PL239519B1

PL239519B1 - Bicycle with a mechanism for smoothly changing the track width

Info

Publication number: PL239519B1
Application number: PL427394A
Authority: PL
Inventors: Tomasz Szczepański; Anna Skarbek-Żabkin; Beata Stasiak-Cieślak; Piotr Malawko; Marcin Ślęzak; Paweł Dziedziak; Adam Sowiński
Original assignee: Instytut Transp Samochodowego
Priority date: 2018-10-12
Filing date: 2018-10-12
Publication date: 2021-12-06
Also published as: PL427394A1

Description

Opis wynalazkuDescription of the invention

Przedmiotem wynalazku jest rower z mechanizmem płynnej zmiany rozstawu kół jezdnych w celu zmiany jego stateczności, przeznaczony zwłaszcza dla osób niepełnosprawnych. Rozwiązanie według wynalazku dedykowane jest dla pojazdów rowerowych, także rowerów elektrycznych.The subject of the invention is a bicycle with a mechanism of smooth change of road wheel track in order to change its stability, intended especially for the disabled. The solution according to the invention is dedicated to bicycle vehicles, including electric bicycles.

Obecnie rower coraz częściej staje się urządzeniem codziennego użytku, jako środek transportu miejskiego. Dzieje się tak między innymi dzięki popularyzacji rowerów elektrycznych. Tymczasem brak jest rozwiązań konstrukcyjnych pozwalających osobom z niepełnosprawnościami na poruszanie się rowerem klasycznym, jednośladowym. Dostępne są jedynie pojazdy trójkołowe, które nie dają takiej swobody poruszania się, jak jednoślad.Currently, the bicycle is increasingly becoming a device for everyday use as a means of public transport. This is, among other things, thanks to the popularization of electric bikes. Meanwhile, there are no structural solutions that would allow people with disabilities to move around by classic, single-track bicycles. Only three-wheeled vehicles are available, which do not offer the same freedom of movement as a two-wheeler.

Ogólna koncepcja mechanizmu polega na tym, by zmieniać typ pojazdu z trójkołowego na dwukołowy. Zmiana ta może następować płynnie w trakcie jazdy.The general concept of the mechanism is to change the type of vehicle from a three-wheeled one to a two-wheeled one. This change can occur smoothly while driving.

Znane są obecnie konstrukcje dotyczące pojazdu zbliżonego do roweru, który pozwala na prowadzenie przez osoby z niepełnosprawnościami. Tego typu rozwiązania polegają jednak na zwiększeniu liczby kół jezdnych w celu zapewnienia stabilności. W efekcie charakter jazdy znacząco różni się od prowadzenia roweru. Pojazdy takie w swojej istocie podobne są bardziej do wózka napędzanego za pomocą mechanizmu korbowego. Konstrukcje trójkołowe (lub czterokołowe) są w pewnym stopniu użyteczne i przydatne, jednak nie pozwalają na pełną swobodę poruszania się tak, jak porusza się osoba jadąca rowerem. Z tego względu w praktyce tego typu rozwiązania nie są często wybierane przez osoby z dysfunkcjami motorycznymi pomimo braku jakiejkolwiek alternatywy.Designs for a bicycle-like vehicle that can be driven by people with disabilities are currently known. Such solutions, however, consist in increasing the number of road wheels in order to ensure stability. As a result, the nature of riding is significantly different from that of riding a bicycle. Such vehicles are essentially similar to a trolley powered by a crank mechanism. Three-wheeled (or four-wheeled) structures are useful and useful to some extent, but do not allow complete freedom of movement as a person riding a bicycle. For this reason, in practice, such solutions are not often chosen by people with motor dysfunctions, despite the lack of any alternative.

W przypadku niedowładu kończyn dolnych (lub ich braku) stosuje się mechanizm korbowy przeznaczony do napędzania rękami. Jest to dobre rozwiązanie w celu zapewnienia możliwości przemieszczania się pojazdem. W takim przypadku jednak wykluczony jest rehabilitacyjny, prozdrowotny charakter poruszania się, który wymuszałby pracę pozostałych jeszcze w kończynach dolnych funkcji.In the case of paresis of the lower limbs (or their absence), a crank mechanism designed to be driven by hands is used. This is a good solution to ensure mobility by the vehicle. In such a case, however, the rehabilitation, pro-health character of movement, which would force the functions still remaining in the lower limbs, to work is excluded.

