傾斜式三輪車
ヴァンデンブリンク・カーバー（1F1T）
トリペンド リカンベント三輪車、傾斜式三輪車（2F3T）
2018年のヤマハ ナイケン
UWM PantherTrike、狭軌、傾斜式、リカンベント式、人力三輪車（1F3T）

ティルティング・スリーホイーラー（ティルティング・トライク） 、リーニング・トライク、あるいは単にティルターとも呼ばれる三輪車は、通常は車体や車輪が旋回方向に傾くナロートラック車である。[ 1 ]このような車は、自転車やオートバイと同様に、求心加速度によるロールモーメントの一部または全部と重力による反対方向のロールモーメントをバランスさせることができるため、車軸トレッドが狭いにもかかわらず、横転することなくコーナリングすることができる。[ 1 ]これにより、ライダーが感じる横方向の加速度も軽減され、他の方法よりも快適だと感じる人もいる。車体の細さは空気抵抗の低減と燃費向上につながる。[ 2 ] これらのタイプの車両は、「マンワイド・ビークル」（MWV）とも呼ばれる。[ 2 ]

傾かない三輪車と同様に、車輪の配置、操舵する車輪、駆動する車輪については、様々な選択肢があります。さらに、傾く車輪と傾かない車輪についても、様々な選択肢があります。

用語

これは、さまざまな車両構成、さまざまな個々の貢献者、そしてまだ明確に支配的な技術がない新興分野であるため、混乱を招く可能性のある用語が多数使用されています。

  • 傾き、傾斜、ロールは、文脈や書き手に応じて、ある程度互換的に使用され、通常は車両の縦軸の周りの回転を意味します。
  • 安定性と安定性は、通常、この文脈で、乗り物が乗り手の意図どおりに傾いたり、傾斜したり、ロールしたりするかどうかを特徴付けるために使用されます。方向安定性と同様に、乗り物は、手を使わずに垂直/真っ直ぐな方向に戻る場合は縦軸を中心に安定していると見なされ、戻らない場合は不安定です。乗り物の安定性は前進速度によって変わる場合があり、安定性は乗り物に固有のものであるか、乗り手または他の能動的なコントローラーによって作り出される可能性があります。たとえば、自転車は静止しているときは安定性を示さず、単に倒れますが、適切な速度で前進している場合は、乗り手がいなくても自己安定性を発揮します。一方、アクティブティルターは常にロール安定性を示し、旋回中に横転しないように設計されています。傾斜型乗り物は、その形状、質量分布、サスペンション特性、乗り手の入力、またはその他の能動制御システムの任意の組み合わせにより、上記の動作のほぼすべての組み合わせを示す可能性があります。
  • アクティブ、パッシブ、フリーは通常、傾斜角が直接的または間接的にどのように制御されるかを指します。「アクティブ」制御には通常、センサー、フィードバックコントローラーなどの応答を計算する能力、および電源を必要とするアクチュエーターが必要です。「パッシブ」制御と「フリー」制御は、センサー、比較、応答計算、またはアクチュエーターがなく、車両が自転車またはオートバイのように制御されることを意味します[ 3 ]「フリー」と「パッシブ」は通常、車両が自転車またはオートバイのように傾き、ライダーが車両を操縦することによって傾斜角を間接的に制御する必要があることを意味します。
  • 直接制御と間接制御は通常、能動的な制御方法を指します。「フリーティルティング」および「パッシブティルティング」トライクのライダーは通常、自転車やオートバイのように、ステアリングトルクを直接加えることで間接的にティルト角を制御します。一方、「フリー・トゥ・キャスター」トライクのライダーは、ロールトルクを直接加えることで間接的にステアリング角を制御します。
  • ハイサイドとローサイドは、バイクの車体が地面に衝突する様子を表すために、バイクの世界ではすでに一般的に使用されている表現です。

