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Articulo de referencia

Triciclo basculante

Vandenbrink Carver (1F1T) Triciclo reclinado Tripendo, un triciclo basculante de tres ruedas (2F3T) Yamaha Niken del 2018 UWM PantherTrike , un triciclo reclinado, basculante y ...

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Vandenbrink Carver (1F1T)
Triciclo reclinado Tripendo, un triciclo basculante de tres ruedas (2F3T)
Yamaha Niken del 2018
UWM PantherTrike , un triciclo reclinado, basculante y de vía estrecha impulsado por energía humana (1F3T)

Un triciclo basculante , triciclo inclinable o simplemente basculante , es un vehículo de tres ruedas , generalmente de vía estrecha, cuya carrocería y/o ruedas se inclinan en la dirección de un giro . [ 1 ] Estos vehículos pueden tomar curvas sin volcar a pesar de tener una vía estrecha , ya que pueden equilibrar parte o la totalidad del momento de balanceo causado por la aceleración centrípeta con un momento de balanceo opuesto causado por la gravedad, como lo hacen las bicicletas y las motocicletas . [ 1 ] Esto también reduce la aceleración lateral experimentada por el conductor, lo que algunos encuentran más cómodo que la alternativa. El perfil estrecho puede resultar en una menor resistencia aerodinámica y una mayor eficiencia de combustible . [ 2 ] Este tipo de vehículos también se han descrito como "vehículos de ancho humano" (VMH). [ 2 ]

Al igual que con los triciclos que no se inclinan, existen diversas opciones viables en cuanto a la disposición de las ruedas, cuáles son direccionales y cuáles son motrices. Además, existen diversas opciones viables para determinar qué ruedas se inclinan y cuáles no.

Terminología

Debido a que se trata de un campo emergente con muchas configuraciones de vehículos diferentes, muchos colaboradores individuales diferentes y aún sin ninguna tecnología claramente dominante, se utiliza una gran cantidad de terminología potencialmente confusa:

  • Los términos inclinación , balanceo y giro se utilizan de forma algo intercambiable, dependiendo del contexto y del autor, generalmente para referirse a la rotación alrededor de un eje longitudinal del vehículo.
  • Los términos «estable» y «estabilidad» se utilizan habitualmente en este contexto para describir si el vehículo se inclina, se ladea o se balancea según lo desee el conductor. Al igual que con la estabilidad direccional , un vehículo se considera estable sobre su eje longitudinal si vuelve a la orientación vertical/recta sin necesidad de sujetarlo, e inestable si no lo hace. La estabilidad de un vehículo puede variar con su velocidad de avance, y puede ser inherente al vehículo o generada por el conductor u otro controlador activo. Por ejemplo, las bicicletas no presentan estabilidad cuando están paradas, simplemente se caen, pero pueden mostrar autoestabilidad si ruedan hacia adelante a la velocidad adecuada, incluso sin conductor. Por otro lado, los vehículos con sistema de inclinación activa presentan estabilidad de balanceo en todo momento y están diseñados para no volcar en una curva. Los vehículos con sistema de inclinación pueden presentar casi cualquier combinación de los comportamientos anteriores, debido a cualquier combinación de su geometría, distribución de masa, características de la suspensión , la entrada del conductor u otro sistema de control activo .
  • Los términos activo , pasivo y libre generalmente se refieren a cómo se controla el ángulo de inclinación, directa o indirectamente. El control "activo" generalmente requiere algún sensor , alguna capacidad para calcular una respuesta, como un controlador de retroalimentación , y algún actuador que requiere fuentes de energía. El control "pasivo" y el control "libre" significan que no hay sensores, comparaciones, cálculo de respuesta o actuadores y el vehículo se controla como una bicicleta o motocicleta [ 3 ] "Libre" y "pasivo" generalmente significan que el vehículo se inclina como una bicicleta o motocicleta, y el conductor debe controlar el ángulo de inclinación indirectamente dirigiendo el vehículo.
  • Los términos directo e indirecto suelen referirse a cómo se aplica el control activo. En un triciclo de inclinación libre o pasiva, el conductor puede aplicar directamente un par de dirección que, a su vez, controla indirectamente el ángulo de inclinación, como en las bicicletas y motocicletas. En cambio, en un triciclo de giro libre, el conductor puede aplicar directamente un par de balanceo que, a su vez, controla indirectamente el ángulo de dirección.
  • Los términos "highside " y "lowside" son expresiones que ya se utilizan comúnmente en el mundo de las motocicletas para describir las formas en que la carrocería de estos vehículos puede colisionar con el suelo.

