ITPD980071A1 - Meccanismo spaziale per la realizzazione di un veicolo a tre o quattro ruote rollante - Google Patents

Description

Descrizione di invenzione industriale avente per titolo:

Meccanismo spaziale per la realizzazione di un veicolo a tre o quattro ruote rollante.

Riassunto

Meccanismo per realizzare un veicolo rollante a tre o quattro ruote. Sono previste diverse realizzazioni secondo cui il veicolo può essere: 1) a tre ruote con parte anteriore (con una ruota) rollante e parte posteriore a due ruote non rollante; 2) a tre ruote con parte anteriore con due ruote non rollante e parte posteriore (con una ruota) rollante; 3) a tre ruote con corpo del veicolo rollante e nmte, fra loro collegate da un telaio, non rollanti; 4) a quattro ruote con corpo del veicolo rollante e ruote, fra loro collegate da un telaio, non rollanti. In tutti i casi il guidatore è solidale alla parte rollante.

La parte rollante del veicolo risulta collegata alla parte non rollante mediante un meccanismo spaziale oggetto della presente invenzione; durante il moto in curva detta parte rollante risulta inclinata come avviene normalmente per i veicoli a due ruote, mentre l’altra parte non partecipa al movimento di rollio. H meccanismo in oggetto è composto da sette membri: un membro denominato telaio rollante è collegato alla parte rollante del veicolo, un secondo membro denominato telaio non rollante è collegato alla parte non rollante del veicolo, gii altri cinque membri sono costituiti da cinque aste collegate a detti due telai mediante coppie sferiche. Una delle due coppie sferiche di ciascuna asta può essere sostituita con un giunto universale o di cardano. La disposizione spaziale delle cinque aste definisce la posizione dell’asse di rollio del telaio rollante rispetto a quello non rollante. Sono previste varianti.

Descrizione

La presente invenzione concerne un meccanismo spaziale che consente la realizzazione di un veicolo rollante a tre o quattro ruote.

Secondo una prima realizzazione sono previste tre ruote, di cui una anteriore e due posteriori. In questo caso il veicolo è composto da due parti, dette parte anteriore e parte posteriore. La parte anteriore rollante (fig.1-2) è composta dalla struttura del veicolo alla quale risultano collegati il cannotto di sterzo, la forcella con il manubrio, la ruota anteriore e la sella. La parte posteriore non rollante è costituita dal forcellone posteriore con relativa sospensione posteriore, dal motore installato rigidamente o elasticamente sul forcellone stesso, dall’assale portante alle estremità le due ruote posteriori.

La parte anteriore è collegata alla parte posteriore mediante un meccanismo spaziale. Il membro del meccanismo collegato alla parte anteriore e rollante viene denominato nel seguito telaio rollante mentre il membro del meccanismo collegato alla parte posteriore non rollante viene denominato telaio non rollante.

La presente invenzione segue il brevetto n° PD 98 A 000042 presentato in data 2 marzo 1998 a nome di Vittore Cossalter concernente un meccanismo di collegamento della parte anteriore con quella posteriore, diverso da quello della presente invenzione, esplicante la stessa funzione.

Il meccanismo, che collega la parte anteriore a quella posteriore, ha lo scopo di rendere possibile il moto di rotazione di rollio della parte anteriore, rispetto a quella posteriore, attorno ad un asse. Detto asse di rotazione ha la caratteristica di poter

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ot essere opportunamente posizionato ed orientato rispetto alia parte posteriore non rollante del veicolo. La posizione e l’orientazione dipende dalla geometria e dalla cinematica del meccanismo spaziale (fig. 2).

Sono già noti, allo stato attuale della tecnica, dispositivi per realizzare veicoli a tre ruote con parte anteriore rollante. Il veicolo più diffuso è composto da due parti, una anteriore ed una posteriore, collegate tra di loro da una coppia rotoidale, o cerniera, il cui asse giace nel piano longitudinale del veicolo. Detta soluzione permette la scelta dell’orientazione dell’asse di rollio ma presenta il limite che l’asse di rollio, per ragioni costruttive, non può essere vicino al piano stradale a differenza della soluzione oggetto della presente invenzione.

Secondo la realizzazione nota l’asse di rollio interseca il piano stradale vicino ai punti di contatto delle ruote posteriori e pertanto risulta inclinato verso l’alto, ossia interseca la normale condotta al piano stradale e passante per il punto di contatto della ruota anteriore ad una certa altezza paragonabile con le dimensioni della ruota anteriore. Uno dei limiti della realizzazione nota consiste nel fatto che in curva la ruota posteriore interna subisce una diminuzione del carico mentre la ruota posteriore esterna subisce un analogo incremento del carico. Questo comportamento che è dovuto alla posizione dell’asse di rollio, è negativo in quanto all’aumentare della velocità e al diminuire del raggio di curvatura può portare al ribaltamento del veicolo.

