装有简化的单侧余弦补偿前轮转向模型控制器的多轮车的制作方法

本实用新型涉及一种装有简化的单侧余弦补偿前轮转向模型控制器的多轮车(三轮或四轮)，属纯机械式传动操控机构，属陆用非轨道多轮车辆车轮转向操控技术领域，分类代码为B62D5。

背景技术：

目前，国内外多轮车辆转向技术中，侧边轮转向以梯形传动补偿为主，后轮转向中，常见有梯形传动补偿，也有微电脑数控助力转向；但梯形转向属近似转向技术，梯形转向的数学分析中转向效应曲线只在3度和35度角附近与理想关系直线交叉重合，当大于43度角以后，离差增大，导致侧滑和方向盘抖动咔嚓异响；国内新型8*8越野车，居然以简化版履带差速转向技术“滑移转向”为荣，还荣登“八一节”阅兵式。制造“模控或遥控液压传动同步万能转向+全时电子差速越野车”，创新超越，势在必然。

在转向技术方面，本申请同一发明人已申请的发明专利申请(申请号 201410170960.2)、(申请号201711406387.0)和实用新型专利(专利号 201520206467.1)、(专利号2017201709604.8)、(申请号201821136752.0)，横跨从机构传动、液压传动、到模拟矢量电位电传线控、再到光电栅格数控差异驱动伺服助力，再与矢量联动电子调控差速配合，组成矢量操控成套技术。上述专利申请都把重点强调多轮车辆上，最终标的车型定位于多轮多轴车上，其缺点是结构复杂，成本高。梯形转向最在价值的特征是机械传动，简单可靠。那么，万能转向技术也必须尽量向此技术方向靠拢。为此，从最简化的版本开始，后轮不转向，或者分时转向；中轴余弦桁架不随动，或者直接省去桁架；中轴摆杠操控也直接省去，直接操控垂直摆杆；两侧余弦补偿，简化为左侧与中轴合并，只对右侧单侧余弦补偿；实现安装空间较为适用的机械式传动垂直框架助力，更加安全可靠、大角度灵便转向和节能环保。

技术实现要素：

本实用新型的目的就是提供一种简化的单侧余弦补偿的车辆前轮转向模型控制器，是多轮车辆万能转向机械式操控机构在后轮不参与转向前提条件下的最简化版，以解决现有技术存在的结构复杂，成本高的问题。

本实用新型的技术方案是：一种装有简化的单侧余弦补偿前轮转向模型控制器的多轮车，包括车身车架和车轮，其特征在于，在所述的车身车架的前部两侧各安装一个车轮，后部中部或两侧各安装一个同轴的车轮，后部的车轮不参与转向；两个前部的车轮各通过一根驱动半轴与所述的车身车架连接，在车身车架前端中部装有主方向盘，主方向盘通过齿轮传动轴与前轮转向模型控制器的输入轴连接,采用齿轮传动轴、或曲轴双连杆、或摆臂单连杆三种连接方式之一，前轮转向模型控制器的输入轴与左前轮转向轴连接，输入轴与右前轮转向轴连接；在车身车架的中部装有动力装置，其输出端通过中央差速器或分动器与安装在两根驱动半轴之间的前轴差速器和安装在后部车辆轴上的后轴差速器传动连接。

本实用新型的优点是：简单实用可靠，属于万能转向中的最精简化机械传动机构，适用于替代常规梯形转向，完成梯形转向无法完成的任务，转向角度不受转向机构本身限制，只受悬架限制，突破梯形转向40度极限角，并且允许安装机械传动机构参与控制电子调控差速的机电一体化技术，提高车辆越野通过性能。

