Campo da invenção

[1 ] A presente invenção refere-se a sistemas de direção veiculares e suas aplicações a diversos tipos de veículos.

Antecedentes da invenção

[2] O estado da técnica apresenta uma série de tipos diferentes de sistemas de direção aplicados a diversos tipos de veículos, desde caminhões e carros até skate-boards e patinetes. Todos os veículos cujo direcionamento se dá através de algum tipo de controle manual humano requerem algum tipo de sistema que faça essa interface entre o condutor e o comportamento direcional desejado do veículo no meio em que o mesmo trafega.

[3] Alguns documentos do estado da técnica descrevem veículos de três ou quatro rodas que devido a diversas motivações têm a capacidade de esterçar as rodas destinadas a realizar as curvas e, simultaneamente, inclinar a estrutura principal do veículo. Existem tanto exemplares cujo movimento de inclinação se dá de maneira independente ao de esterçamento como exemplares cujo movimento de inclinação e esterçamento são diretamente acoplados (dependentes). O principal fator que motiva esse tipo de dinâmica nos referidos veículos é o de contrabalancear o efeito da aceleração centrípeta devido à realização da curva. Essa tende a manter o veículo na trajetória retilínea que já vinha assumindo e dadas determinadas características de condução como velocidade elevada, raio de curvatura pequeno e elevada altura do centro de massa do veículo, pode induzir grandes acidentes do tipo capotamento. Desse fenómeno, se faz nítido o grande desejo de qualquer projetista em reduzir ao máximo o risco de capotamento de um veículo em desenvolvimento. Um dos meios mais comuns de conseguir isso é inclinando o centro de massa do veículo em direção ao centro da curva sendo realizada. [4] Muitas vezes, em veículos cujo sistema de inclinação está acoplado ao sistema de direção, essa configuração se dá com intuito de a inclinação do veículo controlada pelo condutor ser por si só o meio de controle da direção, uma vez que um sistema afeta o outro diretamente. Um exemplo famoso desse tipo de condução pode ser visto nos skate-boards e suas variantes.

[5] No entanto, todos esses exemplares disponíveis atualmente ou são ineficazes em termos de estabilidade em velocidades variadas ou são muito complexos, grandes e pesados para serem aplicados a veículos de pequeno porte de uso urbano que em primeira instância tenham de ser práticos de manusear e acomodar em pequenos espaços.

[6] A publicação US 4132435 A de Kenneth L. Wilson de 1977 apresenta um veículo de três rodas guiado por um volante ou um guidão. O principal aspecto que cabe citar nessa publicação é que, entre as patentes pesquisadas, essa é a patente mais antiga que faz referência a um veículo com movimento de inclinação lateral conjugado ao movimento de esterçamento sendo que, nesse caso, esses movimentos são acoplados, ou seja, o movimento de um é transmitido ao movimento do outro de maneira recíproca.

[7] Na patente em questão, o veículo pode basicamente ser dividido em duas partes: a estrutura principal ou traseira que comporta o piloto e a roda traseira, e a estrutura frontal na qual estão montadas as duas rodas dianteiras. Essas duas estruturas são ligadas por uma junta pivotada (somente 1 grau de liberdade rotativo), cujo eixo de rotação está levemente inclinado para frente em relação a um eixo vertical fixo no referencial do veículo. Como o corpo que comporta as duas rodas dianteiras gira como um todo levando as rodas dianteiras consigo, a inclinação do eixo do pivô mencionada anteriormente obriga a estrutura traseira a se inclinar lateralmente para dentro na direção da curva, mantendo, dessa forma, a restrição geométrica imposta pela gravidade que mantém constantemente as três rodas em contato com o chão. Vale ressaltar que, no quadro reivindicatório, o autor acrescenta uma última reivindicação mencionando a necessidade de um meio de armazenar energia potencial elástica entre o movimento da estrutura principal e a estrutura frontal. Mais considerações sobre isso serão feitas a frente.

[8] Essa invenção, por ter o ângulo do eixo do pivô da estrutura frontal fixo, sofre de uma limitação na faixa de velocidades aceitáveis para uma condução estável. Mais detalhes sobre esse efeito serão abordados melhor na descrição detalhada da invenção a que se destina este projeto, o qual oferece uma grande melhoria ao resolver essa problemática de dispor do ângulo de inclinação lateral ideal para cada velocidade.

[9] A publicação US 4993733 A de Keith Eilers de 1989 apresenta um veículo de três rodas muito similar ao veículo demonstrado na patente US 4132435 A (a última citada). As únicas diferenças mais notáveis são a posição de condução, sendo essa (US 4993733 A) exclusivamente reclinada, o membro frontal que possui extremidades inclinadas dispostas de maneira a dar espaço para os pés do condutor, uma barra de direção que é acoplada através de uma barra articulada à estrutura frontal transmitindo o movimento do condutor de maneira confortável ao eixo das rodas dianteiras.

[10] É feita a introdução do conceito de um mecanismo que confere estabilidade anti-capotamento. No entanto, esse mecanismo citado nada mais é que um distanciamento sensível entre o eixo das rodas dianteiras e o eixo no qual a estrutura frontal gira em torno. Esse distanciamento confere um deslocamento lateral maior da frente do veículo na direção de dentro da curva em comparação a uma situação com os eixos coincidentes.

[1 1 ] É importante lembrar que, no caso, a patente não cita a questão da problemática desse distanciamento, pois quando se deseja realizar um grande ângulo de esterçamento a baixa velocidade, dependendo da posição do centro de massa do piloto e da roda dianteira interna à curva, existe a possibilidade de se formar um binário de forças que faz com que o veículo tombe para o lado de dentro da curva. Isso sem falar no risco de interferência entre o volume de trabalho do conjunto frontal e o volume ocupado pela estrutura principal e seu condutor. Não tomadas devidas precauções existe o risco de se atingir o próprio condutor ou veículo com a roda de dentro se dirigindo em direção ao eixo longitudinal do veículo na realização de um esterçamento mais intenso.

[12] Curiosamente, a patente em questão não reivindica nenhum dispositivo restaurador da direção, cuja função seja obviamente restaurar sua posição neutra. Entretanto, seu criador alega que o formato da estrutura frontal confere essa propriedade, da mesma maneira que ocorre com as asas de avião. Essa afirmação carece de uma explicação mais bem detalhada que descreva o fenómeno alegado, uma vez que, um breve estudo do modelo dinâmico do veículo em questão não prevê nenhuma força dessa natureza.

[13] Essa invenção, ao ter também o ângulo do eixo do pivô da estrutura frontal fixo, sofre da mesma limitação de faixa de velocidades aceitáveis mencionada na patente anterior.

[14] A invenção defendida nesse relatório, por não necessariamente apresentar uma distância entre os eixos do pivô e das rodas frontais, dispor de um mecanismo para restaurar sua direção à posição neutra e ter o ângulo do pivô da estrutura frontal variável, representa uma melhoria em relação a patente supracitada.

[15] A publicação US 6685201 B1 de Charles T. Smith III de 1998 apresenta um veículo de três rodas não motorizado típico para prática de downhill. Este veículo em si é muito diferente dos mencionados anteriormente, mas o seu sistema de direção segue exatamente o mesmo princípio. No entanto, o que é interessante dessa invenção é que o ato de inclinar lateralmente o veículo desempenha um papel muito mais determinante no esterçamento. Esse até dispõe de apoios para os pés com os quais pode-se controlar o eixo dianteiro (similar a estrutura frontal da patente aqui pleiteada), entretanto, isso não descarta o papel igualmente importante do piloto no ato de inclinar lateralmente para garantir a realização correta da curva.

[16] Essa invenção se relaciona com a qual se destina este documento no sentido de o sistema de direção também dispor dessa relação equitativa entre inclinação e esterçamento manual. No entanto, essa invenção tem seu desempenho limitado no mesmo quesito que as anteriores ao ter um ângulo de inclinação do pivô da estrutura frontal fixado em um valor predeterminado por projeto entre 48 e 60 graus em relação a estrutura principal. Essa invenção, por não dispor de meios para adquirir velocidade, se não o acúmulo de energia gravitacional, e possuir uma estrutura muito próxima ao chão, torna inviável o uso deste aparato como meio de transporte e somente se destina a prática desportiva. A invenção proposta nesse relatório não apresenta as limitações mencionadas até o momento.

[17] A publicação US 5544906 A de Lawrence D. (Jake) Clapper de 1994 apresenta um veículo de três rodas cuja aplicação se assemelha muito com a da invenção a que se destina esse relatório. A invenção apresentada nessa publicação é estritamente impulsionada por tração humana, ou seja, a energia cinética desenvolvida ao se locomover com este veículo é oriunda da transmissão de potência muscular por parte do condutor para potência mecânica no veículo. Essa invenção realiza conversões por meio de esterçamento de suas rodas dianteiras, que montadas numa manga de eixo, pivotam em torno de um eixo próximo à vertical em relação ao eixo dianteiro do veículo. Este veículo, inclusive, não apresenta capacidade de inclinar lateralmente sua estrutura principal.

