KR101305315B1 - 차량의 틸팅 및 조향장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 차량의 틸팅 및 조향 장치에 관한 것으로, 전방에 한 쌍의 전륜이 구비되고 후방에 하나의 후륜이 구비된 자전거나 오토바이, 삼륜, 사륜 등의 차량에 있어서, 코너링시 회전하는 방향으로 차체가 기울어지도록 틸팅이 이루어짐과 동시에 자동적으로 조향이 가능한 차량의 틸팅 및 조향장치에 관한 것이다.
이를 위해 본 발명은, 본체에 안장이 구비되고, 좌우회전시 상기 본체와 전륜을 틸팅시키는 틸팅부, 상기 틸팅부의 양측에 각각 위치하는 한 쌍의 전륜, 그리고 본체의 후방에 후륜이 구비되며, 상기 본체가 전방으로 연장되어 그 연장된 부위에 발페달이 설치되어 후륜과 체인으로 연결되어 동력을 전달하는 차량에 있어서,
본체의 양측으로 돌출되며 양단이 상하좌우 방향으로 회전이 가능하도록 핀결합된 상하부 틸팅프레임; 상기 상하부 틸팅프레임의 상하좌우 회전이 가능한 양단에서 각각 상하방향으로 장착되는 한 쌍의 지지프레임; 상기 한 쌍의 지지프레임의 외측으로 돌출되어 상기 한 쌍의 전륜이 각각 회전이 가능하게 체결되는 허브; 상하부 틸팅프레임의 양단축에 설치되어 본체를 원위치로 복원시키는 본체복원스프링; 상기 한 쌍의 지지프레임의 전후방에 각각 조립된 전후방 볼트; 상기의 전방볼트와 상부틸팅프레임에 각각 대각선으로 연결된 자동조향스프링; 한 쌍의 지지프레임의 후방에 조립된 후방볼트를 서로 연결하여 전륜의 간격을 유지하는 전륜간격유지스프링; 한 쌍의 지지프레임에 각각 회전이 가능하도록 삽입되며, 상기 지지프레임의 상하 양단에 축설되는 조향 베어링;으로 구성된다.

Description

차량의 틸팅 및 조향장치{Tilting and steering apparatus for vehicle}

본 발명은 차량의 틸팅 및 조향 장치에 관한 것으로, 전방에 한 쌍의 전륜이 구비되고 후방에 하나의 후륜이 구비된 자전거나 오토바이 등의 차량에 있어서, 코너링시 회전하는 방향으로 차체가 기울어지도록 틸팅이 이루어짐과 동시에 자동적으로 조향이 가능한 차량의 틸팅 및 조향장치에 관한 것이다.

리컴번트 자전거란 한 쌍의 전륜과 후방에 하나의 후륜으로 구성되어 누워서 탈 수 있어서, 승차감이 편하고 장거리 주행시에 효율적인 자전거이다.

도1은 종래의 리컴번트 자전거(10)의 구조를 보인 도로서, 전후방향으로 가로놓인 주프레임(20)의 상면에 사용자가 앉을 수 있는 안장(30)과, 상기 주프레임(20)의 전면부에 위치하여 방향전환을 위하여 전방부에 한 쌍의 전륜과 후방부에 하나의 후륜, 그리고 핸들을 갖는 조향장치(40)와, 페달이 상기 전륜의 전방부위로 돌출되고 후륜과 체인으로 연결되어 동력을 전달하는 동력장치(50)로 크게 구성된다.

따라서 운전자는 안장(30)에 누워 발을 앞으로 뻗어서 페달을 밟게 되고 핸들로 기존의 자전거와 같이 조향을 함으로써 운전을 하게 되는 것이다.

그런데, 이러한 종래의 리컴번트 자전거는 조향시 차체가 회전하는 방향으로 기울어지지 않아 고속에서 방향 전환을 하는 경우에 원심력에 의해 회전하는 반대방향으로 전복사고가 발생하기 쉬우며, 또한 회전을 하더라도 회전하는 방향의 반대쪽 전륜이 지면으로부터 뜨게 되므로 이 또한 회전하는 방향으로의 전복이 발생하기 쉬워 안정적이고 안전한 코너링이 어려운 문제점을 갖는다.

