1.本发明涉及一种主动侧倾车辆驱动装置及应用该装置的车辆，属于车辆底盘技术领域，特别涉及主动侧倾车辆驱动技术范畴。
背景技术：2.主动侧倾控制系统通过控制车辆在转弯时向弯道内侧倾斜程度，提高了车辆弯道行驶稳定性、平顺性、通行速度和安全性，对于小轮距、窄体车辆，主动侧倾技术可以使车辆在过弯时或者驶过倾斜路面时自动倾斜一定角度，产生一个平衡力矩，来抵抗车辆受到的离心力或侧翻力，以保持车辆稳定的行驶姿态；车辆在弯道行驶过程中，如果行驶速度较高或者转弯半径较小时，所产生的离心力较大，车辆稳定行驶所需较大的侧倾角，主动侧倾车辆通过致动器驱动侧倾机构运动，两车轮沿地面垂直方向相对车身产生较大的位移量，针对小轮距、窄体车身为对象的主动侧倾车辆，万向节无法实现差速器两个半轴至驱动轮之间的运动和动力传输，导致主动侧倾车辆均需要两个轮毂电机驱动，而轮毂电机的质量和转动惯量较大，影响了主动侧倾车辆的机动性能。
3.传统车辆两驱动轮动力来源于中置的发动机或电动机，经变速箱减速、差速器两个半轴输出，通过万向节连接两驱动车轮，实现双轮扭矩传输，驱动车辆行驶；研究主动侧倾车辆动力传动系统，探索中置驱动方式，提高车辆机动性能和安全性能具有理论意义和实用价值。
技术实现要素：4.本发明目的是要提供一种主动侧倾车辆驱动装置，驱动车轮转动、车轮与摆臂共同受控摆动，车轮双自由度运动实现车辆行驶及主动侧倾，以便取代轮毂电机驱动车辆行驶，减小车辆的簧下质量，提高主动侧倾车辆机动性能。
5.为了达到本发明目的所采取的技术方案包括：主动侧倾车辆驱动装置，由驱动电机、驱动减速器、侧倾电机、侧倾减速器及双自由度传动机构组成；
6.双自由度传动机构包括：摆臂(5)由首级传动箱体(501)、中传动箱体(502)和末级传动箱体(503)螺栓连接、紧固成一个刚性体形成，在首级传动箱体(501)内第一锥齿轮(1)与第二锥齿轮(2)啮合传动，第一锥齿轮轴线(101)与第二锥齿轮轴线(201)垂直相交，在中传动箱体(502)内第三锥齿轮(3)与第二锥齿轮(2)同轴线固连，第三锥齿轮(3)与第二锥齿轮(2)共用第二锥齿轮轴线(201)，在末级传动箱体(503)内第三锥齿轮(3)与第四锥齿轮(4)啮合传动，第三锥齿轮轴线与第四锥齿轮轴线(401)垂直相交，车轮(6)与第四锥齿轮(4)同轴线固连，车轮(6)转动轴线与第一锥齿轮轴线(101)平行，摆臂(5)绕第一锥齿轮轴线(101)与车身(7)转动连接，形成双自由度传动机构；
7.两组相同的双自由度传动机构依据给定的轮距d以车身中垂面左右对称布置、共用同一车身(7)，两个驱动电机(8)通过各自的驱动减速器(9)分别联接左、右侧双自由度传动机构中第一锥齿轮(1)输入驱动转速m，经摆臂(5)内两级锥齿轮减速传动，左、右侧车轮
转动、输出转速md，车辆行驶；平衡杆(12)中点o与车身(7)转动连接，转动轴线垂直于车身横垂面、且位于车身中垂面内，平衡杆(12)两端由球铰链各自连接一个减震器(11)，两个减震器另一端分别与左、右侧双自由度传动机构中摆臂(5)球铰链连接，两连接点p、q关于车身中垂面对称，两减震器(11)处于受压状态工作；侧倾电机(13)通过侧倾减速器(14)联接平衡杆(12)输入侧倾控制转速me，平衡杆(12)绕其中点o相对车身转动、转角α，经两个减震器传递，摆臂(5)相对车身(7)绕第一锥齿轮轴线(101)摆动、摆角实现车辆侧倾；车轮(6)双自由度运动实现车辆行驶及主动侧倾，车辆转向时，通过控制两驱动电机(8)的转速适应两驱动车轮差速，形成主动侧倾车辆驱动装置。
8.其中：第一锥齿轮齿数z1、第二锥齿轮齿数z2、第三锥齿轮齿数z3、第四锥齿轮齿数z4，驱动电机输入转速m0、输入扭矩n0，驱动减速器减速比i，第四锥齿轮(4)输出转速md＝m0/i/(z2/z1)/(z4/z3)、输出扭矩nd＝n0×i×
(z2/z1)
×