[18] Pelo fato de a invenção defendida aqui não ser restrita a veículos de pequeno porte de tração muscular, podendo ser estendida a situações de médio porte (porte de motocicletas) e dispor de inclinação lateral de sua estrutura principal, possibilitando ter uma bitola mais estreita entre as rodas dianteiras, ela apresenta melhoria em relação ao invento publicado na patente citada logo acima.

[19] A publicação US 7976046 B2 de Lawrence Rathsack de 2008 apresenta um veículo de três rodas muito semelhante ao objeto deste relatório, onde seu movimento de esterçamento é única e puramente controlado pelo movimento de inclinação lateral da estrutura principal. Esse veículo, assim como o descrito na patente mencionada anteriormente, realiza conversões ao esterçar suas rodas dianteiras que montadas numa manga de eixo pivotam em torno de um eixo próximo à vertical (levemente inclinado para trás) situado nas extremidades de uma estrutura frontal. Mas nesse caso, a estrutura principal se apoia nessa estrutura frontal e um pivô apontado próximo a direção longitudinal do veículo conecta as duas permitindo a inclinação lateral da estrutura principal. Um sistema de alavanca, atuado pela inclinação da estrutura principal e conectado por barras articuladas às mangas de eixo, fazem a tradução do ângulo de inclinação imposto para o ângulo de esterçamento desejado. Assim como a primeira invenção descrita nesse levantamento do estado da arte, essa invenção também dispõe de mecanismo restaurador para auxiliar o condutor a recobrar o veículo à posição neutra de direção. Como o ângulo do eixo do pivô entre a estrutura principal e a estrutura frontal também é fixo nessa invenção, esta só dispõe de uma relação entre inclinação e esterçamento, sendo apta a operar somente dentro de uma faixa estrita de velocidades. Devido também ao fato de não existir um meio de atuar o sistema de esterçamento diretamente, este veículo apresenta grande dificuldade de manobra quando trafega em baixas velocidades e o tempo de resposta entre a atuação do condutor e a resposta direcional do veículo é grande o suficiente para causar um incómodo.

[20] A invenção proposta neste relatório apresenta soluções que eliminam as características negativas do veículo descrito logo acima ao funcionar numa ampla gama de velocidades, possuir um sistema de override (sobreposição) que permite controlar o esterçamento diretamente com as mãos ou os pés e um sistema de locomoção em baixas velocidades, ideal para situações de manobra e estacionamento.

[21 ] A publicação US 8240686 B2 de Jin Man Choi de 2008 apresenta um aparato mecânico destinado a converter um movimento de inclinação lateral em um movimento de esterçamento, logo, isso implica dizer que este é acoplado. Assim como na publicação US 7976046 B2 de Lawrence Rathsack, esta patente mostra um sistema onde as rodas são esterçadas individualmente, e a relação entre o esterçamento das rodas dianteiras é determinada pela geometria dos membros articulados que realizam o movimento do conjunto todo. Sendo este aparato destinado, em grande parte, a ser adaptado a motocicletas para convertê-las em triciclos, este tem, em contrapartida, na maneira como suas reivindicações foram feitas, um escopo mais amplo de aplicação protecionista. É importante frisar que, essas duas últimas patentes, tirando algumas alterações na geometria das partes móveis, mecanismo de restauração da direção, e o modo como suas reivindicações foram feitas, tratam do mesmo princípio de ação e, portanto, essa última sofre dos mesmos problemas e carece das mesmas soluções para um desempenho superior.

[22] A publicação US 6402174 B1 de Alan Maurer de 2001 apresenta um veículo de três rodas semelhante ao objeto deste relatório, onde, no caso, seus movimentos de esterçamento e inclinação lateral não são acoplados, isto é, podem ser controlados independentemente. A principal premissa dessa escolha é a de que podendo o condutor controlar esses dois parâmetros individualmente, este pode controlar mais precisamente o ângulo de inclinação lateral que julgar ideal para uma dada condição de conversão. O piloto, nesse caso, sentiria através da aceleração lateral, imposta pela velocidade e pelo raio da curva sendo pretendida, qual ângulo de inclinação ele deve introduzir. No entanto, o que a prática revela, é que o fato de o condutor ter que aprender a controlar essas duas variáveis de maneira contínua em cada uma delas, conseguindo relacionar adequadamente essas às condições de condução imposta, se mostra uma tarefa não tão banal, tornando a operação desse veículo uma atividade não tão intuitiva. Outra vantagem descrita nessa publicação é que, sendo os sistemas de inclinação e esterçamento independentes, numa situação onde a pista de rolamento apresenta uma inclinação transversal, o condutor pode inclinar o veículo para compensar esta inclinação e, ao mesmo tempo, manter a trajetória retilínea do veículo. Entretanto, como o veículo descrito nessa patente não apresenta mecanismo de restauração, o estabelecimento e manutenção da inclinação desejada são garantidos somente pelo controle e equilíbrio do condutor. Avaliando o desempenho geral dessa invenção, pode-se dizer que ela cumpre bem o papel ao qual foi designada, no entanto, às custas de um grande esforço muscular por parte do condutor que deve constantemente controlar todos os parâmetros de estabilidade do veículo. [23] A invenção proposta neste relatório apresenta soluções que eliminam as características negativas do veículo descrito anteriormente. Por possuir um sistema acoplado, mas cuja relação entre inclinação e esterçamento é variável, tem sua condução muito facilitada, uma vez que o piloto controla separadamente o raio da curva pretendida e o ajuste segundo a velocidade avaliada, sendo que pequenas alterações na disposição básica permitem introduzir um controle automático do ajuste da relação segundo a velocidade (seja ele de natureza mecânica ou elétrica) que facilita ainda mais a condução e a torna confortável e ainda mais intuitiva. A questão da inclinação transversal da pista de rolamento posta em questão, a princípio parece ser um grave problema, pois o raciocínio intuitivo leva a crer que para compensar a inclinação imposta pela pista, a inclinação introduzida pelo condutor também faria o veículo esterçar. No entanto, testes realizados com o protótipo mostraram que o condutor pode facilmente tanto inclinar o próprio corpo em relação ao banco (sendo o banco não restritivo nas laterais) como também pode através dos overrídes, manual ou podai, manter a inclinação necessária a manter a trajetória retilínea sem realizar grandes esforços.

[24] Portanto, devido aos fatos explicitados logo acima, pode-se afirmar que esta patente, sendo pleiteada, apresenta boas melhorias em relação ao invento mencionado previamente.

[25] A publicação US 8535206 B2 de David Kraus e Dean Maro de 2010 apresenta um mecanismo de direção que possui movimento de esterçamento acoplado ao movimento de inclinação. O veículo em questão apresenta um sistema de direção que difere muito da proposta desse relatório de patente, no entanto, ele também introduz a noção de variação do ângulo de caster e o faz de maneira muito complexa e pouco prática. Nesta patente, as rodas dianteiras são esterçadas individualmente e suas mangas de eixo podem rotacionar em torno do eixo que liga o centro das duas rodas dianteiras. Numa proposição dessa patente, o ângulo de caster varia de maneira discreta, onde o condutor seleciona previamente a posição onde fixa as extremidades articuladas das barras que realizam o esterçamento. Dependendo de onde essas extremidades são fixadas, a manga assume um determinado ângulo de caster com a vertical. Em outra proposição dessa patente, a variação do ângulo de caster ocorre de maneira contínua. No entanto, para preservar a geometria da barra articulada que realiza o esterçamento, as mangas de eixo, além de rotacionarem em torno do eixo que liga o centro das duas rodas dianteiras, devem também se deslocar na direção desse eixo para fora ou para dentro, de acordo com o ângulo desejado. Essa delicada relação entre comprimento da barra de esterçamento constante, ângulo de caster e deslocamento axial das mangas de eixo é regida por acoplamentos deslizantes entre as mangas de eixo e a estrutura frontal que as suporta, tendo estes ranhuras internas que definem quanto deslocamento axial será imposto para um dada rotação da manga. A patente também sugere que o controle desse ângulo de caster possa ser feito pelo condutor, por meio de manoplas que transmitem por cabos a posição desejada, ou por dispositivos (mecânicos ou eletromecânicos) conhecidos no estado da arte, que façam essa transdução entre a velocidade do veículo e o ângulo de caster ideal.

