RU220240U1 - Front-wheel drive tricycle with tilting suspension of the two rear wheels - Google Patents

Front-wheel drive tricycle with tilting suspension of the two rear wheels Download PDF

Info

Publication number
RU220240U1
RU220240U1 RU2022110234U RU2022110234U RU220240U1 RU 220240 U1 RU220240 U1 RU 220240U1 RU 2022110234 U RU2022110234 U RU 2022110234U RU 2022110234 U RU2022110234 U RU 2022110234U RU 220240 U1 RU220240 U1 RU 220240U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
tricycle
wheel
suspension
rear wheels
balancing
Prior art date
Application number
RU2022110234U
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Алексей Александрович Казарцев
Original Assignee
Алексей Александрович Казарцев
Filing date
Publication date
Application filed by Алексей Александрович Казарцев filed Critical Алексей Александрович Казарцев
Application granted granted Critical
Publication of RU220240U1 publication Critical patent/RU220240U1/en

Links

Abstract

Полезная модель относится к области машиностроения, в частности к колесным транспортным средствам - трициклам. Упрощение и оптимизация конструкции достигается за счет привода на переднее рулевое колесо, установленное на мотоциклетной вилке, и подвески двух задних колес, обеспечивающих повышенную устойчивость к опрокидыванию на бок, и уменьшение ширины трицикла во фронтальной проекции за счет обеспечения наклонов всего транспортного средства или его части посредством балансирования, аналогично двухколесному мотоциклу, и/или принудительных наклонов посредством силового привода, а также за счет изменения вектора тяги переднего привода в сторону поворота, оптимизации воздействия гироскопического эффекта и исключения заноса задних колес. The utility model relates to the field of mechanical engineering, in particular to wheeled vehicles - tricycles. Simplification and optimization of the design is achieved due to the drive to the front steering wheel mounted on a motorcycle fork and the suspension of the two rear wheels, providing increased resistance to rollover on its side, and reducing the width of the tricycle in the front projection by providing tilting of the entire vehicle or part of it by balancing, similar to a two-wheeled motorcycle, and/or forced tilts through a power drive, as well as by changing the thrust vector of the front drive towards the turn, optimizing the impact of the gyroscopic effect and eliminating skidding of the rear wheels.

Description

Область техники, к которой относится полезная модельField of technology to which the utility model relates

Полезная модель относится к трехколесным транспортным средствам (трициклам).The utility model relates to three-wheeled vehicles (tricycles).

Цель полезной модели: повышение технико-эксплуатационных качеств транспортных средств за счет:The purpose of the utility model is to improve the technical and operational qualities of vehicles due to:

Оптимизации и упрощения конструкции трицикла за счет использования привода на переднее рулевое колесо, установленное на мотоциклетной вилке. Обеспечения повышенной устойчивости к опрокидыванию на бок и возможности уменьшения ширины трицикла во фронтальной проекции за счет (1) использования подвески двух задних колес, обеспечивающей наклоны транспортного средства посредством балансирования, аналогично двухколесному мотоциклу и/или принудительных наклонов посредством силового привода, а также за счет (2) изменения вектора тяги в сторону поворота и исключения заносов задних колес благодаря использованию мотор-колеса, установленного на передней мотоциклетной вилке. Уменьшения или устранения конструктивных недостатков, присущих аналогам.Optimization and simplification of the tricycle design through the use of a drive on the front steering wheel mounted on a motorcycle fork. Providing increased resistance to rollover on its side and the possibility of reducing the width of the tricycle in the frontal projection due to (1) the use of a suspension of the two rear wheels, providing tilting of the vehicle through balancing, similar to a two-wheeled motorcycle and/or forced tilting through a power drive, as well as due to ( 2) changing the thrust vector in the direction of turning and eliminating skidding of the rear wheels thanks to the use of a motor-wheel mounted on the front motorcycle fork. Reducing or eliminating design flaws inherent in analogues.

Уровень техникиState of the art

Известно несколько аналогов узких транспортных средств - трициклов, разработанных мировыми автопроизводителями, а также трицикл МК-17, разработанный, реализованный и испытанный А.А. Казарцевым (патент Российской Федерации №2669712), который является также автором данной полезной модели.There are several known analogues of narrow vehicles - tricycles, developed by global automakers, as well as the MK-17 tricycle, developed, implemented and tested by A.A. Kazartsev (patent of the Russian Federation No. 2669712), who is also the author of this utility model.

