DE4112447A1

DE4112447A1 - Motorrad mit erhoehter fahrsicherheit

Info

Publication number: DE4112447A1
Application number: DE4112447A
Authority: DE
Inventors: Franz Blau
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1991-04-16
Filing date: 1991-04-16
Publication date: 1992-10-22

Description

Die Fahrsicherheit ist bei den herkömmlichen Motorrädern dadurch erheblich beeinträchtigt, daß Fahrtrichtung und Gleich gewicht durch dieselbe Lenkstange bedient werden, daß also je de Änderung der Fahrtrichtung durch eine entsprechende Kur venneigung vorbereitet werden muß. Zahlreiche Unfälle bestäti gen, daß obwohl die Reflexe des Fahrers bei plötzlich erschie nen Hindernissen keineswegs versagen, die Zeit nicht mehr aus reicht um die notwendige Kurvenneigung durchführen zu können wodurch der Fahrer, bei vollem Bewußtsein der Gefahr und ge gen seinem Willen, zur Kollision getrieben wird. Bekannt ist auch, daß besonders bei hoher Geschwindigkeit, unvermeidliche Fehler in der rechtzeitigen und manchmal sehr schwierigen richtigen Einschätzung der Kurvenneigung zu Korrekturen zwingen, wodurch, obwohl keine Ausrutschgefahr besteht, heftige Seitenschwingungen mit oftmals unvermeidlichem Gleichgewicht verlust eingeleitet wird. Bekannt ist auch, daß wenn die Breite der zur Verfügung stehenden Fahrbahn nicht ausreicht die Kor rekturen durchführen zu können, die Kollision oder die Fahrt in den Straßengraben, ebenfalls bei vollem Bewußtsein der Ge fahr, nicht vermieden werden kann.

Aufgabe der Erfindung ist also durch die gemeinsame Lenkstange des Motorrades bedingte enge Gegenwirkung zwi schen Fahrtrichtung und Kurvenneigung zu lockern, wenn mög lich die Notwendigkeit sich in die Kurve neigen zu müssen vollständig zu beheben und die erzielte Lösung auch an ande ren Fahrzeugen zu verwerten.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß mit Hilfe eines oder mehrerer giroskopisch wirkender Schwung räder, welche ähnlich wie die Räder des Motorrades mit waage rechter querliegender Achse angeordnet sind, aber entgegen der Drehrichtung der Räder sich drehen, in der Kurvenfahrt das nö tige nach innen wirkende Kippmoment erzeugen wodurch die von den Rädern und von der Zentrifugalkraft erzeugtes Kippmoment verkleinert oder behoben wird.

Die Einführung dieser Lösung ist günstig auch weil das künstlich erzeugte negative Kippmoment mit dem Quadrat der Drehzahl des Schwungrades zunimmt, daß also, bei genügend hoher Drehzahl des Schwungrades, das Mehrgewicht des Motorrades nur unwesentlich sich vergrößert.

Ein besonders raumsparendes und unauffällig es Ausfüh rungsbeispiel dar Erfindung, bei dem das giroskopisch wir kende Schwungrad in das Hinterrad des Motorrades eingebaut ist, ist in der Zeichnung dargestellt und wird in folgenden näher beschrieben:

Die Felge besteht aus zwei Teilen 1 und 2. Die Teile sind mit einer Anzahl peripherisch angeordneten Schrauben 3 zusam mengefügt und mit einem "O"-Ring 4 luftdicht abgedichtet.

Der Reifen 5, vorzugsweise schlauchlos, kann bei der Mon tage in die Vertiefungen 6 eingelassen werden und folglich problemlos montiert werden.

Das giroskopische Schwungrad 7 ist auf dem leicht koni schen Ansatz 8 der hohlen Welle 9 warm gepreßt.

In der hohlen Welle des Schwungrades befindet sich die Achse 10 welche, mit Hilfe der Muttern 11, die Gabel 12 rich tig positioniert und versteift.

