Tallador Vandenbrink (1F1T)Triciclo reclinado Tripendo, un vehículo de tres ruedas inclinable (2F3T)Yamaha Niken del año 2018UWM PantherTrike, un triciclo reclinado, inclinable y de vía estrecha impulsado por humanos (1F3T)
Un triciclo basculante , triciclo basculante , triciclo inclinado o incluso simplemente un vehículo basculante , es un vehículo de tres ruedas y, por lo general, un vehículo de vía estrecha cuya carrocería o ruedas se inclinan en la dirección de un giro. [1] Estos vehículos pueden tomar curvas sin volcarse a pesar de tener una vía de eje estrecha porque 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 para personas de ancho" (MWV). [2]
Al igual que con los triciclos que no se inclinan, existen diversas opciones posibles en cuanto a la disposición de las ruedas, qué ruedas son direccionales y cuáles son motrices. Además, existen diversas opciones posibles en cuanto a qué ruedas se inclinan y cuáles no.
Terminología
Dado que se trata de un campo emergente con muchas configuraciones de vehículos diferentes, muchos contribuyentes individuales diferentes y todavía no hay ninguna tecnología claramente dominante, se utiliza una gran cantidad de terminología que puede generar confusión:
Inclinación , inclinación y balanceo se utilizan de forma intercambiable, según el contexto y el escritor, generalmente para significar rotación sobre un eje longitudinal del vehículo.
En este contexto , los términos estabilidad y estabilidad se utilizan generalmente para caracterizar si el vehículo se inclina, se recuesta o rueda según los deseos del 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 utilizar las manos, e inestable si no lo hace. La estabilidad de un vehículo puede variar con su velocidad de avance, y la estabilidad puede ser inherente al vehículo o creada por el conductor o algún otro controlador activo. Por ejemplo, las bicicletas no muestran estabilidad cuando están estacionarias, simplemente se caen, pero pueden mostrar autoestabilidad si ruedan hacia adelante a la velocidad correcta, incluso sin conductor. Mientras tanto, los vehículos inclinables activos muestran estabilidad de vuelco en todo momento y están diseñados para no volcarse en una curva. Los vehículos inclinables pueden mostrar casi cualquier combinación de los comportamientos anteriores, debido a cualquier combinación de su geometría, distribución de masa, características de la suspensión , entrada del conductor o algún 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 algunos sensores , cierta capacidad para calcular una respuesta, como un controlador de retroalimentación , y algunos actuadores que requieren fuentes de energía. El control "pasivo" y el control "libre" significan que no hay sensores, comparaciones, cálculo de respuesta o actuadores y que el vehículo se controla como una bicicleta o una motocicleta [3] "Libre" y "pasivo" generalmente significan que el vehículo se inclina como una bicicleta o una motocicleta, y el conductor debe controlar el ángulo de inclinación indirectamente al dirigir el vehículo.
Los términos directo e indirecto suelen hacer referencia a cómo se aplica el control activo. El conductor de un triciclo de "inclinación libre" o de "inclinación pasiva" normalmente puede aplicar un par de dirección directamente, que luego controla el ángulo de inclinación indirectamente, como en las bicicletas y las motocicletas. Por otro lado, el conductor de un triciclo de "inclinación libre" puede aplicar un par de giro directamente, que luego controla el ángulo de dirección indirectamente.
highside y lowside son expresiones ya comúnmente utilizadas en el mundo de las motocicletas para describir las formas en que las carrocerías de estos vehículos pueden colisionar contra el suelo.
Beneficios y desventajas
Los posibles beneficios de la inclinación, en comparación con la alternativa rígida, incluyen:
La capacidad de equilibrar el momento causado por la aceleración lateral en una curva, debido a la alta velocidad, el radio estrecho o ambos, con un momento contrario causado por la gravedad, significa que estos vehículos no tienen que ser bajos, anchos y/o lentos. Además, dado que la estabilidad ya no depende de la vía del eje, el centro de masas no tiene que estar ubicado cerca del eje ancho y, en cambio, puede ubicarse en cualquier lugar entre el eje delantero y el trasero para optimizar otras características de rendimiento, como la calidad de conducción o el rendimiento de frenado.
