TWI737898B - 具有兩個前轉向輪以及改進的轉向機構之機動車輛 - Google Patents

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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。
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
36‧‧‧傳動裝置
40‧‧‧轉向桿
78‧‧‧套管
C‧‧‧中心轉向軸

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(α1、α2)可轉動，該握把(20)依據一中心轉向角(β)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或4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4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或4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4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4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(β)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4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)定義了彼此平行之複數個側向滾動軸(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。
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