ITFI930250A1

ITFI930250A1 - STEERING AND SUSPENSION SYSTEM FOR ONE-WHEEL STEERING VEHICLES, IN PARTICULAR FOR TWO-WHEEL VEHICLES OF LARGE DIAMETER AS MOTORCYCLES, AND SIMILAR

Info

Publication number: ITFI930250A1
Application number: IT000250A
Authority: IT
Inventors: Marco Doveri
Original assignee: Marco Doveri
Priority date: 1993-12-03
Filing date: 1993-12-03
Publication date: 1995-06-03
Also published as: IT1265896B1; ITFI930250A0

Description

SISTEMA DI STERZO E SOSPENSIONE PER VEICOLI AD UNA SOLA RUOTA STERZANTE, IN PARTICOLARE PER VEICOLI A DUE RUOTE DI GRANDE DIAMETRO, COME MOTOCICLETTE, E SIMILI STEERING AND SUSPENSION SYSTEM FOR VEHICLES WITH ONE STEERING WHEEL, ESPECIALLY FOR TWO-WHEEL VEHICLES OF LARGE DIAMETER, SUCH AS MOTORCYCLES, AND SIMILAR

DESCRIZIONE DESCRIPTION

L'invenzione riguarda un sistema sterzante della ruota anteriore di un veicolo ad una sola ruota sterzante, il mozzo della quale ? collegato alle sospensioni con mezzi di articolazione che definiscono l'asse di sterzatura, detto asse essendo opportunamente inclinato all 'indietro per formare la necessaria avancorsa. The invention relates to a steering system of the front wheel of a vehicle with a single steering wheel, the hub of which? connected to the suspensions with articulation means which define the steering axis, said axis being suitably inclined backwards to form the necessary trail.

Pi? in particolare l'invenzione si riferisce ad un perfezionamento ad un sistema sterzante con un elemento montante portante il mozzo, il quale ? collegato alla sospensione con mezzi di articolazione che definiscono l'asse di sterzatura, detto asse (X-X) essendo opportunamente inclinato per formare la necessaria avancorsa. Pi? in particular, the invention refers to an improvement to a steering system with an upright element bearing the hub, which? connected to the suspension with articulation means which define the steering axis, said axis (X-X) being suitably inclined to form the necessary trail.

La sospensione anteriore degli attuali motoveicoli ? in genere realizzata per mezzo di una forcella elasticamente telescopica che sostiene il perno della ruota da entrambi i lati di questa. The front suspension of current motorcycles? generally made by means of an elastically telescopic fork which supports the axle of the wheel on both sides of this.

Con questo schema la sterzatura della ruota ? riportata sopra di questa, sul piano di mezzeria del veicolo, e realizzata in un elemento tubolare del telaio chiamato, come sulle biciclette, cannotto. Questo sistema comporta una certa elasticit? nel guidaggio della ruota, carichi notevoli sui cuscinetti di sterzo, particolarmente in frenata per la distanza di questi dal terreno, e momenti flettenti importanti nella parte superiore del telaio; da ci? consegue la difficolt? di alleggerire il sistema, dovendo conferire a determinati, organi la necessaria robustezza e rigidezza. With this scheme the steering of the wheel? shown above this, on the vehicle's centerline, and made in a tubular element of the frame called, as on bicycles, the steerer. This system involves a certain elasticity? when driving the wheel, considerable loads on the steering bearings, particularly when braking due to their distance from the ground, and important bending moments in the upper part of the frame; from there? follows the difficulty? to lighten the system, having to give certain organs the necessary strength and stiffness.

