AKTIVNÍ ZMĚNA GEOMETRIE RÁMU MOTOCYKLU – VEDENÍ PŘEDNÍ VIDLICE Moderní technologie i elektronika umožňují v současné době vyrábět stále bezpečnější, komfortnější, rychlejší motocykly. Ale jak docílit, aby motocykl byl ještě univerzálněji použitelný, než kdy dřív? Existují možnosti, jak docílit pomocí kompromisních řešeních jeho univerzálnosti nebo… Aplikovat patentovaný výsledek vývoje a výzkumu v rámci projektu Pre-seed II Strojírenství na Vysoké škole báňské technické univerzitě Ostrava – Aktivní změnu geometrie rámu motocyklu – vedení přední vidlice. Je to přímý směr k dosažení maximalizace užitné hodnoty motocyklu.
obr. 1
obr. 2
Zásadními faktory, které mají vliv na jízdní projev motocyklu, jeho ovladatelnost, stabilitu v zatáčkách i v rychlostech jsou spolu s hmotností a nastavením podvozku, rozvor kol (hodnota l1, obr. 1), úhel hlavy řízení (hodnota α1, obr. 1), závlek předního kola (hodnota n1, obr. 1). Vyvinuté aktivní uložení přední vidlice tyto tři hodnoty dokáže měnit v rozsahu až 3° u úhlu hlavy řízení (mezi minimální hodnotou α 1 a maximální α 2 na obr. 2), rozvor v rozsahu 65 mm (mezi minimální hodnotou l1 a maximální l2 na obr. 2). Rozsah mezi minimálním a maximálním závlekem kola je závislá od délky vidlice a zvoleného ráfku předního kola.
obr. 3
obr. 4
obr. 5
Patentovaný mechatronický systém uložení vidlice je předurčen pro motocykly se standardním uchycením přední vidlice bez zásahu do nosného rámu (obr. 3, 4, 5), tudíž je po určité modifikaci aplikovatelný na většinu motocyklů.
Skládá se z těchto hlavních částí (obr. 6): 1. horní nosník vidlice s vedením pro mechanismus nastavení sklonu vidlice 2. mechanismus nastavení sklonu vidlice pohybovými šrouby 3. výklopné ložisko umožňující axiální posuv 4. synchronizační převodovka pohybových šroubů 5. šnekové kolo převodovky 6. stejnosměrný elektromotor obr. 6
7. spodní nosník vidlice s uložením pro kloubové ložisko.
Instalovaný elektromotor umožňuje měnit geometrii v průběhu jízdy plynule mezi minimálními a maximálními hodnotami geometrie přední vidlice. A to buď v manuálním režimu, kdy si jezdec dle aktuální situace mění charakteristiku ze snadno ovladatelného, agilního motocyklu (město, horské silnice – obr. 7) na vysoce stabilní stroj s velkým rozvorem a závlekem kola (dálnice aj. – obr. 8) pomocí kolébkového přepínače na řídítkách dle svých požadavků. Součástí vyvinutého systému je však také autonomní řídící jednotka, která umožňuje provozovat tento systém aktivní změny geometrie v automatickém režimu. Mezi manuálním a automatickým režimem přepíná jezdec. Řídící jednotka obsahuje software, který vyhodnocuje parametry jízdy jako je rychlost motocyklu, akcelerace, decelerace (zpomalení) a náklon motocyklu, a dle těchto údajů upravuje geometrii zavěšení předního kola. Taktéž je zde zabudovaný bezpečnostní prvek celé aktivní změny, kdy se zastaví funkce celého systému při složitých jízdních situacích a nebezpečných manévrech.
obr. 7
obr. 8
AKTIVNÍ ZMĚNA GEOMETRIE UČINÍ Z KOMPROMISNĚ UNIVERZÁLNÍHO MOTOCYKLU SKUTEČNĚ UNIVERZÁLNÍ + změna geometrie motocyklu možná za jízdy + pozitivní přínos pro jízdní vlastnosti a bezpečnost jízdy + možnost manuálního nebo automatického režimu + aplikovatelné bez nutnosti změn na nosném rámu motocyklu + vhodné pro velkosériovou i malosériovou výrobu Pro možnost navázání komerční spolupráce, nebo získání více informací nás kontaktujte na: VŠB – TU Ostrava, Fakulta strojní KAT 330 – Katedra aplikované mechaniky 17. listopadu 15, 708 33 Ostrava-Poruba doc. Ing. Radim Halama, Ph.D. e-mail:
[email protected] tel.: 597 321 288 http://www.fs.vsb.cz/330
ACTIVE CHANGE OF THE FRAME GEOMETRY OF A MOTORCYCLE – THE FRONT FORK Modern technology and electronics currently allow producing even safer, more comfortable and faster motorcycles. But how can we make motorcycles even more universally useable than before? There are a few options that will allow us to achieve this through compromising their versatility or... We can apply the patented result from the research and development from the Pre-seed II Engineering project at the VŠB Technical University of Ostrava entitled - Active change of the frame geometry of a motorcycle – the front fork. This provides a direct way to maximize the utility value of a motorcycle.
