Опрокидывающийся трицикл - Tilting three-wheeler

Ванденбринк Карвер (1F1T)
Лежачий трехколесный велосипед Tripendo, откидной трехколесный велосипед (2F3T)
Ямаха Никен с 2018
UWM ПантераТрайк, узкоколейный, наклоняемый, лежачий трехколесный велосипед с приводом от человека (1F3T)

А опрокидывающийся трехколесный транспорт, наклонный трайк, наклоняющийся трайк, или даже просто кантователь, это трехколесный автомобиль и обычно узкоколейная машина чье тело и / или колеса наклоняются в направлении поворота.[1] Такие автомобили могут проходить поворот без переворачиваться несмотря на узкую осевой путь потому что они могут уравновесить некоторые или все момент поворота вызванный центростремительное ускорение с противоположным моментом крена, вызванным силой тяжести, поскольку велосипеды и мотоциклы делают.[1] Это также снижает поперечное ускорение, испытываемое водителем, что некоторым кажется более комфортным, чем альтернатива. Узкий профиль может привести к уменьшению аэродинамическое сопротивление и увеличился эффективность топлива.[2] Эти типы транспортных средств также были описаны как «общедоступные транспортные средства» (MWV).[2]

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

Терминология

Поскольку это развивающаяся область с множеством различных конфигураций транспортных средств, множеством различных индивидуальных участников и пока что нет явно доминирующей технологии, в использовании много потенциально сбивающей с толку терминологии:

  • наклон, худой, и рулон все используются в некоторой степени взаимозаменяемо, в зависимости от контекста и автора, обычно для обозначения вращения вокруг продольная ось автомобиля.
  • стабильный и стабильность обычно используются в этом контексте, чтобы охарактеризовать наклон, наклон или крен автомобиля по желанию водителя. Как и с курсовая устойчивость, транспортное средство считается устойчивым относительно своей продольной оси, если оно возвращается в вертикальное / прямое положение без помощи рук, и нестабильным, если оно не возвращается. Устойчивость транспортного средства может изменяться в зависимости от его скорости движения, а устойчивость может быть присуща транспортному средству или создаваться водителем или другим активным контроллером. Например, велосипеды не показывают устойчивости в неподвижном состоянии, они просто падают, но могут показывать самостабильность если катиться вперед с правильной скоростью, даже без водителя. Между тем, активные кантователи всегда демонстрируют устойчивость к опрокидыванию и не допускают опрокидывания при повороте. Транспортные средства с опрокидыванием могут демонстрировать практически любую комбинацию вышеуказанного поведения из-за любой комбинации их геометрии, распределения массы и т. Д. характеристики подвески, ввод всадника или другое активная система управления.
  • активный, пассивный, и свободный обычно относятся к прямому или косвенному способу управления углом наклона. «Активное» управление обычно требует некоторых датчик (s), некоторая способность вычислить ответ, например, контроллер обратной связи, и немного привод (s), требующие источников питания. «Пассивное» управление и «свободное» управление означают, что нет датчиков, сравнений, расчета реакции или исполнительных механизмов, а транспортное средство управляется как велосипед или мотоцикл. [3] «Свободный» и «пассивный» обычно означают, что транспортное средство наклоняется как велосипед или мотоцикл, и гонщик должен косвенно управлять углом наклона, управляя транспортным средством.
  • непосредственный и косвенный обычно относятся к тому, как применяется активное управление. Водитель велосипеда с «свободным наклоном» и «пассивным наклоном» обычно может напрямую приложить крутящий момент рулевого управления, который затем косвенно регулирует угол наклона, как на велосипедах и мотоциклах. С другой стороны, водитель трайка с функцией свободного поворота может напрямую прикладывать крутящий момент крена, который затем косвенно регулирует угол поворота.
  • высокая сторона и нижняя сторона это выражения, уже широко используемые в мире мотоциклов для описания способов, которыми тела этих транспортных средств могут столкнуться с землей.