利点と欠点

固定式に比べ、傾斜式の潜在的な利点としては、次のようなものがあります。

  • 高速走行、狭い旋回半径、あるいはその両方に起因する横加速度によるモーメントと、重力による反モーメントをバランスさせる能力により、これらの車両は車高が低く、幅が広く、速度が遅い必要がありません。また、安定性が車軸トレッドに依存しなくなるため、重心をワイドアクスル付近に配置する必要はなく、フロントアクスルとリアアクスルの間の任意の場所に配置することで、乗り心地やブレーキ性能といった他の性能特性を最適化できます。
  • 自転車やオートバイのように、カーブで体を傾けることで、車両とライダーが感じる正味の加速度が常に車両の中央面と一致するようになります。ライダーにとっては、この方が他の方法よりも快適であると感じるかもしれません。また、フレーム、ホイール、タイヤなどの車両部品への大きな横方向の荷重も回避できます。
  • 車軸トレッドが狭いということは、車両に必要な舗装面積が少なくなり、断面積が小さくなるため空気抵抗が少なくなる可能性があることを意味します。
  • 傾斜の実装方法に応じて、傾斜車両は、道路の冠水や柔らかい路肩などの横断勾配とは無関係に方向付けることができます。

固定式と比べた場合の傾斜式の欠点は次のとおりです。

  • 自由または制御された傾斜機構は、二輪（モーター）自転車に比べてより多くの構造要素を必要とし、一方、剛性三輪車の独立したサスペンションはより複雑になる可能性がある。
  • 傾斜を制御するには、何らかの自動制御システム、またはカウンターステアなどのライダーの異なる動作が必要です。

構成

ホイールレイアウト

一般的な三輪車と同様に、2 つの主な車輪レイアウトは次のとおりです。

ツインホイールルール：EU規則に準拠する多くの国では、同一車軸上に2つの車輪（必ずしも同軸を維持する必要はない）が配置されている場合、接地面中心間の間隔が460mm（18インチ）以内であれば、1つの車輪として扱われます。これにより、この寸法制限を満たす車両はオートバイとして分類されることになります。したがって、このような車両は、原動機付三輪車や四輪車ではなく、オートバイに適用されるすべての技術規定の対象となることになります。[ 4 ]

ステアリングホイール

後輪操舵は方向的に不安定になりやすいため、ほとんどの三輪車は前輪操舵を採用しています。[ 5 ]注目すべき例外はトヨタi-Roadです。[ 6 ]二輪操舵の場合、通常、アッカーマンステアリングジオメトリなど、経路の異なる半径を考慮して何らかの調整が行われます。

駆動輪

前輪または後輪のいずれかを駆動できますが、通常は、動力源に近い車輪を駆動する方が車両の反対側の車輪を駆動するよりも簡単です。また、通常は、単輪を駆動する方が一対の車輪を駆動するよりも簡単です。さらに、動力源に対して一直線に並んでいる車輪を駆動する方が、動力源に対して傾斜または操舵する車輪を駆動するよりも簡単です。一般的な駆動構成には、以下の2つがあります。

あまり一般的ではないドライブ構成は次のとおりです。

  • 後部の2つの傾斜車輪を駆動する。[ 7 ]
  • 前輪を1つ傾けて駆動します。下の写真のローズ・フルマン・ラグナロクがその一例です。

座席

一般的な三輪車と同様に、座席はピアッジオ MP3のように直立型の場合もあれば、MEV Tilting Trikeのようにリカンベント型の場合もあります。2人乗りを想定して設計されている場合は、 CLEVERのように、狭い形状を維持するために、座席は通常タンデム型に配置されます。

囲い

ライダーは、Tripendo のように完全に露出している場合や、Piaggio MP3のようにフェアリングまたは風防の後ろ、 Honda Canopyのようにキャノピーの下にいる場合、またはVandenbrink Carverのように完全に囲まれている場合があります。

力

動力は、トリペンドのようにライダーから供給される場合もあれば、トヨタ i-Roadのようにバッテリーと電動モーターから供給される場合もあり、ヤマハ トリシティのように従来の内燃エンジンから供給される場合もあります。

