WO2015166456A1 - Vehículo propulsado de tres puntos de contacto con un mecanismo frontal basculante para dirección trasera - Google Patents

Vehículo propulsado de tres puntos de contacto con un mecanismo frontal basculante para dirección trasera Download PDF

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WO2015166456A1
WO2015166456A1 PCT/IB2015/053168 IB2015053168W WO2015166456A1 WO 2015166456 A1 WO2015166456 A1 WO 2015166456A1 IB 2015053168 W IB2015053168 W IB 2015053168W WO 2015166456 A1 WO2015166456 A1 WO 2015166456A1
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WO
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vehicle
steering column
steering
front wheel
main support
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PCT/IB2015/053168
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Inventor
Gilberto OSORIO
Ricardo MEJIA
Mauricio ARAMBURO
Juan Carlos Hernandez
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Universidad Eafit
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    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D51/00—Motor vehicles characterised by the driver not being seated
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62K—CYCLES; CYCLE FRAMES; CYCLE STEERING DEVICES; RIDER-OPERATED TERMINAL CONTROLS SPECIALLY ADAPTED FOR CYCLES; CYCLE AXLE SUSPENSIONS; CYCLE SIDE-CARS, FORECARS, OR THE LIKE
    • B62K3/00—Bicycles
    • B62K3/002—Bicycles without a seat, i.e. the rider operating the vehicle in a standing position, e.g. non-motorized scooters; non-motorized scooters with skis or runners
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B62D51/00—Motor vehicles characterised by the driver not being seated
    • B62D51/02—Motor vehicles characterised by the driver not being seated the driver standing in the vehicle
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62K—CYCLES; CYCLE FRAMES; CYCLE STEERING DEVICES; RIDER-OPERATED TERMINAL CONTROLS SPECIALLY ADAPTED FOR CYCLES; CYCLE AXLE SUSPENSIONS; CYCLE SIDE-CARS, FORECARS, OR THE LIKE
    • B62K5/00—Cycles with handlebars, equipped with three or more main road wheels
    • B62K5/02—Tricycles

Definitions

  • the present invention relates to vehicles, specifically in the field of people transport, cargo and entertainment systems. Specifically, the present invention relates to single, compact and light electric vehicles. 2. Description of the state of the art
  • US 4,123,079 discloses a three-wheel single-person vehicle that has a steering column, a front wheel, two rear wheels and two support surfaces for receiving a standing user.
  • the steering system is configured in such a way that each support surface that receives a foot from the user and independently controls the rear wheels through a tilting mechanism (tilting mechanism in the present invention refers to the movement or inclination of a body from one side to another that is attached to a vertical axis) that is operated independently on each rear wheel.
  • tilting mechanism in the present invention refers to the movement or inclination of a body from one side to another that is attached to a vertical axis
  • the user controls the steering system by tilting his body and steering column.
  • the structural configuration of this vehicle means that said support surfaces are uneven with each other according to the direction of rotation and necessarily requires that the user be experienced and agile enough to maintain balance on the vehicle.
  • Document US 2011/266079 When disclosing a vehicle with three contact points, which is composed of a front wheel, a steering column, a user surface and two rear wheels. Particularly, this vehicle has a steering system that can be controlled either by tilting the weight of the user or by turning the handle of the steering column, which generates that in any way when making a turn the user platform tilts .
  • Document US 6,907,949 Bl discloses a vehicle consisting of four wheels, two front (motorized), two rear and a support surface for a user which always remains parallel to the floor.
  • Said vehicle has two independent steering systems, the first one controlled by the inclination of the user's weight, where according to the place towards which said inclination occurs, one of the front engines will be activated and the other will not, thus generating that The vehicle turns.
  • the steering column is mechanically attached to the two rear wheels, so that when said column is turned towards On one side the rear wheels rotate in a completely opposite direction, so that the vehicle turns and in turn makes much more closed turns than when the first steering system is used.
  • Figure 1 Shows a perspective view of the vehicle.
  • Figure 2 Shows an exploded view of the vehicle.
  • FIG. 3 Shows in perspective the movement of the steering mechanism of an embodiment of the present invention.
  • Figure 4 Shows a detailed view of the steering column rotation mechanism of an embodiment of the present invention.
  • Figure 5 Shows a side view of an embodiment of the present invention.
  • Figure 6 Shows in detail the angles of "camber” and “caster” of the rear wheels of an embodiment of the present invention.
  • Figure 7 Shows a top view of an embodiment of the present invention, where the distances between its wheels are clarified.
  • Figure 8 Shows a front view of an embodiment of the present invention, where the displacement angles of the steering column are clarified.
  • Figure 9 Shows a bottom view of an embodiment of the present invention where a rear wheel is detailed, illustrating the angles of rotation.
  • the present invention consists of a transport vehicle with three support points that has a front wheel, two rear wheels, a steering column, a main support for carrying an upright user or for supporting load, in where said main support remains parallel to the ground in such a way that it generates greater stability for the user or transported element.
  • the vehicle of the present invention also has a steering system that substantially reduces the turning radius of vehicles of this type, simultaneously mixing two different types of steering, namely: the direction of inclination of the front wheel and the direction of Rear wheels turn, they always turn in the opposite direction to the direction in which the front wheel is tilted.
  • the present invention discloses a transport vehicle, characterized in that it comprises a steering column, operationally connected to a front wheel; a main support that remains parallel to the ground and is coaxially attached to the steering column by means of a main shaft; two rear wheels operatively connected to two carriers which are coaxially aligned to two rear steering hubs by means of two rear steering axles; a coupling head fixed to one end of the steering column and operatively attached at its other end to the carriers, by means of two coupling arms, such that by tilting the steering column angularly, the front wheel is inclines with said displacement, and the two rear wheels rotate in a direction opposite to the direction of inclination of the front wheel. 5.
