Dreirad kippen - Tilting three-wheeler

Vandenbrink Carver (1F1T)
Liegerad Tripendo, ein kippbares Dreirad (2F3T)
Yamaha Niken von 2018
UWM PantherTrike , ein schmales, kippbares, liegendes Trike mit menschlichem Antrieb (1F3T)

Ein kippbares Dreirad , ein kippbares Trike , ein geneigtes Trike oder sogar nur ein Kipprad ist ein dreirädriges Fahrzeug und normalerweise ein schmalspuriges Fahrzeug, dessen Karosserie und / oder Räder in Richtung einer Kurve kippen. Solche Fahrzeuge können ohne Ecke Rollen über eine schmale trotz Achsenbahn , weil sie einige oder alle des Waage können Wankmoment verursacht durch Zentripetalbeschleunigung mit einem entgegengesetzten Rollmoment durch die Schwerkraft, wie Fahrräder und Motorräder tun. Dies verringert auch die Querbeschleunigung des Fahrers, die einige als komfortabler empfinden als die Alternative. Das schmale Profil kann zu einem verringerten Luftwiderstand und einer erhöhten Kraftstoffeffizienz führen . Diese Fahrzeugtypen wurden auch als "menschenweite Fahrzeuge" (MWV) bezeichnet.

Wie bei Dreirädern, die nicht kippen, gibt es eine Vielzahl von Möglichkeiten, wie die Räder angeordnet sind, welche Räder gelenkt werden und welche Räder angetrieben werden. Darüber hinaus gibt es eine Vielzahl von Möglichkeiten, welche Räder kippen und welche nicht.

Terminologie

Da dies ein aufstrebendes Gebiet mit vielen verschiedenen Fahrzeugkonfigurationen, vielen verschiedenen einzelnen Mitwirkenden und noch keiner klar dominierenden Technologie ist, wird eine Menge potenziell verwirrender Terminologie verwendet:

  • kippen , lehnt und Walze ist alle etwas austauschbar verwendet, abhängig von dem Kontext und dem Autor, in der Regel um mittlere Drehung um eine Längsachse des Fahrzeugs.
  • stabil und die Stabilität werden in der Regel in diesem Zusammenhang verwendet zu charakterisieren , ob das Fahrzeug kippt, lehnt, oder Rollen , wie die Fahrer wünschen. Wie bei der Richtungsstabilität gilt ein Fahrzeug als stabil um seine Längsachse, wenn es freihändig in die vertikale / gerade Ausrichtung zurückkehrt, und als instabil, wenn dies nicht der Fall ist. Die Stabilität eines Fahrzeugs kann mit seiner Vorwärtsgeschwindigkeit variieren, und die Stabilität kann dem Fahrzeug inhärent sein oder vom Fahrer oder einer anderen aktiven Steuerung erzeugt werden. Zum Beispiel zeigen Fahrräder im Stillstand keine Stabilität, sie fallen einfach um, können aber Selbststabilität zeigen, wenn sie mit der richtigen Geschwindigkeit vorwärts rollen, auch ohne Fahrer. In der Zwischenzeit weisen aktive Kipper jederzeit eine Rollstabilität auf und sind so konzipiert, dass sie nicht in einer Kurve überrollen. Kippfahrzeuge können aufgrund einer beliebigen Kombination ihrer Geometrie, Massenverteilung, Federungseigenschaften , Fahrereingabe oder eines anderen aktiven Steuerungssystems nahezu jede Kombination der oben genannten Verhaltensweisen aufweisen .
  • Aktiv , Passiv und Frei beziehen sich normalerweise darauf, wie der Neigungswinkel direkt oder indirekt gesteuert wird. "Aktive" Steuerung erfordert normalerweise einige Sensoren , eine gewisse Kapazität zur Berechnung einer Reaktion, wie z. B. einen Rückkopplungsregler , und einige Aktuatoren , die Stromquellen benötigen. "Passive" Steuerung und "freie" Steuerung bedeuten, dass es keine Sensoren, Vergleiche, Reaktionsberechnungen oder Aktuatoren gibt und das Fahrzeug als Fahrrad oder Motorrad gesteuert wird. "Frei" und "passiv" bedeuten normalerweise, dass das Fahrzeug als Fahrrad oder Motorrad kippt und der Fahrer muss den Neigungswinkel indirekt durch Lenken des Fahrzeugs steuern.
  • Direkt und Indirekt beziehen sich normalerweise darauf, wie die aktive Steuerung angewendet wird. Der Fahrer eines "frei kippenden" und "passiv kippenden" Trikes kann normalerweise direkt ein Lenkmoment aufbringen, das dann den Neigungswinkel indirekt steuert, wie bei Fahrrädern und Motorrädern. Der Fahrer eines "Free-to-Caster" -Trikes kann dagegen direkt ein Rolldrehmoment aufbringen, das dann indirekt den Lenkwinkel steuert.
  • Highside und Lowside sind Ausdrücke, die in der Motorradwelt bereits häufig verwendet werden, um zu beschreiben, wie die Karosserien dieser Fahrzeuge mit dem Boden kollidieren können.

