Наклонный трехколесный автомобиль
Наклоняющееся трехколесное транспортное средство
Ванденбринк Карвер (1F1T)
Трицикл лежачий Tripendo, трехколесный велосипед с наклонной платформой (2F3T)
Yamaha Niken 2018 года выпуска
UWM PantherTrike — наклонный, лежачий, узкоколейный трехколесный велосипед с тягой человека (1F3T)

Наклоняющийся трехколесный автомобиль , наклоняющийся трехколесный велосипед , наклоняющийся трехколесный велосипед или даже просто наклоняемый велосипед — это трехколесное транспортное средство, обычно узкоколейное транспортное средство , кузов и/или колеса которого наклоняются в направлении поворота. [1] Такие транспортные средства могут поворачивать без опрокидывания, несмотря на узкую колею осей , поскольку они могут уравновесить часть или весь момент крена, вызванный центростремительным ускорением , с противоположным моментом крена, вызванным силой тяжести, как это делают велосипеды и мотоциклы . [1] Это также снижает боковое ускорение, испытываемое водителем, что некоторые считают более комфортным, чем альтернатива. Узкий профиль может привести к снижению аэродинамического сопротивления и повышению топливной экономичности . [2] Эти типы транспортных средств также описываются как «транспортные средства, охватывающие человека» (MWV). [2]

Как и в случае с трехколесными велосипедами, которые не наклоняются, существует множество возможных вариантов расположения колес, какие колеса управляемые, а какие ведущие. Кроме того, существует множество возможных вариантов наклона колес, а какие нет.

Терминология

Поскольку это новая область с множеством различных конфигураций транспортных средств, множеством различных индивидуальных участников и пока еще не имеющей четко доминирующей технологии, в ней используется много потенциально запутанной терминологии:

  • Термины tilt , lean и roll используются как взаимозаменяемые в зависимости от контекста и автора, обычно для обозначения вращения вокруг продольной оси транспортного средства.
  • Термины stable и stability обычно используются в этом контексте для характеристики того, наклоняется ли транспортное средство, наклоняется или кренится по желанию водителя. Как и в случае с курсовой устойчивостью , транспортное средство считается устойчивым относительно своей продольной оси, если оно возвращается в вертикальное/прямое положение без помощи рук, и неустойчивым, если этого не происходит. Устойчивость транспортного средства может меняться в зависимости от его скорости движения, и устойчивость может быть присуща транспортному средству или создаваться водителем или каким-либо другим активным контроллером. Например, велосипеды не проявляют устойчивости в неподвижном состоянии, они просто падают, но могут проявлять самоустойчивость, если катятся вперед с нужной скоростью, даже без водителя. Между тем, активные наклоняющие устройства всегда демонстрируют устойчивость к крену и спроектированы так, чтобы не переворачиваться в повороте. Наклоняющиеся транспортные средства могут демонстрировать практически любую комбинацию вышеуказанных поведений из-за любой комбинации их геометрии, распределения массы, характеристик подвески , действий водителя или какой-либо другой активной системы управления .
  • Активный , пассивный и свободный обычно относятся к тому, как контролируется угол наклона, напрямую или косвенно. «Активный» контроль обычно требует некоторого датчика (ов), некоторой емкости для расчета реакции, такой как контроллер обратной связи , и некоторого исполнительного механизма (ов), которому требуются источники питания. «Пассивный» контроль и «свободный» контроль означают, что нет никаких датчиков, сравнений, расчета реакции или исполнительных механизмов, и транспортное средство управляется как велосипед или мотоцикл [3] «Свободный» и «пассивный» обычно означают, что транспортное средство наклоняется как велосипед или мотоцикл, и водитель должен контролировать угол наклона косвенно, управляя транспортным средством.
  • прямые и косвенные обычно относятся к тому, как применяется активное управление. Водитель на трайке со «свободным наклоном» и «пассивным наклоном» обычно может напрямую прикладывать крутящий момент рулевого управления, который затем косвенно управляет углом наклона, как на велосипедах и мотоциклах. Водитель на трайке со «свободным наклоном», с другой стороны, может напрямую прикладывать крутящий момент крена, который затем косвенно управляет углом поворота.
  • «highside» и «lowside» — выражения, которые уже широко используются в мире мотоциклов для описания возможных столкновений кузовов этих транспортных средств с землей.

