一种道路车辆车轮结构及其载荷加载的方法与流程

本发明涉及一种道路车辆车轮结构及其载荷加载的方法，属于机械专业汽车工程技术领域及其他道路车辆技术。

背景技术：

车轮在车轮系统结构中具有承担车辆载荷的重要功能，在车辆载荷重力的作用下，车轮运动时产生滚动阻力；车辆运动需要克服的阻力主要是车轮的滚动阻力与车辆的空气阻力；选择恰当的车辆载荷加载于车轮的方式，是减小车轮运动所需动力的有效途径。

传统车辆的载荷是直接加载在车轮中心的，车辆载荷W与车轮的运动力学关系如图4所示：

在这个由车辆载荷W、法向反作用力F_z、水平推力F_p1及地面反向作用力F_x组成的力学系统中，ɑ/r确定车轮滚动阻力系数f；车辆载荷W等于法向反作用力F_z；车轮滚动阻力等于Wf。因此，车辆载荷W越大，车轮滚动阻力越大，车轮运动所需要的推力就越大，车辆能耗也就越高。

车辆问世以来一直应用直接将车辆载荷加载于车轮的方式，这是一种简单的原始方式；由于这种方式缺乏结构力学的技巧，没有利用结构力学的原理将车辆载荷重力分解利用，存在车轮运动效率不高的弊端。

本发明提供一种新颖的车辆载荷加载于车轮的方式。

技术实现要素：

为了克服上述弊端，提高车轮的运动效率，本发明旨在提供一种道路车辆车轮结构及其载荷加载的方法，该车轮载荷加载方法可以实现车辆大幅节能的技术目标。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种道路车辆车轮载荷加载方法，在车辆载荷W的方向上设置有用于连接车体与车轮轮轴的支撑件；其特点是，在支撑件上铰接一力学杠杆来分解一部分车辆载荷W_G，同时通过力学杠杆的运动将这部分车辆载荷W_G分量转换为与车轮水平推力F_p1方向相同的拉力F_L或推力F_y。

由此，本发明在车轮原有力学系统的基础上，增加一个杠杆原理的力学系统，将部分车辆载荷重力分解为水平方向的分力（拉力F_L或推力F_y），使这个分力与车辆动力作用于车轮中心的水平推力叠加。

根据本发明的实施例，还可以对本发明作进一步的优化，以下为优化后形成的技术方案：

所述车体与支撑件的顶部之间设有缓冲连接器，在力学杠杆的下端通过拉簧或压簧与车轮中心相连。

基于同一个发明构思，本发明还提供了一种道路车辆车轮结构，包括连接在车体与车轮轮轴之间的支撑件；其结构特点是，所述支撑件与一力学杠杆的中部铰接相连；所述力学杠杆的底端通过拉簧或压簧与车轮中心相连，该力学杠杆的顶部与车体相连或通过分力缓冲器与支撑件的顶部相连。

作为转换为拉力的一种结构形式，所述力学杠杆的两端位于车轮中心前后两侧，与支撑件呈X形交叉布置；所述力学杠杆的顶部位于车轮的后侧，该力学杠杆的底端位于车轮的前侧。

作为转换为推力的一种结构形式，所述力学杠杆的两端位于车轮中心后侧，且与支撑件呈K形布置；所述力学杠杆的顶部和底端均位于车轮的后侧。

作为一种具体的结构形式，所述分力缓冲器包括缸体，装在缸体内带活塞的第一活塞杆和带活塞的第二活塞杆；所述第一活塞杆的伸出端与支撑件的顶端相连，所述第二活塞杆的伸出端与力学杠杆的顶端相连；该第一活塞杆的运动方向垂直于第二活塞杆的运动方向。

优选地，所述缸体整体呈L形或T形。

为了提高减震效果，所述车体与支撑件的顶部之间通过缓冲连接器相连。

所述力学杠杆的顶部与车体之间通过缓冲连接器或液压油缸相连。。

为了刚好地将车辆载荷分解的力通过力学杠杆转换成与车轮水平推力方向一致的拉力或推力，所述拉簧或压簧呈水平布置。

藉由上述结构，工作时，本发明的支撑杆结构车轮中心垂直，车辆载荷W经此点加载于车轮中心；该支撑点上部经缓冲器与车身连接，承担主要车辆载荷；力学杠杆一端与车身动态连接，分担一部份车辆载荷W_G，另一端经弹簧与车轮中心水平连接；调节支撑点上部缓冲器与车身连接的强度，即可分解一部分载荷重力加载于力学杠杆一端；此时，力学杠杆的另一端将随之会发生位移，将安装于该处的拉簧伸展，因为这个伸展力F_L为水平方向，且与车轮中心的推力F_p1同向，其力学原理上会与车轮中心的推力F_p1叠加。

在本发明中，调节缓冲器、拉簧及杠杆结构的力学因素，就能实现将部分载荷重力W分解为水平推力的技术目标。由于从动轮的滚动阻力小于载荷重力W的4%，驱动轮的滚动阻力小于载荷重力W的12%，车辆运动时可将部分载荷重力W分解为3%-12%的水平方向推力，由此减小车辆所需驱动力的技术目标，是完全可以实现的。

