技术领域
[0001] 本
发明涉及一种具有可转向前轮和可转向后轮的车辆的底盘。本发明还涉及一种包括该底盘的车辆，如
轮椅。
背景技术
[0002] 自从
电动车辆的行驶
框架开始发展以来，已知的问题是确保：1)尽可能适当长的行驶距离；2)适当大的
操纵性；3)适当低的重量；4)适当最小化的外观；5)适当最小化的复杂度；以及6)适当的克服障碍能
力。这些问题看来尚未在一个发明中得到解决。
[0003] 底盘构成电动轮椅的一个或多个结构部件。轮椅通常在建筑、交通工具和其它的转动空间可能受限的地方中用，还用于需要克服路缘石等形式的障碍、以及需要上坡
下坡行驶和沿着横向坡度路面行驶的室外环境。优选地，在整晚充电之后，轮椅应该工作一整天而不需要再给电动轮椅充电。目前，这些电动轮椅在结构分组方面相似，且可以根据其转向大体分为三个不同的小组：1)设计为室内和室外使用的电动轮椅，通常包括底盘，在底盘上平行安装有两个电动的不可转向轮，通过分别改变各个轮的旋转速度来控制转向，若干个
支撑轮跟随该方向；2)主要设计为室外使用的电动轮椅，包括底盘，在底盘上平行安装有两个电动轮，还安装有一个或两个支撑和转向轮；3)主要设计为室内使用的电动轮椅，通常包括底盘，底盘上安装有两个或四个电动转向轮。
[0004] 第一小组可被认为是一个相对简单的方案，其存在多种版本。两个平行的不可转向轮可以构造在底盘的前部、底盘的中部或底盘的后部，由多个支撑轮支撑，并且全都涉及多个缺点。它们的
转弯半径较大，且它们通过分别调整两个平行轮的旋转速度来旋转，使得它们
能量效率低，这是因为该转动意味着改变其中一个轮或两个轮的旋转速度。其结果是，需要更大的
电池，这使得轮椅难以操纵。第一分类的上述三个版本还具有它们自身的缺点。例如，具有位于底盘后部的两个平行的不可转向轮的底盘可能在沿坡面向下行驶时有问题，因为来自尺寸和重量分布的表面压力，所以前轮有可能陷入松软表面的问题。但如果两个平行的不可转向轮位于底盘的前部，则在轮椅沿坡面向下行驶时存在向前倾转的危险，或者在沿坡面向上行驶时具有问题。
[0005] 第二小组包括这样的底盘，两个电动轮被平行安装在底盘上，通常在底盘的后部，一个或两个可转向轮被安装在底盘前部。通常，可转向前轮机械联接到如助力车上的
手柄、转向杆、或通过操纵杆联接，该操纵杆通过控制和转向系统控制使轮机械转动的线性
致动器。这些底盘通常方向稳定。这种底盘的已知缺点是转弯半径大，这是由于驱动力沿着车辆的前进方向，即，后轮未能沿转向轮的方向推进。另一缺点是：如果前轮相对于后轮转动90°，则轮椅不会行驶且有倾转的危险。
[0006] 第三类包括其上安装有两个或四个电动转向轮的底盘。在一些情况中，轮可以围绕安装在轮上方的竖直轴旋转。这些底盘的特征在于
水平高度差的攀爬能力弱，以及在用于转向的
驱动轮上方的旋
转轴会引起安装高度增加，作为代价这通常导致轮较小。
[0007] JP2009226070描述了一种
后轮驱动电动轮椅，其中前轮自动运转而非转向。
[0008] EP0300185描述了一种
前轮驱动式电动轮椅，其中后轮自动运转而非转向。
[0009] US5623818描述了一种由前轮组和后轮组组成的四轮车辆，该车辆具有两种转向模式：第一转向模式是在正常行驶期间前一对轮是转向轮而后一对轮被固定且平行，因此，转向像正常机动车一样进行；第二转向模式是在围绕其自身轴线的操纵期间，此时在一对前轮和一对后轮上都进行转向。