  • a transport vehicle characterized in that it comprises a steering column, operationally connected to a front wheel; a main support that remains parallel to the ground and is coaxially attached to the steering column by means of a main shaft; two rear wheels operatively connected to two carriers which are coaxially aligned to two rear steering hubs by means of
  • the present invention discloses a three-point propelled transport vehicle with a tilting front mechanism for combined steering, which substantially improves the stability of the user at the time the vehicle makes turns.
  • a steering column (01) which is operationally connected at one end to a front wheel (04), and in turn, said steering column (01) is connected to a coupling head (02) forming a rigid assembly.
  • a main support (03) that is coaxially connected to one end of the steering column (01) by a main shaft (05) that generates the pivot for the relative rotation movement between both parts, allowing the rotation of the steering column (01) and the coupling head (02) in its fixed assembly.
  • the main support (03) has the particularity of always remaining parallel to the surface where the vehicle is moving, allowing the user or transported element to never change its vertical position.
  • FIGS 1 and 2 it can be seen how the main support (03) is operatively connected to two rear steering bushings (08) forming a rigid assembly.
  • Said rear steering bushings (08) are angularly arranged in both "Camber” and “Caster” drop angles (see detail in Figure 7) and are operationally connected to two parts which, in order to improve The understanding of the present invention will be referred to as carriers (07) who keep the rear wheels (06) aligned for operation.
  • Said carriers (07) are operationally arranged coaxially to the rear steering hubs (08), where this assembly is generated by means of two rear steering axles (09) and thus allow the articulation of the rear wheels (06) , in this way the steering rotation in the rear wheels (06) is carried out on the rear steering axles (09).
  • the operation of the steering system depends on an inclination movement of the steering column (01) where, through the coupling head (02), said movement of the steering column address (01) is transmitted to the carriers (07) by means of coupling arms (10), which operationally link the coupling head (02) to the carriers (07).
  • FIG. 3 shows a view where the steering column (01) rotates from left to right, and the carriers (07) rotate around its axis counterclockwise.
  • the assembly that is made of the coupling head (02) can be seen from left to right, and where the carriers (07) rotate counterclockwise.
  • This movement is carried out by means of the coupling arms (10), through a system of ball joints (23A and 23B), where the carriers (07) are operatively connected to the ball joints A (23A) and the coupling head ( 02) connects to ball joints B (23B).
  • the ball joint A (23A) and the ball joint B (23B) are operationally connected at the ends of the coupling arms (10), forming a rigid assembly that is made by means of a threaded joint, allowing the change of the arm length coupling (10).
  • the convergence angle (toe) of the rear wheels (06) is in a range of 0 or I or both directions and the preferred value is 0 o .
  • the operational connection between the steering column (01) and the main support (03) is made through a coaxial axis to the cylindrical section of the lower part of the steering column (01 ) and to the main support (03).
  • This assembly is carried out by means of the main shaft (05) where it is responsible for keeping the assembly of said parts aligned and in turn allowing movement relative rotational between them.
  • said main shaft (05) is permanently assembled with the main support (03) through a key connection. This allows the steering column (01) to rotate relative to the main support (03) on the main axis (05) and that said main support (03), remain stable and retain its position with respect to the surface where the vehicle moves.
  • the vehicle has a support surface (12), which is directed to support an upright user or a load element, where the support surface (12) is attached permanently to the main support (03), in such a way that, at the moment of tilting the steering column (01) the support surface (12) remains completely parallel to the surface where the vehicle moves, since it is fixed to the main support (03) and this one keeps it in position, which generates that the upright user or the load element that are on said support surface, remain stable even when the vehicle is making a turn.
  • the distance between the surface where the vehicle travels and the main axle (05) is in a range of 10cm to 50cm and the preferred value is 20cm.
  • the operational assembly between the front wheel (04) and the steering column (01) is performed by a scissor arm (22), where said scissor arm is connected to the steering column (01) through a rotational support by means of a scissor shaft (24), allowing a scissor movement to said scissor arm (22) which is operationally arranged as a second class lever with the power on the front wheel (04), the pivot on the scissor shaft (24) with the steering column (01) as support, where resistance is exerted through a front shock absorber (20) that connects the steering column (01) with the scissor arm (22) and where said front shock absorber (20), in the preferred embodiment, is a pneumatic or hydraulic shock absorber.
  • the vehicle is motorized, where the propulsion is done by engines installed either on the front wheel (04), on the rear wheels (06) or on all wheels, as can be seen in the FIGS 1 and 2, the preferred embodiment of the invention has a motor (13) installed on the front wheel, where said motor is an electric HUB motor and is in a power range between 100W and 5000W, the preferred value being 400W
  • the electric motor (13) type HUB requires an electrical power supply, which comes from a storage device that, as illustrated in FIGS. 1 and 2, is made through a battery (14) which , in the preferred mode, it is a lithium battery.
  • These batteries (14) have a storage capacity that goes from 144 watts hour (24V-6Ah) to 2880 watts hour (96V-30Ah), with 480 watts hour (48V-10Ah) the preferred value for the battery (14) .
  • the motor (13) and battery (14) are managed by a controller (15) that is responsible for the management of the electrical and electronic system.
