TW201838859A - 具有兩個前轉向輪以及改進的轉向機構之機動車輛 - Google Patents

Abstract

機動車輛(4)，包括： 至少一後輪(8)、至少二前轉向輪(12、16)及一握把(20)； 前轉向輪(12、16)繞個別之側向轉向軸(L1、L2)依據側向轉向角(a1、a2)可轉動，握把(20)依據一中心轉向角(b)繞定義一中心轉向軸(C)之一轉向柱(32)可轉動； 前轉向輪(12、16)藉由傳動裝置(36)動態地連接至握把(20)，其包括一轉向桿(40)於個別之側樞軸(52、56)樞接二側向轉向支撐件(44、48)，側向轉向支撐件(44、48)之每一者動態地連接至對應之前轉向輪(12、16)，更好的是，傳動裝置(36)包括一第一連接桿(60)，可轉動地將轉向桿40之中心線(M-M)與轉向柱(32)繞中心轉向軸C而連接，第一連接桿(60)透過一第一樞接樞軸(64)繞與握把一體旋轉之一樞轉軸(B-B)而樞接，上述樞轉軸(B-B)位於垂直於中心轉向軸(C)之一平面上且不入射於此中心轉向軸(C)；傳動裝置(36)包括相對的旋轉移動裝置(68)，旋轉移動裝置(68)沿一肢接方向(T-T)介於第一連接桿(60)及轉向桿(40)之間，以允許轉向桿(40)及第一樞接樞軸(64)之間的轉動及互相平移。

Description

具有兩個前轉向輪以及改進的轉向機構之機動車輛

本發明係有關於一種具有兩個前轉向輪之機動車輛，上述機動車輛包括改進之轉向機構。

習知的機動車輛具有二個前轉向以及滾動或可傾斜式輪，其在前車架(front chassis)具有滾動運動(rolling kinematism)，通常是肢接四邊形(articulated quadrilateral)，其允許在彎道傾斜(tilt on bends)同時保持前轉向輪在地面上的穩定支撐。

傾斜及轉向移動的組合使得轉向機構相當複雜，事實上，須確保車輪及框架(frame)在所有震動及滾動之條件下前輪進行正確地轉向，此利用轉向連結之結構，以確保組成運動機構之各桿之所有可能的轉動，因而允許在所有驅動條件下進行正確的轉向。

因此，會出現零件的長鏈(long chain)及相對公差，其帶來了轉向移動的風險，特別是在滾動及震動組合的條件下。

通過車輪的滑動，其是指車輪與預期不同的轉向，例如在存在有隆起(hump)時，其可朝外地打開，導致於握把(handlebars)上也產生力及角度之反作用力。

因此，需要提供一種用於具有二前轉向輪之機動車輛之改進的轉向機構，其同時確保隨時間之驅動精準度(driving precision)及可靠性(reliability)。 根據申請專利範圍第1項的機動車輛滿足了這種需要。

在所有參考圖式中，以元件符號4代表依據本發明之機動車輛(motor vehicle)。

機動車輛(motor vehicle)4包括至少一後輪(rear wheel)8及動態地連結至一握把(handlebars)20的至少二前轉向輪(front steering wheel)12、16。

機動車輛4包括一框架(frame)24，框架24支撐一前車架(front chassis)26，前車架26包括上述前轉向輪12、16、以及一後軸(rear axle)28，後軸28包括一後搖臂(swingarm，圖上未顯示)以支撐後輪8。

後搖臂及框架24可以為任何形狀及尺寸，且舉例來說可為格形骨式(lattice)、箱形骨式(box-like)或壓鑄式(die-cast)等等。

框架24可以為一體式或分為數個部件，一般來說，與後搖臂(swingarm)交界之框架24部分支撐著駕駛及/或乘客座椅(seat)。後搖臂相對於至少一樞接栓(hinge pin)可樞接至機動車輛4之框架24的上述部分。需注意的是，搖臂與框架24透過直接樞接(hinging)而直接連接，或其可透過曲柄機構(crank mechanisms)及/或內框架(intermediate frames)等手段的插置而連接。