Per risolvere questi problemi sono state presentate diverse soluzioni nelle quali, in genere, esistono due bracci longitudinali sovrapposti articolati al telaio e formanti un quadrilatero articolato, uno di questi bracci essendo approssimativamente all'altezza dell'asse della ruota e l'altro sopra di questa; all'estremit? del braccio inferiore uno snodo sferico ? articolato direttamente nel mozzo della ruota ed all'estremit? del braccio superiore un analogo snodo si articola su un'appendice del mozzo che si estende sopra la ruota stessa. Entrambi gli snodi hanno il loro centro sulla mezzeria della ruota e materializzano l'asse di sterzatura di questa. Varie soluzioni sono state proposte per comandare la sterzatura della ruota partendo dal manubrio. Queste soluzioni risultano di elevata complessit?, di notevole costo ed anche di un peso ri-1evante . To solve these problems, various solutions have been presented in which, generally, there are two superimposed longitudinal arms articulated to the frame and forming an articulated quadrilateral, one of these arms being approximately at the height of the wheel axis and the other above it. ; at the end? of the lower arm a ball joint? articulated directly in the hub of the wheel and at the end? of the upper arm a similar joint articulates on an appendage of the hub which extends above the wheel itself. Both joints have their center on the center line of the wheel and materialize the steering axis of this. Various solutions have been proposed to control the steering of the wheel starting from the handlebar. These solutions are highly complex, costly and also of considerable weight.

La presente invenzione si propone di risolvere i problemi gi? citati derivanti dalla forcella classica, ma senza incorrere nella complessit? e nel costo dei sistemi innovativi sopra accennati; essa pu? essere applicata in qualsiasi motociclo, ma risulta particolarmente idonei all'applicazione in motocicli a ruote grandi, tipicamente motociclette. The present invention proposes to solve the problems already? cited deriving from the classic fork, but without incurring the complexity? and in the cost of the innovative systems mentioned above; it can? be applied in any motorcycle, but it is particularly suitable for application in motorcycles with large wheels, typically motorcycles.

Sostanzialmente, il sistema sterzante secondo l'invenzione ? caratterizzato dal fatto che l'elemento montante ? superiormente collegato al manubrio con una trasmissione snodata comprendente: all'estremit? superiore di detto elemento montante una prima articolazione a cerniera con un asse trasversale per il collegamento ad un primo estremo di una prima biella; una seconda biella collegata ad un primo estremo, attraverso un'articolazione a cerniera, all'asse del manubrio ed al secondo estremo, tramite un giunto a tre gradi di libert? rotazionali all'altro estremo di detta prima biella. Basically, the steering system according to the invention? characterized by the fact that the riser element? at the top connected to the handlebar with an articulated transmission comprising: at the end? upper of said upright element a first hinge joint with a transverse axis for connection to a first end of a first connecting rod; a second connecting rod connected to a first end, through a hinge joint, to the axis of the handlebar and to the second end, through a joint with three degrees of freedom? rotational at the other end of said first connecting rod.

Preferibilmente, la prima e la seconda biella sono tra loro collegate da un giunto sferico, a cui sono collegate rispettive estremit? delle bielle. Preferably, the first and second connecting rods are connected to each other by a ball joint, to which respective ends are connected. of the connecting rods.

Ulteriori vantaggiose caratteristiche del sistema sterzantre secondo l'invenzione sono indicate nelle allegate rivendicazioni dipendenti. Further advantageous characteristics of the steering system according to the invention are indicated in the attached dependent claims.

Il trovato verr? meglio compreso seguendo la descrizione e l'unito disegno, il quale mostra una pratica esemplificazione non limitativa del trovato stesso. Nel disegno* la The found will come? better understood by following the description and the attached drawing, which shows a practical non-limiting example of the same invention. In the drawing * la

Fig.l mostra una vista laterale schematica del sistema sterzante secondo l'invenzione, in una prima forma di attuazione; la Fig. 1 shows a schematic side view of the steering system according to the invention, in a first embodiment; there

Fig. 2 mostra una sezione frontale secondo II-II di Fig. 1; la Fig. 2 shows a front section according to II-II of Fig. 1; there

Fig.3 mostra una vista laterale schematica del sistema sterzante, in una seconda forma di attuazione; la Fig.4 mostra una sezione locale secondo IV-IV di Fig.3; e la Fig.3 shows a schematic side view of the steering system, in a second embodiment; Fig.4 shows a local section according to IV-IV of Fig.3; and the

Fig.5 mostra una variante del sistema articolato di collegamento del manubrio alla ruota sterzante. Fig. 5 shows a variant of the articulated system for connecting the handlebar to the steering wheel.