  • Said controller (15) is the link between the drive systems, which in the preferred embodiment of the invention, as seen in FIGS. 1 and 2, are the accelerator (16) and the on and off control (17), which are responsible for user interaction with the vehicle for the different drives.
  • the controller (15) is incorporated into the motor (13) type HUB electric.
  • the vehicle of the present invention has a brake device (18) which, in the preferred embodiment of the invention illustrated in FIGS1 and 2, is a disc brake with mechanical actuation of the jaw which is installed on the wheel front (04) and is operated by using a brake lever (19), which is located at the top of the steering column (01) where the hand rests for the user are located.
  • a brake device (18) which, in the preferred embodiment of the invention illustrated in FIGS1 and 2, is a disc brake with mechanical actuation of the jaw which is installed on the wheel front (04) and is operated by using a brake lever (19), which is located at the top of the steering column (01) where the hand rests for the user are located.
  • the structure is made of high mechanical strength materials, with metallic materials being the preferred material.
  • 1020 Cold-Rolled carbon steel is the preferred material for the coupling head (02), the scissor arm (22), the support surface (12) and the carriers (07).
  • carbon steel 1045 is the preferred material for the main shaft (05), the rear steering hubs (08), the rear steering axles (09), the coupling arms (10) and the scissor shaft (24).
  • the main support (03), in the preferred embodiment of the invention is multimaterial and consists of a main hub in Carbon Steel 1045 and structural members in 1020 Cold-Rolled carbon steel that are permanently joined by welding.
  • the steering column (01) in the preferred embodiment of the invention, is multimaterial and consists of a cylindrical structure in the lower part that is made of 1045 carbon steel and a top tubular structure in 1020 Cold-carbon steel. Rolled that are permanently joined by welding.
  • the main support (03) is operationally connected to two rear steering bushings (08) forming a rigid assembly, which in the preferred embodiment of the invention is made through welding.
  • the rear steering bushings (08), as illustrated in FIG 6, are angularly arranged in both "Camber” and “Caster” angles whose angles, in the preferred embodiment of the invention, They are in a 0 or 10 ° range and the preferred value is 2 or "Camber” and 2 or "Caster”.
  • Said rear steering hubs (08) generate the vehicle-wide extension to locate the rear wheels (06) in a triangular arrangement with respect to the central wheel in the plane of the contact surface.
  • the transverse distance (T) between the rear wheels (06) is in a range of 30cm to 150cm and the preferred value is 70cm which generates a radius of 2 m turn and maintains good stability for the user or load at the moment the vehicle is stopped.
  • the longitudinal distance (L) between the axle of the front wheel (04) and the axle of the rear wheels (06) is in a range of 60cm to 120cm and the preferred value is 67cm .
  • Said rear steering bushings (08) are operationally arranged coaxially to the carriers (07) through rear steering axles (09).
  • the carriers (07) keep the rear wheels aligned for operation.
  • the carriers (07) are composed of a sheet 1020 cold-rolled carbon steel with laser cutting and bending processes; a threaded carbon steel cylinder with heat treatment assembled to the folded sheet by welding; and a 1045 carbon steel machined shaft assembled to the folded sheet by welding. It is then the rear steering axles (09) that generate the articulation of the rear wheels (06), allowing their rotation on said rear steering axles (09).
  • the angle of rotation of the rear wheels (06), as illustrated in FIG 9, is made up of an angle a in a positive direction (counterclockwise) and An angle ⁇ in the negative direction (clockwise). These angles vary between 0 and 45 ° or, in the preferred embodiment of the invention, a and ⁇ are limited to maximum 30 ° thanks to a mechanical stop located in the rear steering bushings (08).
  • Said main support (03) has a support surface (12) to support the user in a position parallel to the contact surface of the rear wheels (06) with the ground.
  • the distance between the contact surface of the rear wheels (06) and the main support (03) varies in a range of 10 cm to 50 cm and the preferred value is 22 cm representing the location in height of the user or element transported with respect to the ground.
  • This support surface (12) is coupled by a rear suspension system (21), as seen in FIG 2, which dampens the vibrations generated from the contact surface towards the rear wheels (06) and, in the Preferred embodiment of the invention, the rear suspension systems (21) are helical springs.
  • the support surface (12), in some embodiments of the invention is adapted to carry cargo or can have an attachment to carry a chair and thus generate another driving position for the user.
  • the steering column (01) is connected to the coupling head (02) forming a rigid assembly.
  • Said steering column (01) interacts with the main support (03) by means of an operational assembly which is given through the main axis (05) coaxially arranged.
  • Said operational assembly is additionally attached to a tension spring (11) which is supported from one side to the main support (03) and from the other side to the column of address (01).
  • a tension spring (11) which is supported from one side to the main support (03) and from the other side to the column of address (01).
  • This tilting movement generates an angle of rotation which, as described in Figure 8, is made up of an angle ⁇ in a positive direction (counterclockwise) and an angle negativo in a negative direction (in the sense of the hands of the clock) along the main axis (05). These angles vary between 0 ° and 45 ° and, in the preferred embodiment of the invention, ⁇ and ⁇ are limited to a maximum of 20 ° thanks to the mechanical stop located at the rear steering bushings (08) and which are operationally attached to the head coupling (02), which in turn limits the rotation of the steering column (01).
  • This tilting movement acts on the tension spring (11) storing potential energy. Said energy is released when the force applied to the steering column (01) is interrupted, returning it to its natural position where ⁇ and ⁇ are equal to 0 or .

