ВЕЗДЕХОД НА ГУСЕНИЧНОМ ХОДУ
CATERPILLAR ROVER

Изобретение относится к вездеходу на гусеничном ходу. Термин вездеход (All Terrain Vehicle) в контексте данного описания обозначает транспортное средство для использования вне дорог, которое имеет относительно небольшую опорную поверхность и предназначено только для водителя или для водителя и одного пассажира.
Общее отличие колесных вездеходов и вездеходов на гусеничном ходу состоит в следующем: колесный вездеход обычно имеет четыре колеса, сиденье типа седло (когда человек сидит с широко расставленными ногами) для водителя и руль, чтобы поворачивать передние колеса. Водитель может активно управлять транспортным средством, изменяя свое положение на сиденье, и, следовательно, изменяя баланс транспортного средства, исходя из конкретной ситуации при вождении. Это позволяет двигаться на высоких скоростях в условиях бездорожья. Однако колеса не подходят для универсального использования в условиях бездорожья, так как им не хватает сцепления с землей, или они имеют тенденцию к застреванию, например, в мягкой почве или в глубоком снегу.
Для применения в условиях мягкой почвы вездеход на гусеничном ходу является идеальным решением, так как направленная к земле нагрузка распределена по той части гусениц, которая соприкасается с поверхностью почвы, и, следовательно, нагрузка значительно снижена. Набор для замены колес на гусеницы для колесного вездехода описан в канадской заявке на выдачу патента СА-2,374,657, однако наилучшее сцепление с поверхностью и распределение нагрузки достигается полностью гусеничными транспортными средствами.
В канадской заявке на выдачу патента СА-2,141,777 раскрыт такой полностью гусеничный вездеход. Он содержит пару параллельных, контактирующих с землей гусениц, и джойстик, который позволяет водителю контролировать дифференциальную скорость двух гусениц для выполнения поворота транспортного средства. Водительское сиденье является сиденьем того типа, который используют в автомобилях, и оно позволяет водителю занимать устойчивое положение по отношению к джойстику, расположенному спереди от водителя. Однако такой тип управления выполнением поворота (джойстик), а также положение водителя, заданное типом и расположением сиденья, не позволяют водителю самопроизвольно перемещаться с тем, чтобы улучшить баланс транспортного средства в конкретной ситуации при вождении.
Раскрытие изобретения
Целью данного изобретения является создание вездехода на гусеничном ходу, который позволял бы водителю перемещаться с тем, чтобы изменять баланс транспортного средства применительно к определенной ситуации при вождении.
Согласно одному из аспектов изобретения вездеход на гусеничном ходу содержит корпус вездехода, пару бесконечных гусениц, контактирующих с землей, полностью поддерживающих корпус вездехода, двигатель внутреннего сгорания для приведения в движение гусениц, водительское сиденье, установленное на корпусе вездехода, а также средства для регулирования скорости и приспособление для выполнения поворота, которые позволяют водителю контролировать общую и дифференциальную скорость гусениц для того, чтобы, соответственно, регулировать скорость и поворачивать вездеход. Руль прикреплен с возможностью поворота к корпусу спереди от водительского сиденья, приспособление для выполнения поворота расположено таким образом, что им можно управлять, поворачивая руль, а средства для регулирования скорости расположены на руле, с тем, чтобы водитель мог вручную регулировать скорость транспортного средства.
Согласно другому аспекту изобретения вездеход на гусеничном ходу содержит корпус вездехода, пару бесконечных гусениц, контактирующих с землей, полностью поддерживающих корпус вездехода, двигатель внутреннего сгорания для приведения в движение гусениц, водительское сиденье, установленное на корпусе вездехода, а также средства для регулирования скорости и приспособление для выполнения поворота, которые позволяют водителю контролировать общую и дифференциальную скорости гусениц для того, чтобы, соответственно, регулировать скорость и поворачивать вездеход. Водительское сиденье - сиденье типа седло, а опоры для ступней водителя расположены по правую и левую стороны от сиденья, в положении между двумя гусеницами и по высоте между верхней частью гусениц и их нижней, контактирующей с землей, частью.
Ниже изобретение раскрыто подробно со ссылками на чертежи, иллюстрирующие приведенный в качестве примера вариант его выполнения.