[26] Pela invenção defendida nesse relatório dispor de um mecanismo de variação do ângulo de caster bem menos complexa, esta apresenta robustez mecânica bem superior, dispõe de maior facilidade de fabricação mecânica e, por conseguinte, um custo de fabricação bem inferior. Como a invenção descrita acima adquiriria sua propriedade de restauração da direção através dos ângulos de caster e de pino mestre de suas mangas de eixo, a restauração da inclinação do centro de massa do piloto deveria ser toda executada pelo próprio condutor, mas como o único controle direcional do condutor é sua inclinação lateral acaba que o veículo não possui restauração nenhuma, o que acaba provando que dirigi-lo é uma tarefa não tão simples ou intuitiva (especialmente se for levado em consideração que na invenção em questão a tração muscular se dá através do movimento elíptico dos pés, simulando assim uma caminhada ou corrida). A invenção objeto deste projeto, quando usa um mecanismo de restauração mecânico do tipo mola, ainda se beneficia da maneira como a sua variação do ângulo de caster se dá, pois o condutor alterando o ângulo para a posição de baixa velocidade acaba por alterar a orientação das forças que contrapõem o esforço sustentado pela mola, fazendo com que esta assuma uma rigidez relativa superior, facilitando o retorno do condutor a posição central ao mesmo tempo que diminui o raio da curva e insere no sistema dinâmico uma aceleração lateral proveniente dessa conversão instantânea.

[27] Pelo fato de a invenção defendida por este pedido de patente possuir uma miríade de melhorias no que tange dirigibilidade, elegância, no que diz respeito ao projeto mecânico e ergonómico, e potencial de aperfeiçoamento com os sistemas auxiliares introduzidos e descritos nesse relatório, essa será imediatamente valorizada pelos versados na arte.

[28] A publicação US 5484152 A de Michael G. Cowan e James A. Nunes de 1994 apresenta um triciclo com um mecanismo de direção baseado na frenagem diferencial das rodas dianteiras conjugada com uma roda traseira de esterçamento livre (roda boba). O condutor, frenando a roda correspondente à direção que este deseja seguir, consegue alterar a direção do veículo às custas de parte da sua energia cinética. A referência a essa patente é feita pois o sistema auxiliar de estacionamento descrito neste documento se vale do mesmo princípio de graus de liberdade em rolamento de suas rodas para permitir uma alta manobrabilidade. No entanto, nesse triciclo de frenagem diferencial, como o sistema de direção padrão é esse, os indícios parecem apontar que este veículo como um todo é bastante ineficiente. Percebe-se que é necessário introduzir um amortecedor na roda traseira para diminuir o efeito desestabilizador causado pelo fato do esterçamento ser realizado na roda traseira, e, segundo a experiência deste autor com veículos de esterçamento traseiro, nem um bom amortecedor consegue reduzir a sensação de instabilidade de um veículo deste tipo. Outro fator negativo é que toda e qualquer conversão também significa uma perda de energia cinética considerável na roda sendo frenada, o que já se configura como um grande contrassenso. [29] O sistema auxiliar de estacionamento da invenção descrita nesse relatório é um sistema opcional que visa oferecer uma solução para a manobrabilidade limitada da invenção, por isso vale ressaltar que este não é o sistema de direção principal do veículo e, portanto, não concorre em função com a invenção descrita acima. No caso, um veículo usando o sistema auxiliar proposto nessa patente dispõe de uma roda extra que possui esterçamento livre. Quando o condutor a põe em contato com o chão, esta mantém a roda traseira elevada em relação ao solo substituindo assim seu ponto de apoio fixo por um rotativo. Estando nessa posição de manobra, o condutor pode controlar a direção do veículo em baixa velocidade ou por meio de tração manual diferencial das rodas dianteiras, tal como uma pessoa com deficiência (cadeirante) faz com sua cadeira de rodas, ou por meio de um controle indireto (exemplo: joystick) que defina, numa configuração onde cada roda dianteira possui um motor, qual é a quantidade de tração em cada roda para alcançar a trajetória desejada (de maneira semelhante à operação das cadeiras de rodas elétricas para pessoas com deficiência). Um aspecto interessante desse sistema auxiliar é que, em sua versão mais básica, este traz uma proximidade entre a vivência dos transeuntes comuns e a dos cadeirantes, o que, aliado a um uso massivo desse tipo de veículo, provavelmente contribuiria para a pressão sobre as autoridades por disponibilizar vias que atendam às necessidades desses cidadãos tão negligenciados no Brasil.

[30] As publicações US 393904 de Hiram F. Henry de 1888 e US 565718 de Alphonso F. Boardman de 1896 apresentam mecanismos de restauração da direção de uma bicicleta. Ambos utilizam molas mecânicas para conseguir a centralização desejada, no entanto, uma usa a própria mola de torção como seguidor do ponto central no quadro da bicicleta e outra usa um carne com seguidor para comprimir uma mola helicoidal quando o guidão sai da posição central, sendo que, esta última, permite regulagem da pré-tensão da mola por meio de ajuste de um parafuso que comprime a extremidade oposta à do seguidor. [31 ] A publicação US 6367824 B1 de Masayasu Hayashi de 1998 apresenta um triciclo com sistema de direção que também possui a capacidade de inclinar lateralmente. Nessa invenção, o movimento de esterçamento é independente do movimento de inclinação lateral, assim como diversas das invenções encontradas no estado da arte, mas nessa, em particular, vale destacar o uso de um sistema de restauração exclusivo para a inclinação lateral do veículo onde este se apresenta ou sob a forma de duas molas helicoidais que são comprimidas alternadamente quando o veículo inclina de um lado para o outro, ou sob a forma de um cilindro com pistão que, comprimindo um fluído, exerce uma força de reação que empurra os seguidores das barras articuladas que controlam a inclinação lateral do veículo.

[32] Em uma das disposições da invenção descrita neste relatório é utilizado um mecanismo que também faz uso de uma mola para restaurar a direção e, por conseguinte, sua inclinação lateral (uma vez que são acoplados). No entanto, o sistema exposto nesse relatório possui regulagem em pelo menos um dos parâmetros dimensionais da mola para que se possa ajustar a rigidez desta de acordo com o peso do condutor. Este sistema também dispõe de uma regulagem de centro do seguidor no membro intermediário para que seja possível regular o alinhamento da estrutura frontal com o resto do veículo e corrigir quaisquer tendências de desvio direcional que o veículo possa apresentar. Por conta dos fatos expostos acima, o sistema restaurador da direção desenvolvido para esta invenção apresenta grandes melhorias e inovações funcionais em relação ao estado da arte.

Obietivos da invenção

[33] A presente patente de invenção tem por objetivo uma disposição construtiva de um sistema de direção veicular que pode ser usado em uma vasta gama de veículos de diferentes portes (mais preferencialmente de veículos ultra-leves, leves a veículos de porte moderado). Este produto visa oferecer vantagens funcionais sobre as deficiências observadas nos presentes tipos de veículos usados para lazer e como meio de transporte em meios urbanos e proporcionar uma nova experiência de condução em termos de dinâmica veicular.

Sumário da invenção

[34] A presente invenção provê uma série de disposições construtivas de um tipo de sistema de direção que permite a um veículo realizar uma inclinação de sua estrutura principal em conjunto com o movimento de esterçamento de suas rodas de maneira estável em uma ampla faixa de velocidades. Essa característica permite que os veículos desenvolvidos segundo esse sistema sejam mais estreitos e por sua vez mais compactos, tornando-os ideais para uso urbano.

[35] Estes e outros objetos da invenção serão imediatamente valorizados pelos versados na arte e serão descritos em detalhes suficientes para sua reprodução na descrição a seguir.

Listagem das peças e descrição resumida dos desenhos

[36] A presente invenção será, a seguir, mais detalhadamente descrita com base em alguns exemplos de execução representados nos desenhos. Vale ressaltar que, para fins de melhor compreensão, itens que não se relacionam diretamente com o sistema de direção, como o assento do condutor, por exemplo, foram intencionalmente omitidos da maior parte das representações para facilitar a visualização do escopo da invenção pleiteada. A listagem de todas as peças e entidades referidas nas diversas partes deste relatório pode ser consultada a seguir:

[37] Listagem de peças e entidades:

(1 ) Eixo de guinada

(2) Eixo de arfagem

(3) Eixo de rolagem

(4) Plano lateral do veículo

(5) Eixo de caster

(6) Eixo de esterçamento ) Eixo dinâmico

) Ângulo de caster

) Ângulo de esterçamento

0 Angulo de inclinação lateral

1 Offset CD

2 Offset ED

3 Dispositivo de contato com o solo dianteiro

4 Dispositivo de contato com o solo traseiro

5 Eixo do dispositivo de contato com o solo dianteiro

6 Eixo do dispositivo de contato com o solo traseiro

7 Estrutura principal

8 Eixo pivotante entre estrutura principal e membro intermediário9 Membro intermediário

0 Eixo pivotante entre membro intermediário e estrutura frontal1 Estrutura frontal

2 Estrutura principal para veículo com offset nulo

3 Membro intermediário para veículo com offset nulo

4 Estrutura frontal para veículo com offset nulo

5 Mola torcional de direção para veículo com offset

6 Suporte de fixação da mola torcional na estrutura frontal7 Atuador de direção para veículo com offset

8 Eixo de transmissão do atuador de direção

9 Alavanca de atuação da mola ou atuador de direção

0 Base de ajuste fino da direção (31 ) Ponto de conexão entre a alavanca de direção e a base de ajuste fino da direção

(32) Parafusos de fixação do ponto de conexão da alavanca de direção

(33) Mola torcional de direção para veículo com offset nulo

(34) Alavanca de atuação da mola ou atuador de direção para veículo com offset nulo

