SE441260B - Sjelvbalanserande hjulfordon - Google Patents

Description

Blüdüäl-'l Följaktligen är det primärt syfte med uppfimzingen att åstadkomma ett förbättrat trehjuligt fordon med ett par av från varandra skilda hjul anbragta på en ledad parallellogramram. * 'Ett annat syfte är att åstadkomma ett förbättrat trehjuligt fordon med en automatisk avkännaraziordning som styr en drivanordning för att verkställa sidolutningen på fordonet till ett jämviktsläge.

Ett annat syfte är att åstadkomma ett förbättrat trehjuligt fordon omfattande en avkännare anordnad att direkt avkäxma balansen hos själva fordonet relativt jämviktsläget och en kraftenhet styrd av avkännaranordningen för att hålla fordonet i balans.

Ett annat syfte är att åstadkomma ett förbättrat trehjuligt fordon omfattande hydrauliska kretsar styrda av obalans hos fordonet för att automatiskt luta fordonet tillbaka till jämviktsläget utan över- korrigering förbi jämviktsläget.

Ett annat syfte är att åstadkomma ett förbättrat självbalanserande trehjuligt fordon som är konstruktivt enkelt och har en effektiv och pålitlig funktion.

Dessa och andra syften med uppfinningen är uppenbara för fackmän på. detta område av den sammanställning och den beskrivning av uppfin- ningen som följer nedan.

Sammandrag av uppfinningen Det trehjuliga-fordonet enligt uppfinningen omfattar en fordonsram med åtminstone ett hjul vid ena änden av ramen och ett par åtskilda hjul anbragta vid motsatta änden av ramen medelst en ramanordning i - form av en ledad parallellogram. En avkännare å. fordonsramen är an- ordnad att avkänna förändringar i formen hos den parallellogramfor- made ramen från jämviktsläget. Avkännaren styr härvid automatiskt en motordriven anordning för att vrida parallellogramramen tillbaka till jämviktsläge utan överkorrigering, dvs lutande av fordonet för långt i motsatt riktning. Kännaranordningen kan vara en hävarm sväng- bart förbunden med fordonsramen och funktionellt förbunden med en spolventil som är fjäderpåverkad mot neutralläget. En utdragbar och hopslcjutbar cylinderenhet är kopplad mellan fordonsramen och den 8104051-1 parallellogramformade ramen och står i vätskeförbindelse med spolventilen för automatisk justering avden parallellogramformade ramen efter behov för att återställa jämvikten. Avkännararmen eller -spaken är sålunda direkt påverkad av fordonet själv för ett säkert och tillförlitligt hålla kvar fordonet i en jämviktslutning.

Kort beskrivning av ritningarna Big 1 är en perspektivbild av ett trehjuligt fordon enligt uppfin- ningen.

Fig 2 är en schematisk vy uppifrån av det trehjuliga fordonet pâ- börjande en svängning.

Fig 5 är en schematisk vy framifrån av fordonet i ett vertikalt lutat jämviktstillstånd.

Fig 4 är en schematisk vy framifrån av det trehjuliga fordonet visandeden parallellogramformade ramen svängd till ett jämviktsläge för passerande av en kurva.

Fig 5 är en partiell vy framifrån i förstoring av fordonet visande den parallellogramformade ramen.

Fig 6 är ett schematiskt diagram över vätskekretsen för uppfinningen.

Fig 7 är i förstoring en sektion av spolventilen sedd uppifrån tagen längs linjen 7-7 i fig 5.

Fig 8 är i förstoring en sidovy i sektion av cylinderenheten enligt uppfinningen tagen längsüinjen 8-8 i fig 5.

Fig 9 är en pertiell vy framifrån i sektion av den ledade förbin- delsen mellan oylinderenheten och evkännararmen tagen längs linjen 9-9 i fig 8.

Fig 10 är en vy delvis i sektion av kännararmen och spolventilen enligt uppfinningen sedd utmed linjen 10-10 i fig 9.

Fig 11 är en vy uppifrån delvis i sektion av spolventilen i dess neu- trala läge sedd längs linjen 11-11 i fig 10.

