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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Lenkungssysteme für Dreiradfahrzeuge.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Die meisten Personenfahrzeuge enthalten vier Bodeneingriffsräder, d. h. zwei Hinterräder und zwei Vorderräder. Dagegen enthalten einige Fahrzeugkonfigurationen nur drei Bodeneingriffsräder. In einer Dreiradfahrzeugkonfiguration, die als eine ”Delta”-Konfiguration bekannt ist, weist das Fahrzeug zwei Hinterräder und ein einzelnes Vorderrad auf. In einer anderen Dreiradfahrzeugkonfiguration, die als eine ”Tadpole”-Konfiguration bekannt ist, weist das Fahrzeug zwei Vorderräder und ein einzelnes Hinterrad auf.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Ein Fahrzeug enthält einen Rahmen, ein Rad und ein Lenkungssystem. Das Lenkungssystem verbindet funktional das Rad mit dem Rahmen und ist zum wahlweisen Einschlagen des Rads und zum seitlichen Verlagern des Rads in Bezug auf den Rahmen konfiguriert. Somit bewegt sich das Rad während der Fahrtrichtungsänderung des Fahrzeugs in Bezug auf den Schwerpunkt seitlich und verbessert dadurch die Fahrzeugstabilität.
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Die obigen Merkmale und Vorteile und weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung gehen leicht aus der folgenden ausführlichen Beschreibung der besten Ausführungsarten der Erfindung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen hervor.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist eine schematische perspektivische Ansicht eines Dreiradfahrzeugs mit einem Rad, das durch ein Lenkungssystem gesteuert wird;
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2 ist eine schematische Draufsicht des Dreiradfahrzeugs aus 1 mit dem Lenkungssystem in einer ersten Konfiguration und mit dem Rad in einer ersten Position;
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3 ist eine schematische Draufsicht des Dreiradfahrzeugs aus 1 mit dem Lenkungssystem in einer ersten Konfiguration und mit dem Rad in einer zweiten Position;
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4 ist eine schematische Darstellung des Rads aus 1–3 in der ersten und in der zweiten Position relativ zum Schwerpunkt des Fahrzeugs;
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5 ist eine schematische Draufsicht des Dreiradfahrzeugs aus 1 mit dem Lenkungssystem in einer zweiten Konfiguration und mit dem Rad in der ersten Position;
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6 ist eine schematische Draufsicht des Dreiradfahrzeugs aus 1 mit dem Lenkungssystem in der zweiten Konfiguration und mit dem Rad in einer dritten Position; und
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7 ist eine schematische perspektivische Ansicht eines alternativen Lenkungssystems zur Verwendung mit dem Fahrzeug aus 1.
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BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Anhand von 1 und 2 enthält ein Dreiradfahrzeug 10 einen Fahrzeugrahmen 14. Der Rahmen 14 ist schematisch gezeigt. In einer Ausführungsform kann der Rahmen 14 mit dem Fahrzeugaufbau (nicht gezeigt) integriert sein. In einer weiteren Ausführungsform kann der Rahmen 14 eine getrennte Einheit sein, an der der Aufbau des Fahrzeugs befestigt ist. Außerdem enthält das Fahrzeug 10 zwei Bodeneingriffsräder 18, 22, die in Bezug auf den Rahmen 14 zur Drehung um eine gemeinsame horizontale Achse 26 drehbar angebracht sind. Das Fahrzeug 10 enthält ein weiteres Bodeneingriffsrad 30, das von den anderen Rädern 18, 22 in Längsrichtung beabstandet ist. Das Rad 30 ist in Bezug auf den Rahmen 14 durch ein Aufhängungs- und Lenkungssystem 34 angebracht. In der gezeigten Ausführungsform enthält das Fahrzeug 10 außer den Rädern 18, 22, 30 keine anderen Bodeneingriffsräder.
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Das System 34 enthält ein erstes Glied 38, das in der gezeigten Ausführungsform C-förmig ist. Das erste Glied 38 stützt das Rad 30 in der Weise an der Achse 42, dass das Rad 30 um eine allgemein horizontale Achse (in 2 bei 46 gezeigt) wahlweise drehbar ist. Ein zweites Glied 50 ist über ein Kugelgelenk 54 schwenkbar mit dem ersten Glied 38 verbunden. Ein drittes Glied 58 ist über ein weiteres Kugelgelenk 62 mit dem ersten Glied 38 drehbar verbunden.