Scopo invece della presente invenzione é appunto quella di ovviare ai suddetti limiti e di permettere la realizzazione di veicoli a tre (o quattro ruote) rollanti nei quali l’asse di rotazione di rollio è posizionato spazialmente ed ha l’orientazione più opportuna a seconda delle diverse applicazioni del veicolo.

Il controllo della posizione e dell’orientazione dell’asse di rollio, che si realizza con il meccanismo oggetto della presente invenzione, consente di ottenere veicoli con diverse caratteristiche dinamiche, ad esempio sottosterzanti o sovrasterzanti o molto stabili direzionalmente.

Inoltre l’invenzione consente di diminuire fino ad annullare le differenze di carico sulle due ruote posteriori in curva.

L’invenzione viene ora meglio chiarita con riferimento ai disegni allegati che illustrano i concetti funzionali con forme di realizzazione a solo titolo esemplificativo ma non limitativo in quanto varianti tecniche o costruttive potranno sempre essere apportate senza uscire dall’ambito della presente invenzione.

La figura 1 (a) mostra ima vista prospettica degli elementi essenziali del veicolo a tre ruote con parte anteriore rollante ed in particolare del sistema di collegamento della parte anteriore con quella posteriore, realizzato secondo l’invenzione. Con 1 viene indicata la parte anteriore comprensiva del cannotto dello sterzo e della forcella telescopica anteriore.

Con 3, 4, 5,6,7 sono indicati i cinque membri rigidi, chiamati aste, di collegamento del telaio rollante, indicato con 2, con il telaio non rollante indicato con 8. Le aste sono collegate al telaio anteriore ed a quello posteriore mediante delle coppie cinematiche sferiche. Per ciascuna asta, una di dette due coppie sferiche può essere sostituita con un giunto universale o di Cardano. In tal modo si inibisce la possibilità di rotazione dell'asta attorno al proprio asse e si possono così adottare aste di forma curvilinea allo scopo di provvedere maggiore spazio all'intemo del meccanismo per ospitare meglio eventuali organi meccanici o il bagagliaio.

La parte anteriore ha rispetto alla parte posteriore un solo grado di libertà, può infatti ruotare attorno ad un asse, denominato asse di rollio, la cui posizione e orientazione dipende dalle caratteristiche geometriche del meccanismo, ovvero dalla dimensione e disposizione delle aste.

La figura 1, in basso (b), mostra una variante: la parte anteriore è vincolata alla sommità delle aste 3, 4, 5,6, a differenza dello schema in alto (a) nel quale alla sommità delle aste è collegata la parte posteriore del veicolo.

La figura 2 (a) mostra la possibile posizione del centro di istantanea rotazione del telaio anteriore rispetto al telaio posteriore. Il centro di istantanea rotazione del telaio rollante 2 rispetto al telaio non rollante 8 può essere fissato in sede di progetto all’altezza desiderata semplicemente variando la disposizione delle aste e il punto in cui esse convergono; detta posizione può quindi trovarsi sul piano stradale, sotto il piano stradale o sopra il piano stradale.

La figura illustra anche delle varianti realizzative dell’invenzione indicate con (b)-(g); è evidente che le aste possono essere disposte con ima certa libertà, ferma restando la posizione dell'asse di rollio come evidente in (b), (c), (d) e (g). Inoltre si mostra che mediante una opportuna scelta delle orientazioni delle aste l’asse di rollio può risultare inclinato in basso (e) o in alto (f) e può quindi intersecare il piano stradale in un punto desiderato qualsiasi.

H vantaggio di adottare tale meccanismo, come evidenziato dalle figure, consiste quindi nella possibilità di posizionare l’asse di rollio come desiderato. Le diverse collocazioni spaziali dell’asse di rollio consentono di ottenere veicoli caratterizzati da differenti comportamenti dinamici.