Vorteile und Nachteile

Die potenziellen Vorteile des Kippens im Vergleich zur starren Alternative umfassen:

  • Die Fähigkeit, das durch Querbeschleunigung in einer Kurve verursachte Moment aufgrund hoher Geschwindigkeit, engen Radius oder beidem mit einem durch die Schwerkraft verursachten Gegenmoment auszugleichen, bedeutet, dass diese Fahrzeuge nicht niedrig, breit und / oder langsam sein müssen. Da die Stabilität nicht mehr von der Achsschiene abhängt, muss sich der Schwerpunkt nicht in der Nähe der breiten Achse befinden, sondern kann sich irgendwo zwischen Vorder- und Hinterachse befinden, um andere Leistungsmerkmale wie Fahrqualität oder Bremsleistung zu optimieren .
  • Wenn Sie sich wie Fahrräder und Motorräder in eine Kurve beugen, kann die Nettobeschleunigung von Fahrzeug und Fahrer immer auf die Mittelebene des Fahrzeugs ausgerichtet werden. Fahrer finden dies möglicherweise angenehmer als die Alternative, und Fahrzeugkomponenten wie Rahmen, Räder und Reifen können große Seitenlasten vermeiden.
  • Eine schmale Achsschiene bedeutet, dass das Fahrzeug nicht so viel Fahrbahn benötigt und aufgrund einer kleineren Querschnittsfläche möglicherweise weniger Luftwiderstand aufweist .
  • Abhängig davon, wie das Kippen ausgeführt wird, kann ein kippendes Fahrzeug unabhängig von der Querneigung ausgerichtet werden , z. B. von der Krone auf einer Straße oder einer weichen Schulter .

Die Nachteile des Kippens im Vergleich zur starren Alternative umfassen:

  • Der freie oder gesteuerte Kippmechanismus erfordert konstruktivere Elemente im Vergleich zu Zweirädern (Motorrädern), während die unabhängige Aufhängung von starren Dreirädern komplexer sein kann
  • Die Steuerung des Kippens erfordert entweder ein automatisiertes Steuerungssystem oder ein anderes Verhalten des Fahrers, wie z. B. Gegenlenkung .

Konfigurationen

Radaufbau

Wie bei Dreirädern im Allgemeinen sind die beiden Hauptradlayouts:

Zwillingsradregel : In vielen Ländern, die den EU-Vorschriften entsprechen, wird eine Anordnung von zwei Rädern auf derselben Achse [nicht unbedingt koaxial beibehalten] als ein Rad behandelt, sofern sie nicht weiter als 460 mm voneinander entfernt sind Kontakt Patch Center. Dies hat zur Folge, dass Fahrzeuge, die diese Maßgrenze einhalten, als Motorräder eingestuft werden können. Daher würden solche Fahrzeuge allen technischen Vorschriften unterliegen, die für Motorräder gelten, und nicht für motorisierte Dreiräder oder vierrädrige Fahrzeuge.