Преимущества и недостатки

Потенциальные преимущества наклона по сравнению с жесткой альтернативой включают:

  • Способность уравновешивать момент, вызванный боковым ускорением в повороте, из-за высокой скорости, малого радиуса или того и другого, с противодействующим моментом, вызванным силой тяжести, означает, что эти транспортные средства не обязательно должны быть низкими, широкими и / или медленными. Кроме того, поскольку устойчивость больше не зависит от колеи оси, центр масс не обязательно должен располагаться рядом с широкой осью, а вместо этого может располагаться в любом месте между передней и задней осью для оптимизации других рабочих характеристик, таких как ходовые качества или эффективность торможения .
  • Наклон в поворот, как это делают велосипеды и мотоциклы, означает, что чистое ускорение, испытываемое транспортным средством и водителем, всегда может быть выровнено по средней плоскости транспортного средства. Водители могут найти это более приятным, чем альтернатива, а компоненты транспортного средства, такие как рама, колеса и шины, могут избежать больших боковых нагрузок.
  • Узкая колея оси означает, что транспортному средству не требуется столько дорожного покрытия и может быть меньше аэродинамическое сопротивление из-за меньшей площади поперечного сечения.
  • В зависимости от того, как реализован наклон, наклоняемое транспортное средство может быть ориентировано независимо от поперечный склон, например, от короны по дороге или по мягкому плечо.

К недостаткам наклона по сравнению с жесткой альтернативой можно отнести:

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

Конфигурации

Расположение колес

Как и в случае с трехколесными велосипедами в целом, существуют две основные схемы расположения колес:

Правило двойного колеса: Во многих странах, согласованных с правилами ЕС, расположение двух колес на одной оси [не обязательно соосно] рассматривается как одно колесо при условии, что расстояние между ними не превышает 460 мм (18 дюймов). . Это позволяет классифицировать автомобили, соответствующие этому ограничению размеров, как мотоциклы. Следовательно, на такие транспортные средства будут распространяться все технические предписания, применимые к мотоциклам, а не к моторизованным трехколесным или четырехколесным транспортным средствам.[4]

Управляемые колеса

Рулевое управление задними колесами имеет тенденцию быть нестабильным по направлению, поэтому в подавляющем большинстве мотоциклов используется управление передними колесами.[5] Заметным исключением является Toyota i-Road.[6] В случае двухколесного рулевого управления обычно делается некоторая корректировка, чтобы учесть разные радиусы их траектории, например: Геометрия рулевого управления Ackermann.

Ведомые колеса

Может приводиться как переднее, так и заднее колесо (я), но движение колеса рядом с его источником энергии обычно проще, чем движение колеса на другом конце транспортного средства, управление одним колесом обычно проще, чем управление парой колес, и управлять колесом, которое остается выровненным со своим источником энергии, проще, чем управлять колесом, которое наклоняется или поворачивается относительно своего источника энергии. Две распространенные конфигурации привода:

Менее распространенные конфигурации приводов включают:

  • Ведите два поворотных колеса сзади.[7]
  • Управляйте одним наклонным колесом впереди. Одним из примеров является Роуз-Хульман Рагнарек, изображенная ниже.


Сидения

Как и в случае с трехколесными велосипедами, сиденья могут быть вертикальными, как и на Piaggio MP3, или лежачий, как на Наклонный трайк MEV. Если автомобиль предназначен для размещения второго гонщика, сиденья обычно располагаются в тандем для сохранения узкого профиля, как на УМНЫЙ.

Вложение

Всадник может быть полностью открыт, как на Tripendo, позади обтекатель или лобовое стекло, как на Piaggio MP3, под навесом, как на Honda Canopy, или полностью закрытый, как на Ванденбринк Карвер.

Мощность

Питание может поступать от гонщика, как на Tripendo, от батарей и электродвигателей, как на Tripendo. Toyota i-Road, или от обычных двигателей внутреннего сгорания, как на Yamaha Tricity.

Наклон

Любое количество колес может наклоняться, а преимущества наклона колес заключаются в том, что колеса не должны нести большие боковые нагрузки,[1] и установленные на них шины могут генерировать развал тяги, что может снизить потребность в угол скольжения генерировать сила поворота.[8] Конфигурации включают:

  • Одно колесо впереди и только переднее наклоняется, обозначается как 1F1T (то есть одно переднее наклоняется). Известные примеры включают Ариэль 3, Наклонный трайк MEV, Honda Canopy, Ванденбринк Карвер, и УМНЫЙ.
  • Наклон одного переднего колеса и всех трех колес обозначается как 1F3T (т.е. одно переднее три наклонных). Пример можно увидеть на изображении Rose-Hulman Ragnarök, изображенном ниже, и UWM PantherTrike, изображенном выше.
  • Два колеса впереди и только одно заднее колесо наклоняется, обозначается как 2F1T (т.е. два передних колеса одно наклонное).[9]
  • Два колеса впереди и все три колеса наклоняются, называемые 2F3T (т.е. два передних три наклонных). Известные примеры включают трехколесную версию TVA Tilting Vehicle Australia (автомобиль James FTC). Опрокидывающаяся машина, Piaggio MP3, Yamaha Tricity, и Toyota i-Road.

