[0001] 本方案涉及新能源轻便车辆技术领域，特别涉及一种防倾倒悬挂结构、车辆及控制方法。

[0002] 目前市面上有一种可倾斜悬挂车辆，是前轮具有左、右各一轮，后轮具有一轮的三轮车，两个前轮具有转向功能，而后轮具有驱动功能。采用上述结构形式，在复杂地形环境下，平稳安全通过性比二轮车好，特别是转弯时轮胎抓地力强于二轮车而且与四轮摩托车相比则显然结构较为简单，成本较低，具有行车稳定和停车便利的特点，并且特别适用于城市狭窄拥挤等路况下通行。

[0003] 为了提高车辆的控制，并减少车辆出现倾覆现象，现有的倒三轮式前悬挂机构，存在结构复杂关节连接拖沓不合理、空间占用大和在极限情况（如高速行驶、大角度高速过弯、地面不平整或在高负载情况）下车辆容易出现失控的情况。

[0028] 本方案的初衷提供一种能够应用于新能源的车辆的悬挂结构，这种类型的车辆具有结构轻巧，使用便捷，较低的使用能耗，符合绿色环保的基础条件，特别适合单人或双人的城市道路使用，目前这类车辆在多个国家和地区（如多个欧洲国家）中被广泛应用。本方案的悬挂结构致力于提高这类车辆行驶的稳定性，减少其发生倾倒等情况，并实现优于传统车辆的操控性，并实现极限情况下的行驶可控性和稳定性。

[0029] 参考图1本方案的一些实施例应用于一种车辆，特别是一种轻便的三轮车辆，包括左前轮12和右前轮11，左前轮12和右前轮11主体采用对称结构布置，车辆的正后方布置后轮13，左前轮12右前轮11和后轮13依靠悬挂结构和车架10构建整体结构，其中左前轮12和右前轮11实施承载和转向结构，后轮13实施承载和驱动结构，在应用于新能源车辆时，可以在车架上布置新能源车辆的电池等结构，并通过后轮13的轮毂电机结构来实施。车架10中部位置上布置转向器14，操作者通过其实施左前轮12和右前轮11的转向功能。

[0030] 参考图2至图6，一种防倾倒悬挂结构，包括下摆臂21和上摆臂22，下摆臂21为三角形结构，上摆臂22为连杆结构，下摆臂21的内侧通过水平布置的下滑动管柱211和车架10构建转动连接状态，上摆臂22的内侧通过水平布置的上滑动管柱221结构与车架10构建转动连接状态，下摆臂21和上摆臂22的外端均通过水平布置的球头结构与转向座23连接，从正面看构建一个四边形状的摆动结构；准确的说，在初始状态下（特指在车辆适当的承载、车辆处于水平路面上，当下摆臂21为水平布置状态时），参考图6，以上摆臂22两端转动点的连线S1、车架10处上滑动管柱
221与下滑动管柱211的连线S2、下摆臂21的两端转动点的连线S3和转向座23对应上摆臂22及下摆臂21转动点的连线S4，这四条连线构建一个梯形状的结构，其中S1的长度小于S2，并且其中S4和S3构成的夹角和S2和S3构成的夹角均小于90°，并且S4和S3构成的夹角大于S2和S3构成的夹角。

[0031] 转向座23用于安装车轮26及其他相关设备，如制动部件和转速传感器等，转向座23的一侧布置有转向拉杆30，转向拉杆30的外端通过水平布置的球头结构与转向座23连接，通过转向拉杆33实现转向座23以上摆臂22和下摆臂21外侧球头为中心进行转动，实现车辆的转弯控制；在实际工作中，通过转向拉杆30控制并保持转向座23的转弯角度，三角形结构的下摆臂21实现横向和纵向的支撑力，上摆臂22实现横向的支撑力，故使整个转向座
23具有较好的结构性和灵活性，能够适应于轻便车辆的应用。

[0032] 为了提高车辆的操控性，连线S4向下的延伸线经过车轮26与地面接触处的中心附近位置，故当车轮26进行转向操作时，其转动的中心点与连续S4相匹配，从而大大降低了车辆转动的难度，车轮26在转向时，转向机构无需额外带动车辆车体的偏移，可以降低转向机构的负载，提供其使用稳定性和寿命，并减少车轮转动时对转向机构的反向拽拉，并减少因此而造成的左右车轮的干涉，故可提高车辆转弯的稳定性。

