Relatório Descritivo de Patente de invenção “SISTEMA DE DIREÇÃO VEICULAR COM ÂNGULO DE ESTERÇAMENTO ACOPLADO AO ÂNGULO DE INCLINAÇÃO LATERAL E ÂNGULO DE CASTER CONTINUAMENTE VARIÁVEL” .gampo.dalnyençãq [1] A presente invenção refere-se a sistemas de direção veiculares e suas aplicações a diversos tipos de veículos.DETAILED DESCRIPTION REPORT "VEHICLE STEERING SYSTEM WITH STREAMING ANGLE COUPLED TO SIDE TILTING ANGLE AND CONTINUALLY VARIABLE CASTER ANGLE". various types of vehicles.
Antecedentes da, invenção [2} O estado da técnica apresenta uma série de tipos diferentes de sistemas de direção aplicados a diversos tipos de veículos, desde caminhões e carros até skate-boards e patinetes. Todos os veículos cujo direcionamento se dá através de algum tipo de controle manual humano requerem algum tipo de sistema que faça essa interface entre o condutor e o comportamento direcional desejado do veículo no meio em que o mesmo trafega, |3j Alguns documentos do estado da técnica descrevem veículos de três ou quatro rodas que devido a diversas motivações têm a capacidade de esterçar as rodas destinadas a realizar as curvas e, simultaneamente, inclinar a estrutura principal do veiculo Existem tanto exemplares cujo movimento de inclinação se dá de maneira independente ao de esterçamento como exemplares cujo movimento de inclinação e esterçamento são diretamente acoplados (dependentes). O principal fator que motiva esse tipo de dinâmica nos referidos veículos é o de contrabalancear o efeito da aceleração centrípeta devido à realização da curva. Essa tende a manter o veiculo na trajetória retílinea que já vinha assumindo e dadas determinadas características de condução como velocidade elevada, raio de curvatura pequeno e elevada altura do centro de massa do veículo, pode induzir grandes acidentes do tipo capotamento. Desse fenômeno, se faz nítido o grande desejo de qualquer projetista em reduzir ao máximo o risco de capotamento de um veículo em desenvolvimento, Um dos meios mais comuns de conseguir isso é inclinando o centro de massa do veículo em direção ao centro da curva sendo realizada. [4] Muitas vezes, em veículos cujo sistema de inclinação está acoplado ao sistema de direção, essa configuração se dá com intuito de a inclinação do veículo controlada pelo condutor ser por si só o meio de controle da direção, uma vez que um sistema afeta o outro diretamente. Um exemplo famoso desse tipo de condução pode ser visto nos skate-boards e suas variantes. [5] No entanto, todos esses exemplares disponíveis atualmente ou são ineficazes em termos de estabilidade em velocidades variadas ou são muito complexos, grandes e pesados para serem aplicados a veículos de pequeno porte de uso urbano que em primeira instância tenham de ser práticos de manusear e acomodar em pequenos espaços. [6] A publicação US 4132435 A de Kenneth L. Wilson de 1977 apresenta um veiculo de três rodas guiado por um volante ou um guidão. O principal aspecto que cabe citar nessa publicação é que, entre as patentes pesquisadas, essa é a patente mais antiga que faz referência a um veiculo com movimento de inclinação lateral conjugado ao movimento de esterçamento sendo que, nesse caso, esses movimentos são acoplados, ou seja, o movimento de um é transmitido ao movimento do outro de maneira recíproca. [7] Na patente em questão, o veículo pode basicamente ser dividido em duas partes: a estrutura principal ou trase;ra que comporta c piloto e a roda traseira, e a estrutura frontal na qual estão montadas as duas rodas dianteiras. Essas duas estruturas são ligadas por uma junta pivotada (somente 1 grau de liberdade rotativo), cujo eixo de rotação está leve mente inclinado para frente em relação a um e:xo vertical fixo no referencial do veículo. Como o corpo que comporta as duas rodas dianteiras gira como um todo levando as rodas dianteiras consigo a inclinação do eixo do pivô mencionada anteriormente obriga a estrutura traseira a se inclinar iateraimeníe para dentro na direção da curva, mantendo dessa forma, a restrição geométrica imposta peta gravidade que mantém constantemente as três rodas em contato com o chão. Vale ressaltar que no quadro reivindicatório. o autor acrescenta uma ultima reivindicação mencionando a necessidade de um meio de armazenar energia potencial elástica entre o movimento da estrutura principal e a estrutura frontal. Mais considerações sobre isso serão feitas a frente. [8J Essa invenção, por ter o ângulo do eixo do pivô da estrutura frontal fixo, sofre de uma limitação na faixa de velocidades aceitavais para uma condução estável, Mais detalhes sobre esse efeito serão abordados melhor na descrição detalhada da invenção a que se destina este projeto, o qual oferece uma grande melhoria ao resolver essa problemática de dispor do ângulo de inclinação lateral ideal para cada velocidade. [9] A publicação US 4993733 A de Keith Eilers de 1989 apresenta um veículo de três rodas muito similar ao veiculo demonstrado na patente US 4132435 A (a última citada). As únicas diferenças mais notáveis são a posição de condução, sendo essa (US 4993733 A) exclusivamente reclinada, o membro frontal que possui extremidades inclinadas dispostas de maneira a dar espaço para os pés do condutor urna barra de direção que e acoplada através de uma barra articulada à estrutura frontal transmitindo o movimento úa condutor de maneira confortável ao e*xo das rodas dianteiras. [10) E feda a introdução dc concerte de um mecanismo que confere estabilidade anti-capotamenic. No entanto, esse mecanismo citado nada mais é que um distanciamento sensível entre o eixo das nadas dianteiras e o eixo no qual a estrutura frontal gira em tomo Esse distanciamento confere um deslocamento lateral maior da frente do veiculo na direção de dentro da curva em comparação a uma situação com os eixos coincidentes. [11] É importante lembrar que, no caso, a patente não cita a questão da problemática desse distanciamento, pois quando se deseja realizar um grande ângulo de esíerça mento a baixa velocidade dependendo da posição do centro de massa do piloto e da roda dianteira interna a curva existe a possibilidade de se formar um binário de forças que faz com que o veiculo tombe para o fado de dentro da curva. Isso sem falar no risco de interferência entre o volume de trabalho do conjunto frontal e o volume ocupado pela estrutura principal e seu condutor. Não tomadas devidas precauções existe o risco de se atingir o próprio condutor ou veículo com a roda de dentro se dirigindo em direção ao eixo longitudinal do veículo na realização de um esterçamento mais intenso. [12] Curiosamente, a patente em questão não reivindica nenhum dispositivo restaurador da direção, cuja função seja obviamente restaurar sua posição neutra. Entretanto, seu criador alega que o formato da estrutura frontal confere essa propriedade, da mesma maneira que ocorre com as asas de avião. Essa afirmação carece de uma explicação mais bem detalhada que descreva o fenômeno alegado, uma vez que, um breve estudo do modelo dinâmico do veículo em questão não prevê nenhuma força dessa natureza. [13] Essa invenção, ao ter também o ângulo do eixo do pivô da estrutura frontal fixo, sofre da mesma limitação de faixa de velocidades aceitáveis mencionada na patente anterior. [14] A invenção defendida nesse relatório, por não necessariamente apresentar uma distância entre os eixos ao pivó e das rodas frontais, dispor de um mecanismo para restaurar sua direção a posição neutra e ter o ângulo do pivô da estrutura frontal variável, representa uma melhoria em relação a patente supracitada. [15] A publicação US 6685201 81 de Charles T. Smith Ifl de 1998 apresenta um veículo de três rodas não motorizado típico para prática de downhiil. Este veiculo em si é muito diferente des mencionados antenormec.te, mas o seu sistema de direção segue exata mente o mesmo princípio, No entanto, o que é interessante dessa invenção e que o ato de inclinar lateraímente o veículo desempenha um papel muito mais determinante no esterçamento. Esse até dispõe de apoios para os pés com os quais pode-se controlar o eixo dianteiro (símílar a estrutura frontal da patente aqui pleiteada), entretanto, isso não descarta o papel iguaimente importante do piloto no ato de inclinar lateralmente para garantir a realização correta da curva. [16] Essa invenção se relaciona com a qual se destina este documento no sentido de o sistema de direção também dispor dessa relação equítativa entre inclinação e esterçamento manual. No entanto, essa invenção tem seu desempenho limitado no mesmo quesito que as anteriores ao ter um ângulo de inclinação do pivô da estrutura frontal fixado em um valor predeterminado por projeto entre 48 e 60 graus em relação a estrutura principal. Essa invenção, por não dispor de meios para adquirir velocidade, se não o acúmulo de energia gravitacional, e possuir uma estrutura muito próxima ao chão, torna inviável o uso deste aparato como meio de transporte e somente se destina a prática desportiva. A invenção proposta nesse relatório não apresenta as limitações mencionadas até o momento. [17] A publicação US 5544906 A de Lawrence D. (Jake) Clapper de 1994 apresenta um veículo de três rodas cuja aplicação se assemelha muito com a da invenção a que se destina esse relatório. A invenção apresentada nessa publicação é estritamente impulsionada por tração humana, ou seja, a energia cinética desenvolvida ao se locomover com este veículo é oriunda da transmissão de potência muscular por parte do condutor para potência mecânica no veículo. Essa invenção realiza conversões por meio de esterçamento de suas rodas dianteiras, que montadas numa manga de eixo, pivotam em torno de um eixo próximo à vertical em relação ao eixo dianteiro do veiculo. Este veiculo, inclusive, não apresenta capacidade de inclinar lateralmente sua estrutura principal, [18] Pelo fato de a invenção defendida aqui não ser restrita a veículos de pequeno porte de tração muscular, podendo ser estendida a situações de médio porte (porte de motocicletas) e dtspor de inclinação lateral de sua estrutura principal, possibilitando ter uma bitola mais estreita entre as rodas dianteiras, ela apresenta melhoria em relação ao invento publicado na patente citada logo acima. {19] A publicação US 7976046 B2 de Lawrence Rathsack de 2008 apresenta um veículo de três rodas muito semelhante ao objeto deste relatório, onde seu movimento de esterçamento é única e puramente controlado pelo movimento de inclinação lateral da estrutura principal. Esse veículo, assim como o descrito na patente mencionada anteriormente, realiza conversões ao esterçar suas rodas dianteiras que montadas numa manga de eixo pivotam em torno de um eixo próximo à vertical (levemente inclinado para trás) situado nas extremidades de uma estrutura frontal. Mas nesse caso, a estrutura principal se apoia nessa estrutura frontal e um pivô apontado próximo a direção longitudinal do veículo conecta as duas permitindo a inclinação lateral da estrutura principal. Um sistema de alavanca, atuado pela inclinação da estrutura principal e conectado por barras articuladas às mangas de eixo, fazem a tradução do ângulo de inclinação imposto para o ângulo de esterçamento desejado. Assim como a primeira invenção descrita nesse levantamento do estado da arte, essa invenção também dispõe de mecanismo restaurador para auxiliar o condutor a recobrar o veículo à posição neutra de direção. Como o ângulo do eixo do pivô entre a estrutura principal e a estrutura frontal também é fixo nessa invenção, esta só dispõe de uma relação entre inclinação e esterçamento, sendo apta a operar somente dentro de uma faixa estrita de velocidades. Devido também ao fato de não existir um meio de atuar o sistema de esterçamento diretamente, este veículo apresenta grande dificuldade de manobra quando trafega em baixas velocidades e o tempo de resposta entre a atuação do condutor e a resposta direcional do veículo é grande o suficiente para causar um incômodo. [20] A invenção proposta neste relatório apresenta soluções que eliminam as características negativas do veículo descrito logo acima ao funcionar numa ampla gama de velocidades, possuir um sistema de override (sobreposição) que permite controlar o esterçamento diretamente com as mios ou os pés e um sistema de locomoção em baixas velocidades, ideal para situações de manobra e estacionamento. [21] A publicação US 8240688 B2 de Jtn Man Choi de 2008 apresenta um aparato mecânico destinado a converter um movimento de inclinação lateral em um movimento de esterçamento. logo, isso impitca dizer que este é acoplado. Assim como na publicação US 7976048 B2 de Lawrence Rathsack, esta patente mostra um sistema onde as rodas são esterçadas individualmente, e a relação entre o esterçamento das rodas dianteiras é determinada pela geometria dos membros articulados que realizam o movimento do conjunto todo. Sendo este aparato destinado, em grande parte, a ser adaptado a motocicletas para convertê-las em triciclos, este tem, em contrapartida, na maneira como suas reivindicações foram feitas, um escopo mais amplo de aplicação protecionista. É importante frisar que, essas duas últimas patentes, tirando algumas alterações na geometria das partes móveis, mecanismo de restauração da direção, e o modo como suas reivindicações foram feitas, tratam do mesmo princípio de ação e, portanto, essa última sofre dos mesmos problemas e carece das mesmas soluções para um desempenho superior. [22] A publicação US 6402174 B1 de Alan Maurer de 2001 apresenta um veiculo de três rodas semelhante ao objeto deste relatório, onde, no caso, seus movimentos de esterçamento e inclinação lateral não são acoplados, isto é, podem ser controlados independentemente. A principal premissa dessa escolha é a de que podendo o condutor controlar esses dois parâmetros individualmente, este pode controlar mais precisamente o ângulo de inclinação lateral que julgar ideal para uma dada condição de conversão. O piloto, nesse caso, sentiría através da aceleração lateral, imposta pela velocidade e peto raio da curva senão pretendida qual ângu-.o de inclinação eie deve introduz»*- No entanto, o que a prática revela é que o fato ae o condutor ter que aprender a controlar essas duas variáveis de maneira contínua em cada uma delas, conseguindo relacionar adequadamente essas as condições de condução imposta, se mostra uma tarefa não tão banal, tornando a operação desse veiculo uma atividade não tão intuitiva. Outra vantagem descrita nessa publicação é que, sendo os sistemas de inclinação e esterçamento independentes, numa situação onde a pista de rolamento apresenta uma inclinação transversal, o condutor pode inclinar o veiculo para compensar esta inclinação e, ao mesmo tempo, manter a trajetória rettlinea do veículo. Entretanto, como o veículo descrito nessa patente não apresenta mecanismo de restauração, o estabelecimento e manutenção da inclinação desejada são garantidos somente pelo controle e equilíbrio do condutor. Avaliando o desempenho geral dessa invenção, pode-se dizer que ela cumpre bem o papel ao qual foi designada, no entanto, às custas de um grande esforço muscular por parte do condutor que deve constantemente controlar todos os parâmetros de estabilidade do veículo. [23] A invenção proposta neste relatório apresenta soluções que eliminam as características negativas do veículo descrito anteriormente. Por possuir um sistema acoplado, mas cuja relação entre inclinação e esterçamento é variável, tem sua condução muito facilitada, uma vez que o piloto controla separadamente o raio da curva pretendida e o ajuste segundo a velocidade avaliada, sendo que pequenas alterações na disposição básica permitem introduzir um controle automático do ajuste da relação segundo a velocidade {seja ele de natureza mecânica ou elétrica) que facilita ainda mais a condução e a toma confortável e ainda mais intuitiva. A questão da inclinação transversal da pista de rolamento posta em questão, a princípio parece ser um grave problema, pois o raciocínio intuitivo leva a crer que para compensar a inclinação imposta pela pista, a inclinação introduzida pelo condutor também faria o veículo es terçar. No entanto testes realizados com o protótipo mostraram que o condutor pode facilmente tanto inclinar o próprio corpo em relação ao banco (sendo o banco não restritivo nas laterais» como também pode através dos overrides, manual ou podai, manter a inclinação necessária a manter a trajetória retílinea sem realizar grandes esforços. [24] Portanto devsdo aos fatos explicitados fogo acima pode-se afirmar que esta patente, sendo pleiteada, apresenta boas melhorias em relação ao invento mencionado previa mente. [25] A publicação US 8535206 B2 de David Kraus e Dean Maro de 2010 apresenta um mecanismo de direção que possui movimento de esterçamento acoplado ao movimento de incfinação. O veiculo em questão apresenta um sistema de direção que difere muito da proposta desse relatório de patente, no entanto, ele também introduz a