Преимущества и недостатки

Потенциальные преимущества наклона по сравнению с жесткой альтернативой включают в себя:

  • Способность уравновешивать момент, вызванный боковым ускорением в повороте из-за высокой скорости, малого радиуса или и того, и другого, с противодействующим моментом, вызванным гравитацией, означает, что эти транспортные средства не должны быть низкими, широкими и/или медленными. Кроме того, поскольку устойчивость больше не зависит от колеи оси, центр масс не обязательно должен располагаться вблизи широкой оси, а вместо этого может располагаться в любом месте между передней и задней осью, чтобы оптимизировать другие эксплуатационные характеристики, такие как качество езды или эффективность торможения.
  • Наклон в повороте, как это делают велосипеды и мотоциклы, означает, что чистое ускорение, испытываемое транспортным средством и водителем, всегда может быть выровнено с средней плоскостью транспортного средства. Водители могут посчитать это более приятным, чем альтернатива, и компоненты транспортного средства, такие как рама, колеса и шины, могут избежать больших боковых нагрузок.
  • Узкая колея означает, что транспортному средству не требуется много дорожного покрытия, и оно может испытывать меньшее аэродинамическое сопротивление из-за меньшей площади поперечного сечения.
  • В зависимости от того, как реализован наклон, наклоняемое транспортное средство может быть ориентировано независимо от поперечного уклона , например, относительно выступа дороги или мягкой обочины .

Недостатки наклона по сравнению с жесткой альтернативой включают в себя:

  • Механизм наклона, свободный или управляемый, требует больше конструктивных элементов по сравнению с двухколесными (мото-) велосипедами, в то время как независимая подвеска жестких трехколесных транспортных средств может быть более сложной
  • Контроль наклона требует либо какой-то автоматизированной системы управления, либо иного поведения со стороны водителя, например, контрруления .

Конфигурации

Расположение колес

Как и у трехколесных велосипедов в целом, существуют две основные схемы расположения колес:

Правило сдвоенных колес : во многих странах, соответствующих правилам ЕС, расположение двух колес на одной оси [не обязательно соосных] рассматривается как одно колесо при условии, что они находятся на расстоянии не более 460 мм (18 дюймов) между центрами пятен контакта. Это позволяет классифицировать транспортные средства, соответствующие этому размерному пределу, как мотоциклы. Следовательно, такие транспортные средства будут подчиняться всем техническим предписаниям, применимым к мотоциклам, а не к моторизованным трехколесным велосипедам или четырехколесным транспортным средствам. [4]

Управляемые колеса

Заднее рулевое управление, как правило, нестабильно по направлению, поэтому подавляющее большинство трайков используют переднее рулевое управление. [5] Заметным исключением является Toyota i-Road . [6] В случае двухколесного рулевого управления обычно делаются некоторые приспособления для учета различных радиусов их траекторий, например, геометрия рулевого управления Аккермана .

Ведомые колеса

Ведущими могут быть как передние, так и задние колеса, но водить колесо около источника питания обычно проще, чем водить колесо на другом конце транспортного средства, водить одно колесо обычно проще, чем водить пару колес, а водить колесо, которое остается на одной линии с источником питания, проще, чем водить колесо, которое наклоняется или поворачивается относительно источника питания. Две распространенные конфигурации привода:

Менее распространенные конфигурации приводов включают в себя:

  • Привод двух наклонных колес сзади. [7]
  • Привод на одно наклонное колесо спереди. Одним из примеров является Rose-Hulman Ragnarök, изображенный ниже.


Сиденья

Как и в случае с трициклами в целом, сидения могут быть вертикальными, как на Piaggio MP3 , или лежачими , как на MEV Tilting Trike . Если транспортное средство рассчитано на размещение второго ездока, сидения обычно располагаются тандемно , чтобы сохранить узкий профиль, как на CLEVER .