(z4/z3)，驱动车轮(6)转动；侧倾电机(13)通过侧倾减速器(14)驱动平衡杆(12)转动，输入侧倾控制转速me，经减震器传递、摆臂(5)摆动角度车辆侧倾，车轮双自由度运动实现车辆行驶及主动侧倾控制。在车身横垂面内平衡杆(12)相对车身(7)转角α为侧倾致动角，车身水平面相对地面夹角β为车身侧倾角，当侧倾致动角α＝0时，主动侧倾车辆驱动装置关于车身中垂面对称，两车轮共轴线，车身侧倾角β＝0，车辆直立行驶；当侧倾致动角α≠0时，两车轮轴线平行、相对车身反向运动、沿车身竖直方向移动距离h，车身侧倾角β、tanβ＝h/d，获得车身侧倾角β与侧倾致动角α关系的侧倾函数β≠f(α)，车辆侧倾行驶。
9.上述的主动侧倾车辆驱动装置中，第一齿锥轮、第二锥齿轮、第三锥齿轮、第四锥齿轮为直齿圆锥齿轮、或者斜齿圆锥齿轮、或者曲线齿圆锥齿轮。
10.上述的主动侧倾车辆驱动装置中，驱动电机选用直流电机，驱动减速器为通用机械减速器；侧倾电机选用直流伺服电动机，侧倾减速器选用行星齿轮减速器、或者rv减速器。
11.中置式主动侧倾车辆驱动装置包括：两组相同的双自由度传动机构依据给定的轮距d以车身中垂面左右对称布置、共用同一车身(7)，单个驱动电机(8)通过驱动减速器(9)和差速器(10)由差速器两半轴分别联接左、右侧双自由度传动机构中第一锥齿轮(1)输入驱动转速m，经摆臂(5)内两级锥齿轮减速传动，左、右侧车轮转动、输出转速md，车辆行驶；平衡杆(12)中点o与车身(7)转动连接，转动轴线垂直于车身横垂面、且位于车身中垂面内，平衡杆(12)两端由球铰链各自连接一个减震器(11)，两个减震器另一端分别与左、右侧双自由度传动机构中摆臂(5)球铰链连接，两连接点p、q关于车身中垂面对称，两减震器(11)处于受压状态工作；侧倾电机(13)通过侧倾减速器(14)联接平衡杆(12)输入侧倾控制转速me，平衡杆(12)绕其中点o相对车身转动、转角α，经两个减震器传递，摆臂(5)相对车身(7)绕第一锥齿轮轴线(101)摆动、摆角实现车辆侧倾；车轮(6)双自由度运动实现车辆行驶及主动侧倾，车辆转向时，由差速器(10)适应两驱动车轮差速，形成中置式主动侧倾车辆驱动装置。
12.上述的中置式主动侧倾车辆驱动装置中，由单个发动机替换单个驱动电机(8)，两组相同的双自由度传动机构依据给定的轮距d以车身中垂面左右对称布置、共用同一车身(7)，单个发动机通过驱动减速器(9)和差速器(10)由差速器两半轴分别联接左、右侧双自由度传动机构中第一锥齿轮(1)输入驱动转速m，经摆臂(5)内两级锥齿轮减速传动，左、右
侧车轮转动、输出转速md，车辆行驶；平衡杆(12)中点o与车身(7)转动连接，转动轴线垂直于车身横垂面、且位于车身中垂面内，平衡杆(12)两端由球铰链各自连接一个减震器(11)，两个减震器另一端分别与左、右侧双自由度传动机构中摆臂(5)球铰链连接，两连接点p、q关于车身中垂面对称，两减震器(11)处于受压状态工作；侧倾电机(13)通过侧倾减速器(14)联接平衡杆(12)输入侧倾控制转速me，平衡杆(12)绕其中点o相对车身转动、转角α，经两个减震器传递，摆臂(5)相对车身(7)绕第一锥齿轮轴线(101)摆动、摆角实现车辆侧倾；车轮(6)双自由度运动实现车辆行驶及主动侧倾，车辆转向时，由差速器(10)适应两驱动车轮差速，形成另一种中置式主动侧倾车辆驱动装置，由发动机驱动车辆行驶可以提高车辆的续航能力。
13.主动侧倾三轮车包括：由一组主动侧倾车辆驱动装置后置，在同一车身上按照给定的轴距单个车轮前置、共用同一车身中垂面，前轮转向，双后轮驱动，主动侧倾车辆驱动装置驱动车辆行驶、控制车身侧倾，单个前轮与车身一起自适应侧倾，构成具备双后轮驱动、前轮转向特征的主动侧倾三轮车，具备车辆机动性、安全性好特点。
14.本发明的有益效果在于，所提出的一种主动侧倾车辆驱动装置及应用该装置的车辆，主动侧倾车辆驱动装置驱动车轮转动、车轮与摆臂共同受控大角度摆动，车轮双自由度运动实现车辆行驶及主动侧倾；所提供的主动侧倾三轮车，由双电机或者中置单电机提供行驶动力，取代轮毂电机驱动车辆行驶，减小簧下质量，提高了主动侧倾三轮车辆的机动性能。
附图说明
15.图1为双自由度传动机构传动原理图；
16.图2为双自由度传动机构运动原理图；
17.图3为双自由度传动机构三维原理图；
