ГИРОСТАБИЛИЗАТОР ДВУХКОЛЕСНОГО ОДНОКОЛЕЙНОГО ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА
GYROSTABILISER FOR TWO-WHEELED SINGLE-TRACK VEHICLE

Изобретение относится к транспортным средствам, а именно к гиростабилизированным двухколесным одноколейным транспортным средствам. Предложенный гиростабилизатор двухколесного одноколейного транспортного средства позволяет улучшить управляемость, повысить комфорт и безопасность, а также косвенно способствует улучшению дорожной обстановки и решению проблем с парковками.
Известен двухколесный автомобиль Шиловского, устойчивость которого обеспечивалась с помощью несвободного (с двумя степенями свободы) гироскопа, маховик которого в виде диска был заключен в вертикальную обойму (раму), которая могла наклоняться вперед и назад (см. статью «Первый одноколейный», опубл. 22.02.2010 в Интернете по адресу http://www.own.in.ua/view/item/1063; статью «Шиловский Петр Петрович», опубл. 04.05.2012 в Интернете по адресу http://www.vaostory.ru/blogs/o-chvom-malo-pishut/shilovskii-pyotr-petrovich.html). Бокового наклона рамы не требовалось, так как скорость аппарата была небольшой. Сложная система отклонения гироскопа в вертикальной плоскости движения была сделана для компенсации гироскопического эффекта при подъемах и спусках. Если шарнирное соединение проходит через центр тяжести гироскопа, то эта система вообще не нужна. Очевидно, необходимо было жестко фиксировать положение оси ротора гироскопа при его раскручивании. Таким образом, гироскоп не позволял осуществить боковой наклон на больших скоростях.
Наиболее близким к предложенному является гирокар фирмы Лит Моторс (см. статью «Гирокар - в серию?: Гибрид», опубл. в апреле 2012 в Интернете по адресу http://www/popmech.ru/article/10761-girokar-v-seriju/; а также US 2011/0231060 A1, опубл. 22.09.2011). Гиростабилизатор этого двухколесного одноколейного транспортного средства включает не менее чем два смонтированных продольно в единой раме несвободными (с двумя степенями свободы) гироскопов. Каждый гироскоп имеет ротор, ось которого шарнирно связана с кольцом, которое шарнирно связано с рамой. Устойчивость этого двухколесного транспортного средства обеспечивается гироскопическим эффектом, создаваемым вращением этих двух несвободных гироскопов в раме. Скорость движения транспортного средства, частота вращения роторов гироскопов и угол отклонения переднего колеса контролируются электронными датчиками. Недостатком этого гирокара является то, что для прохождения поворотов на высокой скорости, чтобы обеспечить наклон рамы внутрь поворота, электроника уменьшает скорость вращения гироскопа (гироскопов), то есть снижает устойчивость транспортного средства.
Задачей предложенного изобретения является устранение этих недостатков.
Технический результат изобретения заключается в обеспечении возможности экстренного маневра без уменьшения скорости вращения гироскопа простым наклоном корпуса водителя и рамы транспортного средства при одновременном упрощении конструкции за счет использования только одного гироскопа.
Технический результат достигается тем, что гиростабилизатор двухколесного одноколейного транспортного средства выполнен в виде гироскопа в кардановом подвесе, внешнее кольцо карданова подвеса имеет двухстороннее осевое шарнирное соединение с рамой транспортного средства, причем ось этого соединения направлена вдоль продольной оси транспортного средства, внутреннее кольцо карданова подвеса имеет двухстороннее осевое шарнирное соединение с внешним кольцом, вал ротора гироскопа имеет двухстороннее осевое шарнирное соединение с внутренним кольцом карданова подвеса, причем оси всех трех шарнирных соединений взаимно перпендикулярны, внешнее кольцо карданова подвеса является опорой для водителя, а гиростабилизатор имеет средство блокировки поворота внешнего кольца вокруг оси его шарнирного соединения с рамой транспортного средства.
В предлагаемом техническом решении устранены недостатки гирокара. Предложенный гиростабилизатор имеет один гироскоп, а не два, как в ближайшем аналоге. При одинаковой суммарной массе роторов эффективность одного ротора выше чем двух. Описываемое транспортное средство имеет один свободный (с тремя степенями свободы) гироскоп в кардановом подвесе, а не два несвободных в единой раме, как в ближайшем аналоге. При любых режимах движения частоту вращения ротора гироскопа менять не надо.
Ближайший аналог - гирокар фирмы Лит Моторс - управляется, как автомобиль. Для проведения, например, экстренного маневра электроника сначала должна изменить скорость вращения одного из гироскопов.
Управление транспортным средством с предложенным гиростабилизатором совпадает с управлением мотоциклом или мотороллером. Выполнение экстренного маневра на высокой скорости водитель проводит наклоном своего корпуса и рамы транспортного средства. Быстрота маневрирования существенно увеличена за счет использования подножки в качестве опоры гиростабилизатора.
Ближайший аналог - гирокар фирмы Лит Моторс - оборудован сложной системой электронных датчиков. Предлагаемое техническое решение состоит только из гироскопа в кардановом подвесе и стопора, установленного на раме транспортного средства. Управляемость и быстродействие зависят только от навыков водителя, а надежность обеспечивается простотой конструкции.
Изобретение иллюстрируется чертежами. На фиг.1 показано двухколесное транспортное средство с предложенным гиростабилизатором сбоку; на фиг.2 - то же, сверху; на фиг.3 - то же, спереди, при вертикальном положении транспортного средства; на фиг.4 - то же, спереди, при наклонном положении транспортного средства; на фиг.5 - предложенный гиростабилизатор в изометрии.