Con iniziale riferimento alla Fig.l, la sospensione comprende un braccio longitudinale inferiore 1 articolato ed oscillante rispetto ad un telaio 2 del motociclo. Al braccio 1 ? associato un sistema elastico molla-ammortizzatore, indicato con 3, vincolato ad un estremo al braccio oscillante 1 ed all'estremo opposto al telaio 2. L'estremit? anteriore del braccio 1 porta uno snodo sferico A che si collega ad un elemento montante 5 che porta un mozzo 6 della ruota anteriore RA del motociclo. With initial reference to Fig. 1, the suspension comprises a lower longitudinal arm 1 articulated and oscillating with respect to a frame 2 of the motorcycle. To arm 1? associated with an elastic spring-shock absorber system, indicated with 3, bound at one end to the oscillating arm 1 and at the opposite end to the frame 2. The end? of the arm 1 carries a ball joint A which connects to an upright element 5 which carries a hub 6 of the front wheel RA of the motorcycle.

L'elemento montante 5 ? collegato in vicinanza della sua estremit? superiore tramite un ulteriore snodo sferico 7 ad un braccio longitudinale 8 a sua volta incernierato in 9 al telaio 2. Gli elementi 1, 5 e 8 insieme al telaio 2 definiscono un quadrilatero articolato di sospensione, l'asse di sterzatura della ruota anteriore RA essendo individuato dalla retta passante per i centri degli snodi sferici A e 7. Con 10 ? indicato il punto di articolazione del braccio oscillante inferiore 1 al telaio 2. The riser element 5? connected in the vicinity of its extremity? upper by means of a further spherical joint 7 to a longitudinal arm 8 in turn hinged at 9 to the frame 2. The elements 1, 5 and 8 together with the frame 2 define an articulated suspension quadrilateral, the steering axis of the front wheel RA being identified by the straight line passing through the centers of the spherical joints A and 7. With 10? the pivot point of the lower swinging arm 1 to the frame 2 is indicated.

L'elemento montante 5 porta, all'estremit? superiore, una cerniera 11 ad asse trasversale, alla quale ? collegata una prima estremit? di un'asta o biella 13. Quest'ultima ? vincolata, tramite uno snodo sferico 15, ad una seconda biella od asta 17 collegata a sua volta, tramite una cerniera ad asse trasversale 19, ad un tubo di sterzo 21 solidale al manubrio di sterzo 23. The upright element 5 carries, at the end? upper, a hinge 11 with a transverse axis, to which? connected a first end? of a rod or connecting rod 13. The latter? constrained, by means of a spherical joint 15, to a second connecting rod or rod 17 connected in turn, by means of a transverse axis hinge 19, to a steering tube 21 integral with the steering handlebar 23.

Con 25 ? genericamente indicato un braccio di sospensione della ruota posteriore RP , il quale ? articolato in 27 al telaio 2. Con 29 ? indicato un sistema molla-ammortizzatore associato alla ruota posteriore RP . With 25? generally indicated a suspension arm of the rear wheel RP, which? articulated in 27 to the frame 2. With 29? indicated a spring-shock absorber system associated with the rear wheel RP.

La sezione di Fig.2 mostra in maggiore dettaglio la ruota anteriore RA portata dal mozzo 6 supportato nell'elemento montante 5. In Fig.2 ? anche visibile il braccio oscillante 1 e gli snodi sferici A e 7 che collegano il braccio oscillante 1 e il braccio oscillante 8, rispettivamente, all'elemento montante 5. La cerniera 11 ? definita da una forcella H A e da un perno 11B inserito in una sede 5A dell'elemento montante 5. Con A-A ? indicato l'asse di cerniera. The section of Fig.2 shows in greater detail the front wheel RA carried by the hub 6 supported in the upright element 5. In Fig.2? also visible are the oscillating arm 1 and the ball joints A and 7 which connect the oscillating arm 1 and the oscillating arm 8, respectively, to the upright element 5. The hinge 11? defined by a fork H A and by a pin 11B inserted in a seat 5A of the upright element 5. With A-A? indicated the hinge axis.