따라서 본 발명은 종래의 이러한 문제점을 해결하기 위하여 차체가 회전하는 방향으로 기울어지도록 틸팅이 가능하여 한 쌍의 전륜이 지면에 접지된 상태로 코너링이 가능하도록 함으로써 안전한 주행이 가능하고 동시에 자동적으로 조향이 가능하도록 한 차량의 틸팅 및 조향장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

이러한 목적을 갖는 본 발명의 차량의 틸팅 및 조향장치는,

본체에 안장이 구비되고, 본체를 중심으로 전방에는 핸들(또는 손페달)에 의해 자동적으로 조향되는 조향부, 상기 조향부의 전방에 위치하고 한 쌍의 전륜 사이에 위치한 틸팅부 그리고 본체의 후방에 후륜이 구비되며, 상기 전륜의 전방으로는 본체로부터 연장된 앞포크에 발페달이 위치하고 본체의 상측으로 연장되어 체결된 손페달이 위치하여 손발체인에 의해 후륜에 동력을 전달하여 구동하는 차량에 있어서,

상기 구동부는

상기 전륜의 전방으로는 본체로부터 연장된 앞포크에 체결된 발페달;

본체의 상측으로 연장되어 체결된 손페달;

상기의 발페달 및 손페달에 연결된 손발체인과 스프로켓;으로 구성되며,

상기 조향부는

본체의 상측으로 연장되어 체결된 손페달;

한 쌍의 지지프레임의 전후방에 각각 조립된 전후방 볼트;

상기 지지프레임의 전방볼트와 상부틸팅프레임에 대각선으로 각각 연결된 자동조향스프링;

상기 지지프레임의 후방볼트를 서로 연결하여 전륜의 간격을 유지하는 전륜간격유지스프링;

지지프레임에 각각 회전이 가능하도록 삽입되어 손페달의 조작에 의해 자동적으로 회전하며, 지지프레임의 상하 양단에 축설되는 조향 베어링;으로 구성되며,

상기 틸팅부는

본체의 양측으로 돌출되어 본체와 링크로 연결된 상하부틸팅프레임;

상기 상하부틸팅프레임의 양단에서 상하측으로 연장되는 한 쌍의 지지프레임;

상기 한 쌍의 전륜이 각각 회전이 가능하게 체결되는 허브;

상하부틸팅프레임의 양단축에 입설되어 본체를 원위치로 복원시키는 본체복원스프링;으로 구성된다.

이러한 본 발명에 따르면, 고속 주행을 하면서 코너링 할 때도 차체가 코너링하는 방향으로 기울어지며, 코너링 종료 후에 본체복원스프링에 의해 원위치로 복원이 이루어짐으로써 전복사고 등의 안전사고를 방지함과 더불어 자동적으로 조향이 이루어져 안정적이고 편안한 승차감을 가질 수 있는 효과가 있으며, 양발에 의한 구동 외에 양손을 사용하여 사족으로 구동이 가능함으로써 전신 운동이 가능하며, 한층 수월하고 효율적인 이동이 가능해지는 효과가 있다.

도1은 종래의 리컴번트 자전거 구조도.
도2는 본 발명에 의한 차량의 틸팅 및 조향장치의 평면 구조도.
도3은 본 발명을 후면에서 보인 구조도.
도4는 본 발명을 측면에서 보인 구조도.
도5는 본 발명이 좌우방향으로 틸팅되는 상태를 보인 도.

이와 같이 구성되는 본 발명을 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.

먼저 본 발명에서는 설명의 편의를 위하여 리컴번트 자전거를 예를 들어 설명하며, 본 발명의 구조는 자전거뿐만 아니라 오토바이, 삼륜차, 사륜차 등의 다양한 차량에 적용될 수 있다.