Gelenkte Räder

Die Hinterradlenkung ist tendenziell direktional instabil, weshalb die überwiegende Mehrheit der Trikes eine Vorderradlenkung verwendet. Eine bemerkenswerte Ausnahme ist der Toyota i-Road . Bei der Zweiradlenkung wird normalerweise eine Anpassung vorgenommen, um die unterschiedlichen Radien ihrer Wege zu berücksichtigen, wie z. B. die Ackermann-Lenkgeometrie .

Angetriebene Räder

Entweder das Vorderrad oder das Hinterrad kann angetrieben werden, aber das Fahren eines Rades in der Nähe seiner Stromquelle ist normalerweise einfacher als das Fahren eines Rades am anderen Ende des Fahrzeugs. Das Fahren eines einzelnen Rads ist normalerweise einfacher als das Fahren eines Radpaares. und das Antreiben eines Rades, das mit seiner Kraftquelle ausgerichtet bleibt, ist einfacher als das Antreiben eines Rades, das relativ zu seiner Kraftquelle kippt oder lenkt. Zwei gängige Laufwerkskonfigurationen sind:

Weniger gebräuchliche Laufwerkskonfigurationen sind:

  • Fahren Sie zwei Kippräder hinten.
  • Fahren Sie ein Kipprad vorne. Ein Beispiel ist der unten abgebildete Rose-Hulman Ragnarök.


Sitzplätze

Wie bei Dreirädern im Allgemeinen kann das Sitzen aufrecht sein, wie beim Piaggio MP3 , oder liegend wie beim MEV Tilting Trike . Wenn das Fahrzeug einen zweiten Fahrer unterzubringen, wird der Sitz üblicherweise in angeordnet tandem das schmale Profil zu erhalten, wie auf dem CLEVERE .

Gehege

Der Fahrer kann wie beim Tripendo vollständig hinter einer Verkleidung oder Windschutzscheibe wie beim Piaggio MP3 , unter einem Baldachin wie beim Honda Canopy oder vollständig geschlossen wie beim Vandenbrink Carver ausgesetzt sein .

Leistung

Die Leistung kann vom Fahrer wie beim Tripendo, von Batterien und Elektromotoren wie beim Toyota i-Road oder von herkömmlichen Verbrennungsmotoren wie beim Yamaha Tricity stammen .

Kippen

Eine beliebige Anzahl von Rädern kann kippen, und das Kippen von Rädern hat den Vorteil, dass die Räder keine großen Seitenlasten tragen müssen und die darauf montierten Reifen Sturzschub erzeugen können , wodurch die Notwendigkeit eines Schlupfwinkels zur Erzeugung einer Kurvenkraft verringert werden kann . Zu den Konfigurationen gehören:

  • Ein Rad vorne und nur die Vorderseite neigt sich, was als 1F1T bezeichnet wird (dh ein Vorderrad neigt sich). Bemerkenswerte Beispiele sind der Ariel 3 , das MEV Tilting Trike , der Honda Canopy , der Vandenbrink Carver und der CLEVER .
  • Ein Rad vorne und alle drei Räder neigen sich, bezeichnet als 1F3T (dh eine vordere drei Kippen). Ein Beispiel ist im unten abgebildeten Rose-Hulman Ragnarök und im oben abgebildeten UWM PantherTrike zu sehen.
  • Zwei Räder vorne und nur das einzelne Hinterrad neigt sich, was als 2F1T bezeichnet wird (dh zwei vordere eine Neigung).
  • Zwei Räder vorne und alle drei Räder kippen, was als 2F3T bezeichnet wird (dh zwei vorne drei Kippen). Bemerkenswerte Beispiele sind das 3-Rad- Kippauto TVA Tilting Vehicle Australia (James FTC-Fahrzeug) , Piaggio MP3 , Yamaha Tricity und Toyota i-Road .