实施方案

本发明实施分解车辆载荷重力的技术方式分为弹簧调节模式与自动（液压油缸）调节模式，其结构又分为车轮中心两侧结构与车轮后侧结构。

分解车辆载荷重力的弹簧调节模式、车轮中心两侧结构的原理示意图如下：

该结构的支撑点与车轮中心垂直，车辆载荷重力由支撑件与力学杠杆一端共同支撑；支撑件上部设置有缓冲器（弹簧），力学杠杆一端上部也设置有缓冲器（弹簧），它们都与车身连接；支撑件上部缓冲器（弹簧）的强度大于力学杠杆上部缓冲器（弹簧）的强度；力学杠杆中心与支撑件动态连接；力学杠杆另一端在车轮中心另一侧；该另一端经拉簧与车轮中心水平连接；调节支撑杆上部经缓冲器（弹簧）与力学杠杆上部缓冲器（弹簧）的强度，即可分解一部分载荷重力加载于力学杠杆另一端；此时，力学杠杆的另一端将随之会发生位移，使安装于该处的拉簧伸展，因为这个伸展力为水平方向，与车轮中心推力F_p1同向，其力学原理上会与车轮中心的推力F_p1叠加。

上述分解车辆载荷重力的弹簧调节模式更适用于除汽车以外的其它车辆。

分解车辆载荷重力的自动（液压油缸）调节模式、车轮中心同侧结构的原理示意图如下：

该结构的支撑点与车轮中心垂直，车辆载荷重力由支撑件与力学杠杆一端共同支撑；支撑件上部设置有缓冲器（弹簧），力学杠杆上部设置有液压油缸，分别与车身连接；支撑件上部缓冲器（弹簧）的强度大于力学杠杆上部液压油缸的强度；力学杠杆中心与支撑件动态连接；力学杠杆两端在车轮中心的同一侧；该另一端经压簧与车轮中心水平连接；自动调节力学杠杆上部液压油缸的力学强度，即可分解一部分载荷重力加载于力学杠杆另一端；此时，力学杠杆的另一端将随之会发生位移，使安装于该处的压簧压缩，因为这个压力F_y为水平方向，与车轮中心推力F_p1同向，其力学原理上会与车轮中心的推力F_p1叠加。

上述分解车辆载荷重力的自动（液压油缸）调节模式更适用于汽车。

基于同一原理，这种结构可以将力学杠杆上部设置分力缓冲器连接于支撑件，调节分力缓冲器的力学强度，同样能够获得增加车轮水平推力的效果。其结构原理如图5所示，图中支撑件上部分力缓冲器是一个分压油缸。

如图6所示，支撑件上部分力缓冲器13是一个分压油缸结构。车轮载荷依次经过支撑件3、第一活塞杆14将大部分压力垂直传递，并且通过第二活塞杆，将小部分传力于力学杠杆8的顶端，实现从分压油缸15中分解部分压力施加于力学杠杆的目的。

调节支撑件3上分力缓冲连器15上加力杆14与加力杆16的活塞面积及力学杠杆参数，就能实现分解载荷重力的技术目标。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、在从动轮原有力学系统基础上增加了一个杠杆结构的力学系统，这个系统实现了将车辆载荷重力的一部分，在车辆运动时分解为水平推力的技术目标；

2、本发明为提高车轮系统的机械效率提供了新的途径，实现了车辆节能效大于30%的重大目标。

以下结合附图和实施例对本发明作进一步阐述。

附图说明

图1为车轮中心两侧结构示意图；

图2为车轮中心同侧结构示意图；

图3为力学杠杆与支撑杆连接结构示意图；

图4是现有车轮的运动力学关系图；

图5是本发明一种实施例的车轮的运动力学关系图；

图6是本发明所采用的一种缓冲器结构示意图。

在图中：1-车身；2-缓冲连接器；3-支撑件；4-车轮中心；5-杠杆支撑点；6-车轮；7-路面；8-力学杠杆；9-缓冲连接器；10-拉簧；11-液压油缸；12-压簧；13-分力缓冲器； 14-第一活塞杆； 15-缸体； 16-第二活塞杆。

具体实施方式

实施例1

图1所示，支撑件上部缓冲连器2及力学杠杆上部缓冲连接器9与车身1连接；力学杠杆8经杠杆支撑点5与支撑杆3动态连接；力学杠杆8另一端经拉簧10与车轮中心4水平连接；车轮6经车轮中心4与支撑件3连接，其中心垂直于路面7。

实施例2

图2所示，支撑杆上部缓冲连器2及力学杠杆上部液压油缸11；力学杠杆8经杠杆支撑点5与支撑件3动态连接；力学杠杆8另一端经压簧12与车轮中心4水平连接；车轮6经车轮中心4与支撑件3连接，其中心垂直于路面7。

实施例3

图3所示，支撑杆上部缓冲连器2与车身1连接；支撑件3与力学杠杆上部分力缓冲器13连接；力学杠杆8经杠杆支撑点5与支撑件3动态连接；力学杠杆8另一端经压簧12与车轮中心4水平连接；车轮6经车轮中心4与支撑件3连接，其中心垂直于路面7。

本发明适应于多种道路车辆的车轮系统结构。

上述实施例阐明的内容应当理解为这些实施例仅用于更清楚地说明本发明，而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落入本申请所附权利要求所限定的范围。