Chociaż wydaje się, że na rynku brakuje obecnie rozwiązań spełniających wszystkie przeds tawione oczekiwania osób z niepełnosprawnościami, dostępnych jest wiele technologii, które mogą okazać się pomocne. Wśród nich warto wspomnieć o coraz bardziej zaawansowanych technologiach elektrycznego wspomagania napędu roweru.While there seems to be a lack of solutions on the market today to meet all the expectations of people with disabilities, there are many technologies available that can help. Among them, it is worth mentioning the more and more advanced technologies of electric bicycle propulsion.

Istnieją również rozwiązania konstrukcyjne składające się z podwójnego koła przedniego. Rozstaw pomiędzy elementarnymi kołami jest zbyt mały, żeby nazwać taki pojazd trójkołowym. Taki typ konstrukcji stosowany jest w celu zwiększenia stabilności roweru w trudnym terenie, w szczególności na grząskiej nawierzchni. Połączone jest to zazwyczaj z terenowymi oponami, których wymiar szerokości dochodzi do 4,5 cali (tak zwany „fat-bike”). Jednak zadaniem takiego rozwiązania nie jest zapewnienie stabilności na płaskiej, równiej nawierzchni. Ponadto nie umożliwia ono zmiany rozstawu kół. Dlatego znacząco różni się ono od rozwiązania proponowanego.There are also design solutions consisting of a double front wheel. The track between the elementary wheels is too small to call such a three-wheeled vehicle. This type of construction is used to increase the stability of the bicycle on difficult terrain, especially on a slippery surface. This is usually combined with off-road tires up to 4.5 inches wide (the so-called "fat-bike"). However, the task of such a solution is not to ensure stability on a flat, even surface. In addition, it does not allow you to change the track. Therefore, it differs significantly from the proposed solution.

Z japońskiego opisu wynalazku za numerem JP2015093625 znane jest rozwiązanie dotyczące pojazdu motocyklowego, którego kształt jest zmienny. Pojazd posiada nadwozie, parę przednich kół i tylne koło, oraz mechanizm zmiany odstępu między kołami przednimi. Mechanizm zmiany odstępu kół przednich obejmuje skompilowany układ zawieszenia, wraz z elementami amortyzującymi, dla dużych prędkości.From the Japanese description of the invention, the number JP2015093625 discloses a solution relating to a motorcycle vehicle, the shape of which is variable. The vehicle has a body, a pair of front wheels and a rear wheel, and a front wheel spacing mechanism. The front wheel spacing mechanism includes a compiled suspension system, complete with shock absorbers, for high speeds.

Natomiast z innego japońskiego opisu wynalazku za numerem JP2012056503 znany jest pojazd zapewniający stabilność przy małej i sterowność przy dużej prędkości. Pojazd ten posiada parę przednich kół, których odległość zmienia się podczas jazdy w zależności od prędkości, przy małej prędkości rozstaw kół przednich jest większy niż przy prędkościach większych.On the other hand, from another Japanese description of the invention, the number JP2012056503 discloses a vehicle providing low speed stability and high speed steerability. This vehicle has a pair of front wheels, the distance of which changes depending on the speed while driving, at low speed the track of the front wheels is greater than at higher speeds.

W przypadku znanych rozwiązań pojazd trójkołowy charakteryzuje się stosunkowo dobrą statecznością boczną, ale gorszymi właściwościami trakcyjnymi, głównie podczas pokonywania zakrętów. Tymczasem pojazd z dwoma kołami staje się jednośladem (tak jak rower czy motocykl) i może pokonywać zakręty, pochylając się na boki, co polepsza jego właściwości jezdne, ale pogarsza stateczność (pojazd jest wywrotny).In the case of the known solutions, a three-wheeled vehicle is characterized by relatively good lateral stability, but poorer traction properties, mainly when cornering. Meanwhile, a two-wheeled vehicle becomes a two-wheeler (such as a bicycle or motorbike) and can take turns by leaning sideways, which improves its driving characteristics but worsens its stability (the vehicle is tipped over).

