TW201437064A - 控制多線輪車車身傾斜的裝置 - Google Patents

Abstract

本發明係一種控制多線輪車車身傾斜的裝置，該裝置包含：一第一線型構造、一第二線型構造以及一限制裝置，該限制裝置更包含一基座、一轉動裝置、一對片狀彈簧以及一限位件；該裝置可依據車速進行調整，以提供不同的傾車剛性及容許傾車角度，於車體處於一第一狀態時，該限位件位於一第一極端位置，該限位件的一對滾輪與該第二線型構造接觸，此時，該裝置提供的傾車剛性最大、容許傾車角度最小；於該第一狀態轉換至一第二狀態期間，該限位件移向一第二極端位置，該傾車剛性隨之減小、該容許傾車角度隨之增加。

Description

控制多線輪車車身傾斜的裝置

本發明係關於一種控制多線輪車車傾斜的裝置；特別關於一種控制車身傾斜的裝置，該裝置係利用限位件與片狀彈簧，該限位件決定車身的容許傾車角度及該片狀彈簧的有效變形長度；在承受軸向壓力與彎曲力矩時，該片狀彈簧的有效變形長度決定傾車剛性。

近年來，能源缺乏，石油危機，再加上環保意識的抬頭，電動機車越來越被人們看重。電動機車是一種乾淨、節省能源的運輸工具，但是目前市面上的電動機車，都面臨同樣的問題，即續航力太低的缺點。此缺點使得電動車沒有受到消費者的普遍青睞。針對續航力低的缺點，最直接的改善方法即是增加電池數量。但就二輪車的角度而言，電池數量越多，車身越重，騎乘或無動力移位也就越困難。

為了提升重車之穩定與安全，現今有窄身多輪(譬如三輪)機車販售於國際市場中。此型車大都只有兩個傾車的控制狀態：1)鎖定(完全剛性，無傾角)；2)鬆鎖(無剛性，傾角只受制於一個固定的最大值)。前者使得該車具有雙線車 (double-track vehicle)的性能，後者則具有單線車的性能。因此，這種車身傾斜的控制方式無法連續地給予駕駛者〝人車一體〞(即人車一致地抗衡離心力)之感受。尤甚者，由於兩個控制狀態的差異極大，基於安全上的考量，由鬆鎖變成鎖定的切換必須由駕駛者啟動，而且必須在滿足某些其它條件之下(譬如低車速且怠速油門)，控制系統方允許駕駛者為之。反之，由鎖定變成鬆鎖的切換不必然需要駕駛者啟動；在前述條件不成立時，控制系統逕行鬆鎖。故實用上，僅當駕駛者欲以怠速油門讓機車減速至完全停止，當駕駛者欲無動力移位，或停放機車時，才會使用鎖定功能。換言之，此種鎖定功能無助於機車低速運作時之穩定。

車身傾斜可以多種方式為之。例如，含有一輪的部分車身之傾斜、含有並列兩輪的部分車身之傾斜、全車傾斜等。本發明係為一種控制多線輪車車身傾斜的裝置。此裝置可用於任何一種傾車方式。無論車身傾斜方式為何，車身結構必定含有兩種不同方位的線型構造，即第一線型構造與第二線型構造，此二線型構造彼此樞接，其樞接軸線即為傾車軸線，請參照第1圖，該圖所示為含有一輪的部分車身之傾斜的例子，第一線型構造具有一參考面，此參考面通過且平行於該傾車軸線，並且該參考面平行於該第一線型構造之方向。該第一線型構造與該第二線型構造具有一夾角，該夾角 與九十度角之差異即為傾車角度。

本發明能使車身近於連續地隨車速改變傾車剛性與容許傾車角度。車速較低時，本裝置提供較大的傾車剛性，並且許以較小的容許傾車角度，反之，本裝置提供較小的傾車剛性，並且許以較大的容許傾車角度。