noção de variação do ângulo de caster e o faz de maneira muito complexa e pouco prática Mesta patente as rodas dianteiras São esterçadas individua mente e suas mangas de eixo podem rotacionar em torno do eixo que liga o centro das duas rodas dianteiras. Numa proposição dessa patente, o ângulo de caster varia de maneoa discreta, onde o condutor seleciona previamente a posição onde fixa as extremidades articuladas das barras que realizam o esterçamento. Dependendo de onde essas extremidades são fixadas, a manga assume um determinado ângulo de caster com a vertical. Em outra proposição dessa patente, a variação do ângulo de caster ocorre de maneira continua No entanto oara preservar a geometria da barra articulada que realiza o esterçamento. as mangas de eixo além de rotacíonarem em torno do eixo que liga o centro das duas rodas dianteiras, devem também se deslocar na dírecao oesse eixo para fora ou para dentro de acordo com o ângulo desejado. Essa delicada relação entre comprimento da barra de esterçamento constante, ângulo de caster e deslocamento axial das mangas de eixo e regida por acoplamentos deslizantes entre as mangas de eixo e a estrutura frontal que as suporta, tendo estes ranhuras internas que definem quanto deslocamento axiai sem imposto oara um dada rotação aa manga A patente tampem sugere que o controle desse ângulo de caster possa ser feito pelo condutor, por meio de manoplas que transmitem por cabos a posição desejada ou por dispositivos {mecânicos ou eleromecânicos- conhecidos no estado da arte, que façam essa transducão entre a velocidade do ve culo e o ângulo de caster ideal. [26] Pela invenção defendida nesse relatório dispor de um mecanismo de variação do ângulo de caster bem menos complexa, esta apresenta robustez mecãmca bem superior dispõe de maior facilidade de fabricação mecânica e. por conseguinte, um custo de fabricação bem inferior. Como a invenção descrita acima adquiriría sua propriedade de restauração da direção através dos ângulos de caster e de pino mestre de suas mangas de eixo, a restauração da inclinação do centro de massa do piloto deveria ser toda executada peto próprio condutor, mas como o único controle direcional do condutor é sua inclinação lateral acaba que o veiculo não possui restauração nenhuma, o que acaba provando que dirigi-lo é uma tarefa não tão simples ou intuitiva (especialmente se for levado em consideração que na invenção em questão a tração muscular se dá através do movimento elíptico dos pés, simulando assim uma caminhada ou corrida). A invenção objeto deste projeto, quando usa um mecanismo de restauração mecânico do tipo mola, ainda se beneficia da maneira como a sua variação do ângulo de caster se dá, pois o condutor alterando o ângulo para a posição de baixa velocidade acaba por alterar a orientação das forças que contrapõem o esforço sustentado pela mola, fazendo com que esta assuma uma rigidez relativa superior, facilitando o retorno do condutor a posição centra! ao mesmo tempo que diminuí o raio da curva e insere no sistema dinâmico uma aceleração lateral proveniente dessa conversão instantânea, [27] Pelo fato de a invenção defendida por este pedido de patente possuir uma mtnade de melhorias no que tange dmgibilidade, elegância, no que diz respeito ao projeto mecânico e ergonômico, e potencial de aperfeiçoamento com os sistemas auxiliares introduzidos e descritos nesse relatório essa será imediatamente valorizada pelos versados na arte, [28] A publicação US 6484152 A de Michaei G. Cowan e James A Nunes de 1994 apresenta um triciclo com um mecanismo de direção baseada na frenagem diferencial das rodas dianteiras conjugada com uma roda traseira de esterçamento livre (roda boba). O condutor, frenando a roda correspondente à direção que este deseja seguir, consegue alterar a direção do veículo às custas de parte da sua energia cinetsca. A referência a essa patente e feita pots o sistema auxiliar de estacionamento descrito neste documento se vale do mesmo princípio de graus de liberdade em rolamento de suas rodas para permitir uma alta manobrabilidade No entanto, nesse triciclo de frenagem diferencial, como o sistema de direção padrão e esse os indícios parecem apontar que este veiculo como um todo é bastante ineficiente. Percebe-se que é necessário introduzir um amortecedor na roda traseira para diminuir o efaito desestabilizador causado peio fato do esterçamento ser realizado na roda traseira, e, segundo a experiência deste autor com veículos de esterçamento traseiro, nem um bom amortecedor consegue reduzir a sensação de instabilidade de um veículo deste tipo. Outro fator negativo é que toda e qualquer conversão também significa uma perda de energia cinética considerável na roda sendo frenada, o que já se configura como um grande contrassenso. [29] O sistema auxiliar de estacionamento da invenção descrita nesse relatório é um sistema opcional que visa oferecer uma solução para a manobrabilidade limitada da invenção, por isso vale ressaltar que este não é o sistema de direção principal do veículo e, portanto, não concorre em função com a invenção descrita acima. No caso, um veículo usando o sistema auxiliar proposto nessa patente dispõe de uma roda extra que possui esterçamento tívre. Quando o condutor a põe em contato com o chão, esta mantém a roda traseira elevada em relação ao solo substituindo assim seu ponte de apoio fixo por um rotativo. Estando nessa posição de manobra, o condutor pode controlar a direção do veiculo em ba.xa velocidade ca oor meio de tração manual diferencial das rodas dianteiras tal como uma pessoa com deficiência (cadeirante) faz com sua cadeira de rodas, ou por meio de um controle indireto • exemplo, joystick) uue defina numa configuração onde cada roda dianteira possui um motor, qual é a quantidade de tração em cada roda para alcançar a trajetória desejada (de maneira semelhante a operação das cadeiras de rodas elétricas para pessoas com deficiência). Um aspecto interessante desse sistema auxiliar é que, em sua versão mais básica, este traz uma proximidade entre a vivência dos transeuntes comuns e a dos cadeirantes, o que, aliado a um uso massivo desse tipo de veículo, provavelmente contribuiría para a pressão sobre as autoridades por disponibilizar vias que atendam às necessidades desses cidadãos tão negligenciados no Brasil. [30] As publicações US 393904 de Hiram F. Henry de 1888 e US 565718 de Alphonso F, Boardman de 1896 apresentam mecanismos de restauração da direção de uma bicicleta. Ambos utilizam molas mecânicas para conseguir a centralização desejada, no entanto, uma usa a própria mola de torção como seguidor do ponto central no quadro da bicicleta e outra usa um carne com seguidor para comprimir uma mola helicoidal quando o guidão sai da posição central, sendo que, esta última, permite regulagem da pré-tensão da mola por meio de ajuste de um parafuso que comprime a extremidade oposta à do seguidor. [31] A publicação US 6367824 B1 de Masayasu Hayashi de 1998 apresenta um triciclo com sistema de direção que também possui a capacidade de inclinar lateralmente. Nessa invenção, o movimento de esterçamento é independente do movimento de inclinação lateral, assim como diversas das invenções encontradas no estado da arte, mas nessa, em particular, vale destacar o uso de um sistema de restauração exclusivo para a inclinação lateral do veículo onde este se apresenta ou sob a forma de duas mofas helicoidais que são comprimidas alternadamente quando o veículo inclina de um lado para o outro, ou sob a forma de um cilindro com pistão que, comprimindo um fluído, exerce uma força de reação que empurra os seguidores das barras articuladas que controlam a inclinação lateral do veículo. [32] Em uma das disposições da invenção descrita neste relatório é utilizado um mecanismo que também fez uso tíe uma mola para restaurar a direção e, por conseguinte, sua inclinação lateral {uma vez que sâo acoplados), No entanto, o sistema exposto nesse relatório possui regulagem em pelo menos um dos parâmetros dimensionais da mofa para que se possa ajustar a rigidez desta de acordo com o peso do condutor, Este sistema lambem dispõe de uma regulagem de centro do seguidor no membro intermediário para que seja possível regular o alinhamento da estrutura frontal com o resto do vesc.uto e corrigir quaisquer tendências de desvio direciona) que o veículo possa apresentar. Por conta dos fatos expostos acima, o sistema restaurador da direção desenvolvido para esta invenção apresenta grandes melhorias e inovações funcionais em relação ao estado da arte.BACKGROUND OF THE INVENTION [2] The prior art discloses a number of different types of steering systems applied to various types of vehicles, from trucks and cars to skateboards and scooters. All vehicles that are driven through some kind of human manual control require some type of system that interfaces between the driver and the desired directional behavior of the vehicle in the medium in which it is driven. | 3j Some prior art documents describe three- or four-wheeled vehicles which, due to various motivations, have the ability to steer the curved wheels while simultaneously tilting the main structure of the vehicle. examples whose inclination and steering movement are directly coupled (dependent). The main factor that motivates this type of dynamics in these vehicles is to counterbalance the effect of centripetal acceleration due to the realization of the curve. This tends to keep the vehicle in the rectilinear trajectory that it was already assuming and given certain driving characteristics such as high speed, small radius of curvature and high height of the vehicle's center of mass, can induce major rollover accidents. From this phenomenon, it is clear that any designer wishes to reduce the risk of overturning a developing vehicle as much as possible. One of the most common means of achieving this is by tilting the center of mass of the vehicle toward the center of the curve being made. . [4] Often, in vehicles whose tilt system is coupled to the steering system, this configuration is intended to make the driver-controlled tilt of the vehicle itself the means of steering control as a system affects the other directly. A famous example of this type of riding can be seen on skateboards and their variants. [5] However, all of these currently available specimens are either ineffective in terms of stability at varying speeds or are too complex, large and heavy to be applied to small urban vehicles that in the first instance have to be practical to handle. and accommodate in small spaces. [6] Kenneth L. Wilson US Publication 4132435 A of 1977 features a three-wheeled vehicle driven by a steering wheel or a handlebar. The main aspect that should be mentioned in this publication is that, among the patents researched, this is the oldest patent that refers to a vehicle with lateral inclination movement in conjunction with the steering movement, in which case these movements are coupled, or that is, the movement of one is transmitted to the movement of the other in a reciprocal manner. [7] In the patent in question, the vehicle can basically be divided into two parts: the main or rear frame containing the driver and the rear wheel, and the front frame on which the two front wheels are mounted. These two structures are connected by a pivot joint (only 1 degree of freedom of rotation), whose axis of rotation is slightly inclined forward with respect to one vertical position fixed in the vehicle frame. Since the body that holds the two front wheels rotates as a whole taking the front wheels with it, the aforementioned pivot axle inclination forces the rear frame to lean inward toward the curve, thereby maintaining the geometrical constraint imposed by peta. gravity that constantly keeps the three wheels in contact with the ground. It is noteworthy that in the claim framework. The author adds a final claim mentioning the need for a means of storing elastic potential energy between the movement of the main frame and the front frame. Further considerations on this will be made later. [8J This invention, having the pivot axis angle of the front frame fixed, suffers from a limitation in the acceptable speed range for stable driving. Further details on this effect will be addressed further in the detailed description of the invention for which this invention is intended. which offers a major improvement in solving this problem of having the optimum lateral tilt angle for each speed. [9] 1989 publication 4993733 A by Keith Eilers discloses a three-wheeled vehicle very similar to the vehicle shown in US Patent 4132435 A (the last cited). The only most noticeable differences are the driving position, with this (US 4993733 A) being exclusively reclined, the front member having sloping ends arranged to give the driver's feet room for a steering bar which is coupled through a bar. articulated to the front frame, conveying the driver's movement in a comfortable manner around the front wheels. [10) And the introduction of a concerted mechanism conferring anti-capotamenic stability. However, this mechanism is nothing more than a sensible distance between the front stroke axis and the axis on which the front frame rotates. This distance gives a greater lateral displacement of the front of the vehicle in the direction of the curve compared to a situation with the coincident axes. [11] It is important to remember that, in this case, the patent does not cite the issue of the problem of this distance, because when it is desired to realize a large angle of erection at low speed depending on the position of the pilot's center of mass and the inner front wheel There is a possibility of forming a torque of forces that causes the vehicle to fall to the liver within the curve. Not to mention the risk of interference between the workload of the front assembly and the volume occupied by the mainframe and its conductor. Failure to take proper precautions could result in the driver or vehicle being hit with the inner wheel driving toward the longitudinal axis of the vehicle in the case of more intense steering. Interestingly, the patent in question does not claim any steering restorative device whose function is obviously to restore its neutral position. However, its creator claims that the shape of the front structure confers this property, just as with airplane wings. This statement lacks a more detailed explanation describing the alleged phenomenon, since a brief study of the dynamic model of the vehicle in question does not foresee any such force. [13] This invention, also having the fixed front frame pivot axis angle, suffers from the same acceptable speed range limitation mentioned in the previous patent. [14] The invention advocated in this report, as it does not necessarily have a distance between the pivot axles and the front wheels, has a mechanism for restoring its direction to the neutral position and has the pivot angle of the variable front frame, represents an improvement. in relation to the above patent. [15] Charles T. Smith Ifl publication US 6685201 81 of 1998 discloses a typical non-motorized three-wheeled downhiil vehicle. This vehicle itself is very different from those mentioned earlier, but its steering system follows exactly the same principle. However, what is interesting about this invention is that the laterally tilting vehicle plays a much more decisive role. in the routing. This even has footrests with which you can control the front axle (similar to the front frame of the patent claimed here), however, this does not rule out the equally important role of the pilot in tilting laterally to ensure correct performance. of the curve. [16] This invention relates to the purpose of this document in that the steering system also has such an equitable relationship between tilt and manual steering. However, this invention has limited performance in the same respect as the foregoing by having a front frame pivot tilt angle set at a predetermined design value of between 48 and 60 degrees relative to the main frame. This invention, because it does not have the means to acquire speed, if not the accumulation of gravitational energy, and has a structure very close to the ground, makes the use of this apparatus as a means of transportation impracticable and is only intended for sports practice. The invention proposed in this report does not have the limitations mentioned so far. [17] Lawrence D. (Jake) Clapper 1994 publication US 5544906 A discloses a three-wheeled vehicle whose application closely resembles that of the invention for which this report is intended. The invention presented in this publication is strictly driven by human traction, that is, the kinetic energy developed when moving with this vehicle is derived from the driver's transmission of muscle power to mechanical power in the vehicle. This invention accomplishes conversions by steering its front wheels, which mounted on an axle