ES2317562T3 - Vehiculo de carretera con habitaculo pendular. - Google Patents
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Abstract
Vehículo que comprende: - un chasis (2); - por lo menos un tren de ruedas delantero y un tren de ruedas posterior, comprendiendo uno de los dos trenes por lo menos dos ruedas (20) y el otro por lo menos una rueda (20), siendo la o las ruedas (20) de por lo menos uno de los trenes directrices, estando cada una de las ruedas directrices montadas sobre el chasis (2) por medio de un primer pivote, denominado pivote de dirección (30) para poder ser girada, - un habitáculo (8) destinado a recibir el conductor y los pasajeros del vehículo, - un volante de dirección montado sobre el habitáculo (8) apropiado para provocar el girado de las ruedas (20) directrices a través de unos medios de transmisión (18, 33, 34); - en el que el habitáculo (8) está montado de forma pivotante con respecto al chasis (2) alrededor de un eje longitudinal (9) situado sustancialmente en el plano longitudinal medio del vehículo (1), por encima del centro de gravedad del habitáculo (8); - en el que cada una de las ruedas (20) está montada sobre el chasis (2) por medio de un segundo pivote, denominado pivote de inclinación (24), extendiéndose el eje (25) de dicho pivote de inclinación (24) en un plano sustancialmente paralelo al plano longitudinal medio del vehículo (1); - en el que la geometría del vehículo (1) y/o uno de los medios mecánicos que asocian el habitáculo (8) y las ruedas (20) son apropiados para provocar, cuando el vehículo (1) circula en un viraje, un pivotamiento del habitáculo (8) y una inclinación de cada una de las ruedas (20) hacia el interior del viraje, bajo el efecto de la fuerza centrifuga, permaneciendo el chasis (2) sustancialmente paralelo al suelo; caracterizado porque el eje (25) de dicho pivote de incitación (24) está inclinado hacia abajo en un ángulo (alfa) comprendido entre 5 y 45º, con respecto al eje longitudinal (9) del vehículo (1), cuando se aproxima al punto de contacto (P) entre la rueda (20) y el suelo (26).
Description
Vehículo de carretera con habitáculo
pendular.
La presente invención se refiere a un vehículo
de carretera con habitáculo pendular.
La mayor parte de los vehículos terrestres con
cuatro ruedas conocidos comprenden un habitáculo solidario de un
chasis montado sobre unos trenes rodantes con interposición de
elementos de suspensión.
Generalmente, el plano de las ruedas queda
sustancialmente perpendicular al suelo en línea recta y en viraje.
En consecuencia, la fuerza centrífuga generada en los virajes impone
unas tensiones laterales que sufren por una parte la estructura y
los trenes rodantes, y por otra parte el conductor y los
pasajeros.
Si bien se aprovechan de una buena estabilidad
estática, estos vehículos con cuatro ruedas han debido adaptarse a
los esfuerzos dinámicos resultantes de la mejora de las prestaciones
y en particular de la velocidad en viraje, permitida por el aumento
de la adherencia de los neumáticos; rebajado del centro de gravedad
y ensanchado de la vía; mejora de la resistencia a la torsión de
los componentes solicitados por la fuerza centrífuga (chasis, ejes
o brazos de suspensión, cubos, rodamientos, ruedas, neumáticos).
Esta adaptación a los esfuerzos de la fuerza
centrífuga se traduce por un sobredimensionado muy grande de las
piezas citadas con respecto a las necesidades "en línea recta"
donde las solicitaciones se ejercen en el plano vertical
solamente.
El aumento de la resistencia a los esfuerzos
laterales ha tenido por efecto aumentar sustancialmente el peso de
los vehículos y la superficie de contacto de los neumáticos con el
suelo, que son dos factores importantes de incremento de las
necesidades de energía y por tanto de consumo.
Por otra parte, los vehículos con dos ruedas no
tienen ninguna estabilidad estática pero se aprovechan de un
equilibrio dinámico tanto en línea recta como en viraje. El
equilibrio en viraje reclama una acción cerebral y motriz del
conductor para conseguir que la resultante de las fuerzas aplicadas
(peso y fuerza centrífuga) sea coplanaria con el plano definido por
los puntos de apoyo en el suelo y el centro de gravedad. Este
equilibrio perfecto excluye todas las tensiones de torsión propias
de los vehículos de cuatro ruedas y favorece la concepción de
vehículos muy ligeros. Sin embargo, este equilibrio es frágil y
puede ser brutalmente, irreversiblemente y peligrosamente roto por
una breve pérdida de adherencia de los neumáticos.
Los inconvenientes propios a las cuatro ruedas y
a las dos ruedas han incitado desde hace largo tiempo a los
diseñadores a buscar unas soluciones que permitan conciliar las
ventajas propias de cada concepto, generalmente asociando una
capacidad de inclinación y una autoestabilidad. Se pueden citar
así:
- -
- los triciclos articulados que son unos vehículos híbridos equipados con una rueda delantera inclinable tomada de la moto y de un tren posterior de automóvil;
- -
- los ferrocarriles pendulares cuyas unidades se inclinan con respecto al plano de los bogies en un ángulo calculado en función del radio de la curva (conocido de antemano) y de la velocidad;
- -
- diferentes prototipos de automóvil cuyas ruedas pueden inclinarse en viraje, o bien proporcionalmente al ángulo de giro de las ruedas, o bien en respuesta a las ordenes de un ordenador que analiza las aceleraciones y la acción sobre los mandos.