(35) Alavanca de caster manual

(36) Corpo do atuador de caster

(37) Haste do atuador de caster

(38) Orelhas do atuador de caster

(39) Membro intermediário adaptado para atuador de caster

(40) Estrutura principal para veículo de cinco rodas

(41 ) Braços laterais para veículo de cinco rodas

(42) Eixo pivotante do braço lateral

(43) Mola de direção traseira para veículo de cinco rodas

(44) Eixo pivotante da mola de direção traseira

(45) Roda de apoio lateral para veículo de cinco rodas

(46) Eixo de apoio da roda lateral

(47) Estrutura principal para veículo de quatro rodas

(48) Estrutura traseira para veículo de quatro rodas

(49) Eixo pivotante da estrutura traseira

(50) Conjunto mola-amortecedor de direção traseiro para veículo de quatro rodas

(51 ) Suporte da mola de direção traseira

(52) Rolete seguidor da extremidade livre da mola de direção traseira (53) Guia do rolete da mola de direção

(54) Braço de conexão da guia com a estrutura traseira

(55) Roda traseira para veículo de quatro rodas

(56) Eixo de apoio da roda traseira

(57) Manopla rígida

(58) Guidão de override

(59) Suporte pivotante do guidão

(60) Junta rotular

(61 ) Barra de acionamento do override

(62) Ponto de conexão da barra de acionamento na estrutura frontal

(63) Ponto de conexão da barra de acionamento no guidão

(64) Suporte do sistema de manobra em baixas velocidades

(65) Braço do sistema de manobra

(66) Eixo pivotante do braço do sistema de manobra

(67) Alavanca do sistema de manobra

(68) Base da roda de manobra

(69) Manga pivotante da roda de manobra

(70) Roda de manobra

(71 ) Eixo da roda de manobra

(72) Eixo de rotação da manga em relação a base

(73) Ângulo de acionamento do sistema de manobra

(74) Condutor do veículo

(75) Assento básico

(76) Apêndices ergonómicos reguláveis (77) Estrutura principal para veículo com suspensão

(78) Bandeja da suspensão dianteira

(79) Braço de suspensão A

(80) Braço de suspensão B

(81 ) Conjunto mola-amortecedor para veículo com suspensão dianteira

(82) Balança da suspensão traseira

(83) Conjunto mola-amortecedor para veículo com suspensão traseira

(84) Centro de giração

(85) Raio da curva

(86) Direção das rodas projetadas no plano do chão

(87) Trajetória percorrida pelo veículo numa curva

[38] A Figura 1 apresenta um veículo utilizando o sistema de direção proposto com as principais entidades geométricas e de referência do veículo: eixo de guinada (1 ), eixo de arfagem (2), eixo de rolagem (3) e plano lateral do veículo (4) inclinado lateralmente de maneira solidária a estrutura principal do veículo. Esta, mostra também os três eixos de articulação principais do veículo: eixo de caster (5), eixo de esterçamento (6) e eixo dinâmico (7). Além disso, são ilustrados nesta figura os dispositivos de contato com o solo dianteiros (13) e traseiro (14) e ainda seus respectivos eixos de apoio pivotantes (15) e (16).

[39] A Figura 2 apresenta a mesma perspectiva da Figura 1 , porém dando ênfase aos ângulos de referência principais do sistema: ângulo de caster (8), ângulo de esterçamento (9) e ângulo de inclinação lateral (10). Podem ser vistas também nesta figura as indicações dos três corpos estruturais principais e seus eixos de articulação pivotantes: estrutura principal para veículo com offset nulo (22), membro intermediário para veículo com offset nulo (23), estrutura frontal para veículo com offset nulo (24), eixo pivotante entre estrutura principal e membro intermediário (18) e eixo pivotante entre membro intermediário e estrutura frontal (20).

[40] A Figura 3 ilustra um veículo utilizando o sistema de direção objetivo deste relatório, em perspectiva, em que pode ser vista a disposição construtiva onde os eixos de articulação do veículo (5), (6) e (7) não são coincidentes entre si. Pode ser visto mais claramente como se ligam sequencialmente a estrutura principal do veículo (17) por meio do eixo pivotante entre a estrutura principal e membro intermediário (18) ao membro intermediário (19), e este último, por meio do eixo pivotante entre o membro intermediário e a estrutura frontal (20), à estrutura frontal (21 ).

[41 ] A Figura 4 mostra o mesmo veículo apresentado na Figura 3 em uma vista lateral. Nesta figura, estão indicados os eixos de articulação do veículo (5), (6) e (7) e pode ser visto nitidamente como eles não se interceptam em momento nenhum.

[42] A Figura 5 apresenta um corte esquemático da região de interesse do sistema de direção proposto, onde novamente pode ser vista a não coincidência dos eixos de articulação do veículo (5), (6) e (7), podendo ser vistas claramente as designações das distâncias entre esses eixos: a primeira distância entre o eixo de caster e o eixo dinâmico, denominada offset CD (1 1 ), e a segunda distância entre o eixo de esterçamento e o eixo dinâmico, denominada offset ED (12).

[43] A Figura 6 ilustra a vista frontal do veículo retratado na Figura 3 com a indicação da linha de corte de referência da Figura 5.

[44] A Figura 7 mostra um veículo utilizando o sistema de direção objetivo deste relatório, em perspectiva, em que pode ser vista a disposição construtiva onde os eixos de articulação do veículo (5), (6) e (7) são todos coincidentes entre si. Nessa vista, pode-se observar mais claramente como se ligam sequencialmente a estrutura principal para veículo com offset nulo (22) por meio do eixo pivotante entre a estrutura principal e membro intermediário (18) ao membro intermediário para veículo com offset nulo (23), e este último, por meio do eixo pivotante entre o membro intermediário e a estrutura frontal (20), à estrutura frontal para veículo com offset nulo (24).

[45] A Figura 8 mostra o mesmo veículo apresentado na Figura 7 em uma vista lateral. Nesta figura, estão indicados os eixos de articulação do veículo (5), (6) e (7) e pode ser claramente observado como eles se interceptam em um ponto comum.

[46] A Figura 9 apresenta um corte esquemático da região de interesse do sistema de direção proposto, onde pode ser visto a coincidência entre os eixos de articulação do veículo (5), (6) e (7), sendo mais fácil observar como a estrutura frontal para veículo com offset nulo (24) deve apresentar uma disposição não unidimensional para permitir que os referidos eixos se interceptem. Ou seja, esta deve apresentar um formato pelo menos bidimensional para admitir que o eixo dinâmico (7), que pode ser um eixo imaginário, não afete o funcionamento dos eixos pivotantes (18) e (20).

[47] A Figura 10 ilustra a vista frontal do veículo retratado na Figura 7 com a indicação da linha de corte de referência da Figura 9.

[48] A Figura 1 1 retrata a vista superior do veículo apresentado na Figura 3 numa condição de esterçamento e inclinação lateral neutras.

[49] A Figura 12 retrata a vista superior do veículo apresentado na Figura 7 numa condição de esterçamento e inclinação lateral neutras.

[50] A Figura 13 ilustra uma vista superior, perpendicular ao plano do chão, do veículo apresentado na Figura 3 numa condição de conversão à direita. Neste caso, pode-se perceber como a presença dos offsets CD (1 1 ) e ED (12), demonstrados na Figura 5, afetam o comportamento dinâmico do veículo, uma vez que nessa situação a roda interna à curva, da estrutura frontal (21 ) esterçada, acaba se aproximando mais da estrutura principal do veículo (17) e a roda externa à curva se projeta ainda mais para fora do veículo. [51 ] A Figura 14 ilustra uma vista superior, perpendicular ao plano do chão, do veículo apresentado na Figura 7 numa condição de conversão à direita. Nesta alternativa de construção do sistema de direção, como os eixos de articulação do veículo (5), (6) e (7) são coincidentes, a aproximação e o afastamento em relação à estrutura principal para veículos com offset nulo (22) das rodas interna e externa à curva respectivamente, que estão montadas na estrutura frontal para veículos com offset nulo (24), são os menores possíveis para o sistema de direção aqui defendido.