В случае, когда два расположенных бок о бок колеса наклоняются, необходима механическая связь для согласования их наклона. Реализации включают:

  • Некоторая форма одного или нескольких параллелограммы, например, Tripendo, изображенный выше, и концептуальный автомобиль Mercedes-Benz F300 Life Jet, изображенный ниже. Это использовалось в конфигурациях с головастиком и треугольником.
  • Некоторые образуют пару маятники, возможно, связаны какой-либо формой колокол.[10] Это обычно используется в конфигурациях трехколесного велосипеда.
  • Некоторая форма заводить, и в этом случае два колеса не находятся прямо рядом.[1] Это обычно используется в конфигурациях трехколесного велосипеда.
  • Некоторая форма координации между параллельными телескопические вилы, как на Yamaha MWT-9, изображенном выше, и Yamaha Niken, изображенном ниже.

Из-за наклона нет необходимости в поперечном передача нагрузки между колесами в повороте, так что практическое правило о головастиках недостаточная поворачиваемость и дельты чрезмерная поворачиваемость не обязательно применяется.[11] Если механизм наклона имеет ограничение по углу наклона, то боковое ускорение автомобиль может испытать без переворачиваться будет функцией максимально возможного угла наклона, осевой путь, и центр массы расположение.[11]

Свободное, пассивное или активное управление наклоном

  • Транспортные средства со свободным и пассивным наклоном управляются как с велосипедом или мотоциклом, и в этом случае противодействие требуется.[12] Активно контролируемые наклонные устройства - это то место, где райдер или какой-либо другой контроллер активно устанавливает угол наклона напрямую.[13] Транспортные средства, для которых водитель имеет прямой контроль над углом наклона, включают Lean Machine General Motors, в которой водитель управляет наклоном с помощью ножных педалей,[14] и Tripendo, в котором водитель управляет наклоном вручную с помощью рычага.[15] Активный контроллер может вычислять желаемый угол наклона на основе некоторой комбинации бокового ускорения и рулевого управления, и он может устанавливать желаемый угол наклона при помощи некоторой комбинации механических, электрических или гидравлических приводов.[16]
  • Свободно наклоняемые / пассивно наклоняемые автомобили не обладают устойчивостью рулон ось в неподвижном состоянии. Чтобы решить эту проблему, некоторые свободные / пассивные кантователи используют фиксаторы наклона или ограничители на низких скоростях. Некоторые используют тормоз механизма наклона, некоторые используют прогрессивную регулировку устойчивости крена. Свободные / пассивные кантователи обладают самостабильностью при движении вперед с достаточным тяговым усилием, как в велосипеды и мотоциклы, и если тяга потеряна, автомобиль, скорее всего, нижняя сторона.[13] Боковое расстояние между колесами не позволяет избежать опрокидывания, эти автомобили ведут себя и управляются как одноколейные автомобили.
  • Транспортные средства с активным наклоном, такие как James FTC (Free To Castor), используют геометрию подвески / системы рулевого управления для управления траекторией движения транспортного средства. [17]
  • Транспортные средства с активным наклоном спроектированы таким образом, чтобы всегда сохранять устойчивость к качению при остановке или движении, и в случае потери тяги они не будут нижняя сторона.[16] В этих транспортных средствах поперечное расстояние колесной пары эффективно используется для создания дополнительной устойчивости.

Во всех случаях механизм наклона может просто блокироваться, чтобы облегчить удержание автомобиля в вертикальном положении при остановке или парковке.[18] Кроме того, пассивные или активные системы наклона не могут просто противодействовать моменту крена, вызванному силой тяжести, поскольку было показано, что это делает транспортное средство практически неуправляемым.[19] хотя продолжаются споры о том, действительно ли это некорректно.[19]

Корпуса

Кожухи могут защитить гонщика (-ов) от погодных условий и уменьшить аэродинамическое сопротивление.

  • Незакрытые автомобили могут использовать свободное или пассивное управление наклоном, потому что водитель все еще может поставить ногу при остановке. Водитель отвечает за контроль наклона так же, как на двухколесном велосипеде или мотоцикле.
  • Закрытые транспортные средства, в которых гонщик не может добраться до земли, должны иметь активный контроль наклона, автоматический или ручной, чтобы удерживать транспортное средство в вертикальном положении при остановке.