附图说明

图1是本实用新型实施例的整体结构示意图(单侧补偿滑槽SW或椭圆轨迹凸轮滑槽200、双曲轴连杆108、矢量联动调控电子差速驱动半轴平面示图)；

图2是图1的前轴的局部放大图(左前轮、右前轮分别示意齿轮传动轴、曲轴双连杆两种转向传动连接结构)；

图3是图1中单侧补偿滑槽(SW)版转向模型控制器的3D示意图；

图4是本实用新型单侧余弦补偿倒转摆杆滑槽(107)版转向模型控制器的3D示图；

图5是本实用新型单侧余弦补偿倒转齿轮(101)版转向模型控制器的3D 示图；

图6是本实用新型倒转齿轮(101)的3D设计图；

图7是本实用新型单侧余弦补偿椭圆轨迹凸轮(200)版转向模型控制器的3D示图；

图8是本实用新型车轮转向轴、驱动半轴和悬架装配关系示意图。

具体实施方式

参见图1-图8，本实用新型一种简化的单侧余弦补偿的车辆前轮转向模型控制器，其特征在于：在车身车架15上，前轮安装左、右车轮18各一个，后轮不参与转向，允许后轮为一个倒三轮、或同轴左右各一个、或者是紧邻的二排轴左右各两个车轮；前轮机械式传动大角度转向和前轮驱动为常用状态，转向模型控制器安装于前轮车轴中间位置，并且将左侧车轮列与中轴列合并，即主方向盘2直接连接控制左前轮，只对右前轮进行单侧余弦补偿，精简左侧余弦补偿操控机构；前轮转向模型控制器P10输入轴202，经齿轮传动轴53直接连接主方向盘2方向柱轴和左前轮实体转向轴10，同步传动转向角α；模型控制器P10输出轴109用齿轮传动轴53连接右前轮实体转向轴10 的半圆齿轮盘54，或者输出轴109用双曲轴连杆108连接右前轮实体转向轴 10的双曲轴摆臂，其中一个曲轴为可绕过双叉臂悬架或麦弗逊悬架AA减震弹簧导向杆25的弯钩形转向摆臂106，实体转向轴10连接控制轮毂轴60指向，同时发动机驱动力，经中央差速器或分动器95-1连接驱动前轴差速器95-2 和后轴差速器95-3，前轴差速器95-2向两侧车轮输出驱动半轴93，各个驱动半轴93上啮合测速发电机，实时监测驱动半轴差速所对应的实测电位，并与从转向模型控制器上所取得的矢量联动标的电位进行电位平衡比较，及时调控差速，杜绝车轮打滑，从驱动半轴93传动来的驱动力，经伞形齿轮56 与轮毂轴60的内侧端伞形齿轮啮合，啮合点应落在实体转向轴10与轮毂轴 60轴芯垂直交叉点到轮胎接地点之间，轮毂轴60连接控制各自轮毂和车轮 18的法线指向，所有轮毂法线瞬时恒等地指向同一行进转向圆心，并同步随方向盘2转向角α操控移动；允许前轮转向模型控制器P10安装方向进行适宜调整，以适应安装空间，但必须与实体转向轴10相位角度一一对应；在模型控制器P10中，只对右前轮转向角度β按万能转向公式和车架给定参数M/H 比例，进行余弦补偿，即按标准正弦sinα*r传动连杆的位移，按M/H比例获得余弦补偿位移，即Δcosβ＝sinα*r*M/H；模型控制器P10按是否余弦随动分为标准余弦随动版或者不随动版余弦补偿，其中不随动版降低了制造成本，性能不能达到钝角转向范围；纯机械式获得余弦补偿Δcosβ的方式，包括余弦补偿滑槽SW、倒转齿轮101、倒转摆杆107、椭圆轨迹凸轮滑槽200四种；主方向盘2的转向角α以标准半径r摆臂21连接穿层滑块轴承201，带动横向余弦滑槽或滑动导轨梁架4和两端T形导向滑块或滑动轴承导向架组件，沿两侧固定框架滑槽(或滑动导轨)111纵向滑动位移，同时也带动纵向正弦滑槽或第一滑动导轨5沿横向余弦滑槽或滑动导轨梁架4横向滑动位移，而在纵向正弦滑槽或第一滑动导轨5上纵向滑动滑块轴承带动穿层轴承滑块 