Fig 12 är delvis i sektion en vy av spolventilen i ett första läge för att svänga den parallellogramformade ramen i ena riktningen.

Pig 15 är en schematisk vy av kännerarmen lutad för justering av spolventilen till läget i fig 12.

Fig 14 är delvis i sektion en vy uppifrån av spolventilen i ett andra läge för svängande av den parellellogramformade ramen i motsatt rikt- ning c Poor oumfl, MM-Ûšlfl Fig 15 är en schematisk vy framifrån av avkännararmen lutad för in- ställning av spolventilen till det i fig 14 visade läget.

Beskrivning av den föredragna utfóringsformen.

Det hjulförsedda fordonet enligt föreliggande uppfinning visat gene- rellt vid 20 omfattar en fordonsram 22 med ett ensamt hjul 24 an- bragt vid dess bakre ände. Främre änden på fordonsramen 22 är för- bunden med en ledad parallellogramformad ram 26 på vilken ett par på avstånd från varandra belägna framhjul 28 är anbragta. Den bakre delen av fordonsramen 22 lilmar den hos en konventionell motorcykel därigenom att en motor 50 uppbäres vid ett mellanläge under en bräns- letanlc 52 och ett säte 54 för att driva bakhjulet 24. vardera av framhjulen 26 är anbragta på. lika gaffelanordningar 56 varförsamma nummer används för att identifiera samma delar av var- dera. Styrarmar 58 upptill på. gafflarna 56 är förbundna med varandra med ett parallellstag 40 och med den svängbara styrstångstappen 42 av ett parallellstag 44 för samtidig styrrörelse genom svängning av styrstången 46.

Den paralllellogramformade ramen 26 omfattar ett övre parallellstag 48, ett lägre parallellstag 50 och motsatta sidokomponenter 52 led- bart förenande det övre och lägre styrstaget 48 resp. 50 och bildar fyra ledade hörnpartier antydde vid 54a, b, o och d. Fordonsramen 22 är ledbart förenad med centrum på. parallellstagen 48 och 50 vid 56 och 57 och gaffelanordningarna 56 är ledbart anbragta vid respektive sidokomponenter 52 såsom bäst synes i fig 1 och 5.

En avkännararm 58 av generellt inverterad T-form är ledbart förbunden med ett lägre utsprång av fordonsramen 22 vid 60. Armen 58 innefat- tar en uppâtriktad ventilstyrarln 62 riktad vinkelrätt mot ändparti- erna 64, 66 på armen riktade åt höger och åt vänster som visas i fig 5. Det är tydligt att den speciella formen a' kännararmen 58 inte är väsentlig för föreliggande uppfinning och att olika former och lägen av armen kan vara lämpliga alternativ. 8104051-1 Ett par utdragbara och hopskjutbara cylinderenheter 68 och 70, en till höger och en till vänster, är ledbart förenade med de nedre än- darna på de högra och vänstra ändpartierna 64 och 66 på armen och ledbart förbundna vid sin övre ände med parallellogramramen 26 på motsatta sidor om fordonsramen 22 såsom visats vid 72 och 74.

Kännarhävstångens 58 manöverarm 62 visas i fig 5 som leabart fëre_ nad med en spolventil 76 som visas mera i detalj i fig 7. Ventilkrop- pen 78 är fästad relativt fordonsramen 22 såsom visas i fig 10 av en monteringsplatta 80. Av fig 7 framgår att manöverarmen 62 är svängbart förenad med ett ok 82 som är fästat med skruvar 84 vid motsatta ändar av en ventilspole 86. De fria ändarna av oket 82 är förbundna med skruvar 88 vid motsatta ändar av en slidstång 90 som är glidbart understödd till höger och till vänster av lager 92 och 94 och som uppbär en tryckfjäder 96 anordnad att fjädrande hålla stången 90 och oket 82 i ett centralt läge.