도2는 본 발명의 평면구조를 보인 도이고, 도3은 후면에서 보인 구조도이며, 도4는 측면에서 보인 구조도로서, 이에 도시한 바와같이 본 발명은 크게 본체(100), 동력부(200), 조향부(300), 틸팅부(400), 안장(500)으로 구성된다.

본체(100)는 차체를 이루는 프레임으로서 전방에 지지프레임(410,411)을 중심으로 그 외측에 각각 좌전륜(450)과 우전륜(460)이 위치하고, 본체(100)가 전방으로 더 연장되어 양측에 각각 발페달(210,211)이 축설되며, 또한 본체(100)가 상측으로 연장되어 본체(100)의 좌우에 각각 손페달(310,311)이 축설된 동력부(200)가 구비된다.

이때, 발페달(210,211)과 손페달(310,311)에는 기존의 자전거와 같이 스프로켓(255)이 구비되며, 본체(100)의 후방에는 하나의 후륜(230)이 구비되어 상기 발페달(210,211)에 의해 발생된 동력이 발페달체인(221)을 통해 후륜(230)으로 전달되도록 구성된다.

또한, 발페달(210,211)에는 동일축에 한 쌍의 스프로켓(240,245)이 구비되어, 하나의 스프로켓(240)에는 발페달체인(221)이 감겨지며, 또 다른 스프로켓(245)에는 손페달(310,311)에 구비된 스프로켓(250)과 손페달체인(220)에 의해 연결되어 손페달(310,311)로부터 발생된 동력이 발페달(210,211)을 통해 후륜(230)으로 전달된다.

즉, 발페달(210,211) 또는 손페달(310,311)에 의해 발생된 동력만을 후륜(230)에 전달할 수 있고, 또한 발페달(210,211)과 손페달(310,311)로부터 발생된 동력을 동시에 후륜(230)으로 전달할 수 있는 것이다.

이러한 양쪽 손페달(310,311)은 발페달(210,211)과 같이 180° 위상차를 가지지 않는 0° 위상차를 갖도록 좌우 동일한 위치에 있어서 노를 젓는 방식으로 동력을 발생하게 된다.

이때, 발페달(210,211)과 손페달(310,311)에 구비된 스프로켓(240,245,250,255)은 일반적인 자전거의 스프로켓(240,245,250,255)과 같이 전진하는 방향으로만 동력을 전달하는 구조를 가지므로 손페달(310,311)의 노젓기 운동에 의한 동력발생이 가능하게 된다.

조향부(300)는 도3 및 도4에서 도시한 바와같이 본체(100)의 상측으로 연장되어 체결된 손페달(310,311)이 설치되며, 본체(100)의 전방 상측에는 상부프레임임(416)의 중심부위가 핀(101)으로 결합되어 좌우양측이 상하방향으로 회전이 가능하게 결합되고, 상부틸팅프레임(416)의 양측은 핀결합부(445,455)에 의해 상하방향으로 회전이 가능하며, 그 상부틸팅프레임(416)의 상하방향으로 회전되는 양단부에 지지프레임(410,411)이 상하방향으로 세워져 장착된다.
또한, 상기 지지프레임(410,411)의 전방에 각각 체결된 전방 고정부인 전방볼트(320,321)가 구비되며, 상부틸팅프레임(416)의 핀결합부(445,455)와 대각선으로 자동조향스프링(340,341)이 장착된다.
즉, 자동조향스프링(340)은 전방볼트(320)와 핀결합부(455) 사이에서 양측이 고정되어 장착되고, 또다른 자동조향스프링(341)은 전방볼트(321)와 핀결합부(445) 사이에서 양측이 고정되어 장착된다.
또한, 지지프레임(410,411)의 양측 후방에 후방볼트(330,331)가 구비되어 이에 전륜간격유지스프링(350)의 양단측이 고정되어 장착됨으로써 전륜(450,460)의 간격을 유지시켜 준다.
그리고, 본체(100)의 전방 하측에는 상부 틸팅프레임(416)의 중심부위로부터 핀(101)으로 결합되고, 하측으로 연장된 링크(451)가 구비되며, 그 링크(451)의 하측에는 하부틸팅프레임(415)의 중심부위가 핀(102)으로 결합되어 좌우양측이 상하방향으로 회전이 가능하게 결합되고, 하부틸팅프레임(415)의 양측도 핀결합부(445,455)에 의해 상하방향으로 회전이 가능하며, 그 하부틸팅프레임(415)의 상하방향으로 회전되는 양단부에 지지프레임(410,411)의 하측이 각각 고정되어 장착된다.
결국, 상부틸팅프레임(416)과 하부틸팅프레임(415)은 동일하게 형성되되 본체(100)의 전방 상측과 링크(451)의 하측에 각각 중심부위가 핀(101,102)으로 결합되며, 그 상부틸팅프레임(416)과 하부틸팅프레임(415)의 상하방향 회전이 가능한 양단부에 지지프레임(410,411)의 상측과 하측이 고정되는 구조를 갖는 것이다.