[52] A Figura 15 demonstra um detalhe em perspectiva de um corte tridimensional do mecanismo restaurador do sistema de direção proposto, onde se busca explanar o ângulo de esterçamento (9) entre a estrutura frontal (21 ) e o membro intermediário (19) sob condição de conversão (com esterçamento e inclinação lateral do veículo), e ilustrar como uma mola torcional de direção para veículos com offset (25) sofre uma torção em torno do eixo de esterçamento (6) promovida pela fixação de uma extremidade desta na estrutura frontal (21 ) por meio do suporte de fixação da mola torcional na estrutura frontal (26) e rotação da alavanca de atuação da mola de direção (29) fixada na outra extremidade da mola de direção (25). A alavanca de atuação da direção (29) tem uma das terminações fixada à extremidade da mola de direção (25) e outra com um furo levemente oblongo fixada de maneira pivotante ao ponto de conexão entre a alavanca de direção e a base de ajuste fino da direção (31 ). Esse ponto de conexão (31 ), que pode deslizar por meio de uma ranhura prismática numa base de ajuste fino da direção (30), tem sua posição relativa definida pelo aperto diferencial dos parafusos de fixação do ponto de conexão da alavanca de direção (32). A base de ajuste fino da direção (30), por sua vez, é rigidamente fixada ao membro intermediário (19).

[53] A Figura 16 apresenta um corte lateral esquemático do mecanismo restaurador e seus elementos ((25), (26), (29), (30) e (31 )) descritos na Figura 15. [54] A Figura 17 demonstra um detalhe em perspectiva de um corte tridimensional de um mecanismo restaurador do sistema de direção do tipo atuador eletromecânico, onde se busca explanar o ângulo de esterçamento (9) entre a estrutura frontal (21 ) e o membro intermediário (19) sob condição de conversão (com esterçamento e inclinação lateral do veículo), e ilustrar como o atuador de direção para veículo com offset (27) fornece torque ao eixo de transmissão do atuador de direção (28) que rotaciona em torno do eixo de esterçamento (6). Sendo, por exemplo, a carcaça do atuador (27) rigidamente fixada à estrutura frontal (21 ), a rotação da alavanca de atuação da mola de direção (29), solidária ao eixo de transmissão (28), é induzida pelo esterçamento e inclinação lateral e sofre resistência pela ação do torque provido pelo atuador (27) no eixo de transmissão (28). A alavanca de atuação da direção (29) tem uma das terminações fixada à extremidade do eixo de transmissão (28) e outra com um furo levemente oblongo fixada de maneira pivotante ao ponto de conexão entre a alavanca de direção e a base de ajuste fino da direção (31 ). Esse ponto de conexão (31 ), que pode deslizar por meio de uma ranhura prismática numa base de ajuste fino da direção (30), tem sua posição relativa definida pelo aperto diferencial dos parafusos de fixação do ponto de conexão da alavanca de direção (32). A base de ajuste fino da direção (30), por sua vez, é rigidamente fixada ao membro intermediário (19).

[55] A Figura 18 apresenta um corte lateral esquemático do mecanismo restaurador e seus elementos ((27), (28), (29), (30) e (31 )) descritos na Figura 17.

[56] A Figura 19 apresenta um detalhe em perspectiva do sistema de direção proposto com seus elementos, já previamente descritos ((17), (18), (19), (20) e (21 )), onde uma alavanca de controle de caster manual (35) recebe destaque.

[57] A Figura 20 ilustra o sistema apresentado na Figura 19 em uma vista lateral, onde a estrutura principal (17) sofreu um corte no seu plano lateral para facilitar a visualização da variação do ângulo de caster (8), que é descrito tanto pela rotação do eixo de esterçamento (6) quanto pelo conjunto composto pelo membro intermediário (19) e estrutura frontal (21 ) em torno do eixo pivotante (18), induzida pelo acionamento manual da alavanca de caster (35).

[58] A Figura 21 apresenta um detalhe em perspectiva de uma versão do sistema de direção proposto, onde um atuador linear (36)(37), fixado de maneira pivotante à estrutura principal (17), por meio das orelhas do atuador de caster (38), promove o controle do membro intermediário adaptado para atuador de caster (39) de maneira similar ao controle realizado pelo condutor na versão da Figura 19.

[59] A Figura 22 ilustra o sistema apresentado na Figura 21 em uma vista lateral, onde todos os elementos, menos a estrutura frontal (21 ), sofreram um corte nos seus planos laterais para facilitar a visualização da variação do ângulo de caster (8), que é descrito tanto pela rotação do eixo de esterçamento (6) quanto pelo conjunto composto pelo membro intermediário adaptado (39) e estrutura frontal (21 ) em torno do eixo pivotante (18), induzida pela movimentação da haste do atuador de caster (37) em relação ao corpo do atuador de caster (36).

[60] A Figura 23 apresenta uma perspectiva de um veículo utilizando o sistema de direção proposto com offset presente, mecanismo de restauração da direção do tipo mola, controle de caster manual e um assento (75) rigidamente fixado à estrutura principal (17) que dispõe de apêndices ergonómicos reguláveis (76) que se ajustam ao formato do corpo do condutor de maneira que não haja movimento relativo entre este e a estrutura principal. Este tipo de aplicação é especialmente vantajosa para condutores com lesões medulares em variadas alturas.

[61 ] A Figura 24 demonstra uma perspectiva de um veículo utilizando o sistema de direção proposto com offset nulo, mecanismo de restauração da direção do tipo mola, controle de caster manual, e uma manopla rígida (57) fixada na estrutura principal (22) para auxílio à condução. [62] A Figura 25 apresenta uma perspectiva de um veículo utilizando o sistema de direção proposto com offset presente, mecanismo de restauração da direção do tipo mola, controle de caster por atuador linear e um sistema de controle manual do ângulo de esterçamento (ou simplesmente sistema de override). Nesta figura, podem ser vistos o guidão de override (58) montado no suporte pivotante do guidão (59) e uma cadeia de transmissão de movimento entre o guidão (58) e a estrutura frontal (21 ) composta por uma barra de acionamento do override (61 ) conectada em cada uma de suas duas extremidades por juntas rotulares (60) no ponto de conexão da barra de acionamento na estrutura frontal (62) e no ponto de conexão da barra de acionamento no guidão (63).

[63] A Figura 26 mostra uma vista superior de um veículo utilizando o sistema de direção proposto e o sistema de override com seus elementos ((58), (59), (60), (61 ), (62) e (63)) descritos na Figura 25 numa posição de condução neutra, ou seja, sem esterçamento.

[64] A Figura 27 ilustra uma vista superior perpendicular à estrutura principal (17) do veículo da Figura 26, onde pode ser observada a atuação da estrutura frontal (21 ) pelo acionamento realizado no guidão de override (58). É fácil entender na imagem a maneira como os elementos articulados do sistema de override ((60), (61 ), (62) e (63)) transmitem esse movimento do guidão (58) até a estrutura frontal (21 ).

[65] A Figura 28 apresenta uma perspectiva de um veículo utilizando o sistema de direção proposto com offset presente, mecanismo de restauração da direção do tipo mola, controle de caster manual e um sistema de auxílio a manobra em baixas velocidades. Nessa figura, podem ser vistos o suporte do sistema de manobra em baixas velocidades (64), que é rigidamente fixado à estrutura principal do veículo, o braço do sistema de manobra (65) fixado rotativamente pelo eixo pivotante desse braço (66) no suporte (64) e a alavanca do sistema de manobra (67) fixada solidariamente ao braço do sistema de manobra (66). Na ponta desse braço (66), pode ser visto o conjunto de esterçamento livre, que é composto pela base da roda de manobra (68) que é fixa, a manga pivotante da roda de manobra (69) rotativamente fixada à base (68) por meio de um rolamento axial típico, a roda de manobra (70) apoiada por meio do eixo da roda de manobra (71 ) à manga pivotante (69).

[66] A Figura 29 mostra em detalhe o sistema de manobra em baixas velocidades numa vista lateral em que este se encontra na posição retraída, ou seja, a roda de esterçamento livre não se encontra em contato com o chão.

[67] A Figura 30 retrata uma situação na qual o condutor do veículo (74) aciona a alavanca do sistema de manobra (67) rotacionando esta num ângulo (73) tal que o conjunto de esterçamento livre ((68), (69), (70) e (71 )) tenha seu eixo de rotação da manga em relação à base (72) aproximadamente perpendicular ao chão. Dessa forma, levanta-se a traseira do veículo para o esterçamento ser realizado pela roda de manobra.

[68] A Figura 31 apresenta uma perspectiva de um veículo utilizando o sistema de direção proposto com offset presente, mecanismo de restauração da direção do tipo mola, controle de caster manual e um sistema de suspensão veicular dianteira e traseira. Na suspensão dianteira, os dois braços A (79) e B (80), iguais e paralelos, ligam rotativamente pelas suas extremidades a bandeja (78) à estrutura principal (77), de maneira a constituir um mecanismo de quatro barras típico. O conjunto mola-amortecedor dianteiro (81 ) vem montado de forma a atuar como elemento de absorção do curso da suspensão. Na suspensão traseira, a balança (82) conectada rotativamente à estrutura principal (77) tem seu curso regulado pela atuação do conjunto mola- amortecedor traseiro (83).