[0010] 上述解决方案试图解决有关车辆的底盘的多种问题，但它们均具有与以下方面的组合相关的问题：行驶距离、操纵性、重量、尺寸、转向复杂度以及障碍攀爬能力。
发明内容
[0011] 本发明涉及一种车辆的底盘，其具有关于行驶距离、操纵性、重量、尺寸、转向复杂度以及障碍攀爬能力的改进。
[0012] 本文公开的发明涉及一种用于车辆的底盘，其包括：刚性框架；一对呈平行构造的侧轮；可转向前轮；可转向后轮；至少一个
电动机，其中，所述前轮或所述后轮之中的至少一个轮连接到所述至少一个电动机并由所述至少一个电动机驱动，该底盘的特征在于，所述前轮和后轮通过转动机构互相连接，转动机构设置为在以下
位置之间同时且同步转动所述前轮和后轮：中部位置，其中前轮和后路的轴线大致平行于侧轮的轴线；以及左端位置或右端位置，其中前轮和后轮的轴线大致垂直于侧轮的轴线。在这样的构造中，必须由
电机提供的能量仅应用于直接沿移动方向的推进。这是个更有能量效率的方案，这意味着与传统底盘相比，安装在底盘上的车辆可以在电池相同的情况下被运输更长的距离。由于前轮和后轮通过同时且同步转动所述前轮和后轮的转动机构连接，所以该设计相比前轮和后轮具有单独控制转向机构的情况更简单且有效。如果前轮和后轮
定位为到两个平行侧轮的轴线的距离相同，则意味着轮在转动时具有相同(但是相对)的转
角，这有利于转向构造的简化，还意味着前轮和后轮将会具有相同的旋转速度。当前公开的底盘与平行侧轮提供推进的方案相关的附加优势在于，前轮和后轮可以定位为相对于平行侧轮成90°，提供较小的转动半径。
[0013] 当前公开的发明的其它优势涉及能够相对于水平面倾转的至少一个侧轮，这提升了行驶时攀爬障碍的能力。在一
实施例中，刚性框架包括在大致水平面中互相连接的两个部件。在这样的方案中，一个部件可以沿底盘的大致纵向方向设置且连接到前轮、后轮和一个侧轮，而另一部件连接到另一个侧轮。第二部件可以相对于第一部件竖直倾转，从而能够提升攀爬障碍的能力。而且，如果底盘的所有部件大致设置在一个水平面中，则底盘的高度仅与轮的直径一样高。
[0014] 在一实施例中，后轮连接到初级电动机且由其驱动。在本发明的另一实施例中，后轮连接到初级电动机且由其驱动，而前轮连接到次级电动机且由其驱动。使每个轮均具有电动机可以看作进一步简化设计和避免附加线路的手段。
附图说明
[0015] 以下将参考附图更详细地描述本发明。附图是示例性的且用于说明本方法和单元的其中一些特征，而不应被解读为限制当前公开的发明。
[0016] 图1示出从上方观察的根据本发明的底盘的实施例，其中轮处于前进位置。
[0017] 图2示出从上方观察的根据本发明的底盘的实施例，其中轮处于转动位置。
[0018] 图3示出从上方观察的根据本发明的底盘的实施例，其中轮处于围绕一点转动的位置，该点对应于右侧轮压在地面上的压力面。
[0019] 图4示出从侧面观察的根据本发明的底盘的实施例。
[0020] 图5示出从后面观察的根据本发明的底盘的实施例，该底盘正在平坦地面上行驶。
[0021] 图6示出从后面观察的根据本发明的驱动框架的实施例，该底盘正在行驶，其中右侧轮正在攀爬障碍。
具体实施方式
[0022] 当前公开的发明涉及一种车辆的底盘，其包括：刚性框架；一对呈平行构造的侧轮；可转向前轮；可转向后轮；至少一个电动机，其中所述前轮或后轮中的至少一个轮连接到至少一个电动机并由其驱动，底盘的特征在于，所述前轮和后轮通过转动机构互相连接，转动机构设置为在以下位置之间同时且同步地转动所述前轮和后轮：中间位置，其中前轮和后路的轴线大致平行于侧轮的轴线；以及左端位置或右端位置，其中前轮和后轮的轴线大致垂直于侧轮的轴线。