1. Toyota «i-Road» (Фиг. 1). Электрический трицикл с кабиной. Имеет два передних колеса с расположенными в них мотор-колесами и рулевым задним колесом малого диаметра. Наклоны обеспечиваются наклоняющей подвеской передних колес с силовым приводом наклоняющего механизма. Недостатки: (1) используется два мотор-колеса, что приводит к необходимости усложнения системы управления силовой установки за счет применения двух контроллеров электромоторов и системы балансировки работы электромоторов, (2) наклоняющая передняя подвеска скомбинирована с двумя мотор-колесами, что усложняет конструкцию трицикла, (3) используется сложная рулевая система с задним рулевым колесом.1. Toyota “i-Road” (Fig. 1). Electric tricycle with cabin. It has two front wheels with motor wheels located in them and a small diameter rear steering wheel. Tilts are provided by tilting suspension of the front wheels with a power drive of the tilting mechanism. Disadvantages: (1) two motor-wheels are used, which leads to the need to complicate the control system of the power plant due to the use of two controllers of electric motors and a balancing system for the operation of electric motors, (2) the tilting front suspension is combined with two motor-wheels, which complicates the design of the tricycle, (3) A complex steering system with a rear steering wheel is used.

2. BMW «Simple» (Фиг. 2.) - трицикл с кабиной. Трицикл имеет силовую установку с двигателем внутреннего сгорания и может считаться аналогом по причине использования наклоняющей подвески задних колес. Переднее колесо - рулевое, установлено на мотоциклетной вилке. Недостаток: наклоняющая подвеска скомбинирована с двумя ведущими задними колесами, что усложняет конструкцию трицикла и не решает проблему заноса задних колес.2. BMW “Simple” (Fig. 2.) - a tricycle with a cabin. The tricycle has a power plant with an internal combustion engine and can be considered an analogue due to the use of a tilting suspension of the rear wheels. The front wheel is a steering wheel, mounted on a motorcycle fork. Disadvantage: the tilting suspension is combined with two driven rear wheels, which complicates the design of the tricycle and does not solve the problem of skidding of the rear wheels.

3. «Carver» (Фиг. 3): трицикл с наклоняющимся вместе с передним управляемым колесом кузовом в сторону поворота, который обеспечивается системой Dynamic Vehicle Control (DVC). Имеет отличающуюся концепцию активной стабилизации, при которой кабина наклоняется относительно массивной ненаклоняемой кормы. Недостатки: (1) система DVC скомбинирована с двумя ведущими задними колесами, что усложняет конструкцию трицикла, (2) система Dynamic Vehicle Control (DVC) конструктивно не может обеспечить достаточную степень устойчивости на больших скоростях и при значительных внешних воздействиях, поэтому при сокращении ширины трицикла во фронтальной проекции разработчики вынуждены были ограничить скорость до 50 км/ч.3. “Carver” (Fig. 3): a tricycle with a body tilting together with the front steered wheel in the direction of the turn, which is provided by the Dynamic Vehicle Control (DVC) system. It has a different concept of active stabilization, in which the cabin tilts relative to the massive non-tilting stern. Disadvantages: (1) the DVC system is combined with two driven rear wheels, which complicates the design of the tricycle, (2) the Dynamic Vehicle Control (DVC) system is structurally unable to provide a sufficient degree of stability at high speeds and under significant external influences, therefore, when reducing the width of the tricycle in frontal projection, the developers were forced to limit the speed to 50 km/h.

4. МК-17 (Фиг. 4). Трицикл имеет силовую установку с двигателем внутреннего сгорания и может считаться аналогом по причине использования наклоняющей подвески передних колес с силовым приводом наклонов. Имеет два передних рулевых колеса, установленных на наклоняющей подвеске. Недостаток: наклоняющая передняя подвеска скомбинирована с автомобильным рулевым механизмом двух передних колес, что усложняет конструкцию. 4. MK-17 (Fig. 4). The tricycle has a power plant with an internal combustion engine and can be considered an analogue due to the use of a tilting suspension of the front wheels with a power drive for tilting. It has two front steering wheels mounted on a tilting suspension. Disadvantage: The tilting front suspension is combined with an automobile steering mechanism of the two front wheels, which complicates the design.

5. Патент US 9381940B2. (US 9381940 В2 (DAVID ANDREW GALE) 05.07.2016. В этом патенте описывается ряд реализаций наклоняемого транспортного средства, в том числе и два режима функционирования: в режиме принудительных наклонов и в режиме балансирования. Описанные конструкции отличаются от приведенных в данном описании.5. Patent US 9381940B2. (US 9381940 B2 (DAVID ANDREW GALE) 07/05/2016. This patent describes a number of implementations of a tilting vehicle, including two modes of operation: in forced tilt mode and in balancing mode. The described designs differ from those given in this description.

Отличие №1. В патенте US 9381940 B2 не приводится конструкций, которые могут функционировать и в режиме принудительных наклонов и в режиме свободного балансирования. Только по отдельности.Difference #1. US Pat. No. 9,381,940 B2 does not provide structures that can operate in both forced tilt and free balancing modes. Only separately.

На всех фиг. 1-31 US 9381940 B2 и в соответствующем этим фигурам описании приведены конструкции, включающие несколько разных вариантов подвески.In all figs. 1-31 US 9381940 B2 and the description corresponding to these figures show designs that include several different suspension options.