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Das zweite Glied 50 ist mit einem vierten Glied 66, das in der gezeigten Ausführungsform eine Winkelstütze ist, funktional verbunden. Genauer ist das zweite Glied 50 über einen Lagerzapfen 70 mit dem vierten Glied 66 funktional verbunden, so dass das zweite Glied 50 in Bezug auf das vierte Glied 66 um eine horizontale Achse wahlweise schwenkbar ist. Das dritte Glied 58 ist mit einem vierten Glied 74 funktional verbunden, das in der gezeigten Ausführungsform eine Winkelstütze ist. Genauer ist das dritte Glied 58 über einen Lagerzapfen 78 in der Weise mit dem fünften Glied 74 funktional verbunden, dass das dritte Glied 58 in Bezug auf das fünfte Glied 74 um eine horizontale Achse wahlweise schwenkbar ist.
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Eine erste Strebenanordnung 82 verbindet funktional ein Ende des zweiten Glieds 50 mit dem vierten Glied 66. Genauer ist ein Ende der ersten Strebenanordnung 82 mit dem zweiten Glied 50 drehbar verbunden und ist das andere Ende der ersten Strebenanordnung 82 mit dem vierten Glied 66 drehbar verbunden. Die erste Strebenanordnung 82 enthält einen Stoßdämpfer 86 und eine Feder 90. Ähnlich verbindet eine zweite Strebenanordnung 54 ein Ende des dritten Glieds 58 funktional mit dem fünften Glied 74. Genauer ist ein Ende der zweiten Strebenanordnung 94 mit dem dritten Glied 98 drehbar verbunden und ist das andere Ende der zweiten Strebenanordnung 94 mit dem fünften Glied 74 drehbar verbunden. Die zweite Strebenanordnung 94 enthält einen Stoßdämpfer 98 und eine Feder 102.
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Somit ist das Rad 30 mit der ersten und mit der zweiten Strebenanordnung 82, 94 funktional verbunden, um die durch Straßenunregelmäßigkeiten verursachte vertikale Bewegung des Rads 30 auf die erste und auf die zweite Strebenanordnung 82, 94 zu übertragen. Genauer wird die vertikale Bewegung des Rads 30 über das erste Glied 38 auf das zweite Glied 50 übertragen; wobei das zweite Glied 50 um den Lagerzapfen 70 schwenkt und die Bewegung an den Stoßdämpfer 86 und an die Feder 90 überträgt. Ähnlich wird die vertikale Bewegung des Rads 30 über das erste Glied 38 auf das dritte Glied 58 übertragen; wobei das dritte Glied 58 um den Lagerzapfen 78 schwenkt und die Bewegung auf den Stoßdämpfer 98 und auf die Feder 102 überträgt.
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Das vierte und das fünfte Glied 66, 74 sind über Stützglieder 106, 110 in Bezug auf den Rahmen 14 drehbar angebracht. Genauer sind die Stützglieder 106, 110 mit dem Rahmen 14 verbunden; wobei das vierte Glied 66 mit dem Stützglied 106 drehbar verbunden ist und das fünfte Glied 74 mit dem Stützglied 110 drehbar verbunden ist. Somit sind das vierte und das fünfte Glied 66, 74 in Bezug auf die Stützglieder 106, 110 und auf den Rahmen 14 wahlweise schwenkbar. Ein mechanisches Koppelgetriebe 114 verbindet das vierte und das fünfte Glied 66, 74 funktional mit einem Lenkgetriebe 118. Das Lenkgetriebe 118 ist mit einem Lenkrad (nicht gezeigt) oder mit einer anderen durch den Nutzer zu betätigenden Eingabevorrichtung funktional verbunden, um das System 34 zu steuern. Die Bewegung des Lenkgetriebes 118 veranlasst, dass das vierte und das fünfte Glied 66, 74 und dementsprechend das zweite und das dritte Glied 50, 58 in Bezug auf die Stützglieder 106, 110 und den Rahmen 14 um die vertikale Achse schwenken.