Obecnie stosowane rozwiązania konstrukcyjne rowerów przystosowanych dla osób z niepełnosprawnościami nie obejmują pojazdów jednośladowych. Tymczasem jazda trójkołowcem i pojazdem jednośladowym zasadniczo różnie się od siebie. Do ograniczeń wynikających z prowadzenia roweru trójkołowego należy zaliczyć:The currently used construction solutions for bicycles adapted for people with disabilities do not include single-track vehicles. Meanwhile, driving a three-wheeler and a two-wheeled vehicle is fundamentally different from each other. The limitations resulting from driving a tricycle include:

- Ograniczoną minimalną szerokość pojazdu, co utrudnia mijanie się z innymi pojazdami na ścieżce rowerowej lub na chodniku.- Limited minimum vehicle width, which makes it difficult to pass other vehicles on the bike path or on the sidewalk.

PL 239 519 B1PL 239 519 B1

- Brak przechyłów bocznych podczas pokonywania zakrętów, co wprowadza ograniczenia do sposobu jazdy.- No lateral tilt when cornering, restricting the way you drive.

Z drugiej strony zastosowanie klasycznego roweru jednośladowego dla osoby z niedowładami kończyn dolnych lub z innymi dysfunkcjami motorycznymi może być niebezpieczne.On the other hand, the use of a classic two-track bike for a person with lower limb paresis or other motor dysfunctions can be dangerous.

Proponowana konstrukcja stanowi rozwiązanie pośrednie pomiędzy pojazdem jednoślado wym i trójkołowym. Umożliwi to poruszanie się opracowanym pojazdem jak klasycznym rowerem, a w chwili, kiedy wystąpi taka potrzeba, rower będzie stabilizowany na takiej zasadzie, jak pojazd trójkołowy.The proposed structure is an intermediate solution between a two-wheeled vehicle and a three-wheeled vehicle. This will allow the developed vehicle to move like a classic bicycle, and when the need arises, the bicycle will be stabilized like a tricycle.

Wśród producentów rowerów dla osób z dysfunkcjami motorycznymi, jak dotąd nie są podejmowane próby przygotowania takiego rozwiązania.There have been no attempts to prepare such a solution among the producers of bicycles for people with motor dysfunctions.

Celem rozwiązania wedle wynalazku jest opracowanie roweru z płynnym układem do przejściem od pojazdu trójkołowego do dwukołowego. Niniejsza funkcja realizowana jest poprzez rozsuwanie i zsuwanie kół (przednich lub tylnych). W sytuacji, kiedy rozsuwalne koła znajdują blisko siebie, pojazd zachowuje się jak jednoślad, a przednie koła przypominają koła „bliźniacze”. Natomiast, kiedy koła te są rozsunięte, pojazd staje się trójkołowcem. Mechanizm zmiany rozstawu kół wykorzystuje energię elektryczną pochodzącą z elektrycznego napędu roweru.The object of the solution according to the invention is to provide a bicycle with a fluid configuration for the transition from a three-wheeled to a two-wheeled vehicle. This function is performed by moving the wheels apart and sliding together (front or rear). When the extendable wheels are close to each other, the vehicle behaves like a two-wheeler, and the front wheels resemble "twin" wheels. On the other hand, when the wheels are spread apart, the vehicle becomes a tricycle. The track variation mechanism uses electricity from the bicycle's electric drive.

Rower z mechanizmem płynnej zmiany rozstawu kół jezdnych, o budowie ramowej, wyposażony w zespół jezdny posiadający koło tylne i dwa równoległe, oddalone i odsuwane od siebie koła przednie kierowane przez kierownicę, układ hamulcowy, oraz układ napędowy, który stanowią przerzutki, łańcuch przeniesienia napędu i pedały, także wspomagany elektrycznie, charakteryzuje się tym, że do ramy przymocowane są wahacze połączone z kolei z widelcami, gdzie wahacze połączone są z ramą elementem umożliwiającym im na tejże ramie ruch liniowy, ponadto pomiędzy widelcami rozpostarty jest siłownik.A bicycle with a smooth change of road wheel track, with a frame structure, equipped with a running unit having a rear wheel and two parallel, spaced and moved away from each other front wheels, steered by the handlebars, a brake system, and a drive system consisting of gears, transmission chain and The pedals, also electrically assisted, are characterized in that the rocker arms are attached to the frame, in turn connected to the forks, where the rocker arms are connected to the frame with an element that enables them to move linearly on the frame, and an actuator extends between the forks.