fig. 1
fig. 2
Along with its weight and chassis adjustment, its wheelbase (l1, fig. 1), angle of the steering head (α1, fig. 1) and trail of the front wheel (n1, fig. 1) are the principal factors that affect a motorcycle’s driving performance, its manoeuvrability and its stability when cornering and at while at high speeds. The developed active mounting of the front fork can change these three values at a range of up to 3° of the steering head angle (between the minimal value of α1 and the maximal value of α2, fig .2) and the wheelbase at a range of 65 mm (between the minimal value of l1 and the maximal value of l2, fig. 2). The range between the minimal and maximal wheel trail depends on the length of the fork and the size of the front wheel rim.
fig. 3
fig. 4
fig. 5
The patented mechatronic system of front fork mounting is intended for motorcycles with a standard front fork attachment without interfering with the bearing frame (fig. 3, 4, 5), so after undergoing slight modifications, it is applicable for most motorcycles.
It consists mainly of these parts (fig. 6): 1. The upper fork support with a guide for a tilt adjustment mechanism; 2. A fork tilt adjustment mechanism with moving screws; 3. A hinged bearing for axial movement; 4. A synchronising gear for the moving screws; 5. A worm gear; 6. A DC motor; fig. 6
7. A bottom fork support with attachment for a spherical bearing.
While driving, the installed electric motor allows the rider to fluently change the geometry between the minimal and maximal values of the front fork’s geometry. All of this can be done in manual mode where the rider changes the configuration according to his/her current situation from an easily manoeuvrable, agile motorcycle (city, mountain roads - fig. 7) to a highly stable vehicle with a large wheel base and trail (motorways, etc. - fig. 8) through a rocker switch on the handle bars. An autonomous control unit is also part of this system. This unit allows for an active geometry change in automatic mode. The rider can switch between manual and automatic mode. The control unit includes software that evaluates various parameters such as speed, acceleration, deceleration and tilt of the bike and changes the front suspension geometry in accordance with these values. This system also contains a built-in safety element throughout its entire active change that prevents it from functioning during difficult driving situations and dangerous manoeuvres.
fig. 7
fig. 8
AN ACTIVE GEOMETRY CHANGE WILL MAKE A UNIVERSAL MOTORCYCLE TRULY UNIVERSAL! + change the geometry of the motorcycle while driving + positive impact on driving performance and safety + option for either manual or automatic mode + applicable without the need to change the bearing frame of the motorcycle + suitable for both large-scale and small batch production In order to establish a commercial relationship or in order to get more information, please contact us at: VŠB – TU Ostrava, Fakulta strojní KAT 330 – Katedra aplikované mechaniky 17. listopadu 15, 708 33 Ostrava-Poruba doc. Ing. Radim Halama, Ph.D. e-mail:
[email protected] tel.: 597 321 288 http://www.fs.vsb.cz/330
AKTIVE VERÄNDERUNG DER GEOMETRIE DES MOTORRADRAHMENS – FÜHRUNG DER VORDERRADGABEL Dank moderner Technologie und Elektronik werden heute immer sicherere, komfortablere und schnellere Motorräder hergestellt. Aber wie kann man erzielen, dass das Motorrad noch universeller zu verwenden ist, als jemals zuvor? Es gibt Möglichkeiten, seine Universalität mit Hilfe von Kompromisslösungen zu erreichen oder… man kann das patentierte Ergebnis der Entwicklung und der Forschung im Rahmen des Projekts Pre-seed II Maschinenbau an der Bergakademie – der Technischen Universität Ostrava – Aktive Veränderung der Geometrie des Motorradrahmens – Führung der Vorderradgabel anwenden. Es ist der direkte Weg zur Maximalisierung des Nutzwertes des Motorrads.