Ventajas e inconvenientes

Los beneficios potenciales de la inclinación, en comparación con la alternativa rígida, incluyen:

  • La capacidad de equilibrar el momento generado por la aceleración lateral en una curva, debido a la alta velocidad, el radio de giro reducido o ambos, con un momento contrario causado por la gravedad, implica que estos vehículos no tienen por qué ser bajos, anchos ni lentos. Además, dado que la estabilidad ya no depende de la distancia entre ejes, el centro de masas no tiene por qué estar cerca del eje ancho, sino que puede ubicarse en cualquier punto entre los ejes delantero y trasero para optimizar otras características de rendimiento, como la comodidad de la marcha o el rendimiento de frenado.
  • Inclinarse en las curvas, como hacen las bicicletas y las motocicletas, permite que la aceleración neta que experimentan el vehículo y el conductor se alinee siempre con el plano medio del vehículo. Los conductores pueden encontrar esto más agradable que la alternativa, y los componentes del vehículo, como el chasis, las ruedas y los neumáticos, evitan grandes cargas laterales.
  • Una vía estrecha entre ejes significa que el vehículo no requiere tanta calzada y puede experimentar menos resistencia aerodinámica debido a una sección transversal más pequeña.
  • Dependiendo de cómo se implemente la inclinación, un vehículo basculante puede orientarse independientemente de la pendiente transversal , como por ejemplo desde la corona de una carretera o un arcén blando .

Las desventajas de la inclinación, en comparación con la alternativa rígida, incluyen:

  • El mecanismo de inclinación, libre o controlado, requiere más elementos constructivos en comparación con las motocicletas de dos ruedas, mientras que la suspensión independiente de los vehículos rígidos de tres ruedas puede ser más compleja.
  • El control de la inclinación requiere algún tipo de sistema de control automatizado o un comportamiento diferente por parte del piloto, como el contramanillar .

Configuraciones

Disposición de las ruedas

Al igual que con los triciclos en general, las dos configuraciones principales de ruedas son:

Regla de la rueda gemela : En muchos países que siguen las regulaciones de la UE, una disposición de dos ruedas en el mismo eje se considera una sola rueda, siempre que la distancia entre los centros de los puntos de contacto no supere los 460 mm (18 pulgadas) . Esto permite que los vehículos que cumplen con este límite dimensional se clasifiquen como motocicletas. Por lo tanto, dichos vehículos estarían sujetos a todas las prescripciones técnicas aplicables a las motocicletas, en lugar de a los triciclos motorizados o vehículos de cuatro ruedas. [ 4 ]  

Ruedas direccionales

La dirección en las ruedas traseras tiende a ser inestable direccionalmente, por lo que la gran mayoría de los triciclos emplean dirección en las ruedas delanteras. [ 5 ] Una excepción notable es el Toyota i-Road . [ 6 ] En el caso de la dirección en dos ruedas, generalmente se hace alguna adaptación para tener en cuenta los diferentes radios de sus trayectorias, como la geometría de dirección de Ackermann .

Ruedas motrices

Se puede accionar tanto la rueda delantera como la trasera, pero accionar una rueda cerca de su fuente de energía suele ser más sencillo que accionar una rueda en el otro extremo del vehículo; accionar una sola rueda suele ser más sencillo que accionar un par de ruedas; y accionar una rueda que permanece alineada con su fuente de energía es más sencillo que accionar una rueda que se inclina o gira con respecto a su fuente de energía. Dos configuraciones de tracción comunes son:

Las configuraciones de unidades menos comunes incluyen:

  • Acciona dos ruedas basculantes en la parte trasera. [ 7 ]
  • Acciona una rueda basculante en la parte delantera. Un ejemplo es el Rose-Hulman Ragnarök que se muestra a continuación.