В варианте фиг. 12, 13 US 9381940 B2 конструкция не может функционировать в режиме принудительных наклонов. Это обусловлено тем, что режим принудительных наклонов предлагается осуществлять только за счет силового привода, при том, что переднее колесо разобщается с рулем и свободно поворачивается вокруг оси Z-Z.In the embodiment of FIG. 12, 13 US 9381940 B2 the structure cannot function in forced tilt mode. This is due to the fact that the forced tilt mode is proposed to be carried out only due to the power drive, despite the fact that the front wheel is disconnected from the steering wheel and rotates freely around the Z-Z axis.

В вариантах фиг. 14, 15 US 9381940 B2 приведенные конструкции не могут функционировать в режиме балансирования как за счет геометрии подвески, так и за счет переноса веса водителя. Подробнее см. ниже раздел «Привод на переднее рулевое колесо, конструкция и факторы обеспечения устойчивости».In the embodiments of FIGS. 14, 15 US 9381940 B2 the above structures cannot function in balancing mode both due to the suspension geometry and due to the transfer of the driver’s weight. For more information, see the “Front Steering Wheel Drive, Design and Stability Factors” section below.

В вариантах фиг. 16-24 US 9381940 B2 приведены конструкции, которые не могут функционировать в режиме балансирования. Эти конструкции обеспечивают наклоны транспортного средства в сторону, противоположную от требуемой (автомобильная подвеска).In the embodiments of FIGS. 16-24 US 9381940 B2 shows designs that cannot function in balancing mode. These structures ensure that the vehicle tilts in the direction opposite to the required one (car suspension).

Остальные фигуры из списка фиг. 1-31 и соответствующее этим фигурам описание демонстрируют либо общие виды транспортных средств, либо элементы, не препятствующие осуществлению режимов принудительного наклона либо свободного балансирования.The remaining figures from the list of figs. 1-31 and the description corresponding to these figures demonstrate either general types of vehicles or elements that do not interfere with the implementation of forced tilt or free balancing modes.

Отличие №2. В US 9381940 B2 отсутствует упоминание мотор - колеса, а, следовательно, невозможна «Оптимизация гироскопического эффекта» (см. ниже). Упоминание переднего привода, который встречается в US 9381940 B2, не может считаться тождественным мотор-колесу, так как подразумевает множество вариантов реализации.Difference No. 2. In US 9381940 B2 there is no mention of a motor - wheel, and, therefore, “Optimization of the gyroscopic effect” is impossible (see below). The mention of a front-wheel drive, which is found in US 9381940 B2, cannot be considered identical to a motor-wheel, since it implies many implementation options.

Отличие №3. В US 9381940 B2 отсутствует упоминание мотоциклетной вилки. Единственная конструкция, похожая на мотоциклетную вилку приведена на фиг. 12, 13, однако отличается от нее тем, что руль разобщается с передним колесом за счет работы штифта фиг. 13 поз. 316, 318, что приводит к невозможности ее функционирования в заявленных режимах. Другие упоминания рулевого управления, позволяющего балансировать за счет геометрии подвески, аналогичного мотоциклетному, отсутствуют, а на фиг 14, 15 приводятся варианты рулевого управления, которые исключают этот способ балансирования.Difference #3. US 9381940 B2 makes no mention of a motorcycle fork. The only design similar to a motorcycle fork is shown in Fig. 12, 13, however, it differs from it in that the steering wheel is disconnected from the front wheel due to the operation of the pin Fig. 13 pos. 316, 318, which makes it impossible to operate in the declared modes. There are no other mentions of steering that allows balancing due to suspension geometry similar to a motorcycle, and Figs 14, 15 show steering options that exclude this method of balancing.

6. Патент US 9845129 В2 (FORD GLOBAL TECHNOLOGIES LLC) 19.12.2017, колонка 3, строка 23 - колонка 12, строка 38, фиг. 1-8. В этом патенте приводятся только варианты наклоняющих подвесок, о комбинациях этих подвесок с передним приводом на рулевое колесо не упоминается.6. Patent US 9845129 B2 (FORD GLOBAL TECHNOLOGIES LLC) 12/19/2017, column 3, line 23 - column 12, line 38, fig. 1-8. This patent only covers tilt suspension options and does not mention combinations of these suspensions with front-wheel drive steering wheels.

7. Патент RU 2323845 С1 (ЗАВАЛИШИН ОЛЕГ ИВАНОВИЧ и др.) 10.05.2008, со страницы 4, строка 24 по страницу 6, строка 29, фиг. 1, 2. В этом патенте описано заднеприводное транспортное средство с существенно отличающейся подвеской задних колес, которое не может считаться аналогом что следует из названия, формулы и описания данной полезной модели.7. Patent RU 2323845 C1 (ZAVALISHIN OLEG IVANOVICH and others) 05/10/2008, from page 4, line 24 to page 6, line 29, fig. 1, 2. This patent describes a rear-wheel drive vehicle with a significantly different suspension of the rear wheels, which cannot be considered an analogue, as follows from the name, formula and description of this utility model.

