assis-debout

La présente invention appartient au domaine des véhicules roulants autopropulsés.

Plus particulièrement l'invention concerne un véhicule stable et maniable pour le déplacement d'une personne conduisant le véhicule en position assis- debout.

Lorsqu'une personne, par exemple dans le cadre d'une activité de travail, doit se déplacer fréquemment au cours d'une journée de travail sur des lieux d'intervention, le plus souvent avec du matériel ou des outils, les déplacements sont généralement réalisé avec un véhicule qui transporte la personne et le matériel dont il a besoin.

Les déplacements sont dans la plupart des cas réalisés avec un véhicule conventionnel tel qu'une fourgonnette à moteur thermique ou à moteur électrique, mais il s'avère dans de nombreuses situations qu'un tel véhicule n'est pas adapté.

En effet les distances parcourues entre deux points d'intervention, par exemple dans une usine, ne justifie pas de mettre en œuvre un véhicule dont les capacités et les performances apparaissent surabondantes.

En outre les capacités de manœuvre et l'encombrement de ces véhicules se prêtent mal à une intervention dans des lieux où les voies de circulation et les espaces de stationnement ne sont pas adaptés.

Enfin les coûts d'investissement et d'entretien de ces véhicules peuvent apparaître disproportionnés par rapport aux services qu'ils rendent dans cet usage.

Pour permettre à une personne de se déplacer avec une grande agilité, il est connu un dispositif à deux roues du type gyropode tel que le dispositif décrit dans le brevet US6581714.

Dans un gyropode, la personne se tient debout sur une plateforme portée par deux roues d'un même essieu qui sont entraînées indépendamment l'une de l'autre par des moteurs électriques. La plateforme est stabilisée au moyen de gyroscopes et les ordres de déplacement sont réalisés par la personne montée sur la plateforme par des changements de position du corps, la personne disposant pour se tenir d'un guidon fixé à la plateforme.

Un gyropode présente cependant l'inconvénient d'être stabilisé dynamiquement ce qui a pour conséquence que sa stabilité n'est plus assurée lorsque son alimentation électrique est coupée ou épuisée.

En outre un gyropode ne permet pas de transporter du matériel ni de tracter une remorque qui pourrait transporter du matériel, et la station debout permanente peut s'avérer fatigante pour le conducteur lorsque celui-ci est amené à effectuer de nombreux déplacements.

Les gyropodes sont, conséquence de leurs complexités, très coûteux et peuvent présenter un risque en cas de défaillance de l'électronique de contrôle. II y a donc intérêt à disposer d'un véhicule économique adapté au transport d'une personne, de dimensions réduites, stable et maniable, et pouvant permettre de transporter une charge raisonnable.

Le véhicule de l'invention est un véhicule autopropulsé pour une personne conducteur, comportant un essieu d'un train avant à deux roues avants orientables autour d'un axe sensiblement vertical et au moins une roue arrière, qui comporte un châssis rigide sur lequel est agencé l'essieu du train avant basculant sur le châssis autour d'un axe unique sensiblement horizontal dans un plan vertical XZ de symétrie du véhicule et dans lequel chaque roue avant est liée mécaniquement au châssis de sorte que la roue avant considérée est entraînée individuellement en orientation de sorte à courber une trajectoire du véhicule du côté duquel le châssis est incliné par rapport à l'essieu.

Ainsi il est réalisé un véhicule particulièrement stable, sans guidon tournant ni volant, dont la trajectoire est modifiée de manière précise par une inclinaison latérale du châssis du véhicule dont les roues reposent au sol.

Dans une forme préférée de réalisation le châssis comporte une selle fixée rigidement au châssis et agencée pour un conducteur assis-debout.

Cette position du conducteur permet de réaliser un véhicule compact en longueur tout en maintenant le conducteur dans une position stable et confortable lui permettant de diriger le véhicule sans fatigue sur de longue période.

Dans une forme de réalisation le véhicule comporte une barre de maintien, avec des poignées, qui est fixée rigidement au châssis en avant de la selle de sorte que le conducteur peut s'assurer pendant les déplacements avec le véhicule et sur laquelle sont avantageusement agencés des moyens de commande, accélérateur et frein, et des indicateurs utiles à la conduite du véhicule.