本發明之主要目的在於譲駕駛者在任何車速情況下，皆以人車一體的直覺操控轉彎，不必擔心低速時的不穩定，更不必伸腳著地來維持平衡。

本發明之又一目的在於藉著控制容許傾車角度之限位件的滑動，在煞車時幫助扶正車身，以提高行車安全。

為達到上述目的，本發明提供一種控制車身傾斜的裝置，包括：一基座、一限位件以及一對片狀彈簧；該基座通常固定於該第一線型構造；該限位件具有一對滾輪，該限位件相對於該基座僅具有一位移的自由度，藉由該對滾輪之一者與該第二線型構造接觸，以決定車身的容許傾車角度；一對片狀彈簧，該對片狀彈簧的一端固定於該基座，該對片狀彈簧的另一端具有一滾子，該滾子在該第二線型構造上滾動，以提供傾車剛性，同時，該片狀彈簧的有效變形長度隨該限位件之位置而改變，又該片狀彈簧的結構剛性隨有效變形長度而改變，故傾車剛性隨該限位件之位置而改變。

為讓上述目的、技術特徵和優點更明顯易懂，下文係以控制車身傾斜的裝置的一實施例配合所附圖式進行詳 細說明。

1‧‧‧控制車身傾斜的裝置

11‧‧‧第一線型構造

12‧‧‧第二線型構造

13‧‧‧限制裝置

14‧‧‧避震器

15‧‧‧車輪

16‧‧‧前架

17‧‧‧後架

131‧‧‧基座

132‧‧‧限位件

133‧‧‧片狀彈簧

134‧‧‧轉動裝置

135‧‧‧彈簧

1311‧‧‧片狀彈簧固定架

1312‧‧‧導引軸

1313‧‧‧導引軸底座

1314‧‧‧導引軸頂座

1321‧‧‧滾輪

1322‧‧‧導引槽

1331‧‧‧滾子

1341‧‧‧致動器

1342‧‧‧曲柄

1343‧‧‧連桿

第1圖為第一線型構造，第二線型構造，與傾車角度的解說圖例。

第2圖係本發明之一實施例側視圖。

第3圖係本發明之一實施例正視圖。

第4圖係本發明之限位件的第一極端位置示意圖。

第5圖係本發明之限位件的第二極端位置示意圖。

第6圖係本發明之限位件的第二極端位置另一示意圖。

第7圖係本發明之傾車力矩、傾車角度與車速三者關係圖。

車身傾斜可以多種方式為之。例如，含有一輪的部分車身之傾斜、含有並列兩輪的部分車身之傾斜、全車傾斜等。本發明係為一種控制車身傾斜的裝置。此裝置可用於任何一種傾車方式。以下提供本發明的一個實施例，並加以說明。此實施例適用於含有並列兩輪的部分車身傾斜或全車傾斜。

請參閱第2圖，該圖所示為含有並列兩輪的部分車身傾斜或全車傾斜的例子。此例具有一對第一線型構造11、一對第二線型構造12、一對避震器14及一對車輪15。此例另具有一第一線型構造，該第一線型構造包含一前架16、 一後架17。該複數個第一線型構造與一第一方向100彼此平行；該對第二線型構造則與一第二方向200彼此平行，其中，該第一方向及該第二方向之間具有一夾角，該夾角與九十度角之差異即為傾車角度。該對第一線型構造11與該對第二線型構造12樞接成一平行四邊形結構，該前架16與該後架17分別樞接於該平行四邊形結構的前後。此外，該對避震器14的一端與該對第一線型構造11樞接，該對車輪15係對應於該對避震器14，提供車子的穩定度。

