專利名稱：輕型陸地車輛的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
概括地說(shuō)，本發(fā)明涉及輪式運(yùn)輸工具領(lǐng)域。特別是，本發(fā)明涉及輕型、 廉價(jià)的陸地車輛。
背景技術(shù)：
從二十世紀(jì)中期開始，人口在不斷增加，同時(shí)大量人口持續(xù)從小城鎮(zhèn)遷 移到城市中心區(qū)，使得美國(guó)很多大城市出現(xiàn)了高速公路擁擠和城市擴(kuò)張。越來(lái) 越多的看法認(rèn)為最受青睞的運(yùn)輸方式即私人汽車增加了環(huán)境負(fù)擔(dān)，反而會(huì)影響 生活質(zhì)量。因此，這些因素造成有效的城市公共運(yùn)輸?shù)姆绞将@得了優(yōu)先考慮。 向城市公共運(yùn)輸提供有效車輛和系統(tǒng)作為新重點(diǎn)的一個(gè)確定信號(hào)是對(duì)城市公 共汽車快速增長(zhǎng)的需求。僅僅在美國(guó)，目前的資本儲(chǔ)備包括至少五萬(wàn)五千輛單 獨(dú)的車輛；且每年購(gòu)買新公共汽車的費(fèi)用遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過十億美元。新購(gòu)買的車輛數(shù) 量每年以大約百分之十到十五的速度遞增。雖然大部分增長(zhǎng)的需求來(lái)自公營(yíng)部 門，但是在私營(yíng)部門中也需要高效、低成本的公共汽車；例如，點(diǎn)對(duì)點(diǎn)穿梭、 觀光、教育、市內(nèi)運(yùn)輸和娛樂。
隨著對(duì)公共汽車需求的增加，對(duì)車輛本身也出現(xiàn)更高的要求，尤其是來(lái) 自于公營(yíng)部門購(gòu)買者和管理者，這就要求公共汽車設(shè)計(jì)能夠減少公營(yíng)部門的路 面養(yǎng)護(hù)和修理、擴(kuò)充街道和高速公路和停車成本；同時(shí)，還要改善與噪聲污染、 空氣污染、通勤時(shí)間過長(zhǎng)相關(guān)的社會(huì)成本，還要改善無(wú)障礙設(shè)施。
即使政府對(duì)新公共汽車技術(shù)發(fā)展給予了大量補(bǔ)貼，但是傳統(tǒng)的公共汽車 技術(shù)很難有顯著的改進(jìn)?；旧?，將新材料和替代能源整合在一起的嘗試還不 足以滿足城市運(yùn)輸管理者和乘客的預(yù)期，也無(wú)法顯著地降低運(yùn)營(yíng)成本以及最初 的購(gòu)買成本。然而，逐漸減少的石油儲(chǔ)量以及對(duì)溫室效應(yīng)逐漸增加的擔(dān)心形成 了新的緊迫感?，F(xiàn)有技術(shù)揭示了許多嘗試以提高公共汽車的工藝性、減少車輛 自重、增加操縱性和安全性、提高乘坐舒適性以及提高燃油效率。
下面，說(shuō)明幾種使用模塊結(jié)構(gòu)技術(shù)的城巿公交車。例如，VBdik、 B
Kurach、 YTrach的美國(guó)專利US4469369 (1984年9月4日)"Modw/e e/ewe"f q/c一 or /汰e ve/z/c/e awc/ tmem6/eci ow Ae 6as7'5 。/"swc/7 wo(iw/e e/ewe他"描述
了一種用于城市公共汽車的模塊元件，其自身由底盤單元、車門部件、和窗戶 部件所制造。模塊可以是左向或右向的。根據(jù)要作為驅(qū)動(dòng)單元還是轉(zhuǎn)向單元， 提供不同版本的底盤單元。該模塊和前后元件以及不同數(shù)量的中間部件組裝在 一起，以提供不同尺寸和定員的公共汽車。
H F6rster的美國(guó)專利US4596192( 1986年6月24日)"f/"/vewa/ ve/nc/e ^Wew /or決ep"W/c /oca/ ^^ cc"描述了一種用于市內(nèi)公共乘客運(yùn)輸?shù)能囕v系統(tǒng)，其 中，不同的車輛組件組裝起來(lái)形成不同尺寸和定員的車輛。該車輛僅適用于有 履帶的車輛、可能用于帶有或不帶有履帶的車輛、以及可能僅用于不帶有履帶 的車輛。
LBergstr6m、 HEklund、 J Pettersson的PCT申請(qǐng)SE94/01108 (1993年11 月24日)"C/2^^/w^6w"描述了一種公共汽車底盤，其中不同的前端模塊很 容易由不同的前輪模塊和駕駛室模塊結(jié)合產(chǎn)生，這樣駕駛室的高度根據(jù)公共汽 車其余部分的高度而變化。
然而，上述例子都沒有考慮使用非常規(guī)懸架系統(tǒng)(允許使用復(fù)合建筑材 料和輕質(zhì)零件)來(lái)加強(qiáng)行駛性能并降低載荷需求。它們也沒有考慮通過提出諸 如全輪驅(qū)動(dòng)和全輪轉(zhuǎn)向的特征、或諸如混合動(dòng)力系統(tǒng)的替代能源策略、或不同 車輛子系統(tǒng)的微處理器控制提高車輛操縱性和操縱性。
D Quattrini和A Carlo的歐洲專利申請(qǐng)EP90202043 (1989年8月11日)
/^^W描述了一種城市公共運(yùn)輸車輛，其具有高于地面的、高度很低的乘客艙， 車輪接近前端和后端區(qū)域。每個(gè)輪軸都具有自己的驅(qū)動(dòng)電機(jī)，提供全輪驅(qū)動(dòng)， 在惡劣天氣和道路條件下允許最佳牽引力。另外，還包括全輪轉(zhuǎn)向以在有限空 間內(nèi)加強(qiáng)操縱性。但是，Quadmtttini等人沒有想到使用混合動(dòng)力系統(tǒng)或減少載 荷需求的非常規(guī)懸架(允許用復(fù)合材料結(jié)構(gòu)和輕質(zhì)成品零件構(gòu)建車輛)。而且， 他們沒有考慮單元式車身結(jié)構(gòu)。
鹿特丹市政府在"M3"z{/^c wn'"g am/ /附/ /e附g"加/o" q/"a /妙rtve妙f 6r/(i 6m"(參見www.dtis.org/data/101e.htm)中描述了整合了模塊化的輕質(zhì)車身系
統(tǒng)的公共汽車，使得使用相同的制造系統(tǒng)制造不同尺寸車輛，大大減輕了重量 并具有混合牽引力。但其中并沒有提到結(jié)構(gòu)中哪些特性用于減輕重量，也沒有 提及涉及諸如全輪驅(qū)動(dòng)、全輪轉(zhuǎn)向、改良懸架、或車輛子系統(tǒng)的微處理器控制 的特征。
LWoods、 JHamilton的美國(guó)專利US4468739 (1984年8月28日)"Owzpwfer c>/^/w/ze<i fif(ia,'ve sw^spe服'ow甲fem ZzaWwg ccw6/"e<i AocA: a65<9r6er/az> s戸'"g
和L Woods、 J Hamilton的美國(guó)專利US4634142 (1987年1月6曰)"Compter opf/mz'zaiat/"Wve s"，m/o" "描述了一種車輛懸架系統(tǒng),其中計(jì)算機(jī)
控制阻尼力和彈簧力，以在較寬范圍的行駛條件下優(yōu)化行駛和操縱性能。雖然 通過給控制器編程可以實(shí)現(xiàn)不同的懸架性能，但是沒有證據(jù)顯示所述懸架系統(tǒng) 結(jié)合了減少車架承載要求的特征，使得車輛能夠以輕質(zhì)、成品的汽車或輕型卡 車零件制成。而且，所述懸架沒有提供相對(duì)于路面調(diào)整車輛高度的裝置。而且 也沒有提出該懸架適用于城市公共運(yùn)輸車輛。
P Eisen的美國(guó)專利US5137292 (1992年8月11日)"/4〃-w&e/ Ween"g/or motor ve/^/^"描述了一種全輪轉(zhuǎn)向結(jié)構(gòu)，其在前后輪軸之間具有聯(lián)軸器。但 沒有說(shuō)明所述結(jié)構(gòu)適用于雙軸車輛之外的任何其他車輛。更重要的是，該轉(zhuǎn)向 系統(tǒng)是一個(gè)簡(jiǎn)單的機(jī)械系統(tǒng)。也沒有說(shuō)明在多軸車輛中微處理器或控制器單獨(dú) 控制每個(gè)輪軸。
因此，需要一種城市運(yùn)輸車輛，其
買得起并且容易制造；
重量輕；
具有高度操縱性； 提供良好的乘坐舒適性； 節(jié)能；以及
使公共汽車所產(chǎn)生的空氣和噪音污染最小化甚至消除。 提供一種單元式車身結(jié)構(gòu)將是顯著的技術(shù)進(jìn)步，其中車輛是用相同組件 或單元制造， 一個(gè)單元包括乘客艙、相連的地板、側(cè)壁、車頂、帶有傳動(dòng)系的 輪軸、車輪、懸架、轉(zhuǎn)向和制動(dòng)器。僅僅通過將所需數(shù)量的單元"螺栓連接"制 造不同尺寸的車輛是有益的，其很容易允許制造具有任意數(shù)量均勻間隔的輪軸 的車輛。最好提供一種懸架，其中每個(gè)車輪具有自己的獨(dú)立懸架，從而提供大
大改進(jìn)的乘坐平順性。在車架上配置懸架以允許減少的載荷是有益的，使得用 輕質(zhì)、成品零件和輕質(zhì)材料制造車輛。給車輛裝有節(jié)能、混合燃料系統(tǒng)是非常 有益的，這樣大大降低或消除對(duì)日益減少且破壞環(huán)境的石油燃料的依賴。最好 也使車輛配備全輪轉(zhuǎn)向，因而允許大大減小轉(zhuǎn)向半徑并使得車輛在市內(nèi)交通以 及狹窄的、住宅區(qū)街道中易于操縱。提供一種綜合控制轉(zhuǎn)向、懸架、制動(dòng)和動(dòng) 力系統(tǒng)的高級(jí)控制系統(tǒng)是有益的。
發(fā)明概述
考慮到上述需求，本發(fā)明提供一種采用單元式車身設(shè)計(jì)的輕型、高操縱 性的陸地車輛，其中該車輛由不同數(shù)量的基本相同的單元構(gòu)成，它們首尾相連 固定組裝起來(lái)以制造不同尺寸和定員的車輛。每個(gè)單元包括乘客艙、相連的地 板、側(cè)壁、車頂；帶有傳動(dòng)系的輪軸、車輪、懸架、轉(zhuǎn)向和制動(dòng)器。單元本身 部分是用耐用、輕質(zhì)材料(例如復(fù)合或先進(jìn)的鋼材)制造，大大減輕了完工車 輛的重量，使得基本上提高燃料經(jīng)濟(jì)性且大大減少了在道路上的磨損。本發(fā)明 的車輛具有多軸結(jié)構(gòu)，每個(gè)單元具有輪軸以致典型的車輛具有至少三個(gè)輪軸， 優(yōu)選地均勻間隔。多軸懸架提供連接到每個(gè)車軸每端車輪上的獨(dú)立懸架。
提供多對(duì)懸架，例如加長(zhǎng)擺臂(優(yōu)選地緊密并且均勻間隔)以減少車身 的載荷要求，允許使用輕質(zhì)成品零件，例如用于輕型卡車和SUV的零件，從而 進(jìn)一步減少車輛必須的重量，并實(shí)質(zhì)上降低制造和修理成本。
全輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)提供車輛良好的操縱性，還允許車輛以以前不能采用的方 式操縱，例如在困境中(tight spots)停車時(shí)的側(cè)向模式，或者原地轉(zhuǎn)動(dòng)模式 (pivotmode)。通過基于微處理器的命令與控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，以及懸架、 動(dòng)力和制動(dòng)系統(tǒng)。