Гиростабилизатор выполнен в виде гироскопа 2 в кардановом подвесе. Вал ротора гироскопа 2 ориентирован преимущественно вертикально, чтобы гироскопический эффект не влиял на горизонтальные перемещения транспортного средства. Внешнее кольцо 3 карданова подвеса является опорным, в частности, на нем может быть закреплена подножка 1 в качестве опоры для ног водителя. В другом варианте подножка может отсутствовать, а внешнее кольцо может иметь расширенную верхнюю часть для ног водителя. Внешнее кольцо 3 имеет горизонтальное двустороннее шарнирное соединение 4 с рамой 5 транспортного средства в вертикальной плоскости рамы 5. Внешнее кольцо 3 карданова подвеса ориентировано горизонтально. Внешнее кольцо 3 имеет свободу движения вокруг оси шарнирного соединения 4, направленной вдоль продольной оси транспортного средства.
Внутреннее кольцо 6 ориентировано вертикально и имеет двухстороннее осевое шарнирное соединение 7 с внешним кольцом 3 под прямым углом к плоскости рамы 5. Шарнирное соединение 7 колец карданова подвеса позволяет внутреннему кольцу 6 совершать вращательные или колебательные движения вокруг оси, перпендикулярной оси шарнирного соединения 4 рамы 5 с внешним кольцом 3 карданова подвеса. Вал ротора гироскопа 2 имеет шарнирное соединение 8 с внутренним кольцом 6 карданова подвеса, ось которого перпендикулярна оси шарнирного соединения 7 колец подвеса.
Рама 5 имеет стопор 9, позволяющий фиксировать внешнее кольцо 3 карданова подвеса от поворота вокруг оси его шарнирного соединения с рамой 5 транспортного средства. Стопор 9 выполнен в виде рычага, шарнирно закрепленного на раме 5; одно из положений рычага блокирует поворот внешнего кольца 3 карданова подвеса по шарнирному соединению 4 с рамой 5.
Как известно, боковая устойчивость при движении двухколесных одноколейных транспортных средств (мотоцикла, мопеда) обеспечивается гироскопическим эффектом вращения колес. Прохождение поворотов на высокой скорости производится наклоном транспортного средства внутрь поворота. На малой скорости и при коротких остановках гироскопический эффект уменьшается, и водитель обеспечивает устойчивость транспортного средства, опираясь одной или двумя ногами на поверхность дороги. Это обстоятельство не позволяет оборудовать транспортное средство закрытой кабиной, что ограничивает применение транспортного средства в неблагоприятных погодных условиях. Кроме того, хранение незащищенных кабиной транспортных средств под открытым небом делает их уязвимыми для воздействия осадков или вандалов.
Предлагаемое техническое решение позволяет устранить эти недостатки.
При вращении ротор гироскопа 2 создает гироскопический эффект в плоскости вращения. Гироскопический эффект через внутреннее кольцо 6 и шарнирное соединение передается на внешнее кольцо 3 карданова подвеса с закрепленной на нем подножкой 1. Шарнирное соединение 4 рамы 5 с внешним кольцом 3 карданова подвеса обеспечивает свободный поворот вокруг оси шарнира, следовательно, на раму 5 гироскопический эффект распространяться не будет.
Управление двухколесным одноколейным транспортным средством с гиростабилизатором предполагает два режима эксплуатации:
- с застопоренным под прямым углом относительно плоскости рамы 5 внешним кольцом 3 карданова подвеса:
- с незастопоренным внешним кольцом 3 карданова подвеса.
При незастопоренном внешнем кольце 3 карданова подвеса гиростабилизатор не оказывает на раму 5 транспортного средства гироскопического эффекта. Прохождение поворотов на высокой скорости можно осуществлять по аналогии с мотоциклом путем наклона рамы 5 в сторону поворота без участия руля.
При незастопоренном внешнем кольце 3 карданова подвеса на малой скорости водитель обеспечивает устойчивость транспортного средства, изменяя положение руля, и, опираясь ногами на гиростабилизированную подножку 1, может корпусом корректировать наклон рамы 5.
При застопоренном внешнем кольце 3 карданова подвеса гироскопический эффект будет распространен на всю конструкцию. На малой скорости этот режим допускает управление рулем. При коротких остановках этот режим обеспечивает устойчивость транспортного средства, если приложенная к конструкции боковая сила будет меньше гироскопического эффекта.
При любом режиме управления гиростабилизатор не влияет на передний или задний наклон транспортного средства. На спусках и подъемах шарнирное соединение 7 внутреннего 6 и внешнего 3 колец карданова подвеса обеспечивает сохранение ориентации гироскопа 2. Гироскопический эффект не окажет влияния на положение наклона рамы 5 вперед-назад.
Устойчивость транспортного средства на малой скорости и при коротких остановках, обеспечиваемая гиростабилизатором, позволяет оснастить транспортное средство закрытой кабиной. Это, в свою очередь, защитит водителя от неблагоприятных погодных условий, повысит комфорт и безопасность и обеспечит сохранность транспортного средства на парковках.
Гиростабилизатор позволяет управлять на высокой скорости двухколесным одноколейным транспортным средством, как обычным мотоциклом или мопедом. На малой скорости и при коротких остановках гиростабилизатор обеспечивает транспортному средству устойчивость, при которой водителю не надо опираться одной или двумя ногами о поверхность дороги.
Это техническое решение позволяет оснастить двухколесное транспортное средство закрытой кабиной, что, в свою очередь, повышает комфорт и безопасность и превращает мотоцикл или мопед в гиромобиль.