Asientos

Como ocurre con los triciclos en general, los asientos pueden ser verticales, como en el Piaggio MP3 , o reclinados , como en el MEV Tilting Trike . Si el vehículo está diseñado para acomodar a un segundo pasajero, los asientos suelen estar dispuestos en tándem para mantener el perfil estrecho, como en el CLEVER .

Recinto

El conductor puede estar totalmente expuesto, como en la Tripendo, detrás de un carenado o parabrisas , como en la Piaggio MP3 , bajo una capota, como en la Honda Canopy , o totalmente cerrado, como en la Vandenbrink Carver .

Fuerza

La potencia puede provenir del conductor, como en la Tripendo, de baterías y motores eléctricos, como en la Toyota i-Road , o de motores de combustión interna convencionales, como en la Yamaha Tricity .

Inclinación

Cualquier número de ruedas puede inclinarse, y las ventajas de las ruedas inclinables son que las ruedas no necesitan soportar grandes cargas laterales, [ 1 ] y los neumáticos montados en ellas pueden generar empuje de inclinación , lo que puede reducir la necesidad de un ángulo de deslizamiento para generar fuerza de giro . [ 8 ] Las configuraciones incluyen:

  • Una rueda delantera y solo la delantera se inclina, lo que se conoce como 1F1T (es decir, una delantera se inclina). Algunos ejemplos notables son el Ariel 3 , el triciclo basculante MEV , el Honda Canopy , el Vandenbrink Carver y el CLEVER .
  • Una rueda delantera y las tres se inclinan, lo que se conoce como 1F3T (es decir, una delantera y tres se inclinan). Un ejemplo se puede ver en el Rose-Hulman Ragnarök que aparece en la imagen inferior y en el UWM PantherTrike que aparece en la imagen superior.
  • Dos ruedas delanteras y solo la rueda trasera se inclina, lo que se denomina 2F1T (es decir, dos delanteras y una se inclina). [ 9 ]
  • Dos ruedas delanteras y las tres inclinables, lo que se conoce como 2F3T (dos delanteras y tres inclinables). Algunos ejemplos notables son la Piaggio MP3 , la Yamaha Tricity y la Toyota i-Road .

En el caso de que las dos ruedas contiguas se inclinen, es necesario algún tipo de enlace mecánico para coordinar su inclinación. Las implementaciones incluyen:

  • Alguna variante de uno o más paralelogramos , como en el Tripendo que se muestra arriba y en el Mercedes-Benz F300 Life Jet Concept Vehicle que se muestra abajo. Esto se ha empleado en configuraciones de triciclo tipo renacuajo y delta.
  • Algunos forman un par de brazos oscilantes , posiblemente conectados por algún tipo de manivela acodada . [ 10 ] Esto tiende a emplearse en configuraciones de triciclos delta.
  • Algún tipo de manivela , en cuyo caso las dos ruedas no están directamente una al lado de la otra. [ 1 ] Esto suele emplearse en configuraciones de triciclos delta.
  • Algún tipo de coordinación entre horquillas telescópicas paralelas , como en la Yamaha MWT-9 que se muestra arriba y la Yamaha Niken que se muestra abajo.

Debido a la inclinación, no necesariamente hay transferencia de carga lateral entre las ruedas al tomar curvas, por lo que la regla general sobre el subviraje de los tadpoles y el sobreviraje de los deltas no necesariamente se aplica. [ 11 ] Si el mecanismo de inclinación tiene alguna limitación en el ángulo de inclinación, entonces la aceleración lateral que el vehículo puede experimentar sin volcar será función del ángulo de inclinación máximo posible, la vía del eje y la ubicación del centro de masa . [ 11 ]

