘立柱12、基座安装轴13、联轴器安装轴14以及下连杆轴销15，下连杆轴销15、底盘主轴11、基座安装轴13以及联轴器安装轴14均为设置于车体20下方且平行于车身纵向轴线方向延伸的柱体且依次连接为整体；底盘立柱12设置于底盘主轴11和下连杆轴销15的连接处，底盘立柱12沿竖直方向延伸，底盘立柱12远离底盘主轴11的末端设置有两个底盘安装孔121。应当注意的是，底盘安装孔121的数量不局限于两个，可根据实际需要设置，在此不再赘述。本发明中两个底盘的分离式设计可使得电机61分别对底盘主轴11施加独立的扭矩，使得车辆能够灵活适应复杂的地形或路况。

图3为根据图1的具有主动平衡装置的车辆的底盘10、悬挂系统70和车轮40的安装示意图，由图3可知，车体基座50包括基座底板51、基座主轴支座52和减速器安装支座53，其中，基座底板51为一矩形平板，基座底板51的四角处分别设置四个基座安装孔，车体基座50通过基座安装孔固定于车体20的底部；基座主轴支座52基本上呈圆环状且固定于基座底板51上，基座主轴支座52中心形成有截面为圆形的基座通孔，基座通孔的延伸方向重合于底盘主轴11的延伸方向；减速器安装支座53与基座主轴支座52固定于基座底板51的同一侧，减速器安装支座53上也设置有减速器安装孔，结合图1、图2和图3可知，底盘10的基座安装轴13穿过基座通孔连接，联轴器63安装于联轴器安装轴14上且位于基座主轴支座52与减速器安装支座53之间，减速器62固定于减速器安装支座53上，减速器62的转动轴穿过减速器安装支座通孔而与联轴器63连接；电机61的输出轴与减速器62连接。电机61可将扭矩输出至减速器62，减速器62将该扭矩放大后经过联轴器63驱动底盘主轴11转动，从而使得底盘10可相对于车体20在车辆的横向平面内受控转动，从而保持车体20的稳定。两套悬挂系统70分别的固定于两个底盘10上，每套悬挂系统上分别悬挂两个车轮40，车轮40一共四个，分别为左前轮41、右前轮42、左后轮43以及右后轮44。

图4为根据图1的具有主动平衡装置的车辆的底盘10、车体20、悬挂系统70以及车轮40的连接示意图，由图1结合图4可知，车体20的前端和尾部还分别设置有向底盘10方向延伸的前支撑21和后支撑22，前支撑21和后支撑22的末端还分别设置有前支撑螺栓孔211和后支撑螺栓孔221。由图3结合图4可知，悬挂系统70为多连杆结构，悬挂系统70包括前悬挂系统和后悬挂系统，前悬挂系统和后悬挂系统分别设置于车体20的前后两端。单个悬挂系统70包括两根上连杆71、两根下连杆72、两根车轮立柱73以及两个减震器75，其中，两根上连杆71彼此通过销钉或螺栓铰接于前支撑21的前支撑螺栓孔211处，两根下连杆72彼此铰接于下连杆轴销15(图4)处，两根上连杆71和两根下连杆72大致平行布置且分别垂直于底盘主轴11的轴线方向，车轮立柱73分别与同侧的上连杆71的末端和下连杆72的末端铰接，从而使得上连杆71、下连杆72和车轮立柱73大致形成平行四边形结构；两个减震器75的一端分别铰接于底盘立柱12上的两个底盘安装孔121处，两个减震器75的另一端分别在靠近车轮立柱73处与下连杆72铰接，从而使得底盘立柱12、下连杆72以及减震器75大致形成三角形结构；车轮立柱73上还套设有前轮基座45，前轮基座45同时与车轮40的转动轴固定，车轮40的转动轴垂直于车轮立柱73的延伸方向，前轮基座45与车轮立柱73的位置保持相对固定，但是前轮基座45可围绕车轮立柱73进行一定角度的转动。

进一步地，在图4中，车体20的前端还设置有方向盘安装孔，本发明的具有主动平衡装置的车辆还包括转向系统90，转向系统包括方向盘91、方向盘连杆组件92、齿轮齿条箱组件93、前轮基座推杆94以及转向连杆95，其中，方向盘91安装于方向盘连杆组件92的顶端，齿轮齿条箱组件93安装于方向盘连杆组件92的底端，齿轮齿条箱组件93中的齿轮通过方向盘连杆组件92以及万向接头(图中未示)与方向盘91连接，齿轮齿条箱组件93固定于底盘主轴11上并且其中的齿条与两个转向连杆95通过万向接头连接，两个转向连杆95大致沿着垂直于底盘主轴11的轴线方向设置，两个前轮基座推杆94的一端通过万向旋转接头分别与转向连杆95的末端连接，前轮基座推杆94的另一端与前轮基座45固定连接，前轮基座推杆94的延伸方向大致平行于底盘主轴11的轴线方向，通过以上结构，方向盘91的转动可以推动左前轮41和右前轮42同步转向。

根据本发明的一个实施例，减震器75采用弹簧减震器，弹簧减震器包括弹簧和阻尼器，通过弹簧减震器的伸缩，使得当车轮受到地面冲击时，弹簧减震器可以吸收地面对车轮的冲击，减缓车轮的上下弹跳，起到缓冲作用。