203横向位移sinα*r的同时，受四种余弦补偿方式操控机构(附着连接在横向余弦滑槽或滑动导轨梁架4上的余弦补偿滑槽SW、固定轴端和正弦位移齿条操控端分别连接横向余弦滑槽或滑动导轨梁架4和纵向正弦滑槽或第一滑动导轨5的倒转齿轮101、固定轴端和正弦位移滑块轴承操控端分别连接横向余弦滑槽或滑动导轨梁架4和纵向正弦滑槽或第一滑动导轨5的倒转摆杆 107、附着连接在两侧固定框架滑槽(或滑动导轨)111的椭圆轨迹凸轮滑槽 200)之一的约束，穿层轴承滑块203产生纵向位移sinα*r*M/H，即余弦补偿位移，并连接带动T形二维合成操控臂7及其端头位置的关键操控点轴承Gi，关键操控点轴承Gi错层连接滑块轴承110，再带动控制矢量操控摆臂滑槽或滑动导轨滑杆(102)的指向，即转向模型控制器P10输出轴109的转向角β；从输入轴202、输出轴109用摆臂单连杆、双曲轴连杆、齿轮传动轴三种方式之一，分别把左前轮转向角α连接到左前轮实体转向轴10、右前轮转向角β输出右前轮实体转向轴10上，其中实体转向轴10连接双曲轴连杆108的半径摆杆中，有一组为弯钩形转向摆臂106，允许其绕为弹簧导向杆25与连杆 108连接；同时矢量操控摆臂滑槽或滑动导轨滑杆102一侧安装滑动电阻电位器，关键操控点轴承Gi带动滑动电阻电位器电极刷沿矢量操控摆臂滑槽或滑动导轨滑杆102位移，四个车轮所对应的滑动电阻电位器附着安装位置有的差异，左前轮所对应的滑动电阻电位器因为恒等于标准半径，电极刷输出极按标准半径固定，滑动电阻电位器固定于任意一处即可，左后轮所对应的滑动电阻电位器沿两侧固定框架滑槽(或滑动导轨)111的一侧安装，由横向余弦滑槽或滑动导轨梁架4和两端T形导向滑块(或滑动轴承导向架)组件带动滑动电极刷纵向位移，获取驱动标的电位；右后轮所对应的滑动电阻电位器沿纵向正弦滑槽或第一滑动导轨5的一侧安装，其零电位对应于转向轴芯位置横向平齐，必要时为滑动电阻电位器增设一组沿纵向正弦滑槽或第一滑动导轨5横向位移，但纵向上与转向轴芯保持横向平齐垂直滑动杆连接的补偿后余弦滑槽(或滑动导轨)梁架，用于安装滑动电阻电位器；右前轮所对应的滑动电阻电位器安装在前轮转向模型控制器中矢量操控摆臂滑槽或滑动导轨滑杆102一侧，零电位端安装于副转向轴轴芯位置，平均车测驱动电位的2倍高压电位端同侧平行性安装于标准半径r的2倍位置，电极刷取得对应车轮驱动半轴的标的驱动电位，经双路二极管电位平衡比较电路监测与驱动速度实测电位进行比较，比较差异信号放大后控制伺服驱动差速执行机构，电子调控对应车轮的瞬时速度；比较差异信号放大电路的反应灵敏度是可以调试的，主要调节所安装的三级管信号放大电路的差异信号基极电路电阻值，电阻值越大，反应越延迟，在路面起伏较大时，车轮和轮胎的实测转速应大于平整路面，必须适当延迟差速反应灵敏度，如单轮15度坡跳动前进1米，跳高0.26米，需要延迟3.5％的差速，这需要实际调试电阻值，而在平整路面，减小基极电路电阻值，可以保障杜绝任意单轮打滑。

参见图2，前轴的局部放大3D图，示意转向模型控制器P10与车架和悬架三维组合体的空间连接关系，左、右两侧车轮转向轴与模型控制器之间，分别示意两种转向操控传动连接方式，第一种是转向轴齿轮盘54经齿轮传动轴53连接，第二种是曲轴双连杆108连接，其中一组弯钩形转向摆臂106为弯钩形，圆弧形弯钩是为了绕开弹簧导向杆25，两组半径摆臂之间的相位夹角60～120度，交替掩护通过拉直零力矩障碍。单连杆作为常规连接，也可以视为双连杆的简化，描述省略。