關於前車架26，前轉向輪12、16依據側向轉向角(lateral steering angles)a1、a2可繞個別之側向轉向軸(lateral steering axes)L1、L2轉動。

握把20接著可依據中心轉向角(central steering angle)b而繞中心轉向軸(central steering axis)C轉動。

前轉向輪12、16藉由傳動裝置(transmission means)36動態地連接至握把20，傳動裝置36實現了由側向轉向角a1、a2及中心轉向角b之間之比率所定義之傳動比(transmission ratio)T。

更好的是，傳動裝置36包括一轉向桿(steering bar)40，轉向桿40動態地連接至握把20，握把20直接連結前轉向輪12、16。

依據一實施例，傳動裝置36包括二側向轉向支撐件(lateral steering supports)44、48，每一個側向轉向支撐件44、48動態地連接至對應之前轉向輪12、16，轉向桿40於個別之側樞軸(lateral hinge)52、56樞接二側向轉向支撐件44、48。

側向轉向支撐件44、48包括定義側向轉向軸L1、L2的樞軸(hinge)。

更好的是，傳動裝置36包括至少一第一連接桿(first connecting rod)60，其可轉動地將轉向桿40之中心線(centerline)M與一轉向柱(steering column)32繞中心轉向軸C而連接。

第一連接桿60樞接一第一樞接樞軸(first pivoting hinge)64，繞一樞轉軸(pivoting axis)B-B而與握把20一體旋轉，上述樞轉軸B-B位於垂直於中心轉向軸C之一平面上。

換句話說，第一樞接樞軸64不具有固定的位置，而是隨著轉向柱32依據中心轉向角b繞中心轉向軸C一同轉動。

依據一實施例，第一樞接樞軸64被成形以定義垂直於中心轉向軸C之平面上之上述樞轉軸B-B，上述樞轉軸B-B與中心轉向軸C相離一間隔(pitch)，且不入射於(not incident with)中心轉向軸C。

依據另一可能實施例，第一樞接樞軸64被成形以定義上述樞轉軸B-B，上述樞轉軸B-B位在垂直於中心轉向軸C之平面上且入射於(incident with)中心轉向軸C。

傳動裝置36包括介於第一連接桿60及轉向桿40之間的相對的旋轉移動裝置(roto-translation means)68，上述旋轉移動裝置68沿一肢接方向(articulation direction)T-T，以允許轉向桿40及第一樞接樞軸64之間的轉動及互相平移。

舉例來說，旋轉移動裝置68包括一圓柱形樞軸(cylindrical hinge)72，上述圓柱形樞軸72具有一圓柱形端部(cylindrical end)74，一體成型於第一連接桿60，且以一旋轉平移耦接(roto-translatory coupling)而插置入具對應外型之圓柱形凹部(cylindrical cavity)76，且依肢接方向T-T而傾斜。

舉例來說，圓柱形凹部76是形成於樞接至轉向桿40之一套管(bushing)78中。

依據一實施例，圓柱形樞軸72設置有軸承(bearing)80，適於促進在圓柱形端部74及圓柱形凹部76之間的旋轉平移。

舉例來說，軸承80可包括具有低摩擦係數之輥軸(rollers)及/或軸襯(bushes)。

更具體來說，圓柱形樞軸72需同時允許平行於肢接方向T-T之平移及繞同樣肢接方向T-T之旋轉，在轉向桿40及第一連接桿60之間。透過圓柱形端部74及圓柱形凹部76之間的耦接而得到此具有二自由維度之動態連接，圓柱形之幾何形狀事實上允許相對旋轉，而滑動允許部件之間的相對平移。相對滑動及平移的量取決於車輪之轉向、滾動及震動配置。

套管78樞接於轉向桿40之中心線M，上述中心線M沿著垂直於轉向桿40之一中心樞軸軸線(central hinge axis)X-X。

中心樞軸軸線X-X平行於由側旋轉樞軸(lateral rotation hinge)84所定義之側向樞軸軸線(lateral hinge axes)Y-Y、Y-Y，上述側旋轉樞軸84連接轉向桿40至側向轉向支撐件44、48。