Estos vehículos pueden aportar unas mejoras de
comportamiento dinámico pero adolecen por lo menos de uno de los
inconvenientes siguientes:
- -
- no existe inclinación proporcionalmente a la fuerza centrífuga;
- -
- inclinación únicamente del chasis y no de las ruedas (tren pendular),
- -
- inclinación únicamente de las ruedas y no del chasis;
- -
- necesidad de recurrir a unos mandos programados que supone que sea conocido de antemano el radio del viraje (tren pendular);
- -
- necesidad de recurrir a unos automatismos programados en función del análisis del comportamiento y de la acción sobre los mandos.
Así, ninguno de estos vehículos es apropiado
para encontrar, automáticamente y sin recurrir a la electrónica, un
equilibrio dinámico perfecto en viraje como el de una bicicleta o el
de una moto, conservando al mismo tiempo una autoestabilidad
segurizante, en particular en caso de pérdida de adherencia.
El documento DE 121 41 00 que es considerado
como el estado de la técnica, expone las características técnicas
del preámbulo de la reivindicación 1.
La invención prevé proponer un vehículo con
cuatro ruedas apropiado para evitar los inconvenientes mencionados
anteriormente.
A este fin, el vehículo según la invención
comprende:
- -
- un chasis;
- -
- por lo menos un tren de ruedas anterior y un tren de ruedas posterior, comprendiendo uno de los dos trenes por lo menos dos ruedas y el otro por lo menos una rueda, siendo la o las ruedas de por lo menos uno de los trenes directrices, estando cada una de las ruedas montada sobre el chasis por medio de un primer pivote, denominado pivote de dirección, para poder ser girada;
- -
- un habitáculo destinado a recibir el conductor y los pasajeros del vehículo;
- -
- un volante de dirección montado en el habitáculo, apropiado para provocar el giro de las ruedas directrices a través de unos medios de transmisión.
El vehículo está caracterizado más
particularmente:
- -
- porque el habitáculo está montado de forma pivotante con respecto al chasis alrededor de un eje longitudinal situado sustancialmente en el plano longitudinal medio del vehículo, por encima del centro de gravedad del habitáculo; y
- -
- porque cada una de las ruedas está montada sobre el chasis por medio de un segundo pivote, denominado pivote de inclinación, extendiéndose el eje de dicho pivote de inclinación en un plano sustancialmente paralelo al plano longitudinal medio de vehículo estando inclinado hacia abajo en un ángulo comprendido entre 5 y 45º, con respecto al eje longitudinal del vehículo, cuando se aproxima al punto de contacto entre la rueda y el suelo;
siendo la geometría del vehículo y/o de los
medios mecánicos que asocian el habitáculo y las ruedas apropiados
para provocar, cuando el vehículo circula en un viraje, un
pivotamiento del habitáculo y una inclinación de cada una de las
ruedas hacia el interior del viraje, bajo el efecto de la fuerza
centrífuga, quedando el chasis sustancialmente paralelo al
suelo.
La invención proporciona así un vehículo
terrestre con cuatro ruedas directrices e inclinables, perfectamente
y automáticamente equilibrado en viraje sin el recurso a unas
asistencias electrónicas, en el cual:
- -
- las cuatro ruedas se inclinan en viraje hacia el interior bajo el único efecto de la fuerza centrífuga y proporcionalmente a ella, de manera que la resultante de las fuerzas aplicadas a la rueda y al neumático se encuentra en el plano de la rueda y no genera ningún momento de torsión o de flexión lateral;
- -
- el habitáculo se inclina en viraje hacia el interior bajo el único efecto de la fuerza centrífuga y proporcionalmente a ella, de manera que los ocupantes no perciben ninguna aceleración lateral y que el habitáculo no sufre ningún momento de torsión.
La invención permite así, en particular, mejorar
la comodidad y la sensación de equilibrio de los ocupantes del
vehículo, aligerar los componentes del chasis y de los trenes
rodantes, reducir las superficies de apoyo en el suelo y los
rozamientos correspondientes, disminuir los costes de fabricación y
realizar economías de energía motriz.
Según un primer modo de realización, cada una de
las ruedas está unida al habitáculo por una bieleta de inclinación
dispuesta para que el pivotamiento del habitáculo provoque la
inclinación de las ruedas, y el pivote de inclinación de una rueda
está dispuesto de manera que el punto de intersección entre su eje y
el suelo esté sustancialmente confundido con el punto de contacto
entre dicha rueda y el suelo. En este caso, la inclinación de las
ruedas en viraje es provocada por el pivotamiento del habitáculo a
través de las bieletas, siendo la geometría de las ruedas tal que
no se opone a esta inclinación.
Según un segundo modo de realización, el pivote
de inclinación de una rueda está dispuesto de manera que el punto
de intersección entre su eje y la perpendicular al suelo que pasa
por el punto de contacto entre dicha rueda y el suelo esté situado
bajo dicho punto de contacto entre la rueda y el suelo. En este
caso, por una parte el habitáculo pivota por efecto del péndulo y,
por otra parte, las ruedas se inclinan debido al momento que posee
la reacción del suelo con respecto al eje del pivote de
inclinación.