Корпус

Водитель может быть полностью открыт, как на Tripendo, за обтекателем или ветровым стеклом , как на Piaggio MP3 , под навесом, как на Honda Canopy , или полностью закрыт, как на Vandenbrink Carver .

Власть

Мощность может исходить от водителя, как на Tripendo, от аккумуляторов и электродвигателей, как на Toyota i-Road , или от обычных двигателей внутреннего сгорания, как на Yamaha Tricity .

Наклон

Любое количество колес может наклоняться, и преимущества наклона колес заключаются в том, что колесам не нужно нести большие боковые нагрузки, [1] а шины, установленные на них, могут создавать тягу развала , что может уменьшить необходимость в угле скольжения для создания силы поворота . [8] Конфигурации включают в себя:

  • Одно колесо спереди и только переднее наклоняется, называется 1F1T (т.е. одно переднее наклоняется). Известные примеры включают Ariel 3 , MEV Tilting Trike , Honda Canopy , Vandenbrink Carver и CLEVER .
  • Одно колесо спереди и все три колеса наклонены, что называется 1F3T (т.е. наклонены три передних колеса). Примером может служить Rose-Hulman Ragnarök, изображенный ниже, и UWM PantherTrike, изображенный выше.
  • Два колеса спереди и только одно заднее колесо наклоняется, что называется 2F1T (т.е. два передних, одно наклонное). [9]
  • Два колеса спереди и все три колеса наклоняются, что называется 2F3T (т.е. два передних три наклоняются). Известные примеры включают в себя TVA Tilting Vehicle Australia (машина James FTC) 3-колесную версию Tilting car , Piaggio MP3 , Yamaha Tricity и Toyota i-Road .

В случае, когда два расположенных рядом колеса наклоняются, необходимо механическое соединение для координации их наклона. Реализации включают:

  • Некоторая форма одного или нескольких параллелограммов , например, на изображенном выше Tripendo и концепт-каре Mercedes-Benz F300 Life Jet, изображенном ниже. Это было использовано в конфигурациях трайка «головастик» и «дельта».
  • Некоторые из них образуют пару маятников , возможно, соединенных каким-то рычагом . [10] Это, как правило, используется в конфигурациях дельта-трайка.
  • Некоторая форма кривошипа , в этом случае два колеса не находятся прямо рядом друг с другом. [1] Это, как правило, используется в конфигурациях дельта-трайка.
  • Некая форма координации между параллельными телескопическими вилками , как на Yamaha MWT-9, изображенной выше, и Yamaha Niken, изображенной ниже.

Из-за наклона не обязательно происходит передача нагрузки между колесами из стороны в сторону при повороте, поэтому правило о недостаточной поворачиваемости головастиков и избыточной поворачиваемости дельт не обязательно применимо. [11] Если механизм наклона имеет некоторые ограничения по углу наклона, то боковое ускорение, которое может испытывать автомобиль без опрокидывания, будет функцией максимально возможного угла наклона, колеи оси и расположения центра масс . [11]