Рулевое управление

Рулевое управление требует, чтобы ось (оси) переднего колеса (колес) образовывала конечный угол с осью (ами) заднего колеса (колес), то есть не была параллельна. Это смещение может быть выполнено различными способами, и обычно переднее колесо (я) вращается вокруг оси рулевого управления относительно остальной части транспортного средства и заднего колеса (колес). Одно заметное исключение, уже упомянутое выше, - это управляемая задними колесами. Toyota i-Road.[6]

Противодействие

Некоторые трициклы с функцией наклона наклоняются с принудительным наклоном, например Карвер, где противодействие не контролируется оператором. В некоторых версиях модели введена автоматическая противовесная поворачиваемость для увеличения скорости наклона и уменьшения силы, необходимой для наклона транспортного средства. Другие автомобили с принудительным наклоном могут иметь автоматическое противодействие.[20] В 1984 году был разработан прототип качающегося многогусеничного транспортного средства со свободным наклоном, в котором используется автоматическое противодействие рулевому управлению и не требуется никаких навыков балансировки.[21]

В последние годы появился более широкий ассортимент наклоняемых трехколесных транспортных средств, в которых используется ручное управление противовесом, как в мотоциклах, таких как Piaggio MP3 или Ямаха Никен.

Бесплатно на роликах

Одним из вариантов транспортного средства является косвенное управление управляемым колесом (колесами) путем их наклона вместе с кузовом транспортного средства, и эта система известна как бесплатно на касторку [FTC]. Направление вращения колеса FTC не особенно сильное, как показали колеса на корзина покупателя, и литые колеса будут вращаться из-за любой приложенной боковой нагрузки. Однако, если ось рулевого управления не вертикальна, курсовая устойчивость на скорости выше 10 миль в час (16 км / ч) очень сильно контролируется динамическими силами. Если кастомное колесо прикреплено к передней части узко наклоняемого транспортного средства, ролик автоматически установится на правильный угол поворота для наклона и скорости транспортного средства. Систему можно использовать на скорости 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 уменьшения скорости транспортного средства.[22]