請一併參閱第2圖、第3圖、第4圖及第5圖，第3圖為含有本發明之此實施例的正視圖，第4圖與第5圖分別為限位件132的第一極端位置與第二極端位置之示意圖，該控制車身傾斜的裝置1包含一基座131、一限位件132、一對片狀彈簧133、一轉動裝置134以及複數個彈簧135。該基座131包含一對片狀彈簧固定架1311、複數個導引軸1312、一對導引軸底座1313與一對導引軸頂座1314，該基座131與該前架16及該後架17連接。須注意的是，第4圖及第5圖並無顯示該後架17、部分導引軸1312及部分彈簧135，目的是為了提供更清楚的圖示以呈現該控制車身傾斜的裝置的核心元件群。該限位件132與該複數個導引軸1312成滑動組合，使得該限位件132相對於該基座131僅具有一線性移動的自由度。該限位件132具有一對滾輪1321，藉由該對滾輪1321之一者與該第二線型構造12接觸，以決定車身的容許傾車角度。故容許傾車角度取決於 該限位件132相對於該基座131之位置。該對片狀彈簧133與該複數個導引軸1312平行，該對片狀彈簧133通過該限位件132內之導引槽1322，並與該限位件132成線性滑動組合，且該對片狀彈簧133的一端固定於該片狀彈簧固定架1311。故該對片狀彈簧133暴露於該導引槽外的有效變形長度，取決於限位件132相對於該基座131之位置，此導致，該片狀彈簧133的結構剛性，亦取決於該限位件132相對於該基座131之位置。該片狀彈簧133的另一端具有一滾子1331，該滾子1331的軸心與該片狀彈簧133具有一偏位，該對滾子1331的其中任一者可與該第二線型構造12接觸，而在該第二線性構造12上滾動，此時，該片狀彈簧133的結構剛性提供傾車剛性。該轉動裝置134置於該前架16與該後架17之間，該轉動裝置134包含一致動器1341、一曲柄1342、一連趕1343，該曲柄1342的一端與該致動器1341連接，該曲柄1342的另一端與該連桿1343的一端樞接，該連桿1343的另一端與該限位件132樞接。當該致動器1341轉動時，透過該曲柄1342與該連桿1343的連動，進而帶動該限位件132，進行相對於該基座131的線性移動。該複數個彈簧135平行於該導引軸1312，該複數個彈簧135的一端與該限位件132連接，該複數個彈簧135的另一端與該基座131連接，該複數個彈簧135的主要功能為儲存彈性位能，以助於該轉動裝置134帶動該限位件132，以下會加以詳細說明。

綜合以上結構敍述與分析可知，藉該致動器1341 轉動，可改變該限位件132相對於該基座131之位置，進而控制容許傾車角度與傾車剛性。該限位件132相對於該基座131有一第一極端位置和一第二極端位置。以下將就該二極端位置，以及於該二極端位置時與其間之容許傾車角度與傾車剛性，加以說明。

請參閱第4圖，該圖所示為本發明的限位件132的第一極端位置之示意圖。當該限位件132位於該第一極端位置時，該對滾輪1321皆與該第二線型構造12接觸，使得該容許傾車角度具有一最小值，此時車體所處之狀態稱為一第一狀態。同時，該彈簧135因壓縮而儲存的彈性位能，有助於該轉動裝置134帶動該限位件132離開該第一極端位置。由於傾車剛性及該片狀彈簧132的結構剛性兩者與該片狀彈簧132的有效變形長度成負相關，當該限位件132位於該第一極端位置時，該片狀彈簧133的有效變形長度最小，傾車剛性及該片狀彈簧133的結構剛性則最大。

請參閱第5圖及第6圖，該圖所示為本發明的限位件132的第二極端位置之示意圖及另一示意圖。當該限位件132位於該第二極端位置時，即該限位件132與該對導引軸頂座1314接觸，該容許傾車角度具有一最大值，此時車體所處之狀態稱為一第二狀態。同時，該彈簧135因拉伸而儲存的彈性位能，有助於該轉動裝置134帶動該限位件132離開該第二極端位置。當該限位件132位於該第二極端位置時，該片狀彈 簧133的有效變形長度最大，傾車剛性及該片狀彈簧133的結構剛性則最小。