Pour une bonne stabilité du véhicule dans les différentes conditions de son utilisation, accélération, freinage, virage et position arrêtée, la selle et la barre de maintien sont agencées sur le châssis de sorte que le conducteur en utilisation du véhicule ait, en dehors d'une inclinaison du châssis, une verticale de son centre de gravité sensiblement au centre du polygone de sustentation du véhicule déterminé par les points de contact des roues sur le sol.

Afin d'avoir une position naturelle stable d'inclinaison nulle du châssis, correspondant à un déplacement du véhicule suivant une trajectoire rectiligne, des éléments élastiques tels que des ressorts exercent entre l'essieu et le châssis une force de rappel tendant à ramener l'essieu à basculement nul par rapport au châssis.

Dans une forme de réalisation, un repose pieds est fixé rigidement à l'essieu du train avant de sorte que le conducteur en position assis-debout est en mesure, par une pression du côté du repose pieds opposé au côté vers lequel il est souhaité tourner, d'incliner le châssis par rapport au repose pieds qui reste fixe sur l'essieu et de faire tourner le véhicule en déplacement.

Dans une forme de réalisation, pour entraîner le pivotement des roues avant nécessaire aux changement de direction, chaque roue avant est liée au châssis par une bielle articulée à une extrémité extérieure en un point d'une fusée de la roue avant situé en arrière d'un axe d'orientation de cette roue avant et articulée à une extrémité intérieure au châssis en un point situé en dessous de l'axe de basculement de l'essieu sur le châssis.

Chaque roue est ainsi orientée par le châssis assurant une fonction de colonne de direction.

Dans une forme de réalisation la structure rigide du châssis est formée principalement par un tube comportant un premier segment sensiblement horizontal entre le train avant et la ou les roues arrières et comportant un second segment sensiblement vertical à une extrémité supérieure duquel second segment est fixée la selle. Le châssis est ainsi particulièrement rigide, simple et léger.

Dans une forme de réalisation, la ou une des roues arrières au moins incorpore un moteur électrique, assurant une propulsion particulièrement silencieuse et propre permettant d'utiliser le véhicule dans des locaux intérieurs sans contraintes particulières.

Suivant une forme particulièrement compacte et simple, le véhicule est agencé en configuration tricycle avec une seule roue arrière ayant un axe de rotation fixe par rapport au châssis.

Dans une forme de réalisation, une attache pour remorque, agencée pour compenser les inclinaisons du châssis en utilisation dudit véhicule, est fixée au châssis. Le véhicule est alors en mesure, malgré des dimensions réduites de tracter une charge qui ne pourrait pas être transportée dans un accessoire tel qu'un panier fixé au châssis utilisable pour le transport de petits objets.

L'invention est décrite en référence aux figures d'un exemple de réalisation d'un véhicule à conducteur assis-debout qui représentent schématiquement :

figure 1 : une vue en perspective du véhicule en position de repos sans conducteur ;

figure 2a : le véhicule de la figure 1 en vue de côté ;

figure 2b : le véhicule de la figure 1 en vue de face ;

figure 2c : le véhicule de la figure 1 en vue de dessus ;

figure 3 : le véhicule de la figure 1 suivant une vue perspective en contre-plongée depuis l'avant ;

figure 4 : une vue en perspective du véhicule de la figure 1 duquel sont démontés les roues avants et le repose-pieds pour révéler l'essieu avant et les éléments d'orientation des roues avants figure 5 : une vue en coupe du véhicule de la figure 1 dans un plan horizontal. Le véhicule à trois roues représenté sur les figures et décrit de manière détaillé en références à ces figures est un exemple non limitatif d'un mode de réalisation.

La figure 1 représente en perspective une vue d'ensemble d'un véhicule 100 à trois roues et à propulsion électrique.

Pour les besoins de la description il est fait référence si besoin à trois directions principales d'un repère conventionnel :

- une direction longitudinale X parallèle à un axe longitudinal du véhicule et orientée positivement vers l'avant du véhicule ;

- une direction verticale Z perpendiculaire à la direction X et parallèle à un plan axial vertical, orientée positivement vers le bas ;

- une direction transversale Y perpendiculaire à un plan XZ déterminé par les directions X et Z, orientée positivement vers la droite.