Inclinarse en una curva, como hacen las bicicletas y las motocicletas, significa que la aceleración neta que experimentan el vehículo y el conductor siempre puede estar alineada con el plano medio del vehículo. Los conductores pueden encontrar esto más agradable que la alternativa, y los componentes del vehículo, como el cuadro, las ruedas y los neumáticos, pueden evitar grandes cargas laterales.
Un eje estrecho significa que el vehículo no requiere tanto pavimento y puede experimentar menos resistencia aerodinámica debido a una sección transversal más pequeña.
Dependiendo de cómo se implementa la inclinación, un vehículo inclinado se puede orientar 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 los ciclos de dos ruedas (motocicletas), 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 conductor, como por ejemplo contra-volantear .
Configuraciones
Disposición de las ruedas
Al igual que con los triciclos en general, los dos diseños principales de ruedas son:
Renacuajo , con dos ruedas en la parte delantera y una en la trasera. Entre los ejemplos más destacados se incluyen el vehículo inclinable TVA Australia, versiones de 3 y 4 ruedas , el Piaggio MP3 , el Yamaha Tricity y el Toyota i-Road .
Regla de ruedas gemelas : en muchos países que siguen las normas de la UE, una disposición de dos ruedas en el mismo eje [no necesariamente coaxial] se considera una sola rueda siempre que estén separadas entre sí a no más de 460 mm (18 in) entre los centros de contacto. Esto tiene el efecto de permitir que los vehículos que cumplan 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 dirigidas
La dirección en las ruedas traseras tiende a ser direccionalmente inestable, 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 hacen algunas adaptaciones para tener en cuenta los diferentes radios de sus trayectorias, como la geometría de dirección de Ackermann .
Ruedas motrices
Se pueden accionar tanto las ruedas delanteras como las traseras, 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 en relación con su fuente de energía. Dos configuraciones de accionamiento habituales son:
Las configuraciones de unidad menos comunes incluyen:
Conduce dos ruedas traseras inclinables. [7]
Conduzca una rueda basculante en la parte delantera. Un ejemplo es el Rose-Hulman Ragnarök que aparece en la imagen de abajo.
Asientos
Al igual que con los triciclos en general, los asientos pueden estar en posición vertical, como en el Piaggio MP3 , o reclinados , como en el triciclo inclinable MEV . 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 .
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 se puede inclinar, 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 en las curvas . [8] Las configuraciones incluyen:
Una rueda delante y las tres ruedas inclinadas, lo que se conoce como 1F3T (es decir, una rueda delante y tres inclinadas). Un ejemplo se puede ver en el Rose-Hulman Ragnarök que se muestra a continuación y en el UWM PantherTrike que se muestra arriba.
Dos ruedas delanteras y sólo la rueda trasera inclinable, denominada 2F1T (es decir, dos delanteras y una inclinable). [9]
Dos ruedas delanteras y tres ruedas inclinables, lo que se conoce como 2F3T (es decir, dos delanteras y tres inclinables). Entre los ejemplos más destacados se incluyen el vehículo inclinable TVA Tilting Vehicle Australia (vehículo James FTC), la versión de tres ruedas del vehículo inclinable , el Piaggio MP3 , el Yamaha Tricity y el Toyota i-Road .
En el caso de que las dos ruedas que están una al lado de la otra se inclinen, es necesario algún tipo de conexión mecánica para coordinar su inclinación. Las implementaciones incluyen:
Alguna forma de uno o más paralelogramos , como en el Tripendo que se muestra en la imagen de arriba y en el vehículo conceptual Mercedes-Benz F300 Life Jet que se muestra a continuación. Esto se ha empleado en configuraciones de triciclos en forma de renacuajo y delta.