sleeve, pivot about an axis near the vertical with respect to the front axle of the vehicle. This vehicle does not even have the ability to laterally tilt its main structure. [18] Because the invention advocated here is not restricted to small vehicles with muscular traction, it can be extended to medium sized situations (motorcycle size). and the lateral inclination of its main structure, making it possible to have a narrower gauge between the front wheels, it shows improvement over the invention published in the above cited patent. {19] Lawrence Rathsack Publication US 7976046 B2 2008 presents a three-wheeled vehicle very similar to the object of this report, where its steering movement is unique and purely controlled by the lateral tilt movement of the main frame. Such a vehicle, as described in the aforementioned patent, performs conversions by steering its front wheels which mounted on an axle sleeve pivot about a vertically (slightly angled rearward) axle situated at the ends of a front frame. But in this case, the main frame rests on this front frame and a pivot pointed close to the longitudinal direction of the vehicle connects the two allowing lateral tilting of the main frame. A lever system, actuated by tilting the main frame and connected by hinged bars to the axle sleeves, translates the inclined angle imposed to the desired steering angle. As with the first invention described in this state-of-the-art survey, this invention also has a restorative mechanism to assist the driver in recovering the vehicle from the neutral steering position. Since the angle of the pivot axis between the mainframe and the frontframe is also fixed in this invention, it has only a tilt-to-steer ratio and can only operate within a narrow range of speeds. Due also to the fact that there is no way to operate the steering system directly, this vehicle has great maneuverability when traveling at low speeds and the response time between driver actuation and vehicle directional response is long enough to handle. cause a nuisance. [20] The invention proposed in this report provides solutions that eliminate the negative characteristics of the vehicle described above when operating at a wide range of speeds, have an override system that allows you to control steering directly with your feet or feet and a low speed locomotion system, ideal for maneuvering and parking situations. [21] Jtn Man Choi Publication US 8240688 B2 2008 features a mechanical apparatus for converting a lateral tilt movement into a steering movement. Therefore, this means that it is coupled. As in Lawrence Rathsack Publication US 7976048 B2, this patent discloses a system where the wheels are individually driven, and the relationship between the front wheel steering is determined by the geometry of the pivot members that move the entire assembly. Since this apparatus is largely intended to be adapted to motorcycles to convert them into tricycles, it has, by contrast, in the way its claims were made, a broader scope of protectionist application. It is important to note that these last two patents, apart from some changes in the geometry of the moving parts, the steering restoration mechanism, and the way their claims were made, deal with the same principle of action and therefore the latter suffers from the same problems. and lacks the same solutions for superior performance. [22] Alan Maurer publication US 6402174 B1 2001 presents a three-wheeled vehicle similar to the object of this report, where, in this case, its steering and lateral tilt movements are not coupled, that is, they can be independently controlled. The main premise of this choice is that since the driver can control these two parameters individually, he can more precisely control the lateral inclination angle that he deems ideal for a given conversion condition. In this case, the pilot would feel through the lateral acceleration, imposed by the speed and radius of the bend if not intended, which inclination angle he should introduce. "- However, what the practice reveals is that the fact and the driver Having to learn to control these two variables continuously in each of them, being able to properly relate these to the driving conditions imposed, proves not a trivial task, making the operation of this vehicle a not so intuitive activity. Another advantage described in this publication is that, since the inclination and steering systems are independent, in a situation where the raceway has a transverse inclination, the driver can tilt the vehicle to compensate for this inclination while maintaining the straight trajectory of the track. vehicle. However, as the vehicle described in this patent does not have a restoration mechanism, the establishment and maintenance of the desired inclination is guaranteed only by driver control and balance. Evaluating the overall performance of this invention, it can be said that it fulfills the role to which it has been assigned, however, at the expense of a great muscular effort on the part of the driver who must constantly control all the stability parameters of the vehicle. [23] The invention proposed in this report provides solutions that eliminate the negative characteristics of the vehicle described above. Because it has a coupled system, but whose relationship between inclination and steering is variable, its driving is very easy, since the pilot separately controls the radius of the intended curve and the adjustment according to the evaluated speed, and small changes in the basic arrangement allow introducing an automatic speed adjustment control (whether mechanical or electrical in nature) that makes driving even easier and makes it comfortable and even more intuitive. The question of the transverse inclination of the raceway at issue seems at first to be a serious problem, since intuitive reasoning suggests that to compensate for the inclination imposed by the raceway, the inclination introduced by the driver would also cause the vehicle to stumble. However tests carried out with the prototype showed that the driver can easily tilt his own body in relation to the seat (being the non-restrictive seat on the sides) as well as through the overrides, manual or can maintain the inclination necessary to maintain the trajectory. [24] Therefore, due to the facts set out above, it can be said that this patent, being claimed, presents good improvements over the aforementioned invention. [25] The publication US 8535206 B2 by David Kraus and Dean Maro 2010 features a steering mechanism that has steering movement coupled with the incineration movement.The vehicle in question features a steering system that differs greatly from the proposal of this patent report, however it also introduces the notion of variation of the caster angle and does so in a very complex and impractical way patent front wheels are dulled s individually and their axle sleeves can rotate around the axle connecting the center of the two front wheels. In a proposition of this patent, the caster angle varies from discrete handling, where the driver pre-selects the position where he fixes the articulated ends of the bars that carry out the steering. Depending on where these ends are attached, the sleeve assumes a certain caster angle with the vertical. In another proposition of this patent, the variation of caster angle occurs continuously. However, to preserve the geometry of the articulated bar that performs the steering. The axle sleeves, in addition to rotating about the axle connecting the center of the two front wheels, must also move in that direction outward or inward at the desired angle. This delicate relationship between constant drawbar length, caster angle, and axial displacement of the axle sleeves is governed by sliding couplings between the axle sleeves and the supporting front frame, these internal grooves defining how much axial displacement is imposed. The rotation of the caster angle may be controlled by the driver by means of handles that transmit the desired position by cables or by mechanical or eleromechanical devices known in the state of the art. this transduction between vehicle speed and ideal caster angle. [26] By the invention advocated in this report having a much less complex caster angle variation mechanism, it has far superior mechanical robustness and has greater ease of mechanical fabrication. therefore a much lower manufacturing cost. As the invention described above would acquire its steering restoration property through the caster and kingpin angles of its axle sleeves, restoration of the pilot's center of mass inclination should be performed entirely by the driver himself, but as the sole control The driver's directional direction is its lateral inclination, it turns out that the vehicle has no restoration, which proves that driving it is not a simple or intuitive task (especially considering that in the present invention the muscular traction occurs through elliptical movement of the feet, thus simulating a walk or run). The invention object of this design, when using a spring-type mechanical restoration mechanism, still benefits from the way its caster angle variation occurs because the driver changing the angle to the low speed position ultimately changes the orientation. of the forces that counteract the effort sustained by the spring, making it assume a higher relative stiffness, facilitating the return of the driver to the center position! while decreasing the radius of the curve and inserting a lateral acceleration from the instantaneous conversion into the dynamical system, [27] Because the invention advocated by this patent application has a number of improvements in terms of affordability, elegance, and As far as mechanical and ergonomic design is concerned, and potential for improvement with the auxiliary systems introduced and described in this report will be immediately appreciated by those skilled in the art. [28] Michaei G. Cowan and James A Nunes 1994 publication US 6484152 A presents a tricycle with a steering mechanism based on front wheel differential braking in conjunction with a free steering rear wheel (silly wheel). The driver, braking the wheel corresponding to the direction he wants to go, can change the direction of the vehicle at the expense of part of its kinetic energy. Reference to this patent is made by the parking assist system described in this document uses the same principle of degrees of freedom of its wheels to allow for high maneuverability. However, in this differential braking tricycle, as the standard steering system and this evidence seems to point out that this vehicle as a whole is quite inefficient. It is understood that it is necessary to introduce a shock absorber into the rear wheel to reduce the destabilizing effect caused by rear wheel steering, and, according to this author's experience with rear steering vehicles, not a good shock absorber can reduce the sensation of instability of such a vehicle. Another negative factor is that any conversion also means a considerable loss of kinetic energy in the wheel being braked, which is already a big counter-balance. [29] The parking assist system of the invention described in this report is an optional system aimed at providing a solution to the limited maneuverability of the invention, so it is noteworthy that this is not the vehicle's main steering system and therefore does not compete. according to the invention described above. In this case, a vehicle using the auxiliary system proposed in this patent has an extra wheel that has free steering. When the driver puts it in contact with the ground, it keeps the rear wheel raised from the ground, thus replacing its fixed support bridge with a rotating one. Being in this maneuvering position, the driver can control the vehicle's steering at low speed and the differential front wheel drive as a disabled person does with his wheelchair, or by means of a wheelchair. indirect control (eg, joystick) u set in a setting where each front wheel has a motor, how much traction on each wheel to achieve the desired trajectory (similar to the operation of electric wheelchairs for people with disabilities). An interesting aspect of this auxiliary system is that, in its most basic version, it brings a proximity between the experience of ordinary passersby and that of wheelchair users, which, coupled with the massive use of this type of vehicle, would probably contribute to the pressure on people. authorities for providing avenues that meet the needs of such neglected citizens in Brazil. [30] Publications US 393904 by Hiram F. Henry 1888 and US 565718 by Alphonso F, Boardman 1896 show mechanisms for restoring the direction of a bicycle. Both use mechanical springs to achieve the desired centering, however, one uses the torsion spring itself as a center point follower on the bicycle frame and another uses a follower cam to compress a coil spring when the handlebar comes out of the center position, and whereas the latter allows adjustment of the spring pre-tension by adjusting a screw that compresses the opposite end to that of the follower. [31] Masayasu Hayashi publication US 6367824 B1 1998 features a steering system tricycle that also has the ability to tilt laterally. In this invention, the steering movement is independent of the lateral tilt movement, as are several of the inventions found in the state of the art, but in particular, it is noteworthy to use a restoration system unique to the lateral tilt of the vehicle where It is either in the form of two helical molds which are alternately compressed when the vehicle is tilted from side to side, or in the form of a piston cylinder which, by compressing a fluid, exerts a reaction force that pushes the followers of the hinged bars that control the lateral tilt of the vehicle. [32] In one of the embodiments of the invention described in this report a mechanism is also used which also made use of a spring to restore direction and therefore its lateral inclination (once they are coupled). However, the system set forth therein The report has adjustment in at least one of the dimensional parameters of the mold so that the rigidity of the mold can be adjusted according to the weight of the driver. This licking system has a follower center adjustment in the intermediate member so that the alignment of the mold can be adjusted. front structure with the rest of the vehicle and correct any drift trends it directs) the vehicle may exhibit. Given the above facts, the steering restoration system developed for this invention has major improvements and functional innovations in relation to the state of the art.
Objetivos da invenção [33] A presente patente de invenção tem por objetivo uma disposição construtiva de um sistema de direção veicular que pode ser usado em uma vasta gama de veículos de diferentes portes (mais preferenciaimente de veículos uitra-ieves, leves a veículos de porte moderado). Este produto visa oferecer vantagens funcionais sobre as deficiências observadas nos presentes tipos de veículos usados para lazer e como meio de transporte em meios urbanos e proporcionar uma nova experiência de condução em termos de dinâmica veicular.OBJECTS OF THE INVENTION [33] The present invention aims at a constructive arrangement of a vehicle steering system that can be used on a wide range of vehicles of different sizes (most preferably from light to lightweight vehicles to large vehicles). moderate). This product aims to offer functional advantages over the deficiencies observed in the present types of vehicles used for leisure and as a means of transport in urban environments and to provide a new driving experience in terms of vehicle dynamics.
Sumário da invenção [34] A presente invenção provê uma série de disposições construtivas de um tipo de sistema de direção que permite a um veiculo realizar uma inclinação d® sua estrutura principal em conjunto com o movimento de estercamento de suas rodas de maneira estável em uma ampla faixa de velocidades. Essa característica permite que os veículos desenvolvidos segundo esse sistema sejam mais estreitos e por sua vez mais compactos, tornando-os ideais para uso urbano. [35] Estes e outros objetos da invenção serão imediatamente valorizados pelos versados na arte e serão descritos em detalhes suficientes para sua reprodução na descrição a seguir.SUMMARY OF THE INVENTION [34] The present invention provides a series of constructive arrangements of a type of steering system that allows a vehicle to tilt its main frame together with the stance movement of its wheels in a stable manner. wide speed range. This feature allows vehicles developed under this system to be narrower and in turn more compact, making them ideal for urban use. [35] These and other objects of the invention will be immediately appreciated by those skilled in the art and will be described in sufficient detail for reproduction in the following description.