Die Zentrale Achse 10 stützt sowohl die Kettenspannvor richtung 13 als auch das Lagergehäuse 14 der mit der Dich tung 15 abgedichteten Wälzlagers 16.

Das Kettenrad, 17 für den Antrieb des giroskopischen Schwungrades 7 ist auf dem konischen, gerillten Teil der Schwungradwelle mit Hilfe der Mutter 18 befestigt. Dieselbe Mutter stützt zugleich den Innenring des Wälzlagers 19, links mit Hilfe des Kettenrades 17 und rechts mit Hilfe des Zwischenstücks 20 gesichert ist.

Das Kettenrad 21 für den Radantrieb ist links mit Hilfe der Schrauben 22 und die Bremsscheibe 23 ist rechts mit Hilfe der Schrauben 24 befestigt.

Es ist bekannt, daß die Zentrifugalkraft unter anderen auch von der Gesamtmasse des besetzten Motorrades bedingt ist. Ein anspruchsvollerer Ausgleich der Zentrifugalkraft mußte also auch das Gewicht, folglich auch die Anzahl der Mit fahrer berücksichtigen. In dieser anspruchsvolleren Ausführung müßte also auch eine Schaltmöglichkeit vorgesehen werden um das Verhältnis zwischen der Drehzahl des Rades und die Dreh zahl des giroskopischen Schwungrades bestens einstellen zu können.

Die mit Hilfe der erfindungsmäßigen giroskopischen Schwungrä der erzielte bessere Kurvenstabilität kann bei allen Land- und Wasserfahrzeugen zu besseren als die herkömmlichen Lösun gen führen.

Es sei als Beispiel der nach dem Bauplan des Motorrol lers gebaute Schmalspurpersonenkraftwagen (SPKW) zu erwähnen welcher, als Folge der Erfindung, jetzt zum ersten mal als realisierbare Lösung vorgeschlagen werden kann.

Theoretische Begründung des von der Kreiselwirkung erzeugten Kippmomentes

Das gewohnte Bild des in die Kurve geneigten Motorradfahrers hat sich so tief eingeprägt, daß kaum jemand darüber noch nachdenkt, daß dabei nicht nur die Zentrifugalkraft, sondern auch die von der Kreiselwirkung der Räder erzeugten Kippmomente kompensiert werden müssen. Es soll durch eine einfache theoretische Darlegung begründet werden, daß ein sich der Drehrichtung der Räder entgegengesetzt drehendes Schwungrad nicht nur die Kreiselwirkung der Räder, sondern, bei genügend hoher Drehzahl auch die Kippwirkung der Zentrifugalkraft ausgleichen kann, daß also der Motorradfahrer, auch ohne sich in die Kurve neigen zu müssen, mit erhöhter Sicherheit sich in Gleichgewicht halten kann.

Das in der Abbildung angedeutete Rad rollt von rechts nach links mit der Geschwindigkeit v auf der angedeuteten Unterlage. Mit derselben tangentiellen Geschwindigkeit bewegt sich, bezüglich der Achse O, auch ein Punkt P auf dem Umfang des Rades. Die absolute Geschwindigkeit u des Punktes P läßt sich, laut Abbildung, durch die vektorielle Addition der beiden erwähnten Geschwindigkeiten darstellen.

Nach dem Kosinusgesetz besteht die Gleichung:

u² = v² + v² - 2vvcosα (1)

oder:

u² = 2v² (1-cosα) (2)

Die Summe aller Winkel eines Dreiecks ist 180°. Also:

2β + α = π (3)

oder:

Die Projektion der absoluten Geschwindigkeit u auf die Fahrrichtung ist w. Der Winkel zwischen den beiden Geschwindigkeiten ist:

γ = π - α - β (5)

Diese Gleichung, zusammen mit (4), gibt:

Die Projektion w, laut Abbildung, ist:

w = u cos γ (7)

oder, zusammen mit (6):

Wir nehmen an, in erster Annäherung, daß die ganze als Kreiselwirkung aktive Masse m des Rades auf dem Umfang des Rades verteilt ist. Die Masse des Punktes P ist also:

dm = m dα (9)