Примеры

Смотрите также

использованная литература

  1. ^ а б c d Стивен Нерс; Марк Ричардсон; Робби Нэппер (сентябрь 2015 г.). "Наклонение трициклов с приводом от человека в движение: принципы, конструкции и новые разработки". Австралазийский форум транспортных исследований. Получено 2018-10-18.
  2. ^ а б Паувелуссен, J.P. (1999). «Динамическое поведение габаритных транспортных средств с автоматическим активным механизмом опрокидывания». TUDelft. Получено 2018-11-12.
  3. ^ Джигнеш Синдха; Басаб Чакраборти; Дебашиш Чакраварти (7 февраля 2017 г.). «Автоматический контроль устойчивости трехколесных транспортных средств - последние разработки и проблемы в отношении экологически чистых технологий». Труды Института инженеров-механиков, часть D: журнал автомобильной инженерии. 232 (3): 418–434. Дои:10.1177/0954407017701285. S2CID  115787151. Пассивный контроль наклона. 3W с дополнительной степенью свободы, которая позволяет водителю наклонять автомобиль во время поворота, классифицируются как 3W с пассивным управлением наклоном. Активный контроль наклона. Чтобы оценить требуемый угол наклона во время автоматического управления исполнительными механизмами, необходимо выполнить расчет в реальном времени силы поворота и силы тяжести, действующей на ЦТ.
  4. ^ «Предложение о внесении изменений в Сводное постановление о конструкции транспортных средств» (PDF). Европейская экономическая комиссия ООН. 8 января 2019 г.,. Получено 2019-12-16. «Сдвоенные колеса» означают два колеса, расположенные на одной оси, которые считаются одним колесом, при этом расстояние между центрами зон контакта с землей равно или меньше 460 мм.
  5. ^ Тимоти Смит (30 января 2009 г.). «Это описание того, как построить трехколесный велосипед с рулевым управлением и передним приводом». Международная ассоциация транспортных средств с приводом от человека. Получено 2018-10-27. Резкие рулевые движения отбрасывают вес при повороте и нарушают устойчивость трайка.
  6. ^ а б Алекс Дэвис (13 ноября 2015 г.). «Веселая Toyota i-Road не похожа ни на что, на чем я когда-либо ездил». Проводной. Получено 2019-12-16. На малых скоростях рулевое управление выполняет одно заднее колесо.
  7. ^ Эдельманн; Plöchl; Люгнер (18 мая 2011 г.). «Моделирование и анализ динамики опрокидывающейся трехколесной машины». Многотельная системная динамика. 26 (4): 469–487. Дои:10.1007 / s11044-011-9258-7. S2CID  119512934. Получено 2018-11-15.
  8. ^ Дэн Роу (4 ноября 2016 г.). "Эксперименты профессора на велосипеде могут изменить ваш стиль езды". Езда на велосипеде. Получено 2018-11-05. Развал - это способность шины создавать силу при наклоне во время поворота.
  9. ^ Сахил; Оза; Маланкия (2015). «Дизайн и устойчивость лежачего трехколесного велосипеда». Получено 2018-11-02.
  10. ^ Бен Коксворт (11 марта 2011 г.). «Трайк Deliver-E незаметно преодолевает неровности». Новый Атлас. Получено 2018-10-27.
  11. ^ а б Роберт К. Райли; Тони Фоул (23.07.2018). «Динамическая устойчивость трехколесных транспортных средств в автомобильной промышленности». Роберт К. Райли Энтерпрайзис. Получено 2018-11-05. При одинарном расположении передних колес естественно возникает избыточная поворачиваемость, а при одинарном заднем расположении колес - недостаточная поворачиваемость.
  12. ^ Джеймс Робертсон (февраль 2014 г.). «Активное управление динамикой автомобиля с узким наклоном (кандидатская диссертация)» (PDF). Университет Бата. Получено 2019-12-26. как и в случае с пассивным контролем наклона, требуется дополнительный механизм стабилизации на очень низких скоростях и в неподвижном состоянии.
  13. ^ а б Бероте; ван Пёльгест; Дорогой; Край; Пламмер (2014). «Динамика трехколесной канатной машины с узкой колеей». Получено 2018-11-02.
  14. ^ "Бережливая машина Дженерал Моторс". Клуб малых автомобилей. 21 мая, 2017. Получено 2019-07-13.
  15. ^ Крейг Дж. Корнелиус (29 ноября 2018 г.). "Aerion: Оптимизированный всепогодный педально-электрический трицикл". Получено 2018-11-02.
  16. ^ а б Адриан Падеану (2 мая 2018 г.). «Трехколесный автомобиль класса А с задним приводом и кузовом, который наклоняется на поворотах». Motor1.com. Получено 2018-10-27.
  17. ^ Филип Джеймс (23 ноября, 2019). «Динамический анализ и контроль узкоколейных транспортных средств с помощью подхода многотельного моделирования». Получено 2020-11-23.
  18. ^ Адам Руджеро (18 марта 2015 г.). «Будущее транспорта с приводом от человека - это велосипед». GearJunkie. Получено 2018-10-27.
  19. ^ а б О. Донг; К. Грэм; А. Греваль; К. Парруччи; А. Руина (30 сентября 2014 г.). «Велосипед в условиях невесомости можно балансировать или управлять, но не то и другое вместе» (PDF). Динамика систем автомобиля. Bibcode:2014ВСД .... 52.1681Д. Дои:10.1080/00423114.2014.956126. S2CID  17873675. Получено 2018-11-06. [Обратите внимание, что неконтролируемость в условиях невесомости верна только для линеаризованного перевернутого маятника. Аргументы, препятствующие управлению, сильно зависят от линейности системы, и нелинейный перевернутый маятник в невесомости кажется управляемым. Действительно, моделирование Филиппа Джеймса ... демонстрирует, что при соответствующих колебаниях основания можно поддерживать постоянное среднее ускорение основания, удерживая угол маятника в ограниченном диапазоне.] Цитировать журнал требует | журнал = (Помогите)
  20. ^ Poelgeest, A; Edge, K. A .; Дарлинг, Дж. Разработка регулятора наклона рулевого колеса для трехколесного качающегося автомобиля.
  21. ^ Майк Маккарти (январь 1987 г.). «Банковское будущее наклонной машины». Журнал Колеса. стр. 12–13. Получено 2014-11-18.
  22. ^ Джеффри Ту Чуан ТАН; и другие. (2016). «Динамика рулевого управления наклоняющейся узкоколейной машины с пассивной конструкцией передних колес». Journal of Physics: Серия конференций. 744 (1): 012218. Bibcode:2016JPhCS.744a2218T. Дои:10.1088/1742-6596/744/1/012218.

Список используемой литературы