傾ける

任意の数の車輪を傾けることが可能であり、車輪を傾けることの利点は、車輪が大きな横荷重を支える必要がないこと、[ 1 ]と、車輪に装着されたタイヤがキャンバースラストを生成できるため、コーナリングフォースを生成するためのスリップ角の必要性を低減できることである。[ 8 ]構成には以下が含まれる。

  • 前輪が1つあり、前輪のみが傾斜するタイプは1F1T（前輪が1つ傾斜する）と呼ばれます。代表的な例としては、Ariel 3、MEV Tilting Trike、Honda Canopy、Vandenbrink Carver、CLEVERなどが挙げられます。
  • 前輪1輪と3輪すべてが傾斜する構造で、1F3T（前輪1輪、後輪3輪が傾斜する構造）と呼ばれます。例として、下の写真のRose-Hulman Ragnarökと上の写真のUWM PantherTrikeが挙げられます。
  • 前輪が2つあり、後輪1つだけが傾斜する構造を2F1T（前輪2つ、後輪1つ傾斜）と呼びます。[ 9 ]
  • 前輪2輪、前輪3輪全てが傾斜するタイプで、2F3T（前輪2輪、後輪3輪傾斜）と呼ばれます。代表的な例としては、ピアッジオ MP3、ヤマハ トリシティ、トヨタ i-Roadなどが挙げられます。

2つの並列車輪が傾く場合、それらの傾きを調整するための機械的な連結機構が必要です。実装には以下が含まれます。

  • 上図のトリペンドや下図のメルセデス・ベンツF300ライフジェットコンセプトカーのように、 1つまたは複数の平行四辺形を組み合わせた形状。これは、タッドポール型トライクやデルタ型トライクにも採用されている。
  • 一対のスイングアームを形成し、ベルクランクで接続されているものもあります。[ 10 ]これはデルタトライクの構成で採用される傾向があります。
  • 何らかの形のクランク。この場合、2つの車輪は直接並んでいません。[ 1 ]これはデルタトライクの構成で採用される傾向があります。
  • 上図のヤマハ MWT-9 や下図のヤマハ Niken のように、平行伸縮フォーク間の何らかの形の調整。

傾斜により、コーナリング時に車輪間で左右の荷重移動が必ずしも発生するわけではないため、オタマジャクシのアンダーステア​​とデルタのオーバーステアに関する経験則は必ずしも当てはまりません。[ 11 ]傾斜機構に傾斜角の制限がある場合、車両が横転せずに経験できる横方向加速度は、可能な最大傾斜角、車軸トレッド、および質量中心の位置の関数になります。[ 11 ]

フリー、パッシブ、またはアクティブチルトコントロール

  • フリーティルティングとパッシブティルティングの車両は、自転車やオートバイと同様に制御され、カウンターステアが必要となる。[ 12 ]アクティブ制御ティルターは、ライダーまたは他のコントローラーが傾斜角度をアクティブに直接設定するものである。[ 13 ]ライダーが傾斜角度を直接制御する車両には、ライダーがフットペダルで傾斜を制御するゼネラルモーターズリーンマシン[ 14 ]や、ライダーがレバーを使って手動で傾斜を制御するトリペンドなどがある。[ 15 ]アクティブコントローラーは、横方向の加速度とステアリング入力の組み合わせから目的の傾斜角度を計算し、機械式、電気式、油圧式アクチュエーターの組み合わせで目的の傾斜角度を設定することができる。[ 16 ]
  • フリーティルティング/パッシブティルティング車両は、静止時にロール軸の周りの安定性がありません。この問題を解決するために、一部のフリー/パッシブティルターは、低速時にティルトロックまたは拘束具を使用します。ティルティング機構にブレーキを適用するものもあれば、漸進的なロール安定性調整を使用するものもあります。フリー/パッシブティルターは、自転車やオートバイのように十分な牽引力で前進しているときは自己安定性があり、牽引力が失われると車両はローサイドになる可能性があります。[ 13 ]車輪の横方向の間隔では転倒が避けられず、これらの車両はシングルトラック車両のように動作し、制御されます。
  • アクティブチルト車両は、停止時や走行時に常にロール安定性を維持するように設計されており、トラクションが失われても車両がローサイドすることはありません。[ 16 ]これらの車両では、ホイールセットの横方向の間隔を効果的に利用して、追加の安定性を生み出しています。