[0023] 刚性框架可以是关于沿底盘的前进方向11的假想纵轴线的非对称构造——在这样的实施例中，所述刚性框架组成关于纵向轴线的非对称构造的至少一部分。在一实施例中，刚性框架包括两个部件1a和1b，两个部件1a和1b一起形成底盘的基本非对称刚性框架。非对称形状实现了有效实施方式，其中前轮、后轮和一个侧轮与刚性框架的初级部件保持在一起，次级部件连接到另一侧轮，次级部件优选被构造为可以倾转以使侧轮攀爬障碍。该构造还可以用于提供改进的减震性。
[0024] 前轮和后轮设置为使所述前轮和后轮同时且同步转动，这使得转向和推进简单而有效。因为一个转动机构可以用于控制直接或间接地机械连接到底盘的两个轮的转向机构，所以转向机构仅需要一个控制
信号。
[0025] 如上所述，在该构造中，必须由电机提供的能量仅被直接应用于沿移动方向的推进。这是个有能量效率的方案，意味着相较于传统底盘来说，安装本底盘上的车辆可以在电池相同的情况下被运输更长的距离。如果前轮和后轮定位为到两个平行侧轮的轴线的距离相同(两个侧轮设置在到前轮和后
轮距离相同处)，则在底盘转动时前轮和后轮具有相同(但是相对)的转动角度。这使转动机构很简单，还意味着在行驶过程
中底盘转动时，前轮和后轮具有相同的速度。这对于能量效率来说是有利的，因为如果在行驶方向改变时，各轮的旋转速度必须独立变化，则意味着各轮存在无必要的起动/停止或
加速/减速。在一实施例中，所述底盘与用于推进和电气功能的至少一个电池直接或间接连接，从而有利于本发明的驱动和能量改进。在一实施例中，所述一对侧轮中的至少一个轮连接或包括将供应的能量变换为旋转的装置，这可以被认为提供附加能量以向前或向后移动车辆。
[0026] 在一实施例中，从上方立体图观察，前轮、后轮和侧轮的位置形成菱形。更具体地，从上方观察，四个轮的竖直轴线形成菱形。这样的构造与从前方和/或后方的推进结合，可以被看作转动底盘的有效解决方案，因为前轮和后轮的位置可以相对于两个平行侧轮成90°。前轮和后轮可以具有相同的旋转速度，菱形构造使得转弯半径比轮呈正方形或矩形构造的方案更小。如果前轮和后轮的位置可以相对于两个平行侧轮成90°，则底盘的长度比前轮和后轮的位置与平行侧轮成相同方向时更短，因为在该实施例中前轮和后轮是外界限。
在一实施例中，菱形的侧边具有相同的长度。
[0027] 本发明的一个方案涉及能够在轮的宽度之内围绕近似纵轴线旋转的前轮和/或后轮。在该构造中，轮的转向机构上的力从不同的转动位置更均匀地分布在底盘上。在一实施例中，所述刚性框架包括初级机构，初级机构提供前轮与所述刚性框架之间的直接或间接物理联接。在一实施例中，所述刚性框架包括次级机构，次级机构提供后轮与所述刚性框架之间的直接或间接物理联接。在一实施例中，所述转动机构因而包括
齿轮、滚轴、拉杆、液压软管、液压
活塞、电线(wire)、线缆、绳索等。转动机构可以被手动激活。在一实施例中，转动机构被线性致动器、
伺服电机、
液压缸等驱动，这会进一步提升转
动能力。