Estos dos movimientos pueden ser independientes
uno del otro. Como variante, cada una de las ruedas está unida al
habitáculo por una bieleta de inclinación apropiada para transmitir
la inclinación de las ruedas al habitáculo. El habitáculo pivota
alrededor de su eje, a la vez por el efecto pendular pero también
porque es arrastrado por las ruedas.
Por ejemplo, el pivote de inclinación está
situado en el exterior de la batalla del vehículo y la longitud y
la posición de las bieletas de inclinación están previstas para que
el subgiro inducido por la inclinación del pivote de inclinación
con respecto al eje longitudinal del vehículo sea sustancialmente
exactamente compensado por el sobregiro de giro inducido por el
pivotamiento del habitáculo.
La expresión "en el exterior de la batalla del
vehículo" significa que el pivote de inclinación está situado
delante de las ruedas delanteras y detrás de las ruedas posteriores.
Esta configuración permite que solamente un movimiento relativo del
volante con respecto al habitáculo produzca un ángulo de giro
efectivo.
A la inversa, el pivote de inclinación puede
estar situado en el interior de la batalla del vehículo. En este
caso, las bieletas de inclinación están posicionadas de modo
diferente con respecto al caso anterior. La longitud y la posición
de las bieletas de inclinación permiten que el sobregiro de giro
inducido por la inclinación del pivote de inclinación con respecto
al eje longitudinal del vehículo sea sustancialmente exactamente
compensado por el subgiro inducido por el pivotamiento del
habitáculo.
Por ejemplo, los pivotes de dirección y de
inclinación están dispuestos sucesivamente entre el chasis y el
cubo de cada una de las ruedas directrices, estando dichos pivotes
unidos por un brazo al cual están asociados los medios de
transmisión. El pivote de dirección está entonces preferentemente
situado entre el pivote de inclinación y el chasis.
Como variante, los pivotes de dirección y de
inclinación están dispuestos de manera que sus ejes estén situados
sustancialmente en el plano de la rueda. Según una primera variante,
los ejes de los pivotes son contiguos pero están desplazados. Según
una segunda variante, los ejes de los pivotes son secantes
(principio de cardan), lo que impone una ortogonalidad de los ejes.
Según una tercera variante, los dos ejes están realizados a partir
de una unión de tipo rótula. Por lo menos una rueda puede estar así
asociada al chasis por medio de un cardan o de una rótula.
Según una forma de realización posible, el
ángulo (\alpha) de inclinación del eje del pivote de inclinación
está comprendido entre 15 y 30º.
Además, los medios de transmisión pueden
comprender una columna de dirección cuyo extremo posterior soporta
el volante y cuyo extremo delantero está asociado, a través de unos
medios desmutiplicadores, a dos bieletas de dirección, estando cada
una de las bieletas de dirección unida a una rueda directriz de un
mismo tren de ruedas, delantero o posterior.
Por ejemplo, todas las ruedas son directrices, y
el vehículo comprende un árbol longitudinal, montado sobre el
habitáculo, apropiado para transmitir el mando proporcionado por el
volante de un primer tren de ruedas a un segundo tren de
ruedas.
El habitáculo puede ser cilíndrico, para que el
vehículo presente una distancia al suelo constante, tanto en línea
recta como en los virajes.
Según una forma de realización posible, el eje
longitudinal de rotación del habitáculo pasa por el centro
geométrico del habitáculo.
Por último, el chasis puede estar dispuesto en
el exterior del habitáculo.
Se describirá ahora, a título de ejemplo no
limitativo, una forma de realización posible de la invención,
haciendo referencia a las figuras adjuntas:
la figura 1 es una vista en perspectiva
simplificada de un vehículo según un primer modo de realización de
la invención, cuando está parado o se desplaza en línea recta,
habiendo sido representadas solamente las ruedas delanteras;
la figura 2 es una vista frontal del vehículo de
la figura 1;
las figuras 3 y 4 son unas vistas de la parte
delantera del vehículo de la figura 1, respectivamente por encima y
de lado;
las figuras 5 y 6 son vistas en perspectiva
respectivamente de la parte delantera y de la parte posterior del
vehículo de la figura 1, que muestran los medios de transmisión del
mando de dirección a las ruedas posteriores;
las figuras 7, 8, 9 y 10 son unas vistas
similares respectivamente a las figuras 1, 2, 3 y 4 cuando el
vehículo se desplaza sobre una curva orientada hacia la
derecha;
las figuras 11 y 12 son unas vistas en
perspectiva simplificada de un vehículo según un segundo modo de
realización de la invención, respectivamente cuando está parado o
cuando se desplaza en línea recta, y cuando se desplaza sobre una
curva orientada hacia la derecha;
las figuras 13 y 14 son unas vistas de detalle
de las ruedas delanteras respectivamente derecha e izquierda, del
vehículo representado en la figura 12;
las figuras 15 y 16 son unas vistas en
perspectiva simplificada de un vehículo según un tercer modo de
realización de la invención, respectivamente cuando está parado o
cuando se desplaza en línea recta, y cuando se desplaza sobre una
curva orientada hacia la derecha; y
las figuras 17 y 18 son unas vistas de detalle
de las ruedas delanteras respectivamente derecha e izquierda, del
vehículo representado en la figura 16.
