一种汽车底盘及应用该底盘的车辆的制作方法

本发明涉及汽车领域，特别是涉及一种具有驱动、及转向功能的汽车底盘。

背景技术：

近年来，随着我国高速公路的高速发展以及现代物流运输的需要，对商用车辆提出了越来越高的设计要求，特别是要求车辆在严苛路况下具有优良的转向、脱困能力，但目前的大部分商用车辆由于底盘设计的局限性不能在一些特殊路况下行驶。

在本发明之前，存在一些不太成熟的相关技术：中国发明专利申请公开文献cn104843098a公开了一种带转向的半挂车，通过底盘的设计可以使车辆具有一定的转向功能，但底盘本身不具有驱动能力，在特殊的路况下因驱动力不足无法使用；中国发明专利申请公开文献cn104859733a公开了一种带驱动的半挂汽车列车，具有一定的脱困能力，但在特殊的路况下的转向能力不足，限制了其的使用；此外，中国实用新型专利公告文献cn202966468u公开了一种半挂列车，车辆后挂部分具有简单的驱动与转向能力，但机构设计较为粗糙、缺乏更科学合理的优化，在应用过程中问题较多，使用效果不理想。

因此，现有技术中缺少一种稳定、可靠的，能够使车辆在严苛路况下具备优良的转向和脱困能力的车辆底盘及相关车辆。

技术实现要素：

本发明的目的就是针对现有的商用车辆存在的不足，提供一种具有汽车底盘及相关车辆，保证其具有优良的转向和脱困能力。本发明的主要技术方案为：

其中主车部分包括主车底盘、前铰接架、前回转支撑，其中主车底盘包括前桥、主车车桥；副车部分包括副车底盘、后铰接架、后回转支撑，其中副车底盘包括副车车桥；前铰接架的后端套装有前伸缩臂，前伸缩臂能够在前铰接架内前后滑动；后铰接架的前端套装有后伸缩臂，后伸缩臂能够在后铰接架内前后滑动，后伸缩臂前端连接前伸缩臂的后端；辅助转向部分包括转向拉杆总成和连接主、副车部分的上装，拉杆总成一端连接上装，一端连接后伸缩臂的后端，上装与主车部分通过前回转支撑连接、与副车部分通过后回转支撑连接；以车辆正常行驶的水平方向为x向；主车部分驱动为4×2或4×4形式，将主车车桥的中心为作为z点，或主车驱动6×2或6×4或6×6形式，将两个主车车桥中心连线的中点做为z点；前回转支撑与上装的连接处为a点；后回转支撑与上装的连接处为b点；转向拉杆总成与上装的连接处为c点；转向拉杆总成与后铰接架伸缩臂的连接处为d点；前铰接架伸缩臂与后铰接架伸缩臂的连接处为o点；a点、z点、c点、o点、d点、b点从汽车行驶的前方向向后方依次排列，汽车底盘在非转向的状态下：

a点、z点、c点、o点、d点、b点位于同一竖直平面上；

b点与a点之间在x向上的的距离为l；

z点与a点在x向上的距离为l1，且0＜l1≤700mm；

o点与a点在x向上的距离为l2，且2.5/7l≤l2≤3.25/7l；

c点与o点在x向上的距离为l5，且0＜l5≤250mm；

c点与d点在x向上的距离为l7，且2.5/10l≤l7≤3.5/10l；

c点与a点在x向上的距离为l4，l4=l2-l5；

o点与d点在x向上的距离为l6,l6=l7-l5。

通过以上结构，可以优化车辆的承载、受力结构，保证转向、驱动功能的顺利实现。

进一步的，车辆在转向状态下，副车部分转向中心与主车部分转向中心基本重合。

进一步的，所述的主车车桥为一根或两根贯通式驱动桥，所述的主车部分和副车部分之间还设置中间驱动装置，中间驱动装置分别连接贯通式驱动桥和副车车桥，所述的中间驱动装置包括第一、第二、第三中间传动轴，以上结构使主车部分本身具备有脱困能力。