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
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  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Automatic Cycles, And Cycles In General (AREA)

Abstract

La presente invención consiste en un vehículo de transporte con 3 puntos de apoyo que cuenta con una rueda frontal, dos ruedas traseras, una columna de dirección, un soporte principal para llevar un usuario erguido o para soportar carga, en donde dicho soporte 5 principal permanece paralelo al suelo de tal manera que genera mayor estabilidad para el usuario o elemento transportado. El vehículo del presente invento cuenta también con un sistema de dirección que permite reducir sustancialmente el radio de giro de los vehículos de este tipo, mezclando simultáneamente dos tipos de dirección diferentes, a saber: la dirección de inclinación de la rueda frontal y la dirección de giro de las ruedas 10 traseras, siempre giran en dirección opuesta a la dirección en que se inclina la rueda frontal.

Description

VEHÍCULO PROPULSADO DE TRES PUNTOS DE CONTACTO CON UN MECANISMO FRONTAL BASCULANTE PARA DIRECCIÓN TRASERA
1. Campo de la invención
La presente invención se relaciona con vehículos, específicamente en el campo de los sistemas de transporte de personas, carga y diversión. Específicamente, la presente invención se refiere a vehículos eléctricos unipersonales, compactos y livianos. 2. Descripción del estado del arte
Existen diferentes vehículos en la industria para el transporte de personas, carga y diversión, los cuales se clasifican según tamaño, numero de llantas, potencia, disposición del usuario y tipos de dirección. En el caso de los vehículos unipersonales propulsados por motor, se encuentra un arte densamente poblado de vehículos con múltiples configuraciones, múltiples sistemas de dirección y múltiples maneras de llevar al usuario.
La gran limitante que se tiene con estos vehículos es principalmente la estabilidad del usuario, donde siempre la superficie donde el usuario se apoya sufre cambios de inclinación a la hora de realizar giros. Esta situación dificulta la conducción para ciertos tipos de usuarios y conlleva problemas en el caso de que dichos vehículos quieran ser utilizados para carga. El documento US 2010/0013183 divulga un vehículo de tres ruedas, dos delanteras y una trasera, que se encuentran unidas por medio de una superficie sobre la cual se apoya un usuario, bien sea de pie o sentado sobre un aditamento que contempla el vehículo. Adicionalmente, dicho vehículo contempla la posibilidad de tener un sistema de propulsión eléctrico o a gasolina, una columna de dirección con un manubrio y un sistema de suspensión independiente en cada una de sus ruedas frontales para facilitar el giro del vehículo. Su inconveniente principal, es que dicho sistema de giro genera una inclinación en la superficie de apoyo del usuario haciendo que en el momento de girar ésta no se encuentre paralela al suelo, situación que como se explicó anteriormente, representa un problema de estabilidad para el usuario.
El documento US 4,123,079 divulga un vehículo unipersonal de tres ruedas que cuenta con una columna de dirección, una rueda frontal, dos ruedas traseras y dos superficies de apoyo para recibir un usuario de pie. En este vehículo en particular, el sistema de dirección se configura de tal manera que cada superficie de apoyo que recibe un pie del usuario y controla de manera independiente las ruedas traseras a través de un mecanismo basculante (mecanismo basculante en el presente invento se refiere al movimiento o inclinación de un cuerpo de un lado a otro que está unido a un eje vertical) que se acciona independientemente en cada rueda trasera. El usuario controla el sistema de dirección mediante la inclinación de su cuerpo y de la columna de dirección. La configuración estructural de este vehículo genera que dichas superficies de apoyo se encuentren desniveladas una con la otra según la dirección del giro y requiere necesariamente que el usuario sea bastante experimentado y ágil para poder mantener el equilibrio sobre el vehículo.
El documento US 2011/266079 Al divulga un vehículo con motor de tres puntos de contacto, el cual está compuesto por una rueda frontal, una columna de dirección, una superficie para el usuario y dos ruedas traseras. Particularmente, este vehículo cuenta con un sistema de dirección que puede ser controlado bien sea por la inclinación del peso del usuario o girando el manubrio de la columna de dirección, lo cual genera que de cualquier manera al realizar un giro la plataforma del usuario se inclina. El documento US 6,907,949 Bl divulga un vehículo que se compone de cuatro ruedas, dos delanteras (motorizadas), dos traseras y una superficie de apoyo para un usuario la cual permanece siempre paralela al piso. Dicho vehículo cuenta con dos sistemas de dirección independientes, el primero controlado mediante la inclinación del peso del usuario, donde según el lugar hacia el que se produzca dicha inclinación, uno de los motores frontales se activará y el otro no, generando de esta manera que el vehículo gire. En un segundo sistema la columna de dirección se encuentra unida mecánicamente a las dos ruedas traseras, de tal manera que al girar dicha columna hacia un lado la ruedas traseras giran en una dirección completamente opuesta, de tal manera que el vehículo gira y a su vez realiza giros mucho más cerrados que cuando es utilizado el primer sistema de dirección. Si bien este vehículo mantiene completamente estable al usuario, únicamente funcionaría con cuatro puntos de apoyo y además de esto cuenta con dos motores HUB independientes en el frente, lo cual incrementaría los costos sustancialmente con respecto a la presente invención.
De acuerdo a lo anterior, es evidente la necesidad de generar sistemas de dirección para vehículos eléctricos unipersonales que generen mayor estabilidad para el usuario a la hora de realizar giros y así mejorar su funcionabilidad para usuarios poco experimentados o con limitaciones motrices. Por otro lado, la mejora del sistema de dirección para incrementar la estabilidad del vehículo cuando gira también facilitaría la aplicación de este tipo de vehículos para el transporte de carga. Si bien el estado de la técnica divulga múltiples vehículos de este estilo, en su gran mayoría tienen problemas de estabilidad para el usuario en el momento de realizar giros, requiriendo un usuario experimentado, y los vehículos que cuentan con mayor estabilidad, la logra a través de múltiples motores que controlan el giro, lo cual los hace costosos. Por lo tanto, existe la necesidad de generar un sistema que mejore la estabilidad del usuario en los giros y que a su vez sea económico.