[0033] 转向拉杆30具有长度可调结构，其主体为三段式结构，其中中段为螺杆结构，内外两段为内螺纹结构，故转动中段可以调节在内外两段处的距离关系，进而实现调节转向拉杆30的长度，在必要时在内外两段处布置紧固螺母，确保调节后实施紧固操作，防止其连续工作后发生滑动等情况，通过转向拉杆30的长度可调节结构，可以实现左前轮12和右前轮11的约束角，确保车辆行驶的稳定性，并实现其保持直线行走和转弯后车辆的回正操作。

[0034] 转向拉杆30的内端通过球头结构与中横拉杆31连接，中横拉杆31与车辆的转向器14连接，中横拉杆31为水平状U型结构，其中部与转向拉杆30的内侧通过水平布置的球头结构连接，其两侧外端布置有垂直布置的球头结构，该球头结构的顶部均布置有随动臂32，其中一侧的随动臂32通过球头结构与车架10连接，另一侧的随动臂32与方向器14连接。当操作者转动方向器14，其通过连杆结构与随动臂32驱动中横拉杆31在两个随动臂32的转动范围内摆动，并使左右的转向拉杆30驱动对应的车轮26进行转向操作，由于采用随动臂31、中横拉杆31及球头结构，故转向拉杆30驱动车轮26转向时，不会因为车轮悬挂的上下高低而影响，同时也不会因为左右车轮差异的悬挂高低而彼此干涉，故车辆具有较好的操控性，并在极限情况下，实现精准操控。

[0035] 在下摆臂21和上摆臂22之间布置有叶片弹簧25，叶片弹簧25为长条状结构，该叶片弹簧25为复合式叶片式弹簧，其由纤维增强复合材料和基于聚氨酯基体树脂等材料构成，并通过层层粘贴工艺制造而成，类似于碳纤维部件的制造工艺，本叶片弹簧25材料具有出色的抗腐蚀能力和产品寿命，相比传统的螺旋弹簧更具优势，并具有更轻的重量，占用轮拱空间较小，从而有利于车内空间的布置，同时叶片弹簧25的耐用性优势在车辆悬挂系统中非常显著。

[0036] 叶片弹簧25的的中部与车架10连接，叶片弹簧25的外端通过直立状的球头结构与转向座23的内侧连接，该球头结构转动中心点处于连线S4附近，故叶片弹簧25在承载车轮的负荷时，能够保持与车轮底部与地面接触的直线对齐状态，不会出现扭转的现象，故在转弯、承载和各种路况下实现承载的平衡，可以减少因叶片弹簧25承载而发生干涉的情况。

[0037] 本方案的采用垂直球头结构连接叶片弹簧25与转向架23，该球头中的球头连杆能够构成轻微左右偏转结构，该结构可以包容在车轮26上下行程过程中，叶片弹簧25发生扭转而产生的距离差，使整个叶片弹簧25承载更加平顺，大大降低传统叶片弹簧连接结构需要复杂的承载盘的结构。

[0038] 同时本方案叶片弹簧25通过垂直球头结构与转向座23直接连接，而非连接于下摆臂或上摆臂处，故通过这样的结构，可以减少上摆臂22或下摆臂21处球头的负载，使其更加灵活高效，并提高整个悬挂结构的稳定性和使用寿命。

[0039] 从一侧车轮的结构来看，由S1、S2、S3和S4这四条连线构建一个梯形状的结构，该悬挂结构为双叉臂悬挂的一种，但是并非传统的双叉臂悬挂结构，传统的双叉臂悬挂应对的车辆，目的在于可以确保车轮在上下运动时，其轮胎与地面的接触面始终处于平整且最大的接触，故车轮在上行或下行状态中，始终保持车轮较大的抓地力，从而提高车辆的操控性，故传统的双叉臂通常为平行四边形结构，上摆臂和下摆臂具有类似于等长摆动的结构。