更好的是，旋轉移動裝置68是成形為使得肢接方向T-T與中心樞軸軸線X-X共同定義之肢接角度(articulation angle)88是介於15到90度。上述範圍的邊界值亦包括在內。

依據一實施例，上述肢接角度88介於15到35度間。

更好的是，上述肢接角度88等於25度。

具體來說，這些角度值確保旋轉移動裝置68如介於圓柱形端部74及圓柱形凹部76之間的相對平移是被包含的，其數量級是幾毫米(millimetres)：依此方式之下，與習知解決方案相比，磨耗(wear)是非常有限的。

套管78是插置於一分歧部(bifurcation)92中，上述分歧部92形成在轉向桿40之中心線M，因而橫跨轉向桿本身。

依據進一步之實施例，旋轉移動裝置68包括第二連接桿(second connecting rod)96，上述第二連接桿96具有一第一端(first end)98以及一第二端(second end)104，上述第一端98透過第二樞接樞軸(second pivoting hinge)100樞接至第一連接桿60，上述第二樞接樞軸100平行於第一樞接樞軸64，上述第二端(second end)104樞接至套管78，進而樞接至轉向桿40。

依據一實施例，前轉向輪12、16及握把20之間的傳動比T隨著握把20之中心轉向角b之變化而可改變。

依據一實施例，傳動比T在握把20之中心位置附近對為零之中心轉向角b來說為最大，且隨著握把20相對於中心位置之轉動量的增加而減少。

依據一可能實施例，傳動比T大致上單一對應於大於40度之中心轉向角b。

依據一實施例，轉向支撐件44、48定義彼此相等之側轉向臂(lateral steering arm)108、110，其中轉向桿40是成形為用以攔截(intercept)相對於側轉向臂108、110具較少長度之中心轉向臂(central steering arm)112。

側轉向臂108、110為每一側向轉向軸L1、L2與對應側樞軸52、56之間的距離，此時中心轉向臂112為旋轉移動裝置68與中心轉向軸C之間的距離，此距離是在垂直於中心轉向軸之一投影平面上所量測。

更好的是，在具有前轉向輪12、16的配置下，側轉向臂108、110是大於中心轉向臂112。

如此可允許實現傳動比T在握把20之中心位置附近對為零之中心轉向角b為最大之狀態，並隨著握把20相對於中心位置之轉動增加而減少。

如前所述，機動車輛4是可傾斜的(tilting)且在前車架26包括一肢接四邊形結構(articulated quadrilateral structure)，上述肢接四邊形結構包括一對頂橫向件(top crosspiece)117及底橫向件(bottom crosspiece)118，上述頂橫向件117及底橫向件118於其端部由直立件(upright)119、120透過側滾動樞軸(lateral rolling hinge)122而連接，其定義了彼此平行之側向滾動軸(lateral rolling axes)Y-Y。

頂橫向件117及底橫向件118透過中心滾動樞軸(central rolling hinge)124依序樞接於框架24之中心線，上述中心滾動樞軸124定義彼此平行之中心滾動軸(central rolling axes)W-W。

更好的是，側向滾動軸Y-Y及中心滾動軸W-W是彼此平行的。

從本說明書可以理解，本發明可克服習知技術之缺點。

具體來說，本發明允許實現一轉向運動(steering kinematism)其具有隨時間之駕駛精準度及可靠度。

事實上，由於前述的配置，一方面其可以精準的方式驅動車輪，另一方面可避免較大的滑動，特別是有關於旋轉移動裝置。

這限制了轉向機構的磨耗。

此外，本發明允許避免或在任何情況下限制球關節(spherical articulation)的使用，並使轉向對部件(piece)之實際幾何形狀較不敏感。

此外，本發明允許限制車輪滑動，也就是由轉向所施加之理論轉向及各車輪之實際轉向的差距。

此外，本發明允許在懸架(suspension)之轉向、滾動及壓縮運動之間及因此之車輪之間具有最大之解耦(decoupling)。

基於此目的，轉向桿為一體成形(one piece)且懸掛於靠近轉向輪之橫向端(transverse)。其相對於車輛之一垂直中心線平面(vertical centerline plane)的運動可透過利用第一連接桿及第二連接桿，或利用第一連接桿及旋轉移動裝置，例如具有一滑動元件(sliding element)之圓柱形樞軸而實現。