Listagem das peças e descrição resumida dos desenhos {36] A presente invenção será, a seguir, mais detalhadamente descrita com base em alguns exemplos de execução representados nos desenhos. Vale ressaltar que, para fins de melhor compreensão, itens que não se relacionam diretamente com o sistema de direção, como o assento do condutor, por exemplo, foram intencionalmente omitidos para facilitar a visualização do escopo da invenção pleiteada. A listagem de todas as peças e entidades referidas nas diversas partes deste relatório pode ser consultada a seguir: [37] Listagem de peças e entidades: (1) Eixo de guinada (2) Eixo de arfagem (3) Eixo de rolagem (4) Plano lateral do veículo (5) Eixo de caster (6) Eixo de esterçamento (7) Eixo dinâmico (8) Ângulo de caster (9) Ângulo de esterçamento (10) Ângulo de inclinação lateral (11) Offset CDParts List and Brief Description of the Drawings [36] The present invention will hereinafter be described in more detail based on some embodiments shown in the drawings. It is noteworthy that, for the sake of clarity, items not directly related to the steering system, such as the driver's seat, for example, were intentionally omitted to make it easier to see the scope of the claimed invention. A list of all parts and entities referenced in the various parts of this report can be found below: [37] Parts and Entities Listing: (1) Yaw Axle (2) Lifting Axle (3) Scroll Axis (4) Vehicle Side Plane (5) Caster Shaft (6) Steering Shaft (7) Dynamic Shaft (8) Caster Angle (9) Steering Angle (10) Lateral Tilt Angle (11) Offset CD
(12) Offset ED (13) Dispositivo de contato com o solo dianteiro (14) Dispositivo de contato com o solo traseiro {15} Eixo do dispositivo de contato com o solo dianteiro (16) Eixo do dispositivo de contato com o solo traseiro (17) Estrutura principal (18) Eixo pivotante entre estrutura principal e membro intermediário (19) Membro intermediário (20) Eixo pivotante entre membro intermediário e estrutura frontal (21) Estrutura frontal (22) Estrutura principal para veículo com offset nulo (23) Membro intermediário para veículo com offset nulo (24) Estrutura frontal para veículo com offset nulo (25) Mola torcional de direção para veículo com offset (26) Suporte de fixação da mola torcional na estrutura frontal (27) Atuador de direção para veículo com offset (28) Eixo de transmissão do atuador de direção (29) Alavanca de atuação da mola ou atuador de direção (30) Base de ajuste fino da direção (31) Ponto de conexão entre a alavanca de direção e a base de ajuste fino da direção (32) Parafusos de fixação do ponto de conexão da alavanca de direção (33) Mola torcional de direção para veiculo com offset nulo (34) Alavanca de atuação da mola ou atuador de direção para veículo com offset nulo (35) Alavanca de caster manual (36) Corpo do atuador de caster (37) Haste do atuador de caster (38) Orelhas do atuador de caster (39) Membro intermediário adaptado para atuador de caster (40) Estrutura principal para veicule de cinco rodas (41) Braços laterais para veículo de cinco rodas (42) Eixo pivotante do braço lateral (43) Mola de direção traseira para veículo de cinco rodas (44) Eixo pivotante da mola de direção traseira (45) Roda de apoio lateral para veículo de cinco rodas (46) Eixo de apoio da roda lateral (47) Estrutura principal para veículo de quatro rocias (48) Estrutura traseira para veículo de quatro rodas (49) Eixo pivotante da estrutura traseira (50) Conjunto moia-amortecedor de direção traseiro para veículo de quatro rodas (51) Suporte da mola de direção traseira (52) Roíete seguidor da extremidade livre da mola de direção traseira (53) Guia do roleíe da mola de direção (54) Braço de conexão da guia com a estrutura traseira (55) Roda traseira para veículo de quatro rodas (56) Eixo de apoio da roda traseira (57) Manopla rígida (58) Guidão de override (59) Suporte pivotante do guidão (60) Junta rotular (61) Barra de acionamento do override (62) Ponto de conexão da barra de acionamento na estrutura frontal (63) Ponto de conexão da barra de acionamento no guidão (64) Suporte do sistema de manobra em baixas velocidades (65) Braço do sistema de manobra (66) Eixo pivotante do braço do sistema de manobra (67) Alavanca do sistema de manobra (68) Base da roda de manobra (69) Manga pivotante da roda de manobra (70) Roda de manobra (71) Eixo da roda de manobra (72) Eixo de rotação da manga em relação a base (73) Ângulo de acionamento do sistema de manobra (74) Condutor do veículo (75) Centro de giração (76) Raio da curva (77) Direção das rodas projetadas no plano do chão (78) Trajetória percorrida pelo veículo numa curva [38] A Figura 1 apresenta um veículo utilizando o sistema de direção proposto com as principais entidades geométricas e de referência do veículo: eixo de guinada :,11 eixo de adagem (2). eixo de rolagem (3) e plano lateral do veiculo (4) inclinado lateralmente de maneira solidária a estrutura principal do veículo, Esta, mostra também os três eixos de articulação principais do veículo: eixo de caster (5), eixo de esterçamento (6) e eixo dinâmico (7). Além disso, são ilustrados nesta figura os dispositivos de contato com o solo dianteiros (13) e traseiro (14) e ainda seus respectivos eixos de apoio pivotantes (15) e (16). [39J A Figura 2 apresenta a mesma perspectiva da Figura 1, porém dando ênfase aos ângulos de referência principais do sistema: ângulo de caster (8), ângulo de esterçamento (9) e ângulo de inclinação laterai (10). Podem ser vistas também nesta figura as indicações dos três corpos estruturais principais e seus eixos de articulação pivotantes: estrutura principal para veículo com offset nulo (22), membro intermediário para veículo com offset nulo (23), estrutura frontal para veículo com offset nulo (24), eixo pivotante entre estrutura principal e membro intermediário (18) e eixo pivotante entre membro intermediário e estrutura frontal (20). [40] A Figura 3 ilustra um veículo utilizando o sistema de direção objetivo deste relatório, em perspectiva, em que pode ser vista a disposição construtiva onde os eixos de articulação do veículo (5), (6) e (7) não são coincidentes entre si. Pode ser visto mais claramente como se ligam sequenciaimente a estrutura principal do veículo (17) por meio do eixo pivotante entre a estrutura principal e membro intermediário (18) ao membro intermediário (19), e este último, por meio do eixo pivotante entre o membro intermediário e a estrutura frontal (20), à estrutura frontal (21). [41] A Figura 4 mostra o mesmo veículo apresentado na Figura 3 em uma vista lateral. Nesta figura, estão indicados os eixos de articulação do veículo (5), (6) e (7) e pode ser visto nitidamente como eles não se interceptam em momento nenhum. {42] A Figura 5 apresenta um corte esquemático da região de interesse do sistema de direção proposto onde novamente pode ser vista a coincidência dos eixos de amcuiaçao do veículo ;5> ;6> e í~> oodendo ser vistas claramente as designações das distâncias entre esses eixos: a primeira distância entre o eixo de caster e o eixo dinâmico, denominada offset CD (11), e a segunda distância entre o eixo de esterçamento e o eixo dinâmico, denominada offset ED (12). [43] A Figura 6 ilustra a vista frontal do veículo retratado na Figura 3 com a indicação da linha de corte de referência da Figura 5. [44] A Figura 7 mostra um veículo utilizando o sistema de direção objetivo deste relatório, em perspectiva, em que pode ser vista a disposição construtiva onde os eixos de articulação do veículo (5), (6) e (7) são todos coincidentes entre si. Nessa vista, pode-se observar mais claramente como se ligam sequenciafmente a estrutura principal para veículo com offset nulo (22) por meio do eixo pivotante entre a estrutura principal e membro intermediário (18) ao membro intermediário para veículo com offset nulo (23), e este último, por meio do eixo pivotante entre o membro intermediário e a estrutura frontal (20), à estrutura frontal para veículo com offset nulo (24). [45] A Figura 8 mostra o mesmo veículo apresentado na Figura 7 em uma vista lateral. Nesta figura, estão indicados os eixos de articulação do veiculo (5), (6) e (7) e pode ser claramente observado como eles se interceptam em um ponto comum. [46] A Figura 9 apresenta um corte esquemático da região de interesse do sistema de direção proposto, onde pode ser visto a coincidência entre os eixos de articulação do veículo (5), (6) e (7), sendo mais fácil observar como a estrutura frontal para veículo com offset nulo (24) deve apresentar uma disposição não unidimensional para permitir que os referidos eixos se interceptem. Ou seja, esta deve apresentar urn formato pelo menos bidimensional para admitir que o eixo dinâmico (7), que pode ser um eixo imaginário, não afete o funcionamento dos eixos pivotantes (18) e (20). [47] A Figura 10 ilustra a vista frontal do veículo retratado na Figura 7 com a indicação da tinha de corte de referência da Figura 9. [48] A Figura 11 retrata a vista superior do veículo apresentado na Figura 3 numa condição de esterçamento e inclinação lateral neutras. [49] A Figura 12 retrata a vista superior do veículo apresentado na Figura 7 numa condição de esterçamento e inclinação lateral neutras. [50] A Figura 13 ilustra uma vista superior, perpendicular ao plano do chão, do veiculo apresentado na Figura 3 numa condição de conversão a direita Neste caso. pode-se perceber como a presença dos offsets CD (11) e ED (12), demonstrados na Figura 5, afetam o comportamento dinâmico do veículo, uma vez que nessa situação a roda interna a curva, da estrutura frontal (21) esterçada, acaba se aproximando mais da estrutura principal do veículo (17) e a roda externa à curva se projeta ainda mais para fora do veículo. [51] A Figura 14 ilustra uma vista superior, perpendicular ao plano do chão, do veículo apresentado na Figura 7 numa condição de conversão à direita. Nesta alternativa de construção do sistema de direção, como os eixos de articulação do veículo (5), (6) e (7) são coincidentes, a aproximação e o afastamento em reiação à estrutura principal para veículos com offset nulo (22) das rodas interna e externa à curva respectivamente, que estão montadas na estrutura frontal para veículos com offset nulo (24), são os menores possíveis para o sistema de direção aqui defendido. [52] A Figura 15 demonstra um detalhe em perspectiva de um corte tridimensional do mecanismo restaurador do sistema de direção proposto, onde se busca explanar o ângulo de esterçamento (9) entre a estrutura frontal (21) e o membro intermediário (19) sob condição de conversão (com esterçamento e inclinação lateral do veiculo), e ilustrar como uma mola torcional de direção para veículos com offset (25 * sofre uma torção em torno do eixo de esterçamento (6) promovida pela fixação de uma extremidade desta na estrutura frontal (21) por meio do suporte de fixação da mota torcional na estrutura frontal (26) e rotação da alavanca de atuação da mola de direção (29) fixada na curta extremidade da mola de direção (25κ A alavanca oe atuação da direção (29» tem uma das terminações fixada à extremidade da mola de direção (25) e outra com um furo levemente oblongo fixada de maneira pivotante ao ponto de conexão entre a alavanca de direção e a base de ajuste fino da direção (31) Esse ponto de conexão (31), que pode deslizar por meio de uma ranhura pnsmatica numa base de ajuste fino da direção (30), tem sua posição relativa definida peio aperto diferencial dos parafusos de fixação do ponto de conexão da alavanca de direção (32), A base de ajuste fino da direção (30), por sua vez, é rigidamente fixada ao membro intermediário (19). [53] A Figura 16 apresenta um corte lateral esquemafico do mecanismo restaurador e seus elementos p25) (26), i2Si, (30) e (31)) descritos na Figura 15. [54] A Figura 17 demonstra um detalhe em perspectiva de um corte tridimensional de um mecanismo restaurador do sistema de direção do tipo atuador eleíromecámco onde se busca explanar o ângulo de esíerçamento (9) entre a estrutura frcntat «'21 > e o membro intermediário (19) sob condição de conversão <com estercamento e inclinação lateral do veiculo), e ilustrar como o atuador de direção para veiculo com offseí (27) fornece Iorque ao eixo de transmissão do atuador de direção (26) que rotaciona em torno do eixo de esterçamenío (6). Sendo, por exemplo, a carcaça do atuador (27) rigidamente fixada à estrutura frontal (21), a rotação da alavanca de atuação da mofa de direção (29), solidária ao eixo de transmissão (28), é induzida peto estercamento e inclinação lateral e sofre resistência peía ação do torque provido pelo atuador (27) no eixo de transmissão (28). A alavanca de atuação da dueção (29) tem uma das terminações fixada a extremidade do eixo de transmissão i28) e outra com um furo levemente oblongo Fixada de maneira pivotanfe ao ponto de conexão entre a alavanca de direção e a base de ajuste fmo da direção <31 u Esse ponto de conexão (31), que pode deslizar por meio de uma ranhura prismática numa base de ajuste fino da direção (30), tem sua posição relativa definida pelo aperto diferencia! dos parafusos ae Exação do ponto de conexão da alavanca de direção 1321 A base de ajuste fino da direção <30), por sua vez. é rigidamente fixaaa ao membro intermediário (19), [55] A Figura 18 apresenta um corte lateral esquemático do mecanismo restaurador e seus elementos <-27, >28) (29) (30) e (31)) descritos na Figura 17, [56] A Figura 19 apresenta um detalhe em perspectiva do sistema de direção proposto com seus elementos já previamente descritos ((17). (18), (19). (20) e (21)1 onde uma alavanca de controle de caster manual >35) recebe destaque. [57] A Figura 20 ilustra o sistema apresentado na Figura 19 em uma vista lateral onde a estrutura principal (17) sofreu um corte no seu plano lateral para facilitar a visualização da variação do ângulo de caster (8), que é descrito tanto pela rotação do eixo de esterçamento (6) quanto peto conjunto composto peto membro intermediário (19) e estrutura frontal (21 > em torno do eixo pivotante (18), induzida pelo acionamento manual da alavanca de caster (35). [58] A Figura 21 apresenta um detalhe em perspectiva de uma versão do sistema de direção proposto, onde um atuador linear (36)(37), fixado de maneira pivotante à estrutura principal (17), por meio das orelhas do atuador de caster (38) promove o controle do membro intermediário adaptado para atuador de caster (39) de maneira similar ao controle realizado pelo condutor na versão da Figura 19, [59] A Figura 22 ilustra o sistema apresentado na Figura 21 em uma vista lateral, onde todos os elementos, menos a estrutura frontal {21». sofreram um corte nos seus pianos laterais para facilitar a visualização da variação do ângulo de caster (8), que é descrito tanto pela rotação do eixo de esterçamento (6) quanto peto conjunto composto pelo membro intermediário adaptado (39) e estrutura frontal (21 > em torno do eixo pivotante (18) induzida pela movimentação da haste do atuador de caster (37) em relação ao corpo do atuador de caster (36). [60] A Figura 23 demonstra uma perspectiva de um veiculo utilizando o sistema de c eção proposto com ortse1 nulo. mecanismo de restauração da direção do tipo noa controle ae caster manual e uma manopla rigida (57) fixa ca na estrutura principa ''22· para aux 1 o 3 condução [61] A Figura 24 apresenta uma perspectiva de um veiculo utilizando o sistema de direção proposto com z^seí presente mecanismo de restauração da direção do tipo mota. controle de caster por atuador linear e um sistema de controle manual do ângulo de esterçamento (ou simplesmente sistema de overríde) Nesta figura podem ser vstos o gutdáo de override (58) montado no suporte psvotante do guidão (59) e uma cadeia de transmissão de movimento entre o guidão (58> e a estrutura frontal (21) composta por uma barra de acionamento do override (61) conectada em cada uma de suas duas extremidades por juntas rotulares (60) no ponto de conexão da barra de acionamento na estrutura frontal (62) e no ponto de conexão da barra de acionamento no guidão (63). (62] A Figura 25 mostra uma vista superior de um veículo utilizando o sistema de direção proposto e o sistema de override com seus elementos ((58), (59), (60), (61), (62) e (63)) descritos na Figura 24 numa posição de condução neutra, ou seja. sem esterçamento. (63] A Figura 26 ilustra uma vista superior perpendicular à estrutura principal (17) do veículo da Figura 25, onde pode ser observada a atuação da estrutura frontal (21) pelo acionamento realizado no guidão de override (58). É fácil entender na imagem a maneira como os elementos articulados do sistema