混合動(dòng)力系統(tǒng)將替代電動(dòng)機(jī)的燃料發(fā)動(dòng)機(jī)和全輪驅(qū)動(dòng)與儲(chǔ)存在多個(gè)蓄電 池中主要能量結(jié)合起來(lái)。
本發(fā)明的其它實(shí)施例提供各種類型和尺寸的陸地車輛，其主要由商用成 品零件整合另一種獨(dú)立懸架(例如擺臂懸架)而構(gòu)成。 一個(gè)實(shí)施例提供一種采 用單元式車身設(shè)計(jì)的運(yùn)輸車輛，其中該車輛由多個(gè)基本上相同的單元構(gòu)成，它 們首尾相連組裝成具有不同尺寸和定員的車輛。每個(gè)單元包括乘客艙、相連的 地板、側(cè)壁、車頂；帶有傳動(dòng)系的輪軸、車輪、懸架、轉(zhuǎn)向和制動(dòng)器。
本發(fā)明的其它實(shí)施例包括輕型乘用車(例如轎車)，它們也由商用成品零 件制造，包括獨(dú)立懸架系統(tǒng)(例如擺臂懸架)。 一個(gè)實(shí)施例提供轎車型車輛，
其具有橫滾安全籠(roll-cage)車架，和輕質(zhì)外骨架型(exo-skeleton)的外車 架。本實(shí)施例用于各種車輪結(jié)構(gòu)中，例如三輪或四輪結(jié)構(gòu)。車身板迅速且容易 地連接到管式車架結(jié)構(gòu)上，并且也易于拆卸和移動(dòng)及便于更換。


圖1示出根據(jù)本發(fā)明的具有不同尺寸的城市公共運(yùn)輸車輛； 圖2是圖1中城市公共運(yùn)輸車輛的分解圖，由根據(jù)本發(fā)明的多個(gè)單元構(gòu)造
而成；
圖3是圖1中城市公共運(yùn)輸車輛車身的骨架圖，示出根據(jù)本發(fā)明的車架； 圖4示出根據(jù)本發(fā)明的、裝有座椅和活動(dòng)頂蓬的圖3中的車身。 圖5示出通過將不同數(shù)量的根據(jù)本發(fā)明的相同車身單元結(jié)合的不同尺寸
的車輛的組裝方法；
圖6示出根據(jù)本發(fā)明通過提供圖1所示的剛性、多軸城市公共運(yùn)輸車輛中
的獨(dú)立、計(jì)算機(jī)控制的懸架所獲得的乘坐質(zhì)量的有益效果；
圖7是根據(jù)本發(fā)明的、用于-個(gè)車輪的獨(dú)立懸架及其相連部件的示意圖； 圖8是根據(jù)本發(fā)明的、使用獨(dú)立懸架的車輛結(jié)構(gòu)的示意圖； 圖9是側(cè)視圖，示出將圖8中的懸架裝配成整個(gè)車輛結(jié)構(gòu)； 圖10示出根據(jù)本發(fā)明的、圖7中的懸架的高度調(diào)節(jié)器；
圖ll示出根據(jù)本發(fā)明的、圖7中懸架中的快速反應(yīng)、剛性可變的空氣彈簧；
圖12示出根據(jù)本發(fā)明的、圖7中的懸架的點(diǎn)制動(dòng)(drop-stop)主動(dòng)減震器； 圖13是根據(jù)本發(fā)明的城市公共運(yùn)輸車輛的平面圖，該車輛分別在側(cè)向模 式、原地轉(zhuǎn)動(dòng)模式和軌道模式下裝備了全輪轉(zhuǎn)向；
圖14是根據(jù)本發(fā)明的帶有全輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的車輛的側(cè)視圖； 圖15示出根據(jù)本發(fā)明的用于圖14所示車輛的轉(zhuǎn)向控制界面；
圖16是根據(jù)本發(fā)明的圖14的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的控制傳感器的示意圖17是示意圖，示出將操作者界面連接到根據(jù)本發(fā)明的轉(zhuǎn)向控制傳感器
上；
圖18示出根據(jù)本發(fā)明、帶有安裝在車輪上的轉(zhuǎn)向致動(dòng)器的輪軸；
圖19示出根據(jù)本發(fā)明用于圖1所示的城市公共運(yùn)輸車輛上的動(dòng)力裝置； 圖20示出根據(jù)本發(fā)明用于圖1所示的城市公共運(yùn)輸車輛上的蓄電池組； 圖21示出根據(jù)本發(fā)明的多個(gè)城市公共運(yùn)輸車輛首尾相連形成一輛列車； 圖22示出如圖10 — 6所示的具有擺臂懸架的運(yùn)輸車輛；
圖23示出根據(jù)本發(fā)明所述、圖22中的車輛中采用的前置定位臂懸架；
圖24示出擺臂懸架所受力和力矩的圖解；
圖25是示意圖，其中圖23的懸架的三個(gè)主要垂直位置彼此重合； 圖26是示意圖，其中圖23的懸架的三個(gè)主要垂直位置彼此分開； 圖27是示意圖，示出可以轉(zhuǎn)向，并且車輪能夠在垂直方向上具有很大位 移的直列懸架；
圖28示出根據(jù)本發(fā)明的輕型陸地車輛；
圖29示出根據(jù)本發(fā)明的圖18中的車輛所采用的橫滾安全籠車架； 圖30是圖28中車輛的側(cè)剖圖，示出根據(jù)本發(fā)明的懸架與車輪的連接； 圖31示出構(gòu)成根據(jù)本發(fā)明的圖30中的車架的壁板的剖視圖； 圖32示出根據(jù)本發(fā)明的圖30中的車輛的俯視圖； 圖33示出根據(jù)本發(fā)明的圖31中的壁板的后視圖； 圖34—39示出各種車身零件、門窗與根據(jù)本發(fā)明的圖28的車架連接； 圖40是側(cè)面剖視圖，示出根據(jù)本發(fā)明的圖29中的四輪與三輪實(shí)施例的比
較；
圖41示出根據(jù)本發(fā)明的單座電動(dòng)三輪車； 圖42示出根據(jù)本發(fā)明所述的帶有氣動(dòng)踏板輔助單元的自行車；
圖43示出根據(jù)本發(fā)明的氣動(dòng)踏板輔助單元的第二實(shí)施例；
圖44示出帶有根據(jù)本發(fā)明的電動(dòng)輪式電機(jī)和氣動(dòng)踏板輔助單元的自行車 車架。
發(fā)明詳細(xì)說(shuō)明
現(xiàn)在的都市運(yùn)輸是有問題的。隨著人口持續(xù)增長(zhǎng)，汽車運(yùn)輸變得越來(lái)越 難以維系。高速公路的修建和養(yǎng)護(hù)成本、以及諸如通勤時(shí)間過長(zhǎng)、空氣污染和 石油儲(chǔ)量縮小等其他問題使得公共交通越來(lái)越引人注意。令人遺憾的是，由于 根據(jù)汽車運(yùn)輸?shù)耐恋厥褂脹Q策及其伴生的經(jīng)濟(jì)學(xué)問題_具有代表性的是低密
度市郊住宅的發(fā)展、不斷擴(kuò)散的低層建筑商業(yè)性開發(fā)以及分散發(fā)展都無(wú)法發(fā)展 公共交通方案，因此很難找到有效的解決辦法。在一定程度上，由于諸如不愿
使用公共交通的社會(huì)因素以及該手段(medium)自身的問題，所以公共汽車 及其相關(guān)運(yùn)輸系統(tǒng)并沒有顯著增加使用公共交通的人口比例。
本發(fā)明提供一種方案，能根本上改變公共汽車運(yùn)輸?shù)慕?jīng)濟(jì)情況和解決起 到限制作用的許多社會(huì)因素?，F(xiàn)參照附圖la—d，示出城市公共運(yùn)輸車輛具有 許多優(yōu)點(diǎn)
*單元式車身結(jié)構(gòu)，允許使用相同部件制造具有不同尺寸和定員的車 輛。驅(qū)動(dòng)電機(jī)、懸架、控制系統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)，事實(shí)上每個(gè)組件， 對(duì)于小型公共汽車和大型公共汽車來(lái)說(shuō)都是相同的，從而減少零件庫(kù) 存、機(jī)械師和操作者的培訓(xùn)和修理時(shí)間。
*多個(gè)獨(dú)立懸架，減少了車架的承載需求，以便可減少車輛的總重量；
而且也降低每個(gè)懸架的載荷需求，允許用成品的汽車或輕型卡車零件
制造車輛；并大大穩(wěn)定車輛的操縱特性。 參計(jì)算機(jī)控制的制動(dòng)和懸架系統(tǒng)，允許豪華客車的乘坐舒適性，而沒有
傳統(tǒng)公共汽車的前后震動(dòng)和擺動(dòng)。 *混合動(dòng)力系統(tǒng)，將替代發(fā)電機(jī)的燃料發(fā)動(dòng)機(jī)和全輪轉(zhuǎn)向電驅(qū)動(dòng)與存儲(chǔ)
在化學(xué)電池中的主要能量以及再生制動(dòng)能量結(jié)合起來(lái)以恢復(fù)動(dòng)能。隨
著重量的大幅減少，動(dòng)力系統(tǒng)顯著地改善了燃油經(jīng)濟(jì)性，而且不再需
要龐大的變速裝置，并提供改善的驅(qū)動(dòng)特性。 *使用輕質(zhì)材料的結(jié)構(gòu)，維護(hù)費(fèi)用更少，車輛使用壽命更長(zhǎng)，并允許使
用更先進(jìn)的承載設(shè)計(jì)和更低成本的制造技術(shù)。材料可以是復(fù)合材料，
或可以是先進(jìn)的輕質(zhì)金屬產(chǎn)品。 *改進(jìn)了重量/定員，改進(jìn)了車輛結(jié)構(gòu)，使得40 — 50人公共汽車的有效負(fù)
載與空車重量比從大約60%提高到最大容許載重量的大約150%，并提
供很高的燃油效率。 *計(jì)算機(jī)調(diào)節(jié)的全輪轉(zhuǎn)向，使得大大減小轉(zhuǎn)向半徑以及"側(cè)向"和"原地轉(zhuǎn)
動(dòng)"轉(zhuǎn)向。
*靈活的座位配置，允許操作者輕易地增加或減少乘客座位定額和結(jié) 構(gòu)。
可選擇地給客艙內(nèi)部設(shè)置多個(gè)門，提供歐洲火車客艙感覺以及快速進(jìn) 入、就座和離開。
*低地板，帶有多個(gè)與路緣相平步入的門，超過ADA標(biāo)準(zhǔn)。 參可選擇的轎車品質(zhì)內(nèi)飾。
如圖1所示，提供具有不同尺寸和定員的車輛。圖la示出具有五軸的車輛；
圖lb示出四軸車輛；圖1C示出三軸車輛；及圖ld示出六軸車輛。如上所述，車
輛的車身至少部分由復(fù)合材料制造，例如玻璃纖維、石墨/環(huán)氧基或金屬基復(fù) 合材料。通過用輕質(zhì)材料(例如復(fù)合材料和先進(jìn)的金屬產(chǎn)品)替代傳統(tǒng)材料， 就可以節(jié)約重量和能量、減少零件數(shù)量和裝配成本，并達(dá)到傳統(tǒng)材料所達(dá)不到 的結(jié)構(gòu)要求。