Korzystnie, wahacze zamontowane są pomiędzy widelcami.Preferably, the wishbones are mounted between the forks.

Korzystnie, wahacze do widelców przednich przymocowane są przy pomocy przegubów.Preferably, the rocker arms are attached to the front forks by means of joints.

Korzystnie, elementem jest łożysko liniowe lub ślizgowe.Preferably, the component is a linear or plain bearing.

Korzystnie, widelce poniżej poprzeczki ramy posiadają przeguby.Preferably, the forks below the cross member of the frame have articulations.

Korzystnie, widelce zakończone są czworobokowym mechanizmem synchronizujący skręt tych, że widelców zaopatrzonym w przeguby i kierownicę.Preferably, the forks end in a quadrilateral mechanism that synchronizes the twist of the forks provided with joints and a handlebars.

Korzystnie, tylny wahacz przymocowany jest do ramy za pomocą siłownika i przegubu.Preferably, the rear swingarm is attached to the frame by means of an actuator and a hinge.

Korzystnie, siłowniki zaopatrzone są w mechanizm ślimakowy napędzany silnikiem krokowym.Preferably, the actuators are provided with a worm gear driven by a stepper motor.

Korzystnie, siłowniki są ze sobą sprzężone.Preferably, the actuators are coupled to each other.

Przedmiot wynalazku został przedstawiony w przykładzie wykonania na załączonym rysunku, na którym fig. 1 uwidoczniono rozwiązanie schematycznie, fig. 2 przedstawiono rower w widoku z boku, zaś na fig. 3 zaprezentowano rower w widoku z góry.The subject of the invention is presented in an exemplary embodiment in the attached drawing, in which Fig. 1 shows the solution schematically, Fig. 2 shows a bicycle in a side view, and Fig. 3 shows a bicycle in a plan view.

Głównym zastosowaniem powyższego rozwiązania jest przystosowanie roweru do potrzeb osób z niepełnosprawnościami.The main application of the above solution is the adaptation of the bicycle to the needs of people with disabilities.

Proponowane rozwiązanie umożliwi poruszanie się rowerem w trzech trybach.The proposed solution will enable the bicycle to move in three modes.

- Pierwszym z nich jest jazda z rozstawionymi na stałe kołami, co zapewni całkowitą stabilizację boczną. Mogą z tego trybu korzystać osoby których dysfunkcje motoryczne nie pozwalają w danym momencie na samodzielne utrzymanie równowagi (na przykład czują się zmęczone i ich układ ruchu zaczyna działać wyraźnie gorzej).- The first is driving with the wheels permanently fixed, which will ensure complete lateral stabilization. This mode can be used by people whose motor dysfunctions do not allow them to maintain their balance on their own at the moment (for example, they feel tired and their locomotor system starts to work much worse).

- Drugim, skrajnie przeciwnym trybem jest stałe zbliżenie do siebie kół. Z takiej możliwości mogą korzystać osoby pełnosprawne lub niepełnosprawne, które w danym momencie czują się na siłach samodzielnie utrzymywać równowagę.- The second, extremely opposite mode is the constant bringing the wheels together. This possibility can be used by non-disabled or disabled people who at the moment feel capable of maintaining their own balance.

- Trzeci, najbardziej specyficzny tryb zakłada płynną zmianę rozstawu kół w czasie jazdy, w zależności od prędkości i/lub procesu hamowania. Tryb ten jest przydatny dla osób, których funkcje motoryczne pozwalają na balansowanie ciałem w trakcie jazdy, ale w czasie postoju lub przy małych prędkościach utrzymanie równowagi staje się trudne i niebezpieczne. W takich przypadkach pojazd samoczynnie zwiększa stateczność.- The third and most specific mode assumes a smooth change of track while driving, depending on the speed and / or braking process. This mode is useful for people whose motor functions allow you to balance the body while driving, but whose balance becomes difficult and dangerous when stationary or at low speeds. In such cases, the vehicle automatically increases its stability.