de override ((60), (61), (62) e (63)) transmitem esse movimento do guidão (58) até a estrutura frontal (21). (64] A Figura 27 apresenta uma perspectiva de um veículo utilizando o sistema de direção proposto com offset presente, mecanismo de restauração da direção do tipo mola, controle de caster manual e um sistema de auxílio a manobra em caixas velocidades. Nessa figura, podem ser vistos o suporte do sistema de manobra em baixas velocidades (64). que é rigidamente fixado à estrutura pnncipal do veicule o braço do sistema de manobra f651 fixado rotativamente oeio eixo pivoiante desse braço (66) no suporte (64¾ e a alavanca do sistema de manobra (67) fixada solidariamente ao braço do sistema de manobra (66). Na ponta desse braço (66), pode ser visto o conjunto de esterçamento livre, que e composto pela base da roda de manobra (68) que é fixa, a manga pivotante da roda de manobra (69) rotafívamente fixada á base (68) por meio de um rolamento axiai típico, a roda de manobra (70) apoiada por meio do eixo da roda de manobra (71) à manga pivotante (69). {65] A Figura 28 mostra em detalhe o sistema de manobra em baixas velocidades numa vista lateral em que este se encontra na posição retraída, ou seja, a roda de esterçamento livre não se encontra em contato com o chão. [66] A Figura 29 retrata uma situação na qual o condutor do veículo (74) aciona a alavanca do sistema de manobra (67) rotacionando esta num ângulo (73) tal que o conjunto de esterça mento livre ((68), (69), (70) e (71)) tenha seu eixo de rotação da manga em relação à base (72) aproximadamente perpendicular ao chão. Dessa forma, levanta-se a traseira do veículo para o esterçamento ser realizado peia roda de manobra. [67] A Figura 30 apresenta uma perspectiva de um veículo utilizando o sistema de direção proposto com offset nulo, mecanismo dianteiro de restauração da direção do tipo mola, controle de caster manual e cinco rodas. Nesta variante construtiva de um veiculo usando o sistema de direção proposto, pode ser vista a estrutura principal para veículo de cinco rodas (40) que dispõe de suportes para montagem de braços laterais (41) por meio de eixos pivotantes destes braços (42), sendo que esses braços têm seus movimentos resistidos por meio de molas de direção traseira (43), que conectadas por meio de eixos pivotantes (44) à estrutura principal (40), também oferecem restituição de inclinação lateral do veículo, que por ser acoplado também se traduz em restituição de esterçamento. O meio de contato desses braços laterais com o chão são as rodas de apoio lateral (45). [68] A Figura 31 apresenta uma perspectiva de um veículo utilizando o sistema de direção proposto com offset nulo. mecanismo dianteiro de restauração da direção do tipo mola, controle de caster manual e quatro rodas. Nesta variante construtiva de um veiculo usando o sistema de direção proposto, pode ser vista a estrutura principal para veiculo de quatro rodas (47) que se conecta a uma estrutura traseira para veículo de quatro rodas <48) por meio de um eixo pivotante desta (49), sendo que essa estrutura traseira tem seu movimento resistido por meio de um conjunto mola-amortecedor de direção traseiro (50), que fixado a estrutura principal (47) por meio do suporte da mola de direção traseira (51), oferece restituição de inclinação lateral do veículo ao fazer com que o rolete seguidor da extremidade livre da mola de direção traseira (52) seja orientado pela guia do rolete da mola de direção (53) a comprimir a mola. A guia (53) é rigidamente fixada â estrutura traseira (48) pelo braço de conexão (54) e as rodas traseiras (55) são rotativamente fixadas ã estrutura traseira (48) por eixos de apoio (56). [69] A Figura 32 ilustra uma vista traseira de um veículo como o descrito pela Figura 7, com mecanismo dianteiro de restauração da direção do tipo mola, controle de caster manual e apenas três rodas. Essa figura serve apenas para ilustrar a conexão entre o esterçamento da estrutura frontal (24) com a inclinação lateral da estrutura principal (22) e para servir de referência para comparação com as Figuras 33 e 34 a seguir. [70] A Figura 33 ilustra uma vista traseira de um veículo como o descrito pela Figura 30, onde pode ser observado como a estrutura frontal (24) esterça para a direita e a estrutura principal (40) inclina lateralmente assim como ocorre no veículo da Figura 32, mas, adicionalmente, um dos braços laterais (41), mais especrficamente o do lado interno a curva, se movimenta para cima mantendo contato com o chão por meio da roda de apoio lateral (45), comprimindo assim a mola de direção traseira (43) para que depois esta auxilie a restituição do veículo à posição neutra. [71] A Figura 34 ilustra uma vista traseira de um veículo como o descrito pela Figura 31, onde pode ser observado como a estrutura frontal (24) esterça para a direita e a estrutura principal (47) inclina lateraimente, assim como ocorre no veículo da Figura 32, mas, adicionalmente, a estrutura traseira (48) rotaciona em relação à estrutura principal (4?> e faz com que a guia do rolete (531 também se movimente em relação ao rolete (52) guiando este à comprimir o conjunto mola-amortecedor ce direção traseiro (50) para que depois este auxilie a restituição do veículo à posição neutra. [72] As Figuras 35 e 36 demonstram vistas superiores perpendiculares ao chão do veículo descrito pela F.gura 32, onde nas duas figuras são ind cados o raio da curva (76) sendo festa, a direção das rodas projetadas no plano do chão (77) que convergem todas para o mesmo centro de gíração (75) e descrevem assim uma trajetória de percurso co veículo na curva (78) Na Figura 35 um maior ângulo de caster em comparação com o da Figura 36 pode ser observado devido a posição avançada da alavanca de caster. Por isso, para um mesmo raio de curvatura nas duas situações ilustradas, na Figura 35 o veículo apresenta uma maior inclinação lateral do que o retratado na Figura 36, o que nos sugere que esta configuração estaria mais adequada a uma velocidade longitudinal superior que inevitavelmente acarreta por sua vez uma aceleração lateral a ser contraposta também superior. [73] A Figura 37 apresenta um diagrama desenvolvido pelo autor para compreensão e visualização das possíveis interações entre as principais reivindicações, que elucida, por meio de regiões, os limites das reivindicações e suas possíveis combinações. Dessa forma podemos, por exemplo, situar no diagrama um veículo de três rodas, com offset nulo, mola de direção e alavanca de caster pela região de forma triangular no segundo quadrante que é a interseção de todas as hachuras correspondentes às características supracitadas. As legendas das hachuras de cada característica associada a sua respectiva reivindicação pode ser vista pela legenda no rodapé do diagrama, [74] A Figura 38, escolhida para representar a invenção na capa da patente, ilustra um veículo com o sistema de direção proposto sendo dirigido por um condutor de forma a realizar uma conversão à direita {referencial do condutor).(12) Offset ED (13) Front ground contact device (14) Rear ground contact device {15} Front ground contact device axis (16) Rear ground contact device axis ( 17) Mainframe (18) Pivoting axle between mainframe and intermediate member (19) Intermediate member (20) Pivoting axle between intermediate member and front frame (21) Front frame (22) Null offset vehicle main frame (23) Member null offset vehicle intermediate (24) Null offset vehicle front frame (25) Offset vehicle torsional spring (26) Front frame torsion spring retaining bracket (27) Offset vehicle steering actuator ( 28) Steering Actuator Drive Shaft (29) Spring Actuating Lever or Steering Actuator (30) Steering Fine Adjustment Base (31) Connection Point Between Steering Lever and Fine Adjustment Base (32) Steering lever attachment point fixing screws (33) Torsional steering spring for null offset vehicle (34) Spring actuating lever or steering actuator for null offset vehicle (35) Steering lever manual caster (36) Caster actuator body (37) Caster actuator stem (38) Caster actuator ears (39) Caster actuator adapted intermediate member (40) Main frame for five-wheel drive (41) Arms five-wheel drive vehicle side (42) Side arm pivot axle (43) Five-wheel drive rear axle (44) Rear-wheel drive pivot axle (45) Five-wheel vehicle side support wheel (46 ) Side wheel support axle (47) Four-wheel drive main frame (48) Four-wheel drive rear frame (49) Rear frame pivot axle (50) Four-wheel drive rear steering damper assembly wheels (51) Rear steer spring bracket (52) Rear steer free end follower ratchet (53) Steering spring guide (54) Rear frame guide arm (55) Rear wheel for four-wheeled vehicles (56) Rear wheel support axle (57) Rigid handle (58) Override handlebar (59) Pivot handlebar support (60) Swivel joint (61) Override actuation bar (62) Point of front bar drawbar connection (63) Handlebar drawbar connection point (64) Low-speed switchgear bracket (65) Maneuvering arm (66) Pivoting shaft of the maneuvering arm (67) Maneuvering lever (68) Maneuvering wheel base (69) Maneuvering wheel pivoting sleeve (70) Maneuvering wheel (71) Maneuvering wheel shaft (72) Sleeve rotation axis relative to base (73) Maneuvering system drive angle (74) Vehicle driver (75) Center of rotation (76) Radius of turn (77) Direction of wheels projected on the ground plane (78) Trajectory of the vehicle in a turn [38] Figure 1 shows a vehicle using the proposed steering system with the main geometric entities and Vehicle reference number: Yaw axle: 11 Tailing axle (2). rolling axle (3) and lateral plane of the vehicle (4) laterally inclined integrally with the main structure of the vehicle. This also shows the three main articulating axles of the vehicle: caster axle (5), steering axle (6 ) and dynamic axis (7). In addition, the front (13) and rear (14) ground contact devices and their respective pivoting support axes (15) and (16) are illustrated in this figure. [39J Figure 2 presents the same perspective as Figure 1, but emphasizing the main reference angles of the system: caster angle (8), steering angle (9), and lateral inclination angle (10). Also shown in this figure are the indications of the three main structural bodies and their pivoting pivot axles: main frame for null offset vehicle (22), intermediate member for null offset vehicle (23), front frame for null offset vehicle ( 24), pivot axis between main frame and intermediate member (18) and pivot axis between intermediate member and front frame (20). [40] Figure 3 illustrates a vehicle using the objective steering system of this report, in perspective, where the constructive arrangement where the vehicle pivot axes (5), (6) and (7) are not coincident can be seen. each other. It can be seen more clearly how to sequentially connect the main structure of the vehicle (17) by means of the pivoting axis between the main structure and intermediate member (18) to the intermediate member (19), and the latter by means of the pivoting axis between the intermediate member and the front frame (20) to the front frame (21). [41] Figure 4 shows the same vehicle shown in Figure 3 in a side view. In this figure, the pivot axles of the vehicle (5), (6) and (7) are indicated and it can be clearly seen that they do not intersect at any time. {42] Figure 5 shows a schematic section of the region of interest of the proposed steering system where again the coincidence of the vehicle's axes can be seen; 5>; 6> and> where the designations of distances can be clearly seen. between these axes: the first distance between the caster axis and the dynamic axis, called offset CD (11), and the second distance between the steering axis and the dynamic axis, called offset ED (12). [43] Figure 6 illustrates the front view of the vehicle depicted in Figure 3 with the reference cutoff line shown in Figure 5. [44] Figure 7 shows a vehicle using the objective steering system of this report, in perspective, wherein the constructive arrangement can be seen where the pivot axles of the vehicle (5), (6) and (7) are all coincident with each other. In this view, it can be seen more clearly how to sequentially connect the null offset vehicle mainframe (22) via the pivot axis between the mainframe and intermediate member (18) to the null offset vehicle intermediate member (23) and the latter by means of the pivoting axis between the intermediate member and the front frame (20) to the zero offset vehicle front frame (24). [45] Figure 8 shows the same vehicle shown in Figure 7 in a side view. In this figure, the articulation axes of the vehicle (5), (6) and (7) are indicated and it can be clearly observed how they intersect at a common point. [46] Figure 9 shows a schematic section of the region of interest of the proposed steering system, where it can be seen the coincidence between the vehicle articulation axes (5), (6) and (7), making it easier to observe how the zero offset vehicle front frame (24) must be non-dimensionally arranged to allow such axes to intersect. That is, it must be at least two-dimensional in shape to assume that the dynamic axis (7), which may be an imaginary axis, does not affect the operation of the pivoting axes (18) and (20). [47] Figure 10 illustrates the front view of the vehicle depicted in Figure 7 with the reference cut-off indication of Figure 9. [48] Figure 11 depicts the top view of the vehicle shown in Figure 3 in a steering condition and neutral lateral inclination. [49] Figure 12 depicts the top view of the vehicle shown in Figure 7 in a neutral steering and side slope condition. [50] Figure 13 illustrates a top view, perpendicular to the ground plane, of the vehicle shown in Figure 3 in a right-hand conversion condition. It can be seen how the presence of the CD (11) and ED (12) offsets, shown in Figure 5, affect the dynamic behavior of the vehicle, since in this situation the curved inner wheel of the straightened front frame (21), it comes closer to the main structure of the vehicle (17) and the wheel outside the curve projects further out of the vehicle. [51] Figure 14 illustrates a top view, perpendicular to the ground plane, of the vehicle shown in Figure 7 in a right-hand conversion condition. In this alternative construction of the steering system, as the vehicle pivot axes (5), (6) and (7) are coincident, the approach and departure in relation to the main structure for zero offset vehicles (22) of the wheels internal and external to the curve respectively, which are mounted on the front frame for zero offset vehicles (24), are the smallest possible for the steering system advocated here. [52] Figure 15 demonstrates a perspective detail of a three-dimensional section of the proposed steering system restorative mechanism, which seeks to explain the steering angle (9) between the front frame (21) and the intermediate member (19) under conversion condition (with steering and lateral inclination of the vehicle), and illustrate how a torsional steering spring for offset vehicles (25 *) is twisted around the steering axis (6) promoted by fixing one end of it to the front frame (21) by means of the torsion motorcycle mounting bracket on the front frame (26) and rotation of the steering spring actuation lever (29) fixed to the short end of the steering spring (25κ The steering lever and actuation (29 » one end is attached to the end of the steering spring (25) and the other with a slightly oblong hole pivotably fixed to the connection point between the steering lever and the adjusting base Steering wheel (31) This connection point (31), which can be slid through a slot in a steering wheel (30), has its relative position defined by the differential tightening of the attachment point fixing screws. of the steering lever (32), The fine steering adjustment base (30), in turn, is rigidly fixed to the intermediate member (19). [53] Figure 16 shows a schematic side section of the restorative mechanism and its elements p25) (26), i2Si, (30) and (31)) described in Figure 15. [54] Figure 17 shows a perspective detail of a three-dimensional section of an electromechanical actuator-type steering restorative mechanism explaining the angle of erection (9) between the front structure '' 21> and the intermediate member (19) under conversion condition <with thrust and inclination illustrate how the steering off-vehicle steering actuator (27) supplies York to the steering actuator drive shaft (26) which rotates about the steering shaft (6). Being, for example, the actuator housing (27) rigidly fixed to the front frame (21), the rotation of the steering mold actuation lever (29), integral with the drive shaft (28), is induced by the stretching and tilting lateral and is resisted by the action of the torque provided by the actuator (27) on the drive shaft (28). Due-actuation lever (29) has one end fixed to the drive shaft end (i28) and one with a slightly oblong hole Pivot-fixed to the connection point between the steering lever and the fmo steering adjusting base <31 u This connection point (31), which can be slidable through a prismatic groove on a steering adjusting base (30), has its relative position defined by the clamping difference! Screws ae Steering lever connection point exhaustion 1321 The steering fine adjustment base <30), in turn. is rigidly attached to the intermediate member (19), [55] Figure 18 shows a schematic side section of the restorative mechanism and its elements <-27,> 28) (29) (30) and (31)) described in Figure 17, [56] Figure 19 presents a perspective detail of the proposed steering system with its previously described elements ((17), (18), (19). (20) and (21) 1 where a caster control lever > 35) is highlighted. [57] Figure 20 illustrates the system shown in Figure 19 in a side view where the main frame (17) has been cut in its lateral plane to facilitate visualization of caster angle variation (8), which is described by both rotation of the steering shaft (6) as well as the composite assembly by the intermediate member (19) and front frame (21> about the pivoting axis (18), induced by manual actuation of the caster lever (35). [58] A Figure 21 presents a perspective detail of a version of the proposed steering system where a linear actuator (36) (37) pivotally fixed to the main frame (17) by means of the caster actuator ears (38) promotes the control of the caster actuator adapted intermediate member (39) similar to the driver control in the version of Figure 19, [59] Figure 22 illustrates the system shown in Figure 21 in a side view, where all but the elements the front structure al {21 ') have been sectioned on their side pianos to make it easier to see the variation of the caster angle (8), which is described by both the rotation of the steering shaft (6) and the joint formed by the adapted intermediate member (39). and front frame (21> around the pivoting shaft (18) induced by caster actuator rod movement (37) relative to the caster actuator body (36). [60] Figure 23 demonstrates a perspective view of a vehicle using the proposed null ortse1 cection system. manual caster control steering restoration mechanism and a rigid handle (57) fixed to the mainframe '' 22 · for driving assistance [61] Figure 24 shows a perspective view of a vehicle using the steering system. proposed direction with present motor restoration mechanism of the motorcycle type. linear actuator caster control and a manual steering angle control system (or simply override system) In this figure you can see the override gutter (58) mounted on the handlebar pivot bracket (59) and a power transmission chain. movement between the handlebars (58>) and the front frame (21) consisting of an override drive bar (61) connected at each end by rotary joints (60) at the connection point of the drive bar on the front frame (62) and at the connection point of the drawbar on the handlebars (63). (62] Figure 25 shows a top view of a vehicle using the proposed steering system and the override system with its elements ((58), (59), (60), (61), (62) and (63)) depicted in Figure 24 in a neutral driving position, ie without steering. (63) Figure 26 illustrates a top view perpendicular to the main structure. (17) of the vehicle of Figure 25, where the actuation of the front frame (21) by the actuation performed on the override handlebars (58). It is easy to understand in the picture how the articulated elements of the override system (60), (61), (62) and (63) transmit this movement of the handlebars (58) to the front frame (21). (64] Figure 27 shows a perspective view of a vehicle using the proposed offset present steering system, spring-type steering restoration mechanism, manual caster control, and a gearbox assist system. The low-speed steering system support 64 is rigidly fixed to the main vehicle structure the f651 steering system arm rotatably attached to the pivoting axle of that arm 66 in the support 64¾ and the system lever (67) attached integrally to the arm of the control system (66) At the tip of that arm (66) can be seen the free steering assembly, which is composed of the base of the control wheel (68) which is fixed, the pivoting sleeve of the maneuvering wheel (69) rotatably fixed to the base (68) by means of a typical thrust bearing, the maneuvering wheel (70) supported by the axis of the maneuvering wheel (71) to the pivoting sleeve (69) . {65] Figure 28 shows in detail the low-speed maneuvering system in a side view where it is in the retracted position, ie the free steering wheel is not in contact with the ground. [66] Figure 29 depicts a situation in which the driver of the vehicle (74) actuates the lever of the shunt system (67) by rotating it at an angle (73) such that the free-thrust assembly (68), (69) ), (70) and (71)) have their axis of rotation of the sleeve relative to the base (72) approximately perpendicular to the floor. In this way, the rear of the vehicle is raised for steering to be performed by the maneuvering wheel. [67] Figure 30 shows a perspective view of a vehicle using the proposed zero offset steering system, front spring-type steering restoration mechanism, manual caster control and five wheels. In this constructional variant of a vehicle using the proposed steering system, the main five-wheeled vehicle frame (40) having side arm mounting brackets (41) can be seen by means of pivot axles of these arms (42), Since these arms have their movements resisted by means of rear steering springs (43), which are connected by pivoting axles (44) to the main frame (40), they also offer restoration of lateral inclination of the vehicle, which can also be coupled. translates into a restitution of shipment. The means of contact of these side arms with the floor is the side support wheels (45). [68] Figure 31 shows a perspective view of a vehicle using the proposed zero offset steering system. front spring-style steering restoration mechanism, four-wheel manual caster control. In this embodiment of a vehicle using the proposed steering system, the main four-wheeled vehicle frame (47) can be seen that connects to a four-wheeled vehicle rear frame <48) by means of a pivoting axle thereof ((4)). 49), since this rear frame is resisted by means of a rear-direction spring-damper assembly (50), which is secured to the main frame (47) by the rear-direction spring support (51), offers restitution side tilt of the vehicle by causing the free-end follower roller of the rear steer spring (52) to be guided by the steering spring roller guide (53) to compress the spring. The guide (53) is rigidly fixed to the rear frame (48) by the connecting arm (54) and the rear wheels (55) are rotatably attached to the rear frame (48) by support axles (56). [69] Figure 32 illustrates a rear view of a vehicle as described in Figure 7, with front spring-type steering restoration mechanism, manual caster control and only three wheels. This figure is only to illustrate the connection between the front frame steering (24) and the lateral inclination of the main frame (22) and to serve as a reference for comparison with Figures 33 and 34 below. [70] Figure 33 illustrates a rear view of a vehicle as described in Figure 30, where it can be seen as the front frame (24) shifts to the right and the main frame (40) tilts laterally as occurs in 32, but in addition, one of the side arms (41), more specifically the inner side of the curve, moves upwards maintaining contact with the ground by the side support wheel (45), thereby compressing the steering spring rear (43) so that it can then assist the vehicle in the neutral position. [71] Figure 34 illustrates a rear view of a vehicle as described in Figure 31, where it can be seen as the front frame (24) turns to the right and the main frame (47) tilts laterally, as occurs on the vehicle. 32, but in addition, the rear frame (48) rotates relative to the main frame (4 '>) and causes the roller guide (531) to also move relative to the roller (52) guiding it to compress the assembly. shock absorber and rear steering (50) to assist in restoring the vehicle to the neutral position. [72] Figures 35 and 36 show top views perpendicular to the floor of the vehicle described by Figure 32, where in the two figures are indicated the radius of the curve (76) being broken, the direction of the projected wheels on the ground plane (77) which all converge to the same center of rotation (75) and thus describe a course of travel with the vehicle in the curve (78) In Figure 35 a larger caster angle compared to that of Figure 36 can be observed due to the advanced position of the caster lever. Therefore, for the same radius of curvature in the two situations illustrated, in Figure 35 the vehicle has a higher lateral inclination than shown in Figure 36, suggesting that this configuration would be better suited to a higher longitudinal speed that inevitably entails in turn a lateral acceleration to be counterposed also higher. [73] Figure 37 presents a diagram developed by the author for understanding and visualizing possible interactions between the main claims, which elucidates, by regions, the boundaries of the claims and their possible combinations. Thus we can, for example, place in the diagram a three-wheeled vehicle with zero offset, steering spring and caster lever by the triangular region in the second quadrant which is the intersection of all hatches corresponding to the above characteristics. The hatch legends of each feature associated with its respective claim can be seen by the legend in the footer of the diagram. [74] Figure 38, chosen to represent the invention on the patent cover, illustrates a vehicle with the proposed steering system being driven. by a conductor in order to make a right turn (conductor reference).
Descrição detalhada da invenção [751 O problema técnico que a presente invenção busca resolver é possibilitar a criação de veiemos que possam suprir o gap funcionai existente entre as bictcletas/motos e veículos automotores de quatro rodas. Normalmente, uma das principais limitações ao suprimento desse gap. é a inexistência de um sistema de direção simples, barato e robusto que alie vantagens dos dois tipos de veículos sem. simultaneamente, herdar muitas desvantagens destes. {76] A criação da invenção que motiva esse relatório descritivo foi feita sem uma consulta muito vasta sobre o que já existia de registros sobre esse tipo de veículo. Por tsso. por um acaso, essa se assemelha muito em forma com diversas patentes descritas acima (em especial com as de inclinação acoplada ao esterçamenío) e, provavelmente, passou por etapas muito semelhantes em seu desenvolvimento. [77] A invenção defendida neste pedido de patente também apresenta duas estruturas principais muito semelhantes as da primeira patente referenciada no estado da arte, uma principal traseira que comporta o piloto e as rodas traseiras, e uma dianteira que suporta as rodas dianteiras. No entanto, logo no início de seu desenvolvimento, o estudo cínemático do veículo, isto é. levando-se em consideração única e puramente a relação imposta pelo pivô único entre as duas estruturas, revelou que a relação entre o ângulo de inclinação lateral do veiculo e o ângulo de esterçamento do eixo de suas rodas dianteiras era ditada pelo ângulo de inclinação do pivo que unia essas estruturas Por isso, esse sistema é dito acoplado, [78] Sabendo também, através de conhecimentos sobre dinâmica veicular que a aceleração lateral < centopeia) gerada pela realização de uma curva por urr. veículo e proporcional a sua velocidade e ao ia-o de curvatura da curva pretendido, e retido que o veiculo fendo o centro de massa localizado a urna determinada altura do chão lera em sua bitola <distância entre as rodas dianteiras) o parâmetro que definirá a velocidade máxima permissível para realizar uma dada curva sem que o veículo capote. |79] A partir dai, a noção de se inclinar lateralmente o veiculo para reduzir a altura relativa do centro de massa e, assim, aumentar a margem de velocidade permsssível e a subsequente segurança do veiculo, é valida [80] Mas, partindo do pressuposto que um veiculo tem um ângulo de inclinação do pivô entre as duas estruturas fixo, esse também tera uma relação entre os ângulos de inclinação lateral e esterca mento fixa, o que apesar de ser uma melhoria em relação a um veiculo que nem inclina o centro de massa, essa melhoria só se configura, novamente, numa faixa específica de velocidades. [81] Mesclando a abordagem dinâmica do veiculo com a abordagem cínemática do sistema básico de um pivô, pode-se concluir que quanto mais próximo da vertical o eixo do pivô estiver, um dado ângulo de esterçamento produzira um ângulo de inclinação lateral muito pequeno e. estendendo essa definição, chega-se ao limite do ângulo de 90 graus com a horizontal, onde um ângulo de inclinação infinitesimal traria o ângulo de esterçamento para os seus 90 graus quase que instantaneamente. Essa situação, obviamente, é impossível fisicamente e só faz sentido matematicamente [82] Agora, em direção contrária, quanto mais próximo da horizontal o eixo do pivô estiver, um dado ângulo de esterçamento produzira um ângulo de inclinação massivo e, estendendo essa definição, chega-se ao limite do ângulo de zero grau com a horizontal, onde o eixo de rotação do ângulo de esterçamento coincide com o etxo do ptvc onde ocorre a rotação lateral do corpo. Dessa forma, é impossível que haja esterçamento, pois a rotação do membro dianteiro não produziría num piano paralelo ao chao um ângulo entre as projeçoes ao eixo perpendicular as rodas dianteiras e c eixo perpendicular a roda traceja e estando esses dois e-xos -eforçanac pmjetados num piano paratelo ao chão, etemamente pam-elos c veiculo sempre andaria somente em linha reta [83] Também, fruto dessa abordagem dinâmica e de uma abordagem qualitativa (verificada com testes em protótipo}, fica ciara a necessidade de um mecanismo que aja trazendo o veiculo para a posição de esterçamento neutra, por uma questão de conforto e segurança do piloto. Em automóveis e motocicletas- seus mecanismos e geomeínas de funcionamento da direção são desenvolvidos de forma que o propno movimento do veiculo promova o retorno da direção para a pcsição de esterçamento neutra. [84] infelizmente, devido â própria geometria que possibilita o acoplamento entre o esterçamento e a inclinação lateral da presente invenção, esta necessita de um dispositivo externo que restaure a direção a neutralidade. É interessante ressaltar que, nesse caso, como o esterçamento e a inclinação lateral são acoplados, o dispositivo restaurador deve também ser capaz de restaurar em grande parte a posição do centro de massa para posição centrai (com maior energia potencial gravítacional). A proporção de restauração conferida por este dispositivo deve ser tal que possibilite o condutor esterçar até o grau máximo sem muito esforço e. ao mesmo tempo possibilite o condutor voltar à posição do centro de massa a posição neutra (e mats alta), sem que seja necessário um grande esforço também. Por isso, o dimensíonamento desse dispositivo é de suma importância para o uso perfeito do veícuio e está diretamente relacionado ao momento de inércia do conjunto estrutura principal (traseira) + piloto. Seu ajuste deve levar em consideração as possíveis variações de peso dos potenciais condutores [85} A partir desse ponto, o autor da presente invenção percebeu que seria necessário haver um terceiro elemento que ligasse a estrutura principal traseira à estrutura dianteira e este deve na ser p<votaao a estrutura principal de forma a possibilitar que o ângulo do eixo do pivô com a estrutura frontal pudesse ser variado continuamente em função da velocidade do veículo. Testes feitos com um protótipo, onde o ângulo do pivô fora previamente travado, confirmaram a teoria estudada e mostraram que o veículo a partir de uma dada velocidade, ficava muito arisco e propenso a entrar rum comportamento oscilante e errático aitamente instável e potenciaimente perigoso Uma vez liberada a trava da variação do ângulo referido, o condutor pode neutralizar sem nenhuma dificuldade o desempenho negativo do teste anterior. [86| O autor percebeu também que seria necessário que o dispositivo restaurador da direção ficasse ftxado ou