圖2是本發(fā)明的分解圖，示出由基本上相同的單元制造的車輛結(jié)構(gòu)。本發(fā) 明的主要特征是由特定數(shù)量的單元制造的特定長(zhǎng)度的公共汽車。因此提供了四 個(gè)乘客艙201，相當(dāng)于四個(gè)單元。如所示，改良末端乘客艙以提供前部和后部 單元。示出四個(gè)表面單元202和四個(gè)地板部件203。示出五個(gè)車軸204，其每個(gè) 端部都連有車輪。因此， 一個(gè)單元有兩個(gè)車軸，而其它單元有一個(gè)車軸。通常， 盡管末端單元204具有兩個(gè)車軸，但前部單元可以輕易地具有兩個(gè)車軸，但是 為了說(shuō)明的目的，分別示出單元的不同組件。然而，在實(shí)際操作中， 一個(gè)單元 包括乘客艙、相連的地板、側(cè)壁、車頂；帶有傳動(dòng)系的車軸、車輪、懸架、轉(zhuǎn) 向和制動(dòng)組件，所有這些部件預(yù)先裝配成單獨(dú)單元。如圖5所示，車輛的構(gòu)造 基本上包括將所需數(shù)量的單元固定在一起以制造所需長(zhǎng)度和定員的車輛。因 此，圖5a示出具有三個(gè)單元的車輛，而圖5b示出將一個(gè)單元增加到三單元車輛 上，形成圖5c所示的四單元車輛。使用固定件(例如螺釘或鉚釘)或使用粘結(jié) 劑連接該單元。在本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例中，該單元是永久地固定起來(lái)形成固定尺 寸的剛性車輛。然而，單元可拆卸地連接起來(lái)從而可以改變車輛配置的實(shí)施例 是可能的。
圖3是沒有車軸和車輪的組裝車輛300的示圖，除去其表面的部分以顯示 車架。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中提供輕質(zhì)車架。車架材料可以是復(fù)合材料、或 輕質(zhì)金屬產(chǎn)品，例如鋁。如上所述，在車軸之間以很窄的間隔提供多個(gè)獨(dú)立懸 架，給車身提供分散的支撐，大大減少了車架負(fù)載需求并允許車架重量大大減
小。需要注意的是，車架是連接到單個(gè)單元上，以便通過將四個(gè)單元用螺栓連 在一起而實(shí)現(xiàn)圖3所示的車架。
圖4示出帶有表面活動(dòng)頂蓬401的組裝車身。其他沒有活動(dòng)頂蓬的固體車
頂?shù)膶?shí)施例也是可能的。車輛400也裝有乘客座椅402。如上所述，乘客座椅是 高度配置的，因此座位數(shù)量很容易增加或減少。最小的公共汽車可以有14一20 個(gè)座位，而大型公共汽車可以有45 — 55個(gè)座位。座位可以采用傳統(tǒng)的中心通道 結(jié)構(gòu)，或者采用乘客艙部件與中心通道部件結(jié)合的形式。如上所述，轎車品質(zhì) 的內(nèi)飾使得提供良好的乘坐舒適性，包括單個(gè)座位、隔音車身及車架和保溫、 以及乘客艙座位的選擇。
懸架
現(xiàn)在參考圖6，圖6a示出具有五個(gè)車軸的車輛的側(cè)視圖，其中每個(gè)車輪603 通過相連的獨(dú)立懸架連接到相應(yīng)的車軸上。定位多個(gè)獨(dú)立懸架使得兩個(gè)相鄰懸 架間的間隔(如箭頭602所示)大大減少。與具有雙軸或串聯(lián)車軸結(jié)構(gòu)的傳統(tǒng) 公共汽車相比，本設(shè)置具有很多重要的優(yōu)點(diǎn)。緊密且均勻隔開的懸架在車輛整 個(gè)長(zhǎng)度上給車身提供均勻分布的支撐，如箭頭601所示，這跟傳統(tǒng)公共汽車中 所采用的僅僅在任一端提供支撐恰恰相反。這種分布式支撐是提供良好的乘坐 穩(wěn)定性的重要因素。因此，當(dāng)車輛遇到路面下沉605的時(shí)候，均勻隔開的懸架 (與車輛剛性結(jié)構(gòu)連接)將車輪604處的載荷傳遞給其余車輪，以便車輛通過 下沉的時(shí)候保持水平，而消除公共汽車通過公路下沉的時(shí)候通常產(chǎn)生的"前后 震動(dòng)"。此外，新型的主動(dòng)懸架元件(包括將單個(gè)車輪相對(duì)于車身上下移動(dòng)的 高度調(diào)節(jié)器、快速改變剛性的空氣彈簧、和能防止車輪落入路上凹坑(例如) 的減震器)使得當(dāng)車輛遇到不規(guī)則路面的時(shí)候，可以提供良好的平順的乘坐感。 如上所述，多個(gè)懸架提供的分散支撐減少了車輛結(jié)構(gòu)負(fù)載的需求，使得車輛可 以使用非常輕的結(jié)構(gòu)、采用先進(jìn)材料構(gòu)成。因?yàn)槊總€(gè)懸架的載荷需求大大降低， 車輛懸架可以用"成品"轎車或輕型卡車零件制造。
圖6b—6d示出作為每個(gè)懸架組件的高度調(diào)節(jié)器帶來(lái)的有益效果，如下所 詳述。在計(jì)算機(jī)控制下，高度調(diào)節(jié)器在相對(duì)慢的時(shí)間標(biāo)度(time scale)下調(diào)整 每個(gè)車輪相對(duì)于車身高度，保持全部車輪與道路接觸并允許車輛越過道路中的 大下沉和隆起。通過調(diào)整車輛一側(cè)相對(duì)于另一側(cè)的高度，乘客艙可以在道路不
平整的時(shí)候保持水平，從而防止車輛陷入道路的凹陷中，如圖6b所示，以及允 許其在隆起的路面上保持水平，如圖6C所示。另外，高度調(diào)節(jié)器允許車輛在高 速公路上傾斜轉(zhuǎn)向，如圖6d所示。
圖7提供用于一個(gè)車輪懸架的單個(gè)懸架與相連零件的示意圖。該懸架包
括
*緩沖器701;
*旋轉(zhuǎn)元件702，包括至少車輪、輪胎、帶有軸承部件的輪式電機(jī)的旋
轉(zhuǎn)元件、和剎車總成的旋轉(zhuǎn)元件； *非旋轉(zhuǎn)部件703，包括至少控制臂、彈簧、減震器、平衡器、轉(zhuǎn)向致
動(dòng)器和連桿、制動(dòng)和制動(dòng)致動(dòng)器的固定元件、帶有軸承部件的輪式電
機(jī)的固定元件，其按需要也執(zhí)行車軸、機(jī)械結(jié)構(gòu)和軸承/襯套的功能； *高度調(diào)節(jié)器組件704，包括墊板、導(dǎo)軌、軸承、致動(dòng)器、固定連接到
車身/車架上的機(jī)械結(jié)構(gòu)； *車身/車架結(jié)構(gòu)705，用于地板、隔板、蓄電池和座位的集成結(jié)構(gòu)。 下面詳細(xì)介紹獨(dú)立懸架組件。
現(xiàn)在參考圖8，示意圖示出獨(dú)立懸架如何整體連接到車身/車架上。示出上 面列舉的組件與車輛結(jié)構(gòu)零件的對(duì)應(yīng)關(guān)系 *緩沖器801; *旋轉(zhuǎn)元件802; 參非旋轉(zhuǎn)元件803; *高度調(diào)節(jié)器804， 車身/結(jié)構(gòu)805。
圖8提供的示圖是從車輛前部向前看。因此，左側(cè)懸架806以車輪相對(duì)于車 身處于高位而示出，而右側(cè)懸架807以車輪相對(duì)于車身處于低位示出。
圖9是車輛的側(cè)視圖，示出懸架系統(tǒng)整體如何連接到整個(gè)車輛上。如下面 的細(xì)節(jié)所述，懸架受處理器控制，并且接受不同來(lái)源的輸入。如上所述，每個(gè) 車輪具有單個(gè)獨(dú)立懸架901，其包括
*輪胎；
*車輪；
*車軸；
*高度調(diào)節(jié)器組件； *彈簧； *減震器；
參機(jī)械支撐架；
*用于懸架結(jié)構(gòu)的傳感器；
*動(dòng)力源液壓的、氣動(dòng)的、和電動(dòng)的；以及 *穩(wěn)定器和緩沖器。
一個(gè)或多個(gè)單元903向獨(dú)立懸架提供如上所述的動(dòng)力。電纜卯2用來(lái)傳遞 信號(hào)和電流。在優(yōu)選實(shí)施例中，本發(fā)明每個(gè)車輪都帶有如上所述的輪式電機(jī)， 車軸與輪式電機(jī)結(jié)合在一起。發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例提供如圖18所示的連續(xù)軸， 每個(gè)車軸具有單個(gè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)。在連續(xù)軸的情況下(下面進(jìn)一歩說(shuō)明)，車輪組 件也包括傳動(dòng)軸。懸架的控制是通過微處理器或控制器905與信號(hào)處理器元件 相呼應(yīng)而調(diào)節(jié)。向懸架控制系統(tǒng)的輸入包括上述傳感器、以及道路控制傳感器 905和操作者界面906的輸入。
高度調(diào)節(jié)器
圖10是上述的高度調(diào)節(jié)器系統(tǒng)1000的詳細(xì)圖。車輛懸架系統(tǒng)的重要條件 是每個(gè)車輪獨(dú)立于所有其它車輪上下移動(dòng)。這一要求通過提供由活塞1002驅(qū)動(dòng) 的拖曳四連桿機(jī)構(gòu)1001而滿足。如圖7所示，高度調(diào)節(jié)器連桿連接到車輛地板 上，使得車軸在被驅(qū)動(dòng)時(shí)上下移動(dòng)。本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例使用液壓活塞；不過 氣動(dòng)活塞也是適合的。四連桿機(jī)構(gòu)使得車軸以及連接在車軸上所有部件保持垂 直而沒有任何傾斜。
空氣彈簧
如圖7所示，車輛懸架包括主動(dòng)空氣彈簧系統(tǒng)。圖11示出車輛1100的側(cè)視 圖，其包括作為懸架組件的主動(dòng)空氣彈簧系統(tǒng)1101。如上所述，每個(gè)車輪的懸 架相對(duì)于車身上下移動(dòng)，其車身基本上保持水平和穩(wěn)定。上述高度調(diào)節(jié)器提供 大部分的垂直運(yùn)動(dòng)，特別是用于上述相對(duì)緩慢的工作，例如在大的隆起和下沉 上的運(yùn)動(dòng)、在起拱道路上的操作以及轉(zhuǎn)向傾斜。另外，空氣彈簧具有長(zhǎng)的沖程 以便以更高的垂直位移速率流暢地調(diào)節(jié)基本上垂直的車輪。因?yàn)榭諝鈴椈傻淖?br> 用是基于流量控制而不涉及升高車輛或阻礙動(dòng)態(tài)載荷，因此空氣彈簧系統(tǒng)非常 節(jié)能。空氣彈簧系統(tǒng)的基本工作原理是空氣彈簧1102的本體通過一個(gè)或多個(gè)漸
進(jìn)的快速作用闊1104與增壓室1103連通。如圖llb所示，漸進(jìn)閥1104通過閥片 1105 (圖llb)的作用進(jìn)行調(diào)整，閥片被通用軸(帶有以一定角度間隔的凸輪) 轉(zhuǎn)動(dòng)。隨著更多的漸進(jìn)閥完全打開，空氣彈簧系統(tǒng)的總?cè)萘吭黾印Ｏ喾吹兀?越多閥完全關(guān)閉，彈簧系統(tǒng)的容積越減少。彈簧剛性與系統(tǒng)內(nèi)有效容積負(fù)相關(guān)。 因此，如果所有閥關(guān)閉，彈簧具有最大剛度。改變彈簧剛性本身并不會(huì)改變彈 簧施加的力。因此，空氣彈簧可以最佳地被表征為常-變量空氣彈簧。制造更 軟彈簧的作用是在車輪通過凸起并且道路升高車輪及壓縮彈簧的時(shí)候，在彈簧 上推車身處感覺到更少的附加力(即更小的"撞擊")。在實(shí)際中，空氣彈簧系 統(tǒng)可以將沖擊力減少五分之一到十分之一。另外，空氣彈簧系統(tǒng)的設(shè)計(jì)允許它 特別快作用，因此就可以相對(duì)于時(shí)間標(biāo)度快速響應(yīng)(彈簧剛性必須在該時(shí)間標(biāo) 度變化來(lái)相應(yīng)路面的具體特征)，并優(yōu)化乘坐質(zhì)量。
主動(dòng)減震器