Раскрытие полезной моделиDisclosure of utility model

Оптимизация и упрощение конструкцииOptimization and simplification of design

Наклоняющийся трицикл или квадрицикл имеет три самых сложных компонента (расположены в порядке убывания сложности):The tilting tricycle or quadricycle has three of the most complex components (in order of decreasing complexity):

1. подвеску, обеспечивающую наклоны,1. suspension providing tilts,

2. рулевой механизм,2. steering mechanism,

3. силовую установку.3. power plant.

В электрических трициклах электромотор и контроллер могут быть конструктивно сложнее рулевого механизма, но применение мотор-колес позволяет рассматривать силовую установку как два простых неразборных конструктивных компонента: мотор и контроллер. Каждый из этих компонент можно максимально просто установить на транспортное средство и обслуживать в процессе эксплуатации.In electric tricycles, the electric motor and controller may be structurally more complex than the steering mechanism, but the use of motor-wheels allows us to consider the power plant as two simple non-separable structural components: the motor and the controller. Each of these components can be installed on a vehicle as simply as possible and maintained during operation.

С другой стороны передняя мотоциклетная вилка трицикла с рулевым колесом являются более простым компонентом по сравнению с передней подвеской и рулевым механизмом автомобиля, что упрощает ее использование на трициклах.On the other hand, the tricycle motorcycle front fork and steering wheel are a simpler component compared to the car front suspension and steering mechanism, which makes it easier to use on tricycles.

В связи с этим оптимальная компоновка трицикла диктует комбинирование двух наиболее простых из трех сложных компонент: (1) передней вилки и мотор-колеса и (2) отдельное размещение подвески, обеспечивающей наклоны трицикла.In this regard, the optimal layout of a tricycle dictates the combination of the two simplest of the three complex components: (1) the front fork and motor-wheel and (2) a separate placement of the suspension that provides tilting of the tricycle.

Предлагаемое транспортное средство обладает следующей совокупностью существенных признаков:The proposed vehicle has the following set of essential features:

1. Передним расположением электрического мотор-колеса, скомбинированным с передней мотоциклетной вилкой (фиг. 5, поз. 1);1. Front-mounted electric motor-wheel, combined with a front motorcycle fork (Fig. 5, item 1);

2. Задним расположением подвески (фиг. 5, поз. 2) двух колес (фиг. 5, поз. 3), обеспечивающей повышенную устойчивость к опрокидыванию на бок и уменьшение ширины трицикла во фронтальной проекции по сравнению с трициклом с обычной подвеской (фиг. 5, поз. 4) за счет обеспечения наклонов всего транспортного средства или его части;2. Rear-mounted suspension (Fig. 5, item 2) of two wheels (Fig. 5, item 3), providing increased resistance to tipping on its side and reducing the width of the tricycle in the front projection compared to a tricycle with a conventional suspension (Fig. 5, item 4) by providing tilting of the entire vehicle or part of it;

Связь между шириной ненаклоняемого транспортного средства и его поперечной устойчивостью раскрыта в Межгосударственном стандарте ГОСТ 31507-2012, стр. 6, где приведена формула, связывающая ширину колеи транспортного средства с его поперечной устойчивостью. Для обеспечения поперечной устойчивости узких транспортных средств, таких как мотоциклы, используются конструкции подвески, обеспечивающие наклоны транспортного средства. На работу таких конструкций и устойчивость транспортных средств влияет ряд факторов, которые возможно минимизировать или наоборот максимизировать за счет введения в конструкцию определенных конструктивных элементов. Факторы устойчивости и элементы конструкции подвески, использованные в данной полезной модели, приведены ниже.The relationship between the width of a non-tilting vehicle and its lateral stability is disclosed in the Interstate Standard GOST 31507-2012, page 6, which provides a formula relating the track width of a vehicle to its lateral stability. To provide lateral stability to narrow vehicles such as motorcycles, suspension designs are used to allow the vehicle to tilt. The operation of such structures and the stability of vehicles are influenced by a number of factors that can be minimized or, conversely, maximized by introducing certain structural elements into the design. Stability factors and suspension design elements used in this utility model are given below.

Привод на переднее рулевое колесо, конструкция и факторы обеспечения устойчивостиFront steering wheel drive, design and stability factors

Существенными факторами устойчивости двухколесного или иного мотоцикла, осуществляющего во время езды наклоны в поворотах, являются:Essential factors for the stability of a two-wheeled or other motorcycle that tilts during turns while riding are:

1. гироскопический эффект вращения колес,1. gyroscopic effect of wheel rotation,

2. балансирование посредством геометрии подвески,2. balancing through suspension geometry,

3. перенос веса тела водителя,3. transfer of the driver’s body weight,

4. использование силового привода механизма наклона.4. use of a power drive for the tilt mechanism.