그러므로, 좌회전시 운전자의 무게중심이 좌측으로 이동하면 도5(a)에서와 같이 본체(100)도 좌측으로 쏠리게 되어, 상부 틸팅프레임(416)은 좌측으로 이동하고, 이로인해 지지프레임(410,411)도 좌측으로 기울어져 하부 틸팅프레임(415)은 우측으로 이동하게 된다.

이와 동시에 상부틸팅프레임(416)과 지지프레임(411)사이에 체결된 자동조향스프링(340)이 지지프레임(411)의 하측에 체결된 전방볼트(321)를 당기게 됨으로서 우측전륜(460)이 지면에 안정적으로 접지된 상태에서 좌측으로 회전하며 조향이 이루어진다.

우회전도 마찬가지로 운전자의 무게중심이 우측으로 이동하면 도5(b)에서와 같이 본체(100)도 우측으로 쏠리게 되어, 상부 틸팅프레임(416)은 우측으로 이동하고, 이로인해 지지프레임(410,411)도 우측으로 기울어져 하부 틸팅프레임(415)은 좌측으로 이동하게 된다.
이와 동시에 상부틸팅프레임(416)과 지지프레임(410)사이에 체결된 자동조향스프링(341)이 지지프레임(410)의 하측에 체결된 전방볼트(320)를 당기게 됨으로써 좌측전륜(450)이 지면에 안정적으로 접지된 상태를 유지하면서 우측으로 회전하며 조향이 이루어진다.

틸팅부(400)는 상기에서 조향부(300)와 병행하여 설명하였듯이 본체(100)의 전방 상측 및 하측으로부터 중심부위가 핀(101,102)로 결합되어 양측으로 돌출된 상부 틸팅프레임(416) 및 하부 틸팅프레임(415)을 가지며, 지지프레임(410,411)은 각각 상기 상부 틸팅프레임(416) 및 하부 틸팅 프레임(415)의 양단에서 상하방향으로 수직으로 세워져는 상측 및 하측이 축결합된다,
또한, 상부 틸팅프레임(416)과 하부 틸팅 프레임(415)은 그 각각의 양단이 핀결합부(425,435,445,455)에 의해 상하방향으로 회전이 가능함으로써 도5에서와 같이 상부틸팅프레임(416)과 하부틸팅프레임(415)은 수평을 유지한 상태에서 지지프레임(410,411)만 회전하는 방향으로 기울어져 틸팅이 가능하게 된다.
또한 상하부 틸팅프레임(416,415)의 끝부위 즉 상하방향으로 회전이 가능한 부위에는 조향베어링(421,431,424,434)이 설치되어 지지프레임(410,411)의 상부 및 하부가 삽입되어 고정됨으로써 지지프레임(410,411)이 축회전이 결합된다.