Abb. 1
Abb.2
Die wichtigsten Faktoren, die Einfluss auf die Fahreigenschaften eines Motorrads, auf seine Stabilität in den Kurven und die Geschwindigkeit haben, sind neben dem Gewicht und der Einstellung des Fahrgestells vor allem der Radstand (Wert l1, Abb. 1), der Lenkkopfwinkel (Wert α1, Abb. 1) und der Nachlauf des Vorderrads (Wert n1, Abb.1). Die entwickelte aktive Lagerung der Vorderradgabel kann diese drei Werte im Umfang bis zu 3° beim Lenkkopfwinkel (zwischen dem Mindestwert α 1 und dem Maximalwert α 2 auf dem Abb. 2) und beim Radstand im Umfang von 65mm (zwischen dem Mindestwert l1 und dem Maximalwert l2 auf dem Abb. 2) ändern. Der Umfang zwischen dem minimalen und dem maximalen Nachlauf des Vorderrads hängt von der Länge der Gabel und der gewählten Felge des Vorderrads ab.
Abb. 3
Abb. 4
Abb. 5
Das mechatronische Lagerungssystem der Gabel ist für Motorräder mit Standard-Befestigung der Vorderradgabel ohne Eingriff in den Tragrahmen (Abb. 3, 4, 5) vorbestimmt, es ist also nach bestimmter Modifizierung für die meisten Motorräder anwendbar.
Es besteht aus folgenden Hauptteilen (Abb. 6): 1. der obere Träger der Gabel mit der Führung für den Mechanismus der Einstellung der Gabelneigung; 2. Mechanismus der Einstellung der Gabelneigung durch Gewindespindeln; 3. kippbares Lager, das Axialverschiebung ermöglicht; 4. Synchronisationsgetriebe von Gewindespindeln; 5. Schneckenrad des Getriebes; 6. Gleichstrom-Elektromotor; 7. der untere Träger der Gabel mit der Lagerung für Gelenklager. Abb. 6 Der installierte Elektromotor ermöglicht es, die Geometrie während der Fahrt fließend zwischen den Mindest- und Maximalwerten der Geometrie der Vorderradgabel umzuschalten. Dies ist entweder im manuellen Regime möglich, wo der Fahrer nach der aktuellen Situation und seinen Forderungen die Charakteristik des Fahrzeugs mit Hilfe eines Wippenschalters an der Lenkstange von einem einfach bedienendem, agilen Motorrad (Stadt, Bergstraßen – Abb. 7) zu einer hochstabilen Maschine mit einem großen Radstand und Nachlauf (Autobahn usw. – Abb. 8) ändert. Ein Bestandteil des entwickelten Systems ist jedoch auch eine selbstständige Leiteinheit, die es ermöglicht, dieses System der aktiven Veränderung der Geometrie im automatischen Regime zu betreiben. Zwischen dem manuellen und dem automatischen Regime schaltet der Fahrer um. Die Leiteinheit enthält ein Software, das die Parameter der Fahrt wie z. B. Geschwindigkeit des Motorrads, Beschleunigung, Verlangsamung und Neigung des Motorrads auswertet, und in Abhängigkeit von diesen Angaben passt es die Geometrie des Aufhängens des Vorderrads an. Es gibt hier ebenfalls ein Sicherheitselement der ganzen aktiven Veränderung, wo die Funktion des ganzen Systems in komplizierten Fahrsituationen und bei gefährlichen Manövern eingestellt wird.
Abb. 7
Abb. 8
DIE AKTIVE VERÄNDERUNG DER GEOMETRIE MACHT AUS EINEM KOMPROMISS-UNIVERSAL-MOTORRAD WIRKLICH EIN VIELSEITIGES MOTORRAD + Veränderung der Geometrie des Motorrads ist während der Fahrt möglich + positiver Beitrag zu den Fahreigenschaften und der Fahrsicherheit + Möglichkeit eines manuellen oder automatischen Regimes + anwendbar ohne Notwendigkeit von Veränderungen am Tragrahmen des Motorrads + geeignet für die Groß- und Kleinserienfertigung Falls Sie sich für die Möglichkeit kommerzieller Zusammenarbeit interessieren oder mehr Informationen benötigen, kontaktieren Sie uns unter: VŠB – TU Ostrava, Fakulta strojní KAT 330 – Katedra aplikované mechaniky 17. listopadu 15, 708 33 Ostrava-Poruba doc. Ing. Radim Halama, Ph.D. e-mail:
[email protected] tel.: 597 321 288 http://www.fs.vsb.cz/330
SISTEMA PER LA MODIFICA ATTIVA DELLA GEOMETRIA DEL TELAIO DEL MOTOCICLO - GUIDA DELLA FORCELLA ANTERIORE Moderne tecnologie e sistemi elettronici consentono attualmente di costruire i motocicli più sicuri, più confortevoli e più veloci. Ma come fare per ottenere un motociclo ancora più universale? Esistono delle possibilità di come raggiungere - applicando le soluzioni di compromesso - il massimo dell’universalità… Applicare il risultato brevettato ottenuto in base allo sviluppo e indagine nell’ambito del progetto Pre-seed II dell’ingegneria meccanica all‘Università mineraria tecnica Ostrava (Vysoká škola báňská technická univerzita Ostrava) – Attiva modifica della geometria del telaio del motociclo - la guida della forcella anteriore. È un modo diretto per raggiungere massimizzazione del valore utile del motociclo.