Para simplificar, la invención se describirá
ahora a partir de un vehículo de competición monoplaza sin motor,
movido por la fuerza de la gravedad, pero puede aplicarse
evidentemente en el campo automóvil.
El vehículo será descrito en el caso en que
descansa sobre un suelo horizontal. Los términos "delante" y
"detrás" se entienden, a lo largo de la dirección longitudinal
general del vehículo (en este caso horizontal), con respecto al
movimiento del vehículo en marcha hacia adelante. El término
"transversal" designa la dirección ortogonal al eje
longitudinal del vehículo, y los términos "interior" y
"exterior" están definidos con respecto a un viraje que está
realizando el vehículo.
Se describe en primer lugar un primer modo de
realización del vehículo, con referencia a las figuras 1 a 10.
El vehículo 1 comprende un chasis 2 que
comprende dos barras laterales 3, 4 que se extienden
longitudinalmente a la misma altura con respecto al suelo. Las
barras 3, 4 están unidas entre sí por dos barras en V 5, 6
respectivamente delantera y posterior, que se extienden en un plano
sustancialmente vertical, estando la punta de la V dirigida hacia
arriba. Además, una espiga 7 longitudinal se extiende hacia la parte
posterior desde la punta de la V de la barra posterior 6 (ver
figura 6).
El vehículo 1 comprende asimismo un habitáculo 8
de forma general cilíndrica, de eje 9, en el cual se instalará el
conductor, representado en este caso solamente por su casco 10. El
habitáculo 8 está montado de forma pivotante con respecto al chasis
2 alrededor del eje 9, y su centro de gravedad está situado bajo el
eje 9. A este fin, el habitáculo 8 está generalmente lastrado.
La forma cilíndrica del habitáculo 8 está
definida por una pieza delantera 11 y una pieza posterior 12
sustancialmente idénticas y dispuestas verticalmente constituidas
cada una por un elemento circular de eje 9 en el cual se inscriben
dos barras en cruz. En parada, y en línea recta, una rama de la cruz
está horizontal y la otra vertical. Las piezas delantera 11 y
posterior 12 están unidas por dos barras laterales 13, 14 huecas y
horizontales, dispuestas a media altura del habitáculo 8, y por un
zócalo 15 curvado que forma el asiento del conductor. Además, una
pieza intermedia 16 anular está fijada verticalmente entre las
barras 13, 14 a media distancia entre las piezas delantera 11 y
posterior 12.
Entre la pieza intermedia 16 y la pieza
delantera 11 se extiende horizontalmente y en la parte superior del
habitáculo 8 un tubo 17. El tubo 17 recibe una columna de dirección
(no representada) cuyo extremo posterior soporta un volante cuyo
extremo delantero está dispuesto para cooperar con una cadena 18
(véase la figura 5). Por último, el habitáculo 8 comprende un
respaldo 19 fijado sobre la pieza posterior 12.
Además, el vehículo 1 comprende cuatro ruedas
20, a saber dos ruedas delanteras y dos ruedas posteriores. Por
razones de claridad, las ruedas posteriores sólo han sido
representadas en las figuras 5 y 6. El tren de ruedas posterior es
simétrico del tren de ruedas delantero con respecto al plano
transversal medio del vehículo 1. Se describirá a continuación una
rueda delantera, sabiendo que las dos ruedas de un mismo tren de
ruedas (delantero o posterior) son simétricas con respecto al plano
longitudinal medio del vehículo 1.
La rueda 20 comprende un cubo 21 asociado al
chasis 2 por unos medios de unión. Los medios de unión comprenden
una horquilla 22 en U que soporta en su parte acodada un vástago
alrededor del cual está dispuesta una vaina cilíndrica soportada
por el primer extremo de un brazo 23. Se forma así un pivote de
inclinación 24 cuyo eje 25 está situado sustancialmente en un plano
vertical paralelo al eje 9 e inclinado hacia arriba en un ángulo
\alpha con respecto al eje 9, de detrás hacia delante del vehículo
1. El ángulo \alpha está comprendido entre 15 y 30º, y por
ejemplo es del orden de 20º. En la forma de realización
representada, el punto de intersección entre el eje 25 y el suelo
26 está sustancialmente confundido con el punto de contacto P entre
la rueda 20 y el suelo 26 (véase la figura 4).
El brazo 23 comprende una primera porción
rectilínea 27 que se extiende sustancialmente transversalmente y
horizontalmente desde el pivote de inclinación 24 hacia el chasis 2
unida por una porción acodada 28 a una segunda porción rectilínea
29 que se extiende sustancialmente longitudinalmente entre la rueda
20 y el chasis 2 hasta el segundo extremo del brazo 23. Este
segundo extremo soporta un vástago alrededor del cual está dispuesta
una vaina cilíndrica fijada sobre el chasis 2. Se forma así un
pivote de dirección 30 cuyo eje 31 está situado en un plano
sustancialmente transversal e inclinado hacia arriba en un ángulo
\beta con respecto a la horizontal, de la rueda 20 hacia el
chasis 2. El ángulo \beta está comprendido entre 10 y 30º. Esta
configuración permite garantizar una buena estabilidad del vehículo
1.