18.图4为主动侧倾车辆驱动装置组成原理图；
19.图5为中置式主动侧倾车辆驱动装置组成原理图；
20.图6为车辆侧倾控制原理图；
21.图7为车辆侧倾运动原理图；
22.图8为主动侧倾三轮车组成原理图；
23.图中：1
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第一锥齿轮，2
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第二锥齿轮，3
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第三锥齿轮，4
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第四锥齿轮，5
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摆臂，6
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车轮，7
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车身，8
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驱动电机，9
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驱动减速器，10
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差速器，11
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减震器，12
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平衡杆，13
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侧倾电机，14
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侧倾减速器；
24.其中：101
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第一锥齿轮轴线，201
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第二锥齿轮轴线，401
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第四锥齿轮轴线，501
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首级传动箱体，502
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中传动箱体，503
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末级传动箱体。
具体实施方式
25.下面根据附图对本发明的实施例进行描述：
26.主动侧倾车辆驱动装置，由驱动电机、驱动减速器、侧倾电机、侧倾减速器及双自由度传动机构组成(如图4所示)；
27.图1所示的双自由度传动机构传动原理图，双自由度传动机构包括：摆臂(5)由首
9161-2001、或者选用向心关节轴承gb/t 9163-2001，所选用的杆端关节轴承、或者向心关节轴承内孔轴线垂直交错使用，以便获得更大的车辆侧倾角。