如圖7所示，懸架還包括節(jié)能的主動(dòng)減震器。減震器的新的基本目的是 減緩或停止進(jìn)入急劇洼地(例如馬路上凹坑)的車輪的劇烈垂直下降。如同在 空氣彈簧中所述，減震器節(jié)能不是由于其抵消車輛重量或動(dòng)態(tài)載荷，而是通過 快速作用閥控制元件內(nèi)部液體流動(dòng)。因此，所需能量?jī)H僅是用來(lái)操作閥。
圖12示出減震器1200的細(xì)節(jié)。減震器包括液壓油容器1201，其安裝到彈 簧的頂端支承板1206上。該安裝具有足夠強(qiáng)度以克服滿載彈簧的力。軸1203 的第一端1207連接到彈簧的下部支撐板上。軸的另一端位于容器1201的下表面 1208上的中心開口中，并且軸向穿過容器內(nèi)部并容納在一個(gè)閥桿1202中，闊桿 同心地圍繞軸1203。推板1204同心地連接在軸上，以便推板被固定且不會(huì)旋轉(zhuǎn)。 推板1204被封閉在閥片組件1205中，閥片組件與閥桿1202連接。閥桿從容器 1201的頂面上的中心開口中突出，并由致動(dòng)器(未示出)容納。需要注意的是， 液壓容器的兩面上的開口都具有液密密封以防止液壓油從容器中滲漏以及在 容器內(nèi)發(fā)生壓力損失。在閥片組件1205中封閉推板1204是通過將推板夾在上下 兩個(gè)閥片之間完成的。閥片和推板都具有開口1209 (圖12b)。閥片彼此固定， 每個(gè)閥片的開口1211對(duì)齊，兩個(gè)閥片相對(duì)于閥桿1203固定。由閥桿1202和閥片組件1205組成的整個(gè)閥組件相對(duì)于推板1204和軸1203(其保持固定)自由旋轉(zhuǎn)。 因此，閥片1210和推板1211的開口可以完全或部分對(duì)齊，或它們也可以彼此偏離。
可以看出組合的推板1204和閥片組件1205將液壓容器分成兩個(gè)隔室。當(dāng) 閥片組件1205和推板1204的開口對(duì)齊的時(shí)候，根據(jù)開口對(duì)齊的程度允許在隔室 之間液體流動(dòng)，而當(dāng)開口偏移時(shí)，隔室之間的液體流動(dòng)停止。因此，通過允許 液體從一個(gè)隔室流入另一個(gè)隔室，允許閥片和推板以活塞的方式(相連的彈簧 壓縮或拉長(zhǎng))移動(dòng)通過流體。當(dāng)通過完全地偏移閥片組件和推板的開口阻止液 體流動(dòng)的時(shí)候，減震器就停止，并防止閥片移動(dòng)。因此，根據(jù)開口對(duì)齊程度提 供可變的減震量。
如上所述，閥桿連接到致動(dòng)器上。致動(dòng)器旋轉(zhuǎn)閥桿來(lái)根據(jù)控制系統(tǒng)的輸 入設(shè)定閥和推板的開口對(duì)齊。需要注意的是，懸架本身相對(duì)于車身上下移動(dòng)， 而車身保持基本上不動(dòng)和水平。本結(jié)構(gòu)中提供空氣彈簧和減震器的目的是阻止 每個(gè)車輪獨(dú)立于所有其它車輪的向上和向下運(yùn)動(dòng)。因此，在推板之間關(guān)閉開口 來(lái)延緩液體流動(dòng)并限制推板在容器中的移動(dòng)以下面的方式減緩車輪向下運(yùn)動(dòng) 當(dāng)推板和閥片的位置停止液體流動(dòng)的時(shí)候，它們將截取的流體推向容器底部， 因此就可以阻止彈簧力和車輪組件上的重力。
減震器的阻尼作用可以很快地優(yōu)化以最佳地處理特殊的路面特征，在阻 尼作用中淺洼地引起較少回應(yīng)而馬路上凹坑會(huì)引起完全停止。與雙軸車輛需要 在兩個(gè)車軸的四個(gè)端部始終提供支撐不同，本發(fā)明的多軸懸架允許-一個(gè)車輪暫 時(shí)不支撐它所支撐的車輛重量，而車輛仍然可以被其余的車輪穩(wěn)定地支撐。這 種減震器與其它主動(dòng)減震器之間的一個(gè)重要區(qū)別是使車輪與道路暫時(shí)完全脫 離接觸的作用包括對(duì)被壓縮彈簧的整個(gè)阻力。
乘坐緩沖器
如圖10所示，在正常運(yùn)行過程中，乘坐緩沖器1003位于車身和車軸之間。 提供緩沖器以當(dāng)高度調(diào)節(jié)器失效的時(shí)候，將車軸保持在所需高度上。此外，當(dāng) 不需要高度調(diào)節(jié)器的時(shí)候，緩沖器通過不時(shí)地支撐車軸可以減少高度調(diào)節(jié)器的 磨損。
控制
對(duì)高度調(diào)節(jié)器、空氣彈簧和主動(dòng)減震器的控制是通過傳感器的分級(jí)來(lái)完 成的，僅僅在最高位置和最低位置上的時(shí)候才會(huì)有操作者輸入。根據(jù)車輪的快
速垂直加速、車輪上垂直力急劇變化的信息以及路面?zhèn)鞲衅?roadcontour sensor)信息的綜合情況，通過計(jì)算機(jī)處理懸架控制驅(qū)動(dòng)主動(dòng)減震器。任意的 操作者輸入可以提醒計(jì)算機(jī)處理懸架注意接近的路面破損。
轉(zhuǎn)向
如早前所述，城市運(yùn)輸車輛在各種受限情況(交通堵塞、住宅區(qū)道路狹 窄、和需要很小轉(zhuǎn)向半徑的急彎)下易于調(diào)動(dòng)是必要的。為此，本發(fā)明的車輛 具有全輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，其提供若干轉(zhuǎn)向模式。全輪轉(zhuǎn)向使得車輛相對(duì)于車輛尺寸 具有非常小的轉(zhuǎn)向半徑，使其在城市可能遇到的受限環(huán)境中具有很高的操縱 性。另外，如圖13a和13b所示，也提供其它轉(zhuǎn)向模式側(cè)向模式(圖13a)和 原地轉(zhuǎn)動(dòng)模式(圖13b)。側(cè)向模式對(duì)于進(jìn)出擁擠的停車場(chǎng)所并要直接靠到路 邊來(lái)說(shuō)特別有用，其對(duì)于公共汽車來(lái)說(shuō)是常見的操作。雖然側(cè)向模式需要車輛 的幾個(gè)車輪一致受控，但是本發(fā)明允許對(duì)每個(gè)車輪或每對(duì)車輪分別控制，從而 允許原地轉(zhuǎn)動(dòng)模式，這對(duì)于很小的拐角處轉(zhuǎn)向或在非常有限空間完全轉(zhuǎn)向的情 況下非常有用。
如下所述，多個(gè)車輛可以連接起來(lái)形成列車，需要"軌道"轉(zhuǎn)向(圖13c) 模式，其中在列車中連續(xù)的單元與第一單元具有相同路徑。
圖14示意地示出車輛全輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的組件。與懸架類似，包括車輪組件、 動(dòng)力源、電纜、傳感器、控制元件、和操作者界面
*車輪組件1401:轉(zhuǎn)向致動(dòng)器和連桿，在圖18中示出細(xì)節(jié)，所需懸架、 機(jī)械支撐、控制臂、車身/車架連接件、軸承/襯套、轉(zhuǎn)向傳感器；
*驅(qū)動(dòng)力源1403:液壓的、氣動(dòng)的、和電動(dòng)的；
*電纜1402;
*道路傳感器1404; *控制器1405;
*轉(zhuǎn)向控制輸入傳感器； *操作者界面1406;以及
爭(zhēng)顯示器。
車輛的第一車軸也可通過操作者界面機(jī)械控制。
圖15是車輛轉(zhuǎn)向控制界面的說(shuō)明。雖然轉(zhuǎn)向可以輕易通過諸如操縱手柄 的裝置或者甚至是計(jì)算機(jī)指點(diǎn)裝置(例如鼠標(biāo))來(lái)控制，但是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí) 施例將轉(zhuǎn)向控制功能賦予改進(jìn)的轉(zhuǎn)向桿，以使對(duì)列車的特殊操作需要最小。簡(jiǎn) 單界面使得操作者通過對(duì)車輪的簡(jiǎn)單操作采用不同的轉(zhuǎn)向方式例如側(cè)向運(yùn)動(dòng) 或傾斜，而不需要將手從方向盤上移走以開動(dòng)開關(guān)或其它控制器。如圖15所示，
通過拉起方向盤并且沿適當(dāng)方向轉(zhuǎn)動(dòng)選擇"原地轉(zhuǎn)動(dòng)模式"。通過按下方向盤和 旋轉(zhuǎn)選擇"側(cè)向模式"。僅僅通過沿著所需方向旋轉(zhuǎn)方向盤就可以以傳統(tǒng)模式完 成轉(zhuǎn)向。使用"向左傾斜"和"向右傾斜"可以驅(qū)動(dòng)高度調(diào)節(jié)器來(lái)升降車輛的任一 側(cè)?？刂频?感覺"是速度敏感的轉(zhuǎn)向、轉(zhuǎn)動(dòng)和側(cè)向輸入力隨著速度增加而 加強(qiáng)，且傾斜反應(yīng)隨著速度增加而增加。操作者依據(jù)道路傳感器調(diào)節(jié)輸入 懸架控制器可以設(shè)定來(lái)預(yù)測(cè)道路情況；"上前方/下前方"和"上后方/ T后方" 預(yù)測(cè)進(jìn)入隆起和下沉；根據(jù)實(shí)際懸架感受、道路傳感器、和操作者輸入來(lái)通知 控制計(jì)算機(jī)。單個(gè)車軸或單個(gè)車輪的控制是通過與每個(gè)車軸或每個(gè)車輪相連的 液壓或電動(dòng)轉(zhuǎn)向控制致動(dòng)器1801 (圖18)來(lái)調(diào)節(jié)的。
如圖16所示，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)包括傳感器，將操作者界面的輸入轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)向致
動(dòng)器所需的信號(hào)。傳感器包括可以彼此相互移動(dòng)的頂部1603和底部1604 (圖 16A)。選擇性地接合轉(zhuǎn)向模式選擇插腳(pin) 1602來(lái)設(shè)定轉(zhuǎn)向模式。如圖16b 所示，中心插腳接合時(shí)使得頂部和底部繞著中心插腳互相纏繞，對(duì)應(yīng)于"原地 轉(zhuǎn)動(dòng)"模式。當(dāng)沒有插腳接合的時(shí)候，對(duì)應(yīng)于"側(cè)向"模式，頂部相對(duì)于底部橫 向移動(dòng)。為了從前部轉(zhuǎn)向，操作者接合底部插腳，這樣傳感器的頂部在頂部自 由移動(dòng)。為了車輛后部轉(zhuǎn)向，頂部插腳同樣接合。將兩個(gè)部分推到一起以均勻 地降低懸架高度，而將它們分開則升高懸架。通過向傳感器的任一側(cè)施加不均 衡的力，可升高和降低車輛的任一側(cè)。通過將傳感器頂部繞著橫軸相對(duì)于底部 旋轉(zhuǎn)就可以調(diào)整車輛傾角。通過將傳感器頂部相對(duì)于底部繞著縱軸旋轉(zhuǎn)調(diào)整側(cè) 傾。發(fā)射器1603通過控制器和信號(hào)處理器的調(diào)節(jié)發(fā)射驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向致動(dòng)器的信號(hào)。 圖17是示意圖，示出操作者界面與傳感器的連接。在這種情況下，操作 者界面(方向盤1701)通過減速器1704和臂1703連接到轉(zhuǎn)向控制傳感器1702