[0040] 上述的传统双叉臂结构通常应用在汽车上，特别是高性能的车辆上，由于其前轮具有较宽的尺寸，其接地横款会超过20厘米，故这样的设计可以充分保证其接触面积。但在本方案中，应用在轻便车辆设计，其前轮通常为类似于摩托车的车轮结构，即其车轮的外沿面为类似于圆弧结构，如果采用直上直下的结构，在大角度转弯时，容易出现车轮胎面扭曲的现象，造成支撑力下降，操控性降低，并加速车轮的磨损。如图8所示，这类车辆的车轮在垂直状态下，在收到侧向推力时，车轮橡胶部件极易出现扭曲现象，从而降低车辆的操控性，但实施倾角控制后，使车轮斜向进行力的支撑，其支撑力和侧向推力能够进行一定的抵消，故可以提高车辆的操控性，并减少侧倾情况的发生。

[0041] 参考图7图8图9，采用梯形结构其中S1（对应上摆臂22）的长度小于S3（对应下摆臂21）的布局，其在初始状态时，由于梯形结构，可以保证车轮26处于垂直与路面的布置状态（如图9所示）；当其在上行状态时，这时候通常处于高负载大角度转弯等情况下，该结构可以保证车轮轻微的侧倾（如图9所示），故能够比垂直布置结构车轮具有更好的支撑力。

[0042] 本方案致力于一种轻便高效稳定的悬挂结构，实现行车的稳定性和操控性，并实现在极限情况下减少侧倾的情况，具体的来说，本方案采用上摆臂22、下摆臂21、转向座23和叶片弹簧25等具有特定的结构，实现了结构的精简，减少空间的占用，并且使车辆具有极好的操控性和稳定性；为了更好的提高车辆的稳定性，实现极限情况下的操控性，本方案还具有在叶片弹簧25的中部与车架10连接处布置的卡位调节机构4，和在上摆臂22的内侧的上滑动管柱
221处布置的倾角调节机构5。

[0043] 卡位调节机构4，用于对叶片弹簧25进行夹持和调节操作，其上夹板41和下夹板42，上夹板41和下夹板42将叶片弹簧25呈夹持布置状态，上夹板41和下夹板42为上下对称结构，其两端与叶片弹簧25接触面具有弧形倒角结构，可以减少叶片弹簧25在其边缘的磨损，并使受力更加均衡，上夹板41和下夹板42在与叶片弹簧25的接触面处可以具有自润滑涂层，该涂层可以为特氟龙材料，以减少上夹板41和下夹板42在叶片弹簧25表面位移运动的摩擦阻力，使调节位置操作更加便利；
上夹板41和下夹板42在的两侧均向外延伸出滑块43，车架10上布置有与滑块43配合的滑槽44，该滑槽44处的车机10也起到前后限制叶片弹簧25的作用，故在此处，叶片弹簧
25可以垂直方向上下摆动，但不能水平方向前后位移。滑块43的外端布置有结构块45，结构块45的侧面布置有第一伺服缸46，第一伺服缸46的后端与车架10连接，在控制器的控制下，第一伺服缸46可以用于控制结构块45、滑块43及上夹板41下夹板42，在滑槽44的范围内与叶片弹簧25处的位置关系。

[0044] 关于叶片弹簧25，大体上来说是一个长条状结构，其中部与车架10固定安装，两端通过球头与转向座23连接，起到弹性支撑的作用，即车轮26的负荷承载通过叶片弹簧25传递至车架10，或者说车辆的自身重量及负载通过叶片弹簧25传递值车辆26处，故车辆在负载、行走、转弯或在不平整的路面时，叶片弹簧25的外端均会出现上下摆动的情况；虽然叶片弹簧25依据设计情况，其外端可以设计为厚度减少的情况，但为了简化说明，本叶片弹簧25的弹性力度与其长度相对应，故在同等负载的情况下，长度越长，其外端在摆动角度越大，反之长度越短，其外端摆动角度越小。

[0045] 本方案通过第一伺服缸46来控制上夹板41和下夹板42的位置关系，并通过左右车轮控制独立控制的位置关系，实现对车辆左右车轮的叶片弹簧25的弹性控制，进而实现精准的防倾控制。

[0046] 倾角调节结构5用于对上摆臂22的内侧的上滑动管柱221进行水平位置的调节操作，具体的说，倾角调节机构5，包括与上滑动管柱221的转轴呈转动连接的第一连杆51，在车架10转动连接布置有第二连杆52，该第一连杆51的后端与第二连杆52的中部转动连接；上滑动管柱221的中轴两侧向外端延伸，在车架10布置一组上滑槽53，中轴的被配合限制在上滑槽53处，中轴的外端布置有螺母结构，能够确保上滑动管柱221在上滑槽53处仅能够平移操作，而不会出现扭转的情况。