需要指出的是，发动机动力经中央差速器95-1和前轴差速器95-2后，再差速分配传动到两侧前轮驱动半轴93，在后轴驱动时，前轴差速器95-2输入轴和两侧前轮驱动半轴93都安装啮合驱动测速发电机，整流后取得实测电压 /电位，以前轴差速器95-2输入轴的所产生电压/电位的2倍为电源向安装在转向模型控制器中矢量操控摆臂滑槽或滑动导轨滑杆102一侧的滑动电阻电位器供电，滑动电阻电位器的长度为标准半径的2倍，与滑块轴承110联动的电极电刷，取得矢量操控标的电位，与右前轮驱动半轴93上测速发电机取得的实测电位进行电位平衡比较，控制伺服差速机构调速。因左前轮总为标准半径，其标的电位恒为前轴差速器95-2输入轴的所产生电压/电位的1倍，同样按电位平衡控制伺服差速机构执行调速。所述伺服差速执行机构，是按已公开的前申请案中六种伺服差速执行机构中选择之一，直到电位平衡为止，限制驱动车轮严格按矢量操控标的驱动。

参见图3，单侧补偿滑槽SW版转向模型控制器的3D示图。余弦补偿滑槽SW固定于横向余弦滑槽或滑动导轨梁架4上，随标准余弦纵向移动，余弦补偿滑槽SW的坡度是按M/H预先设定。来自方向盘2的转向角α，传动到输入轴202，带动半径摆杆21，半径摆杆21的端头轴承带动穿层滑块轴承201，在余弦传动层，带动在两侧固定框架滑槽(或第二滑动导轨)111中纵向滑动的横向标准横向余弦滑槽或滑动导轨梁架4，同时也带动余弦补偿滑槽SW；穿层滑块轴承201在正弦传动层，直接垂直连接纵向正弦滑槽或第一滑动导轨5，控制其整体横向位移，沿纵向正弦滑槽或第一滑动导轨5导向可滑动连接的从动穿层滑块轴承203，在穿过补偿传动层的补偿滑槽SW时，发生了纵向补偿位移sinα*r*M/H，再穿到矢量操控臂传动层时，从滑块轴承203 的轴芯拉伸出关键操控点轴承Gi，带动环绕外围的滑块轴承110，驱动矢量操控摆臂滑槽或滑动导轨滑杆102，矢量电位驱动滑动电阻电位器安装于矢量操控摆臂滑槽或滑动导轨滑杆102一侧，矢量操控摆臂滑槽或滑动导轨滑杆 102的一端安装转向输出轴109，其转向角为β，输出轴109与输入轴202为轴心线同心关系。

参见图4，单侧余弦补偿倒转摆杆滑槽107版转向模型控制器的3D示图。将图3中的余弦补偿滑槽SW替换为倒转摆杆107，因主要依靠标准纵向正弦滑槽或第一滑动导轨4和纵向正弦滑槽或第一滑动导轨5之间的相对位移为控制倒转摆杆107偏转，标准正弦横向位移量与倒转摆杆107垂直滑槽纵向位移量之间的比例为H/M，这个纵向位移即为余弦补偿位移，在正弦滑槽中导向滑动的穿层滑块轴承203将此位移传动到关键操控点轴承Gi。此前滑块轴承201和此后矢量操控摆臂滑槽或滑动导轨滑杆102的其它传动操控以及矢量差速控制的描述与图3中所述相同。