na estrutura frontal ou nesse novo elemento estrutura! intermediário. [87] É nesse ponto, a introdução desse elemento intermediário de variação contínua do ângulo do pivô da estrutura dianteira, que se sustenta a principal atividade inventiva da presente patente. Outros aspectos também inovadores da presente invenção serão devidamente detalhados a seguir. [88] A invenção em questão pode ser descrita como um sistema de direção com movimento de esterçamento (9) acoplado ao movimento de inclinação do centro de massa de um veículo {10) ou aparato que dispõe de, no mínimo, duas articulações rotativas ((18) e (20)) que, possuindo 1 grau de liberdade rotaciona! cada e tendo seus eixos ((5) e (6)) perpendiculares entre si, conectam sequencíatmente: a estrutura principal (17) a um membro intermediário (19) e este a uma estrutura frontal (21) que se deseja esterçar (9), de forma que a correta operação dos ângulos de rotação desses elementos de forma contínua ou discreta permite que o veículo ou aparato faça uma dada curva (78) com a inclinação (10) adequada em função da velocidade e retome à trajetória reta de forma suave. [89] O sistema em questão compreende: a) Uma estrutura principal (17) na qual se apoia a maior parte do peso total e são montados os dispositivos de contato com o solo (rodas, esquis, lâminas ou lagartas) da parte traseira (14) do veículo ou aparato; b) Um memfcrc intermediário (19) conectado rotativamente (18) à estrutura principal (17) cujo eixo de rotação entre os dois, denominado eixo de caster (5), é perpendicular ao piano lateral (4) da estrutura principal (17) descrita em (a); c) Urra estrutura frontal (21), que conectada rotativamente (20) ao membro intermediário (19 dossu cm euo de rotação entre os dois denominado eixo de esterçamento «6* contido no piano lateral .4» da estrutura principal (17) descrita em (a) cuja orientação é perpendicular ao eixo de caster, (5) mencionado no item anterior (b«, sendo que esta estrutura frontal (21) suporta a montagem de pelo menos dois dispositivos dianteiros de contato com o solo (13)(rodas, esquis, lâminas ou lagartas) respeitando o posicionamento dos dispositivos no eixo dinâmico t,7 >, d) Um eixo dinâmico (7), perpendicular ao eixo de esterçamento (5), contido num plano paralelo ao plano do cháo, ou seja, paralelo também ao plano descrito entre os eixos de rolagem (3) e arfagem (2), que se encontra a uma dada distância desse piano do chão e que consiste numa linha reta imaginária que localiza espacialmente os pontos de apoio (15) dos dispositivos de contato com solo (13), descritos no item (c), independentemente do formato dessa estrutura frontal (21) do item (c). [90] Esse sistema de direção pode ser construído de maneira que: o eixo de caster (5), o eixo de esterçamento (6) e o eixo dinâmico (?) sejam coincidentes entre si e estabeleçam um ponto comum no qual os três eixos mencionados se cruzam. [91} Uma outra alternativa de construção do sistema de direção proposto é aquela na qual: o eixo de caster (5), o eixo de esterçamento (6) e o eixo dinâmico (7) nâo são coincidentes entre si e, portanto, possuem distâncias de interesse entre si, denominadas offsets. sendo o offset CO (11} ou caster-dínâmico, a distância entre o eixo de caster *5) e o eixo dinâmico (71 medida na posição neutra de esterçamento (9), e o offset ED (12) ou esterçamento-dinâmico, a distância entre o eixo de esterçamento (8) e o eixo dinâmico (7), medida também na posição neutra de esterçamento (9), [92] Vale lembrar que, é perfeitamente possível utilizar métodos já conhecidos no estado da arte para ajustar manualmente esses offsets ((11) e (12)1 por manoplas de fixação e aperto, de acordo com a preferência do condutor. Ou também, é possível ajustar automaticamente ou tndiretamente esses offsets «11' e (12)) por controles de acordo com uma função pré-estabelecida ou segundo a preferência do condutor sendo que esse ajuste pode se aar através de um dispositivo eíetromeearocc hidráulico ou pneumático do tipo atuador que, recebendo sinais de entrada, aplica uma força na direção do offset até que se obtenha o ajuste de posicionamento pretendido, [93] Num veiculo utilizando esse sistema de direção pode-se ter associado um mecanismo centralizador (ou neutralizador) do esterçamento que contenha: a) um dispositivo elástico (25) conhecido no estado da arte, do tipo mola, que atue armazenando energia potencial a proporção em que a estrutura frontal (21) rotaciona em relação ao membro intermediário (19), tomando mais fácil o retorno do sistema à posição neutra, tanto em termos de esterçamento (9) como em termos de inclinação lateral 10); b) um mecanismo de fixação (26) e ajuste de parâmetros dimensionais do dispositivo elástico (25), mencionado no item (a), no qual pelo menos uma de suas restrições geométricas apresente um grau de liberdade translacional cada, para adequar a rigidez do dispositivo elástico (25) a uma possível variação de momento de inércia do conjunto, como, por exemplo: a troca de um condutor por outro com peso corporal diferente ou um possível acréscimo de peso devido a objetos sendo carregados no veículo; c) um dispositivo mecânico (30), conhecido no estado da arte, de ajuste fino da posição central da estrutura frontal em relação ao membro intermediário (19), que opere (32) regulando a posição do ponto de ligação (31) entre essas duas estruturas. [94] Esse mecanismo centralizador pode, ainda, dispor de um mecanismo de ajuste de parâmetros dimensionais do dispositivo elástico mencionado no item (a) anteriormente, no quaf pelo menos uma de suas restrições geométricas apresenta um grau de liberdade translacional cada oara adequar a rigidez do dispositivo elástico à variação de momento de inércia do conjunto, imposta pela vanação da posição do membro intermediário (19), ou seja. a variação do ângulo de casíer <8i descrito pek> etxo de esterçamento 5» no piano iaterai «4) do veículo, [95] Um veículo utilizando esse sistema de direção pode, atternativamente ao mecanismo elástico descrito anteriormente, ter associado um mecanismo centralizador (ou neutralizador) do esterçamento que contenha; ai um dispositivo eietromecânico do tipo atuador (27) que. recebendo sinais de sensores de posição, forneça um torque restaurador â estrutura frontal (21) na medida em que o sistema incline (10) e esterce *9> e, por conseguinte, rotacíone a estrutura frontal (21) em relação ao membro intermediário (19), tornando mais fácil o retorno do sistema à posição neutra tanto em termos de esterçamento (9) como em termos de inclinação (10); b) um dispositivo mecânico ou eietromecânico. conhecido no estado da arte» de ajuste fino da posição central da estrutura frontal (21) em relação ao membro intermediário (19>, que opere regulando a posição do ponto de ligação (31) entre essas duas estruturas [96] No que tange o controle do ângulo de caster (8), um veículo usando esse sistema de direção pode ter uma alavanca (35) solidária ao membro intermediário (19) que. controlada pelo condutor permite ajustar o ângulo de caster i8i do sistema de acorde com a faixa de velocidades ideal Outra possibilidade para esse corrtrole é aquela em que este é realizado por um dispositivo eietromecânico, hidráulico ou pneumático do tipo atuador ((36) com (37)) que, recebendo sinais de entrada de um velocímetro, controlador eletrônico ou controle manual, fornece uma força ou um momento ao membro intermediário (39) que ajusta a posição deste em relação â estrutura principal (17) e. assim regula o ângulo ae caster 18> ideal do sistema de acordo com a faixa de veiocidades sendo lida ou segundo a avaliação do condutor [97] Estabelecidas as opções de características básicas de implementação do sistema de direção aqui defendido, um veiculo terrestre cujos dispositivos de contato com solo ((13) e (14)) são rodas, pode assumir 3 formas basicas [98] Em uma dessas formas, o veiculo usando o referido sistema de direção dispõe ce duas rodas dianteiras (13) e uma roda traseira (14) aue inclina solidariamente ã estrutura principal ((17) ou (22)) deste veículo, [99] Nas outras duas formas, o veículo, usando esse sistema de direção, dispõe de duas rodas dianteiras (13) e duas (55) ou três ((14) e (45)) rodas traseiras. Estes podem dispor de um sistema de suspensão que permite a inclinação do veiculo em relação ás rodas ou inclinação do veículo e rodas conjuntamente tendo a suspensão em questão a possibilidade de auxiliar na restauração do esterçamento à posição neutra, realizada pelo mecanismo de centralização frontal ou, até mesmo, substituir a função destes se valendo dos mesmos meios de obtenção do resultado desejado. [100] O sistema de direção foi concebido de maneira que o controle deste pode ser feito de três formas diferentes ou com qualquer combinação dessas. Essas formas são. a inclinação lateral do corpo do condutor, controle manual, e controle petos pés. [101 j Dessa forma, um veículo usando esse sistema de direção pode vir equipado com manoplas (57), rigidamente fixadas a estrutura principal ((17) ou (22)), que permitem ao condutor ter maior controle do ângulo de inclinação (10) do veiculo e da posição e inclinação de seu corpo em relação ac veiculo. Pode, opcionalmente, vir equipado também com suportes para os pés na estrutura frontal (21) que permitem ao condutor controlar diretamente o ângulo de esterçamento (9) do sistema independente do ângulo de inclinação do seu corpo. [102] Um sistema de controle manual do ângulo de esterçamento (9) também foi concebido a fim de fornecer mais uma opção de controle da direção. Este sistema permite que o condutor controle o comportamento direcional do veículo independentemente do ângulo de inclinação do seu corpo, [103] Esse sistema cte controle manual (ou eme-mcfe» compreende: a) uma manopla (ou guidão) (58) fixada rotativamente (59) à estrutura principal (17) que e controlada pelo condutor b) duas juntas rotulares (60) fixadas, urna na manopla (ou guidão)i58) do item <a» a una caca distancia '63) do seu eixo de rotação e outra o a estrutura frontal (21) do sistema de direção base. também a uma certa distância (62) do seu eixo de esterçamento (6) c) uma bana rígida (61 a„>e conecta na manopla -ou gu'-dão)(58) de item (a) a estrutura frontal (21) do sistema através das duas juntas rotulares (60). descritas no item (b). [104] Dessa forma, tendo sido descritas acima as formas de controle principais, quaisquer combinações destas podem ser utilizadas, inclusive com as três formas simultaneamente se assim for desejado E claro que o controle de aceleração e frenagem devem ser levados em consideração quando se for construir um veiculo com esse sistema de direção, e, por isso. a seleção de qua«s meios de controle ou combinação deles sera usado, sera ditado pela aplicação geral do veiculo. Se por exemplo deseja-se ter os pés livres para tracionar o veiculo, não será usado o controle pelos pés. Já em outro exemplo, se é desejado ter as duas mãos livres para realizar qualquer outra atividade secundána durante a condução, os pés podem ser usados para controle de aceleração e frenagem, e a direção ser controlada somente pela inclinação lateral do corpo. Dessa forma, o sistema de direção se mantém versátil para ser usado em diversas aplicações segundo a necessidade [105] Para finalizar a descrição detalhada da invenção, será descrito a seguir um segundo subsistema, cujo propósito é auxiliar a manobra do veículo usando o sistema de direção básico em baixas velocidades. O problema que motiva o uso desse sistema de manobra é que, se o sistema de direção de base tiver uma amplitude de variação do ângulo de caster (8) muito ampla (entre 45 e 90 graus), o sistema de maneira gera! encara diversos problemas de ordem volumétríca entre seus elementos e o uso de um sistema simples de controle manual da direção (overnde) fica extremamente comprometido. [106] Por isso, o sistema de auxilio a manobra resolve esse problema da manobrabilidade em baixas velocidades, pois aumenta substancialmente a versatilidade do sistema de direção ao elevar a parte traseira do veículo em contato com chão, introduzindo um novo ponto de contato baseado numa pequena roda de estercamerdo livre »70} Com a-s- roda(s) base ira rs) erguida!s) o condutor pode controlar manualmente a direção do veiculo em baixa velocidade ou por meio de tração manual diferencia! das rodas dianteiras, tal como uma pessoa com deficiência (cadeirante) faz com sua cadeira de rodas ou por meio ae um controle indireto (exemplo ioyst:ck} nue defina, numa configuração onde cada roda dianteira possui um motor, qual é a quantidade de tração em cada roda para alcançar a trajetória desejada (de maneira semelhante â operação das cadeiras de rodas elétricas para pessoas com deficiência). [107] Esse sistema de auxílio a manobra compreende: a) uma roda livre (70) montada rotativamente (69) num pequeno suporte (68) onde esta roda pode rotacionar livremente em torno de um eixo (72), que em posição de operação, é aproximadamente perpendicular ao chão; b) um suporte (64) do sistema de auxílio â manobra fixado na estrutura principal (17) do sistema de direção base; c) um braço estrutural (65) fixado rotativa mente (66) ao suporte (64) mencionado no item (b), no qual é fixado o pequeno suporte (68) com a roda livre montada ((69), (70) e (71)) do item (a) e uma alavanca (67) para controle da posição da roda livre (73) e levantamento da parte traseira do veículo. [108] Ao fim dessa seção, ficaram definidas todas as características básicas e acessórias que compõem os possíveis arranjos de aplicações principais do sistema de direção desenvolvido, que foi batizado pelo inventor de “Sistema de Direção Fjãllgren” (Fjãilgren Steering System) em homenagem a sua família e seus antepassados lapões. [109] Os versados na arte valorizarão os conhecimentos aqui apresentados e serão capazes de reproduzir a invenção nas modalidades apresentadas e em outras variantes, abrangidas no escopo das reivindicações anexas.DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [751] The technical problem that the present invention seeks to solve is to enable the creation of veins that can fill the functional gap between bicyclets / motorcycles and four-wheeled motor vehicles. Usually one of the main limitations to supply this gap. It is the inexistence of a simple, cheap and robust steering system that combines advantages of both types of vehicles without. simultaneously inherit many disadvantages of these. [76] The creation of the invention that motivates this descriptive report was made without very extensive consultation as to what records already existed on this type of vehicle. By that. As it happens, it is very similar in shape to several patents described above (especially those of sterencene coupling) and has probably gone through very similar stages in its development. [77] The invention advocated in this patent application also has two main structures very similar to those of the first state-of-the-art referenced patent, a main rear bearing the rider and rear wheels, and a front bearing the front wheels. However, early in its development, the kinematic study of the vehicle, that is. Taking into account only the purely single pivot relationship between the two structures, it was revealed that the relationship between the vehicle's lateral tilt angle and the front wheel axle steering angle was dictated by the pivot's inclination angle. that united these structures Therefore, this system is said coupled, [78] Knowing also, through knowledge of vehicular dynamics that the lateral acceleration (centipede) generated by making a curve by urr. proportional to its speed and to the desired curve of curvature, and retained that the vehicle making the center of mass located at a given height of the ground reads in its gauge (distance between the front wheels) the parameter that will define the maximum permissible speed to perform a given turn without the vehicle overturning. From that point on, the notion of laterally tilting the vehicle to reduce the relative height of the center of mass and thus increasing the permissible speed range and subsequent vehicle safety is valid. [80] Assuming that a vehicle has a fixed pivot angle between the two structures, it will also have a relationship between the lateral tilt and fixed angle angles, which is an improvement over a vehicle that does not even tilt the center. of mass, this improvement is again set only within a specific range of speeds. [81] Merging the dynamic approach of the vehicle with the kinematic approach of the basic pivot system, it can be concluded that the closer the pivot axis is