Por último, el brazo 23 comprende un vástago 32
que se extiende sustancialmente en un plano transversal desde la
primera porción rectilínea 27. El vástago 32 está acodado en L y
presenta una parte vertical dirigida hacia arriba, y después una
parte horizontal dirigida hacia el chasis 2.
\global\parskip0.900000\baselineskip
La cadena 18 está dispuesta alrededor de una
corona dentada 33 de eje 9, montada pivotante alrededor de este eje
9, formando unos medios desmultiplicadores. En la parte delantera
del vehículo 1, y para cada una de las ruedas delanteras, una
bieleta de dirección 34 está fijada por un primer extremo sobre la
corona 33, verticalmente por encima del eje 9 (cuando el vehículo 1
está parado o en línea recta) y por delante de ésta, y por un
segundo extremo sobre la parte horizontal del vástago 32.
Además, como se ha ilustrado en las figuras 5 y
6, una bieleta delantera de transmisión 35 está fijada por un
primer extremo a la parte posterior de la corona dentada 33 y por un
segundo extremo sobre una placa delantera 36, en un extremo de
ésta. El otro extremo de la placa delantera 36 es solidario del
extremo delantero de un árbol longitudinal montado de forma
pivotante en una barra lateral 13 del habitáculo 8. Una placa
posterior 37, solidaria del extremo posterior del árbol
longitudinal está asociada de forma similar a una bieleta posterior
de transmisión 38. Un elemento 39 montado pivotante sobre la espiga
7 posterior del chasis 2 asegura la unión entre la bieleta
posterior de transmisión 38 y dos bieletas de dirección 34,
dispuestas en la parte posterior del vehículo 1 y asociadas cada
una a una rueda posterior de forma idéntica a lo que ha sido
descrito para las ruedas delanteras.
Por último, están previstas cuatro bieletas de
inclinación 40. Cada una está fijada por un primer extremo al
habitáculo 8, sobre una rama de la cruz de la pieza delantera 11 o
posterior 12, verticalmente por encima del eje 9 (cuando el
vehículo 1 está parado o en línea recta) y por un segundo extremo al
ala de la horquilla 22 más próxima al chasis 2.
La unión de los extremos de las bieletas a la
estructura correspondiente puede realizarse por una unión de
rótula.
La autoestabilidad del vehículo 1 en línea recta
está asegurada por el efecto pendular del habitáculo 8 (lastrado) y
por la inclinación de un ángulo \beta de los pivotes de dirección
30.
Se hará referencia ahora a las figuras 7 a 10
que representan el vehículo 1 en un viraje (curva a la derecha).
Para tomar este viraje, el conductor ha girado
el volante a la derecha. Esto ha provocado por una parte el giro de
las ruedas delanteras por medio de la cadena 18, de la rueda dentada
33 y de las bieletas de dirección 34 provocando el pivotamiento de
las ruedas 20 alrededor del eje 31. Por otra parte, las ruedas
posteriores pivotan también alrededor del eje 31 de su pivote de
dirección 30 por medio de la bieleta delantera de transmisión 35,
de la placa delantera 36, del árbol de transmisión, de la placa
posterior 37, de la bieleta posterior de transmisión 38 y de las
dos bieletas de dirección 34.
Además, debido a la fuerza centrífuga, función
del radio del viraje y de la velocidad, el habitáculo 8 pivota
alrededor del eje 9 hacia el interior del viraje. Este pivotamiento
se obtiene por efecto de péndulo, estando el centro de gravedad del
habitáculo situado por debajo del eje de rotación 9. En
consecuencia, por medio de las bieletas de inclinación 40, las
cuatro ruedas 20 se inclinan también hacia el interior del viraje,
sustancialmente en el mismo ángulo que el
habitáculo 8. En contrapartida, las barras laterales 3, 4 del chasis 2 permanecen sustancialmente paralelas al suelo.
habitáculo 8. En contrapartida, las barras laterales 3, 4 del chasis 2 permanecen sustancialmente paralelas al suelo.
Puesto que, para cada rueda, la intersección del
eje 25 del pivote de inclinación 24 con el suelo está
sustancialmente confundido con el punto P de contacto entre la
rueda 20 y el suelo 26, el momento de reacción del suelo sobre la
rueda con respecto al eje 25 es nulo, y nada se opone por tanto a la
inclinación de las ruedas 20.
No estando el eje 25 horizontal sino inclinado
en un ángulo \alpha, el pivotamiento de las ruedas 20 alrededor
de este eje 25 induce un ángulo de giro, que es en este caso un
subgiro puesto que el pivote de inclinación 24 está situado en el
exterior de la batalla de las ruedas del vehículo (es decir delante
de las ruedas delanteras y detrás de las ruedas posteriores). Pero
este subgiro inducido indeseable es exactamente compensado por un
sobregiro de giro inducido por el pivotamiento del habitáculo 8, sin
movimiento relativo del volante con respecto al habitáculo 8. Este
resultado se obtiene gracias a las longitudes apropiadas de los
brazos de palanca situados en la parte posterior (sobre una corona
33 que se inclina con el habitáculo 8 en ausencia de movimiento
relativo del volante) y en la parte delantera de las bieletas de
dirección 40.