[0047] 在第二连杆52的外端转动布置有第二伺服缸54，第二伺服缸54的后端与车架10转动连接，其中第一连杆51、第二连杆52（第一连杆51与车架10部分）和车架处（上滑动管柱与第二连杆52转动点部分）构建一个三角形结构，故通过这样的结构可以确保上滑动管柱221在上滑槽53的限制下，仅能够实施平移的操作。故在第二伺服缸54的操作下，通过控制第二连杆52外端的位置，进而通过第一连杆51来控制上滑动管柱221在上滑槽53处的位置，最终来改变上摆臂22的位置来调节车轮26的倾角。

[0048] 故该结构可以确保整个上摆臂22的连接支撑作用，同时通过该三角形结构可以提高整个结构的稳定性，并使上摆臂22处向内或向外的负载能够主要由第二连杆52后端与车架10的连接处承担，并且通过第二连杆52的类似于杠杠原理，使分配至第二伺服缸54处的承载力大大降低，故可以减少第二伺服缸54的负载，并使其在倾角调节调节过程中承载结构稳定，操作更加精准可控。

[0049] 适当控制车轮26的倾角，特别是应用在小接地面，圆弧接触面的小轮胎，当适当提高车轮26倾角时，可以使车辆与地面的接触点向外移动，提高车轮三轮整体接地的三角形面积，也提高对应力臂的长度，故可以提高侧向支撑力，同时对于车辆车轮（特指橡胶轮胎部分）可以使其作用力更加直线，减少车轮应为横向作用力，而发生扭曲的现象，还可以适当降低车辆的重心，故可以提高车辆的侧向支撑力和稳定性。参考图10，其中绿色线结构为进行倾角控制后车轮的状态图，从图中可以看到车轮的结构有原来的蓝色实线调节为蓝色虚线，其高度适当降低，车轮的地面接触面向外位移，并且车轮（特别是橡胶轮胎接触地面部分）大大提高了侧向支撑力，减少其扭曲变形的情况。

[0050] 为了获取车辆实际的车辆姿态，特别是左右车轮的高度及角度行程，在左右两侧的下摆臂21内侧的下滑动管柱211处均布置有转动角度传感器，该角度传感器可以为霍尔传感器结构，在车架10处可布置垂直角度传感器，该传感器用于获取车架10对应于垂直角度的偏转角度。

[0051] 本方案还包括一种防倾倒悬挂结构的控制方法，应用于上述一种防倾倒悬挂结构，包括：参考图11，通过卡位调节机构4控制上夹板41和下夹板42在叶片弹簧处25的位置，并以距离车架10中心的距离设置多个行程位置，该行程位置点由内到外对应为A1、A2、A3、A4和A5；
通过倾角调节机构5控制中轴在上滑槽53处的位置，并以距离车架10中心的距离设置多个行程位置，该行程位置点由内到外对应为B1、B2、B3和B4；这些位置对应点可以均衡布置，也可以不均衡布置，并且可以为一种虚拟的布置点，即每一次设定时，可以适当以其序列对应布置，每一个点位可以每一次设定是有差异的，故可以防止固定的点位在长时间使用时发生磨损等情况，进而提高其使用寿命；
在初始状态时，卡位调节机构控制行程位置为A1点，倾角调节机构控制行程位置为B4点；
通过转动角度传感器获取对应下摆臂21的转动角度值，将该转动角度值通过表值对应的方式，计算车辆的负载值；在计算负载值时，可以将空车承载状态至设计满载状态以线性的方式布置表值；
如果车辆的负载值大于设定值，则将卡位调节机构4控制左右两侧的行程为A2或A2的外侧处；故通过卡位调节机构4控制叶片弹簧25将两侧支撑点的位置向外变动，故可以提高叶片弹簧25的弹力，进而提高叶片弹簧对车轮的支撑力，减少车轮上下行程的幅度，提高车轮防倾倒效能；
通过车辆电子控制单元，获取当前车辆的实时速度值和实时转向角度值；将实时速度值通过表值对应的方式转为实时速度参考值，将转动角度值通过表值对应的方式转为转动角度参考值，如果实时速度参考值与转动角度参考值的乘积值大于设定值时，则转弯外侧车轮对应的卡位调节机构控制行程为A3或A3的外侧处，将倾角调节机构控制行程为B3或B3的内侧处；车辆在转弯时，可以视为克服离心力的一种操作，其转弯半径有当时车辆控制的转动角度相匹配，但依据惯性公式，其由速度和质量相匹配，故在简化操作中，以转动角度和实时速度为基础进行差异化的控制，可以提高车辆转弯的稳定性，减少发生侧倾情况；实际本方案是通过速度变量、转动角度变量和车辆质量（包括载荷）进行对应的公式计算，并实施对应的叶片弹簧35控制及倾角控制，来实现差异化的车辆防倾倒的控制；
通过上述控制后，通过对左右两侧下滑动管柱211的转动角度传感器，获取对应的转动角度值，并结合车架10处的垂直角度传感器的反馈值，获取当前车辆的实时侧倾角度值；如果实时侧倾角度值大于设定值，则将处于侧倾外侧的卡位调节机构控制行程为A4或A4的外侧处，并将处于倾角调节机构控制行程为B2或B2的内侧处。