Algunos forman un par de brazos oscilantes , posiblemente conectados por algún tipo de manivela de campana . [10] Esto tiende a emplearse en configuraciones de triciclo delta.
Algún tipo de manivela , en cuyo caso las dos ruedas no están directamente una al lado de la otra. [1] Esto tiende a emplearse en configuraciones de triciclo delta.
Alguna forma de coordinación entre horquillas telescópicas paralelas , como en la Yamaha MWT-9 que se muestra arriba y la Yamaha Niken que se muestra a continuación.
Los vehículos con inclinación libre y con inclinación pasiva se controlan como una bicicleta o una motocicleta, en cuyo caso se requiere contradirección . [12] Los vehículos con inclinación controlada activamente son aquellos en los que el conductor o algún otro controlador establece activamente el ángulo de inclinación directamente. [13] Los vehículos en los que el conductor tiene control directo sobre el ángulo de inclinación incluyen la General Motors Lean Machine, en la que el conductor controla la inclinación con pedales, [14] y el Tripendo, en el que el conductor controla la inclinación con la mano con una palanca. [15] Un controlador activo puede calcular un ángulo de inclinación deseado a partir de alguna combinación de aceleración lateral y entrada de dirección, y puede establecer un ángulo de inclinación deseado con alguna combinación de actuadores mecánicos, eléctricos o hidráulicos. [16]
Los vehículos con inclinación libre/inclinación pasiva no poseen estabilidad sobre su eje de balanceo cuando están parados. Para remediar este problema, algunos vehículos con inclinación libre/pasiva utilizan bloqueos o restricciones de inclinación cuando van a baja velocidad. Algunos utilizan un freno aplicado al mecanismo de inclinación, algunos utilizan ajustes progresivos de estabilidad de balanceo. Los vehículos con inclinación libre/pasiva poseen estabilidad propia cuando se mueven hacia adelante con suficiente tracción, como ocurre con las bicicletas y las motocicletas , y si se pierde la tracción, es probable que el vehículo se vuelque . [13] El espaciado lateral de las ruedas no evita el vuelco, estos vehículos se comportan y se controlan como vehículos de una sola oruga .
Los vehículos con inclinación activa, como el James FTC (Free To Castor), utilizan la geometría del sistema de suspensión/dirección para controlar la trayectoria direccional del vehículo [17].
Los vehículos con inclinación activa están diseñados para tener estabilidad de balanceo en todo momento cuando están detenidos o en movimiento, y si se pierde tracción, los vehículos no se inclinarán hacia un lado bajo . [16] En estos vehículos, el espaciado lateral del juego de ruedas se utiliza de manera efectiva 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. [18] Además, los sistemas de inclinación pasivos o activos no pueden simplemente contrarrestar el momento de vuelco causado por la gravedad, ya que se ha demostrado que esto hace que un vehículo sea prácticamente inmanejable, [19] aunque existe un debate en curso sobre si es realmente inmanejable o no. [19]
Recintos
Los cerramientos pueden proteger a los ciclistas del clima y permitir una menor resistencia aerodinámica .
Los vehículos no cerrados pueden utilizar un control de inclinación libre o pasivo, ya que el conductor puede apoyar un pie en el suelo cuando está detenido. El conductor es responsable de controlar la inclinación, tal como lo haría en una bicicleta o motocicleta de dos ruedas.
Los vehículos cerrados, en los que el conductor no puede alcanzar el suelo, deben proporcionar algún tipo de control de inclinación activo, ya sea automático o por parte del conductor, para mantener el vehículo en posición vertical cuando se detiene.