La figura 3 (a) mostra ima variante secondo la quale due delle quattro aste che avevano disposizione circa verticale in figura 1 (in questo caso le aste 5 e 6) ora assumono una posizione fortemente inclinata, mentre l'asta che era quasi orizzontale in figura 1, ovvero quella indicata con 7, ora è circa verticale ed è sostituita con un gruppo molla-ammortizzatore in modo da realizzare anche la finizione di sospensione elastica. Infatti, quando l'asta 7, ora non più rigida, si comprime o si estende, il telaio posteriore si abbassa o si alza rispetto a quello anteriore ruotando attorno ad un asse ortogonale al piano di simmetria del veicolo e la cui esatta collocazione dipende dalla disposizione delle altre 4 aste (in figura l'asse del moto relativo della sospensione in questione è individuato dai punti in cui convergono le aste 3-5 e 4-6 rispettivamente). Secondo questa realizzazione il meccanismo viene utilizzato quindi anche per realizzare la sospensione posteriore. Infatti il meccanismo ha due gradi di libertà: il primo viene utilizzato per il moto di rollio della parte anteriore mentre il secondo che corrisponde alla compressione della molla viene utilizzato per il movimento della sospensione. La figura 3 (b) mostra una variante caratterizzata da una diversa posizione dell'asse di rotazione del moto della sospensione che ora è molto più arretrato. Inoltre nello schema (b) si realizza una differente progressione della sospensione e la molla lavora in compressione invece che in trazione. La grande libertà che si ha nella disposizione delle aste, fermo restando la posizione dell'asse di rollio secondo gli schemi visti in (2) offre quindi la possibilità anche di ottimizzare il funzionamento come sospensione.

La figura 4 mostra una ulteriore variazione secondo la quale la parte non rollante ora è l’avantreno mentre il retrotreno diventa rollante. In questo caso la parte posteriore ha una sola ruota e quella anteriore ne ha due che possono essere fatte sterzare con l’impiego di un meccanismo di sterzo analogo a quelli utilizzati nelle automobili e comandato da una trasmissione collegata al manubrio (non mostrata in figura).

La figura 5 mostra un’altra variante secondo cui tutte le ruote sono collegate al telaio non rollante, mentre il corpo rollante del veicolo è collegato a detto telaio non rollante per mezzo del meccanismo oggetto della presente invenzione. Le ruote possono essere tre, una anteriore e due posteriori come mostrato in figura, oppure due anteriori e una posteriore, oppure quattro, due anteriori e due posteriori. La sterzatura avviene con un opportuno meccanismo di collegato al manubrio da una trasmissione (non mostrato in figura). Le sospensioni possono essere tradizionali e poste fra le ruote e il telaio non rollante oppure possono essere realizzate sostituendo una o più aste del meccanismo con altrettante molle ed eventuali smorzatori in analogia alla figura 3.

Una variante che non inficia l’invenzione è l’adozione di sospensioni anteriori diverse da quella mostrata, ad esempio del tipo a quadrilatero, a braccio spinto o a braccio tirato.

Il forcellone posteriore è indicato con 9; al forcellone posteriore viene fissato il motore, dotato di cambio o di variatore automatico e il rotismo differenziale, non indicati, in quanto inessenziali, nei disegni della presente invenzione.

Il sistema di sospensione posteriore può anche essere realizzato in maniera tradizionale, come in figura 1, mediante due molle con smorzatori che collegano £ telaio 8 con il forcellone 9. Una variante che non influenza l’oggetto dell’invenzione è rappresentata da una sospensione realizzata mediante un cinematismo e dotata di un solo gruppo molla-ammortizzatore.

La realizzazione di un veicolo in cui l’asse di rollio è posizionato e orientato opportunamente consente di ottenere specifici comportamenti dinamici del veicolo. Gli assi di rollio collocati vicini al terreno rendono i veicoli più stabili, intendendo come stabilità la proprietà che ha il veicolo di tornare spontaneamente nella posizione verticale anche a basse velocità se non viene applicata alcuna coppia al manubrio, con evidente vantaggio per la sicurezza. Ad assi più vicini al baricentro del veicolo e quindi caratterizzati da assi di rotazione più alti rispetto al piano stradale, corrispondo veicoli più manovrabili e maneggevoli che quindi cambiano traiettoria con molta facilità.

Inoltre al variare dell’altezza dell’asse cambia con continuità il modo di caricare le ruote posteriori durante le manovre. In particolare varia la differenza di carico verticale tra ruota esterna ed interna del veicolo. E’ quindi possibile progettare il meccanismo affinché il carico sia, anche in curva, il più uniformemente possibile distribuito su entrambe le ruote.

Il meccanismo può essere ovviamente dotato di opportuno sistema di blocco da inserire quando si trova nella posizione verticale. Detto sistema può essere realizzato tramite il blocco di una o più aste.