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Das erste, das zweite, das dritte, das vierte und das fünfte Glied 38, 50, 58, 66, 74 wirken zusammen, um einen Mechanismus, d. h. ein Viergelenkgetriebe 120, zu definieren, der veranlasst, dass sich das Rad 30 in Ansprechen auf eine Eingabe von dem Lenkrad 118 in Bezug auf den Rahmen 14 seitlich (quer) bewegt und eingeschlagen wird. Wie es hier verwendet ist, bezieht sich Einschlagen auf eine Drehung des Rads 30 um eine vertikale Achse, um zu ermöglichen, dass das Fahrzeug 10 die Fahrtrichtung ändert. Das Viergelenkgetriebe 120 ist zum Aufnehmen einer Eingangsbewegung und zum Umwandeln der Eingangsbewegung in eine Ausgangsbewegung, die sowohl den Einschlag des Rads 30 als auch die seitliche Verlagerung des Rads 30 enthält, konfiguriert.
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Genauer ist das Rad 30 in 1 und 2 in einer ersten Position relativ zu dem Rahmen 14 gezeigt. In der ersten Position befindet sich das Rad 30 in der Mitte der Querdimension des Fahrzeugs (entlang der Längsmittellinie) und beträgt der Lenkwinkel des Rads 30 null Grad. In 3 ist das Rad 30 in einer zweiten Position gezeigt, in der sich das Rad näherungsweise um zweiundzwanzig Grad um eine vertikale Achse gedreht hat und seitlich bewegt hat.
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Anhand von 3, in der sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche Komponenten aus 1 und 2 beziehen, veranlasst die Bewegung des Lenkgetriebes 118, dass das vierte und das fünfte Glied 66, 74 und dementsprechend das zweite und das dritte Glied 50, 58 in Bezug auf die Stützglieder 106, 110 und den Rahmen 14 schwenken. Während das zweite und das dritte Glied 50, 58 schwenken, bewegen sich das erste Glied 38 und das Rad 30 in Bezug auf den Rahmen 14 seitlich. Gleichzeitig veranlassen das zweite und das dritte Glied 50, 58, dass sich das erste Glied 38 und das Rad 30 drehen oder eingeschlagen werden. Dementsprechend nimmt das Viergelenkgetriebe 120 eine Eingangskraft und -bewegung von dem Lenkgetriebe 118 auf und wandelt die Eingangskraft und -bewegung in eine Ausgangskraft und -bewegung um, die das Rad 30 seitlich bewegt und die das Rad 30 einschlägt.
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In 4 ist das Rad 30 bei 30 in seiner ersten Position gezeigt. Eine Linie 122 verbindet das Hinterrad 18 und das Vorderrad 30 miteinander. Die Stabilität des Fahrzeugs 10, das einer seitlichen Belastung wie etwa einer Kurvenfahrtbelastung ausgesetzt ist, ist eine Funktion der Höhe 126 des Schwerpunkts 130 des Fahrzeugs, dividiert durch die horizontale Entfernung 134 von dem Schwerpunkt 130 zu der Linie 122, die die Räder 18, 30 miteinander verbindet. Wenn das Rad 30 in der (bei 138 gestrichelt gezeigten) zweiten Position ist, wird die Linie, die die Räder miteinander verbindet, zu der bei 142 gezeigten Position bewegt. Die Entfernung von dem Schwerpunkt 130 zu der Linie bei 142 ist bei 146 gezeigt. Die Entfernung 146 ist größer als die Entfernung 134, so dass die seitliche Bewegung des Rads an seine zweite Position während einer Fahrtrichtungsänderung die Fahrzeugstabilität im Vergleich lediglich zum Einschlagen des Rads in seiner ersten Position erhöht.
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Wieder anhand von 1–3 ist das System 34 in der Weise konfiguriert, dass es eine Beziehung zwischen dem Betrag der seitlichen Bewegung des Rads 30 und dem Betrag des Einschlags oder der Drehung des Rads 30 gibt. Das heißt, das Lenkungssystem 34 ist in der Weise konfiguriert, dass der Betrag des Einschlags des Rads 30 eine Funktion des Betrags der seitlichen Bewegung des Rads 30 ist. Das System 34 ist in der Weise konfiguriert, dass die Beziehung zwischen der seitlichen Verlagerung und dem Einschlag des Rads wahlweise veränderbar ist.