L'asse sterzante della ruota ? indicato con X-X in Fig.l e la sua posizione ed inclinazione definiscono l'avancorsa AV . Durante la sterzatura lo sforzo applicato al manubrio 23 viene trasmesso attraverso le aste o bielle 17, 13 all'elemento montante 5. Le bielle 13 e 17 lavorano a flessione. The steering axle of the wheel? indicated with X-X in Fig. 1 and its position and inclination define the trail AV. During steering, the effort applied to the handlebar 23 is transmitted through the rods or connecting rods 17, 13 to the upright element 5. The connecting rods 13 and 17 work in bending.

La ruota anteriore RA pu? essere sostenuta anche da un sistema di sospensione con un unico braccio oscillante, come schematicamente indicato in Fig.3, dove parti uguali sono indicate con gli stessi numeri di riferimento adottato in Fig.l. In questo esempio di attuazione il braccio oscillante 1 ? collegato all'elemento montante 5 non pi? da uno snodo sferico ma da una cerniera, indicata ancora con A, il cui asse di rotazione, indicato ancora con X, rappresenta l'asse di sterzatura della ruota anteriore RA . Il collegamento dell'elemento montante 5 al braccio 1 ? mostrato in maggiore dettaglio nella sezione di Fig.4. The front wheel RA can? also be supported by a suspension system with a single oscillating arm, as schematically indicated in Fig. 3, where equal parts are indicated with the same reference numbers adopted in Fig. In this embodiment example, the oscillating arm 1? connected to the upright element 5 no more? by a ball joint but by a hinge, again indicated with A, whose axis of rotation, again indicated with X, represents the steering axis of the front wheel RA. The connection of the upright element 5 to the arm 1? shown in greater detail in the section of Fig. 4.

I principali vantaggi del sistema ora descritto, in entrambe le forme di attuazione, sono sostanzialmente i seguent i: The main advantages of the system described above, in both embodiments, are substantially the following:

la parte di telaio 2 che collega lo snodo 9 del braccio 1 della sospensione anteriore allo snodo 27 della sospensione posteriore ? molto breve e rettilinea e pu? quindi essere facilmente ed economicamente resa molto rigida, con vantaggio per la guida perch? le ruote anteriore e posteriore rimangono parallele fra loro; the part of the frame 2 which connects the joint 9 of the arm 1 of the front suspension to the joint 27 of the rear suspension? very short and straight and pu? then be easily and economically made very rigid, with an advantage for driving why? the front and rear wheels remain parallel to each other;

la ruota ? a sbalzo e quindi facilmente smontabile, come si vede in particolare nelle sezioni delle Figg.2 e A; the wheel ? cantilevered and therefore easily removable, as can be seen in particular in the sections of Figs.2 and A;

il telaio nella sua parte anteriore, al di sopra del punto di articolazione 9 del braccio 1, pu? essere molto leggero perch? deve sopportare solo carichi derivanti dalla sterzatura e non quelli della sospens ione ; the frame in its front part, above the articulation point 9 of the arm 1, can? be very light why? it must bear only loads deriving from steering and not those of the suspension;

le vibrazioni al manubrio, provenienti dalla ruota anteriore e dovute alle asperit? del terreno, sono inferiori a quelle di una sospensione convenzionale a forcella telescopica; the vibrations to the handlebar, coming from the front wheel and due to the roughness? of the ground, are inferior to those of a conventional suspension with telescopic fork;

? consentita la possibilit? di limitati spostamenti longitudinali del manubrio con il proprio asse, non essendo detto asse di rotazione vincolato al telaio da parametri strutturali. ? allowed the possibility? of limited longitudinal displacements of the handlebar with its own axis, since said axis of rotation is not bound to the frame by structural parameters.