上。減速器使得方向盤保持傳統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)方向盤的感覺，縮短了訓(xùn)練時(shí)間并便于 操作者接受該車輛。
傳動(dòng)系統(tǒng)
如上所述，車輛從混合動(dòng)力系統(tǒng)獲得動(dòng)力，混合動(dòng)力系統(tǒng)包括電驅(qū)動(dòng)電 機(jī)、轉(zhuǎn)換部件、用于產(chǎn)生電力以驅(qū)動(dòng)電機(jī)的動(dòng)力裝置和蓄電池。
電驅(qū)動(dòng)電機(jī)和傳動(dòng)軸
如下所述，雖然本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例在每個(gè)車輪使用分開的輪式電機(jī)，緊 接下來(lái)的實(shí)施例使用連續(xù)車軸，每個(gè)車軸具有單個(gè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)。
車輛傳動(dòng)系統(tǒng)包括安裝到每個(gè)車軸上的高效電動(dòng)機(jī)l803，如圖18所示。 高效驅(qū)動(dòng)電機(jī)的使用通過最小化電動(dòng)機(jī)而減輕車輛整體重量，同時(shí)使得能量效 率最大化。差速器使得車輛以最有效率的速度行駛，同時(shí)使得車輪具有不同的 轉(zhuǎn)速。另外，每個(gè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)1802要有驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制器1803，其基本上是驅(qū)動(dòng)每 個(gè)線圈的大功率晶體管，每個(gè)控制器由控制軟件控制，并還有診斷軟件。如圖 18所示，控制器安裝在靠近驅(qū)動(dòng)電機(jī)的車軸上。
傳動(dòng)軸
需要注意的是，本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例使用輪式電機(jī)，每個(gè)車輪有一個(gè)單 獨(dú)的電動(dòng)機(jī)，電動(dòng)機(jī)軸與電動(dòng)機(jī)形成一體。因此，優(yōu)選實(shí)施例不需要傳動(dòng)軸。 但是，使用連續(xù)軸的其他實(shí)施例需要如下所述的傳動(dòng)軸。
能量通過傳動(dòng)軸從差速器傳輸?shù)杰囕?。傳?dòng)軸包括兩個(gè)從差速器兩邊伸 出的軸，每個(gè)軸連接到等速萬(wàn)向節(jié)(CVjoint)上，等速萬(wàn)向節(jié)連接到一個(gè)半 軸上，該半軸通過另一等速萬(wàn)向節(jié)連接到相應(yīng)的車輪上。
動(dòng)力裝置
車輛動(dòng)力裝置1900的主要組件如圖19所示。整個(gè)系統(tǒng)安裝在車輛的后部。 動(dòng)力系統(tǒng)包括
*發(fā)動(dòng)機(jī)(1901) —發(fā)動(dòng)機(jī)是車輛的基本能源。本發(fā)明的該實(shí)施例包括 內(nèi)燃機(jī)。車輛優(yōu)選使用對(duì)環(huán)境無(wú)害的燃料，例如天然氣或液化丙烷。
但是，由于車輛的良好燃油經(jīng)濟(jì)性部分取決于混合動(dòng)力系統(tǒng)，因此即 使內(nèi)燃機(jī)使用傳統(tǒng)的石油燃料(例如汽油或柴油)，也能將排放所引 起的有害環(huán)境影響減少到最小。此外，本發(fā)明實(shí)施例也由替代能源(例 如燃料電池或氫)供能； *油箱(1904);
*發(fā)電機(jī)(1902):發(fā)動(dòng)機(jī)的能量通過發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)換成電力。發(fā)電機(jī)直接
連接到發(fā)動(dòng)機(jī)的傳動(dòng)軸上； 參發(fā)電機(jī)控制器(l卯3):發(fā)電機(jī)需要控制元件來(lái)適3收集所產(chǎn)生的電
會(huì)巨，并根據(jù)在每個(gè)蓄電池組中對(duì)應(yīng)的控制器來(lái)控制蓄電池充電； *發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻系統(tǒng)(l卯8);
*液壓?jiǎn)卧?1906):液壓泵和控制器直接地連接到發(fā)動(dòng)機(jī)的傳動(dòng)軸上。 該單元至少給高度調(diào)節(jié)器系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向和制動(dòng)系統(tǒng)提供液壓動(dòng)力；
*氣動(dòng)單元(1909):空氣壓縮機(jī)和控制器直接地連接到發(fā)動(dòng)機(jī)的傳動(dòng) 軸上。該元件至少為空氣彈簧系統(tǒng)提供壓縮空氣，并給用來(lái)替代高度 調(diào)節(jié)器系統(tǒng)的液壓動(dòng)力系統(tǒng)的氣動(dòng)高度調(diào)節(jié)器以及其它輔助車輛子 系統(tǒng)提供壓縮空氣。
*發(fā)動(dòng)機(jī)罩(1907);以及
*用于乘客區(qū)域的環(huán)境控制單元(1905)。
蓄電池組
動(dòng)力系統(tǒng)需要多個(gè)間隔一定距離的蓄電池；在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中， 蓄電池組位于包括第一車軸和最后車軸的車軸上方(即，在車輛兩側(cè)一對(duì)相對(duì) 車輪之間的車身內(nèi))。圖20示出具有多個(gè)電池2001的蓄電池組2000。圖20中示 出四個(gè)電池；但這僅僅是為了說(shuō)明。電池的實(shí)際數(shù)量可根據(jù)電池容量和車輛能 量需要變化。電池產(chǎn)生大量的熱，需要在電池組外殼2002上設(shè)置一個(gè)進(jìn)口2004 來(lái)冷卻電池。因?yàn)殡姵乜僧a(chǎn)生可能有害的煙霧，所以蓄電池組要通過一個(gè)或多 個(gè)出風(fēng)口2003與外面環(huán)境連通。每個(gè)蓄電池組還包括電子控制器，用來(lái)控制充 電、監(jiān)測(cè)蓄電池組的狀態(tài)、并與發(fā)電機(jī)控制器連通。
系統(tǒng)指令和控制計(jì)算機(jī)
如上所述，車輛許多系統(tǒng)的控制是靠處理器調(diào)控的懸架、全輪轉(zhuǎn)向系 統(tǒng)和混合動(dòng)力系統(tǒng)。 一些情況下，控制是通過局部控制器完成的，例如動(dòng)力裝 置。
一些車輛系統(tǒng)可接受各種輸入。車輛包括以上沒有提到的其他控制系統(tǒng)
車門系統(tǒng)控制器；
*車費(fèi)系統(tǒng)；
*安全防范系統(tǒng)；
*環(huán)境控制系統(tǒng)；以及
*通信系統(tǒng)。
因此，需要中心命令與控制系統(tǒng)來(lái)控制和調(diào)節(jié)各種系統(tǒng)控制器的相互作用。
連接若干車輛形成列車
如圖21所示，若干車輛可連接以形成列車2100。列車可以通過車輛控制 系統(tǒng)(包括轉(zhuǎn)向控制、懸架，推動(dòng)力)和乘客需要來(lái)制造。將單個(gè)單元的控制 系統(tǒng)主要連桿形成列車的配合單元(而不是連接起來(lái)以提供單元內(nèi)牽引或機(jī)械 導(dǎo)向力)，公共汽車可快速地連接和分離。公共汽車列車的優(yōu)點(diǎn)在于可以輸送 與輕軌車輛一樣多的旅客，而不需要輕軌系統(tǒng)那樣的結(jié)構(gòu)。除了可通行的道路 (例如主要街道或在主要市區(qū)的干道，即基本沒有急彎的道路)，公共汽車列 車基本上不需要深層構(gòu)造。這些公共汽車單元的列車可通過任何單個(gè)單元可以
通過的道路，因?yàn)檐囕v轉(zhuǎn)向控制允許列車中連續(xù)單元在公路上行駛與在第一個(gè) 單元相同的軌跡。公共汽車列車由一個(gè)驅(qū)動(dòng)設(shè)備驅(qū)動(dòng)，因此單個(gè)驅(qū)動(dòng)設(shè)備可以 運(yùn)輸?shù)某丝褪菃蝹€(gè)車輛的幾倍，使得大大降低勞動(dòng)力成本。
作為列車的一部分工作的時(shí)候，連續(xù)單元轉(zhuǎn)向系統(tǒng)被設(shè)定成"軌道模式" (圖13c)，其中車輪如在軌道上工作一樣，與第一個(gè)單元在路上的軌跡相同， 而不是向傳統(tǒng)的后輪采用的切線1301。轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)在"軌道模式"下運(yùn)行所 需的其他數(shù)據(jù)(第一個(gè)單元的第一車軸到第二單元的第一車軸之間的距離等 等)相對(duì)不重要。在現(xiàn)有大型運(yùn)輸車輛中常見的"家畜運(yùn)輸車廂"模式中，多個(gè) 車門可以使得每個(gè)門容納大約20個(gè)乘客(至少是短途)，或者每四隔室公共汽 車80名乘客，和每三個(gè)單元列車240名乘客。對(duì)于具有筆直街道的高容量路線 來(lái)說(shuō)，5單元列車是可行的。
擺臂實(shí)施例
多輪懸架是本發(fā)明上述實(shí)施例的一系列優(yōu)點(diǎn)的關(guān)鍵點(diǎn)。優(yōu)選地，多輪懸 架使得每個(gè)車輪具有相對(duì)較長(zhǎng)的垂直位移，以允許車輛通過路上的隆起和下 沉，這樣例如車輪就具有合適的通過角。
理論上，這樣的多輪懸架應(yīng)包括節(jié)少下面一些特征
*較大的垂直運(yùn)動(dòng)；
參實(shí)現(xiàn)全輪轉(zhuǎn)向；
*非懸架重量更低，其幫助設(shè)計(jì)具有平順和穩(wěn)定的乘坐感受； *緊湊，使得侵入乘客區(qū)域/有效載荷區(qū)域的突起最小； *零件數(shù)量更少且成本低；以及 *耐用并且易于維護(hù)。
擺臂懸架具有眾多有益特征和好處，以幫助滿足下面的功能目標(biāo)
*彈簧沖程短而車輪位移長(zhǎng)
*節(jié)約空間
*零件更少
參重量更輕
*成本很低；以及
*進(jìn)口和偏離角最大化。
圖22示出具有五對(duì)裝有擺臂懸架的車輪的運(yùn)輸車輛。該圖示出使擺臂懸 架緊湊的能力，這對(duì)于將車輪突起以及懸架套最小化成用于有效負(fù)載的體積很 重要。該圖還示出在所有車輪位置使用的相同設(shè)計(jì)的擺臂懸架的能力，其非常 有助于制造和維護(hù)的經(jīng)濟(jì)性。