Одной из задач данной разработки являлась минимизация до несущественных величин фактора переноса теля водителя и сведение к минимуму использование силового привода механизма наклона.One of the objectives of this development was to minimize the driver’s transfer factor to insignificant values and minimize the use of the power drive of the tilt mechanism.

Для этого требовалось усилить и оптимизировать влияние двух первых факторов устойчивости.To do this, it was necessary to strengthen and optimize the influence of the first two sustainability factors.

Начальные параметры для определения устойчивости балансирующего транспортного средства были выбраны в соответствии с разделом 3 [1],The initial parameters for determining the stability of the balancing vehicle were selected in accordance with section 3 [1],

Согласно [1] геометрия подвески определяет радиусы колеса, плечи приложения действующих сил и иные параметры при прямолинейном движении и величины фиг. 8.According to [1], the geometry of the suspension determines the radii of the wheel, the shoulders of application of the acting forces and other parameters during linear motion and the values of Fig. 8.

На практике наклон иллюстрирует фиг. 9, поз. 1, 7. (нумерация соответствует фиг. 8), где показано, что при повороте рулевого (управляемого) колеса расстояние от оси вращения колеса до точки контакта с поверхностью изменяется за счет выноса вилки (trail) и радиусного профиля шины колеса. Радиус при повороте поз. 7, радиус при прямолинейном движении поз. 1.In practice, the slope is illustrated in Fig. 9, pos. 1, 7. (the numbering corresponds to Fig. 8), where it is shown that when the steering (steered) wheel is turned, the distance from the axis of rotation of the wheel to the point of contact with the surface changes due to the offset of the fork (trail) and the radius profile of the wheel tire. Radius when turning pos. 7, radius during linear movement pos. 1.

Чем больше величина выноса вилки (trail) - тем больше стабилизирующий момент при движении, с другой стороны, чем больше величина выноса вилки, тем труднее возвращать управляемое колесо в исходное положение, так как энергетические затраты на возврат управляемого колеса в исходное положение равны:The greater the fork offset value (trail), the greater the stabilizing moment when moving, on the other hand, the greater the fork offset value, the more difficult it is to return the steered wheel to its original position, since the energy costs for returning the steered wheel to its original position are equal to:

, ,

где h может быть равна величинам поз.6 или 7, a R - плечо боковой реакции поз.4 или 5, фиг 8.where h can be equal to the values of pos. 6 or 7, and R is the lateral reaction arm of pos. 4 or 5, Fig. 8.

Тогда работа, совершаемая водителем при балансировании будет:Then the work done by the driver when balancing will be:

Для увеличения выноса вилки (trail) и эффективности балансирования можно сместить продольную ось передней вилки на величину 8 (фиг. 8) вперед относительно вертикальной оси симметрии колеса, однако практическая реализация балансирующей подвески показала, что в этом нет необходимости.To increase the fork offset (trail) and balancing efficiency, you can shift the longitudinal axis of the front fork by an amount of 8 (Fig. 8) forward relative to the vertical axis of symmetry of the wheel, however, the practical implementation of a balancing suspension has shown that this is not necessary.

Схема изменения положения плоскости вращения управляемого колеса при повороте с наклонной вилкой приведена на фиг. 10, нумерация параметров соответствует фиг. 8.The diagram for changing the position of the plane of rotation of the steered wheel when turning with an inclined fork is shown in Fig. 10, the numbering of parameters corresponds to Fig. 8.

Угол наклона YA плоскости вращения управляемого колеса А относительно горизонтальной плоскости зависит от угла поворота управляемого колеса Qd, угла наклона передней управляемой вилки В (поз. 3. фиг. 8) и изменяется по следующему закону:The angle of inclination YA of the plane of rotation of the steered wheel A relative to the horizontal plane depends on the angle of rotation of the steered wheel Qd, the angle of inclination of the front steered fork B (item 3. Fig. 8) and changes according to the following law:

При этом с увеличением величин 6 и 7 (фиг. 8) падает восстанавливающий момент, так как уменьшаются значения 9 и 10 и достигают нуля при Qd=90°.In this case, with an increase in values 6 and 7 (Fig. 8), the restoring moment decreases, since the values 9 and 10 decrease and reach zero at Qd = 90°.

Поэтому при практической реализации режима балансирования подвески использовались настраиваемые ограничители поворота рулевого (управляемого) колеса.Therefore, in the practical implementation of the suspension balancing mode, adjustable rotation limiters of the steering (steered) wheel were used.