Rispetto ad altre soluzioni analoghe, descritte nella domanda di brevetto italiano n. FI 93 A 79 presentata il 21.04.1993, dello stesso titolare, il sistema di sterzatura qui descr itto si adatta particolarmente all'impiego in veicoli a due ruote con ruote di grande diametro, tipicamente motociclette di grossa cilindrata, in quanto, contrariamente a quanto previsto nella sopra citata domanda dello stesso titolare, il sistema articolato che collega il tubo del manubrio 21 all'elemento montante 5 deve presentare, a causa dell'elevato diametro della ruota, aste 13 e 17 fortemente angolate rispetto alla direzione definita dall'asse del tubo di manubrio 21. In questo assetto, l'impiego di un giunto cardanico per il collegamento dell'asta 17 al tubo del manubrio, come suggerito nella citata domanda FI 93 A 79, sarebbe strutturalmente svantaggioso . Compared to other similar solutions, described in the Italian patent application n. FI 93 A 79 presented on 21.04.1993, by the same owner, the steering system described here is particularly suitable for use in two-wheeled vehicles with large diameter wheels, typically large-displacement motorcycles, since, contrary to what provided in the aforementioned application by the same owner, the articulated system that connects the handlebar tube 21 to the upright element 5 must have, due to the large diameter of the wheel, rods 13 and 17 strongly angled with respect to the direction defined by the axis of the handlebar tube 21. In this arrangement, the use of a cardan joint for connecting the rod 17 to the handlebar tube, as suggested in the aforementioned application FI 93 A 79, would be structurally disadvantageous.

Il sistema di sterzatura sopra descritto si presta a numerose varianti, tra cui quella schematicamente illustrata in Fig.5. The steering system described above lends itself to numerous variants, including the one schematically illustrated in Fig. 5.

In questa forma di realizzazione modificata le due aste 13 e 17 sono realizzate ciascuna in due porzioni 13A , 13B e 17A, 17B rispettivamente. Le porzioni 13A, 13B dell'asta 13 sono assialmente vincolate ma possono ruotare l'una rispetto all'altra attorno all'asse dell'asta medesima. Analogamente anche le porzioni 17A, 17B dell'asta 17 possiedono un grado di libert? che consente la rotazione relativa di una porzione rispetto all'altra attorno all'asse dell'asta medesima. Le porzioni 13A, 17A delle due aste 13, 17 sono fra loro collegate non pi? da un giunto sferico 15, bens? da una semplice cerniera 15X con un asse che, a ruota non sterzata, ? parallelo agli assi delle cerniere 11 e 19 di collegamento all'elemento montante 5 ed al tubo del manubrio 21. Il sistema articolato di Fig.5 ? costruttivamente pi? complesso del sistema delle Figg. In this modified embodiment the two rods 13 and 17 are each made in two portions 13A, 13B and 17A, 17B respectively. The portions 13A, 13B of the rod 13 are axially constrained but can rotate with respect to each other around the axis of the rod itself. Similarly, the portions 17A, 17B of the rod 17 also have a degree of freedom. which allows the relative rotation of one portion with respect to the other around the axis of the rod itself. The portions 13A, 17A of the two rods 13, 17 are no longer connected to each other. from a ball joint 15, but? from a simple 15X hinge with an axis that, when the wheel is not steered,? parallel to the axes of the hinges 11 and 19 for connection to the upright element 5 and to the handlebar tube 21. The articulated system of Fig.5? constructively pi? complex of the system of Figs.