Краткое описание чертежей
На Фиг.1 показан упрощенный чертеж вездехода на гусеничном ходу, вид сбоку.
На Фиг.2 показан упрощенный чертеж транспортного средства, приведенного на Фиг.1, вид сверху.
На Фиг.3 показан общий вид транспортного средства, приведенного на Фиг.1.
На Фиг.4 представлен общий вид того же транспортного средства с сечением, проведенным вдоль линии IV-IV, показанной на Фиг.2.
Описание предпочтительного варианта выполнения изобретения
Вездеход на гусеничном ходу, показанный на Фиг.1 (вид сбоку), содержит корпус 1 с передней частью 2 и задней частью 3. Направление от задней части 2 к передней части 3 соответствует его направлению при движении вперед 4 (прямому направлению движения). Транспортное средство содержит пару параллельных бесконечных гусениц 5, на чертеже видна только левая из них. Гусеницы установлены поверх колес гусениц, включающих в себя несущие колеса 6, ведущее колесо 7, натяжной шкив 8 и поддерживающие колеса 9. Несущие колеса 6 контактируют с внутренней поверхностью нижней части 10 гусениц 5 и полностью поддерживают корпус 1 транспортного средства, при этом поддерживающие колеса поддерживают верхнюю часть 11 гусениц.
Применение отдельных колес 6, 9, контактирующих, соответственно, с нижней и верхней частями 10, 11 гусениц, позволяет использовать упругую подвеску несущих колес, обеспечивающую большую вертикальную амплитуду колес, предпочтительно составляющую, по меньшей мере, 10 см. В приведенном примере каждое из несущих колес 6 установлено на отдельном поворотном рычаге 12, который соединен с возможностью поворота с корпусом 1 и удерживается в наклонном положении посредством амортизатора 13. Такая упругая система амортизирует неровности поверхности даже при высокой скорости движения.
Ведущие колеса 7 соединены с двигателем внутреннего сгорания для приведения в движение гусениц. Дополнительные детали указанной системы объяснены ниже со ссылкой на Фиг.4. Поворот транспортного средства осуществляют посредством регулирования дифференциальной скорости левой и правой гусениц, при этом нет контакта с землей какого-либо несущего поворачивающего элемента, такого, как передние колеса колесного вездехода или передние лыжи снегохода, которые обычно для выполнения поворота присоединены к поворачиваемому рулю. Автор данного изобретения, однако, установил, что такой руль 15, будучи использованным в полностью гусеничном вездеходе и применяемый так же, как в случае колесного вездехода, обеспечивает более хорошее управление транспортным средством, чем использованные ранее джойстики.
Водительское сиденье 16 установлено на корпус, а руль 15 установлен на корпус спереди от водительского сиденья 16. Такой руль 15 позволяет управлять выполнением поворота транспортного средства. Он соединен с гусеницами и выполнен так, что позволяет регулировать дифференциальную скорость, что приводит к повороту транспортного средства. Поворот может задействовать ускорение или замедление только одной гусеницы, либо ускорение обеих гусениц в противоположных направлениях. Руль 15 прикреплен с возможностью поворота к корпусу и выполнен так, что для того, чтобы совершить поворот направо или налево, его необходимо повернуть, соответственно, вправо или влево. Связь между рулем и гусеницами может включать в себя механические, электрические или гидравлические компоненты, или различные сочетания таких технологий, в зависимости, в частности, от той технологии, которая использована для приведения в движение гусениц. Руль выполнен так, что водитель поворачивает его влево или вправо с тем, чтобы транспортное средство повернуло, соответственно, налево или направо.
Одно из преимуществ руля по сравнению с джойстиком состоит в том, что руль содержит ручку 17 на каждом из его концов, при этом ручки 17 расположены на противоположных сторонах от оси поворота, в связи с чем посредством воздействия на обе ручки одновременно, без вращения руля, усилия легко передаются корпусу транспортного средства.