[69] A Figura 32 retrata uma situação onde um veículo conforme a configuração da Figura 31 está prestes a receber o impacto de irregularidades no solo. Por isso suas molas ainda estão em posição de repouso (carga estática). [70] A Figura 33 retrata a sequência da Figura 32, onde pode ser visto o efeito do impacto causado pelas irregularidades do solo na suspensão descrita na Figura 31 . As molas dos conjuntos de mola-amortecedores ((81 ) e (83)) estão comprimidas devido ao trabalho das suspensões mas o centro de gravidade do condutor permanece inalterado, o que indica que o sistema absorveu as deformações da pista mantendo o contato das rodas com o solo.

[71 ] A Figura 34 apresenta uma perspectiva de um veículo utilizando o sistema de direção proposto com offset nulo, mecanismo dianteiro de restauração da direção do tipo mola, controle de caster manual e cinco rodas. Nesta variante construtiva de um veículo usando o sistema de direção proposto, pode ser vista a estrutura principal para veículo de cinco rodas (40) que dispõe de suportes para montagem de braços laterais (41 ) por meio de eixos pivotantes destes braços (42), sendo que esses braços têm seus movimentos resistidos por meio de molas de direção traseira (43), que conectadas por meio de eixos pivotantes (44) à estrutura principal (40), também oferecem restituição de inclinação lateral do veículo, que por ser acoplado também se traduz em restituição de esterçamento. O meio de contato desses braços laterais com o chão são as rodas de apoio lateral (45).

[72] A Figura 35 apresenta uma perspectiva de um veículo utilizando o sistema de direção proposto com offset nulo, mecanismo dianteiro de restauração da direção do tipo mola, controle de caster manual e quatro rodas. Nesta variante construtiva de um veículo usando o sistema de direção proposto, pode ser vista a estrutura principal para veículo de quatro rodas (47) que se conecta a uma estrutura traseira para veículo de quatro rodas (48) por meio de um eixo pivotante desta (49), sendo que essa estrutura traseira tem seu movimento resistido por meio de um conjunto mola-amortecedor de direção traseiro (50), que fixado à estrutura principal (47) por meio do suporte da mola de direção traseira (51 ), oferece restituição de inclinação lateral do veículo ao fazer com que o rolete seguidor da extremidade livre da mola de direção traseira (52) seja orientado pela guia do rolete da mola de direção (53) a comprimir a mola. A guia (53) é rigidamente fixada à estrutura traseira (48) pelo braço de conexão (54) e as rodas traseiras (55) são rotativamente fixadas à estrutura traseira (48) por eixos de apoio (56).

[73] A Figura 36 ilustra uma vista traseira de um veículo como o descrito pela Figura 7, com mecanismo dianteiro de restauração da direção do tipo mola, controle de caster manual e apenas três rodas. Essa figura serve apenas para ilustrar a conexão entre o esterçamento da estrutura frontal (24) com a inclinação lateral da estrutura principal (22) e para servir de referência para comparação com as Figuras 37 e 38 a seguir.

[74] A Figura 37 ilustra uma vista traseira de um veículo como o descrito pela Figura 34, onde pode ser observado como a estrutura frontal (24) esterça para a direita e a estrutura principal (40) inclina lateralmente assim como ocorre no veículo da Figura 36, mas, adicionalmente, um dos braços laterais (41 ), mais especificamente o do lado interno à curva, se movimenta para cima mantendo contato com o chão por meio da roda de apoio lateral (45), comprimindo assim a mola de direção traseira (43) para que depois esta auxilie a restituição do veículo à posição neutra.

[75] A Figura 38 ilustra uma vista traseira de um veículo como o descrito pela Figura 35, onde pode ser observado como a estrutura frontal (24) esterça para a direita e a estrutura principal (47) inclina lateralmente, assim como ocorre no veículo da Figura 36, mas, adicionalmente, a estrutura traseira (48) rotaciona em relação à estrutura principal (47) e faz com que a guia do rolete (53) também se movimente em relação ao rolete (52) guiando este à comprimir o conjunto mola-amortecedor de direção traseiro (50) para que depois este auxilie a restituição do veículo à posição neutra.

[76] As Figuras 39 e 40 demonstram vistas superiores, perpendiculares ao chão, do veículo descrito pela Figura 36, onde nas duas figuras são indicados o raio da curva (85) sendo feita, a direção das rodas projetadas no plano do chão (86) que convergem todas para o mesmo centro de giração (84) e descrevem assim uma trajetória de percurso do veículo na curva (87). Na Figura 39 um maior ângulo de caster em comparação com o da Figura 40 pode ser observado devido a posição avançada da alavanca de caster. Por isso, para um mesmo raio de curvatura nas duas situações ilustradas, na Figura 39 o veículo apresenta uma maior inclinação lateral do que o retratado na Figura 40, o que nos sugere que esta configuração estaria mais adequada a uma velocidade longitudinal superior que inevitavelmente acarreta por sua vez uma aceleração lateral a ser contraposta também superior.

[77] A Figura 41 apresenta um diagrama desenvolvido pelo autor para compreensão e visualização das possíveis interações entre as principais reivindicações, que elucida, por meio de regiões, os limites das reivindicações e suas possíveis combinações. Dessa forma podemos, por exemplo, situar no diagrama um veículo de três rodas, com offset nulo, mola de direção e alavanca de caster pela região de forma triangular no segundo quadrante que é a interseção de todas as hachuras correspondentes às características supracitadas. As legendas das hachuras de cada característica associada a sua respectiva reivindicação pode ser vista pela legenda no rodapé do diagrama.

[78] A Figura 42, escolhida para representar a invenção na capa da patente, ilustra um veículo com o sistema de direção proposto sendo dirigido por um condutor de forma a realizar uma conversão à direita (referencial do condutor).

[79]

Descrição detalhada da invenção

[80] O problema técnico que a presente invenção busca resolver é possibilitar a criação de veículos que possam suprir o gap funcional existente entre as bicicletas/motos e veículos automotores de quatro rodas. Normalmente, uma das principais limitações ao suprimento desse gap, é a inexistência de um sistema de direção simples, barato e robusto que alie vantagens dos dois tipos de veículos sem, simultaneamente, herdar muitas desvantagens destes. [81 ] A criação da invenção que motiva esse relatório descritivo foi feita sem uma consulta muito vasta sobre o que já existia de registros sobre esse tipo de veículo. Por isso, por um acaso, essa se assemelha muito em forma com diversas patentes descritas acima (em especial com as de inclinação acoplada ao esterçamento) e, provavelmente, passou por etapas muito semelhantes em seu desenvolvimento.

[82] A invenção defendida neste pedido de patente também apresenta duas estruturas principais muito semelhantes às da primeira patente referenciada no estado da arte, uma principal traseira que comporta o piloto e as rodas traseiras, e uma dianteira que suporta as rodas dianteiras. No entanto, logo no início de seu desenvolvimento, o estudo cinemático do veículo, isto é, levando- se em consideração única e puramente a relação imposta pelo pivô único entre as duas estruturas, revelou que a relação entre o ângulo de inclinação lateral do veículo e o ângulo de esterçamento do eixo de suas rodas dianteiras era ditada pelo ângulo de inclinação do pivô que unia essas estruturas. Por isso, esse sistema é dito acoplado.

[83] Sabendo também, através de conhecimentos sobre dinâmica veicular, que a aceleração lateral (centrípeta) gerada pela realização de uma curva por um veículo é proporcional a sua velocidade e ao raio de curvatura da curva pretendido, é nítido que o veículo, tendo o centro de massa localizado a uma determinada altura do chão, terá em sua bitola (distância entre as rodas dianteiras) o parâmetro que definirá a velocidade máxima permissível para realizar uma dada curva sem que o veículo capote.

[84] A partir daí, a noção de se inclinar lateralmente o veículo para reduzir a altura relativa do centro de massa e, assim, aumentar a margem de velocidade permissível e a subsequente segurança do veículo, é válida.

[85] Mas, partindo do pressuposto que um veículo tem um ângulo de inclinação do pivô entre as duas estruturas fixo, esse também terá uma relação entre os ângulos de inclinação lateral e esterçamento fixa, o que, apesar de ser uma melhoria em relação a um veículo que nem inclina o centro de massa, essa melhoria só se configura, novamente, numa faixa específica de velocidades.

[86] Mesclando a abordagem dinâmica do veículo com a abordagem cinemática do sistema básico de um pivô, pode-se concluir que quanto mais próximo da vertical o eixo do pivô estiver, um dado ângulo de esterçamento produzira um ângulo de inclinação lateral muito pequeno e, estendendo essa definição, chega-se ao limite do ângulo de 90 graus com a horizontal, onde um ângulo de inclinação infinitesimal traria o ângulo de esterçamento para os seus 90 graus quase que instantaneamente. Essa situação, obviamente, é impossível fisicamente e só faz sentido matematicamente.