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In der gezeigten Ausführungsform ist das Viergelenkgetriebe 120 in der Weise wahlweise umkonfigurierbar, dass die relativen Beträge des Einschlags und der seitlichen Verlagerung in der Ausgangsbewegung wahlweise veränderbar sind. Genauer sind die Glieder des Viergelenkgetriebes 120 wahlweise beweglich, um das dynamische Ansprechen des Viergelenkgetriebes 120 zu ändern und dadurch variable Beziehungen zwischen der seitlichen Bewegung und dem Einschlag des Rads 30 bereitzustellen. Wenn das Viergelenkgetriebe 120 in einer wie in 2 und 3 gezeigten ersten Konfiguration ist, sind die seitliche Verlagerung und der Einschlag des Rads durch eine erste Beziehung derart charakterisiert, dass vierhundert Millimeter seitliche Verlagerung des Rads zu zweiundzwanzig Grad Einschlag führen.
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Die Stützglieder 106, 110 sind in der Weise in Bezug auf den Rahmen 14 angebracht, dass sie um die vertikale Achse wahlweise schwenkbar sind. Ein Koppelgetriebe 150 verbindet die Stützglieder 106, 110 funktional mit einem Aktuator 154, der zum wahlweisen Drehen oder Schwenken der Stützglieder 106, 110 betreibbar ist. Die Stützglieder 106, 110 sind in Bezug auf das vierte und das fünfte Glied 66, 74 angebracht, so dass sich das vierte und das fünfte Glied 66, 74 ebenfalls bewegen, wenn die Stützglieder 106, 110 schwenken, was wiederum veranlasst, dass sich das zweite und das dritte Glied 50, 58 um die Lagerzapfen 62 und 78 drehen und dadurch die Geometrie des Viergelenkgetriebes 120 verändern und die Ausgangsbewegung des Systems 34 ändern.
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Anhand von 5, in der sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche Komponenten aus 1–4 beziehen, ist das Viergelenkgetriebe 120 in einer zweiten Konfiguration gezeigt, in der der Aktuator 154 veranlasst hat, dass sich das vierte und das fünfte Glied 66, 74 nach innen und aufeinander zu bewegt haben, so dass das zweite und das dritte Glied 50, 58 nahezu parallel zueinander geworden sind, während die Entfernung zwischen dem zweiten und dem dritten Glied 50, 58 mit der Nähe zu dem Rad 30 abnimmt, wenn das Viergelenkgetriebe 120 in der ersten Konfiguration ist. In der zweiten Konfiguration sind die relativen Beträge des Einschlags und der seitlichen Verlagerung der Ausgangsbewegung verschieden von den relativen Beträgen des Einschlags und der seitlichen Verlagerung in der ersten Konfiguration.
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Genauer spricht das Viergelenkgetriebe 120 auf die Eingangsbewegung von dem Lenkgetriebe 118 durch Bewegen des Rads 30 wie in 6 gezeigt in eine dritte Position an, wenn das Viergelenkgetriebe 120 in der zweiten Konfiguration ist. Anhand von 6 ist das Rad 30, wenn das Rad 30 in der dritten Position ist, durch denselben Betrag seitlicher Verlagerung (vierhundert Millimeter) charakterisiert, wie wenn das Rad 30 in der in 3 gezeigten zweiten Position ist. Dagegen ist das Rad 30 nur um 1,5 Grad eingeschlagen worden. Dementsprechend ist der Betrag des Einschlags für irgendeinen gegebenen Betrag der seitlichen Verlagerung kleiner, wenn das Viergelenkgetriebe 120 in der zweiten Konfiguration ist, als wenn das Viergelenkgetriebe 120 in der ersten Konfiguration ist. Somit ist der Aktuator 154 dafür konfiguriert, das Koppelgetriebe 120 wahlweise in der Weise umzukonfigurieren, dass die relativen Beträge des Einschlags und der seitlichen Verlagerung in der Ausgangsbewegung wahlweise veränderbar sind.