1 a ?, e quindi meno vantaggioso, ma ? cinematicamente equivalente in quanto le porzioni di asta 13B e 17B collegate tramite le cerniere all'elemento montante 5 ed al tubo di manubrio 21, rispettivamente, sono a loro volta reciprocamente vincolate con un sistema a tre gradi di libert?, equivalente quindi da un punto di vista cinematico al giunto sferico 15. 1 a?, And therefore less advantageous, but? kinematically equivalent since the portions of the rod 13B and 17B connected by means of the hinges to the upright element 5 and to the handlebar tube 21, respectively, are in turn mutually constrained with a system with three degrees of freedom, therefore equivalent from a point kinematic view to the ball joint 15.

E' inteso che il disegno non mostra che una esemplificazione data solo quale dimostrazione pratica del trovato, potendo esso trovato variare nelle forme e disposizioni senza peraltro uscire dall'ambito del concetto che informa il trovato stesso. L'eventuale presenza di numeri di riferimento nelle rivendicazioni accluse ha lo scopo di facilitare la lettura delle rivendicazioni con riferimento alla descrizione ed al disegno, e non limita l'ambito della protezione rappresentata dalle rivendicazioni. It is understood that the drawing shows only an exemplification given only as a practical demonstration of the invention, since it can be found to vary in the forms and arrangements without however departing from the scope of the concept that informs the invention itself. The presence of any reference numbers in the attached claims has the purpose of facilitating the reading of the claims with reference to the description and the drawing, and does not limit the scope of protection represented by the claims.

Claims

CLAIMS 1. Front wheel steering system (RA) of a single-wheel steering vehicle, with an upright member (5) bearing the hub, which? connected to the suspension (1, 3; 1, 3, 8) with articulation means (4; 4, 7) which define the steering axis (X-X), said axis (X-X) being suitably inclined to form the necessary trail ( AV), characterized in that said upright element (5)? at the top connected to the handlebar (21, 23) with an articulated transmission comprising: at the end? upper of said upright element (5) a first hinge joint (11) with a transverse axis for connection to a first end of a first connecting rod (13); a second connecting rod (17) connected to a first end, through a hinge joint (19), to the axis (21) of the handlebar (21, 23) and to the second end, by means of a joint (15; 15X, 13A, 17A) with three degrees of freedom? rotational at the other end of said first connecting rod (13).

2. Steering system as per claim 1, characterized by the fact that said first and said second connecting rod (13, 17) are connected together by a ball joint (15), to which respective ends are connected. of the connecting rods.

3. Steering system as per claim 1, characterized by the fact that said first and second connecting rods (13, 17) are each made in two portions (13A, 13B; 17A, 17B) coaxial and movable with respect to each other angularly but not axially, a portion (13A) of a connecting rod (13) being connected to the corresponding portion (17A) of the other connecting rod by means of a hinge (15X) with a transverse axis. TO.

System as per one or more? of the preceding claims, characterized by the fact that the connecting rods (13, 17) are oriented forward, the ends? articulated between them (in 15) of said connecting rods being pi? advanced with respect to the extremities? articulated to the upright element (5) and to the axis (21) of the handlebar (21, 23).

5. System as per one or more? of the preceding claims, characterized in that the upright element (5), carrying said front wheel (RA),? supported by an oscillating suspension arm (1) articulated to the frame (2) around an axis transverse to the direction of motion, which arm extends forward and? disposed laterally to the front wheel (RA), said oscillating arm (1) carrying an articulation (A) to which? articulated upright element (5).

6. System as per claim 5, characterized in that said articulation (4) of the oscillating arm (1) to which? articulated upright element (5)? a cylindrical joint, whose axis of articulation (X-X)? tilted back to provide the necessary trail (AV).

7. System as per claim 5, characterized in that the upright element (5) carrying said front wheel (RA)? supported by two oscillating arms (1, 8) articulated to the frame (2) through cylindrical joints (9,10) with essentially transverse axis and to the upright element (5) through spherical joints (4, 7), called spherical joints defining the steering axis (X-X).

8. System as per one or more? of the preceding claims, characterized in that said oscillating arm (1) of the front wheel (RA) and the oscillating assembly (25) of the rear suspension are articulated on axes (9, 27) close together in the lower part of the frame (2 ).