to the vertical, a given steering angle will produce a very small lateral tilt angle and . By extending this definition, one reaches the limit of the 90 degree angle with the horizontal, where an infinitesimal inclination angle would bring the steering angle to its 90 degrees almost instantaneously. This situation, of course, is physically impossible and only makes mathematical sense. [82] Now, in the opposite direction, the closer the pivot axis is to the horizontal, a given steering angle will produce a massive tilt angle and, extending that definition, It reaches the limit of the angle of zero degree with the horizontal, where the axis of rotation of the steering angle coincides with the axis of the ptvc where the lateral rotation of the body occurs. Thus, steering is impossible, since rotation of the front limb would not produce on a piano parallel to the ground an angle between the projections to the perpendicular axis of the front wheels and the perpendicular axis of the dashed wheel and these two axes-forces being projected into one. piano paratellel to the ground, always pam-elos and vehicle would always walk only in a straight line [83] Also, the result of this dynamic approach and a qualitative approach (verified with prototype tests}, there is a need for a mechanism that acts by bringing the neutral steering position for the sake of rider comfort and safety In automobiles and motorcycles - their steering mechanisms and geometries of steering are designed so that the movement of the vehicle promotes the return of steering to the position of [84] unfortunately, due to the very geometry that allows the coupling between the steering and the inc In the lateral embodiment of the present invention, it requires an external device that restores the direction to neutrality. It is interesting to note that, in this case, as steering and lateral inclination are coupled, the restorative device must also be able to largely restore the center of mass position to the center position (with higher potential gravitational energy). The restoration ratio given by this device should be such that the driver can steer to the maximum degree without much effort e. At the same time enable the driver to return to the center of mass position to neutral (and high mats) position without requiring much effort as well. Therefore, the dimensioning of this device is of paramount importance for the perfect use of the vehicle and is directly related to the moment of inertia of the main structure (rear) + pilot. Their adjustment should take into account the possible weight variations of the potential conductors. [85] From this point on, the author of the present invention realized that there would be a third element that would connect the rear main frame to the front frame and this should not be possible. • Rotate the mainframe to enable the angle of the pivot axle to the frontframe to be continuously varied depending on vehicle speed. Tests made with a prototype, where the pivot angle had been previously locked, confirmed the theory studied and showed that the vehicle from a given speed was very risky and prone to enter rumble and erratic behavior that was unstable and potentially dangerous. If the variation of said angle is released, the driver can easily counteract the negative performance of the previous test. [86 | The author also realized that the steering restoration device would need to be fixed either in the front frame or in this new frame element! intermediate. [87] It is at this point that the introduction of this continuously varying intermediate element of the front frame pivot angle supports the main inventive activity of the present invention. Other also novel aspects of the present invention will be detailed below. [88] The present invention can be described as a steering movement steering system (9) coupled to the center of mass tilt movement of a vehicle (10) or apparatus having at least two rotary joints (9). (18) and (20)) which, having 1 degree of freedom rotates! each and having their axes (5) and (6) perpendicular to each other, sequentially connect: the main frame (17) to an intermediate member (19) and this to a front frame (21) to be strung (9) , so that the correct operation of the rotation angles of these elements continuously or discreetly allows the vehicle or apparatus to make a given curve (78) with the appropriate inclination (10) as a function of speed and to return to the straight path smoothly. . [89] The system in question comprises: (a) a mainframe (17) on which most of the total weight is supported and ground contact devices (wheels, skis, blades or tracks) mounted at the rear ( 14) the vehicle or apparatus; b) An intermediate member (19) rotatably connected (18) to the main frame (17) whose axis of rotation between them, called the caster axis (5), is perpendicular to the side piano (4) of the main frame (17) described. in (a); (c) a front frame (21) which is rotatably connected (20) to the intermediate member (19 rotational means between the two so-called '6' steering axis contained in the side piano .4 'of the main frame (17) described in (a) whose orientation is perpendicular to the caster shaft, (5) mentioned in the previous item (b ', and this front frame (21) supports the mounting of at least two front ground contact devices (13) (wheels , skis, blades or tracks) with respect to the positioning of the devices on the dynamic axis t, 7>, (d) a dynamic axis (7) perpendicular to the steering axis (5) contained in a plane parallel to the ground plane, ie also parallel to the plane described between the rolling (3) and pitching (2) axes, which is at a given distance from this piano from the ground and which consists of an imaginary straight line that spatially locates the bearing points (15) of the ground contact (13), described in item (c), ind depending on the shape of this front frame (21) of item (c). [90] This steering system can be constructed such that: the caster axis (5), the steering axis (6) and the dynamic axis (?) Coincide with each other and establish a common point at which the three axes mentioned intersect. [91} Another alternative construction of the proposed steering system is that in which: the caster axis (5), the steering axis (6) and the dynamic axis (7) do not coincide with each other and therefore have distances of interest to each other, called offsets. the offset CO (11} or caster-dynamical, the distance between the caster axis * 5) and the dynamic axis (71 measured at the neutral steering position (9), and the offset ED (12) or dynamic steering, the distance between the steering axis (8) and the dynamic axis (7), also measured at the neutral steering position (9), [92] Remember that it is perfectly possible to use methods known in the art to adjust manually these offsets (11) and (12) 1 by clamping and clamping handles according to the driver's preference, or it is also possible to automatically or indirectly adjust these offsets '11' and (12)) by controls according to a pre-established function or according to the driver's preference and this adjustment can be made by means of an actuator-type hydraulic or pneumatic electromechanical device which, receiving input signals, applies a force in the offset direction until the pre positioning [93] In a vehicle using such a steering system, a steering centering (or neutralizing) mechanism may be associated that contains: a) a known spring-type elastic device (25) which acts as a storage device potential energy means the proportion in which the front frame (21) rotates relative to the intermediate member (19), making it easier to return the system to neutral position, both in terms of steering (9) and lateral inclination 10); b) a clamping mechanism (26) and adjustment of dimensional parameters of the elastic device (25) mentioned in item (a), in which at least one of its geometric constraints has a degree of translational freedom each, to suit the stiffness of the elastic device (25) at a possible variation in the moment of inertia of the assembly, such as: changing one driver for another with a different body weight or a possible increase in weight due to objects being loaded on the vehicle; c) a state-of-the-art mechanical device (30) for fine-tuning the central position of the front frame relative to the intermediate member (19), which operates (32) by adjusting the position of the connection point (31) between them two structures. [94] This centralizing mechanism may also have a mechanism for adjusting the dimensional parameters of the elastic device mentioned in (a) above, in which at least one of its geometric constraints has a translational degree of freedom each to suit the stiffness. of the elastic device to the change in moment of inertia of the assembly, imposed by the vanity of the position of the intermediate member (19), ie. variation of the caser angle <8i described by steering axle 5 'in the vehicle's piano piano' 4), [95] A vehicle using this steering system may, in addition to the elastic mechanism described above, have associated a centralizing mechanism ( or neutralizer) of the routing it contains; there is an electromechanical actuator type device (27) which. receiving position sensor signals, provide restorative torque to the front frame (21) as the system tilts (10) and drives * 9> and therefore rotates the front frame (21) relative to the intermediate member ( 19), making it easier to return the system to the neutral position in terms of steering (9) and inclination (10); b) a mechanical or electromechanical device. It is known in the state of the art to fine-tune the central position of the front frame (21) relative to the intermediate member (19>), which operates by adjusting the position of the attachment point (31) between these two structures [96]. caster angle control (8), a vehicle using this steering system may have a lever (35) integral with the intermediate member (19) which, controlled by the driver, allows the caster angle i8i of the chord system to be adjusted to the range of optimal speeds Another possibility for this control is that it is performed by an actuator type (36) to (37) electromechanical, hydraulic or pneumatic device which, receiving input signals from a speedometer, electronic controller or manual control, provides a force or momentum to the intermediate member (39) which adjusts its position relative to the main frame (17) and thereby adjusts the ideal angle and caster 18> of the system according to the vehicle range. being read or according to the driver's assessment [97] Having established the options of basic features of implementation of the steering system advocated here, a ground vehicle whose ground contact devices ((13) and (14)) are wheels may assume 3 Basic Shapes [98] In one such embodiment, the vehicle using said steering system has two front wheels (13) and a rear wheel (14) which biases integrally with the main frame ((17) or (22)) thereof. In the other two forms, the vehicle, using this steering system, has two front wheels (13) and two (55) or three ((14) and (45)) rear wheels. They may have a suspension system which allows the vehicle to tilt to the wheels or tilt of the vehicle and wheels together with the suspension in question being able to assist in restoring the steering to neutral position by the front centering mechanism or, even replace their function by using the same means of obtaining the desired result. [100] The steering system has been designed so that its control can be done in three different ways or with any combination of these. These forms are. the lateral inclination of the driver's body, manual control, and control of the feet. [101 j Thus, a vehicle using this steering system can be equipped with handles (57), rigidly attached to the main frame ((17) or (22)), which allow the driver to have greater control of the tilt angle (10). ) of the vehicle and the position and inclination of your body relative to the vehicle. It can also optionally be equipped with footrests in the front frame (21) that allow the driver to directly control the steering angle (9) of the system regardless of the inclination angle of his body. [102] A manual steering angle control system (9) has also been designed to provide yet another steering control option. This system allows the driver to control the directional behavior of the vehicle irrespective of the body's inclination angle, [103] This manual control (or em-mfe) system comprises: a) a rotatably attached handle (or handlebar) (58) (59) to the main frame (17) which is controlled by the conductor (b) two fixed joints (60) attached, one to the handle (or handlebars) i58) of item <a »at a distance '63) from its axis of rotation and another the front frame (21) of the base steering system. also at a certain distance (62) from its thrust shaft (6) c) a rigid flap (61 to „> and connects to the handle -or-gu'am) (58) of item (a) the front frame (21 ) of the system through the two label joints (60). described in item (b). [104] Thus, having described the main control forms above, any combinations of these can be used, including all three simultaneously if desired. Of course, acceleration and braking control should be taken into account when build a vehicle with this steering system, and so. The selection of which means of control or combination thereof will be used will be dictated by the general application of the vehicle. If for example you want to have your feet free to drive the vehicle, foot control will not be used. In another example, if it is desired to have both hands free to perform any other secondary activity while driving, the feet may be used for acceleration and braking control, and steering may be controlled only by lateral inclination of the body. Thus, the steering system remains versatile for use in various applications as needed. [105] To conclude the detailed description of the invention, a second subsystem will be described below, the purpose of which is to assist the maneuvering of the vehicle using the steering system. basic steering at low speeds. The problem that motivates the use of this maneuvering system is that if the base steering system has a very wide caster angle range of variation (8) (between 45 and 90 degrees), the system generates! It faces several problems of volumetric order among its elements and the use of a simple system of manual steering control (overnde) is extremely compromised. [106] Therefore, the maneuver assist system solves this problem of low-speed maneuverability by substantially increasing the versatility of the steering system by raising the rear of the vehicle in contact with the ground by introducing a new contact point based on a small freewheel »70} With the base wheel (s) irs) raised! s) the driver can manually control the steering of the vehicle at low speed or by means of manual traction! front wheel, as a disabled person does with his wheelchair or through indirect control (eg ioyst: ck} nue define, in a setting where each front wheel has an engine, how much traction on each wheel to achieve the desired trajectory (similar to the operation of electric wheelchairs for persons with disabilities). [107] This maneuvering assistance system comprises: a) a freewheel (70) rotatably mounted (69) a small support (68) where this wheel can freely rotate about an axis (72), which in operating position is approximately perpendicular to the ground; b) a maneuvering aid support (64) attached to the main frame (17) of the base steering system; c) a structural arm (65) rotatably attached (66) to the bracket (64) mentioned in item (b), to which the small bracket (68) is attached with the freewheel mounted ((69), (70) and (71)) of item (a) and a lever (67) for controlling the freewheel position (73) and lifting the rear of the vehicle. [108] At the end of this section, all the basic and ancillary features that make up the possible main application arrangements of the developed steering system were defined, which was named by the inventor of the “Fjällgren Steering System” in honor of his family and his Lapland ancestors. [109] Those skilled in the art will appreciate the knowledge presented herein and will be able to reproduce the invention in the embodiments presented and in other embodiments within the scope of the appended claims.
Reivindicações '“SISTEMA DE DIREÇÃO VEICULAR COM ÂNGULO DE ESTERÇAMENTO ACOPLADO AO ÂNGULO DE INCLINAÇÃO LATERAL E ÂNGULO DE CASTER CONTINUAMENTE VARIÁVEL”Claims' “VEHICLE STEERING STEERING SYSTEM COUPLED WITH SIDE TILT ANGLE AND CONTINUALLY VARIABLE CASTER ANGLE”