In dem Fall, in dem die beiden nebeneinander liegenden Räder kippen, ist eine mechanische Verbindung erforderlich, um ihre Neigung zu koordinieren. Implementierungen umfassen:

  • Eine Form von einem oder mehreren Parallelogrammen , wie das oben abgebildete Tripendo und das unten abgebildete Mercedes-Benz F300 Life Jet Concept-Fahrzeug. Dies wurde bei Kaulquappen- und Delta-Trike-Konfigurationen angewendet.
  • Einige bilden ein Paar Schwingen , die möglicherweise durch eine Art Kurbel verbunden sind . Dies wird tendenziell bei Delta-Trike-Konfigurationen angewendet.
  • Eine Art Kurbel , in diesem Fall sind die beiden Räder nicht direkt nebeneinander. Dies wird tendenziell bei Delta-Trike-Konfigurationen angewendet.
  • Eine Form der Koordination zwischen parallelen Teleskopgabeln , wie beim oben abgebildeten Yamaha MWT-9 und dem unten abgebildeten Yamaha Niken.

Aufgrund des Kippens findet in Kurven nicht unbedingt eine Lastübertragung von Seite zu Seite zwischen den Rädern statt, sodass die Faustregel für das Untersteuern von Kaulquappen und das Übersteuern von Deltas nicht unbedingt gilt. Wenn der Kippmechanismus eine gewisse Einschränkung des Neigungswinkels aufweist, hängt die Querbeschleunigung, die das Fahrzeug ohne Überrollen erfahren kann, vom maximal möglichen Neigungswinkel, der Achsbahn und dem Schwerpunkt ab .

Freie, passive oder aktive Neigungssteuerung

  • Fahrzeuge mit freiem und passivem Kippen werden wie bei einem Fahrrad oder Motorrad gesteuert. In diesem Fall ist eine Gegenlenkung erforderlich. Bei aktiv gesteuerten Kippern stellt der Fahrer oder eine andere Steuerung den Neigungswinkel direkt ein. Zu den Fahrzeugen, bei denen der Fahrer die direkte Kontrolle über den Neigungswinkel hat, gehören die Lean-Maschine von General Motors, bei der der Fahrer die Neigung mit Fußpedalen steuert, und der Tripendo, bei dem der Fahrer die Neigung von Hand mit einem Hebel steuert. Eine aktive Steuerung kann einen gewünschten Neigungswinkel aus einer Kombination von Querbeschleunigung und Lenkeingabe berechnen und einen gewünschten Neigungswinkel mit einer Kombination aus mechanischen, elektrischen oder hydraulischen Aktuatoren einstellen.
  • Frei kippende / passiv kippende Fahrzeuge besitzen im Stillstand keine Stabilität um ihre Rollachse . Um dieses Problem zu beheben, verwenden einige freie / passive Kippgeräte bei niedrigen Geschwindigkeiten Kippsperren oder Rückhaltesysteme. Einige verwenden eine Bremse, die am Kippmechanismus angebracht ist, andere verwenden progressive Einstellungen der Rollstabilität. Freie / passive Kipper besitzen Selbststabilität, wenn sie sich mit ausreichender Traktion vorwärts bewegen, wie bei Fahrrädern und Motorrädern , und wenn die Traktion verloren geht, wird das Fahrzeug wahrscheinlich auf der Unterseite stehen . Der seitliche Abstand der Räder verhindert kein Umkippen, diese Fahrzeuge verhalten sich und werden wie einspurige Fahrzeuge gesteuert .
  • Fahrzeuge mit aktiver Neigung wie der James FTC (Free To Castor) verwenden die Geometrie des Aufhängungs- / Lenksystems, um den Fahrtrichtungsweg des Fahrzeugs zu steuern
  • Fahrzeuge mit aktiver Neigung sind so konstruiert, dass sie beim Anhalten oder in Bewegung jederzeit eine Wankstabilität aufweisen . Wenn die Traktion verloren geht, werden die Fahrzeuge nicht nach unten fahren . Bei diesen Fahrzeugen wird der seitliche Abstand des Radsatzes effektiv genutzt, um zusätzliche Stabilität zu schaffen.