Elektryczne wspomaganie napędu w rowerze może być przydatne dla osób z niedowładami kończyn lub z innymi dysfunkcjami motorycznymi. Korzystne jest zatem współdziałanie układu napędu elektrycznego z mechanizmem stabilizacji bocznej (wykorzystującej zasilanie z napędu elektrycznego).Electric power assist on a bicycle can be useful for people with limb paresis or other motor dysfunctions. Therefore, the cooperation of the electric drive system with the side stabilization mechanism (using the power supply from the electric drive) is advantageous.

Dodatkowym atutem prezentowanego w projekcie roweru jest fakt, że nadaje się on również dla osób pełnosprawnych. Omawiane rozwiązanie techniczne charakteryzuje się bowiem: wygodną i stabilną pozycją ciała. Z punktu widzenia osób pełnosprawnych korzystanie z takiego roweru będzie charakteryzowało się zwiększeniem wygody jazdy i może być wybierane, jako alternatywa dla zwykłych rowerów elektrycznych.An additional advantage of the bicycle presented in the project is the fact that it is also suitable for non-disabled people. The technical solution discussed is characterized by: a comfortable and stable position of the body. From the point of view of non-disabled people, the use of such a bicycle will increase the comfort of riding and may be chosen as an alternative to ordinary electric bikes.

PL 239 519 B1PL 239 519 B1

Rower z mechanizmem płynnej zmiany rozstawu kół jezdnych, o budowie ramowej, wyposażony w zespół jezdny posiadający koło tylne i dwa równoległe, oddalone i odsuwane od siebie koła przednie kierowane przez kierownicę, układ hamulcowy, oraz układ napędowy, który stanowią przerzutki, łańcuch przeniesienia napędu i pedały także wspomagany elektrycznie. Do ramy 1 przymocowane są wahacze 3 połączone z kolei z widelcami 2, gdzie wahacze 3 połączone są z ramą 1 elementem 4 umożliwiającym im na tejże ramie 1 ruch liniowy, ponadto pomiędzy widelcami 2 rozpostarty jest siłownik 5. Wahacze 3 zamontowane są pomiędzy widelcami 2. Wahacze 1 do widelców przednich 2 przymocowane są przy pomocy przegubów 6. Elementem 4 jest łożysko liniowe lub ślizgowe. Widelce 2 poniżej poprzeczki 11 ramy 1 posiadają przeguby 7. Widelce 2 zakończone są czworobokowym mechanizmem 8 synchronizujący skręt tych, że widelców 2 zaopatrzonym w przeguby 9 i kierownicę 10. Tylny wahacz 12 przymocowany jest do ramy 1 za pomocą siłownika 13 i przegubu 14. Siłownik 5 i siłownik 13 zaopatrzone są w mechanizm ślimakowy napędzany silnikiem krokowym. Siłownik 5 i siłownik 13 są ze sobą sprzężone.A bicycle with a smooth change of road wheel track, with a frame structure, equipped with a running unit having a rear wheel and two parallel, spaced and moved away from each other front wheels, steered by the handlebars, a brake system, and a drive system consisting of gears, transmission chain and the pedals are also electrically assisted. The rocker arms 3 are attached to the frame 1 and in turn the rocker arms 3 are connected to the frame 1 with the element 4 enabling them to move linearly on the frame 1, moreover, between the forks 2 there is an actuator 5. The rocker arms 3 are mounted between the forks 2. The rocker arms 1 are attached to the front forks 2 by means of joints 6. The element 4 is a linear or plain bearing. The forks 2 below the crossbar 11 of the frame 1 have articulated joints 7. The forks 2 have a quadrilateral mechanism 8 that synchronizes the torsion of the forks 2 provided with joints 9 and a steering wheel 10. The rear rocker arm 12 is attached to the frame 1 by means of a cylinder 13 and a joint 14. Cylinder 5 and the actuator 13 are provided with a worm mechanism driven by a stepper motor. The actuator 5 and the actuator 13 are coupled to each other.