В процессе вождения руки водителя расположены на ручках руля, перемещения вбок корпуса водителя приводят к воздействию вертикально направленных сил разной силы на каждую из ручек, которые не являются командами (побудительной силой) к повороту. Это еще более важно в том случае, когда водитель занимает положение стоя при вождении. В этом случае необходимо избежать поворачивающего воздействия вертикально приложенных на ручки сил. Руль нечувствителен к вертикально приложенным силам, так как его ось поворота вертикальна. Однако наклон такой оси поворота к водительскому сиденью дает то преимущество, что расстояние от руля до водителя при повороте руля изменяется в меньшей степени. В связи с этим ось поворота руля предпочтительно отклонена от вертикали на угол α, который составляет от 0° до 40°.
В том случае, когда в тексте дана ссылка на вертикальное или горизонтальное расположение, предполагается, что транспортное средство стоит на горизонтальной поверхности.
Руль имеет такую форму, что в его серединном положении, то есть когда он не повернут ни направо, ни налево, ручки руля расположены практически параллельно горизонтальной плоскости и немного отклонены относительно друг друга на угол β, так, что свободные концы ручек направлены к задней части корпуса транспортного средства. Преимущество такой формы руля состоит в том, что когда водитель держится за ручки, его руки и предплечья расположены вдоль одной линии, при этом такое положение сохраняется и когда водитель сидит, и когда он ведет транспортное средство стоя. Оптимальное значение угла β между ручками зависит от расстояния между ручками. Предпочтительно используют рули такого размера и формы, которые известны для колесных вездеходов. Рули, для которых расстояние между внешними концами ручек составляет, по меньшей мере, 0,5 м позволяют достаточно хорошо управлять транспортным средством, однако, предпочтительно используют рули, для которых указанное расстояние составляет, по меньшей мере, 0,7 м. Угол β между ручками должен быть таким, чтобы предплечья водителя образовывали практически прямой угол с соответствующей ручкой. Однако может быть использован, например, и такой руль, в котором ручки расположены точно параллельно.
Приспособление для выполнения поворота, представленное выше, представляет собой поворачиваемый руль, работа которого происходит посредством поворота его вправо или влево, практически так же, как это происходит в отношении руля четырехколесного вездехода. Однако руль также может быть установлен отличным от описанного образом, либо к корпусу могут быть присоединены отдельные ручки для правой и левой рук водителя, предпочтительно в положениях, соответствующих положениям ручек поворачиваемого руля в его нейтральном положении.
Средства для регулирования скорости, соединенные с гусеницами для регулирования их общей скорости, которая представляет собой скорость движения транспортного средства, также расположены на руле (не показаны). Возможными примерами таких средств является поворачиваемая рукоять, такая, как поворачиваемая ручка газа мотоцикла, или рычаг управления дроссельной заслонкой, на который водитель воздействует большим пальцем одной из рук, как это известно для колесных вездеходов.
Вездеход на гусеничном ходу дополнительно снабжен тормозной системой, содержащей приспособления для управления торможением, такие, как рычаг ручного тормоза, которые также расположены на руле, что позволяет водителю затормозить при помощи, по меньшей мере, одной из рук. Такое сосредоточение важных элементов управления вождением транспортного средства на руле предоставляет водителю максимум свободы с точки зрения адаптации положения его тела к определенной ситуации, возникающей при вождении, в любое время.
Водительское сиденье 16 является сиденьем типа седло, опоры 19 для ступней водителя расположены по левую и правую стороны от водительского сиденья 16. Такая конфигурация обеспечивает достаточную устойчивость, но при этом позволяет водителю изменять положение своего корпуса. В прямом направлении движения 4 (движения вперед) опоры 19 для ступней расположены таким образом, что лодыжки водителя находятся на расстоянии 29 позади руля, что позволяет водителю занимать комфортное положение стоя во время вождения и изменять свое положение (сидя-стоя) без перемещения ступней. Положение опор 19 для ступней по отношению к планируемому положению сидя 22 на водительском сиденье предпочтительно является таким, что нижняя часть ноги водителя отклонена от вертикальной линии на угол χ, колени водителя расположены ближе к передней части 2 корпуса транспортного средства, чем его лодыжки. Это позволяет водителю легко принимать вертикальное положение (вставать).
В приведенном примере сиденье 16 проходит к задней части транспортного средства и является достаточно протяженным для размещения позади водителя пассажира 28. Опоры 19 для ступней также достаточно протяженные для того, чтобы можно было разместить ступни пассажира 28 за ступнями водителя 14.