进一步的，第二中间传动轴与第一中间传动轴之间设有前辅助支撑、第二中间传动轴与第三中间传动轴之间设有后辅助支撑，所述的前辅助支撑、后辅助支撑均包含前法兰、吊架、支撑轴、后法兰，前、后法兰设置在支撑轴上，支撑轴可转动的安装在吊架上，第一中间传动轴的前、后端、第二传动轴的前和后端、第三传动轴的前、后端分别设置有万向节法兰，第一中间传动轴、前辅助支撑、第二传动轴、后辅助支撑、第三传动轴通过法兰依次连接，前、后辅助支撑分别设置在前铰接架、后铰接架上；在车辆转向过程中，第二中间传动轴的轴线与前辅助支撑的轴线的夹角为α1、第二中间传动轴的轴线与后辅助支撑的轴线夹角为α2，α1≤25°、α2≤25°。

进一步的，所述的万向节法兰为十字轴法兰，汽车底盘在非转向的状态下，第二根传动轴前端万向节法兰的十字轴中心点与o点在x向上的距离为s1，第二根传动轴后端万向节法兰的十字轴中心点与o点在x向上的距离为s2，其中s1与s2值尽可能接近；s是第二中间传动轴两端万向节法兰的十字轴中心点的安装距离即s=s1+s2，其中，500mm≤s≤1000mm；所述的第二根传动轴可伸缩，汽车底盘在转向状态下，s会随转角变化而变化，瞬时变化长度为s△，瞬时变化量为△s，△s=s△-s，△s≤350mm。

进一步的，前、后铰接架均为楔形刚性架。

进一步的，所述的楔形刚性架为a字型结构。

进一步的，转向时，前伸缩臂后端伸出的长度为△l1，后伸缩臂前端伸出的长度为△l2，α=（|α1²-α2²|）^1/2＜3°。

进一步的，所述主车部分上设置有转向限位螺栓和限位块，所述副车部分设有限位块，所述的上装底部安装转向限位板。

进一步的，主车转向时，所述主车部分的中轴线与ab连线在同一水平面上投影的夹角为θ，θ≤25°。

进一步的，所述副车部分的中轴线与ab连线在同一水平面上投影的夹角为β，β=arctan（l2+△l1）sinθ）/〔l-（l2+△l1）cosθ〕。

进一步的，主车部分前桥的内、外转角分别为ε、δ,其与θ和β的关系为：cotδ-cotε=h/sm,ε=arccot［（l-l1/cosθ）cosβ/sin（θ+β）+l1tanθ-h/2）/sm］,其中h为前桥两侧主销延长线与地面交点之间的距离，sm为主车部分的轴距。

进一步的，所述副车车桥为两根，两根桥同为驱动桥，或同为随动桥，或前面一根是驱动桥、后面一根是随动桥。

进一步的，前铰接架与主车部分铰接连接，后铰接架与副车部分刚性连接。

进一步的，前铰接架与主车部分通过两个铰接点f铰接，两个f点在同一水平面上，前铰接架能够围绕f点上下摆动。

进一步的，所述的第一、第二、第三中间传动轴在长度方向上均可以自由伸缩。

进一步的，所述的前回转支撑为单摆鞍座、或由单摆鞍座和适配器组成、或为双摆鞍座。

优选的，所述的单摆鞍座，底部安装在主车部分，上部与上装底部设置的牵引销连接，在水平面上垂直于x向的方向为y向，所述上装能够相对主车部分围绕y向上的轴线在上下±12°的范围内摆动。

对于由单摆鞍座和适配器组成的前回转支撑，所述的适配器具有单向摆动功能且其单摆轴心线与单摆鞍座单摆轴心线相互垂直，且不在同一个水平面上。

进一步的，所述单摆鞍座与适配器各一个，在水平面上垂直于x向的方向为y向，所述上装能够相对主车部分围绕鞍座和适配器在x向上的轴线在左右±5°的范围内摆动，在y向上的轴线在上下±12°的范围内摆动。