Najważniejszą część mechanizmu stanowią dwa wahacze 3 przymocowane przegubowo do dwóch przednich widelców 2, a do ramy 1 za pomocą przegubów przymocowanych do liniowych łożysk 4. Pomiędzy widelcami umieszczony jest siłownik 5 z mechanizmem ślimakowym napędzanym silnikiem krokowym. Jego wysunięcie powoduje rozchylenie widelców. Ruch widelców 2 na zewnątrz stabilizowany jest przez wahacze 3. W górnej części widelce są zamontowane przegubowo w taki sposób, że górne przeguby 7 stanowią środki ich obrotu podczas rozchylania. Powyżej górnych przegubów 7 znajduje się czworobokowy mechanizm 8, który synchronizuje położenie skrętne widelców 2.The most important part of the mechanism consists of two rockers 3 articulated to the two front forks 2, and to the frame 1 by means of joints attached to linear bearings 4. Between the forks there is an actuator 5 with a worm gear driven by a stepper motor. Its extension causes the forks to spread. The outward movement of the forks 2 is stabilized by rocker arms 3. In the upper part, the forks are articulated in such a way that the upper joints 7 constitute the centers of their rotation when spreading. Above the upper joints 7 is a quadrilateral mechanism 8, which synchronizes the torsional position of the forks 2.

W efekcie takiej konstrukcji mechanizmu zmiany rozstawu kół zwiększenie rozstawu powoduje obniżenie środka ciężkości przedniej części roweru. Jest to zjawisko pożądane, ponieważ wówczas siła grawitacji sprzyja zwiększeniu rozstawu, czyli przejściu tło pozycji stabilniejszej i przez to bezpieczniejszej. Negatywnym efektem tego zjawiska jest „nurkowanie” roweru przy małych prędkościach, a więc również podczas hamowania. W celu wyeliminowania tego efektu, tylne koło roweru zamontowane jest do w sposób ruchomy, znany z rozwiązań konstrukcyjnych polegających na amortyzacji tylnego koła w rowerze. Tym razem jednak zamiast elementu podatnego zamontowany jest siłownik 13. uruchamiany jednocześnie z przednim siłownikiem 3. Dzięki temu podczas hamowania zarówno przód jak i tył pojazdu obniżają się proporcjonalnie.As a result of such a construction of the wheel track change mechanism, increasing the track lowers the center of gravity of the front part of the bicycle. This is a desirable phenomenon, because then the force of gravity favors the increase of the spacing, i.e. the transition to the background of a more stable and therefore safer position. The negative effect of this phenomenon is the "diving" of the bicycle at low speeds, and therefore also during braking. In order to eliminate this effect, the rear wheel of the bicycle is mounted to a movable manner known from the design solutions consisting in the cushioning of the rear wheel in the bicycle. This time, however, instead of the flexible element, the actuator 13 is installed, which is actuated simultaneously with the front actuator 3. As a result, during braking, both the front and rear of the vehicle are lowered proportionally.

Claims

1. A bicycle with a smooth change of road wheel track, with a frame structure, equipped with a running unit having a rear wheel and two parallel, spaced and moved away from each other front wheels, steered by the steering wheel, a brake system, and a drive system consisting of derailleurs, transmission chain drive and pedals, also electrically assisted, characterized in that the rocker arms (3) are attached to the frame (1), in turn connected to the forks (2), where the rocker arms (3) are connected to the frame (1) by an element (4) that allows them on this frame (1) there is a linear movement, moreover, a dictionary (5) is stretched between the forks (2).

2. A bicycle according to claim The rocker arm according to claim 1, characterized in that the rocker arms (3) are mounted between the forks (2).

3. A bicycle according to claim A device as claimed in claim 1, characterized in that the rocker arms (1) are attached to the front forks (2) by means of joints (6).

4. A bicycle according to claim The method of claim 1, characterized in that the element (4) is a linear or plain bearing.

5. A bicycle according to claim A device according to claim 1, characterized in that the forks (2) have articulations (7) below the cross-member (11) of the frame (1).

6. A bicycle according to claim Device according to claim 1, characterized in that the forks (2) end in a quadrilateral mechanism (8) that synchronizes the turning of the forks (2) provided with joints (9) and a handlebar (10).

7. A bicycle according to claim A device according to claim 1, characterized in that the rear rocker arm (12) is attached to the frame (1) by means of an actuator (13) and a joint (14).

8. A bicycle according to claim 1. characterized in that the actuator (5) and the actuator (13) are provided with a worm mechanism driven by a stepper motor.

9. A bicycle according to claim 8. characterized in that the actuator (5) and the actuator (13) are coupled to each other.