Gobierno
La dirección requiere que los ejes de las ruedas delanteras formen un ángulo finito con los ejes de las ruedas traseras, es decir, que no sean paralelos. Esta desalineación se puede lograr de diversas maneras y, por lo general, las ruedas delanteras giran sobre un eje de dirección en relación con el resto del vehículo y las ruedas traseras. Una excepción notable, ya mencionada anteriormente, es el Toyota i-Road con dirección en las ruedas traseras . [6]
Contra-dirección
Algunos triciclos basculantes tienen una inclinación forzada, como el Carver , en el que el operador no controla la contradirección. Algunas versiones del modelo introdujeron una contradirección automática para aumentar la velocidad de inclinación y reducir la fuerza necesaria para inclinar el vehículo. Otros vehículos con inclinación forzada pueden incorporar una contradirección automática. [20] En 1984 se desarrolló un prototipo de vehículo multipista con inclinación libre que emplea una contradirección automática y no requiere ninguna habilidad de equilibrio. [21]
En los últimos años ha aparecido una gama más amplia de vehículos de tres ruedas inclinables que utilizan contradirección controlada manualmente como una motocicleta, como el Piaggio MP3 o el Yamaha Niken .
Libre para castor
Una variación del vehículo es controlar la(s) rueda(s) direccionales indirectamente inclinándolas, junto con la carrocería del vehículo, y este sistema se conoce como free to castor [FTC]. El control direccional de una rueda FTC no es particularmente fuerte, como lo demuestran las ruedas de un carrito de compras , y la(s) rueda(s) giratoria(s) girarán debido a cualquier carga lateral aplicada. Sin embargo, si el eje de dirección no es vertical, la estabilidad direccional por encima de aproximadamente 10 mph (16 km/h) está muy fuertemente controlada por las fuerzas dinámicas. Si la rueda giratoria está unida a la parte delantera de un vehículo inclinable estrecho, 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 10 mph (16 km/h) para mejorar el rendimiento a baja velocidad donde la(s) rueda(s) orientables se capturan progresivamente en la acción de inclinación del vehículo a medida que disminuye la velocidad del vehículo. [22]
^ abcd Stephen Nurse; Mark Richardson; Robbie Napper (septiembre de 2015). "Triciclos inclinados impulsados por humanos: principios, diseños y nuevos desarrollos". Foro de investigación de transporte de Australasia . Consultado el 18 de octubre de 2018 .
^ ab Pauwelussen, JP (1999). "El comportamiento dinámico de vehículos con espacio para personas y mecanismo automático de inclinación activa". TUDelft . Consultado el 12 de noviembre de 2018 .
^ 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 pasivo de inclinación. Los 3W con un grado adicional de libertad que permite al conductor inclinar el vehículo durante los giros se clasifican como 3W con control pasivo de inclinación. Control activo de inclinación. Es necesario realizar un cálculo en tiempo real de la fuerza de giro y la fuerza gravitacional, que actúan en el CG, para evaluar el ángulo de inclinación requerido durante el control automático de los actuadores.
^ "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»: dos ruedas dispuestas sobre un mismo eje, consideradas como una sola rueda, siendo la distancia entre los centros de las zonas de contacto con el suelo igual o inferior a 460 mm.
^ 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 Propulsados por Humanos . Consultado el 27 de octubre de 2018. Los movimientos bruscos de dirección hacen que el peso se desplace con el giro y alteran la estabilidad del triciclo.
^ de Alex Davies (13 de noviembre de 2015). "El Toyota i-Road Funky no se parece a nada que haya conducido jamás". Wired . Consultado el 16 de diciembre de 2019. A bajas velocidades, la única rueda trasera es la que hace la dirección.
^ 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 .
^ Dan Roe (4 de noviembre de 2016). "Los experimentos de este profesor con bicicletas podrían cambiar tu forma de andar en bicicleta". Ciclismo . Consultado el 5 de noviembre de 2018 . El empuje de inclinación es la capacidad de un neumático de generar fuerza cuando se inclina durante un giro.
^ Sahil; Oza; Malankiya (2015). "Diseño y estabilidad de un triciclo reclinado" . Consultado el 2 de noviembre de 2018 .
^ Ben Coxworth (11 de marzo de 2011). "Deliver-E Trike se enfrenta silenciosamente a terrenos irregulares". New Atlas . Consultado el 27 de octubre de 2018 .