車體由該第一狀態轉換至該第二狀態的期間，該限位件132向該第二極端位置移動，該容許傾車角度與該片狀彈簧133的有效變形長度隨之增加，傾車剛性與該片狀彈簧133的結構剛性則隨之減小。

更進一步說明，當該轉動裝置134帶動該限位件132，直到該對滾輪1321皆與該第二線型構造12接觸時，該轉動裝置134之彈性內能遽增，當該轉動裝置134繼續些微帶動至一臨界點時，該彈性內能開始快速釋放，因此形成一過心鎖定作用(over-center locking)，可應用此作用於停車時，鎖定車身、防止車身傾倒。

本發明之控制車身傾斜的裝置1允許人工或自動控制系統，隨車速減小(增大)而降低(升高)限位件相對於該基座之位置，以使得車速較小(大)時，容許傾車角度較小(大)，而傾車剛性則較大(小)。藉此控制，能譲駕駛者在任何車速情況下，皆以人車一體的直覺操控轉彎，不必擔心低速時的不穩定，更不必伸腳著地來維持平衡。以下將就其原理加以說明。

請參閱第7圖，所示為本發明的傾車力矩、傾車角度與車速三者之關係圖。如圖所示，v表示車輛行駛的速度；θ表示車輛的傾車角度；M表示控制車身傾斜的裝置1施於 可傾斜之部分車身的力矩；α表示該車輛的容許傾車角度。須說明的是，該對片狀彈簧133之任一滾子1331與該第二線型構造12接觸時，由於該滾子1331的軸心與該片狀彈簧133具有一偏位，該片狀彈簧承133同時承受軸向壓力與彎曲力矩，故可產生結構剛性遞減之非線性變形與挫曲現象。

請繼續參閱第7圖，該圖以三種不同車速作為例子，針對車速、傾車剛性及傾車角度三者之關係加以說明。速度大小依序為v3，v2，v1。當車速為v1(最小車速)時，該限位件132的位置接近該第一極端位置，相較於車速v2與車速v3，在車速為v1時所對應的容許傾車角度為最小，傾車剛性則為最大，故騎乘者需要施予車身較大的傾車力矩才可以傾斜車輛，此時，裝置有本發明的車輛在低速時具有近乎雙線車的性能。當車速為v3(最大車速)時，該限位件132接近該第二極端位置，提供車輛最大的容許傾車角度，傾車剛性則為最小。此時，由於結構剛性遞減之非線性變形與挫曲現象，騎乘者可以施予車身一固定且微小的傾車力矩，即可讓車身傾斜角度持續增加，直到車身傾斜角度達到容許傾車角度為止。此挫曲現象的應用使得裝置有本發明的車輛在高速時具有完全的單線車的性能。

綜上所述，當車速較低時，慣性小，不足以依賴陀螺效應以穩定車身，但此時，本發明提供較大的傾車剛性，此為一種補償的作用，使得裝置有本發明的車輛具有較多的 多線輪車的低速穩定特性。反之，當車速較高時，慣性大，較可以依賴陀螺效應以維持車身穩定，此時，本發明提供較小的傾車剛性，使得裝置有本發明的車輛之駕駛者可輕易地藉由移動重心來改變傾車角度以避免多線輪車高速轉彎可能翻車的危險。

須說明的是，在任何車速下，本發明提供的傾車剛性為一有限值，故當車輛轉彎時，車輛可因離心力作用而傾斜，此現象與騎乘者的感受是一致的。因此，這種車身傾斜的控制方式可以連續地給予駕駛者〝人車一體〞(即人車一致地抗衡離心力)之感受。

本發明之又一目的在於藉著控制容許傾車角度之限位件132的滑動，在煞車時幫助扶正車身，以提高行車安全。作動機制如下所述：裝置有本發明之車輛在進行煞車時，該限位件132從高速時、距離該第一極端位置較遠的位置，經由該轉動裝置134的帶動，滑動至距離該第一極端位置較近的位置，同時，該對滾輪1321其中之一者可與該第二線型結構件12接觸，幫助扶正車身，減小傾車角度，以提高行車安全。