換句話說，在第一例中，使用具二可變角度之固定長度之二部件(連接桿)(一個連接在轉向柱，而另一個包含於部件本身之間)。在第二例中，僅使用一個具可變長度之部件(即與圓柱形端部滑動)，以一可變角度耦接至轉向柱。

亦可以是如圖所示，以一動態機構改變轉向比(steering ratio)，上述動態機構可使轉向比更靠近單位(因此在接近0時為軟的或具有直線輪時可強固(stiffening)之，反之亦然)。

具體來說，此在向下轉向(down-steering)的情況下是非常重要的，以避免在U形迴轉期間過度地旋轉握把，這在人機工程(ergonomically)上是不利的(unfavourable)，且對車輛之塗層(coating)/整流罩(fairing)施加了限制。

在操作上，可發現駕駛對具有向下轉向之車輛的感知能力(perceived agility)方面經歷了顯著地改善，其在車輪相同轉動角度下減少了握把上的力(effort)。

本發明因此同樣允許握把之轉向比自動且有效率地改變，而無需採用昂貴且複雜之機構。

其同樣避免對機動車輛之前框架(front frame)增加負擔。

上述可變的向下轉向也可在接近零之情況下減輕握把，以隨著轉向角度的增加，趨向於接近單位之一轉向比。

依此方式之下而接近零的情況，也就是車輪大致上是直立的時，可減輕轉向車輪，其使得駕駛上更為舒適，而無需對握把施加額外的力。

此外，當握把角度相對於中心位置有明顯的增加時，轉向比的變化減少了向下轉向(幾乎為正比(direct ratio))，藉以避免握把及框架的部分及/或車輛的外殼(hull)之間發生干涉。

換句話說，達成了可變轉向比，以允許在舒適度方面具有向下轉向之優點，且避免了尺寸方面之缺點。

此外，隨著轉向角度的增加，因為向下轉向自動地減少，剛性(stiffen)亦隨之增加。依此方式之下，在過彎時，轉向靈敏度及剛性當需要其為最大時亦增加。

依據本發明之機動車輛確保了舒適度與操控精準度，而無需增加轉向裝置之成本、重量及整體尺寸。

任何熟習此項技藝者，當可做些許的更動與潤飾以滿足特定及偶然的需求，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