图5为根据图1的具有主动平衡装置的车辆的后悬挂系统的立体示意图，由图5可知，后悬挂系统70也包括两根上连杆71、两根下连杆72、两根车轮立柱73以及两个减震器75，其中，两根上连杆71彼此通过销钉或螺栓铰接于后支撑22的后支撑螺栓孔221处，两根下连杆72彼此通过铰链铰接于下连杆轴销15处，后悬挂系统70并不设置后轮基座，后悬挂系统70中车轮立柱73直接与后轮的转动轴铰接，后悬挂系统70的其他部分均与前悬挂系统相同，在此不再赘述。

图6为根据本发明另一个实施例的具有主动平衡装置的车辆的悬挂系统的立体示意图，在此仅以后悬挂系统为例进行说明，由图6可知，该悬挂系统包括底盘上横梁122、两根上连杆71'，底盘下横梁72'，两根车轮立柱73'、两个减震器75'以及两根下摇杆76'，其中，底盘上横梁122在水平方向上大致沿着垂直于底盘立柱12和底盘主轴11轴线的方向设置，底盘上横梁122的中部与底盘立柱12'的顶端固定连接；两根上连杆71'在水平方向上也大致沿着垂直于底盘主轴11与底盘立柱12轴线的方向设置，两根上连杆71'彼此通过销钉或螺栓铰接于后支撑22的后支撑螺栓孔221处；底盘下横梁72'在水平方向上大致沿着垂直于底盘主轴11轴线的方向设置，底盘下横梁72'的中部固定于底盘主轴11上；车轮立柱73'在竖直方向上沿着垂直于底盘主轴11轴线的方向设置，车轮立柱73'与后轮的转动轴铰接固定，车轮立柱73'的顶端分别与同侧对应的上连杆71'的末端通过万向接头连接；下摇杆76'的一端与同侧的车轮立柱73'的底端通过万向接头连接，其另一端与底盘下横梁72'的末端铰接；减震器75'的一端铰接于底盘上横梁122的末端，减震器75'的另一端铰接于下摇杆76'上。同样的，对于该种悬挂设计，前悬挂系统的车轮立柱上同样套设前轮基座以与转向系统连接，其他部分均与后悬挂系统相同，在此不再赘述。

图7是根据本发明另一个实施例的具有主动平衡装置的汽车的侧面示意图，由图7可知，本发明中的车体平衡驱动系统60还可包括同步轴64和底盘连接器65，其中，同步轴60设置于车体20下方且沿着汽车的纵向轴线方向延伸，同步轴60将对称布置的两个电机61的输出轴连接成整体，从而使得两个电机61可以同步转动；本发明中通过同步轴连接两个电机的输出轴，确保了两个电机同步转动，提高了车辆的稳定性。当采用同步轴时，电机61可只包含一个电机，所述单个电机和同步轴直接驱动两个减速器同步旋转。底盘连接器65同样设置于车体20下方且沿着汽车的纵向轴线方向延伸，底盘连接器65的主体延伸方向平行于同步轴64的延伸方向，底盘连接器65的两端分别固定于底盘主轴11上，从而使两套独立的底盘10连接成为整体，从增强车辆底盘的整体稳定性和抗冲击性能。

图8为根据本发明的一个实施例的具有主动平衡装置的车辆正常行驶状态下的后视图，图9为根据图8的具有主动平衡装置的车辆转弯状态下的后视图，由图8结合图9可知，当转弯时，车体20可受控倾斜，当车辆在转弯时，若车体的离心力fa和重力g的合力f始终通过左右车轮与地面支撑点p1、p2连线的中点p0时，车辆将如水平地面上的直线行驶一样稳定。

需要注意的是，对于同一辆车上的前、后悬挂系统，可采用本发明所述的不同的悬挂系统方案进行组合。另外需要注意的是，本发明的驱动系统可采用现有技术中的轮毂电机、轮边电机，或者主驱动电机或燃油发动机和差速机构等，比如，采用轮毂电机分别驱动两个后轮，或者采用燃油发动机或电动机和差速机构驱动两个后轮，在此不再赘述。

需要注意的是，本发明不仅适用于设置有纵向两排座位的车体，也同样适用于仅有一排座椅的车体，在此不再赘述。

本发明提供的具有主动平衡装置的车辆，通过车体平衡驱动系统和悬挂系统使得车体和四轮可自动倾斜，从而使得整个车辆与现有的可倾斜三轮车等车相比具有更高的稳定性和安全性；由于底盘与车体分离，简化了车体平衡系统驱动与控制的设计；四轮独立悬挂于底盘上，增加了车体的稳定性，同时由于单个车轮受到来自不平路面的冲击将会通过底盘被其它车轮处的减震器同时吸收，从而有效减缓了跳动的车轮对车体的冲击；另外，通过车体平衡驱动系统和悬挂系统可使得车辆实现完全自动的横向稳定与平衡控制，简化了驾驶员的操作，驾驶员只需控制行驶方向和速度，便于驾驶。

以上所述的，仅为本发明的较佳实施例，并非用以限定本发明的范围，本发明的上述实施例还可以做出各种变化。即凡是依据本发明申请的权利要求书及说明书内容所作的简单、等效变化与修饰，皆落入本发明专利的权利要求保护范围。本发明未详尽描述的均为常规技术内容。