优选的，所述的单摆鞍座安装在主车部分，所述的适配器安装在上装底部。

对于双向摆动的前回转支撑，进一步的，所述的双摆鞍座具有双向摆动功能，双向摆动的轴心线相交并垂直。

进一步的，所述的双摆鞍座，底部安装在主车部分，上部与上装底部设置的牵引销连接，在水平面上垂直于x向的方向为y向，所述上装能够相对主车部分围绕双摆鞍座在x向上的轴线在左右±5°的范围内摆动、围绕y向上的轴线在上下±12°的范围内摆动。

优选的，对于汽车底盘，副车不带驱动，转向时，前伸缩臂伸出长度为△l1，后伸缩臂伸出长度△l2，其中，△l1≤400mm，△l2≤400mm。

此外，本发明还公开了一种车辆，具有如以上所述的汽车底盘。

本发明提供一种具有转向、驱动功能的汽车底盘及应用所述汽车底盘的车辆，并从承载受力结构、主/副车转向角度，主/副车夹角、主/副车瞬时尺寸变化等多方面对汽车底盘的结构进行优化，增强了汽车底盘在严苛路况下的转向和脱困能力，不仅性能可靠、承载能力强，能够保证在严苛路况条件下的正常使用，并对现有的大部分类型的商用车辆均有较好的适应能力，制造、改造的成本较低，适合大规模推广应用。

附图说明

图1是本发明一种汽车底盘的整体结构图；

图2是本发明中主车部分的驱动为4×2或4×4时，汽车底盘上各点的位置关系；

图3是本发明中主车部分的驱动为6×2或6×4或6×6时，汽车底盘上各点的位置关系；

图4是本发明中汽车底盘在转向时转向中心变化的示意图；

图5是本发明中汽车底盘在转向时主、副车角度及尺寸的变化的示意图；

图6是本发明中汽车底盘上的转向角度限定装置的示意图；

图7是本发明中汽车底盘上由单摆鞍座和适配器组成的前回转支撑的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明附图对本发明做进一步说明。本发明涉及一种主要适用于商用车辆的汽车底盘及应用该底盘的汽车，本发明中所涉及的“前”、“后”等方位名词，均是以车辆行驶方向为基准，指向车头的方向为前、指向车位的方向为后，本发明中所涉及的“左”、“右”等方位名词，均是以观察者处于车头部向车尾观察的方式来确定。

所述的汽车底盘主要分为主车部分、副车部分、辅助转向部分，如图1所示。其中，主车部分包括主车底盘1、前铰接架2、前回转支撑3，其中主车底盘1包括前桥4、主车车桥5，前铰接架2的后端套装有前伸缩臂21，前伸缩臂21能够在前铰接架内前后滑动；所述的副车部分包括副车底盘6、后铰接架7、后回转支撑8，其中副车底盘6包括副车车桥9，后铰接架7的前端套装有后伸缩臂22，后伸缩臂22能够在后铰接架7内前后滑动，后伸缩臂22前端连接前铰接架的前伸缩臂21，前伸缩臂21与后伸缩臂22连接以及上装11与前回转支撑3和后回转支撑8连接，实现主车部分与副车部分的连接。当主车车桥采用贯通式驱动桥的形式时，其具有一定脱困能力；前回转支撑选择为鞍座形式，后回转支撑选择类似中心轴—轴承的形式，使得车辆具备初步的转向能力，但上述结构缺乏细则优化，使用起来有诸多限制。

在本发明基础的实施例中，主车、副车可以具有驱动能力、也可以仅具有随动能力。具体的，当主车部分驱动为4×2（仅有主车车桥具有驱动能力）或4×4（前桥、主车车桥均具有驱动能力）形式，将主车车桥的中心为作为z点，或主车驱动6×2（主车车桥有两根，仅前面一根具有驱动能力）或6×4（主车车桥有两根，两根均具有驱动能力）或6×6（主车车桥有两根，前桥、两根主车车桥均具有驱动能力）形式；所述副车车桥为两根，两根桥同为驱动桥，或同为随动桥，或前面一根是驱动桥、后面一根是随动桥。