Control de inclinación libre, pasivo o activo

  • Los vehículos de inclinación libre y pasiva se controlan como una bicicleta o una motocicleta, en cuyo caso se requiere contramanillar . [ 12 ] Los vehículos de inclinación controlada activamente son aquellos en los que el conductor u otro controlador ajusta directamente el ángulo de inclinación. [ 13 ] Entre los vehículos en los que el conductor tiene control directo sobre el ángulo de inclinación se incluyen la General Motors Lean Machine, en la que el conductor controlaba la inclinación con pedales, [ 14 ] y la Tripendo, en la que el conductor controla la inclinación manualmente con una palanca. [ 15 ] Un controlador activo puede calcular el ángulo de inclinación deseado a partir de una combinación de aceleración lateral y entrada de dirección, y puede establecer dicho ángulo con una combinación de actuadores mecánicos, eléctricos o hidráulicos. [ 16 ]
  • Los vehículos de inclinación libre/pasiva no poseen estabilidad alrededor de su eje de balanceo cuando están parados. Para remediar este problema, algunos de inclinación libre/pasiva utilizan bloqueos o restricciones de inclinación a bajas velocidades. Algunos utilizan un freno aplicado al mecanismo de inclinación, otros utilizan ajustes progresivos de estabilidad de balanceo. Los vehículos de inclinación libre/pasiva poseen autoestabilidad cuando se mueven hacia adelante con suficiente tracción, como las bicicletas y las motocicletas , y si se pierde la tracción, es probable que el vehículo se incline hacia abajo . [ 13 ] El espaciado lateral de las ruedas no evita el vuelco, estos vehículos se comportan y se controlan como vehículos de una sola vía .
  • Los vehículos de inclinación activa están diseñados para poseer estabilidad de balanceo en todo momento, ya sea detenidos o en movimiento, y si se pierde tracción, los vehículos no se desviarán lateralmente . [ 16 ] En estos vehículos, el espaciado lateral del conjunto de ruedas se utiliza eficazmente para crear estabilidad adicional.

En todos los casos, el mecanismo de inclinación puede simplemente bloquearse para facilitar que el vehículo se mantenga en posición vertical cuando está detenido o estacionado. [ 17 ] Además, los sistemas de inclinación pasivos o activos no pueden simplemente contrarrestar el momento de balanceo causado por la gravedad, ya que se ha demostrado que esto hace que un vehículo sea prácticamente inmanejable, [ 18 ] aunque existe un debate en curso sobre si realmente es inmanejable o no. [ 18 ]

Recintos

Los cerramientos pueden proteger al/los motorista/s de las inclemencias del tiempo y permiten reducir la resistencia aerodinámica .

  • Los vehículos sin cabina cerrada pueden utilizar un sistema de control de inclinación libre o pasivo, ya que el conductor puede apoyar el pie en el suelo incluso cuando está detenido. El conductor es responsable de controlar la inclinación, al igual que lo haría en una bicicleta o motocicleta.
  • Los vehículos cerrados, en los que el ocupante no puede tocar el suelo, deben contar con algún tipo de control de inclinación activo, ya sea automático o manual, para mantener el vehículo en posición vertical cuando está detenido.

Gobierno

La dirección requiere que el/los eje/s de la/s rueda/s delantera/s formen un ángulo finito con el/los eje/s de la/s rueda/s trasera/s, es decir, que no sean paralelos. Esta desalineación puede lograrse de diversas maneras, y normalmente la/s rueda/s delantera/s gira/n alrededor de un eje de dirección con respecto al resto del vehículo y la/s rueda/s trasera/s. Una excepción notable, ya mencionada anteriormente, es el Toyota i-Road con dirección en las ruedas traseras . [ 6 ]

Contrarrégimen

Algunos triciclos basculantes se inclinan de forma forzada, como el Carver , donde el contravolante no es controlado por el operador. Algunas versiones del modelo introdujeron un contravolante automático para aumentar la velocidad de inclinación y reducir la fuerza necesaria para inclinar el vehículo. Otros vehículos de inclinación forzada pueden incorporar contravolante automático. [ 19 ] En 1984 se desarrolló un prototipo de vehículo basculante multirraíl de inclinación libre que emplea contravolante automático y no requiere ninguna habilidad de equilibrio. [ 20 ]

En los últimos años ha aparecido una gama más amplia de vehículos de tres ruedas basculantes que utilizan un sistema de contramanillar controlado manualmente, como una motocicleta, por ejemplo la Piaggio MP3 o la Yamaha Niken .

