Устройство принудительного наклона или предотвращения наклона двухколёсного транспортного средства с помощью маховиков
DEVICE FOR FORCED TILT OR TILT PREVENTION OF TWO-WHEELED VEHICLE BY MEANS OF FLYWHEELS

Изобретение относится к рубрике B62K 11/00 Международной патентной классификации (мотоциклы; мотороллеры; мотовелосипеды c одним или двумя колёсами).
Область техники, к которой относится изобретение
Данное изобретение относится к производству двухколёсных транспортных средств, преимущественно мотоциклов.
Уровень техники
Известно изобретение US 2013/0233100 A1, которое также пригодно для стабилизации двухколёсного транспортного средства. В нём также использованы маховики, но принцип работы изобретения другой: в изобретении US 2013/0233100 A1 стабилизация транспортного средства осуществляется за счёт гироскопического момента (реакция маховика на смену положения полярной оси). В данном изобретении стабилизация транспортного средства осуществляется за счёт момента реактивных сил маховика (далее -  «реактивный момент»), возникающих в результате его раскручивания или торможения. Гироскопический момент и реактивный момент – взаимно перпендикулярные векторные величины.
К недостаткам изобретения US 2013/0233100 A1 относятся относительная сложность реализации и меньшая эффективность стабилизации транспортного средства при одних и тех же используемых маховиках (те же размеры и масса маховика). Это следует из того, что при повороте оси маховика (в изобретении US 2013/0233100 A1), он продолжает вращение вокруг полярной оси. При торможении же маховика в данном изобретении, его можно почти мгновенно остановить полностью. Это говорит о том, что в данном изобретении кинетическая энергия маховика может практически мгновенно быть полностью потрачена на полезную работу по наклону транспортного средства.
Раскрытие изобретения
Сущность изобретения состоит в использовании кинетической энергии вращения маховика для наклона или предотвращения наклона двухколёсных транспортных средств.
Существенные признаки изобретения:
- маховик;
- устройство раскручивания маховика;
- устройство торможения маховика (возможно совмещение вместе с устройством раскручивания маховика);
- устройство управления раскручиванием и торможением маховика;
- рабочее положение оси маховика: по направлению движения транспортного средства;
- устройство торможения маховика так соединено с рамой транспортного средства (непосредственно или через другие конструкции), что при торможении маховика его реактивный момент передаётся раме.
Задачи, на которые направлено изобретение, и результаты его использования
Задача 1. Объезд препятствий в аварийных ситуациях.
Наиболее частой и опасной причиной аварий с двухколёсными мотоциклами является неожиданный выезд перед мотоциклом автомобиля. Мотоциклист не может в этом случае ни затормозить, ни объехать. Затормозить невозможно, так как расстояние до препятствия слишком мало.
Рассмотрим, почему невозможно объехать. Дело в том, что при поворотах мотоцикл необходимо наклонить в сторону поворота, то есть изменение траектории от прямолинейной и наклон мотоцикла неразрывно связаны. Если резко и на большой угол повернуть руль налево, мотоциклист упадёт направо (и наоборот). Сам наклон, достаточный для объезда препятствия, занимает довольно продолжительное время (около 1…3 секунд), которых в аварийной ситуации у мотоциклиста нет. Обычно при движении на большой скорости наклон мотоцикла достигается путём контрруления: если мотоциклист хочет поехать налево, кратковременно поворачивает руль направо (в результате чего мотоцикл заваливается налево), после чего мотоциклист плавно и продолжительно  поворачивает руль налево (как бы удерживая мотоцикл от заваливания налево).
Результат. Применение данного изобретения позволит водителю экстренно изменить траекторию движения (наклонив мотоцикл с помощью данного изобретения), не прибегая к контррулению.
Задача 2. Стабилизация двухколёсного транспортного средства.
Неудобство, с которым сталкиваются начинающие мотоциклисты – потеря устойчивости мотоцикла на малых скоростях, что особенно важно при проезде рядом со стоящими машинами. Пытаясь устранить сваливание мотоцикла в сторону, водитель интуитивно стремится выровнить движение мотоцикла путём поворота руля в сторону сваливания. А это может привести к наезду на рядом находящийся автомобиль.
Результат. Применение данного изобретения позволяет водителю выровнить положение транспортного средства без поворота руля.
Задача 3. Повышение манёвренности и сцепления с дорогой.
Результат. Применение данного изобретения позволит повысить манёвренность и увеличить сцепление с дорогой при выходе из поворота (из-за вращающего момента сил, выравнивающего мотоцикл).
Также,  при срыве контакта с дорогой в повороте, использование данного изобретения может восстановить сцепление покрышек с дорогой.
Результат - избежание падения.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 показан мотоцикл, оснащённый устройством принудительного наклона или предотвращения наклона мотоцикла с помощью маховиков, аксонометрическая проекция.
На фиг. 2 показан фрагмент того же мотоцикла, что на фиг. 1, вид сбоку, проекция ортогональная.
В приведённом примере мотоцикл имеет два маховика 1, вращающихся в противоположных направлениях (показано стрелками). Каждый маховик насажен на вал устройства раскручивания 2. Устройство раскручивания 2 закреплено на раме мотоцикла, имея одну степень свободы: поворот вокруг вертикальной оси (управляемый).