這些懸架的重量很輕很大部分歸因于杠桿臂從臂的轉(zhuǎn)動(dòng)點(diǎn)分別與彈簧/ 減震器的連接件和車輪杠桿軸的比值。這些長(zhǎng)度比與彈簧沖程和車輪位移的比 例成正比。更短的彈簧行程意味著更短、更輕、以及更緊湊的彈簧和減震器組 件。彈簧力尤其要與現(xiàn)代氣動(dòng)技術(shù)和液壓?jiǎn)卧ヅ洹?br> 圖23示出擺臂懸架的實(shí)施例，其確定了主要的幾何參數(shù)，特別是2h (參 見圖26)，以及車輪總垂直位移。該示意圖示出具有轉(zhuǎn)向裝置的擺臂懸架的主 要元件，其至少包括
*叉架(231);
*主銷(kingpin) (232);
*上/下轉(zhuǎn)向臂和驅(qū)動(dòng)工具(233);
*彈簧和減震器(234);
*擺臂(236);以及
*擺臂樞軸(235)。
擺臂懸架所受的力和力矩在圖23和24中示出。在這些附圖中， =車輪支 撐的重量，&胃=彈簧中的力，1^從樞軸到車輪中心的距離，以及r二從樞軸到 彈簧的距離。圖24示出彈簧中力的放大過程，該過程是通過減少?gòu)椈缮扉L(zhǎng)來(lái)完 成對(duì)彈簧的壓縮。
為了使多輪懸架具有最大的優(yōu)點(diǎn)，也要調(diào)整車輪相對(duì)于車身的中間垂直 位置。這樣的調(diào)整可以是通過垂直地移動(dòng)彈簧連接點(diǎn)的液壓或其它工具來(lái)調(diào)整 懸架的中間位置。
圖25示出擺臂懸架在三個(gè)主要垂直位置的重疊中間的、向上和向下。 這三個(gè)位置分別在圖26中示出。在圖25，三個(gè)主要位置的三個(gè)附圖是根據(jù)彈簧 /減震器的安裝點(diǎn)和擺臂支樞軸承垂直定位。圖25示出
*車輪相對(duì)于車身的運(yùn)動(dòng)，以及
*擺臂懸架元件的基本作用。三個(gè)位置的表示突出了車輪垂直運(yùn)動(dòng)與彈 簧/減震器伸縮的比率。
在另一個(gè)實(shí)施例中，圖27示出另一懸架，其也可以轉(zhuǎn)向并使得車輪有最 大的垂直位移。參考這種直列懸架以表示擺臂設(shè)計(jì)的相對(duì)緊湊。圖27的實(shí)施例 和擺臂懸架之間的主要折中(trade-off)是通過角高達(dá)90度甚至更大的角度而 在緊湊、低成本、以及擺臂的非懸架重量低對(duì)使得直列懸架相對(duì)輕便的轉(zhuǎn)向之 間的折中。
輕型混合動(dòng)力陸地車輛
雖然本發(fā)明的上述實(shí)施例主要針對(duì)于運(yùn)輸車輛，例如公共汽車，但是上 面闡述的本發(fā)明的原理也適合其它輕型陸地車輛、例如轎車。因此持續(xù)運(yùn)輸平
臺(tái)可以用來(lái)提供帶來(lái)至少下列優(yōu)點(diǎn)的轎車型陸地車輛 *碰撞安全；
*制造成本低； *運(yùn)行成本低；
*效率高而環(huán)境影響很??； *車身蒙皮可換； *分布式制造；
*具有適合城市和鄉(xiāng)村的版本；以及
*具有輕型、高經(jīng)濟(jì)性到高容量、適合市場(chǎng)的模型。
簡(jiǎn)單設(shè)計(jì)和簡(jiǎn)單制造原則保證了以低成本和高容積制造高質(zhì)量、實(shí)用車 輛的可能性。因此，本發(fā)明提供一種輕型轎車型陸地車輛2800 (圖28)，其具 有下列特征和優(yōu)點(diǎn)
*有吸引力的和有趣的外觀；
* "多變"的車身蒙皮；
*使用分布式制造技術(shù)，容易制造；
*具有適合所有城市和所有鄉(xiāng)村的版本；
*具有輕型、高經(jīng)濟(jì)性到高容量、適合市場(chǎng)的模型；以及
*對(duì)環(huán)境友好至極。
圖28所示的實(shí)施例結(jié)合了上述原理和特征，其具有至少下列優(yōu)點(diǎn)、特征、 組件、系統(tǒng)，和/或零件 高實(shí)用性；
通過圓管空間框橫滾安全籠(圖29)提供撞擊安全性； 美學(xué)上令人滿意的外骨架式型外部結(jié)構(gòu)2801; 車輛生產(chǎn)中的高質(zhì)量；
效率很高并且超凈通過一個(gè)或多個(gè)超輕的電動(dòng)機(jī)提供能源，電動(dòng)機(jī)帶 有一系列的電動(dòng)混合、平行電動(dòng)混合、和插電混合傳動(dòng)系選擇；
*運(yùn)行成本很低使用很少燃料、更換部件成本低而維護(hù)簡(jiǎn)單； *可以用輕型商用的成品零件例如自行車零件來(lái)制造；以及
* "多變"的車身蒙皮，其可以由車主2802拆卸和更換；
*制造成本低；優(yōu)選成本不超過最小、最便宜轎車的一半； 通過最小化對(duì)材料的要求最有利于環(huán)境； 使用高度分布式制造技術(shù)，容易制造；
*具有適合所有城市和所有鄉(xiāng)村汽車市場(chǎng)的版本；以及 *三輪和四輪版本。
下面將詳細(xì)介紹示例性實(shí)施例的各種系統(tǒng)。
圖29示出用于圖28的車輛上的橫滾安全籠車架2900。如圖所示，該結(jié)構(gòu) 具有中線車架2902和X-車架2901。發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例僅僅需要X形車架。結(jié)構(gòu) 2900最好用管狀材料制造。在一個(gè)實(shí)施例中，管狀材料是金屬。但是具有常規(guī) 知識(shí)水平的從業(yè)者也可以采用其它材料例如高分子化合物和或復(fù)合材料，這也 落入本發(fā)明的范圍內(nèi)。在本實(shí)施例中，各種車架元件和隔板2903是用固定元件 (例如連接套筒)組裝在一起。其它固定元件(例如螺栓)也是適合的。具有 常規(guī)知識(shí)水平的從業(yè)者也可以采用其它適合的固定裝置。
動(dòng)力系統(tǒng)
參串聯(lián)混合動(dòng)力或并聯(lián)混合動(dòng)力帶有車載、發(fā)電機(jī)、電池系統(tǒng)、和一個(gè) 或多個(gè)電動(dòng)機(jī)。
插電混合動(dòng)力；例如電池可以從混合發(fā)電機(jī)或墻上插頭充電； *發(fā)電機(jī)輸出可以提供持續(xù)的巡航能量以及給電池再充電； *電池用于給加速度和爬坡提供峰值能量；
*混合牽引電動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)控制，示范實(shí)施例采用例如10kw電動(dòng)機(jī)； *鉛酸、深循環(huán)電池和用于抗振的螺旋繞組； *可選的高級(jí)電池諸如鋰離子；
拳混合電池容量可以很小或者可具有適合零排放車輛范圍的任意尺寸； 參有效負(fù)載承載能力與車輛總額定重量(GWVR)的高比率需要相對(duì)更
重的蓄電池組； *電池充電器制造成包括換向器； 參獨(dú)立的發(fā)電機(jī)產(chǎn)品；以及 便于從車輛攜帶到工作場(chǎng)所或家的發(fā)電機(jī)。
傳動(dòng)系統(tǒng)
*后輪傳動(dòng)；
參后座下面整體傳動(dòng)軸；
*從電動(dòng)機(jī)到傳動(dòng)軸的皮帶傳動(dòng)；
*在大小皮帶輪之間的變速型移動(dòng)器兩個(gè)或三個(gè)速比； *在傳動(dòng)軸端部的皮帶傳動(dòng)鏈輪最好與擺動(dòng)臂襯套同心； *在傳動(dòng)軸和車輪上的鏈輪之間的最終傳動(dòng)齒輪比；
*另一個(gè)電動(dòng)輪轂電動(dòng)機(jī)位于全部車輪上、僅僅位于后輪上或僅僅位于 前輪上。
管式車架結(jié)構(gòu)
*外骨架式間隔車架2801不僅牢固而且美觀；
*在表面、地板、座位和隔板2903上的管件全部集成在一起；
*重量輕對(duì)動(dòng)力系統(tǒng)有利；
*材料重量輕，成本低；
*加工成本低；
*組裝簡(jiǎn)單；以及
*從帶有最小特殊技能或工具的工具箱中進(jìn)行隨意的組裝；
車身蒙皮鑲板和窗2802
*低成本；
*蒙皮便于快速安裝、拆卸和轉(zhuǎn)變、更換；
*以大范圍的嵌板結(jié)構(gòu)提供，使得車主可以使車輛個(gè)性化；
*可以采用各種花式布質(zhì)蒙皮例如充填不透光且通風(fēng)的織物、塑料、 金屬；
*可以選擇車底覆蓋板塑料、金屬片、塑料薄膜或能消音和/或隔音的金屬；
*車輛可以漂??；
*彈性和/或硬質(zhì)塑料窗口選擇。
懸架3003、 3004
*擺臂通過彈簧和帶有短沖程的緩沖裝置加長(zhǎng)車輪沖程；
*根據(jù)商用成品的(COTS)零件和便于制造零件進(jìn)行設(shè)計(jì)和制造；
*拖曳連桿后懸架3004，最好用COTS自行車零件組裝；
* 一個(gè)或多個(gè)引導(dǎo)連桿前懸架3003;
*長(zhǎng)軸距提供良好的乘坐縱傾穩(wěn)定性；
*叉架懸架通過叉架機(jī)架上的轉(zhuǎn)向軸承進(jìn)行轉(zhuǎn)向；
*根據(jù)車輛重量，自行車或摩托車車輪3005、輪胎和制動(dòng)器；
*全部懸架最好相同，這可以進(jìn)一步減降低生產(chǎn)成本。
轉(zhuǎn)向
*導(dǎo)向連桿轉(zhuǎn)向結(jié)構(gòu)；
*旋轉(zhuǎn)元件和轉(zhuǎn)向臂實(shí)現(xiàn)繞著其垂直軸的輪子轉(zhuǎn)動(dòng)平面的傳統(tǒng)轉(zhuǎn)向性 狀；
*通過添加支撐點(diǎn)以允許車輪轉(zhuǎn)動(dòng)平面繞著其前后軸旋轉(zhuǎn)而可選擇地
給轉(zhuǎn)向性狀增加特點(diǎn)； 車輪向轉(zhuǎn)向曲率中心傾斜來(lái)增加穩(wěn)定性；
*優(yōu)選地，叉架轉(zhuǎn)向軸承軸線大約比車輪軸高度低百分之七十； *傾斜角小于0.2弧度(12°)用于緊湊轉(zhuǎn)向；
*在正向前方驅(qū)動(dòng)的時(shí)候具有實(shí)現(xiàn)最小傾斜角的中間或自動(dòng)回正轉(zhuǎn)向； *所有懸架最好是相同的，并且全部車輪可以與前述相同模式轉(zhuǎn)向； 本發(fā)明的實(shí)施例可能實(shí)施全輪轉(zhuǎn)向。
也可能為具有六個(gè)、或八個(gè)或更多車輪的實(shí)施例。 圖30是圖28中車輛的側(cè)面剖視圖，示出將懸架連接到車架2900上；如上 所述，車架2900具有X-車架2901和中線車架2902。在前面的車輛中，導(dǎo)向連桿 懸架3033連接到車架2900上。在后面車輛中，拖曳連桿懸架3004連接到車架 2900上。前后軸安裝在懸架3003、 3004上。如上所述， 一個(gè)實(shí)施例提供后輪傳 動(dòng)。因此，后軸作為傳動(dòng)軸。采用前輪、四輪或全輪驅(qū)動(dòng)的實(shí)施例也在本發(fā)明 的范圍內(nèi)。在一個(gè)實(shí)施例中，傳動(dòng)軸是單個(gè)軸，其中車輪3004連接到軸的兩端。 另一個(gè)實(shí)施例給每個(gè)車輪提供獨(dú)立傳動(dòng)。對(duì)于前軸，實(shí)施例可能為每個(gè)前輪 3005具有自己的軸。另外，也可以提供單個(gè)前軸，其中前輪3005連接到單個(gè)前 軸的兩端?；蛘?，如上所述，可以在全部車輪、僅僅在前輪、或僅僅在后輪上 提供輪轂電動(dòng)機(jī)。