Spelrummen 90A och 90B (fig 7, 12 och 14) mellan oket 82 och ventil- kroppen 78 har en breda av ungefär 1/8 - 1/4 tum (5 - 6 mm) och rep- resenterar den ungefärliga storleken av den maximala förskjutningen hos ventilkroppen i relation till oket. Fjädern 96 bör vara en kom- pressionsfjäder på ca 10 pund (5 kg). Som framgår av det följande rör sig den parallellogramformade ramen 26 och fordonsramen 22 till- sammans som en enhet med avkännararmen 62 centrerad därpå såsom visats i fig 5 under jämviktstíllstånd. När fordonsramen 22 och parallellogramramen strävar att avvika från jämviktsvillkoren, vilket kan orsakas av yttre krafter, centrifugalkraft etc., rör sig avkännararmen 62 från sitt centrala läge (fig 3) och ventilkroppen 78 rör sig inom oket 82 när det ena av mellanrummen 90A eller 90B börjar stängas (se fig 12 och 14). Ventilkroppen 78och relaterade komponenter avkänner denna rörelse hos ventilkroppen i förhållande till oket 82, och den hydrauliska kretsen inkluderande cylinder 68 och 70 fungerar för att förflytta parallellogramramen 26 och fordons~ ramen 22 tillbaka till jämviktsläget.

LMÛÅ-Ûfië-“i Hänvisande till det schematiska diagrammet över fluidumkretsen i fig 6 framgår att fordonet omfattar en reservoar 98 för hydraulvätska och en vätskepump 100 som drives kontinuerligt av fordonsmotorn 50.

Pumpen är förenad med reservoaren av en tillförselledning 102 och till ventilen 76 av en tillförselledning 104. En returledning 106 sträcker sig från ventilen 76 till reservoaren 98.

Ventilen 76 är anordnad att alternativt rikta tryckvätska från till- förselledningen 104 till antingen första eller andra ledningar 108 och 110, som båda omfattar högra och vänstra grenar 1083, 108L och 11OR och 110L0 De högra och vänstra cylinderenheterna 68 och 70 inne- fattar vardera en cylinderkropp 112R resp. 112L med en kolv 1148 resp. 1141. rörliga däri och en kolvstång 116R resp. 116L, som sträcker sig nedåt fråfikolvarna genom den undre änden på cylinder- kropparna för förbindning med de motsatta ändpartierna 64 och 66 av avkännararmen 58 såsom beskrivas närmare i detalj i det följande.

Vardera av cylinderkropparna 112R och 112L skall beskrivas såsom innefattande övre och undre kammare med hänvisning till de inre partierna av cylinderkropparna som är belägna över resp. under kol- varna. Av fig 6 framgår att den första ledningen 108 kommunicerar med den övre kammaren 118R i den högra cylinderenheten 68 och den lägre kammaren 12OL på den vänstra cylinderenheten 70. Likaledes kommunicerar den andra ledningen 110 med den lägre kammaren 110R på den högra cylinderenheten 68 och den övre kammaren 118L av den vänstra cylinderenheten 70. Följaktligen, när spolventilen 76 ini- tieras att rikta tryckvätska till den första ledningen 108, förlän- ges den högra cylinderenheten 68 och den vänstra cylindern 70 sam- mandragest Omvänt, när tryckvätskan riktas till ledningen 110, sam- mandrages den högra cylinderenheten 68 och den vänstra cylinderenhe- ten 70 förlängas.

Fig 8 visar i detalj uppbyggnaden av den högra cylinderenheten 68, varvid det underförstås att den vänstra cylinderenheten 70 är i huvudsak spegelbilden av den som visas i fig 8. Nedre änden av cy- linderkroppen 112R stänges av en ringformad gängad plugg 122 som är glidbart tätad mot kolvstången 116R med 0-ringstätningar 124. Kolv- 8104051-1 stången 114R är glidbart tätad inom cylinderkroppen av kolvringar 126. Det framgår också av fig 8 att de första och andra lednings- grenarna 108R och 110R är formade som ringformade passager koncent- riskt utbildade inom kolvstången 116R, och vilka kommunicerar med de övre och nedre cylinderkamrarna 11BR och 12OR genom resp. kolv- passager 128 och 130. Ett ihåligt centrum 152 i kolvstången 116R kommunicerar genom en kolvpassage 154 med inre väggen på cylinder- kroppen 112R mellan kolvringarna 126 för att tillföra smörjmedel till dessa.