На устройстве раскручивания 2 закреплено устройство торможения 3, имеющее выдвигающуюся дугообразную тормозную колодку.
Устройство управления раскруткой и торможением маховика 4 – это рукоятка, аналогичная рукоятке ручного тормоза. Имеется всего две рукоятки 4, расположенные симметрично на руле; они задействуют разные тормоза маховиков.
Имеются две рукоятки переднего тормоза 5, расположенные симметрично на руле; они дублируют друг друга.
Осуществление изобретения
Рассмотрим простейший вариант реализации, показанный на фиг. 1 и фиг. 2.
В качестве устройства раскручивания 2 использован электродвигатель, запитанный от аккумулятора мотоцикла. В качестве устройства торможения 3 – выдвижная дугообразная тормозная колодка.
В качестве устройства управления раскруткой и торможением маховика используются дополнительные рукоятки 4 (аналогичные рукоятке ручного тормоза). При отпущенной рукоятке происходит набор оборотов маховика, при нажатой рукоятке – торможение. В данном примере раскручивание происходит автоматически до номинальных оборотов. Рассматриваемая модель мотоцикла имеет автоматическую коробку передач, а на месте левой рукоятки сцепления находится рукоятка переднего тормоза 5, дублирующая симметричную правую рукоятку переднего тормоза.
Включается данное изобретение с помощью электрического выключателя (на фиг. не показан). В результате включения подаётся напряжение от штатного аккумулятора на оба устройства раскручивания 2, которые раскручивают маховики 1 в противоположных направлениях, как показано стрелками на фиг. 1. При одновременном раскручивании, маховики не вызовут наклон мотоцикла. Через некоторое время маховики наберут номинальные обороты и будут готовы к использованию.
Рассмотрим ситуацию, когда перед движущимся на высокой скорости мотоциклистом возникает препятствие. Допустим, мотоциклист принимает решение уйти направо. Для резкого наклона мотоцикла вправо, водитель нажимает рукоятку 4, расположенную справа на руле, которая приводит в действие тормоз, останавливающий вращение маховика 1, вращающегося по часовой стрелке (если смотреть сзади мотоцикла). Торможение маховика вызывает реактивный момент, который через устройство раскрутки маховика 2 (на ось которого насажен маховик) передаётся на раму мотоцикла, вызывая наклон мотоцикла по часовой стрелке. Одновременно с наклоном мотоцикла направо, водитель поворачивает руль направо, благодаря чему сворачивает от препятствия на высокой скорости. При необходимости, водитель может сбросить скорость, воспользовавшись ручным тормозом (нажав рукоятку 5 слева) и ножным тормозом. При необходимости, после такого резкого поворота направо, водитель может аналогично повернуть налево.
Рассмотрим ситуацию, когда мотоциклист едет рядом с машиной на низкой скорости, и мотоцикл наклоняется на машину справа. Тогда мотоциклист может выровнить положение мотоцикла лёгким нажатием рукоятки 4, расположенной слева.
Рассмотрим ситуацию, когда мотоциклист проходит правый поворот, сильно наклонив мотоцикл направо. Пройдя апекс поворота, гонщик может нажать левую рукоятку 4. Это вызовет выравнивание мотоцикла и повысит сцепление колёс с дорогой, что позволит гонщику прибавить газу на выходе из поворота без ухода в занос.
Мы рассмотрели простейший пример реализации изобретения, показывающий возможность его осуществления. Далее кратко рассмотрим особенности реализации изобретения, улучшающие его.
Рассмотрим ситуацию, когда один маховик имеет номинальные обороты, а второй маховик раскручивается после остановки (то есть неодновременное раскручивание маховиков). Раскручивание маховика будет вызывать наклон мотоцикла в сторону, который надо скомпенсировать наклоном мотоцикла в другую сторону. Например, после резкого поворота направо с торможением соответствующего маховика, мотоцикл не следует выравнивать до вертикального положения, а следует удерживать под небольшим углом направо на время раскрутки маховика (при этом мотоцикл сохраняет прямолинейное движение).
Для того чтобы избежать вынужденного наклона мотоцикла при раскручивании маховика, устройство раскручивания маховика может иметь дополнительный привод, поворачивающий маховик вокруг экваториальной оси (например, вокруг вертикальной оси, как показано на фиг. 1 и 2). Так, перед раскручиванием маховика до номинальных оборотов, плоскость маховика поворачивается на 90 градусов (положение раскручивания) – в этом положении раскручивание маховика не вызовет наклона мотоцикла. После набора маховиком номинальных оборотов, он возвращается в рабочее положение.
Замечание относительно установки данного изобретения на существующие мотоциклы. Предлагаемое устройство может быть закреплено спереди или сзади мотоцикла, где есть свободное место. Желательно при установке совместить ось маховиков с центром тяжести снаряжённого мотоцикла – в этом случае эффективность работы изобретения будет максимальной.
Замечание относительно рукояток устройства управления раскруткой и торможением маховика (4). Для того чтобы сохранить традиционное расположение органов управления на руле мотоцикла, можно рукоятки 4 заменить ножными педалями, установленными на подножки. Так, при повороте правой ступни направо, будет задействован маховик, опрокидывающий мотоцикл направо, и симметрично – для левой стороны мотоцикла.