33.图5所示的中置式主动侧倾车辆驱动装置组成原理图，中置式主动侧倾车辆驱动装置包括：两组相同的双自由度传动机构依据给定的轮距d以车身中垂面左右对称布置、共用同一车身(7)，单个驱动电机(8)通过驱动减速器(9)和差速器(10)由差速器两半轴分别联接左、右侧双自由度传动机构中第一锥齿轮(1)输入驱动转速m，经摆臂(5)内两级锥齿轮减速传动，左、右侧车轮转动、输出转速md，车辆行驶；平衡杆(12)中点o与车身(7)转动连接，转动轴线垂直于车身横垂面、且位于车身中垂面内，平衡杆(12)两端由球铰链各自连接一个减震器(11)，两个减震器另一端分别与左、右侧双自由度传动机构中摆臂(5)球铰链连接，两连接点p、q关于车身中垂面对称，两减震器(11)处于受压状态工作；侧倾电机(13)通过侧倾减速器(14)联接平衡杆(12)输入侧倾控制转速me，平衡杆(12)绕其中点o相对车身转动、转角α，经两个减震器传递，摆臂(5)相对车身(7)绕第一锥齿轮轴线(101)摆动、摆角实现车辆侧倾；车轮(6)双自由度运动实现车辆行驶及主动侧倾，车辆转向时，由差速器(10)适应两驱动车轮差速，形成中置式主动侧倾车辆驱动装置。
34.中置式主动侧倾车辆驱动装置中，由单个发动机替换单个驱动电机(8)，其它联接和传动方式、组成原理不变，形成另一种中置式主动侧倾车辆驱动装置，包括：两组相同的双自由度传动机构依据给定的轮距d以车身中垂面左右对称布置、共用同一车身(7)，单个发动机通过驱动减速器(9)和差速器(10)由差速器两半轴分别联接左、右侧双自由度传动机构中第一锥齿轮(1)输入驱动转速m，经摆臂(5)内两级锥齿轮减速传动，左、右侧车轮转动、输出转速md，车辆行驶；平衡杆(12)中点o与车身(7)转动连接，转动轴线垂直于车身横垂面、且位于车身中垂面内，平衡杆(12)两端由球铰链各自连接一个减震器(11)，两个减震器另一端分别与左、右侧双自由度传动机构中摆臂(5)球铰链连接，两连接点p、q关于车身中垂面对称，两减震器(11)处于受压状态工作；侧倾电机(13)通过侧倾减速器(14)联接平衡杆(12)输入侧倾控制转速me，平衡杆(12)绕其中点o相对车身转动、转角α，经两个减震器传递，摆臂(5)相对车身(7)绕第一锥齿轮轴线(101)摆动、摆角实现车辆侧倾；车轮(6)双自由度运动实现车辆行驶及主动侧倾，车辆转向时，由差速器(10)适应两驱动车轮差速，形成另一种中置式主动侧倾车辆驱动装置，由发动机驱动车辆行驶可以提高车辆的续航能力。
35.图8所示的主动侧倾三轮车组成原理图，主动侧倾三轮车包括：由一组主动侧倾车辆驱动装置后置，在同一车身上按照给定的轴距z单个车轮前置、共用同一车身中垂面，前轮转向，双后轮驱动，前、后轮轮胎选用断面为圆弧形的摩托车轮胎gb 518-2007，主动侧倾车辆驱动装置驱动车辆行驶、控制车身侧倾，单个前轮与车身一起自适应侧倾，构成具备双后轮驱动、前轮转向特征的主动侧倾三轮车，具备车辆机动性、安全性好特点。
36.主动侧倾三轮车中：设车辆质量m、重力加速度g，车辆瞬时行驶速度v，前轮转向角θ时，车辆转弯半径r＝z/tanθ，满足转弯时力平衡条件：mg
×
tanβ＝mv2/r，由tanβ＝v2/(g
×
r)解出侧倾角β，由侧倾函数β＝f(α)解出侧倾致动角α，侧倾电机通过侧倾减速器和平衡杆输入侧倾控制转速me，获得侧倾致动角α，实现车辆行驶与车身侧倾控制。
技术特征：1.主动侧倾车辆驱动装置，由驱动电机、驱动减速器、侧倾电机、侧倾减速器及双自由度传动机构组成，其特征在于：所述的双自由度传动机构包括：摆臂由首级传动箱体、中传动箱体和末级传动箱体螺栓连接、紧固成一个刚性体形成，在首级传动箱体内第一锥齿轮与第二锥齿轮啮合传动，第一锥齿轮轴线与第二锥齿轮轴线垂直相交，在中传动箱体内第三锥齿轮与第二锥齿轮同轴线固连，第三锥齿轮与第二锥齿轮共用第二锥齿轮轴线，在末级传动箱体内第三锥齿轮与第四锥齿轮啮合传动，第三锥齿轮轴线与第四锥齿轮轴线垂直相交，车轮与第四锥齿轮同轴线固连，车轮转动轴线与第一锥齿轮轴线平行，摆臂绕第一锥齿轮轴线与车身转动连接，形成双自由度传动机构；两组相同的双自由度传动机构依据给定的轮距以车身中垂面左右对称布置、共用同一车身，两个驱动电机通过各自的驱动减速器分别联接左、右侧双自由度传动机构中第一锥齿轮输入驱动转速，经摆臂内两级锥齿轮减速传动，左、右侧车轮转动，车辆行驶；平衡杆中点与车身转动连接，转动轴线垂直于车身横垂面、且位于车身中垂面内，平衡杆两端由球铰链各自连接一个减震器，两个减震器另一端分别与左、右侧双自由度传动机构中摆臂球铰链连接，两连接点关于车身中垂面对称，两减震器处于受压状态工作；侧倾电机通过侧倾减速器联接平衡杆输入侧倾控制转速，平衡杆绕其中点相对车身转动，经两个减震器传递，摆臂相对车身绕第一锥齿轮轴线摆动，实现车辆侧倾；车轮双自由度运动实现车辆行驶及主动侧倾，车辆转向时，通过控制两驱动电机的转速适应两驱动车轮差速，形成主动侧倾车辆驱动装置。