La rotación del volante con respecto al
habitáculo 8 sobre el cual gira es por tanto la única generatriz de
un ángulo de giro efectivo. Se conservan así las sensaciones de
conducción conocidas en un coche (sensación de giro con respecto al
habitáculo 8 y no con respecto al suelo 26).
En una variante no representada, el eje 25 del
pivote de inclinación 24 pasa bajo el punto de contacto P entre la
rueda 20 y el suelo 26. En este caso, la componente horizontal de la
reacción del suelo sobre la rueda 20 posee, con respecto al eje 25,
un momento que provoca la inclinación de la rueda 20 en el sentido
del viraje. En consecuencia, por medio de las bieletas de dirección
34, la inclinación de las ruedas 20 provoca el pivotamiento del
habitáculo 8 (si la posición de su centro de gravedad no se opone).
En esta variante de realización, es posible suprimir las bieletas
de inclinación 34. Se obtendría sin embargo una inclinación paralela
del habitáculo 8 y de las ruedas 20 en el plano de la resultante de
las fuerzas.
Existen por tanto dos medios complementarios y
asociables que pueden producir la inclinación de las ruedas 20 y
del habitáculo 8:
- -
- efecto de péndulo del habitáculo 8 transmitido a las ruedas por las bieletas de inclinación 34, no oponiéndose la inclinación del eje 35 a esta inclinación; y/o
\global\parskip1.000000\baselineskip
- -
- posicionado del eje 35 adaptado para provocar una inclinación automática de las ruedas 20 bajo el efecto de la fuerza centrifuga, pudiendo esta inclinación ser transmitida al habitáculo 8 por las bieletas de inclinación 34 o no.
Debe observarse que los pivotes de inclinación
24 y de dirección 30 son independientes uno del otro en sus
movimientos.
En las figuras, el pivote de dirección 30 está
situado entre el pivote de inclinación 24 y el chasis 2. Esta
disposición está en efecto mejor adaptada a una aplicación con unos
componentes de bicicletas y unas ruedas montadas sobre unas
horquillas.
Sin embargo, es posible realizar un montaje en
el cual el pivote de inclinación 24 estaría situado entre el pivote
de dirección 30 y el chasis 2. Esta disposición está mejor adaptada
a una aplicación de automóvil con unas ruedas montadas sobre
manguetas.
Se hará referencia ahora a las figuras 11 a 14
que ilustran un vehículo 1 según un segundo modo de realización de
la invención.
El vehículo 1 es globalmente idéntico al
descrito anteriormente, con excepción de los puntos siguientes.
El brazo 23 está reemplazado por un portarruedas
41, que forma una pieza acodada situada entre la rueda 20 y el
chasis 2, de la que un extremo está unido al cubo 21 de la rueda 20,
y cuyo otro extremo soporta de forma fija la primera horquilla 42
de un cardan 43. La otra horquilla 44 del cardan 43 es solidaria del
chasis 2. El cardan 43 define dos ejes, que constituyen el eje de
inclinación 25 y el eje de dirección 31.
La bieleta de dirección 34 está asociada al
cardan 43 de manera que su extremo esté situado sobre el eje de
inclinación 25, mientras que la bieleta de inclinación 40 está
asociada al cardan 43, por medio de una pieza 45, de manera que su
extremo esté situado sobre el eje de dirección 31. Esta disposición
permite obtener un pivotamiento alrededor de los ejes de
inclinación 25 y de dirección 31 independientemente o
simultáneamente.
Por otra parte, una bieleta de regulación 46
está prevista entre el cardan 43 y el portarruedas 41, a fin de
permitir orientar el eje de inclinación 25 de manera que
interseccione el suelo sustancialmente en el punto de intersección
P entre la rueda 20 y el suelo, o ligeramente por debajo. El ajuste
de esta geometría prevé evitar que la reacción del suelo cree un
momento de inclinación inverso al buscado.
Debe observarse que el pivotamiento simultáneo
sobre los dos ejes 25, 31 se traduce por una reducción de la
distancia al suelo en viraje, lo que es perjudicial para la
autoestabilidad del vehículo. Este inconveniente podría ser
corregido dando una libertad de rotación, según un eje horizontal
transversal, a la horquilla 44 del cardan 43 solidaria del chasis
2, y controlando la rotación sobre este tercer eje por una bieleta o
un medio de suspensión.
Por último, se hará referencia a las figuras 15
a 18 que ilustran un vehículo 1 según un tercer modo de realización
de la invención, relativamente próximo al segundo modo de
realización porque los ejes de inclinación 25 y de dirección 31 son
secantes y están situados en un plano sustancialmente paralelo a la
rueda 20.
El cardan está reemplazado en ese caso por una
rótula 47 que define los ejes de inclinación 25 y de dirección 31
y, eventualmente, un tercer eje 48 de suspensión. La total libertad
de rotación de la rótula 47 por sí misma está embridada por la
bieleta de dirección 34, la bieleta de inclinación 40, y el sistema
de suspensión 49. Los movimientos según estos tres ejes 25, 31, 48
pueden ser disociados o simultáneos.
Asimismo, en este caso el punto de fijación de
la bieleta de dirección 34 está situado sobre el eje de inclinación
25 y el punto de fijación de la bieleta de inclinación 40 está
situado sobre el eje de dirección 31.