[0052] 在一些实施例中，在初始状态时，通过为驾驶者提供包括舒适或运动的选项，如果驾驶者选择舒适选项，则保留原行程位置点；如果驾驶者选择运动选项，则将卡位调节机构控制行程为A2或A2的外侧处，将倾角调节机构控制行程为B3或B3的内侧处。故可以为驾驶者提供差异的驾驶模式，并可以通过驾驶者主动调节以使车辆更加符合当期的道路状况或驾驶要求，并减少发生侧倾的情况。

[0053] 综上所述，本方案一种防倾倒悬挂结构，主体通过上摆臂、下摆臂、转向座及车架结构的组成四边形状的摆动结构，具体的说，在初始状态下，构建一个梯形状的结构，该结构针对前二轮的三轮车结构悬挂，可以使车轮在行走和转弯的时候，提高车轮的与地面的接触面积，并控制车轮在高负载情况下具有一定的外倾角，从而提高车辆行驶的稳定性，减少发生侧倾现象；上摆臂和下摆臂与转向座均通过水平布置的球头结构进行连接，具有安装和维护便捷和使用灵活可靠的特点，针对下摆臂的处，可以增加离地高度，减少发生托底的情况；
本方案的减震结构主体通过叶片弹簧来实施，通过在上摆臂和下摆臂之间布置叶片弹簧，可以大大减少悬挂的结构复杂性，使结构更加精简高效，减少复杂悬挂结构对车体空间的侵占，提高车辆的空间利用率，并可以减少悬挂的簧下质量，使悬挂简洁高效，提高车辆行驶的灵活性和可操控性；
叶片弹簧通过卡位调节机构来实施对车架中部的连接操作，并且通过卡位调节机构实现单侧连接点的独立调节，故依据叶片弹簧本身特性，并通过卡位调节机构实施对叶片弹簧行程及弹性支撑力的控制，故可以控制承载轮减少侧倾的情况，进而提高车辆的可操控性，并在极限情况下，提高支撑力，减少侧倾情况；
叶片弹簧通过卡位调节机构来实施对叶片弹簧行程及弹性支撑力的控制，可以实现对车辆运行模式的调节，和悬挂软硬程度及总行程高度的调节，故可以提高驾驶乐趣和操控性；
通过在上摆臂滑动管柱处布置倾角调节机构，可以在极限情况下，实现对车轮倾角的调节，具体的说，就是对高承载车轮进行适度“外八”侧倾调节，故可以提高车轮下端地面接触点的横款，提高侧向支撑力，并且可以使车轮的受力更加具有指向性，提高车辆在极限情况下的稳定性，减少侧倾情况的发生；
本方案一种防倾倒悬挂结构的控制方法，主体采用卡位调节机构和倾角调节机构来实施对叶片弹簧和上摆臂的控制，实现对叶片弹簧的支撑力和对应车辆倾斜角度的控制，来提高车辆在极限情况下的稳定性和可操控性，具体的说，在车辆电子控制单元ECU的控制和协调工作下，通过获取车辆的负载值、速度值、转弯角度值和侧倾角度值来针对性的调节控制，并具体实施行车车况下差异的行程控制，能够实现防止侧倾和提高车辆可控性的调节操作。