3. Breve descripción de los gráficos
Figura 1 : Muestra una vista en perspectiva del vehículo.
Figura 2: Muestra una vista en explosión del vehículo.
Figura 3: Muestra en perspectiva el movimiento del mecanismo de direción de una modalidad del presente invento.
Figura 4: Muestra una vista en detalle del mecanismo de giro de la columna de dirección de una modalidad del presente invento.
Figura 5: Muestra una vista lateral de una modalidad del presente invento.
Figura 6: Muestra en detalle los ángulos de "camber" y "caster" de las ruedas traseras de una modalidad del presente invento. Figura 7: Muestra una vista superior de una modalidad del presente invento, donde se aclaran las distancias entre sus ruedas.
Figura 8: Muestra una vista frontal de una modalidad del presente invento, donde se aclaran los ángulos de desplazamiento de la columna de dirección.
Figura 9: Muestra una vista inferior de una modalidad del presente invento en donde se detalla una rueda trasera, ilustrando los ángulos de giro.
4. Breve descripción del invento La presente invención consiste en un vehículo de transporte con tres puntos de apoyo que cuenta con una rueda frontal, dos ruedas traseras, una columna de dirección, un soporte principal para llevar un usuario erguido o para soportar carga, en donde dicho soporte principal permanece paralelo al suelo de tal manera que genera mayor estabilidad para el usuario o elemento transportado. El vehículo del presente invento cuenta también con un sistema de dirección que permite reducir sustancialmente el radio de giro de los vehículos de este tipo, mezclando simultáneamente dos tipos de dirección diferentes, a saber: la dirección de inclinación de la rueda frontal y la dirección de giro de las ruedas traseras, siempre giran en dirección opuesta a la dirección en que se inclina la rueda frontal.
Específicamente, la presente invención divulga un vehículo de transporte, caracterizado porque comprende una columna de dirección, conectada operacionalmente a una rueda frontal; un soporte principal que permanece paralelo al suelo y se encuentra coaxialmente unido a la columna de dirección por medio de un eje principal; dos ruedas traseras unidas operacionalmente a dos portadores los cuales se encuentran alineados coaxialmente a dos bujes de dirección trasera por medio de dos ejes de dirección trasera; una cabeza de acoplamiento fijada a un extremo de la columna de dirección y unida operacionalmente en su otro extremo a los portadores, por medio de dos brazos de acoplamiento, de tal manera que al inclinar la columna de dirección en sentido angular, la rueda frontal se inclina con dicho desplazamiento, y las dos ruedas traseras giran en una dirección opuesta a la dirección de inclinación de la rueda frontal. 5. Descripción detallada de la invención
La presente invención divulga un vehículo de transporte propulsado de tres puntos de contacto con un mecanismo frontal basculante para dirección combinada, el cual mejora sustancialmente la estabilidad del usuario en el momento en que el vehículo realiza giros.
Haciendo referencia a las FIGS 1 y 2, se observa una modalidad preferida del presente invento, en la cual se distinguen sus componentes ensamblados entre sí de la siguiente manera: una columna de dirección (01) la cual se encuentra conectada operacionalmente en un extremo a una rueda frontal (04), y a su vez, dicha columna de dirección (01) se conecta con una cabeza de acoplamiento (02) formando un ensamble rígido. Un soporte principal (03) que se conecta coaxialmente con un extremo de la columna de dirección (01) mediante un eje principal (05) que genera el pivote para el movimiento relativo de rotación entre ambas piezas, permitiendo el giro de la columna de dirección (01) y la cabeza de acoplamiento (02) en su ensamble fijo. De acuerdo a las condiciones estructurales antes descritas, el soporte principal (03) tiene la particularidad de permanecer siempre paralelo a la superficie por donde el vehículo se esté desplazando, permitiendo que el usuario o elemento transportado nunca cambie su posición vertical.
Haciendo referencia a las FIGS 1 y 2, se observa cómo el soporte principal (03) se conecta operacionalmente a dos bujes de dirección trasera (08) formando un ensamble rígido. Dichos bujes de dirección trasera (08) están dispuestos de forma angular tanto en ángulo de caída "Camber" como en ángulo de avance "Caster" (ver detalle en la Figura 7) y se conectan operacionalmente a dos piezas que, para efectos de mejorar el entendimiento de la presente invención, se denominarán portadores (07) quienes mantienen las ruedas traseras (06) alineadas para su funcionamiento. Dichos portadores (07) se encuentran operacionalmente dispuestos de forma coaxial a los bujes de dirección trasera (08), donde este ensamble es generado por medio de dos ejes de dirección trasera (09) y así permitir la articulación de las ruedas traseras (06), de esta manera el giro de la dirección en las ruedas traseras (06) se efectúa sobre los ejes de dirección trasera (09). El funcionamiento del sistema de dirección, como se muestra en las FIGS 3 y 4, depende de un movimiento de inclinación de la columna de dirección (01) donde, a través de la cabeza de acoplamiento (02), dicho movimiento de la columna de dirección (01) es transmitido a los portadores (07) por medio de unos brazos de acoplamiento (10), los cuales unen operacionalmente la cabeza de acoplamiento (02) a los portadores (07). De esta manera, a través de este ensamble mecánico, el movimiento rotacional de la columna de dirección (01) es transmitido a los portadores (07), de tal manera que cuando la columna de dirección (01) es inclinada en un sentido, los portadores (07) giran en un sentido opuesto al sentido de la inclinación de la columna de dirección (01). La Figura 3 muestra una vista en donde la columna de dirección (01) gira de izquierda a derecha, y los portadores (07) giran alrededor de su eje en sentido anti-horario.