삭제

링크(451)는 본체(100) 및 상하부 틸팅프레임(415,416)에 고정되고, 상하부 틸팅프레임(415,416)에는 회전이 가능하도록 핀으로 결합된다.

상기 지지프레임(410,411)은 상하부 틸팅프레임(415,416)의 양끝부위에서 상하측이 축설되며, 지지프레임(410,411)의 몸체 상하측과 상하부 틸팅프레임(415,416)에는 완충스프링(426,436)이 끼워져 링크(451)에 의해 이탈이 방지되면서 주행시 노면충격을 흡수하는 완충작용을 하게 된다.

상기 각 지지프레임(410,411)의 외측으로는 각각 허브(420,430)가 축설되고, 그 허브(420,430)에 좌전륜(450)과 우전륜(460)이 장착되도록 구성된다.

아울러 상하부 틸팅프레임(415,416)의 핀결합부(425,435,445,455)에는 토션스프링 형태의 본체복원스프링(427,437)이 설치되어 그 탄성력에 의해 회전시 기울어진 본체(100)를 회전이 완료된 후에 똑바로 복원시킬 수 있게 된다.

안장(500)과 본체(100) 사이에는 지지바(570)가 연결되어 안장(500)의 위치를 조절할 수 있게 되는데, 지지바(570)에는 장공(571)이 형성되고, 본체(100)와 안장(500)에는 각각 핀구멍(573,575)이 형성된 브라켓(572,574)이 구비되어 상기 지지바(570)의 장공(571)과 핀구멍(573,575) 사이에 볼트가 체결됨으로써 상하전후 방향의 위치를 조절하여 운전자의 키에 따라 안장(500)을 발페달(210,211)쪽에 가깝게 하거나 멀리 조절할 수 있어 힘이 들지 않고 편안한 주행이 가능하게 된다.

또한, 본체(100)와 안장(500)의 등받이 부위 사이에는 쇽업소버(590)의 하측이 회전이 가능하도록 핀결합되고, 상측이 상기 안장(500)의 등받이 부위에 고정되도록 결합되어 안장(500)을 지지함으로써 운전자에게 편안한 운전자세를 제공함과 아울러 주행시 노면충격을 흡수하여 편안한 주행이 가능하도록 한다.

등받이 부위의 높낮이와 눕혀지는 각도를 조절하기 위해 안장(500)의 등받이 부위의 후면에는 상하방향으로 다수개의 체결공(581)이 일정간격으로 구비된 지지브라켓(580)이 구비되어 있어서, 쇽업소버(590)의 상측을 적절한 체결공(581)에 체결함으로써 눕는 각도를 손쉽게 조절할 수 있다.

이울러, 손발페달(210,211,310,311)에 구비된 스프로켓(240,245,255)과 후륜(230)에 구비된 스프로켓(250), 그리고 아이들러(260), 손발페달체인(220,221)을 통해 손발페달(210,211,310,311)로부터 발생된 동력을 후륜(230)에 전달하여 전진이 가능하도록 한다.

이러한 본 발명의 동작을 설명한다.

좌회전 시 무게중심이 좌측으로 쏠리게 되므로 본체(100)도 좌측으로 기울어지게 되는데, 이때 도5(a)와 같이 링크(451)에 의해 상하부 틸팅프레임(415,416)은 좌우측으로 이동하게 되므로, 이로 인해 각 지지프레임(410,411)도 좌측으로 기울어짐과 동시에 상부틸팅프레임(416)의 좌측 상단에 체결된 자동조향스프링(340)이 지지프레임(410,411)의 우측하단에 체결된 전방볼트(321)를 당기게 되어 전륜(450,460)이 지면에 안정적으로 접지된 상태에서 좌측으로 조향되며 코너링 회전이 이루어진다.

우회전도 마찬가지로 도5(b)에서와 마찬가지로 좌회전시와 동일한 형태이므로 구체적인 설명은 하지 않는다.