Libre para castor

Una variante del vehículo consiste en controlar la(s) rueda(s) direccional(es) indirectamente inclinándola(s) junto con la carrocería; este sistema se conoce como FTC ( Free to Castor ). El control direccional de una rueda FTC no es particularmente fuerte, como demuestran las ruedas de un carrito de la compra , y la(s) rueda(s) giratoria(s) girará(n) debido a cualquier carga lateral aplicada. Sin embargo, si el eje de dirección no es vertical, la estabilidad direccional por encima de aproximadamente 16 km/h (10 mph ) está fuertemente controlada por las fuerzas dinámicas. Si la rueda giratoria está fijada a la parte delantera de un vehículo estrecho con inclinación, la rueda giratoria se colocará automáticamente en el ángulo de dirección correcto para la inclinación y la velocidad del vehículo. Se puede utilizar un sistema por debajo de 16 km/h (10 mph ) para mejorar el rendimiento a baja velocidad, donde la(s) rueda(s) direccional(es) se adaptan progresivamente a la inclinación del vehículo a medida que disminuye la velocidad. [ 21 ]    

Ejemplos

Véase también

Referencias

  1. 1 2 3 4 Stephen Nurse; Mark Richardson; Robbie Napper (septiembre de 2015). "Triciclos basculantes de propulsión humana: principios, diseños y nuevos desarrollos" . Foro Australasiano de Investigación del Transporte . Recuperado el 18 de octubre de 2018 .
  2. 1 2 Pauwelussen, JP (1999). "El comportamiento dinámico de vehículos de ancho humano con un mecanismo automático de inclinación activa" . TUDelft . Recuperado el 12 de noviembre de 2018 .
  3. ↑ Jignesh Sindha; Basab Chakraborty; Debashish Chakravarty (7 de febrero de 2017). "Control automático de estabilidad de vehículos de tres ruedas: desarrollos recientes y preocupaciones hacia una tecnología sostenible". Actas de la Institución de Ingenieros Mecánicos, Parte D: Revista de Ingeniería Automotriz . 232 (3): 418– 434. doi : 10.1177/0954407017701285 . S2CID 115787151. Control de inclinación pasivo. Los 3W con un grado de libertad adicional que permite al conductor inclinar el vehículo durante el giro se clasifican como 3W con control de inclinación pasivo. Control de inclinación activo. El cálculo en tiempo real de la fuerza de giro y la fuerza gravitacional, que actúa en el CG, debe llevarse a cabo para evaluar el ángulo de inclinación requerido durante el control automático de los actuadores. 
  4. ↑ «Propuesta de enmiendas a la Resolución consolidada sobre la construcción de vehículos» (PDF) . Comisión Económica para Europa de las Naciones Unidas. 8 de enero de 2019. Consultado el 16 de diciembre de 2019 ."Ruedas gemelas" significa dos ruedas situadas en el mismo eje, que se consideran una sola rueda, de modo que la distancia entre los centros de las zonas de contacto con el suelo sea igual o inferior a 460 mm.
  5. ↑ Timothy Smith (30 de enero de 2009). "Esta es una descripción de cómo construir un triciclo con dirección en las ruedas traseras y tracción delantera" . Asociación Internacional de Vehículos de Propulsión Humana . Consultado el 27 de octubre de 2018. Los movimientos bruscos de la dirección desplazan tu peso con el giro y desestabilizan el triciclo.
  6. 1 2 Alex Davies (13 de noviembre de 2015). "El peculiar Toyota i-Road no se parece a nada que haya conducido antes" . Wired . Consultado el 16 de diciembre de 2019. A bajas velocidades, la única rueda trasera se encarga de la dirección.
  7. ↑ Edelmann; Plöchl; Lugner (18 de mayo de 2011). "Modelado y análisis de la dinámica de un vehículo de tres ruedas basculante" . Dinámica de sistemas multicuerpo . 26 (4): 469– 487. doi : 10.1007/s11044-011-9258-7 . S2CID 119512934. Consultado el 15 de noviembre de 2018 . 