Свободное, пассивное или активное управление наклоном

  • Транспортные средства со свободным наклоном и пассивным наклоном управляются так же, как велосипед или мотоцикл, в этом случае требуется контрруление . [12] Активно управляемые наклонщики — это те, в которых водитель или какой-либо другой контроллер активно задают угол наклона напрямую. [13] Транспортные средства, в которых водитель имеет прямой контроль над углом наклона, включают General Motors Lean Machine, в которой водитель управляет наклоном с помощью педалей, [14] и Tripendo, в которой водитель управляет наклоном вручную с помощью рычага. [15] Активный контроллер может вычислять желаемый угол наклона из некоторой комбинации бокового ускорения и рулевого управления, и он может устанавливать желаемый угол наклона с помощью некоторой комбинации механических, электрических или гидравлических приводов. [16]
  • Свободно наклоняющиеся/пассивно наклоняющиеся транспортные средства не обладают устойчивостью относительно своей оси крена в неподвижном состоянии. Чтобы решить эту проблему, некоторые свободно/пассивные наклоняющиеся транспортные средства используют фиксаторы или ограничители наклона на низких скоростях. Некоторые используют тормоз, применяемый к механизму наклона, некоторые используют прогрессивную регулировку устойчивости к крену. Свободно/пассивные наклоняющиеся транспортные средства обладают собственной устойчивостью при движении вперед с достаточным сцеплением, как у велосипедов и мотоциклов , и если сцепление потеряно, транспортное средство, скорее всего, перевернется . [13] Боковое расстояние между колесами не предотвращает опрокидывание, эти транспортные средства ведут себя и управляются как одноколейные транспортные средства .
  • Активные транспортные средства с наклоном, такие как James FTC (Free To Castor), используют геометрию системы подвески/рулевого управления для управления траекторией движения транспортного средства [17]
  • Транспортные средства с активным наклоном спроектированы так, чтобы обладать устойчивостью к крену в любое время, как при остановке, так и при движении, и если сцепление потеряно, транспортные средства не будут наклоняться . [16] В этих транспортных средствах боковое расстояние между колесными парами эффективно используется для создания дополнительной устойчивости.

Во всех случаях механизм наклона может быть просто заблокирован, чтобы облегчить удержание транспортного средства в вертикальном положении при остановке или парковке. [18] Кроме того, пассивные или активные системы наклона не могут просто противостоять моменту крена, вызванному гравитацией, поскольку, как было показано, это делает транспортное средство практически неуправляемым, [19] хотя продолжаются споры о том, является ли оно действительно неуправляемым или нет. [19]

Корпуса

Кожухи могут защитить водителя или водителей от непогоды и снизить аэродинамическое сопротивление .

  • Незакрытые транспортные средства могут использовать свободное или пассивное управление наклоном, поскольку водитель все еще может поставить ногу на землю, когда останавливается. Водитель несет ответственность за управление наклоном так же, как на двухколесном велосипеде или мотоцикле.
  • Закрытые транспортные средства, в которых водитель не может дотянуться до земли, должны обеспечивать какой-либо вид активного управления наклоном, как автоматического, так и осуществляемого водителем, чтобы удерживать транспортное средство в вертикальном положении при остановке.

Рулевое управление

Рулевое управление требует, чтобы ось(и) переднего колеса(колёс) образовывала конечный угол с осью(ями) заднего колеса(колёс), т.е. не была параллельной. Это несоосность может быть достигнута различными способами, и обычно переднее колесо(а) вращается вокруг оси рулевого управления относительно остальной части транспортного средства и заднего колеса(колёс). Одним заметным исключением, уже упомянутым выше, является управляемый задними колёсами Toyota i-Road . [6]

Контрруление

Некоторые наклонные трехколесные велосипеды имеют принудительно наклоняемый кузов, например, Carver , где контрруление не контролируется оператором. В некоторых версиях модели реализовано автоматическое контрруление для увеличения скорости наклона и уменьшения усилия, необходимого для наклона транспортного средства. Другие транспортные средства с принудительным наклоном могут включать автоматическое контрруление. [20] Прототип наклоняемого многоколейного транспортного средства со свободным наклоном был разработан в 1984 году, в котором используется автоматическое контрруление и не требуются никакие навыки балансировки. [21]

В последние годы появился более широкий модельный ряд трехколесных транспортных средств с наклонной рамой, в которых используется ручное управление рулевым управлением, как в мотоциклах, например, Piaggio MP3 или Yamaha Niken .

Бесплатно для кастора

Одним из вариантов транспортного средства является управление управляемым колесом (колесами) косвенно, наклоняя его вместе с кузовом транспортного средства, и эта система известна как система свободного поворота [FTC]. Направленное управление колесом FTC не особенно сильное, как показывают колеса на тележке для покупок , и поворотное колесо (колеса) будет поворачиваться из-за любой приложенной боковой нагрузки. Однако, если ось рулевого управления не вертикальна, курсовая устойчивость выше примерно 10 миль в час (16 км/ч) очень сильно контролируется динамическими силами. Если поворотное колесо прикреплено к передней части узкого наклонного транспортного средства, поворотное колесо автоматически установится на правильный угол поворота для наклона и скорости транспортного средства. Система может использоваться ниже 10 миль в час (16 км/ч) для улучшения характеристик на низкой скорости, когда управляемое колесо (колеса) постепенно захватывается действием наклона транспортного средства по мере снижения скорости транспортного средства. [22]