즉, 고속주행시에도 본체(100)와 전륜(450,460), 그리고 후륜(230)이 회전하는 방향으로 기울어짐과 동시에 자동적으로 조향이 이루어지고, 전륜(450,460)이 지면에 완벽히 접지된 상태에서 코너링이 행해지므로 원심력에 의한 도로 이탈, 전복 등의 사고가 미연에 방지되는 것이다.

100 : 본체
200 : 동력부 210,211 : 발페달
220 : 손페달체인 221 : 발페달체인
230 : 후륜
240,245,250,255 : 스프로켓 260 : 아이들러
300 : 조향부 310,311 : 손페달
320,321 : 전방볼트 330,331 : 후방볼트
340,341 : 자동조향스프링 345 : 앞포크
350 : 전륜간격유지스프링 400 : 틸팅부
410,411 : 지지프레임 415,416 : 상하부 틸팅프레임
420,430 : 허브 421,431,424,434 : 조향베어링
425,435,445,455 : 핀결합부 426,436 : 완충스프링
427,437 : 본체복원스프링 450,460 : 전륜
451 : 링크 500 : 안장부
570 : 지지바 571 : 장공
573,575 : 핀구멍 572,574 : 브라켓
580 : 지지브라켓 581 : 체결공
590 : 쇽업소버

Claims (6)

1. 삭제
2. 삭제
3. 삭제
4. 본체에 안장이 구비되고, 좌우회전시 상기 본체와 전륜을 틸팅시키는 틸팅부, 상기 틸팅부의 양측에 각각 위치하는 한 쌍의 전륜, 그리고 본체의 후방에 후륜이 구비되며, 상기 본체가 전방으로 연장되어 그 연장된 부위에 발페달이 설치되어 후륜과 체인으로 연결되어 동력을 전달하는 차량에 있어서,
   본체의 양측으로 돌출되며 양단이 상하좌우 방향으로 회전이 가능하도록 핀결합된 상하부 틸팅프레임;
   상기 상하부 틸팅프레임의 상하좌우 회전이 가능한 양단에서 각각 상하방향으로 장착되는 한 쌍의 지지프레임;
   상기 한 쌍의 지지프레임의 외측으로 돌출되어 상기 한 쌍의 전륜이 각각 회전이 가능하게 체결되는 허브;
   상하부 틸팅프레임의 양단축에 설치되어 본체를 원위치로 복원시키는 본체복원스프링;
   상기 한 쌍의 지지프레임의 전후방에 각각 조립된 전방 및 후방 고정부;
   상기의 전방 고정부와 상부틸팅프레임에 각각 대각선으로 연결된 자동조향스프링;
   한 쌍의 지지프레임의 후방에 조립된 후방 고정부를 서로 연결하여 전륜의 간격을 유지하는 전륜간격유지스프링;
   한 쌍의 지지프레임에 각각 회전이 가능하도록 삽입되며, 상기 지지프레임의 상하 양단에 축설되는 조향 베어링;으로 구성된 것을 특징으로 하는 차량의 틸팅 및 조향장치.
   
5. 제4항에 있어서,
   상기 본체의 전방으로 연장된 부위에 설치된 발페달;
   상기 발페달에 축설된 한 쌍의 스프로켓;
   상기 본체의 상측에 구비된 손페달;
   상기 손페달에 축설된 스프로켓;
   상기 손페달의 스프로켓과 발페달의 어느 하나의 스프로켓을 연결하는 손페달체인;
   상기 발페달의 또 다른 스프로켓과 상기 후륜에 설치된 스프로켓을 연결하는 발페달체인;을 더 구비한 것을 특징으로 하는 차량의 틸팅 및 조향장치.
   
6. 제4항에 있어서, 상기 안장과 본체 사이에는 상하전후 방향으로 이동이 가능할 수 있도록 지지바가 구비되며, 등받이와 후륜프레임 사이에는 등받이를 지지하고 충격을 완화시키기 위한 쇽업소버가 구비된 것을 특징으로 하는 차량의 틸팅 및 조향장치.
   

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