[0028] 本发明的另一优点在于，在一实施例中，刚性框架包括至少两个部件，其中这些部件中的至少两个部件被彼此铰接，优选水平铰接，且构造为使得当车辆在地面上移动时侧轮的竖直位置跟随地面的不平坦处。这样的设计可以被认为是与底盘的转动相关的优点和竖直灵活性的结合。在一实施例中，这被描述为底盘具有初级部件，初级部件与前轮、后轮和所述一对侧轮的其中一个轮连接且与次级部件铰接，其中次级部件与侧轮中的另一个侧轮连接且与初级部件铰接。这在例如图1中示出。在这种方案的一实施例中，初级部件和次级部件彼此吸振和/或悬挂，从而进一步提升舒适性。类似的非对称也是可能的，其中初级部件与所述一对侧轮连接且与前轮和后轮之中的一个轮连接并与次级部件铰接，其中次级部件与前轮和后轮之中的另一个轮连接且与初级部件铰接。
[0029] 为了进一步控制底盘/车辆的行驶速度，至少一个所述轮直接或间接联接到
制动器，例如在本发明的一实施例中的机械制动器和/或电动制动器和/或液压制动器。底盘还可以装备有至少一个定位装置，以使至少一个元件能够以至少一个
自由度位移和/或旋转定位，以便相对于驱动框架或其部件移动，这可以被认为提升了底盘的总体灵活性。
[0030] 优选地，刚性框架(1a)的初级部件从大致相同的水平面连接到前轮和后轮的中间部。替代性的表述是，刚性框架和底盘的轮的中心位于大致相同的水平面中。在一实施例中，两个转向轮从一侧和同一侧通过轮的周边中包含的转向机构联接到刚性框架。因为底盘从多个侧边连接到多个轮，所以底盘的总高度由轮的直径确定。这样的设计具有若干优势。高度减少意味着质心较低。该设计还比
现有技术已知的底盘轻。在一实施例中，底盘的高度因而小于100cm、或小于90cm、或小于80cm、或小于70cm、或小于60cm、或小于50cm、或小于40cm、或小于30cm、或小于25cm、或小于20cm、或小于15cm、或小于10cm，例如为100cm、或90cm、或80cm、或70cm、或60cm、或50cm、或40cm、或38cm、或36cm、或34cm、或32cm、或30cm、或
28cm、或26cm、或24cm、或22cm、或20cm、或18cm、或16cm。
[0031] 在一实施例中，长度，即前轮的外部与后轮的外部之间的距离在50cm至800cm之间、或50cm至500cm之间、或50至300cm之间、或40cm至200cm之间、或20cm至100cm之间、或30cm至90cm之间、或40cm至100cm之间、或50cm至100cm之间、或50cm至90cm之间、或60cm至
100cm之间、或60cm至90cm之间，例如为20cm、或30cm、或35cm、或40cm、或45cm、或50cm、或
60cm、或65cm、或70cm、或75cm、或80cm、或85cm、或90cm、或95cm、或100cm、或200cm、或
300cm、或400cm、或500cm、或600cm、或700cm、或800cm。
[0032] 在一实施例中，宽度，即左侧轮的外部与右侧轮的外部之间的距离在50至300cm之间、或40cm至200cm之间、或20cm至100cm之间、或30cm至90cm之间、或40cm至100cm之间、或50cm至100cm之间、或50cm至90cm之间、或60cm至100cm之间、或60cm至90cm之间，例如为
20cm、或30cm、或35cm、或40cm、或45cm、或50cm、或60cm、或65cm、或70cm、或75cm、或80cm、或
85cm、或90cm、或95cm、或100cm、或200cm、或300cm。