上述之實施例僅用來例舉本發明之實施態樣，以及闡釋本發明之技術特徵，並非用來限制本發明之保護範疇。任何熟悉此技術者可輕易完成之改變或均等性之安排均屬於本發明所主張之範圍，本發明之權利保護範圍應以申請專利範圍為準。

11‧‧‧第一線型構造

12‧‧‧第二線型構造

14‧‧‧避震器

15‧‧‧車輪

16‧‧‧前架

17‧‧‧後架

131‧‧‧基座

132‧‧‧限位件

133‧‧‧片狀彈簧

134‧‧‧轉動裝置

135‧‧‧彈簧

Claims (5)

1. 一種控制車身傾斜的裝置，包括：一第一線型構造，該第一線型構造與可傾斜的部分車身連接；一第二線型構造，該第二線型構造與地面平行；該第一線型構造與該第二線型構造彼此樞接，並具有一夾角，該夾角與九十度角之差異即為傾車角度；一限制裝置，限制該傾車角度的一最大值，該最大值稱為容許傾車角度，該限制裝置通常與該第一線型構造組合，該限制裝置包括：一基座，通常固定於該第一線型構造；一轉動裝置，包括一致動器；一對片狀彈簧，該片狀彈簧的一端固定於該基座，該片狀彈簧的另一端具有一滾子，該滾子的軸心與該片狀彈簧具有一偏位，當該滾子在該第二線性構造上滾動時，該片狀彈簧的結構剛性提供傾車剛性；一限位件，該限位件具有一對滾輪，該限位件與該基座成滑動組合，該限位件相對於該基座僅具有一位移的自由度，該位移受限於兩個極端位置，該限位件與該轉動裝置樞接，經由該轉動裝置帶動，改變該限位件之位置，藉由該滾輪與該第二線型構造接觸，決定該容許傾車角度，同時，該限位件之位置，決定該片狀彈簧的有效變形長度。 其特徵在於，於車體處於一第一狀態時，該限位件位於一第一極端位置，此時，該限位件的該對滾輪與該第二線型構造接觸，使得該容許傾車角度具有一最小值，該片狀彈簧的有效變形長度亦具有一最小值；當由該第一狀態轉換至一第二狀態的期間，該限位件移向一第二極端位置，該容許傾車角度隨之增加，該片狀彈簧的有效變形長度亦同時增加；於本發明之裝置處於該第二狀態時，該限位件位於該第二極端位置，該容許傾車角度具有一最大值，該片狀彈簧的有效變形長度亦具有一最大值。
2. 如請求項1所述之控制車身傾斜的裝置，其中該對片狀彈簧之任一滾子與該第二線型構造接觸時，該片狀彈簧承受軸向壓力與彎曲力矩，故可產生結構剛性遞減之非線性變形與挫曲現象，該片狀彈簧的結構剛性與挫曲極限取決於該片狀彈簧的有效長度，故該片狀彈簧的結構剛性與挫曲極限為可變的。
3. 如請求項1所述之控制車身傾斜的裝置，該轉動裝置具有一曲柄與一連桿，該曲柄與該致動器連接，該連桿兩端分別與該曲柄和該限位件樞接。
4. 如請求項1所述之控制車身傾斜的裝置，當該轉動裝置帶動該限位件，直到該對滾輪皆與該第二線型構造接觸時，該轉動裝置之彈性內能遽增，當該轉動裝置繼續些微帶動至 一臨界點時，該彈性內能開始快速釋放，因此形成一過心鎖定作用(over-center locking)。
5. 如請求項1所述之控制車身傾斜的裝置，該限位件與複數個彈簧的一端連接，當該限位件於該二極端位置之任一者時，該彈簧儲存最高的彈性位能，當車速驟增或驟減時，該彈性位能有助於該轉動裝置帶動該限位件離開該極端位置。