En una modalidad preferida de la presente invención mostrada en la FIG 4, se puede ver el ensamble que se realiza de la cabeza de acoplamiento (02) de izquierda a derecha, y donde los portadores (07) giran en sentido anti-horario. Este movimiento se efectúa por medio de los brazos de acoplamiento (10), a través de un sistema de rótulas (23A y 23B), donde los portadores (07) se conectan operacionalmente a las rótulas A (23A) y la cabeza de acoplamiento (02) se conecta a las rótulas B (23B). La rótula A (23A) y la rótula B (23B) se conectan operacionalmente en los extremos de los brazos de acoplamiento (10), formando un ensamble rígido que se realiza por medio de una unión roscada, permitiendo el cambio de la longitud del brazo de acoplamiento (10). Este cambio de longitud permite modificar el ángulo de convergencia (toe) de las ruedas traseras (06). En la modalidad preferida de la presente invención, el ángulo de convergencia (toe) de las ruedas traseras (06), se encuentra en un rango de 0o a I o en ambos sentidos y el valor preferido es de 0o.
Haciendo referencia a las FIGS 1 y 2, la conexión operacional entre la columna de dirección (01) y el soporte principal (03) se realiza a través de un eje coaxial a la sección cilindrica de la parte baja de la columna de dirección (01) y al soporte principal (03). Este ensamble se realiza por medio del eje principal (05) donde éste se encarga de mantener alineado el ensamble de dichas partes y de permitir a su vez el movimiento rotacional relativo entre ellas. En la modalidad preferida de la invención, dicho eje principal (05) es ensamblado de forma permanente con el soporte principal (03) a través de una unión por chaveta. Esto permite que la columna de dirección (01) pueda girar de forma relativa al soporte principal (03) sobre el eje principal (05) y que dicho soporte principal (03), permanezca estable y conserve su posición con respecto a la superficie por donde se desplaza el vehículo.
En la modalidad preferida, como se aprecia en la FIG 4, el vehículo cuenta con una superficie de apoyo (12), que está dirigida a sostener un usuario erguido o un elemento de carga, donde la superficie de apoyo (12) se encuentra unida permanentemente al soporte principal (03), de tal manera que, en el momento de inclinar la columna de dirección (01) la superficie de apoyo (12) permanece completamente paralela a la superficie por donde se desplaza el vehículo, ya que se encuentra fija al soporte principal (03) y éste la mantiene en posición, lo cual genera que el usuario erguido o el elemento de carga que se encuentren sobre dicha superficie de apoyo, permanezcan estables incluso cuando el vehículo esté realizando un giro. En la modalidad preferida de la invención, la distancia entre la superficie por donde se desplaza el vehículo y el eje principal (05) se encuentra en un rango de 10cm a 50cm y el valor preferido es de 20cm. En otra modalidad preferida de la presente invención ilustrada en la FIG 5, el ensamble operacional entre la rueda frontal (04) y la columna de dirección (01) se realiza mediante un brazo de tijera (22), donde dicho brazo de tijera se conecta a la columna de dirección (01) a través de un apoyo rotacional por medio de un eje de tijera (24), permitiéndole un movimiento basculante a dicho brazo de tijera (22) que está operacionalmente dispuesto a manera de palanca de segunda clase con la potencia en la rueda frontal (04), el pivote sobre el eje de tijera (24) con la columna de dirección (01) como apoyo, donde la resistencia se ejerce a través de un amortiguador frontal (20) que conecta la columna de dirección (01) con el brazo de tijera (22) y donde dicho amortiguador frontal (20), en la modalidad preferida, es un amortiguador neumático o hidráulico. En algunas modalidades de la presente invención, el vehículo es motorizado, donde la propulsión se hace mediante motores instalados bien sea en la rueda frontal (04), en las ruedas traseras (06) o en todas las ruedas, como se puede apreciar en las FIGS 1 y 2, la modalidad preferida de la invención cuenta con un motor (13) instalado en la rueda frontal, donde dicho motor es un motor HUB eléctrico y se encuentra en un rango de potencia de entre 100W y 5000W, siendo el valor preferido de 400W. El Motor (13) tipo HUB eléctrico requiere de una fuente de alimentación de energía eléctrica, la cual proviene de un dispositivo de almacenamiento que, como se ilustra en las FIGS 1 y 2, se realiza a través de una batería (14) la cual, en la modalidad preferida, es una batería de litio. Dichas baterías (14) cuentan con una capacidad de almacenamiento que va desde 144 vatios hora (24V-6Ah) hasta 2880 vatios hora (96V-30Ah), siendo 480 vatios hora (48V-10Ah) el valor preferido para la batería (14).
El conjunto de motor (13) y batería (14) están dirigidos por un controlador (15) que se encarga de la gestión del sistema eléctrico y electrónico. Dicho controlador (15) es el enlace entre los sistemas de accionamiento, que en la modalidad preferida de la invención, como se aprecia en las FIGS 1 y 2, son el acelerador (16) y el control de encendido y apagado (17), que se encargan de la interacción del usuario con el vehículo para los diferentes accionamientos. En la modalidad preferida de la invención, el controlador (15) se encuentra incorporado al motor (13) tipo HUB eléctrico.