Оптимизация гироскопического эффекта. При практической реализации данной полезной модели тестировались несколько прототипов трициклов с наклоняющей подвеской с задним и передним приводом. Значительный гироскопический эффект достигался тем, что во всех конструкциях использовались электрические мотор-колеса, имеющие значительный вес.Optimization of the gyroscopic effect. During the practical implementation of this useful model, several prototypes of tricycles with tilting suspension with rear and front wheel drive were tested. A significant gyroscopic effect was achieved by the fact that all designs used electric motor-wheels with significant weight.

При тестировании трицикла с задним расположением двух мотор-колес было экспериментально установлено, что при наклонах трицикла гироскопический эффект мотор-колес противодействует наклону и стремится вернуть колеса в вертикальное положение. Это обусловлено тем, что переднее рулевое колесо, не имеющее электромотора, легче задних колес. Наклон и балансирование в такой конструкции осуществляется за счет «выноса вилки» рулевого колеса, который также в русскоязычной технической литературе называется «плечом боковой реакции», а в англоязычной технической литературе «trail» поз. 1 фиг. 8. Чем больше вынос вилки (trail), тем интенсивнее происходит наклон и балансирование транспортного средства, что с другой стороны приводит к большему усилию на возврат рулевого колеса в исходное положение (подробно см. список литературы, №1, стр. 70-71).When testing a tricycle with a rear-mounted two motor-wheels, it was experimentally established that when the tricycle tilts, the gyroscopic effect of the motor-wheels counteracts the tilt and tends to return the wheels to a vertical position. This is due to the fact that the front steering wheel, which does not have an electric motor, is lighter than the rear wheels. Tilt and balancing in this design is carried out due to the “fork extension” of the steering wheel, which is also called the “lateral reaction arm” in Russian-language technical literature, and “trail” pos. in English-language technical literature. 1 fig. 8. The greater the fork offset (trail), the more intense the vehicle is tilted and balanced, which, on the other hand, leads to greater effort to return the steering wheel to its original position (for details, see the list of references, No. 1, pp. 70-71) .

Наклон иллюстрирует фиг. 8, поз. 2, 3, где показано, что при повороте рулевого колеса расстояние от оси вращения колеса до точки контакта с поверхностью уменьшается за счет выноса вилки (trail) и радиусного профиля шины колеса. Радиус при повороте поз. 2, радиус при прямолинейном движении поз. 3.The slope is illustrated in Fig. 8, pos. 2, 3, where it is shown that when the steering wheel is turned, the distance from the axis of rotation of the wheel to the point of contact with the surface decreases due to the offset of the fork (trail) and the radius profile of the wheel tire. Radius when turning pos. 2, radius during linear movement pos. 3.

Кроме размера выноса вилки (trail) на эффективность балансирования за счет геометрии подвески влияет кинетическая энергия рулевого колеса. Таким образом, при поворотах и балансировании на заднеприводном трицикле водителю легче повернуть руль и вернуть его в исходное положение из-за противодействия гироскопического эффекта тяжелых задних колес, но эффективность наклонов и балансирования значительно снижается.In addition to the size of the fork stem (trail), the kinetic energy of the steering wheel affects the balancing efficiency due to the suspension geometry. Thus, when turning and balancing on a rear-wheel drive tricycle, it is easier for the driver to turn the steering wheel and return it to its original position due to the counteracting gyroscopic effect of the heavy rear wheels, but the efficiency of tilting and balancing is significantly reduced.

Кроме этого, когда наклон осуществляется во время поворота трицикла, проявляется еще один эффект противодействия наклону и повороту из-за гироскопического эффекта тяжелых задних колес. Задние колеса не поворачиваются фиг. 11 поз. 2 вокруг вертикальной оси и всегда расположены параллельно корпусу трицикла фиг. 11 поз. 1. Таким образом, гироскопический эффект задних колес противодействует не только наклону, но и повороту трицикла.In addition, when tilting is performed while the tricycle is turning, another anti-tilting and turning effect occurs due to the gyroscopic effect of the heavy rear wheels. Rear wheels do not turn Fig. 11 pos. 2 around a vertical axis and are always located parallel to the body of the tricycle FIG. 11 pos. 1. Thus, the gyroscopic effect of the rear wheels counteracts not only the tilt but also the turning of the tricycle.