Примеры

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ abcd Стивен Нерс; Марк Ричардсон; Робби Нэппер (сентябрь 2015 г.). «Наклоняющиеся трехколесные велосипеды с приводом от человека: принципы, конструкции и новые разработки». Австралийский форум транспортных исследований . Получено 18 октября 2018 г.
  2. ^ ab Pauwelussen, JP (1999). "Динамическое поведение транспортных средств, охватывающих весь человек, с автоматическим активным механизмом наклона". TUDelft . Получено 12.11.2018 .
  3. ^ Jignesh Sindha; Basab Chakraborty; Debashish Chakravarty (7 февраля 2017 г.). «Автоматический контроль устойчивости трехколесных транспортных средств — последние разработки и проблемы в направлении устойчивой технологии». Труды Института инженеров-механиков, часть D: Журнал автомобильной инженерии . 232 (3): 418–434. doi :10.1177/0954407017701285. S2CID  115787151. Пассивное управление наклоном. 3W с дополнительной степенью свободы, которая позволяет водителю наклонять транспортное средство во время поворота, классифицируются как пассивные 3W с управлением наклоном. Активное управление наклоном. Необходимо выполнить расчет в реальном времени силы поворота и силы тяжести, действующих на ЦТ, для оценки требуемого угла наклона во время автоматического управления исполнительными механизмами.
  4. ^ "Предложение о внесении поправок в Сводную резолюцию о конструкции транспортных средств" (PDF) . Европейская экономическая комиссия ООН. 8 января 2019 г. Получено 16 декабря 2019 г.«Сдвоенные колеса» означают два колеса, расположенных на одной оси, которые считаются одним колесом, при этом расстояние между центрами площадок контакта с землей равно или меньше 460 мм.
  5. ^ Тимоти Смит (30 января 2009 г.). «Это описание того, как построить трехколесный велосипед с задним рулевым управлением и передним приводом». Международная ассоциация транспортных средств с человеческим приводом . Получено 27 октября 2018 г. Резкие движения руля переносят ваш вес с поворотом и нарушают устойчивость трехколесного велосипеда.
  6. ^ ab Alex Davies (13 ноября 2015 г.). «The Funky Toyota i-Road Is Like Nothing I've When Driver». Wired . Получено 16 декабря 2019 г. . На малых скоростях рулевое управление осуществляется одним задним колесом.
  7. ^ Эдельманн; Плёхль; Люгнер (18 мая 2011 г.). «Моделирование и анализ динамики наклоняющегося трёхколёсного транспортного средства». Multibody System Dynamics . 26 (4): 469–487. doi :10.1007/s11044-011-9258-7. S2CID  119512934. Получено 15.11.2018 .
  8. ^ Дэн Роу (4 ноября 2016 г.). «Эксперименты этого профессора с велосипедом могут изменить ваш способ езды». Велосипедный спорт . Получено 05.11.2018 . Усилие развала — это способность шины создавать силу при наклоне во время поворота.
  9. ^ Сахил; Оза; Маланкия (2015). «Конструкция и устойчивость лежачего трехколесного велосипеда» . Получено 2018-11-02 .
  10. ^ Бен Коксворт (11 марта 2011 г.). «Трехколесный велосипед Deliver-E тихо едет по неровной поверхности». Новый Атлас . Получено 27 октября 2018 г.
  11. ^ ab Роберт К. Райли; Тони Фоул (2018-07-23). ​​"Динамическая устойчивость трехколесных транспортных средств в автомобильных приложениях". Robert Q. Riley Enterprises . Получено 2018-11-05 . Расположение одного переднего колеса естественным образом приводит к избыточной поворачиваемости, а расположение одного заднего колеса естественным образом приводит к недостаточной поворачиваемости.