  8. ↑ Dan Roe (4 de noviembre de 2016). "Los experimentos con bicicletas de este profesor podrían cambiar tu forma de montar en bicicleta" . Bicycling . Consultado el 5 de noviembre de 2018. El empuje de la inclinación es la capacidad de un neumático para generar fuerza cuando se inclina durante un giro.
  9. ↑ Sahil; Oza; Malankiya (2015). "Diseño y estabilidad de triciclo reclinado" . Recuperado el 2 de noviembre de 2018 .
  10. ↑ Ben Coxworth (11 de marzo de 2011). "El triciclo eléctrico Deliver-E se desenvuelve con tranquilidad en terrenos irregulares" . New Atlas . Consultado el 27 de octubre de 2018 .
  11. 1 2 Robert Q. Riley; Tony Foale (23 de julio de 2018). "La estabilidad dinámica de los vehículos de tres ruedas en aplicaciones de tipo automotriz" . Robert Q. Riley Enterprises . Recuperado el 5 de noviembre de 2018. La configuración de una sola rueda delantera sobrevira naturalmente y la configuración de una sola rueda trasera subvira naturalmente.
  12. ↑ James Robertson (febrero de 2014). "Control activo de la dinámica de vehículos basculantes estrechos (tesis doctoral)" (PDF) . Universidad de Bath . Consultado el 26 de diciembre de 2019. Al igual que con el control de inclinación pasivo, se requiere un mecanismo de estabilización adicional a velocidades muy bajas y cuando el vehículo está parado.
  13. 1 2 Berote; van Poelgeest; Darling; Edge; Plummer (2014). "La dinámica de un vehículo basculante de tres ruedas de vía estrecha" . Recuperado el 2 de noviembre de 2018 .
  14. ↑ "General Motors Lean Machine" . Small Cars Club. 21 de mayo de 2017. Consultado el 13 de julio de 2019 .
  15. ↑ Craig J. Cornelius (29 de noviembre de 2018). "Aerion: un triciclo eléctrico-pedal optimizado para todo tipo de clima" . Consultado el 2 de noviembre de 2018 .
  16. 1 2 Adrian Padeanu (2 de mayo de 2018). "Un vehículo de tres ruedas con motor de Clase A, tracción trasera y una carrocería que se inclinaba en las curvas" . Motor1.com . Consultado el 27 de octubre de 2018 .
  17. ↑ Adam Ruggiero (18 de marzo de 2015). "El futuro del transporte impulsado por energía humana es un triciclo" . GearJunkie . Consultado el 27 de octubre de 2018 .
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  19. ↑ Poelgeest, A; Edge, KA; Darling, J. (noviembre de 2007). Desarrollo de un controlador de inclinación de dirección para un vehículo basculante de tres ruedas .
  20. ↑ Mike McCarthy (enero de 1987). "Un futuro rentable para los coches inclinables" . Wheels Magazine . págs. 12–13 . Consultado el 18 de noviembre de 2014 . 
  21. ↑ Jeffrey Too Chuan TAN; et al. (2016). "Dinámica de dirección de un vehículo de vía estrecha basculante con diseño de rueda delantera pasiva" . Journal of Physics: Conference Series . 744 (1) 012218. Bibcode : 2016JPhCS.744a2218T . doi : 10.1088/1742-6596/744/1/012218 . 

Bibliografía

  • Poelgeest, A., Edge, KA y Darling, J., 2007. Desarrollo de un controlador de inclinación de dirección para un vehículo basculante de tres ruedas . En : Congreso y Exposición Internacional de Ingeniería Mecánica de la ASME , 1 de noviembre de 2007, Seattle, Washington.
  • Triciclos basculantes - Patentes
  • Diseño, implementación y análisis de vehículos motorizados de tres ruedas con sistema de inclinación . Tesis de Choa-Chin Weng. 18 de julio de 2005. En chino. Resumen en inglés.
  • Estabilidad dinámica de vehículos de tres ruedas en aplicaciones de tipo automotriz . Robert Q. Riley.
  • Carver Uno