[87] Agora, em direção contrária, quanto mais próximo da horizontal o eixo do pivô estiver, um dado ângulo de esterçamento produzira um ângulo de inclinação massivo e, estendendo essa definição, chega-se ao limite do ângulo de zero grau com a horizontal, onde o eixo de rotação do ângulo de esterçamento coincide com o eixo do pivô, onde ocorre a rotação lateral do corpo. Dessa forma, é impossível que haja esterçamento, pois a rotação do membro dianteiro não produziria num plano paralelo ao chão um ângulo entre as projeções do eixo perpendicular às rodas dianteiras e o eixo perpendicular à roda traseira, e estando esses dois eixos, reforçando: projetados num plano paralelo ao chão, eternamente paralelos, o veículo sempre andaria somente em linha reta.

[88] Também, fruto dessa abordagem dinâmica e de uma abordagem qualitativa (verificada com testes em protótipo), fica clara a necessidade de um mecanismo que aja trazendo o veículo para a posição de esterçamento neutra, por uma questão de conforto e segurança do piloto. Em automóveis e motocicletas, seus mecanismos e geometrias de funcionamento da direção são desenvolvidos de forma que o próprio movimento do veículo promova o retorno da direção para a posição de esterçamento neutra.

[89] Infelizmente, devido à própria geometria que possibilita o acoplamento entre o esterçamento e a inclinação lateral da presente invenção, esta necessita de um dispositivo externo que restaure a direção a neutralidade. É interessante ressaltar que, nesse caso, como o esterçamento e a inclinação lateral são acoplados, o dispositivo restaurador deve também ser capaz de restaurar em grande parte a posição do centro de massa para posição central (com maior energia potencial gravitacional). A proporção de restauração conferida por este dispositivo deve ser tal que possibilite o condutor esterçar até o grau máximo sem muito esforço e, ao mesmo tempo, possibilite o condutor voltar à posição do centro de massa a posição neutra (e mais alta), sem que seja necessário um grande esforço também. Por isso, o dimensionamento desse dispositivo é de suma importância para o uso perfeito do veículo e está diretamente relacionado ao momento de inércia do conjunto estrutura principal (traseira) + piloto. Seu ajuste deve levar em consideração as possíveis variações de peso dos potenciais condutores.

[90] A partir desse ponto, o autor da presente invenção percebeu que seria necessário haver um terceiro elemento que ligasse a estrutura principal traseira à estrutura dianteira e este deveria ser pivotado à estrutura principal, de forma a possibilitar que o ângulo do eixo do pivô com a estrutura frontal pudesse ser variado continuamente em função da velocidade do veículo. Testes feitos com um protótipo, onde o ângulo do pivô fora previamente travado, confirmaram a teoria estudada e mostraram que o veículo, a partir de uma dada velocidade, ficava muito arisco e propenso a entrar num comportamento oscilante e errático altamente instável e potencialmente perigoso. Uma vez liberada a trava da variação do ângulo referido, o condutor pode neutralizar sem nenhuma dificuldade o desempenho negativo do teste anterior.

[91 ] O autor percebeu também que seria necessário que o dispositivo restaurador da direção ficasse fixado ou na estrutura frontal ou nesse novo elemento estrutural intermediário.

[92] É nesse ponto, a introdução desse elemento intermediário de variação contínua do ângulo do pivô da estrutura dianteira, que se sustenta a principal atividade inventiva da presente patente. Outros aspectos também inovadores da presente invenção serão devidamente detalhados a seguir. [93] A invenção em questão pode ser descrita como um sistema de direção com movimento de esterçamento (9) acoplado ao movimento de inclinação do centro de massa de um veículo (10) ou aparato que dispõe de, no mínimo, duas articulações rotativas ((18) e (20)) que, possuindo 1 grau de liberdade rotacional cada e tendo seus eixos ((5) e (6)) perpendiculares entre si, conectam sequencialmente: a estrutura principal (17) a um membro intermediário (19) e este a uma estrutura frontal (21 ) que se deseja esterçar (9), de forma que a correta operação dos ângulos de rotação desses elementos de forma contínua ou discreta permite que o veículo ou aparato faça uma dada curva (87) com a inclinação (10) adequada em função da velocidade e retorne à trajetória reta de forma suave.

[94] O sistema em questão compreende:

a) Uma estrutura principal (17) na qual se apoia a maior parte do peso total e são montados os dispositivos de contato com o solo (rodas, esquis, lâminas ou lagartas) da parte traseira (14) do veículo ou aparato;

b) Um membro intermediário (19) conectado rotativamente (18) à estrutura principal (17) cujo eixo de rotação entre os dois, denominado eixo de caster (5), é perpendicular ao plano lateral (4) da estrutura principal (17) descrita em (a);

c) Uma estrutura frontal (21 ), que conectada rotativamente (20) ao membro intermediário (19), possui um eixo de rotação entre os dois, denominado eixo de esterçamento (6), contido no plano lateral (4) da estrutura principal (17) descrita em (a) cuja orientação é perpendicular ao eixo de caster, (5) mencionado no item anterior (b); sendo que esta estrutura frontal (21 ) suporta a montagem de pelo menos dois dispositivos dianteiros de contato com o solo (13)(rodas, esquis, lâminas ou lagartas) respeitando o posicionamento dos dispositivos no eixo dinâmico (7);

d) Um eixo dinâmico (7), perpendicular ao eixo de esterçamento (5), contido num plano paralelo ao plano do chão, ou seja, paralelo também ao plano descrito entre os eixos de rolagem (3) e arfagem (2), que se encontra a uma dada distância desse plano do chão e que consiste numa linha reta imaginária que localiza espacialmente os pontos de apoio (15) dos dispositivos de contato com solo (13), descritos no item (c), independentemente do formato dessa estrutura frontal (21 ) do item (c).

[95] Esse sistema de direção pode ser construído de maneira que: o eixo de caster (5), o eixo de esterçamento (6) e o eixo dinâmico (7) sejam coincidentes entre si e estabeleçam um ponto comum no qual os três eixos mencionados se cruzam.

[96] Uma outra alternativa de construção do sistema de direção proposto é aquela na qual: o eixo de caster (5), o eixo de esterçamento (6) e o eixo dinâmico (7) não são coincidentes entre si e, portanto, possuem distâncias de interesse entre si, denominadas offsets, sendo o offset CD (1 1 ) ou caster- dinâmico, a distância entre o eixo de caster (5) e o eixo dinâmico (7), medida na posição neutra de esterçamento (9), e o offset ED (12) ou esterçamento- dinâmico, a distância entre o eixo de esterçamento (6) e o eixo dinâmico (7), medida também na posição neutra de esterçamento (9).

[97] Vale lembrar que, é perfeitamente possível utilizar métodos já conhecidos no estado da arte para ajustar manualmente esses offsets ((1 1 ) e (12)) por manoplas de fixação e aperto, de acordo com a preferência do condutor. Ou também, é possível ajustar automaticamente ou indiretamente esses offsets ((1 1 ) e (12)) por controles, de acordo com uma função pré- estabelecida ou segundo a preferência do condutor, sendo que esse ajuste pode se dar através de um dispositivo eletromecânico, hidráulico ou pneumático do tipo atuador que, recebendo sinais de entrada, aplica uma força na direção do offset até que se obtenha o ajuste de posicionamento pretendido.

[98] Num veículo utilizando esse sistema de direção, pode-se ter associado um mecanismo centralizador (ou neutralizador) do esterçamento que contenha: a) um dispositivo elástico (25) conhecido no estado da arte, do tipo mola, que atue armazenando energia potencial à proporção em que a estrutura frontal (21 ) rotaciona em relação ao membro intermediário (19), tornando mais fácil o retorno do sistema à posição neutra, tanto em termos de esterçamento (9) como em termos de inclinação lateral (10); b) um mecanismo de fixação (26) e ajuste de parâmetros dimensionais do dispositivo elástico (25), mencionado no item (a), no qual pelo menos uma de suas restrições geométricas apresente um grau de liberdade translacional cada, para adequar a rigidez do dispositivo elástico (25) a uma possível variação de momento de inércia do conjunto, como, por exemplo: a troca de um condutor por outro com peso corporal diferente ou um possível acréscimo de peso devido a objetos sendo carregados no veículo;

c) um dispositivo mecânico (30), conhecido no estado da arte, de ajuste fino da posição central da estrutura frontal em relação ao membro intermediário (19), que opere (32) regulando a posição do ponto de ligação (31 ) entre essas duas estruturas.

[99] Esse mecanismo centralizador pode, ainda, dispor de um mecanismo de ajuste de parâmetros dimensionais do dispositivo elástico mencionado no item (a) anteriormente, no qual pelo menos uma de suas restrições geométricas apresenta um grau de liberdade translacional cada, para adequar a rigidez do dispositivo elástico à variação de momento de inércia do conjunto, imposta pela variação da posição do membro intermediário (19), ou seja, a variação do ângulo de caster (8) descrito pelo eixo de esterçamento (6) no plano lateral (4) do veículo.