いずれの場合も、傾斜機構は、停車中または駐車中に車両を直​​立状態に保つために、単純にロック可能である場合がある。[ 17 ]また、パッシブまたはアクティブな傾斜システムは、重力によって引き起こされるロールモーメントを単純に打ち消すことはできない。これは、車両が実質的に操縦不能になることが示されているためである。[ 18 ]ただし、本当に操縦不能であるかどうかについては議論が続いている。[ 18 ]

エンクロージャ

エンクロージャーはライダーを天候から保護し、空気抵抗を減らすことができます。

  • 密閉されていない車両では、停止時にライダーが足を地面に下ろすことができるため、フリーチルトコントロールまたはパッシブチルトコントロールが採用される場合があります。ライダーは、二輪の自転車やオートバイと同様に、チルトコントロールの責任を負います。
  • ライダーが地面に届かない密閉型車両では、停止時に車両を直​​立状態に保つために、自動またはライダーによる何らかの能動的な傾斜制御が提供される必要があります。

操舵

ステアリングを作動させるには、前輪の車軸が後輪の車軸に対して一定の角度、つまり平行にならないようにする必要があります。このずれは様々な方法で生じますが、通常は前輪が車両の残りの部分および後輪に対してステアリング軸を中心に回転します。注目すべき例外の一つとして、既に述べたように、後輪操舵のトヨタi-Roadがあります。[ 6 ]

カウンターステアリング

カーバーのように、強制的に傾斜するタイプの三輪車もあり、カウンターステアは運転者によって制御されません。一部のモデルでは、自動カウンターステアが導入され、傾斜速度が向上し、車両の傾斜に必要な力が減少しました。他の強制傾斜車両には、自動カウンターステアが組み込まれている場合があります。[ 19 ] 1984年には、自動カウンターステアを採用し、バランス調整スキルを必要としない、傾斜式多軌道自由傾斜車両のプロトタイプが開発されました。[ 20 ]

近年では、ピアッジオ MP3やヤマハ Nikenなど、バイクのように手動で制御されるカウンターステアリングを使用する、傾斜式三輪車のより幅広いラインナップが登場しています。

ヒマシ油無料

車両のバリエーションの一つとして、操舵輪を車体とともに傾けることで間接的に制御するシステムがあり、このシステムはフリー・トゥ・キャスター（FTC）と呼ばれています。FTCホイールの方向制御は、ショッピングカートの車輪が示すようにそれほど強力ではなく、キャスター付きホイールは横方向の荷重がかかると回転します。しかし、操舵軸が垂直でない場合、約10 mph（16 km/h）以上の速度では、方向安定性が動的な力によって非常に強く制御されます。キャスター付きホイールを幅の狭い傾斜車両の前部に取り付けると、キャスターは自動的に傾斜と車速に合わせて適切な操舵角に配置されます。10 mph（16 km/h）未満では、車速が低下するにつれて操舵輪が徐々に車体の傾斜動作に追従するシステムを使用することで、低速性能を向上させることができます。[ 21 ]