所述的辅助转向部分包括转向拉杆总成10和连接主、副车部分的上装11，其中上装11可以为连接主车部分和副车部分的临时部件，也可以是正式的车厢；拉杆总成10一端连接上装11，一端连接后铰接架件7的伸缩臂的后端，这就要求伸缩臂的长度要大于后伸缩臂套装部分的长度，如图1、图4所示，上装11与主车部分通过前回转支撑3连接、与副车部分通过后回转支撑8连接。所述上装11用于连接主、副车，在车辆投入使用后，可将上装具体选择为车厢，即可以连接主、副车，也可以承载货物；所述的拉杆总成10可以灵活地减少转弯半径，其具体可包括转向拉杆与复位杆，复位杆可以为弹簧或者液压杆的形式，用于拉杆总成10的及时回位及受力缓冲。

为了对以上底盘结构进行优化，使其具备优良的转向与脱困能力，本发明首先针对各受力点、连接点进行改进设置：

确定主要的参照方向，以车辆正常行驶的水平方向为x向，在水平面上垂直于x向的方向为y向；主车部分可以有多种驱动形式，当主车部分的驱动为4×2或4×4形式，即有一根主车车桥时，将主车车桥的中心为作为z点；当主车驱动6×2或6×4或6×6形式、即有两根主车车桥时，将两个主车车桥中心连线的中点做为z点；其中车桥中心，一般指车桥两边车轮中心连线的中点。

将前回转支撑与上装的连接处作为a点；将后回转支撑与上装的连接处做为b点；将转向拉杆总成与上装的连接处做为c点；将转向拉杆总成与后铰接架伸缩臂的连接处为d点；将前铰接架伸缩臂与后铰接架伸缩臂的连接处做为o点。

本发明，首要的改进点在于：如图2、3所示，汽车底盘在非转向的状态下时，a点、z点、c点、o点、d点、b点从汽车行驶的前方向向后方依次排列，且均位于汽车底盘的中中轴线所在的竖直平面上，汽车底盘在非转向的状态下时，上述点具有以下关系：

b点与a点之间在x向上的的距离为l，l可以根据车辆的载重、货物的尺寸灵活设置，一般在3米以上；

z点与a点在x向上的距离为l1，且0＜l1≤700mm；

o点与a点在x向上的距离为l2，且2.5/7l≤l2≤3.25/7l；

c点与o点在x向上的距离为l5，且0＜l5≤250mm；

c点与d点在x向上的距离为l7，且2.5/10l≤l7≤3.5/10l；

c点与a点在x向上的距离为l4，l4=l2-l5；

o点与d点在x向上的距离为l6,其为后铰接架伸缩臂的长度，l6=l7-l5。

现有技术中均未对上述点的位置关系加以优化，以上各点的位置关系使得底盘所受承载得到了合理分配，保证了车辆脱困、转向功能的良好实现，有效弥补了现有技术中存在的不足。

进一步的，为了整车转弯半径最小、副车与主车同步同辙，车辆在转向状态下，副车转向中心与主车转向中心基本重合，如图5所示，其中o1点为副车转向中心与主车转向中心的重合点。

为了进一步的增强车辆的脱困能力，在优选的实施例中，所述的主车车桥5为一根或两根个贯通式驱动桥，所述的主车部分和副车部分之间还设置中间驱动装置，中间驱动装置分别连接贯通式驱动桥和副车车桥，所述的中间驱动装置包括第一、第二、第三中间传动轴12、13、14。中间驱动装置，可以将一部分动力分配至副车部分，使得副车也具备驱动能力，能够在更恶劣的路况下正常行驶、转向。