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Die erste Konfiguration des Viergelenkgetriebes 120 ist besonders nützlich bei niedrigen Fahrzeuggeschwindigkeiten, so dass ein kleiner Wendekreisradius erzielt wird. Die zweite Konfiguration ist besonders nützlich bei höheren Geschwindigkeiten. Wie in 2 gezeigt ist, enthält das Fahrzeug 10 einen Controller 158, der mit dem Aktuator 154 funktional verbunden ist und der dafür konfiguriert ist, wahlweise zu veranlassen, dass der Aktuator 154 das Viergelenkgetriebe 120 durch Bewegen der Stützglieder 106, 110 umkonfiguriert. Ein Sensor 162 ist zum Messen der Geschwindigkeit des Fahrzeugs 10 konfiguriert und mit dem Controller 158 funktional verbunden, um die gemessene Geschwindigkeit des Fahrzeugs 10 an den Controller 158 zu übermitteln. Der Controller 158 ist dafür konfiguriert zu veranlassen, dass der Aktuator 154 das Viergelenkgetriebe 120 auf der Grundlage der Geschwindigkeit des Fahrzeugs umkonfiguriert. Der Controller wirkt in der Weise, dass er das zweite und das dritte Glied 50, 58 paralleler stellt, um den Betrag des Einschlags relativ zu dem Betrag der seitlichen Verlagerung bei steigender Geschwindigkeit des Fahrzeugs 10 zu verringern.
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Wieder anhand von 1 enthält das System 34 in der gezeigten Ausführungsform ein sechstes Glied 166 und ein siebentes Glied 170. Das sechste Glied 166 ist über ein Kugelgelenk 174 mit dem ersten Glied 38 schwenkbar verbunden. Das siebente Glied 170 ist über ein Kugelgelenk (nicht gezeigt) mit dem ersten Glied 38 schwenkbar verbunden. Das sechste Glied 166 ist außerdem mit dem vierten Glied 66 schwenkbar verbunden; dementsprechend ist die Bewegung des sechsten Glieds 166 im Wesentlichen dieselbe wie die Bewegung des zweiten Glieds 50. Das siebente Glied 170 ist ebenfalls mit dem fünften Glied 74 schwenkbar verbunden; dementsprechend ist die Bewegung des siebenten Glieds 170 im Wesentlichen dieselbe wie die Bewegung des dritten Glieds 58.
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Anhand von 7 ist ein alternatives Aufhängungs- und Lenkungssystem 200 schematisch gezeigt, das in dem Fahrzeug 10 aus 1 verwendet werden kann. Das System 200 enthält ein Glied 204, das das Rad 30 drehbar stützt. Ein erstes Verbindungsglied 208 ist mit dem Glied 204 in der Weise schwenkbar verbunden, dass die Längsbewegung des ersten Verbindungsglieds 208 veranlasst, dass sich das Glied 204 um eine vertikale Achse dreht, was wiederum veranlasst, dass das Rad 30 eingeschlagen wird. Das System 200 enthält einen ersten Aktuator 212, der mit dem Verbindungsglied 208 funktional verbunden ist, um die Längsbewegung des Verbindungsglieds 208 zu veranlassen und dadurch zu veranlassen, dass das Rad 30 eingeschlagen wird.
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Eine Stützstruktur 214 verbindet das Glied 204 funktional mit dem Rahmen 218. Ein zweiter Aktuator 222 ist über die Stützstruktur mit dem Rad 30 funktional verbunden. Der Aktuator ist zum seitlichen Bewegen des Rads 30 durch Veranlassen der Drehung der Stützstruktur 214 konfiguriert. Dementsprechend ist das System 200 in der Weise konfiguriert, dass der Einschlag und die seitliche Verlagerung des Rads 30 durch einen jeweiligen Aktuator 212, 222 unabhängig steuerbar sind. Eine Strebenanordnung 226 verbindet die Stützstruktur 214 und den Rahmen 218 funktional miteinander und ist zum Dämpfen der vertikalen Bewegung des Rads 30 konfiguriert.
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Obwohl die besten Ausführungsarten der Erfindung ausführlich beschrieben worden sind, erkennt der Fachmann auf dem Gebiet, auf das sich diese Erfindung bezieht, verschiedene alternative Entwürfe und Ausführungsformen, um die Erfindung im Umfang der angefügten Ansprüche zu verwirklichen.