Suivant le cas il pourra être considéré un tel repère lié au véhicule, en particulier à un châssis du véhicule, ou comme référence absolue d'un repère terrestre local orienté avec son axe X commun à l'axe X du véhicule.

Les termes ou expressions "haut", "bas", "droite", "gauche", "vers le haut", "vers le bas"... auront sauf précision contraire le sens commun que leur donnerait une personne utilisant le véhicule en considération habituelle d'usage. En particulier l'avant est considéré comme correspondant au sens de déplacement normal du véhicule.

Le véhicule 100 comporte un châssis 10 auquel sont fixés une roue arrière 30 sensiblement dans l'axe du véhicule et un train avant 20 comportant deux roues avant 21 agencées sensiblement symétriquement par rapport à un plan de symétrie générale vertical XZ et déterminant une voie du véhicule.

Le châssis 10 est formé principalement d'un tube cintré 11 comportant un premier segment 12 sensiblement horizontal et un second segment 13 principalement vertical formant une structure rigide dudit châssis.

La roue arrière 30 est fixée du côté d'une extrémité libre 121 à l'arrière du premier segment 12.

La roue arrière 30 est solidaire du châssis 10 par l'intermédiaire d'un arbre de rotation 31 fixé audit châssis avec un axe sensiblement horizontal et perpendiculaire à l'axe longitudinal X du véhicule.

La roue arrière 30 comporte des moyens d'entraînement en rotation dont la puissance est adaptée à la propulsion du véhicule 100 et de sa charge sur les surfaces de roulement souhaitées, en particulier compte tenu des pentes des dites surfaces.

Dans le mode de réalisation illustré, la roue arrière 30 est une roue dans une jante 32 de laquelle sont installés un ou des moteurs électriques d'entraînement de la partie périphérique de la roue constituant une bande de roulement 33, des accumulateurs d'énergie électriques et un dispositif de régulation des moteurs.

Un exemple de roue du type pouvant être mis en œuvre sur le véhicule 100 est décrit dans la demande de brevet publiée sous le numéro EP 2266830 .

Ledit dispositif de régulation est géré par le conducteur du véhicule 100 par l'intermédiaire de commandes accessibles depuis la position de conduite, en particulier des commandes de marche/arrêt du véhicule, des commandes de vitesse 34 et des indicateurs 35 de l'état de charge des accumulateurs.

Une liaison entre les commandes et le dispositif de régulation de la roue arrière 30 est par exemple filaire.

Dans une autre forme de réalisation la liaison est sans fil, par exemple par radio, de sorte à éviter l'installation de câbles électriques ou autres sur le châssis 10.

Il doit également être noté que dans l'exemple de réalisation décrit comportant une roue arrière 30 dont l'arbre de rotation 31 est fixée rigidement au châssis 10, la bande de roulement 33 est configurée pour assurer à ladite roue arrière un fonctionnement satisfaisant avec une inclinaison latérale. Le second segment 13 solidaire rigidement du premier segment 12 forme une colonne sensiblement verticale à une extrémité supérieure 131 de laquelle est fixée une selle 14, de préférence réglable en hauteur, par exemple par l'intermédiaire d'un tube support 141 pénétrant plus ou moins profondément dans le second segment 13 et bloqué en coulissement à une hauteur souhaitée par le conducteur du véhicule.

Dans une forme de réalisation comme visible sur la figure 2 en vue de profil du véhicule 100, le second segment présente une inclinaison vers l'arrière, ici de l'ordre de vingt cinq à trente degrés, de sorte à reculer le point d'assise du conducteur et amener un centre de gravité dudit conducteur dans une position longitudinale située entre la roue arrière 30 et les roues avant 21 du train avant 20, par exemple sensiblement au centre d'un polygone de sustentation défini par les points de contact des trois roues du véhicule.

Le châssis 10 comporte également un guidon 15 fixé rigidement audit châssis.

Le guidon 15 comporte principalement une barre de maintien 151 sensiblement horizontale dont un axe est sensiblement parallèle à l'axe transversal Y du véhicule comportant une poignée 152 à chacune de ses extrémités.

La barre de maintien 151 est fixée au châssis par l'intermédiaire d'un support 153 comportant par exemple un tube soudé au second segment 13 de sorte à maintenir rigidement ladite barre de maintien devant un conducteur du véhicule assis sur la selle 14.