Опора для ступней может представлять собой любую поверхность, на которую водитель может поместить ступни. Положение опор для ступней в описываемом примере показано на Фиг.2, на котором представлен вид сверху того же транспортного средства. Корпус содержит водоустойчивый кожух, нижняя часть которого расположена между двумя гусеницами. Такой кожух имеет практически закрытую платформу 21, которая отводит воду от кожуха, когда транспортное средство находится под дождем. Каждая из опор 19 для ступней находится в соответствующем углублении в платформе 21 и по высоте расположена между нижней частью 10 и верхней частью 11 гусениц. Такое низкое расположение опор для ступней позволяет расположить водительское сиденье также относительно низко, что вносит свой вклад в низкое расположение центра тяжести транспортного средства вместе с водителем.
Для передвижения по бездорожью распределение веса считается оптимальным, если центры тяжести транспортного средства и водителя расположены перпендикулярно относительно центра тяжести опоры транспортного средства. Опора транспортного средства представляет собой поверхность, на которой стоит транспортное средство, она состоит из поверхности нижней, входящей в контакт с землей, частью 10 двух гусениц. При прямом направлении движения (движении вперед) центр тяжести такой опорной поверхности расположен на середине нижней части гусениц. Следовательно, в предпочтительном варианте водительское сиденье расположено так, чтобы, при прямом направлении движения, отклонение от планируемого положения сидя водителя на сиденье от середины нижней части 10 гусениц не превышало 30% их длины.
Способность водителя посредством его перемещения оказывать влияние на баланс транспортного средства также зависит от опорной поверхности и общего веса транспортного средства. Чем меньше опорная поверхность и ниже вес, тем большее влияние на баланс способны оказать перемещения водителя. Предпочтительно, длина нижней части 10 гусениц 5 не превышает 2 м, а масса транспортного средства без нагрузки не превышает 450 кг.
На Фиг.3 показан общий вид того же транспортного средства, при этом более хорошо видна форма корпуса 1 с водоустойчивым кожухом 23 и платформой 21. Объем водоустойчивого кожуха 23 достаточен для того, чтобы транспортное средство могло плыть в воде. Верхние части 11 гусениц плывущего транспортного средства находятся над поверхностью воды, так что при нахождении в воде гусеницы также могут вращаться.
На Фиг.4 то же транспортное средство показано в перспективе с частичным разрезом, при этом кожух 23 и платформа 21 корпуса отрезаны по линии IV-IV, обозначенной на Фиг.2, в результате чего видна внутренняя часть транспортного средства. На чертеже видно, что корпус транспортного средства содержит рамную конструкцию 24, к которой прикреплены кожух 23 и платформа 21. Опоры 19 для ступней представляют собой часть платформы 21, и каждая из них расположена в углублении в платформе 21.
Также к раме прикреплены двигатель внутреннего сгорания и коробка передач 25. Лучше всего располагать эти элементы посередине транспортного средства, так, чтобы их центр тяжести был расположен перпендикулярно над центром тяжести опорной поверхности транспортного средства. В прямом направлении движения расстояние, на котором двигатель внутреннего сгорания и коробка передач 25 находятся от середины контактирующих с землей нижних частей 10 гусениц, предпочтительно не превышает 30% от их длины. То же самое относится и к двигателю внутреннего сгорания самому по себе, если нет коробки передач, или если используют отсоединяемую коробку передач.
Также показана трансмиссия 26, которая соединяет вал двигателя с ведущими колесами 7 гусениц через дифференциальную передачу 27. Однако могут быть использованы многие другие системы приведения в движение:
например, двигатель внутреннего сгорания может приводить в действие генератор, производящий электричество, ведущие колеса могут быть приведены в действие при помощи электродвигателей, или двигатель внутреннего сгорания может приводить в действие гидравлический насос, ведущие колеса могут быть приведены в действие посредством гидравлических двигателей. Система для выполнения поворота требует наличия средств для управления дифференциальной скоростью двух гусениц. Для каждой из технологий приведения в движение для специалиста в данной области техники известны различные системы для выполнения поворота полностью гусеничного транспортного средства.
Для специалиста в данной области техники очевидны многочисленные вариации описанных способов и вариантов выполнения, и приведенное описание не следует рассматривать как ограничивающее рамки изобретения, которые единственным образом определены приведенной ниже формулой изобретения.