Fig 8 visar vidare att den nedre änden av kolvstången 116R är led- bart förbunden med den grenade högra änden 64 på kännararmen 58 med en roterande ventil 156R som åstadkommer permanent kommunika- tion mellan vardera av kolvstångens ledningsgrenar 108R och 110R med respektive passage: 108X och 110X (fig 9) i kännararmen 58 som i sin tur är förbundna med ledningar 108 och 110 såsom visats i nedre delen av fig 8.

Fig 9 visar vidare ett par högra och vänstra svängningsstopp 158R resp. 158L, som är fästade på fordonsramen 22 på motsatta sidor om avkännararmen 58 för att begränsa dennas svängningsrörelse.

Fig 10 illustrerar läget av kännararmen 58 framför fordonsramen 22 och bakom spolventilen 76, vid vilken den är svängbart förbunden vid 140. Fig 10 visar vidare förbindningen av spolventilen 76 med till- förselledningen 104 och returledningen 106 genom passagerna 104V resp. 106V.

Fig 11 illustrerar spolventilen 76 med ventilspolen 86 intagande ett centralt eller neutralt läge däri. Ventilspolen 86 är försedd med ett par flänsar 142 och 144 som är rörliga inom ventilkammaren 146 för alternerande samverkan med ringformade ansatser 14BR, 148L resp. 15OR, 15OL. I neutralläget i fig 11 är flänsarna 142 och 144 fria från alla ansatserna i ventilen med resultatet att tryckvätska från ledningen 104 lätt kan flyta axiellt genom ventilkammaren 146 1 såsom visat med pilar 152 för direkt retur till reservoaren 98 genom returledningen 106. $104Ü51~1 Fig 12 och 15 illustrerar spolventilen 76 med ventilspolen 86 för- skjuten till det vänstra eller första. läget relativt ventilkroppen 78, i vilket flänsarna 142 och 144 ingriper med ansatserna 148L resp., 1501:, I detta läge ledes en flödesström från tillförselled- ningen 104 genom ledningen 110 och ledningsgrenar 110R och 110L till den lägre kammaren i cylinderenheten 68 och den övre kammaren i oylinderenhet 70. Jämvikt återställes därför genom att dra in cy- linderenheten 68 och förlänga cylindern 70 och luta parallellogram- ramen i en riktning motsatt den i fig 4 visade.

Fig 14 och 15 visar ventilspolen 86 förskjuten till ett högra. eller andra läge av ventilens manöverarm 62 så att flänsarna 142 och 144 går i ingrepp med ansatserna 1483 resp. 15011. Flödesströmmen för tryckvätska. från tillförselledningen 104 riktas då. till den första ledningen 108 och genom grenarna 10811 och 1OBL till den övre kamma- ren i cylinderenheten 68 och den lägre kammaren i cylinderenheten 70 för att förlänga cylinderenheten 68 och dra ihop cylinderenheten 70 för att svänga parallellogramramen till höger såsom visas i fíg 4.