  12. ^ Джеймс Робертсон (февраль 2014 г.). «Активное управление динамикой наклонного транспортного средства с узким кузовом (диссертация на соискание степени доктора философии)» (PDF) . Университет Бата . Получено 26.12.2019 . как и в случае с пассивным управлением наклоном, на очень низких скоростях и в неподвижном состоянии требуется дополнительный механизм стабилизации.
  13. ^ ab Berote; van Poelgeest; Darling; Edge; Plummer (2014). "Динамика трехколесного узкоколейного наклонного транспортного средства" . Получено 2018-11-02 .
  14. ^ "General Motors Lean Machine". Small Cars Club. 21 мая 2017 г. Получено 13 июля 2019 г.
  15. ^ Крейг Дж. Корнелиус (29 ноября 2018 г.). "Aerion: Оптимизированный всепогодный электровелосипед" . Получено 2018-11-02 .
  16. ^ ab Adrian Padeanu (2 мая 2018 г.). «Трехколесный автомобиль с двигателем класса А, задним приводом и кузовом, наклоняющимся на поворотах». Motor1.com . Получено 27 октября 2018 г.
  17. ^ Филип Джеймс (23 ноября 2019 г.). «Динамический анализ и управление узкоколейными транспортными средствами с помощью подхода многотельного моделирования» . Получено 23 ноября 2020 г.
  18. ^ Адам Руджеро (18 марта 2015 г.). «Будущее транспорта, приводимого в движение человеком, — это трехколесный велосипед». GearJunkie . Получено 27 октября 2018 г.
  19. ^ ab O. Dong; C. Graham; A. Grewal; C. Parrucci; A. Ruina (30 сентября 2014 г.). "Велосипед в невесомости может быть сбалансированным или управляемым, но не тем и другим одновременно" (PDF) . Vehicle System Dynamics . 52 (12): 1681. Bibcode :2014VSD....52.1681D. doi :10.1080/00423114.2014.956126. S2CID  17873675 . Получено 06.11.2018 . [Обратите внимание, что неуправляемость в невесомости верна только для линеаризованного перевернутого маятника. Аргументы, исключающие управление, в значительной степени зависят от линейности системы, а нелинейный перевернутый маятник в невесомости, по-видимому, управляем. Действительно, моделирование Филиппа Джеймса ... демонстрирует, что при соответствующем покачивании основания можно поддерживать постоянное среднее ускорение основания, удерживая угол маятника в ограниченном диапазоне.]
  20. ^ Poelgeest, A; Edge, KA; Darling, J. (ноябрь 2007 г.). Разработка контроллера наклона рулевого управления для трехколесного транспортного средства с функцией наклона.
  21. ^ Майк Маккарти (январь 1987). «Банковское будущее для наклонного автомобиля». Журнал Wheels . стр. 12–13 . Получено 18 ноября 2014 г.
  22. ^ Джеффри Ту Чуан TAN; и др. (2016). "Динамика рулевого управления наклоняющегося узкоколейного транспортного средства с пассивной конструкцией переднего колеса". Журнал физики: Серия конференций . 744 (1): 012218. Bibcode : 2016JPhCS.744a2218T. doi : 10.1088/1742-6596/744/1/012218 .

Библиография

  • Poelgeest, A., Edge, KA и Darling, J., 2007. Разработка контроллера наклона рулевого управления для трехколесного транспортного средства с функцией наклона. В : Международный конгресс и выставка машиностроения ASME , 01.11.2007, Сиэтл, Вашингтон.
  • Наклонные трехколесные транспортные средства - Патенты
  • Проектирование, реализация и анализ моторизованных наклонных трехколесных транспортных средств. Диссертация, Чоа-Чин Вэн. 18 июля 2005 г. Китайский. Аннотация на английском языке.
  • Динамическая устойчивость трехколесных транспортных средств в автомобильных приложениях. Роберт К. Райли.
  • Карвер Один
На Викискладе есть медиафайлы по теме Наклонные трехколесные велосипеды .
Retrieved from "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Tilting_three-wheeler&oldid=1221042084"