进一步的，为了使传动更加可靠，本发明中，第二中间传动轴与第一中间传动轴之间设有前辅助支撑、第二中间传动轴与第三中间传动轴之间设有后辅助支撑，所述的前辅助支撑、后辅助支撑均包含前法兰、吊架、支撑轴、后法兰，前、后法兰设置在支撑轴上，支撑轴可转动的安装在吊架上，第一中间传动轴的前、后端、第二传动轴的前、后端、第三传动轴的前、后端分别设置有万向节法兰，第一中间传动轴、前辅助支撑、第二传动轴、后辅助支撑、第三传动轴通过法兰依次连接，前、后辅助支撑分别设置在前铰接架、后铰接架上。万向节法兰的设置，可以使得车辆向副车的传动不受转向的影响；前、后辅助支撑的设置可以使中间传动轴的运行更加稳定、可靠。

在车辆转向过程中，第二中间传动轴13的轴线与前辅助支撑15轴线的夹角为α1，第二中间传动轴13的轴线与后辅助支撑16轴线夹角为α2，α1≤25°、α2≤25°。通过以上设置，可以有效防止转向过量对传动装置的损坏。

在实践中，中间传动轴的设置不合理往往会导致第二中间传动轴13脱节，使车辆无法脱离受困状态。在优选的实施例中，所述的万向节法兰为十字轴法兰，当汽车底盘处于非转向的状态时，第二根传动轴13前端万向节法兰的十字轴中心点与o点在x向上的距离为s1，第二根传动轴后端万向节法兰的十字轴中心点与o点在x向上的距离为s2，其中s1与s2值尽可能接近；s是第二中间传动轴两端万向节法兰的十字轴中心点的安装距离即s=s1+s2，其中，500mm≤s≤1000mm；所述的第二根传动轴可伸缩，汽车底盘在转向状态下，s会随转角变化而变化，瞬时变化长度为s△，瞬时变化量为△s，△s=s△-s，△s≤350mm。以上参数的设置，可以保证第二中间传动轴13工作时不脱节。

优选的，为了增强主车部分与副车部分的连接强度，本发明将前、后铰接架均设置为楔形的刚性架，优选为a字型架；为了适应车辆的转向，前、后铰接架均套设有可伸缩的伸缩臂，前伸缩臂21的后端与后伸缩臂22的前端连接，并依次分别在车辆的前部、后部形成滑动机构。

为了保证车辆主车部分、后车部分转向时的一致性，转向时，前伸缩臂伸出长度为△l1，后伸缩臂伸出长度△l2，推荐△l1与△l2之差尽量要小，以利于α1与α2两角值接近，满足α=（|α1²-α2²|）^1/2＜3°（α在本领域，一般代表传动轴之间的当量夹角，不是具体的结构角度），这样使传动接近等角速度传动，减小扭转振动，如图5所示。

为了进一步的优化车辆底盘的转向性能，防止侧翻等危险，需要对车辆的转动角度进行一定的限制和优化，如图6所示，所述主车部分上设置有转向限位螺栓和限位块，所述副车部分设有限制副车底盘旋转角度的副车转向限位块17，相配合地，所述的上装11的底部安装有限制副车底盘旋转角度的向限位板18。

在更优选的是实例中，本发明提出：根据车辆受力点、承载点的分布来优化转动角度，如图5所示。具体的为：前伸缩臂21后端伸出的长度与后伸缩臂22前端伸出的长度分别为△l1和△l2，△l1≤250mm、△l2≤250mm，主车转向时，所述主车部分的中轴线与ab连线在同一水平面上投影的夹角为θ，通常θ≤25°；进一步，为了使整车转向更加协调，还需对副车的转动角度进行限定，所述副车部分的中轴线与ab连线在同一水平面上投影的夹角为β：β=arctan（l2+△l1）sinθ）/〔l-（l2+△l1）cosθ〕。