I funktion styras det trehjuliga fordonet enligt uppfinningen i hu- vudsak som en konventionell motorcykel men med den viktiga fördelen att detta fordon är inte 'beroende av förarens styrrörelse för att uppnå den nödvändiga skiftningen av vikten för att luta i kurvor eller kompensera för lutade väg-banor och liknande. Med hänvisning V till fig 2, när föraren önskar styra fordonet åt höger såsom visas av fig 154 i fig 2, behöver han bara vrida styrs-hängen 46 i denna. riktning.. Centrifugalkraften pressar omedelbart fordonet och paral- lellogramramen att svänga till vänster, dvs i en riktning motsatt den i fig 4 visade, varpå. de normala svängníngsrörelserna hos cylinder- enheterna 68 och 70 strävar att svänga ventilens styrarm 62 på av- kännararmen 58 till höger såsom visas i fig 15. Ventilspolen 86 för- flyttas sålunda åt höger såsom visas iflg 14, och vätska under tryck riktas genom den första ledningen 108 till den övre kammaren i cy- linderenheten 68 och lägre kammaren i oylinderenheten 70 för att förlänga cylinderenheten 68 och sammantrycka cylindern 70. Sålunda svänges parellellogramramen 26 i motsatt riktning eller åt höger så- som visas i fig 4 för att luta föraren och fordonsramen 22 in i kur- 8104051-1 van. När fordonet har lutats till jämviktspunkten för den sväng som utföres, är kraften hos tryckfjädern 96 i spolventilen 76 anordnad att återföra ventilspolen till dess neutrala läge i fig 11. Paral- lellogramramen 26 förblir i det lutade jämviktsläget tills svängen är fullbordad, varpå föraren vrider framhjulen 28 rakt fram. Det na- turliga svaret från parallellogramramen är att svänga vidare åt höger under tyngdkraftens verkan, men den initiala svängningsrörel- sen åt höger av parallellogramramen svänger kännararmen 58 till vänster såsom visats i fig 13, varigenom spolventilen 76 initieras att rikta tryckvätska genom den andra ledningen 110 för att dra ihop cylinderenheten 68 och förlänga cylinderenheten 70, härigenom kor- rigerande parallellogramramen till det i fig 5 visade jämviktsläget för rörelse rakt framåt.

Det är tydligt att fordonets respons kommer att bli den rakt mot- satta till den ovan beskrivna när en sväng göres i en riktning mot- satt den som visats med pilen 154 i fig 2. Likaså vid färd på en ojämn vägbana såsom när man kör på en lutad yta, då tyngdkraften snarare än centrifugalkraften initierar samma typ av korrektions- rörelse hos parallellogramramen som beskrivits ovan för att auto- matiskt justera parallellogrammens form till ett jämviktsläge.

Följaktligen behöver föraren bara ägna sig åt fordonets styrrörelser eftersom funktionen med att upprätthålla balansen hos fordonet auto- matiskt uppnås medelst avkännaren och kraftanordningen enligt upp- finningen. Manövreringen av fordonet är därför inte beroende av förarens relativa styrka ochäven ett tungt fordon försett med en stor motor kan manövreras med säkerhet även av en liten förare som skulle vara ur stånd att manuellt kontrollera lutningen av ett så- dant fordon. Eftersom returfjädern i spolventilen 76 hela tiden pressar ventilspolen till dess neutrala läge eller jämviktsläge, föreligger ingen risk att fordonet överkorrigeras vid utjämning av svängar och lutade ytor.

Medan avkännararmen 58 har en omvänd T-form sedd framifrån är det tydligt i sidovyn i fig 10 att den horisontella lägre delen av av- kännararmen 58 omfattar ett upprättstående blockparti 156 som är anbragt vid axeln 60 med en ställskruv 158 och att aktuatorarmen 62 51Û4Û51f-1 10 är fästad vid en främre del av axeln 60 för svängningsrörelse till- sammans med den övriga delen av hävarmen 58.

Det är den upprättstående blockdelen 156 som ingriper med stoppen 13812 och 138L för att begränsa svängningsrörelsen hos avkännararmen 56- s

Claims (10)