Pour obtenir un tel résultat, le tube du support 153 présente une inclinaison vers l'avant, ici de l'ordre de dix degrés, qui détermine la distance entre la selle 14 et la barre de maintien 151, distance déterminée pour répondre à des besoins ergonomiques des conducteurs.

Dans une forme de réalisation, la barre de maintien 151 est fixée à un tube support 154 pénétrant monté plus ou moins profondément dans le support 153 et bloqué en coulissement à une hauteur souhaitée par le conducteur du véhicule.

Il doit être noté que les éléments du châssis 10 qui viennent d'être décrit, incorporant la selle 14 et la barre de maintien 151, une fois la position de ces deux éléments ajustés pour un conducteur, forment une structure rigide ne comportant pas d'éléments articulés entre eux, aux commandes à la disposition du conducteur prés.

Comme visible sur la figure 4 représentant le véhicule 100 sans les roues avants, le train avant 20 comporte une structure transversale rigide formant un essieu 22 aux extrémités duquel essieu sont agencées les roues avant 21.

Chaque roue avant 21 est fixée sur l'essieu par une fusée 211, ou un arbre de rotation, d'axe sensiblement horizontal. La fusée 211 est mobile autour d'un axe de pivotement 23 sensiblement vertical de sorte que la roue avant 21 est orientable latéralement avec un plan de rotation de ladite roue restant sensiblement dans un plan vertical.

Un tel agencement est conventionnel sur les roues avant orientables des véhicules routiers à essieu avant à deux roues orientables.

L'axe de pivotement 23 est le cas échéant incliné par rapport à la verticale d'un angle de pivot dans le plan YZ et d'un angle de chasse dans le plan XZ en fonction de critères de stabilité et de confort de conduite. Le choix des valeurs des angles de pivot et de chasse propre à chaque modèle de véhicules est réalisé par l'homme du métier avec ses connaissances générales.

L'essieu 22 est solidaire du châssis 10 de manière articulée en rotation autour d'un axe de basculement 24 sensiblement horizontal, au niveau d'un point de jonction châssis-essieu, de sorte que ledit essieu est en mesure de prendre des positions basculées, d'un angle de basculement par rapport à un axe de référence du châssis 10, dans un plan perpendiculaire à l'axe de basculement, c'est à dire sensiblement dans un vertical YZ.

Des éléments élastiques 25 prenant appui sur le châssis 10 d'une part et sur l'essieu 22 d'autre part exercent des forces de rappel ayant pour effet de placer l'essieu 22 dans une position de référence correspondant à un angle de basculement nul par rapport à l'axe de référence du châssis, lorsque aucune force extérieure ne vient contrer les forces exercées par les éléments élastiques 25.

Dans le mode de réalisation, les éléments élastiques 25 comportent deux ressorts spiraux travaillant en compression, chaque ressort agissant suivant un sens de basculement différent sur l'essieu 22. Les efforts antagonistes des deux ressorts sont équilibrés lorsque l'essieu est à la position d'angle de basculement nul, déterminant ainsi une position naturelle stable pour laquelle le châssis 10 est vertical lorsque les roues du véhicule 100 sont sur un sol horizontal.

La fusée 211 de chacune des roue avant 21 est en outre reliée par une bielle 26 au châssis 10.

Comme représenté en particulier sur la figure 5 représentant une coupe du véhicule dans un plan horizontal passant par un axe des éléments élastiques 25, la bielle 26 associée à une roue avant 21 est liée de manière articulée à une extrémité extérieure 261 de ladite bielle à la fusée 211 de la roue considérée en un point d'action distant en arrière de l'axe de pivotement 23 et de sorte qu'un axe longitudinal de la bielle 26, le point d'action et l'axe de pivotement 23 ne se trouvent jamais alignés dans un domaine de braquages possibles de la roue avant 21 lors de l'utilisation du véhicule 100.

Dans le cas illustré, pour tenir compte des différences de rayon des trajectoires des deux roues avant dans les courbes, lorsque la roue avant 21 est orientée suivant l'axe longitudinal du véhicule 100, une ligne matérialisée par le point d'action et l'axe de pivotement est convergente en direction de l'axe du véhicule en un point sensiblement au niveau de l'axe de rotation de la roue arrière 30.