优选的，为了使整车转弯半径最小、副车与主车同步同辙，本发明中，主车部分前桥的内、外转角分别为ε、δ,其与θ和β具有以下关系为：cotδ-cotε=h/sm，ε=arccot［（l-l1/cosθ）cosβ/sin（θ+β）+l1tanθ-h/2）/sm］，其中h为前桥两侧主销延长线与地面交点之间的距离，sm为主车部分的轴距，一般是指前桥中心点与最后一个主车车桥中心点之间的距离。

在现有技术中车辆前桥主要由前轴(梁)、转向节、主销和轮毂等四部分组成，主销与地面有一定的夹角。

根据主车部分、副车部分承载/运动状态的不同，前铰接架与主车部分铰接连接，后铰接架与副车部分刚性连接。

为了进一步的保证车辆在颠簸路面的稳定行驶，前铰接架与主车部分通过两个铰接点f铰接，两个f点在同一水平面上，前铰接架能够围绕f点上下摆动。

为了进一步增强车辆底盘的适应能力，所述的第一、第二、第三中间传动轴在长度方向上均可以自由伸缩。

为了更好的使车辆适应各种路况，前回转支撑可具体选择为为单摆鞍座19、或由单摆鞍座19和适配器20组成、或为双摆鞍座；对于独立的单摆鞍座、适配器以及双摆鞍座均为现有技术中已有的设备，被发明的创新之处在于对他们的利用方式，以及具体的安装位置。

在对路况较好的路面，前回转支撑选择单摆鞍座即可，可以使上装能够相对主车部分围绕鞍座在y向上的轴线在上下±12°的范围内摆动。

在另一个实施例中，为了满足比较崎岖的路况，前回转支撑选择为单摆鞍座加适配器形式,单摆鞍座安装在主车部分，适配器安装在上装底部，可以同时实现上装能够相对主车部分围绕鞍座在x向上的轴线在左右±5°的范围内摆动、围绕y向上的轴线在上下±12°的范围内摆动。

在另一个实施例中，所述的鞍座也可以为双摆鞍座，在汽车行驶过程中，所述上装能够相对主车部分围绕鞍座在x向上的轴线在左右±5°的范围内摆动、围绕y向上的轴线在上下±12°的范围内摆动。

本发明也涉及一种车辆，车辆具有如以上实施例中所述的汽车底盘。因此，此种车辆相当于现有的同类车辆，在严苛路况下，具有更好的脱困和转向能力。

根据以上实施例中的设计要点，可以根据具体的使用需求提出具体的车辆制造方案，如，当l具体确定时，且主、副车部分均带驱动时，在不同的使用情景下，至少能够形成以下a、b、c、d、e五个方案：

方案a参数设定：

根据上述基本参数，可以根据作图法求出其他参数（方案b、c、d、e相同）：

结果：

方案b参数设定：

结果：

方案c参数设定：

结果：

方案d数设定：

结果：

方案e数设定：

结果：

。

说明：

1、上表参数中加标有下划线的数据超出设定要求，不可取。

2、依据θ和β可确定整车转向时的转弯半径，即通过b点做ob的垂直延长线与主车转向中心交汇点o1重合，o1点确定，整车转弯半径即可知道。

3、对于副车不带驱动的车型也可根据以上过程确定主要参数，只要取消上表设定的部分约束参数如α1、α2、α、s△、△s即可。

4、可以看出，在辅助转向方面，通过改变设定参数，可以获得所需转向效果及转弯半径，也就是对于副车带驱动的车辆，要围绕使△l1和△l2值接近来设定和选配各个参数，所谓△l1和△l2值接近即两者差值越小越好，目的是保证α=（|α1²-α2²|）^1/2＜3°；理想状态是△l1≈△l，α1≈α2。

最后应说明的是：虽然已按照具体实施例来描述本发明，但是根据本文的教导，本领域技术人员对本发明做出其他方式修改也是显而易见的。本发明的保护范围以权利要求书的范围为限，但其他与本发明权利要求无实质性区别的技术方案，也应该本发明的保护范围内。