Wir nehmen an, daß das Rad auf einer Bahn mit der Krümmung von Radius R läuft. Die von der Masse dm verursachte Fliehkraft ist:

oder, zusammen mit (8) und (9):

Mit Rücksicht auf Gleichung (2):

Diese Fliehkraft wirkt in der Höhe:

h = r-r cos α (14)

oder

h = r(1-cos α) (15)

Das infinitesimale Kippmoment ist:

dM = h · dF (16)

oder, zusammen mit (13) und (15):

Der bekannte trigonometrische Satz:

cos2x = 2 cos² x-1 (18)

führt zu:

Dies, zusammen mit (17) gibt:

oder, weil:

folgt aus (20):

Die Integration dieser Gleichung für α von 0 bis 2 π führt zu:

Die Exponenten der trigonometrischen Funktionen, laut Gleichung (22), sind:

m = 2 und 2n = 4 (24)

Also folgt aus (23):

Diese Gleichung gilt für den Fall, daß die Masse auf den Umfang des Rades verteilt ist.

Die Gleichung (25) muß, um die wirkliche Verteilung der Masse berücksichtigen zu können, auf die elementaren Veränderlichen reduziert werden. Die Reduktionsformel sind:

v = ωr (26)

und:

wobei Ω = die Winkelgeschwindigkeit mit welcher der Kurvenradius R sich dreht.

Die letzten 3 Gleichungen führen zu:

M = 240 π (m r²) ω Ω (28)

Der wahre Wert der Klammer:

J = (m r²) (29)

müßte mit Hilfe der Gleichung:

berechnet werden.

Diese Gleichung, zusammen mit (28) führt zur allgemeinen Formel für die Berechnung des von der Kreiselwirkung erzeugten Kippmomentes des Rades:

Durch die nochmalige Anwendung der Gleichungen (26) und (27) erhalten wir das spezielle, für das Rad des Motorrades gültige Formel des Kippmomentes:

Bei der Berechnung des Schwungrades muß berücksichtigt werden, daß es sich gegen die in der Abbildung angenommenen Drehrichtung dreht, daß also ω negativ ist, daß folglich das erzeugte Kippmoment dem von der Zentrifugalkraft und vom Kippmoment der Räder erzeugten gesamten Kippmoment, entgegenwirkt. Weiter muß noch berücksichtigt werden, daß das Schwungrad sich n-mal rascher dreht als die Räder. Es folgt also aus (32):

Diese Form der Gleichungen (32) und (33) ist behilflich, um die Addition mit der von der Gesamtmasse bedingten Zentrifugalkraft, durch den Wegfall von v²/R, sinnvoll durchführen zu können und damit auch die Form und die Drehzahl des Schwungrades konstruktiv günstig bestimmen zu können.

Claims

1. Verfahren für den Ausgleich an einem in einer Kurve laufendem Fahrzeug des sowohl durch die giroskopische Wirkung der Räder als auch durch die Zentrifugalkraft erzeugten Kipp moments, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgleich mit Hilfe einer oder mehrerer giroskopisch wirkender Schwungräder, wel che ähnlich wie die Räder des Fahrzeugs mit waagerechter querliegender Achse angeordnet sind, aber entgegen der Dreh richtung der Räder sich drehen, erzeugt wird.

2. Motorrad ausgestattet mit einer oder mehrere laut Anspruch 1 funktionierender Vorrichtungen, dadurch gekenn zeichnet, daß die giroskopischen Schwungräder innerhalb der Räder des Fahrzeugs untergebracht sind.

3. Land- und Wasserfahrzeuge aller Art, dadurch gekenn zeichnet, daß ihre Kurvenstabilität laut Verfahren Anspruch 1 verbessert ist.

4. Schmalspurpersonenkraftwagen (SPKW), dadurch gekenn zeichnet, daß er nach dem Bauplan des Motorrollers gebaut ist und daß seine Kurvenstabilität laut Verfahren Anspruch 1 ge währleistet ist.