4‧‧‧機動車輛

8‧‧‧後輪

12、16‧‧‧前轉向輪

20‧‧‧握把

24‧‧‧框架

26‧‧‧前車架

28‧‧‧後軸

32‧‧‧轉向柱

36‧‧‧傳動裝置

40‧‧‧轉向桿

44、48‧‧‧側向轉向支撐件

52、56‧‧‧側樞軸

60‧‧‧第一連接桿

64‧‧‧第一樞接樞軸

68‧‧‧旋轉移動裝置

72‧‧‧圓柱形樞軸

74‧‧‧圓柱形端部

76‧‧‧圓柱形凹部

78‧‧‧套管

80‧‧‧軸承

84‧‧‧側旋轉樞軸

88‧‧‧肢接角度

92‧‧‧分歧部

96‧‧‧第二連接桿

98‧‧‧第一端

100‧‧‧第二樞接樞軸

104‧‧‧第二端

108、110‧‧‧側轉向臂

112‧‧‧中心轉向臂

117‧‧‧頂橫向件

118‧‧‧底橫向件

119、120‧‧‧直立件

122‧‧‧側滾動樞軸

124‧‧‧中心滾動樞軸

B-B‧‧‧樞轉軸

C‧‧‧中心轉向軸

L1、L2‧‧‧側向轉向軸

M‧‧‧中心線

T‧‧‧傳動比

T-T‧‧‧肢接方向

X-X‧‧‧中心樞軸軸線

Y-Y‧‧‧側向樞軸軸線

W-W‧‧‧中心滾動軸

a1、a2‧‧‧側向轉向角

b‧‧‧中心轉向角

為使本發明之上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉非限制之實施例做詳細說明，其中 第1圖係顯示依據本發明一實施例之機動車輛的立體圖； 第2圖係顯示第1圖中II部分的放大示意圖； 第3圖係顯示第1圖之機動車輛之不同角度的立體圖； 第4圖係顯示第3圖中IV部分的放大示意圖； 第5圖係顯示依據本發明之機動車輛之前車架的前視立體圖； 第6圖係顯示第5圖之前車架的示意圖，其中省略顯示車輪以允許觀察部分內部構件； 第7圖係顯示依據本發明之機動車輛之前車架的立體圖，其中未顯示車輪； 第8圖係顯示沿第7圖之前車架之中心平面的剖面示意圖； 第9圖係顯示第7圖之前車架由第7圖中箭頭IX側的側視示意圖； 第10圖係顯示第7圖之前車架由第7圖中箭頭X側的後視示意圖； 第11圖係顯示依據本發明另一實施例之機動車輛之前車架的示意圖； 第12圖係顯示第11圖之機動車輛之前車架的示意圖，其有顯示車輪； 第13圖係顯示第12圖之機動車輛之前車架由第12圖中箭頭XIII側的側視示意圖； 第14圖係顯示第11圖之機動車輛之前車架由第11圖中箭頭XIV側的側視示意圖；及 第15圖係顯示第14圖之前車架沿第14圖之剖面平面XV-XV的剖面示意圖。 在以下描述的實施例中，相同的元件或元件部分以同樣的元件符號表示。

Claims (19)