La ventaja de este modo de la rótula con
respecto al cardan es que los movimientos simultáneos según los ejes
de inclinación 25 y de dirección 31 no modifican la distancia al
suelo, puesto que el control del tercer eje 48 (por una bieleta o
un medio de suspensión) modifica ligeramente en el espacio la
orientación de los ejes de inclinación 25 y de dirección 31.
Se encuentra de nuevo también la bieleta de
regulación 46 que permite ajustar la geometría del conjunto de
manera que el eje de inclinación 25 interseccione el suelo
sustancialmente en el punto de intersección P entre la rueda 20 y
el suelo, o ligeramente por debajo. A este fin, la bieleta 46
permite hacer variar la altura de la rueda 20 con respecto al
chasis 2.
Haciendo referencia a los segundo y tercer modos
de realización, se ha descrito una sola rueda 20. La otra rueda del
mismo tren es simétrica con respecto al plano longitudinal medio del
vehículo 1. Por otra parte, preferentemente, cada cardan 43 o
rótula 47 está situado en la parte delantera del punto de contacto P
entre la rueda 20 correspondiente y el suelo, ya sea en el tren
delantero o en el tren posterior. Las ruedas son por tanto
arrastradas, lo que es un factor de alta estabilidad (retorno
automático al ángulo de giro nulo). Así el tren posterior no es
simétrico del tren delantero con respecto al plano transversal medio
del vehículo 1, pero es idéntico al tren delantero. Esto permite
que el efecto de la reacción del suelo sea compensado entre el tren
delantero y el tren posterior y, en consecuencia, no endurecer la
dirección. Debido a esta geometría con cuatro ruedas arrastradas,
el ángulo de giro genera un desplazamiento de las cuatro ruedas 20
hacia el exterior del viraje con respecto al chasis 2, lo que
mejora la estabilidad y la repartición de los apoyos sobre las
cuatro ruedas.
Una disposición simétrica de los trenes
delantero y posterior sería sin embargo posible, preferentemente en
combinación con un sistema de dirección asistida para paliar el
problema citado.
Como se ha indicado anteriormente, la invención
puede aplicarse a un vehículo motorizado. A fin de simplificar los
medios de transmisión, se preferirá a una motorización tradicional
un sistema que comprenda una motorización por rueda, fijado sobre
el portarruedas 41 tan próximo como sea posible al punto de
articulación (intersección de los ejes 25 y 31). El motor así
suspendido pivota con la rueda 20 y la transmisión puede ser
realizada fácilmente por medio de una cadena o de una correa. Una
motorización eléctrica está particularmente adaptada, puesto que
los motores son compactos, y las baterías pueden constituir un
desequilibrio interesante cuando están dispuestas en el fondo del
habitáculo 8 pivotante.
Evidentemente la invención no está limitada a la
forma de realización descrita anteriormente a título de ejemplo
sino que abarca por el contrario todas sus variantes de
realización.
Claims (20)
1. Vehículo que comprende:
- -
- un chasis (2);
- -
- por lo menos un tren de ruedas delantero y un tren de ruedas posterior, comprendiendo uno de los dos trenes por lo menos dos ruedas (20) y el otro por lo menos una rueda (20), siendo la o las ruedas (20) de por lo menos uno de los trenes directrices, estando cada una de las ruedas directrices montadas sobre el chasis (2) por medio de un primer pivote, denominado pivote de dirección (30) para poder ser girada,
- -
- un habitáculo (8) destinado a recibir el conductor y los pasajeros del vehículo,
- -
- un volante de dirección montado sobre el habitáculo (8) apropiado para provocar el girado de las ruedas (20) directrices a través de unos medios de transmisión (18, 33, 34);
- -
- en el que el habitáculo (8) está montado de forma pivotante con respecto al chasis (2) alrededor de un eje longitudinal (9) situado sustancialmente en el plano longitudinal medio del vehículo (1), por encima del centro de gravedad del habitáculo (8);
- -
- en el que cada una de las ruedas (20) está montada sobre el chasis (2) por medio de un segundo pivote, denominado pivote de inclinación (24), extendiéndose el eje (25) de dicho pivote de inclinación (24) en un plano sustancialmente paralelo al plano longitudinal medio del vehículo (1);
- -
- en el que la geometría del vehículo (1) y/o uno de los medios mecánicos que asocian el habitáculo (8) y las ruedas (20) son apropiados para provocar, cuando el vehículo (1) circula en un viraje, un pivotamiento del habitáculo (8) y una inclinación de cada una de las ruedas (20) hacia el interior del viraje, bajo el efecto de la fuerza centrifuga, permaneciendo el chasis (2) sustancialmente paralelo al suelo;
caracterizado porque el eje (25) de dicho
pivote de incitación (24) está inclinado hacia abajo en un ángulo
(\alpha) comprendido entre 5 y 45º, con respecto al eje
longitudinal (9) del vehículo (1), cuando se aproxima al punto de
contacto (P) entre la rueda (20) y el suelo (26).
2. Vehículo según la reivindicación 1,
caracterizado porque cada una de las ruedas (20) está unida
al habitáculo (8) por una bieleta de inclinación (40) dispuesta
para que el pivotamiento del habitáculo (8) provoque la inclinación
de las ruedas (20) y porque el pivote de inclinación (24) de una
rueda (20) está dispuesto de manera que el punto de intersección
entre su eje (25) y el suelo (26) esté sustancialmente confundido
con el punto de contacto (P) entre dicha rueda (20) y el suelo
(26).