2.根据权利要求1所述的主动侧倾车辆驱动装置，其特征在于，所述的第一齿锥轮、第二锥齿轮、第三锥齿轮、第四锥齿轮为直齿圆锥齿轮、或者斜齿圆锥齿轮、或者曲线齿圆锥齿轮。3.根据权利要求1所述的主动侧倾车辆驱动装置，其特征在于，所述的驱动电机选用直流电机，驱动减速器为通用机械减速器；侧倾电机选用直流伺服电动机，侧倾减速器选用行星齿轮减速器、或者rv减速器。4.中置式主动侧倾车辆驱动装置，根据权利要求1所述的主动侧倾车辆驱动装置，其特征在于，包括：两组相同的双自由度传动机构依据给定的轮距以车身中垂面左右对称布置、共用同一车身，单个驱动电机通过驱动减速器和差速器分别联接左、右侧双自由度传动机构中第一锥齿轮输入驱动转速，经摆臂内两级锥齿轮减速传动，左、右侧车轮转动，车辆行驶；平衡杆中点与车身转动连接，转动轴线垂直于车身横垂面、且位于车身中垂面内，平衡杆两端由球铰链各自连接一个减震器，两个减震器另一端分别与左、右侧双自由度传动机构中摆臂球铰链连接，两连接点关于车身中垂面对称，两减震器处于受压状态工作；侧倾电机通过侧倾减速器联接平衡杆输入侧倾控制转速，平衡杆绕其中点相对车身转动，经两个减震器传递，摆臂相对车身绕第一锥齿轮轴线摆动，实现车辆侧倾；车轮双自由度运动实现车辆行驶及主动侧倾，车辆转向时，由差速器适应两驱动车轮差速，形成中置式主动侧倾车辆驱动装置。5.根据权利要求4所述的中置式主动侧倾车辆驱动装置，其特征在于，两组相同的双自由度传动机构依据给定的轮距以车身中垂面左右对称布置、共用同一车身，单个发动机通过驱动减速器和差速器分别联接左、右侧双自由度传动机构中第一锥齿轮输入驱动转速，
经摆臂内两级锥齿轮减速传动，左、右侧车轮转动，车辆行驶；平衡杆中点与车身转动连接，转动轴线垂直于车身横垂面、且位于车身中垂面内，平衡杆两端由球铰链各自连接一个减震器，两个减震器另一端分别与左、右侧双自由度传动机构中摆臂球铰链连接，两连接点关于车身中垂面对称，两减震器处于受压状态工作；侧倾电机通过侧倾减速器联接平衡杆输入侧倾控制转速，平衡杆绕其中点相对车身转动，经两个减震器传递，摆臂相对车身绕第一锥齿轮轴线摆动，实现车辆侧倾；车轮双自由度运动实现车辆行驶及主动侧倾，车辆转向时，由差速器适应两驱动车轮差速，形成一种中置式主动侧倾车辆驱动装置。6.主动侧倾三轮车，其特征在于，包括：由一组权利要求1所述的主动侧倾车辆驱动装置后置，在同一车身上按照给定的轴距单个车轮前置、共用同一车身中垂面，前轮转向，双后轮驱动，主动侧倾车辆驱动装置驱动车辆行驶、控制车身侧倾，单个前轮与车身一起自适应侧倾，构成具备双后轮驱动、前轮转向特征的主动侧倾三轮车。
技术总结本发明涉及一种主动侧倾车辆驱动装置及应用该装置的车辆，属于车辆底盘技术领域，探索主动侧倾车辆驱动技术，由驱动电机、驱动减速器、侧倾电机、侧倾减速器及双自由度传动机构形成主动侧倾车辆驱动装置；两个驱动电机通过各自的驱动减速器分别联接左、右侧双自由度传动机构中第一锥齿轮输入驱动转速，经摆臂内两级锥齿轮减速传动，左、右侧车轮转动，车辆行驶；侧倾电机通过侧倾减速器联接平衡杆输入侧倾控制转速，平衡杆绕其中点相对车身转动，经两个减震器传递，摆臂相对车身摆动，车辆侧倾；车轮双自由度运动实现车辆行驶及主动侧倾，以便取代轮毂电机驱动车辆行驶，减小车辆的簧下质量，提高主动侧倾车辆机动性能。提高主动侧倾车辆机动性能。提高主动侧倾车辆机动性能。
技术研发人员：王亚 杨鹏艺 纪远令 魏文军 李海涛
受保护的技术使用者：北京坐骑科技有限公司
技术研发日：2022.06.22
技术公布日：2022/11/1