如上所述，車架2900包括至少一個(gè)隔板3101。圖31和圖33是隔板柱車架 3100的視圖。隔板柱車架包括水線(waterline)車架3102和假底層車架3103。 圖32是圖30中車輛的俯視圖，表示前輪3005相對(duì)于車架2900的詳細(xì)位置。
圖34-圖39是各種車身嵌板、連接到外車架上門窗的系列圖。
圖34示出連接到車架2801上的前擋風(fēng)玻璃3401。
圖35示出圖28中的車輛2800，帶有X-車架部件和門孔3501 。
圖36示出圖28中的車輛2800，帶有頂板3601和后窗玻璃3602。
圖37是圖28中的車輛2800的后視圖。
圖38示出圖28中的車輛底殼3801，車輛帶有X-車架。
圖39示出圖28中的車輛，帶有X-車架和頂板3601、后窗玻璃3901、底殼 3801、門孔3501和擋風(fēng)玻璃341。
如上所述，本發(fā)明包括三輪和四輪的實(shí)施例。圖40是四輪汽車(A)與三 輪汽車(B)側(cè)面剖視對(duì)比圖。需要注意的是三輪汽車更簡(jiǎn)單、更小、更輕。 例如前后輪的車輪軸距離明顯更短。另外，輕重量的車輛帶有中線車架，僅僅 提供X-車架。另外，前輪安裝在叉架上，如自行車或摩托車前輪那樣。實(shí)際上， 本發(fā)明的原理也可以用于自行車和摩托車上，來(lái)提供輕型、足以支撐的陸地車 輛的其它實(shí)施例。
自行車和三輪車
除了如上所述三輪實(shí)施例，本發(fā)明也可以包括三輪汽車，即動(dòng)力輔助三 輪車。
在某些國(guó)家，輕型、人力三輪車被廣泛使用，例如在農(nóng)業(yè)上。如果根據(jù) 電動(dòng)和混合動(dòng)力技術(shù)提供動(dòng)力輔助版本的三輪車，將是很大的進(jìn)步。因此，本 發(fā)明提供全天候的電動(dòng)和混合三輪車，其包括防止自然因素(the dements)乘 客保護(hù)裝置，以提供很輕、很便宜實(shí)用的交通車輛。主要為了實(shí)用的車輛也許 僅僅使用一個(gè)座位，而載客車輛要乘坐三名乘客。
圖41示出單個(gè)座位的電動(dòng)三輪車。車輛4100包括自行車車輪4101、自行 車懸架4102、制動(dòng)器4103、鏈條傳動(dòng)裝置4104和換檔機(jī)構(gòu)4105及操縱柄控制器 426。
另外，車輛包括車身4107，其使用上述橫滾安全籠提供乘客保護(hù)裝置、
平順懸架和舒適的乘坐、精美設(shè)計(jì)、可以采用或不采用OEM (初始設(shè)備制造
廠家)零件來(lái)實(shí)現(xiàn)個(gè)性化。
車輛其它系統(tǒng)包括
*集成了自行車鏈條、鏈輪、變速桿等等的動(dòng)力裝置；
*成品發(fā)電機(jī)；
*電動(dòng)機(jī)和控制器；
*電動(dòng)機(jī)4104;
* "外骨架式"橫滾安全籠；
選擇原材料和繞度以滿足低產(chǎn)品成本和便于分布式制造；
*為了低成本、便于組裝，設(shè)計(jì)管狀連接方案-,
*懸架、轉(zhuǎn)向、制動(dòng)；
*車身蒙皮便于連接/拆卸/更換；
側(cè)面和頂部織物、塑料*還可以選擇隔熱和隔音的材料；
*對(duì)"水線"防水的底面玻璃絲；
*選擇擋風(fēng)玻璃。
電動(dòng)機(jī)輔助自行車在世界各地廣泛應(yīng)用。開動(dòng)電動(dòng)機(jī)的能量主要來(lái)自化 學(xué)電池。對(duì)于化學(xué)電池這種應(yīng)用來(lái)說(shuō)，購(gòu)買成本和更換成本是重要因素，需要 有合理的使用壽命。限制電池壽命的原則因素是充放電的速度很快，深度放電 或極端放電將最大程度使用每次充電的能量。因此，減輕電動(dòng)機(jī)的一些峰值能 量需要通過減少峰值電流來(lái)延長(zhǎng)電池壽命。自行車操作者通常踩踏板來(lái)幫助加 速。因?yàn)槭褂脵C(jī)械制動(dòng)器來(lái)減速和停止釋放大量能量，因此如果可能本發(fā)明的 一個(gè)實(shí)施例中自行車帶有再生制動(dòng)系統(tǒng)。另一種可以與踏板和電池電源結(jié)合起 來(lái)的能量增大裝置，作為第三能源有利于操作者和電池，并且出于性能或成本 考慮可以替代電動(dòng)系統(tǒng)。
本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例包括氣動(dòng)踏板助推器PPATM，其使用壓縮氣體作為能 量?jī)?chǔ)存介質(zhì)。通過壓縮氣體推動(dòng)活塞作用，機(jī)械的或流體(液壓的)裝置可以 用來(lái)將儲(chǔ)存腔能量輸送給傳動(dòng)系統(tǒng)。流體裝置是流體電機(jī)，其反轉(zhuǎn)可以作為一 個(gè)泵，將能量返回壓縮氣體，并根據(jù)需要儲(chǔ)存在那里。 氣動(dòng)踏板助推器的主要功能是幫助提供峰值能量需要，因?yàn)?i)在壓 縮氣體中儲(chǔ)存的能量小于儲(chǔ)存在電池中的能量，以及(2 )氣動(dòng)裝置快速排放 和補(bǔ)充的效率很高，并不會(huì)加速磨損或減少壽命。為了使PPATM系統(tǒng)的成本、 距離和重量最小化，能量?jī)?chǔ)存可以使用自行車的管式車架結(jié)構(gòu)部件作為氣體容 器和結(jié)構(gòu)部件來(lái)實(shí)現(xiàn)。
圖43示出整合在自行車車架中的PPATM4200的一個(gè)實(shí)施例。將來(lái)自氣體的 能量傳遞給傳動(dòng)系統(tǒng)的機(jī)械裝置是一個(gè)固定到滑動(dòng)活塞4202上的連續(xù)電纜 4201。為了推進(jìn)，活塞被氣體壓力推動(dòng)，并圍繞其電路拉動(dòng)電纜。電纜電路環(huán) 繞并旋轉(zhuǎn)一個(gè)滑輪組或齒輪4203，其不同地連接到傳動(dòng)系統(tǒng)上以便推進(jìn)。為了 再生制動(dòng)并給氣體供給能量，皮帶輪或齒輪被踏板曲柄4204旋轉(zhuǎn)，踏板曲柄在 該方向移動(dòng)電纜以逆著氣體壓力拉動(dòng)活塞，以便壓縮氣體并儲(chǔ)存能量。
對(duì)于另一種流體連接裝置，可逆的流體電機(jī)/泵是位于上述皮帶輪處， 因此就增加了它到傳動(dòng)系統(tǒng)曲軸的扭矩。經(jīng)過泵的流體儲(chǔ)存在其它結(jié)構(gòu)部件 中，從那里它們根據(jù)需要被儲(chǔ)存在再生制動(dòng)中的能量泵送或?yàn)榱私o氣體輸出能
圖42中的實(shí)施例通過使自行車主結(jié)構(gòu)鋼管之一加倍來(lái)提供氣體貯藏和電 纜電路。圖43示出另一個(gè)結(jié)構(gòu)4300，其使用自行車車架結(jié)構(gòu)三角形的三邊來(lái)儲(chǔ) 備氣體和提供電纜電路。氣體貯藏體積一端通過將電纜4301連接到活塞4302 上而密封，另一端(法蘭)有一個(gè)滑動(dòng)密封4303，其允許電纜運(yùn)動(dòng)。另一個(gè)實(shí) 施例中，在法蘭端的滑動(dòng)密封是小直徑的伸縮軟管，其一端被密封并固定到電 纜上，另一端被密封并固定到法蘭上。
氣動(dòng)踏板助推器使用齒輪將電纜中活塞力/張力轉(zhuǎn)化成適當(dāng)推力，并在 一段適當(dāng)?shù)臅r(shí)間內(nèi)釋放所儲(chǔ)存的能量來(lái)實(shí)現(xiàn)所需的推進(jìn)。踏板曲柄臂的直徑和 PPATM鏈輪的直徑比例為10:1，便于表示。在行程初期1000psi的氣體壓力(圖 43A)對(duì)于現(xiàn)代氣動(dòng)能量?jī)?chǔ)存技術(shù)來(lái)說(shuō)是很容易實(shí)現(xiàn)的，并且可以在l平方英 寸的活塞上產(chǎn)生1000磅的力。如果PPA^鏈輪的半徑是踏板曲柄半徑的1/10， 則PPATM和體重100磅且將全部體重施加在踏板上的操作者提供相等的扭矩。 示意圖是比較低的推進(jìn)力。壓力可以是3000psi以上，并且區(qū)域可以是若干平 方英寸。如圖43B所示，在行程末端氣體存儲(chǔ)器中的壓力為500psi。
儲(chǔ)備足夠能量所需的氣體壓力很容易儲(chǔ)存在現(xiàn)有材料和尺寸的管件中。 然而，在皮帶或鏈條中的張力會(huì)產(chǎn)生將鏈條拐角拉在一起的力，或造成管狀結(jié) 構(gòu)"變彎曲"。因此結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成能抵抗失穩(wěn)損壞模式。
對(duì)于特定活塞面積，PPATM施加到曲軸上的最大轉(zhuǎn)矩是通過最大氣體壓力 設(shè)定的，這樣就可以與騎手施加在踏板系統(tǒng)上的扭矩相比。這種設(shè)定可以根據(jù)
騎手及i湯地的范圍而更高或更低(The setting can be higher or lower in line with a spectrum of sporty to utilitarian riders and venues)。最大轉(zhuǎn)矩可以根據(jù)小泵或密 封容器提供的壓縮氣體供給來(lái)調(diào)整，以改變?cè)赑PA'rM室中的進(jìn)氣量。
與電驅(qū)動(dòng)類似，PPATM通常通過控制柄控制。但是因?yàn)樗哂心芴峁┓逯?能量的特性，PPATM推進(jìn)可以用來(lái)成比例地增加操作者施加到踏板上的力。
帶有如上所述的控制裝置，只要施加踏板力，PPATM就可以提供加速轉(zhuǎn)矩
和推力。最簡(jiǎn)單的控制是開關(guān)。可以通過設(shè)定氣體壓力來(lái)選擇推力推進(jìn)的量。 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)法則，選擇給出起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)推力的壓力，該起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)推力大致等于 操作者通過踏板施加的最大推力。在排放壓縮氣體過程中，推力隨著氣壓釋放
而下降(圖43B)，這取決于氣體室總?cè)萘亢突钊?jīng)過的體積。
如果氣動(dòng)踏板助推器用于連接到電動(dòng)的踏板助推器EPATM上，如下所述， 則就可以簡(jiǎn)化或除去用于輪式電機(jī)的減速齒輪裝置減速器。
圖44示出電動(dòng)機(jī)和電池4401，電池的形狀為安裝在自行車4400的結(jié)構(gòu)三 角形上的環(huán)形線，并與PPATM類似方式連接到曲軸上。電動(dòng)機(jī)的這種結(jié)構(gòu)與輪 轂電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)相比減少了非懸架重量。懸架設(shè)計(jì)工程師的一個(gè)重要的目的是將 非懸架重量減少到實(shí)際最小，非懸架重量包括不被車輛彈簧，例如車輪、輪胎 和制動(dòng)器，支撐的全部車輛重量。或者，電動(dòng)機(jī)和環(huán)形電池可以安裝成與踏板 曲軸同心。這種結(jié)構(gòu)將重心放低，有利于自行車穩(wěn)定性。