Adicionalmente, el vehículo de la presente invención cuenta con un dispositivo de freno (18) que, en la modalidad preferida de la invención ilustrada en las FIGS1 y 2, es un freno de disco con accionamiento mecánico de la mordaza que va instalado en la rueda frontal (04) y es accionado mediante el uso de una palanca de freno (19), que se encuentra ubicada en la parte superior de la columna de dirección (01) donde se encuentran los apoyos de las manos para el usuario.
Para la modalidad preferida de la presente invención, la estructura está fabricada con materiales de alta resistencia mecánica, siendo los materiales metálicos el material preferido. En particular, el acero al carbono 1020 Cold-Rolled es el material preferido para la cabeza de acoplamiento (02), el brazo de tijera (22), la superficie de apoyo (12) y los portadores (07). Así mismo, el acero al carbono 1045 es el material preferido para el eje principal (05), los bujes de dirección trasera (08), los ejes de dirección trasera (09), los brazos de acoplamiento (10) y el eje de tijera (24). Por otro lado, el soporte principal (03), en la modalidad preferida de la invención, es multimaterial y se compone de un buje principal en Acero al Carbono 1045 y unos miembros estructurales en acero al carbono 1020 Cold-Rolled que están unidos permanentemente mediante soldadura. Igualmente, la columna de dirección (01), en la modalidad preferida de la invención, es multimaterial y se compone de una estructura cilindrica en la parte baja que es de acero al carbono 1045 y una estructura tubular superior en acero al carbono 1020 Cold-Rolled que están unidas permanentemente mediante soldadura.
El soporte principal (03) se conecta operacionalmente a dos bujes de dirección trasera (08) formando un ensamble rígido, el cual en la modalidad preferida de la invención, se realiza a través de soldadura. Los bujes de dirección trasera (08), tal como se ilustra en la FIG 6, están dispuestos de forma angular tanto en ángulo de caída "Camber" como en ángulo de avance "Caster" cuyos ángulos, en la modalidad preferida de la invención, se encuentran en un rango 0o y 10° y el valor preferido es de 2o para "Camber" y 2o para "Caster". Dichos bujes de dirección trasera (08) generan la extensión a lo ancho del vehículo para ubicar las ruedas traseras (06) en una disposición triangular con respecto a la rueda central en el plano de la superficie de contacto. En la modalidad preferida de la invención, como se ilustra en la FIG7, la distancia transversal (T) entre las ruedas traseras (06) se encuentra en un rango de 30cm a 150cm y el valor preferido es de 70cm lo cual genera un radio de giro de 2 m y mantiene buena estabilidad para el usuario o carga en el momento que el vehículo se encuentra detenido. En la modalidad preferida de la invención, la distancia longitudinal (L) entre el eje de la rueda delantera (04) y el eje de las ruedas traseras (06) se encuentra en un rango de 60cm a 120cm y el valor preferido es de 67cm.
Dichos bujes de dirección trasera (08) se encuentran operacionalmente dispuestos de manera coaxial a los portadores (07) a través de unos ejes de dirección trasera (09). Los portadores (07) mantienen las ruedas traseras alineadas para su funcionamiento. En la modalidad preferida de la invención, los portadores (07) se compone de una lámina cold-rolled de acero al carbono 1020 con procesos de corte láser y doblado; un cilindro roscado de acero al carbono con tratamiento térmico ensamblado a la lámina doblada por medio de soldadura; y un eje maquinado de acero al carbono 1045 ensamblado a la lámina doblada por medio de soldadura. Son entonces los ejes de dirección trasera (09) los que generan la articulación de las ruedas traseras (06), permitiendo el giro de las mismas sobre dichos ejes de dirección trasera (09). En la modalidad preferida de la invención, el ángulo de giro de las ruedas traseras (06), tal como se ilustra en la FIG 9, se compone de un ángulo a en sentido positivo (en el sentido contrario de las manecillas del reloj) y un ángulo β en sentido negativo (en el sentido de las manecillas del reloj). Estos ángulos varían entre 0o y 45° y, en la modalidad preferida de la invención, a y β están limitados a máximo 30° gracias a un tope mecánico ubicado en los bujes de dirección trasera (08).
Dicho soporte principal (03) cuenta con una superficie de apoyo (12) para soportar el usuario en una posición paralela a la superficie de contacto de las ruedas traseras (06) con el suelo. En la modalidad preferida de la invención, la distancia entre la superficie de contacto de las ruedas traseras (06) y el soporte principal (03) varía en un rango de 10 cm a 50cm y el valor preferido es de 22cm que representa la ubicación en altura del usuario o elemento transportado con respecto al suelo. Esta superficie de apoyo (12) se encuentra acoplada mediante un sistema de suspensión trasera (21), como se aprecia en la FIG 2, los cuales amortiguan las vibraciones generadas de la superficie de contacto hacia las ruedas traseras (06) y, en la modalidad preferida de la invención, los sistema de suspensión trasera (21) son resortes helicoidales. La superficie de apoyo (12), en algunas modalidades de la invención, se adapta para llevar carga o puede contar con un aditamento para llevar una silla y así generar otra posición de manejo para el usuario.