8104051-1 11 Patentkrav

1. Hjulfordon, omfattande en fordonsram (22) med motsatta ändar, en hjulanordníng (24) vid ena änden av ramen, en ledad parallellogramramanordning (26) med fyra ledade hörnpartier (54a, b, c, d) ledbart anbragt på den andra änden av nämnda ram och anordnad för svängningsrörelse i motsatta riktningar, ett par inbördes åtskilda hjul (28) anbragta på parallello- qrarnrrunnnonlning-an vid motsatt-zu sidor :lv df-nrm, m) íq-wunn parallellogramanordningen kan svänga i sidled i första och andra motsatta sidoriktningar, när nämnda ram lutar i sidled bort från ett jämviktsläge i nämnda första resp. andra sidoriktningar, k ä n n e t e c k n a t därav, att hjulfor- donet vidare omfattar avkännande organ (58) verksamt förbundna med nämnda parallellogramramanordning och anordnade att påverkas av sagda parallellogramramanordning när sagda ram lutar bort från ett jämviktsläge, varigenom obalansen hos sagda ram bort från ett jämviktsläge påverkar sagda avkän- ningsorgan, och en kraftanordning (68, 70) förbunden med avkännarorganen och parallellogramramanordningen (26), varigenom den initiala vridningsrörelsen av nämnda parallello- gramramanordning från ett jämviktsläge i en av nämnda sido- riktningar automatiskt gör att avkännarorganen påverkar kraftanordningen till att förskjuta parallellogramramanord- ningen (26) i motsatt sidoriktning för att påverka fordons- ramen att röra sig i sidled till ett jämviktsläge, att avkänningsorgansn omfattar en hävarm (58) ledbart förbunden med fordonsramen, och att kraftanordningen omfattar en förlängbar och hopskjutbar cylinderanordning (68, 70) för- bunden vid ena änden med hâvarmen (58) och förbunden vid motsatta änden med parallellogramramen (26) varigenom häv- armen (58) är svängbar i motsatta riktningar med avseende på fordonsramen (22) i respons på lutningsrörelse hos paral- lellogramramen (26) i nämnda första resp. andra motsatta sidoriktninqar från ctr iämviktsläqfl.

2. UjuLlordon enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av att kraftanordningen vidare omfattar en ventil (76) försedd med en spole (86) som är rörlig mellan ett första, ett neutralt och ett andra läge, varvid ondera av ventilen och '(9003 QÜÅLÉW ëlüßküål-'l- 12 - spolen (86) är fast i förhållande till fordonsramen och den andra av ventilen och spolen är funktionellt förbunden med hävarmen (58) för rörelse med denna.

3. Hjulfordon enligt krav 2, k ä n n e t e c k n a t av att det omfattar en vätskereservoar (98) och en vätskekälla under tryck (100), båda i vätskeförbindelse med ventilen (76), vilken ventil också står i vätskeförbindelse med motsatta ändar av cylinderanordningen (68, 70) för att rikta vätska under tryck från nämnda källa till nämnda motsatta ändar i respons på rörelse av spolen till nämnda första resp. andra läge.

4. Hjulfordon enligt krav 3, k ä n n e t e c k n a t av att det ytterligare omfattar tryckutövande medel (96) på ventilen för att pressa spolen till sin neutrala position, varvid ventilen i sitt neutrala läge är anordnad att upp- rätta vätskeförbindelse mellan vätskekällan och reservoaren oberoende av cylinderanordningen.

5. Hjulfordon enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av att kraftanordningen innefattar ett par förlängbara och hoptryckbara cylinderanordningar (68, 70) som har första ändar förbundna med motstående ändar på hävarmen och motsatta ändar förbundna med parallellogramramen på motsatta sidor om fordonsramen.

6. Hjulfordon enligt krav 2, k ä n n e t e c k n a t av att cylinderanordningen (68, 70) omfattar en avlång cylinder (ll2R, ll2L), en kolv (114R, 114L) rörligt lagrad däri och en kolvstång (1l6R, 116L) förbunden med kolven och sträckandc sig ut ur cylindern, varvid kolven och kolvstången innefattar ett par vätskepassager därigenom, som kommunicerar vid ena änden med cylindern på motsatta sidor om kolven och vilka kommunicerar vid motsatta ändar med ventilen (76).

7. Hjulfordon enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av att fordonsramen (22) och ett par av hjul (28) belägna på avstånd från varandra är förbundna med parallellogramramen (48, 50, 52) i parallell inbördes relation för samtidig lutningsrörelse- 13

8. Hjulfordon enligt krav 7, k ä n n e t e c k n a t av att nämnda par av från varandra skilda hjul är styrbart anbragt på parallellogramramen och vidare omfattar medel (38, 40, 42, 44) för samtidig styrning av de från varandra skilda hjulen.

9. Hjulfordon enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av att den ledade parallellogramramen är anbragt på främre änden av fordonsramen (22).

10. Hjulfordon enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av att det ytterligare omfattar kraftdrivmedel på fordonsramen och medel för att drivande förbinda kraftdrivmedel med nämnda hjul (24).