При тестировании трицикла с передним расположением мотор-колеса гироскопический эффект наоборот помогал трициклу наклоняться за счет геометрии подвески, а влияние гироскопического эффекта двух задних колес было значительно снижено, так как они не имели тяжелых мотор-колес. Кроме этого, гироскопический эффект тяжелого мотор-колеса в переднем рулевом колесе помогал трициклу поворачивать, так как переднее рулевое колесо при поворотах не только наклоняется, но и поворачивается в сторону поворота вдоль вертикальной оси. Таким образом гироскопический эффект переднего мотор-колеса проявлялся оптимально в вертикальной (поворот) и горизонтальной (наклон) плоскостях (фиг. 12). Кроме этого, при езде на заднеприводном трицикле балансирование и повороты осуществляются в основном благодаря геометрии подвески, при противодействии гироскопического эффекта задних колес, а при комбинации переднего рулевого колеса с электромотором балансированию и поворотам дополнительно помогает водитель, поворачивающий руль. Таким образом, балансирование и повороты приобретают значительную эффективность по сравнению с задним приводом. Обратной стороной этих положительных эффектов стало то, что водителю требуется прикладывать большее усилие на руле при поворотах и балансировании. Однако согласно заключению инженеров-испытателей, это усилие не превышает порог, когда повороты и балансирование становятся некомфортными для человека среднего веса, роста и физической подготовки.When testing a tricycle with a front wheel motor, the gyroscopic effect, on the contrary, helped the tricycle tilt due to the suspension geometry, and the influence of the gyroscopic effect of the two rear wheels was significantly reduced, since they did not have heavy motor wheels. In addition, the gyroscopic effect of the heavy motor-wheel in the front steering wheel helped the tricycle turn, since when turning, the front steering wheel not only tilts, but also turns in the direction of the turn along the vertical axis. Thus, the gyroscopic effect of the front motor wheel was optimally manifested in the vertical (turn) and horizontal (tilt) planes (Fig. 12). In addition, when riding a rear-wheel drive tricycle, balancing and turning are carried out mainly due to the suspension geometry, counteracting the gyroscopic effect of the rear wheels, and when combining the front steering wheel with an electric motor, balancing and turning are additionally assisted by the driver turning the steering wheel. Thus, balancing and turning become significantly more efficient compared to rear-wheel drive. The downside to these positive effects is that the driver needs to apply more steering force when turning and balancing. However, according to test engineers, this force does not exceed the threshold where turning and balancing becomes uncomfortable for a person of average weight, height and physical fitness.

Поэтому в практической реализации полезной модели в переднем колесе находится электромотор, имеющий значительную массу.Therefore, in the practical implementation of the utility model, there is an electric motor in the front wheel, which has a significant mass.

Дополнительным существенным фактором повышения устойчивости стало то, что переднеприводная конструкция исключила эффект заноса заднего колеса (колес). Занос заднего колеса (колес) является частой причиной падения мотоциклов из-за того, что в момент начала поворота вектор тяги задних колес (колеса) направлен в сторону движения мотоцикла до начала поворота, в то время как направление движения переднего рулевого колеса уже изменилось в сторону поворота. В противоположность этому вектор тяги переднего рулевого мотор-колеса направлен в сторону поворота от момента начала поворота, а вектор тяги задних колес отсутствует (фиг. 12).An additional significant factor in increasing stability was that the front-wheel drive design eliminated the effect of skidding of the rear wheel(s). Skidding of the rear wheel (wheels) is a common cause of motorcycle falls due to the fact that at the moment the turn begins, the thrust vector of the rear wheels (wheels) is directed towards the movement of the motorcycle before the turn begins, while the direction of movement of the front steering wheel has already changed towards turn. In contrast, the thrust vector of the front steering wheel motor is directed towards the turn from the moment the turn begins, and the thrust vector of the rear wheels is absent (Fig. 12).

Таким образом, был достигнут практический результат, при котором благодаря (1) оптимизации использования гироскопического эффекта (направление и плоскость) и (2) максимизации эффекта геометрии подвески (trail) была сведена до минимальных значений, которыми можно пренебречь на практике, необходимость переноса веса водителя в качестве фактора обеспечения устойчивости трицикла. Поскольку эффективно перенести вес водителя внутри закрытой кабины невозможно, это явилось определяющим фактором при практической реализации полезной модели.Thus, a practical result was achieved in which, by (1) optimizing the use of the gyroscopic effect (direction and plane) and (2) maximizing the effect of the suspension geometry (trail), the need to transfer the driver's weight was reduced to minimum values that can be neglected in practice as a factor in ensuring the stability of the tricycle. Since it is impossible to effectively transfer the driver’s weight inside a closed cabin, this was the determining factor in the practical implementation of the utility model.

Заключение по раскрытиюDisclosure Conclusion

Задняя подвеска трицикла может иметь любую конструкцию, а наклоны могут обеспечиваться за счет свободного балансирования и за счет силового привода. Существенным свойством полезной модели является переднее расположение мотор-колеса, скомбинированного с передней мотоциклетной вилкой и задним расположением наклоняющей подвески.The rear suspension of a tricycle can have any design, and tilting can be achieved through free balancing and a power drive. An essential feature of the utility model is the front location of the motor-wheel, combined with a front motorcycle fork and a rear tilt suspension.

Передний привод, установленный на рулевом колесе, улучшает устойчивость мотоцикла (трицикла) на поворотах благодаря (1) направлению вектора тяги силового привода в сторону поворота, (2) оптимизации воздействия гироскопического эффекта переднего мотор-колеса благодаря изменению плоскости и вектора вращения гироскопа, а также (3) исключения заноса заднего колеса (колес).Front-wheel drive mounted on the steering wheel improves the stability of a motorcycle (tricycle) when cornering due to (1) directing the thrust vector of the power drive towards the turn, (2) optimizing the impact of the gyroscopic effect of the front motor wheel by changing the plane and vector of rotation of the gyroscope, as well as (3) preventing the rear wheel(s) from skidding.