fig. 1
fig. 2
I fattori base che influenzano la guida del motociclo, sono la sua manovrabilità, la stabilità nelle curve e durante la guida con certe velocità; tutto ciò insieme al peso, telaio, interasse delle ruote (valore l1, fig. 1), angolo della testa della guida (valore α1, fig. 1), avancorsa della ruota anteriore (valore n1, fig. 1). Accoppiamento attivo della forcella anteriore consente la modifica di questi tre valori nell’ambito di 3° nell’angolo della testa della guida (tra il valore minimo α 1 e il valore massimo α 2 in fig. 2), interasse nell’ambito di 65mm (tra il valore minimo l1 e il valore massimo l2 in fig. 2). Il valore tra l’avancorsa minima e massima della ruota dipende dalla lunghezza della forcella e il cerchio della ruota anteriore.
fig. 3
fig. 4
fig. 5
Sistema brevettato meccatronico dell’accoppiamento della forcella è indicato ai motocicli con accoppiamento standard della forcella anteriore senza qualsiasi alterazione del telaio portante (fig. 3, 4, 5), quindi dopo leggera modifica è applicabile alla maggior parte dei motocicli.
È composto delle seguenti parti principali (fig. 6):
fig. 6
1. trave superiore della forcella con la guida per il meccanismo per inclinazione della forcella; 2. meccanismo dell’inclinazione della forcella, assicurato tramite le viti mobili; 3. cuscinetto ribaltabile che consente lo spostamento assiale; 4. cambio sincronizzato delle viti di trasmissione di moto; 5. la coclea del cambio; 6. motore elettrico a corrente continua; 7. trave inferiore della forcella con accoppiamento per il cuscinetto articolare.
Il motore elettrico installato consente la modifica della geometria in modo continuo durante la guida tra i valori minimi e massimi della geometria della forcella anteriore. Questa modifica può essere effettuata nel regime manuale, quando il guidatore in base alla situazione attuale cambia la caratteristica della moto - partendo da una moto facilmente comandabile, agile (la guida adatta per la città, strade di montagna - fig. 7) in una moto con grande interasse e avancorsa della ruota (autostrade, ecc. – fig. 8) tramite interruttore a levetta posto sul manubrio della moto. Fa parte del sistema anche l’unità di controllo autonoma che consente il funzionamento di questo sistema per la modifica attiva della geometria nel regime automatico. La commutazione tra il regime manuale e automatico è effettuata dal guidatore. L’unità di controllo è completa di software, che valuta i parametri della guida - la velocità della moto, accelerazione, rallentamento e inclinazione della moto e in base a questi dati modifica la geometria di sospensione della ruota anteriore. Nella struttura è incorporato anche elemento di sicurezza del sistema per la modifica attiva della geometria che consente l’arresto della funzione dell’intero sistema nelle situazioni di guida complicate e in caso di manovre pericolose.
obr. 7
obr. 8
IL SISTEMA PER LA MODIFICA ATTIVA DELLA GEOMETRIA RENDE UNA MOTO “COSIDDETTA” UNIVERSALE UNA MOTO VERAMENTE! + modifica della geometria del motociclo può essere eseguita durante la guida + effetto positivo sulle caratteristiche di guida e sicurezza durante la guida + possibilità del regime manuale o automatico + applicabile senza la necessità di modifiche sul telaio portante del motociclo + adatto per la produzione in piccole e grandi serie In caso di dell’interesse di collaborazione o per ulteriori informazioni potete contattarci al: VŠB – TU Ostrava, Fakulta strojní KAT 330 – Katedra aplikované mechaniky 17. listopadu 15, 708 33 Ostrava-Poruba doc. Ing. Radim Halama, Ph.D. e-mail:
[email protected] tel.: 597 321 288 http://www.fs.vsb.cz/330