La bielle 26 associée à une roue avant 21 est liée également de manière articulée à une extrémité intérieure 262 de ladite bielle, opposée à l'extrémité extérieure 261 suivant la longueur de ladite bielle, au châssis 10, par exemple à un support fixe 111 du tube cintré 11, au niveau d'un point d'action de bielle situé sur ledit châssis en dessous de l'axe de basculement 24. On remarquera que la bielle 26 est sensiblement parallèle à la direction de l'axe transversal Y, comme l'essieu 22.

En pratique les extrémités intérieure 262 et extérieure 261 d'une bielle 26 sont articulées par des liaisons rotulées de sorte que ladite bielle travaille dans de bonnes conditions, c'est à dire essentiellement en traction pure ou en compression pure.

Suivant l'agencement qui vient d'être décrit, chaque roue avant 21 est braquée, c'est à dire pivote autour de l'axe de pivotement 23, dans le sens tendant à faire tourner le véhicule 100 en déplacement au sol du côté duquel est incliné le châssis 10 par rapport à l'essieu 22.

Ce résultat tient aux positions relatives des différents points d'articulation, le rapport de conversion entre une inclinaison latérale du second segment 13 du châssis et un angle de braquage d'une roue avant 21 dépendant en particulier de la distance séparant le point d'action de bielle situé sur le châssis 10 de l'axe de basculement 24 de l'essieu sur le châssis 10 et de la distance séparant l'axe de pivotement 23 de la roue avant 21 d'un axe longitudinal de la bielle 26 associée à la dite roue avant.

Le train avant 20 comporte également un repose pied 27, dont le plan de pose des pieds est sensiblement horizontal, légèrement incliné vers l'arrière pour être adapté à la position du conducteur assis sur la selle 14 en arrière de l'essieu 22.

Le repose pieds 27 est fixé rigidement à l'essieu 22 ce qui implique que ledit repose pieds ne s'incline pas lorsque le châssis 10 est incliné et reste fixe dans le repère terrestre local.

Pour orienter le véhicule 100 lors de son déplacement, le conducteur assis sur la selle 14, dans la position assis-debout, c'est à dire avec les jambes faiblement pliées dans une position intermédiaire entre les positions conventionnellement considérées comme assise d'une part et debout d'autre part, et donc relativement étendues mais non totalement étendues, exerce avec la jambe, située du côté du véhicule opposé à une direction vers lequel il entend faire tourner le véhicule, une force d'appui sur le repose pied 27.

Cette action provoque un déplacement du corps du conducteur, en particulier du bassin, du côté opposé à la jambe servant d'appui, et du fait que le conducteur est assis sur la selle 14 solidaire du second segment 13 du châssis 10, provoque une inclinaison dudit second segment et du châssis du côté vers lequel le véhicule doit tourner, sans modifier la position de l'essieu 22 du fait que les roues avants 21 sont maintenues au sol. De cette inclinaison résulte une modification de l'angle de basculement de l'essieu 22 par rapport au châssis 10 et donc de l'angle de braquage des roues avants 21.

Il convient de noter que cette solution répond à la tendance physiologique d'une personne à se pencher vers l'intérieur de la courbure d'un virage pour compenser les effets des forces centrifuges.

L'angle de braquage des roues avant 21 sera en outre d'autant plus grand que l'inclinaison du châssis 10 sera plus grande.

Lorsque le conducteur du véhicules 100 relâche l'effort qu'exerce sa jambe sur le repose pied 27, et si besoin exerce une force sur l'autre jambe pour redresser le châssis et ramener les roues avants à braquage nul, les éléments élastiques 25 tendent à annuler l'angle de basculement et donc l'inclinaison du châssis 10 et à remettre les roues avants 21 dans l'axe longitudinal du véhicule.

Le conducteur du véhicule pendant ses mouvements de guidage est assuré en tenant les poignées 152 du guidon 15 qui n'est pas utilisé en tant que tel pour orienter les roues avants 21 mais lui permet en pratique d'agir sur la propulsion et le freinage du véhicule.

Le châssis 10, comme il a déjà été dit, est dans l'exemple illustré réalisé au moyen d'un tube cintré 11.

Cette solution permet de réaliser avec un seul élément les formes géométriques complexes adaptées au châssis et à ses fonctions.

L'utilisation d'un diamètre adapté du tube permet d'obtenir la résistance structurale et la rigidité nécessaire au châssis 10 sans renfort particulier.