Осуществление полезной моделиImplementation of a utility model

Построен и испытан трицикл, имеющий описанную выше конструкцию, (фиг. 6, 7), который подтвердил технический результат экспериментально. Трицикл испытан совместно с аналогом 4 и показал значительное повышение управляемости и устойчивости к опрокидыванию на бок за счет: (1) переднего привода в комбинации с рулевым механизмом, (2) заднего расположения наклоняющей подвески, (3) общей оптимизации и упрощения конструкции.A tricycle with the design described above was built and tested (Fig. 6, 7), which confirmed the technical result experimentally. The tricycle was tested together with analogue 4 and showed a significant increase in controllability and resistance to rollover due to: (1) front-wheel drive in combination with a steering mechanism, (2) rear-mounted tilt suspension, (3) general optimization and simplification of the design.

Использованная литератураReferences

1. В.В. Гаевский, д.т.н., проф., «Развитие теории движения одноколейных транспортных средств, Монография» Московский Автомобильно-дорожный Государственный Университет (МАДИ), Москва, 2019.1. V.V. Gaevsky, Doctor of Technical Sciences, Prof., “Development of the theory of movement of single-track vehicles, Monograph” Moscow Automobile and Highway State University (MADI), Moscow, 2019.

Claims (1)

Трехколесное транспортное средство с мотор-колесом, установленным на передней мотоциклетной вилке, и подвеской двух задних колес, обеспечивающей наклоны транспортного средства посредством балансирования, аналогично двухколесному мотоциклу, или принудительные наклоны посредством силового привода, что в совокупности обеспечивает повышенную устойчивость к опрокидыванию на бок и уменьшение ширины трицикла во фронтальной проекции.A three-wheeled vehicle with a wheel motor mounted on a front motorcycle fork and a suspension of the two rear wheels that allows the vehicle to tilt by balancing, similar to a two-wheeled motorcycle, or forced to tilt by a power drive, which together provide increased sideways rollover stability and reduced the width of the tricycle in frontal projection.
RU2022110234U 2019-12-09 Front-wheel drive tricycle with tilting suspension of the two rear wheels RU220240U1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU220240U1 true RU220240U1 (en) 2023-09-05

Family

ID=

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2323845C1 (en) * 2006-10-04 2008-05-10 Завалишин Олег Иванович Multimission vehicle
US9381940B2 (en) * 2011-07-07 2016-07-05 David Andrew Gale System and method for vehicle chassis control
US9845129B2 (en) * 2014-08-29 2017-12-19 Ford Global Technologies, Llc Stabilizing arrangement for a tilting running gear of a vehicle and tilting running gear

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2323845C1 (en) * 2006-10-04 2008-05-10 Завалишин Олег Иванович Multimission vehicle
US9381940B2 (en) * 2011-07-07 2016-07-05 David Andrew Gale System and method for vehicle chassis control
US9845129B2 (en) * 2014-08-29 2017-12-19 Ford Global Technologies, Llc Stabilizing arrangement for a tilting running gear of a vehicle and tilting running gear

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10526033B2 (en) Vehicle
US8640809B2 (en) Flywheel assemblies and vehicles including same
CA2980374C (en) Rocking control device for two front wheels rocking vehicle
US11370262B2 (en) Motor vehicle
US9272744B1 (en) Three-wheeled vehicles
ES2769505T3 (en) Steering and control systems for a three-wheeled vehicle
CN102470909B (en) Control system for leaning vehicle
US20080100018A1 (en) Vehicle suspension system
JP6604148B2 (en) Drive control system and drive control method for front and rear wheel drive vehicle
JPH0268283A (en) Motorbicycle with front wheel drive
US20200262262A1 (en) Vehicle
US20210269017A1 (en) Vehicle
JP2017177905A (en) vehicle
RU220240U1 (en) Front-wheel drive tricycle with tilting suspension of the two rear wheels
US20050268742A1 (en) Wheeled vehicle with handlebar
JPWO2011002003A1 (en) Electric vehicle structure
KR20230020965A (en) OMNIDIRECTIONAL VEHICLE
Weir et al. Experimental investigation of the transient behavior of motorcycles
US20210206446A1 (en) Vehicle
JP6599110B2 (en) vehicle
RU223192U1 (en) Tricycle with front steering wheel drive and variable track width of two rear wheels
WO2018180754A1 (en) Vehicle
JPS60191812A (en) Suspension control unit for vehicle
JPH054242B2 (en)
WO2021118381A1 (en) Front-wheel drive trike with tilting suspension for two rear wheels