曲軸4403可以被多個(gè)鏈輪4404推動(dòng)，例如每種動(dòng)力源一個(gè)鏈輪。本發(fā)明 的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例裝備了用于三個(gè)動(dòng)力源的三個(gè)鏈輪。當(dāng)沒有接合傳遞推進(jìn)扭 矩的時(shí)候，三個(gè)動(dòng)力源(踏板/腿部肌肉；電機(jī)/電池；和鏈條(皮帶)/壓 縮氣體)中每一個(gè)的鏈輪飛輪獨(dú)立于其它扭矩來(lái)源。同樣地，制動(dòng)的時(shí)候， PPATM和EPATM可以彼此獨(dú)立提供再生制動(dòng)，并不受駕駛員施加摩擦制動(dòng)器干 擾。P
PPA^和EPATM之間主要區(qū)別是氣動(dòng)最適合用于峰值能量比較短的助動(dòng)，
電力適合長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)，其使用電池的高比能密度，并將充放電的峰值速率最小
化。PPATM助動(dòng)力突出，但是在將車輛加速到大約30mph的時(shí)候或?qū)⑼饶芰?輸送到爬坡后就用盡了。在正常操作中，PPATM、 EPA「M和踏板協(xié)同工作，并
根據(jù)駕駛員目的進(jìn)行控制。
當(dāng)PPATM沒有助動(dòng)而車輛被其它方式推進(jìn)或向前滑行的時(shí)候，PPATM鏈輪
是飛輪。再生制動(dòng)是通過鎖定驅(qū)動(dòng)鏈輪到超越正常飛輪來(lái)接合的，導(dǎo)致鏈條或 皮帶拉動(dòng)活塞抵抗壓縮氣體工作來(lái)恢復(fù)和儲(chǔ)備車輛動(dòng)能到密封氣體中。類似 的，沿著相反方向旋轉(zhuǎn)帶有飛輪鏈輪踏板也可以在密封氣體中儲(chǔ)存能量。用于
啟動(dòng)PPA的踏板上的閾值力可以被設(shè)定成低于或高于要求。
雖然參照某些優(yōu)選實(shí)施例已經(jīng)描述了本發(fā)明，但是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員 將輕易理解其它應(yīng)用可替代本文前述內(nèi)容而不脫離本發(fā)明精神和范圍。因此， 本發(fā)明只應(yīng)當(dāng)由下面的權(quán)利要求書限定。
權(quán)利要求
1、一種車輛，所述車輛包括至少兩個(gè)基本上相同的單元，每個(gè)單元具有兩個(gè)端部和兩個(gè)相對(duì)側(cè)面，底面和頂面；每個(gè)單元包括車身部分；至少一對(duì)車輪，每個(gè)車輪位于所述兩側(cè)中的一側(cè)；用于每個(gè)車輪軸，所述車輪連接在所述軸上，用于每個(gè)車輪的獨(dú)立、擺臂懸架，其中所述懸架將所述軸連接到所述車身部分的所述底面上；固定連接到所述軸上的驅(qū)動(dòng)電機(jī)，其中動(dòng)力從所述驅(qū)動(dòng)電機(jī)傳遞給所述車輪；其中所述單元首尾相連組裝以便形成剛性的車身結(jié)構(gòu)；轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，其中所有所述車輪都是有效的以實(shí)現(xiàn)車輛轉(zhuǎn)向，所述轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是微處理器控制的；動(dòng)力裝置，用于產(chǎn)生能量并將所述能量供給驅(qū)動(dòng)電機(jī)；和一個(gè)或多個(gè)微處理機(jī)控制裝置，用于集中控制至少所述轉(zhuǎn)向系統(tǒng)；其特征在于，提供多對(duì)緊密間隔的懸架，來(lái)減少所述車輛結(jié)構(gòu)的負(fù)載需求，因此用于所述運(yùn)輸車輛的懸架由輕質(zhì)、成品零件制造。
2、 如權(quán)利要求l所述的車輛，所述軸包括下列之一 用于每個(gè)車輪的獨(dú)立軸；和具有兩相對(duì)端部的連續(xù)軸的一端，配置所述軸以便所述端部位于所述相 對(duì)側(cè)的端部。
3、 如權(quán)利要求l所述的車輛，還包括前部單元和端部單元，所述前部單 元和所述端部單元中的每個(gè)都是用所述單元之一變形而成。
4、 如權(quán)利要求l所述的車輛，所述車輛至少部分地用輕質(zhì)材料制造。
5、 如權(quán)利要求l所述的車輛，所述轉(zhuǎn)向系統(tǒng)包括 轉(zhuǎn)向控制界面；全輪轉(zhuǎn)向組件；和 連接在每個(gè)軸上的轉(zhuǎn)向致動(dòng)器，其特征在于，所述軸一致轉(zhuǎn)向或分別轉(zhuǎn)向。
6、 如權(quán)利要求l所述的車輛，其特征在于，所述驅(qū)動(dòng)電機(jī)包括下列之一: 輪式電機(jī)，其中外部元件繞車輪旋轉(zhuǎn)，而內(nèi)部元件被固定到軸上；和 安裝到車輪內(nèi)側(cè)的電機(jī)，其中所述能量通過至少-一個(gè)轉(zhuǎn)化元件傳遞給車輪。
7、 如權(quán)利要求l所述的車輛，其特征在于所述驅(qū)動(dòng)電機(jī)包括高效電動(dòng)機(jī)。
8、 如權(quán)利要求l所述的車輛，所述動(dòng)力裝置包括 發(fā)動(dòng)機(jī)，所述發(fā)動(dòng)機(jī)作為所述車輛的基本能源； 油箱；發(fā)電機(jī)，其中所述發(fā)動(dòng)機(jī)的能量轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏Γ霭l(fā)電機(jī)與所述發(fā)動(dòng)機(jī)的傳動(dòng)軸連接；發(fā)電機(jī)控制器，用于控制電力的收集，并與單個(gè)蓄電池組上的控制器連 接以控制所述蓄電池組充電； 發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)；液壓?jiǎn)卧鲆簤簡(jiǎn)卧辽偬峁┧鲛D(zhuǎn)向和制動(dòng)系統(tǒng)液壓動(dòng)力； 氣動(dòng)單元，所述氣動(dòng)單元向至少所述懸架提供氣動(dòng)能源； 發(fā)動(dòng)機(jī)罩；和用于乘客區(qū)域的環(huán)境控制系統(tǒng)。
9、 如權(quán)利要求l所述的車輛，還包括中心控制元件，所述控制元件用于 控制和調(diào)節(jié)車輛子系統(tǒng)和控制器的工作和相互作用。
10、 一種輪式車輛，所述車輛包括； 外車架；至少一個(gè)車身板，可更換地連接在所述車架上； 獨(dú)立的、擺臂懸架連接在所述車架，用于每個(gè)車輪。
11、 如權(quán)利要求10所述的車輛，其特征在于所述車架是管狀。
12、 如權(quán)利要求10所述的車輛，還包括用于每個(gè)車輪的一個(gè)車軸，其特 征在于所述懸架將所述車軸連接到所述車架上。
13、 如權(quán)利要求12所述的車輛，還包括固定連接到所述軸上的驅(qū)動(dòng)電機(jī)， 其中所述動(dòng)力從所述驅(qū)動(dòng)電機(jī)傳遞給所述車輪。
14、 如權(quán)利要求10所述的車輛，包括至少一對(duì)車輪。
15、 如權(quán)利要求10所述的車輛，其特征在于所述懸架是相同的。
16、 如權(quán)利要求10所述的車輛，其特征在于所述懸架包含下列任何 至少一個(gè)拖曳連桿后懸架；至少一個(gè)導(dǎo)向臂前懸架。
17、 如權(quán)利要求15所述的車輛，所述前懸架還包括叉架機(jī)架，所述叉架機(jī)架具有至少一個(gè)轉(zhuǎn)向軸承。
18、 如權(quán)利要求17所述的車輛，還包括導(dǎo)向連桿轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。
19、 如權(quán)利要求15所述的車輛，還包括全輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。
20、 如權(quán)利要求ll所述的車輛，其特征在于所述管式車架結(jié)構(gòu)包括橫滾安 全籠。
21、 如權(quán)利要求10所述的車輛，還包括混合動(dòng)力系統(tǒng)。
22、 如權(quán)利要求21所述的車輛，所述混合動(dòng)力裝置包括 混合牽引電動(dòng)機(jī)和相連的控制器，其特征在于所述車輛電機(jī)提供巡航能量；禾口蓄電池，其特征在于所述蓄電池提供峰值能量。
23、 如權(quán)利要求22所述的車輛，其特征在于所述電池從插座充電，或從 所述電機(jī)輸出充電。
24、 如權(quán)利要求21所述的車輛，還包括電池充電器，所述充電器包括至 少一個(gè)電流換向器。
25、如權(quán)利要求21所述的車輛，所述混合動(dòng)力系統(tǒng)包括獨(dú)立的發(fā)電機(jī)。
26、如權(quán)利要求25所述的車輛，其特征在于所述發(fā)電機(jī)是便攜的。
27、如權(quán)利要求22所述的車輛，還包括傳動(dòng)系。
28、如權(quán)利要求27所述的車輛，其特征在于所述傳動(dòng)系提供后輪傳動(dòng)。
29、如權(quán)利要求27所述的車輛，所述傳動(dòng)系包括傳動(dòng)軸；在所述電機(jī)和所述傳動(dòng)軸之間的皮帶傳動(dòng)，所述皮帶傳動(dòng)包括 至少一個(gè)皮帶輪，其設(shè)計(jì)尺寸為提供預(yù)定的齒輪比；和皮帶移動(dòng)器，將所述皮帶傳動(dòng)從一個(gè)皮帶輪切換到另一個(gè)皮帶輪。
全文摘要
本發(fā)明提供主要由商用成品的(COTS)零件制造的各種型式和尺寸的輕型輪式陸地車輛，其使用可替代的懸架，例如擺臂。一個(gè)實(shí)施例提供一種采用單元式車身設(shè)計(jì)的運(yùn)輸車輛，該車輛由不同數(shù)量的基本上相同的單元構(gòu)成，它們首尾相連組成具有不同尺寸和定員的車輛。其它實(shí)施例包括輕型乘用車，例如轎車，用COTS零件制造，包括能提供大垂直車輪位移的獨(dú)立懸架。一個(gè)實(shí)施例提供一種轎車型車輛，其具有橫滾安全籠車架、和輕型的外骨架式外車架，車架位于諸如三輪或四輪結(jié)構(gòu)的多輪結(jié)構(gòu)中。車身板能迅速輕易地連接到管式車架結(jié)構(gòu)上，并且很容易拆卸和移動(dòng)，并且易于更換。自行車具有電動(dòng)的踏板助推器單元。另外，氣動(dòng)踏板助推器減少峰值能量需求并延長(zhǎng)電池壽命。
文檔編號(hào)B62D7/15GK101384443SQ200780005410
公開日2009年3月11日 申請(qǐng)日期2007年1月12日 優(yōu)先權(quán)日2006年2月1日
發(fā)明者羅伯特·J·伯克 申請(qǐng)人:Its巴士股份有限公司