例

参照

参考文献

  1. ^ a b c dスティーブン・ナース、マーク・リチャードソン、ロビー・ナッパー（2015年9月）。「傾斜式人力三輪車：原理、設計、そして新開発」オーストラレーシア交通研究フォーラム。 2018年10月18日閲覧。
  2. ^ a b Pauwelussen, JP (1999). 「自動アクティブ傾斜機構を備えたマンワイド車両の動的挙動」 TUDelft . 2018年11月12日閲覧。
  3. ^ Jignesh Sindha、Basab Chakraborty、Debashish Chakravarty（2017年2月7日）。「三輪車の自動安定制御 - 持続可能な技術に向けた最近の開発と懸念事項」。Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers、Part D：Journal of Automobile Engineering。232 (3): 418– 434。doi ： 10.1177 / 0954407017701285。S2CID 115787151。パッシブチルト制御。旋回中にドライバーが車両を傾けることができる自由度を追加した3Wは、パッシブチルト制御3Wに分類されます。アクティブチルト制御。アクチュエータの自動制御中に必要な傾斜角を評価するには、重心に作用するコーナリングフォースと重力のリアルタイム計算を行う必要があります。 
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  5. ^ Timothy Smith (2009年1月30日). 「これは後輪操舵式前輪駆動トライクの作り方の説明です」 .国際人力車両協会. 2018年10月27日閲覧.急激なステアリング操作は、旋回時に体重移動を引き起こし、トライクの安定性を損ないます。
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  8. ^ Dan Roe (2016年11月4日). 「この教授の自転車実験は、あなたの乗り方を変えるかもしれない」 . Bicycling . 2018年11月5日閲覧。キャンバースラストとは、旋回中にタイヤが傾いた際に発生する力のことです。
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  10. ^ベン・コックスワース (2011年3月11日). 「Deliver-E Trike が静かに不整地を走破」 . New Atlas . 2018年10月27日閲覧。
  11. ^ a b Robert Q. Riley、Tony Foale (2018年7月23日). 「自動車用途における三輪車の動的安定性」 . Robert Q. Riley Enterprises . 2018年11月5日閲覧。前輪1輪レイアウトは当然オーバーステアになり、後輪1輪レイアウトは当然アンダーステア​​になる。
  12. ^ James Robertson (2014年2月). 「狭幅傾斜車両ダイナミクスのアクティブ制御（博士論文）」(PDF) .バース大学. 2019年12月26日閲覧.パッシブ傾斜制御の場合と同様に、超低速時および停車時には追加の安定化機構が必要となる。
  13. ^ a b Berote、van Poelgeest、Darling、Edge、Plummer (2014). 「三輪ナロートラック傾斜車両のダイナミクス」2018年11月2日閲覧。
  14. ^ 「ゼネラルモーターズのリーンマシン」スモールカーズクラブ、2017年5月21日。 2019年7月13日閲覧。
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  16. ^ a b Adrian Padeanu (2018年5月2日). 「RWDとカーブで傾斜するボディを備えたAクラスエンジン搭載の3輪車」 Motor1.com . 2018年10月27日閲覧。
  17. ^ Adam Ruggiero (2015年3月18日). 「人力輸送の未来はトライク」 . GearJunkie . 2018年10月27日閲覧。
  18. ^ a b O. Dong; C. Graham; A. Grewal; C. Parrucci; A. Ruina (2014年9月30日). 「無重力状態における自転車は、バランスを取るか操舵するかはできるが、両方を同時に行うことはできない」(PDF) . Vehicle System Dynamics . 52 (12): 1681. Bibcode : 2014VSD....52.1681D . doi : 10.1080/00423114.2014.956126 . S2CID 17873675. 2018年11月6日閲覧. [注: 無重力状態における制御不能性は、線形化された倒立振子にのみ当てはまる。制御を不可能とする議論は、システムの線形性に大きく依存しており、無重力状態における非線形倒立振子は制御可能であるように思われる。実際、フィリップ・ジェームズによるシミュレーションでは、ベースを適切に揺らすことで、振り子の角度を一定の範囲内に維持しながらベースの一定の平均加速度を維持できることが実証されています。 
  19. ^ Poelgeest, A; Edge, KA; Darling, J. (2007年11月).三輪傾斜車両用ステアチルトコントローラの開発.
  20. ^マイク・マッカーシー（1987年1月）「リーニングカーの将来は有望」『Wheels Magazine 』 12～ 13ページ 。 2014年11月18日閲覧。
  21. ^ Jeffrey Too Chuan TAN; et al. (2016). 「パッシブ前輪設計を備えた傾斜型ナロートラック車両のステアリングダイナミクス」 . Journal of Physics: Conference Series . 744 (1) 012218. Bibcode : 2016JPhCS.744a2218T . doi : 10.1088/1742-6596/744/1/012218 .

参考文献

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