[0033] 电动轮椅是较重的车辆，这是由于若干互相关联的因素：第一，具有重的特定座椅和特定功能的特有构造产生100-175kg的高重量；第二，传统电动轮椅通过改变驱动轮的旋转速度来转向的方式产生很大的能量消耗和损失，因为需要较大的力来驱动这样的电动轮椅；第三，需要大的电机和电池，因为其重量还促成了电动轮椅的较高的总体重量；第四，电动轮椅被构建为全天行驶，且可能攀爬障碍和高度，这也会使这些类型较重，与上述有关的电池的重量相当大，通常构成大约40kg的重量。传统轮椅相对于现有建筑来说需要大量操纵空间并且设定了对
门宽的需求。它们通常需要坡道，以便能够进入建筑，因为即使一级阶梯也通常高于7cm。因此，本公开还涉及一种轮椅，其包括根据上述说明和附图的底盘。
[0034] 除轮椅之外，底盘可用于一定范围内的车辆。因此，本发明还涉及一种被构造为运载人、动物、货物或装备的车辆。在一实施例中，底盘被构造为用作人的载具，例如电动轮椅、机动车、四轮助力车/
踏板车/摩托车等。在另一实施例中，底盘被构造为用在作为货物载具的车辆中，如食品、药物和安全设备，或者在电动货车中使用。底盘还可以用在作为探测工具的车辆中，如用于调查下水道或倒塌建筑的无线电控制的检查车辆、自推进式无人机等，或者用作有人驾驶或无人驾驶的军用车辆。
[0035] 图1示出从上方观察的根据本发明的底盘的实施例，其中底盘包括以下部件：刚性框架的初级部件1a，其铰接到次级部件1b，其中从上方观察，这两个部件1a和1b一同形成底盘的
基础非对称刚性框架。方向11表示底盘的前进行驶方向。前轮2连接到前轮电动机3和前进前轮转向机构8。这些部件连接到刚性框架的初级部件1a。初级部件1a从大致相同的水平面连接到前轮2的中部。前轮2可以围绕位于前轮2的周边内的竖直轴线转动。所述轴线的物理部分将前轮2、电动机3和转向机构8连接到初级部件1a。后部具有相同构造，包括后轮4、后轮电动机5和后轮转向机构9。左侧轮6连接到刚性框架的初级部件1a。右侧轮7连接到刚性框架的次级部件1b，次级部件1b连接到初级部件1a。附图标记10表示轮的中心之间的距离。在该实施例中，从前轮2的中心到左侧轮6和右侧轮7的中心的距离相同，且该距离还与从后轮4的中部到左侧轮6和右侧轮7的中部的距离相同。
[0036] 图2示出从上方观察的图1所示的根据本发明的底盘的实施例。前轮2和后轮4同步转动，使得底盘在被驱动时绕该构造的中心17旋转。而且，这个实施例示出当前公开的发明围绕该构造的中心17转动所需的空间的差距。旋转圆12示出用于根据本发明的底盘所需的空间。圆13示出四角都有轮的传统底盘所需的空间。
[0037] 图3示出从上方观察的图1所示的根据本发明的底盘的实施例，但其中前轮2和后轮4分别同步转动角度α和角度β，且其中这些角度(相对于本发明的转向同步性)的尺寸相同但相反。当电动机3和5被致动，即构造成向前移动前轮2和后轮4时，底盘围绕对应右侧轮7的压力表面(相对地面)的纵轴线旋转。
[0038] 图4示出从侧面观察的根据本发明的底盘的实施例。在这个实施例中，刚性框架和底盘的轮的中心大致位于相同的水平面中。
[0039] 图5示出从后方观察的根据本发明的底盘的实施例，示出平坦地面15上的构造。
[0040] 图6示出从后方观察的根据本发明的底盘的实施例，其中轮2、3和6立在/行驶在平坦地面15上，而右侧轮7正在攀爬障碍16。次级部件1b(且因而侧轮7)可相对于初级部件1a和底盘的其它部分竖直倾转。初级部件1a与次级部件1b铰接。图6结合图1示出如何实现这样的构造。