En la modalidad preferida de la invención, la columna de dirección (01), se conecta con la cabeza de acoplamiento (02) formando un ensamble rígido. Dicha columna de dirección (01) interactúa con el soporte principal (03) mediante un ensamble operacional el cual se da a través del eje principal (05) dispuesto coaxialmente. Dicho ensamble operacional está unido adicionalmente a un resorte de tracción (11) el cual está soportado de un lado al soporte principal (03) y del otro lado a la columna de dirección (01). Tal como se ilustra en la FIG 4, al momento del usuario ejercer una fuerza lineal sobre la parte superior de la columna de dirección (01), dicho accionamiento se trasforma en un movimiento basculante, debido al pivote que existe entre el soporte principal (03) y la columna de dirección (01). Este movimiento basculante genera un ángulo de giro que, como se describe en la Figura 8, se compone de un ángulo Θ en sentido positivo (en el sentido contrario de las manecillas del reloj) y un ángulo φ en sentido negativo (en el sentido de las manecillas del reloj) a lo largo del eje principal (05). Estos ángulos varían entre 0° y 45° y, en la modalidad preferida de la invención, Θ y φ están limitados a máximo 20° gracias al tope mecánico ubicado en los bujes de dirección trasera (08) y que están unidos operacionalmente a la cabeza de acoplamiento (02), la cual a su vez limita el giro de la columna de dirección (01). Este movimiento basculante actúa sobre el resorte de tracción (11) almacenando energía potencial. Dicha energía es liberada al momento de interrumpir la fuerza aplicada sobre la columna de dirección (01) retornando la misma a su posición natural donde Θ y φ son iguales a 0o.
Se debe entender que la presente invención no se halla limitada a las modalidades descritas e ilustradas, pues como será evidente para una persona versada en el arte, existen variaciones y modificaciones posibles que no se apartan del espíritu de la invención, el cual sólo se encuentra definido por las siguientes reivindicaciones.

Claims

REIVINDICACIONES
Un vehículo de transporte, que comprende:
a- una columna de dirección (01);
b- una rueda frontal (04) conectada operacionalmente con la columna de dirección (01);
c- un soporte principal (03) el cual permanece siempre paralelo al suelo;
d- un eje principal (05) que conecta coaxialmente la columna de dirección (01) y el soporte principal (03);
e- dos bujes de dirección trasera (08) fijados en dos extremos opuestos del soporte principal (03);
f- dos ruedas traseras (06) unidas operacionalmente, cada una a un portador (07), donde cada uno se encuentra alineado coaxialmente a uno de los bujes de dirección trasera (08) por medio de un eje de dirección trasera (09);
g- una cabeza de acoplamiento (02) fijada en un extremo de la columna de dirección (01), y en el otro extremo se encuentra unida operacionalmente a los portadores (07) por medio de dos brazos de acoplamiento (10); y
donde al desplazar la columna de dirección (01), la rueda frontal (04) se inclina con el desplazamiento y las dos ruedas traseras (06) con su portador, giran sobre los ejes de dirección trasera (09), en una dirección opuesta a la dirección en que se inclina la rueda frontal (04).
2. El vehículo de la Reivindicación 1, caracterizado porque dicho vehículoropulsado por un motor (13).
3. El vehículo de la Reivindicación 2, caracterizado porque el motor (13) motor HUB eléctrico.
4. El vehículo de la Reivindicación 3, caracterizado porque el motor HUB eléctrico (13) conectado con una batería (14) y un controlador (15) que se encarga de la gestión del sistema eléctrico y electrónico.
5. El vehículo de la Reivindicación 3, caracterizado porque el motor HUB eléctrico conectado con un control de encendido y apagado (17) y con un acelerador (16).
6. El vehículo de la Reivindicación 1, caracterizado porque el soporte principal (03) cuenta con una superficie de apoyo (12) para soportar un usuario.
7. El vehículo de la Reivindicación 6, caracterizado porque la superficie de apoyo (12) cuenta con un aditamento para llevar carga.
8. El vehículo de la Reivindicación 6, caracterizado porque dicha superficie de apoyo (12) cuenta con un aditamento para llevar una silla.
9. El vehículo de la Reivindicación 1, caracterizado porque dichos brazos de acoplamiento (10) unen operacionalmente dicha cabeza de acoplamiento (02) con dichos portadores (07) por medio de uniones de rótula (23A y 23B).
10. El vehículo de la Reivindicación 1, caracterizado porque dicho soporte principal (03) cuenta con un resorte de tracción (11) que actúa sobre el eje de dirección (05) para retornar la columna de dirección (01) a su posición natural cuando se deja de ejercer fuerza sobre ésta.
11. El vehículo de la Reivindicación 1, caracterizado porque la rueda frontal se encuentra unida operacionalmente a la columna de dirección (01) mediante un mecanismo de sujeción del eje de rotación de la rueda frontal (04).
12. El vehículo de la Reivindicación 11, caracterizado porque el mecanismo de sujeción del eje de rotación de la rueda frontal es un brazo de tijera (22).
13. El vehículo de la Reivindicación 12, caracterizado porque el brazo de tijera (22) se encuentra unido operacionalmente a la columna de dirección (01) por medio de un eje de tijera (24).
14. El vehículo de la Reivindicación 12, caracterizado porque el brazo de tijera (22) cuenta con un amortiguador frontal (20) que actúa sobre la rueda frontal (04).
15. El vehículo de la Reivindicación 1, donde dicho vehículo cuenta con un sistema de freno (18).
16. El vehículo de la Reivindicación 15, caracterizado porque el sistema de freno (18) es activado mediante el uso de una palanca de freno (19).
17. El vehículo de la Reivindicación 1, caracterizado porque dicho vehículo cuenta con un sistema de suspensión trasera (21).
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