3. Vehículo según la reivindicación 1,
caracterizado porque el pivote de inclinación (24) de una
rueda (20) está dispuesto de manera que el punto de intersección
entre su eje (25) y la perpendicular al suelo (26) que pasa por el
punto de contacto (P) entre dicha rueda (20) y el suelo (26) esté
situado bajo dicho punto de contacto (P) entre la rueda (20) y el
suelo (26).
4. Vehículo según la reivindicación 3,
caracterizado porque cada una de las ruedas (20) está unida
al habitáculo (8) por una bieleta de inclinación (40) apropiada
para transmitir la inclinación de las ruedas (20) al habitáculo
(8).
5. Vehículo según la reivindicación 2 ó 4,
caracterizado porque el pivote de inclinación (24) está
situado en el exterior de la batalla del vehículo y porque la
longitud y la posición de las bieletas de inclinación (40) están
previstas para que el subgiro inducido por la inclinación del pivote
de inclinación (24) con respecto al eje longitudinal (9) del
vehículo (1) sea sustancialmente exactamente compensado por el
sobregiro inducido por el pivotamiento del habitáculo (8).
6. Vehículo según la reivindicación 2 ó 4,
caracterizado porque el pivote de inclinación (24) está
situado en el interior de la batalla del vehículo y porque la
longitud y la posición de las bieletas de inclinación (40) están
previstas para que el sobregiro de giro inducido por la inclinación
del pivote de inclinación (24) con respecto al eje longitudinal (9)
del vehículo (1) sea sustancialmente exactamente compensado por el
subgiro inducido por el pivotamiento del habitáculo (8).
7. Vehículo según una de las reivindicaciones 1
a 6, caracterizado porque los pivotes de dirección (30) y de
inclinación (24) están dispuestos sucesivamente entre el chasis (2)
y el cubo (21) de cada una de las ruedas (20) directrices, estando
dichos pivotes (30, 24) unidos por un brazo (23) al cual están
asociados los medios de transmisión (18, 33, 34).
8. Vehículo según la reivindicación 7,
caracterizado porque el pivote de dirección (30) está situado
entre el pivote de inclinación (24) y el chasis (2).
9. Vehículo según la reivindicación 7,
caracterizado porque el pivote de inclinación (24) está
situado entre el pivote de dirección (30) y el chasis (2).
10. Vehículo según una de las reivindicaciones 1
a 6, caracterizado porque los pivotes de dirección (30) y de
inclinación (24) están dispuestos de manera que sus ejes (31, 25)
estén situados sustancialmente en el plano de la rueda (20).
11. Vehículo según la reivindicación 10,
caracterizado porque por lo menos una rueda (20) está
asociada al chasis (2) por medio de un cardan (43) o de una rótula
(47), definiendo dicho cardan (43) o dicha rótula (47) los ejes
(31, 25) de los pivotes de dirección (30) y de inclinación (24).
12. Vehículo según una de las reivindicaciones 1
a 11, caracterizado porque el ángulo (\alpha) de
inclinación del eje (25) del pivote de inclinación (24) está
comprendido entre 15 y 30º.
13. Vehículo según una de las reivindicaciones 1
a 12, caracterizado porque el eje (31) del pivote de
dirección (30) se extiende en un plano sustancialmente transversal
al vehículo (1) siendo inclinado hacia arriba, de la rueda (20)
hacia el chasis (2), en un ángulo (\beta) comprendido entre 10 y
30º.
14. Vehículo según una de las reivindicaciones 1
a 13, caracterizado porque los medios de transmisión
comprenden una columna de dirección cuyo extremo posterior soporta
el volante y cuyo extremo delantero está asociado, a través de unos
medios desmultiplicadores (18, 33), a dos bieletas de dirección
(34), estando cada una de las bieletas de dirección (34) unida a
una rueda (20) directriz de un mismo tren de ruedas, delantero o
posterior.
15. Vehículo según una de las reivindicaciones 1
a 14, caracterizado porque los medios desmultiplicadores
comprenden una corona dentada (33) unida al extremo delantero de la
columna de dirección por una cadena (18).
16. Vehículo según una de las reivindicaciones 1
a 15, caracterizado porque todas las ruedas (20) son
directrices, y porque el vehículo (1) comprende un árbol
longitudinal, montado sobre el habitáculo (8), apropiado para
transmitir el mando proporcionado por el volante de un primer tren
de ruedas a un segundo tren de ruedas.
17. Vehículo según una de las reivindicaciones 1
a 16, caracterizado porque el tren de ruedas posterior es
simétrico del tren de ruedas delantero con respecto al plano
transversal medio del vehículo (1).
18. Vehículo según una de las reivindicaciones 1
a 17, caracterizado porque el habitáculo (8) es
cilíndrico.
19. Vehículo según una de las reivindicaciones 1
a 18, caracterizado porque el eje longitudinal de rotación
(9) del habitáculo (8) pasa por el centro geométrico del habitáculo
(8).
20. Vehículo según una de las reivindicaciones 1
a 19, caracterizado porque el chasis (2) está dispuesto en
el exterior del habitáculo (8).
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