[100] Um veículo utilizando esse sistema de direção pode, alternativamente ao mecanismo elástico descrito anteriormente, ter associado um mecanismo centralizador (ou neutralizador) do esterçamento que contenha:

a) um dispositivo eletromecânico do tipo atuador (27) que, recebendo sinais de sensores de posição, forneça um torque restaurador à estrutura frontal (21 ) na medida em que o sistema incline (10) e esterce (9) e, por conseguinte, rotacione a estrutura frontal (21 ) em relação ao membro intermediário (19), tornando mais fácil o retorno do sistema à posição neutra tanto em termos de esterçamento (9) como em termos de inclinação (10);

b) um dispositivo mecânico ou eletromecânico, conhecido no estado da arte, de ajuste fino da posição central da estrutura frontal (21 ) em relação ao membro intermediário (19), que opere regulando a posição do ponto de ligação (31 ) entre essas duas estruturas.

[101 ] No que tange o controle do ângulo de caster (8), um veículo usando esse sistema de direção pode ter uma alavanca (35) solidária ao membro intermediário (19) que, controlada pelo condutor, permite ajustar o ângulo de caster (8) do sistema de acordo com a faixa de velocidades ideal. Outra possibilidade para esse controle é aquela em que este é realizado por um dispositivo eletromecânico, hidráulico ou pneumático do tipo atuador ((36) com (37)) que, recebendo sinais de entrada de um velocímetro, controlador eletrônico ou controle manual, fornece uma força ou um momento ao membro intermediário (39) que ajusta a posição deste em relação à estrutura principal (17) e, assim, regula o ângulo de caster (8) ideal do sistema de acordo com a faixa de velocidades sendo lida ou segundo a avaliação do condutor.

[102] Estabelecidas as opções de características básicas de implementação do sistema de direção aqui defendido, um veículo terrestre cujos dispositivos de contato com solo ((13) e (14)) são rodas, pode assumir 3 formas básicas:

[103] Em uma dessas formas, o veículo, usando o referido sistema de direção, dispõe de duas rodas dianteiras (13) e uma roda traseira (14) que inclina solidariamente à estrutura principal ((17) ou (22)) deste veículo.

[104] Nas outras duas formas, o veículo, usando esse sistema de direção, dispõe de duas rodas dianteiras (13) e duas (55) ou três ((14) e (45)) rodas traseiras. Estes podem dispor de um sistema de suspensão que permite a inclinação do veículo em relação às rodas ou inclinação do veículo e rodas conjuntamente, tendo a suspensão em questão a possibilidade de auxiliar na restauração do esterçamento à posição neutra, realizada pelo mecanismo de centralização frontal ou, até mesmo, substituir a função destes se valendo dos mesmos meios de obtenção do resultado desejado.

[105] O sistema de direção foi concebido de maneira que o controle deste pode ser feito de três formas diferentes ou com qualquer combinação dessas. Essas formas são: a inclinação lateral do corpo do condutor, controle manual, e controle pelos pés. [106] Dessa forma, um veículo usando esse sistema de direção pode vir equipado com manoplas (57) e um assento (75) com apêndices (76), ou até mesmo seu formato, ergonomicamente ajustáveis, todos rigidamente fixadas à estrutura principal ((17) ou (22)), que permitem ao condutor ter maior controle do ângulo de inclinação (10) do veículo e da posição e inclinação de seu corpo em relação ao veículo. Pode, opcionalmente, vir equipado também com suportes para os pés na estrutura frontal (21 ) que permitem ao condutor controlar diretamente o ângulo de esterçamento (9) do sistema independente do ângulo de inclinação do seu corpo.

[107] Um sistema de controle manual do ângulo de esterçamento (9) também foi concebido a fim de fornecer mais uma opção de controle da direção. Este sistema permite que o condutor controle o comportamento direcional do veículo independentemente do ângulo de inclinação do seu corpo.

[108] Esse sistema de controle manual (ou override) compreende:

a) uma manopla (ou guidão) (58) fixada rotativamente (59) à estrutura principal (17) que é controlada pelo condutor;

b) duas juntas rotulares (60) fixadas, uma na manopla (ou guidão)(58) do item (a) a uma dada distância (63) do seu eixo de rotação, e outra na estrutura frontal (21 ) do sistema de direção base, também a uma certa distância (62) do seu eixo de esterçamento (6);

c) uma barra rígida (61 ) que conecta na manopla (ou guidão)(58) do item (a) à estrutura frontal (21 ) do sistema através das duas juntas rotulares (60), descritas no item (b).

[109] Dessa forma, tendo sido descritas acima as formas de controle principais, quaisquer combinações destas podem ser utilizadas, inclusive com as três formas simultaneamente, se assim for desejado. É claro que o controle de aceleração e frenagem devem ser levados em consideração quando se for construir um veículo com esse sistema de direção, e, por isso, a seleção de quais meios de controle ou combinação deles será usado, será ditado pela aplicação geral do veículo. Se, por exemplo, deseja-se ter os pés livres para tracionar o veículo, não será usado o controle pelos pés. Já em outro exemplo, se é desejado ter as duas mãos livres para realizar qualquer outra atividade secundária durante a condução, os pés podem ser usados para controle de aceleração e frenagem, e a direção ser controlada somente pela inclinação lateral do corpo. Dessa forma, o sistema de direção se mantém versátil para ser usado em diversas aplicações segundo a necessidade.

[1 10] Um sistema de suspensão para absorver e amortecer impactos provenientes de irregularidades na superfície na qual se conduz, foi especialmente designado para reduzir ao máximo a influência do trabalho dessa suspensão no comportamento direcional de um veículo utilizando o sistema de direção objeto dessa patente. Nesse caso a suspensão traseira é do tipo balança rígida que consiste num conjunto mola amortecedor (83) rotativamente fixado à estrutura principal (77) e a balança (82) de modo a permitir o trabalho desta em relação ao seu pivô que a conecta à estrutura principal (77). Já a suspensão dianteira utiliza um mecanismo do tipo quatro barras ((77), (78), (79) e (80)) apoiado num conjunto mola amortecedor (81 ) pivotado, de forma que essa configuração promova uma translação da bandeja (78) de suspensão frontal sem que haja variação do ângulo de caster devido ao trabalho desta mesma suspensão.

[1 1 1 ] Para finalizar a descrição detalhada da invenção, será descrito a seguir um último subsistema, cujo propósito é auxiliar a manobra do veículo usando o sistema de direção básico em baixas velocidades. O problema que motiva o uso desse sistema de manobra é que, se o sistema de direção de base tiver uma amplitude de variação do ângulo de caster (8) muito ampla (entre 45 e 90 graus), o sistema de maneira geral encara diversos problemas de ordem volumétrica entre seus elementos e o uso de um sistema simples de controle manual da direção {override) fica extremamente comprometido.

[1 12] Por isso, o sistema de auxílio a manobra resolve esse problema da manobrabilidade em baixas velocidades, pois aumenta substancialmente a versatilidade do sistema de direção ao elevar a parte traseira do veículo em contato com chão, introduzindo um novo ponto de contato baseado numa pequena roda de esterçamento livre (70). Com a(s) roda(s) traseira(s) erguida(s) o condutor pode controlar manualmente a direção do veículo em baixa velocidade ou por meio de tração manual diferencial das rodas dianteiras, tal como uma pessoa com deficiência (cadeirante) faz com sua cadeira de rodas, ou por meio de um controle indireto (exemplo: joystick) que defina, numa configuração onde cada roda dianteira possui um motor, qual é a quantidade de tração em cada roda para alcançar a trajetória desejada (de maneira semelhante à operação das cadeiras de rodas elétricas para pessoas com deficiência).

[1 13] Esse sistema de auxílio a manobra compreende:

a) uma roda livre (70) montada rotativamente (69) num pequeno suporte (68) onde esta roda pode rotacionar livremente em torno de um eixo (72), que em posição de operação, é aproximadamente perpendicular ao chão;

b) um suporte (64) do sistema de auxílio à manobra fixado na estrutura principal (17) do sistema de direção base;

c) um braço estrutural (65) fixado rotativamente (66) ao suporte (64) mencionado no item (b), no qual é fixado o pequeno suporte (68) com a roda livre montada ((69), (70) e (71 )) do item (a) e uma alavanca (67) para controle da posição da roda livre (73) e levantamento da parte traseira do veículo.

[1 14] Ao fim dessa seção, ficaram definidas todas as características básicas e acessórias que compõem os possíveis arranjos de aplicações principais do sistema de direção desenvolvido, que foi batizado pelo inventor de "Sistema de Direção Fjâllgren" (Fjâllgren Steering System) em homenagem a sua família e seus antepassados lapões.

[1 15] Os versados na arte valorizarão os conhecimentos aqui apresentados e serão capazes de reproduzir a invenção nas modalidades apresentadas e em outras variantes, abrangidas no escopo das reivindicações anexas,

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