In allen Fällen kann der Kippmechanismus einfach abschließbar sein, um das Fahrzeug beim Anhalten oder Parken aufrecht zu halten. Passive oder aktive Kippsysteme können dem durch die Schwerkraft verursachten Rollmoment nicht einfach entgegenwirken, da sich gezeigt hat, dass ein Fahrzeug dadurch praktisch nicht mehr steuerbar ist, obwohl derzeit diskutiert wird, ob es wirklich nicht steuerbar ist oder nicht.

Gehäuse

Gehäuse können Fahrer vor Witterungseinflüssen schützen und einen geringeren Luftwiderstand ermöglichen .

  • Nicht geschlossene Fahrzeuge können eine freie oder passive Neigungssteuerung verwenden, da der Fahrer beim Anhalten immer noch einen Fuß setzen kann. Der Fahrer ist für die Steuerung der Neigung verantwortlich, genau wie bei einem zweirädrigen Fahrrad oder Motorrad.
  • Geschlossene Fahrzeuge, bei denen der Fahrer den Boden nicht erreichen kann, müssen eine aktive Neigungssteuerung bieten, entweder automatisch oder vom Fahrer, um das Fahrzeug beim Anhalten aufrecht zu halten.

Lenkung

Die Lenkung erfordert, dass die Achse (n) des Vorderrads (der Vorderräder) einen endlichen Winkel mit der Achse (n) des Hinterrads (der Hinterräder) bilden, dh nicht parallel sind. Diese Fehlausrichtung kann auf verschiedene Arten erreicht werden, und normalerweise drehen sich die Vorderräder um eine Lenkachse relativ zum Rest des Fahrzeugs und zu den Hinterrädern. Eine bemerkenswerte Ausnahme, die bereits oben erwähnt wurde, ist der Toyota i-Road mit Hinterradlenkung .

Gegensteuern

Einige Kipptrikes sind zwangsweise gekippt, z. B. der Carver , bei dem das Gegenlenken nicht vom Bediener gesteuert wird. Einige Versionen des Modells führten eine automatische Gegenlenkung ein, um die Neigungsgeschwindigkeit zu erhöhen und die zum Kippen des Fahrzeugs erforderliche Kraft zu verringern. Andere Fahrzeuge mit erzwungener Neigung können eine automatische Gegenlenkung enthalten. 1984 wurde ein Prototyp eines kippbaren, mehrspurigen, frei geneigten Fahrzeugs entwickelt, das eine automatische Gegenlenkung verwendet und keine Auswuchtfähigkeiten erfordert.

In den letzten Jahren ist eine größere Auswahl an kippbaren Dreirädern aufgetaucht, die manuell gesteuertes Gegenlenken wie bei einem Motorrad wie dem Piaggio MP3 oder Yamaha Niken verwenden .

Frei für die Rolle

Eine Fahrzeugvariante besteht darin, die gelenkten Räder indirekt zu steuern, indem sie zusammen mit der Fahrzeugkarosserie gekippt werden. Dieses System wird als frei von Rollen [FTC] bezeichnet. Die Richtungssteuerung eines FTC-Rads ist nicht besonders stark, wie die Räder eines Einkaufswagens zeigen , und die Lenkräder drehen sich aufgrund einer seitlichen Belastung. Wenn die Lenkachse jedoch nicht vertikal ist, wird die Richtungsstabilität über 16 km / h sehr stark durch die dynamischen Kräfte gesteuert. Wenn das Lenkrad an der Vorderseite eines schmalen Kippfahrzeugs angebracht ist, stellt sich die Lenkradrolle automatisch auf den richtigen Lenkwinkel für die Neigung und die Geschwindigkeit des Fahrzeugs. Ein System kann unter 16 km / h (10 mph) verwendet werden, um die Leistung bei langsamer Geschwindigkeit zu verbessern, wenn die lenkbaren Räder mit abnehmender Fahrzeuggeschwindigkeit schrittweise zur Neigungsbewegung des Fahrzeugs erfasst werden.

Beispiele

Siehe auch

Verweise

Literaturverzeichnis