Le tube, de section circulaire, peut être réalisé dans un matériau métallique ou dans un matériau composite.

Dans l'exemple illustré d'un véhicule à trois roues, le tube dans le premier segment 12 auquel est fixée la roue présente une forme en S qui permet de placer la roue arrière 30 dans l'axe du véhicule 100 et ainsi obtenir un comportement homogène du véhicule 100 pour les virages du côté droit et du côté gauche du véhicule.

En outre la jonction entre le premier segment 12 et le second segment 13 est réalisée par un segment en forme de U 122 déterminant un point bas du châssis et permettant de réaliser les points d'action de bielle décalés vers le bas à la distance voulue de l'axe de basculement 24 de l'essieu, sans qu'il soit nécessaire de remonter de manière excessive ledit axe de basculement sur le second segment 13.

Dans une forme de réalisation, le véhicule 100 comporte une attache de remorque, non représentée, qui permet d'atteler une remorque tractable par exemple par l'intermédiaire d'un timon. Une liaison rotulée du timon au véhicule 100 au moyen de l'attache remorque assure le découplage entre l'inclinaison du châssis lors des modifications de trajectoire et des mouvements de la remorque.

Dans une forme de réalisation, le véhicule 100 comporte un ou des supports pour fixer rigidement au châssis 10 des accessoires tels que des paniers pour le transport de matériels ou de produits. Ces accessoires sont donc inclinés en même temps que le châssis 10 limitant le risque que la force centrifuge s'exerçant dans les courbures de trajectoire ne fasse sortir le centre de gravité du véhicule 100 du polygone de sustentation matérialisé par les points de contact des roues avec le sol.

De manière préférée l'attache remorque ou le porte accessoire est fixé au châssis dans le plan vertical de symétrie du véhicule, par exemple sur un segment du tube cintré 11 situé dans ledit plan de symétrie entre la roue arrière 30 et le second segment 13.

Le véhicule 100 illustré et décrit de manière détaillée dans une configuration à trois roues, c'est à dire avec une seule roue arrière 30 comporte le cas échéant plusieurs roues arrières.

Bien que plus complexe et plus coûteuse, une solution d'un véhicule comportant plusieurs roues arrières peut être justifiée par la nécessité de pouvoir tracter des charges plus lourdes et ou sur des pentes plus importantes dépassant les capacités du véhicule à trois roues.

Pour prendre en compte les mouvements du châssis impliqués par les principes du guidage du véhicule et maintenir les roues arrière en contact avec le sol et avec la force d'appui nécessaire à la transmission des forces de propulsion, il est alors nécessaire de découpler certains mouvements entre les roues arrières et le châssis.

Par exemple deux roues arrière sont montées côte à côte sur un essieu arrière suivant un agencement en diabolo. L'essieu arrière est alors monté à l'extrémité arrière du châssis avec une laxité en basculement autour d'un axe sensiblement horizontal parallèle à l'axe longitudinal X du véhicule.

Par exemple deux roues arrières sont montées l'une derrière l'autre sur un bras monté oscillant par rapport au châssis autour d'un axe sensiblement horizontal perpendiculaire à l'axe longitudinal X du véhicule. Dans ce cas comme dans le cas du véhicule à trois roues, les roues arrière s'inclinent en même temps que le châssis.

L'exemple de réalisation décrit met en œuvre une bielle rigide pour entraîner en orientation chaque roue avant. Il est cependant possible de réaliser l'orientation d'une roue par l'inclinaison du châssis au moyen d'autres formes de transmission du mouvement.

Par exemple chaque roue peut comporter un ensemble de bielles articulées ou des câbles ou des chaînes reliés au châssis, de transmission des efforts d'orientation de la roue, agencés pour orienter la roue de sorte à courber la trajectoire du véhicule du côté de l'inclinaison du châssis.

Le châssis illustré formé d'un tube cintré peut cependant également être réalisé par d'autres moyens tel qu'un tube réalisé par des sections assemblées pour reconstituer la forme du châssis décrit et peut également être réalisé avec des éléments non tubulaires.

Le véhicule 100 comporte également autant que de besoin des accessoires tels que par exemple des protections de projections de roues 40a, 40b, un système de freinage 41, une signalisation lumineuse (non représentée).