^ ab Robert Q. Riley; Tony Foale (23 de julio de 2018). "La estabilidad dinámica de los vehículos de tres ruedas en aplicaciones de tipo automotor". Robert Q. Riley Enterprises . Consultado el 5 de noviembre de 2018 . El diseño de una sola rueda delantera sobrevira naturalmente y el diseño de una sola rueda trasera subvira naturalmente.
^ James Robertson (febrero de 2014). "Active Control of Narrow Tilting Vehicle Dynamics (PhD Thesis)" (PDF) . Universidad de Bath . Consultado el 26 de diciembre de 2019. Como sucede con el control pasivo de inclinación, se requiere un mecanismo de estabilización adicional a velocidades muy bajas y cuando el vehículo está parado.
^ de Berote; van Poelgeest; Darling; Edge; Plummer (2014). "La dinámica de un vehículo basculante de tres ruedas y vía estrecha" . Consultado el 2 de noviembre de 2018 .
^ "General Motors Lean Machine". Small Cars Club. 21 de mayo de 2017. Consultado el 13 de julio de 2019 .
^ Craig J. Cornelius (29 de noviembre de 2018). "Aerion: un triciclo eléctrico peatonal optimizado para todo tipo de clima" . Consultado el 2 de noviembre de 2018 .
^ por 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 .
^ Philip James (23 de noviembre de 2019). «Análisis dinámico y control de vehículos de vía estrecha mediante un enfoque de modelado multicuerpo» . Consultado el 23 de noviembre de 2020 .
^ Adam Ruggiero (18 de marzo de 2015). "El futuro del transporte a motor es el triciclo". GearJunkie . Consultado el 27 de octubre de 2018 .
^ ab O. Dong; C. Graham; A. Grewal; C. Parrucci; A. Ruina (30 de septiembre de 2014). "Una bicicleta en gravedad cero puede equilibrarse o dirigirse, pero no ambas cosas" (PDF) . Dinámica de sistemas de vehículos . 52 (12): 1681. Bibcode :2014VSD....52.1681D. doi :10.1080/00423114.2014.956126. S2CID 17873675 . Consultado el 6 de noviembre de 2018 . [Nota: la incontrolabilidad en gravedad cero solo es cierta para el péndulo invertido linealizado. Los argumentos que excluyen el control dependen en gran medida de la linealidad del sistema, y el péndulo invertido no lineal en gravedad cero parece ser controlable. De hecho, las simulaciones de Philip James... demuestran que con movimientos apropiados de la base, se puede mantener una aceleración promedio constante de la base mientras se mantiene el ángulo del péndulo en un rango limitado.]
^ Poelgeest, A; Edge, KA; Darling, J. (noviembre de 2007). Desarrollo de un controlador de inclinación de dirección para un vehículo inclinable de tres ruedas.
^ Mike McCarthy (enero de 1987). "Futuro rentable para los coches económicos". Revista Wheels . pp. 12-13 . Consultado el 18 de noviembre de 2014 .
^ Jeffrey Too Chuan TAN; et al. (2016). "Dinámica de dirección de un vehículo de vía estrecha con inclinación y diseño pasivo de rueda delantera". 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 inclinable de tres ruedas. En : Congreso y exposición internacional de ingeniería mecánica de ASME , 1 de noviembre de 2007, Seattle, Washington.
Vehículos de tres ruedas basculantes: patentes
Diseño, implementación y análisis de vehículos de tres ruedas con inclinación motorizada. Tesis, Choa-Chin Weng. 18 de julio de 2005. Chino. Resumen en inglés.
Estabilidad dinámica de vehículos de tres ruedas en aplicaciones de tipo automovilístico. Robert Q. Riley.
Carver Uno
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![Quadro 350D [de] (2F3T)](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/1/1b/Quadro350D_1.jpg/1280px-Quadro350D_1.jpg)