1. 一種機動車輛(4)，包括： 至少一後輪(8)、至少二前轉向輪(12、16)及一握把(20)； 該等前轉向輪(12、16)繞個別之側向轉向軸(L1、L2)依據側向轉向角(a1、a2)可轉動，該握把(20)依據一中心轉向角(b)繞定義一中心轉向軸(C)之一轉向柱(32)可轉動； 該等前轉向輪(12、16)藉由傳動裝置(36)動態地連接至該握把(20)，該傳動裝置(36)包括至少一轉向桿(40)於個別之側樞軸(52、56)樞接二側向轉向支撐件(44、48)，該等側向轉向支撐件(44、48)之每一者動態地連接至對應之該等前轉向輪(12、16)； 其特徵在於： 該傳動裝置(36)更包括： 一第一樞接樞軸(64)，相關聯於該轉向柱(32)；以及 一第二樞接樞軸(78)，垂直於該第一樞接樞軸(64)，相關聯於該轉向桿(40)之至少一者；以及 一圓柱形樞軸(72)，插置於該第一樞接樞軸(64)及該第二樞接樞軸(78)之間， 其中，該傳動裝置(36)使該轉向桿(40)之至少一者及該第一樞接樞軸(64)之間可旋轉及相互平移。
2. 如申請專利範圍第1項所述之機動車輛(4)，更包括至少一第一連接桿(60)，繞該中心轉向軸(C)可旋轉地連接該轉向桿(40)之一中心線(M-M)及該轉向柱(32)。
3. 如申請專利範圍第2項所述之機動車輛(4)，其中，該圓柱形樞軸(72)具有一圓柱形端部(74)，該圓柱形端部(74)一體成形於該第一連接桿(60)且以一旋轉平移耦接而插進具對應外型之一圓柱形凹部(76)，依一肢接方向(T-T)而傾斜，形成於樞接至該轉向桿(40)之一套管(78)中。
4. 如申請專利範圍第3項所述之機動車輛(4)，其中，該圓柱形樞軸(72)設置有一軸承(80)，該軸承(80)適於促進該圓柱形端部(74)及該圓柱形凹部(76)之間的旋轉平移。
5. 如申請專利範圍第3或4項所述之機動車輛(4)，其中，該套管(78)沿著垂直於該轉向桿(40)之一中心樞軸軸線(X-X)樞接於該轉向桿(40)之該中心線(M-M)。
6. 如申請專利範圍第5項所述之機動車輛(4)，其中，該中心樞軸軸線(X-X)平行於複數側向樞軸軸線(Y-Y、Y-Y)，該等側向樞軸軸線(Y-Y、Y-Y)由複數側旋轉樞軸(84)所定義，該等側旋轉樞軸(84)連接該轉向桿(40)至該側向轉向支撐件(44、48)。
7. 如申請專利範圍第5或6項所述之機動車輛(4)，其中，一旋轉移動裝置(68)被成形，使該肢接方向(T-T)與該中心樞軸軸線(X-X)形成在15度到90度之間之一肢接角度(88)。
8. 如申請專利範圍第7項所述之機動車輛(4)，其中，該肢接角度(88)在15度到35度之間。
9. 如申請專利範圍第7或8項所述之機動車輛(4)，其中，該肢接角度(88)為25度。
10. 如申請專利範圍第3至9項中任一項所述之機動車輛(4)，其中，該套管(78)插進一分歧部(92)中，該分歧部(92)形成在該轉向桿(40)之該中心線(M-M)，因而橫跨該轉向桿(40)。
11. 如申請專利範圍第1至10項中任一項所述之機動車輛(4)，其中，該第一樞接樞軸(64)被成形以定義一樞轉軸(B-B)，該樞轉軸(B-B)在垂直於該中心轉向軸(C)之一平面上，與該中心轉向軸(C)相離一間隔且不入射於該中心轉向軸(C)。
12. 如申請專利範圍第3至10項中任一項所述之機動車輛(4)，其中，該第一樞接樞軸(64)被成形以定義一樞轉軸(B-B)，該樞轉軸(B-B)在垂直於該中心轉向軸(C)之一平面上，且入射於該中心轉向軸(C)。
13. 如申請專利範圍第1至12項中任一項所述之機動車輛(4)，其中，該旋轉移動裝置(68)包括一第二連接桿(96)，該第二連接桿(96)具有一第一端(98)以及一第二端(104)，該第一端(98)透過一第二樞接樞軸(100)樞接至該第一連接桿(60)，該第二樞接樞軸(100)平行於該第一樞接樞軸(64)，該第二端(104)樞接至一套管(78)進而樞接至該轉向桿(40)。
14. 如申請專利範圍第1至13項中任一項所述之機動車輛(4)，其中，該等側向轉向支撐件(44、48)定義彼此相等之側轉向臂(108、110)，其中，成形該轉向桿(40)以攔截一中心轉向臂(112)，該中心轉向臂(112)相對於該等側轉向臂(108、110)具較短之長度，該等側轉向臂(108、110)被定義為每一側向轉向軸(L1、L2)與對應之側樞軸(52、56)之間的距離，該中心轉向臂(112)被定義為該旋轉移動裝置(68)與該中心轉向軸(C)之間的距離。
15. 如申請專利範圍第14項所述之機動車輛(4)，其中，在該等前轉向輪(12、16)之直立之配置下，該等側轉向臂(108、110)是大於該中心轉向臂(112)。
16. 如申請專利範圍第14或15項所述之機動車輛(4)，其中，該旋轉移動裝置(68)形成為隨一中心轉向角(b)之變化而改變該中心轉向臂(112)之長度。
17. 如申請專利範圍第1至16項中任一項所述之機動車輛(4)，其中，該機動車輛(4)於一車架(26)包括一肢接四邊形結構，該肢接四邊形結構包括一對頂橫向件及底橫向件(117、118)，於其端部藉由直立件(119、120)透過複數側滾動樞軸(122)而連接，該等側滾動樞軸(122)定義了彼此平行之該側向滾動軸(Y-Y)。
18. 如申請專利範圍第17項所述之機動車輛(4)，其中，該對頂及底橫向件(117、118)透過複數中心滾動樞軸(124)樞接於該框架(24)之一中心線，其定義彼此平行之中心滾動軸(W-W)。
19. 如申請專利範圍第18項所述之機動車輛(4)，其中，該等側向滾動軸(Y-Y)及該等中心滾動軸(W-W)彼此平行。