Per rendere il veicolo più stabile verticalmente, tale che rimanga naturalmente verticale anche da fermo, può essere invece inserito un opportuno elemento elastico, che determini una azione di richiamo verso la posizione di equilibrio verticale. Detto elemento elastico può essere inserito tra il telaio anteriore 2 e il telaio posteriore 8 oppure tra le aste e il telaio posteriore 8 o anteriore 2.

Claims (10)

1. Rivendicazioni 1) Meccanismo spaziale a cinque aste, che consente di realizzare un veicolo a tre ruote composto di due parti, di cui quella anteriore con una ruota è rollante e quella posteriore con le altre due ruote non è rollante. Detto meccanismo di collegamento fra le due parti del veicolo è composto di 5 aste collegate alle parti del veicolo con coppie sferiche. Quattro delle 5 aste hanno disposizione circa verticale e a due a due convergenti su due punti che determinano l’asse istantaneo di rollio della parte anteriore rispetto alla parte posteriore del veicolo. Detto asse può essere posizionato sopra il piano stradale, o sul piano stradale, o sotto il piano stradale ed essere inclinato in avanti o allindietro in dipendenza della particolare geometria e disposizione di dette 4 aste. La quinta asta ha invece disposizione circa orizzontale e previene il moto di traslazione longitudinale relativa delle due parti del veicolo. La parte anteriore rollante è collegata alla parte inferiore delle quattro aste disposte all’incirca verticalmente; la parte posteriore non rollante risulta invece collegata alla sommità delle quattro aste disposte all’incirca verticalmente.
2. 2) Meccanismo spaziale a 5 aste secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che la parte anteriore rollante è collegata alla sommità delle quattro aste disposte all’incirca verticalmente; la parte posteriore non rollante risulta invece collegata alla base delle quattro aste disposte all’incirca verticalmente.
3. 3) Meccanismo spaziale a 5 aste secondo le rivendicazioni 1 e 2, caratterizzato dal fatto che una o più aste sono sostituite con molle ed eventualmente smorzatori in modo che sia realizzata anche la funzione di sospensione.
4. 4) Meccanismo spaziale a 5 aste secondo le rivendicazioni 1 e 2, caratterizzato da ima diversa disposizione delle aste che prevede una coppia di fortemente inclinate e convergenti in un punto dell’asse desiderato di rollio. La seconda coppia di aste, convergente nell’altro punto dell’asse di rollio, mantiene la disposizione circa verticale o può assumere anche essa disposizione inclinata. La quinta asta assume invece una disposizione circa verticale.
5. 5) Meccanismo spaziale a 5 aste secondo la rivendicazione 3, caratterizzato dal fatto che la 5 asta, ora pressoché verticale, è sostituita con una molla ed eventualmente uno smorzatore, per realizzare anche la funzione di sospensione elastica.
6. 6) Meccanismo spaziale a 5 aste secondo le rivendicazioni 1-2-3-4-5, caratterizzato dal fatto che una delle due coppie sferiche di una o più aste è sostituita da una coppia universale di cardano in modo da prevenire la rotazione dell'asta attorno al proprio asse e di consentire quindi una geometria curvilinea che permette di ottenere maggiore spazio all'interno del meccanismo per alloggiare organi meccanici o bagaglio.
7. 7) Meccanismo spaziale a 5 aste secondo le rivendicazioni 1-2-3-4-5, caratterizzato dal fatto di essere dotato di un sistema di blocco che agisce su almeno una delle aste, oppure fra telaio rollante e telaio non rollante, in modo da inibire il moto di rollio durante il parcheggio o la marcia a bassa velocità.
8. 8) Meccanismo spaziale a 5 aste secondo le rivendicazioni 1-2-3-4-5, caratterizzato dal fatto di essere dotato di un sistema elastico che agisce su almeno una delle aste, oppure fra telaio rollante e telaio non rollante, in modo da stabilizzare il moto di rollio in posizione verticale.
9. 9) Meccanismo spaziale a 5 aste secondo le rivendicazioni 1-2-3-4-5-6-7-8, caratterizzato dal fatto di avere la parte anteriore non rollante con due ruote sterzanti e la parte posteriore rollante con una sola ruota.
10. 10 Meccanismo spaziale a 5 aste secondo le rivendicazioni 1-9 caratterizzato dal fatto che tutte le ruote del veicolo sono collegate al telaio non rollante, mentre la parte rollante del veicolo è collegata a quella rollante per mezzo del meccanismo in oggetto. Le ruote possono essere in numero di tre (di cui ima davanti e due dietro oppure viceversa) oppure in numero di quattro.