参见图5，单侧余弦补偿倒转齿轮101版转向模型控制器的3D示图。将图3中的余弦补偿滑槽SW替换为倒转齿轮101，因主要依靠标准纵向正弦滑槽或第一滑动导轨4和纵向正弦滑槽或第一滑动导轨5之间的齿条相对位移控制倒转齿轮101旋转，但安装位置是有要求的，正弦向右位移时，必须是带动余弦补偿位移向后移动，齿轮的绕动轴附着安装于纵向正弦滑槽或第一滑动导轨5的一侧后，余弦滑槽横梁上就要安装主动齿条207，而在滑块轴承 203的一侧安装垂直的从动齿条208。图中齿条208遮挡了与之连体的滑块轴承203，标准正弦主动齿条207位移量与从动齿条208位移量之间的比例为 H/M，由倒转齿轮101的齿轮分度圆半径所决定，从动齿条208带动在正弦滑槽中导向滑动的穿层滑块轴承203将此位移传动到关键操控点轴承Gi。此前滑块轴承201和此后矢量操控摆臂滑槽或滑动导轨滑杆102的其它传动操控以及矢量差速控制的描述与图3中所述相同。

参见图6，倒转齿轮101的3D设计图，由同轴的两个齿轮组成，M表示两侧前轮转向轴之间的距离，H表示前轴与后轴之间的距离。

参见图7，单侧余弦补偿椭圆轨迹凸轮200版转向模型控制器的3D示图。在图1中，转向模型控制器P10中，右前轮关键操控点轴承行走的轨迹为椭圆，这在现有技术中有记载，也是其它操控方式所能证明事实轨迹。将图1 中的轨迹固定下来，或是由万能转向公式cosβ*r＝cosα*r+sin*r*M/H求解出椭圆方程，在设计软件中，把曲线方程轨迹线扫描拉伸再切滑槽，成为三D 凸轮滑槽200，即图3中所示。为了实现穿层轴承的同等效果，在滑块轴承 110和关键操控点轴承Gi之间的轴套中，拉伸出的一根偏心绕颈连接曲轴 212，从凸轮滑槽200内圆侧绕过，连接滑块轴承203上同时的等相位轴套，实现跨层连接，把在正弦滑槽中导向滑动的穿层滑块轴承203传动的正弦位移和凸轮轨迹余弦补偿位移传动到关键操控点轴承Gi。此前滑块轴承201和此后矢量操控摆臂滑槽或滑动导轨滑杆102的其它传动操控以及矢量差速控制的描述与图3中所述相同。

参见图8，以图2左前轮为例，将图2中所示为双叉臂悬架，图8是替换为麦弗逊改良版-减震弹簧导向杆25趋近于竖直悬架，其它相同。同时连接方向盘2和转向模型控制器输入轴的齿轮传动轴53，中间设万向节联轴器，克服悬架位移跳动和传动角不均匀，端头伞齿轮连接转向轴齿轮盘54，齿轮盘54半圆弧镂空绕过减震弹簧导向杆25，转向轴带动轮毂轴60的壳体一同转向，而该壳体受麦弗逊悬架下叉臂和弹簧导向杆控制，立体三个点与车架 15连接，其中下叉臂的两个连接点是轴承连接，并与转向轴轴芯构成近似直角三角形，只允许上下近似于平行地跳动，发挥减震效能，同时，允许内侧车轮转向角接近于直角。前轴差速器95-2输出轴齿轮啮合测速发电机动后，连接驱动半轴93，经万向节联轴器传动，连接转向轴下端所同轴芯安装的伞形齿轮56，驱动伞形齿轮56旋转，再带动在啮合于驱动伞形齿轮56上的轮毂轴60端头伞形齿轮，齿轮啮合点位于从轮胎与地面接触面中心点，到转向轴10轴心线与轮毂轴60轴心线交叉点，这两点连线之间。如此，驱动扭矩与转向力矩的之间的相互干扰最小。

在名词名称中，因左侧转向轴与中轴列合并，故中轴余弦被改称为标准余弦；安装前轮转向模型控制器单侧余弦补偿版，后轮不参与转向和驱动的车型，典型实施例拟定名为城市灵动SUV；在此基础上，后轮适时参与转向和矢量联动电子调控差速驱动的车型，典型实施例拟定名为超级灵动SUV越野车型。