CN101204978A - 运输装置的平衡稳定系统 - Google Patents

Abstract

将不稳定小型车辆的自重及其载重，按竖立方向的结构配置成若干个具有质心的受控元，在各受控元之间采用调节元进行调节，特别是在前后、左右平面的调节，实现车辆重心受扰动偏离平衡位置时的自动返回。对不稳定车辆质心位置的控制实现车辆的平衡稳定，有助于驾车人平稳操纵车辆，特别是坐着的驾车人平稳操纵车辆。

Description

运输装置的平衡稳定系统

涉及领域：

本发明涉及一种小型车辆，该车辆可自平衡稳定以便驾车人平稳地操纵，能作为代步的交通工具在窄小空间内行驶。

技术背景：

具有一个或多个车轮触地的小型车辆，在没有控制回路工作的情况下不能竖立于这些轮子之上，则这种小型车辆是以平衡方式工作的。中国专利00812269.5(公开日2002年10月30日)提出了一种可以自驱动并由用户引导的小型车辆，02258700.4(公开日2004年6月9日)提出了同样类型的一种小型车辆。是利用骑车人使车辆倾斜从而部分或整体地控制车辆的运动。这种倾斜是骑车人身体位移的输入，因此，骑车人主要以站立行驶为主，即使坐在支撑架上也是如此。

配制车辆自动调整质心到平衡稳定位置的功能，将有利于坐在座位上的驾车人对车辆的平稳操纵。这一目标可以这样实现，按照倒立摆的原理，车辆的重量及载重在竖立方向至少可以配置成两个以上的部分即受控元。按照本发明的优先实施例为上中下三个部分。下部是至少包括一个触地组件的支承体O，能在基础平面上移动。支承体以上部分是能被控制的具有质心的实体简称为受控元A和受控元B。受控元A和受控元B相当于竖立在支承体O上的两节摆杆，可以这样设想在支承体O和受控元A之间以及在受控元A和受控元B之间引入调节元，调节受控元A和B的重心在前后、左右平面的位置，就能够实现车辆的质心位置在限定范围可控制。

例如，参照附图1用于在路面上运送人的小型车辆，该小型车辆设有包括不少于一触地组件在内的一支承体12，该支承体是触地组件的组装件，能在基础平面上移动。支承体12以上部分按在车辆YZ、XY平面内摆动的不同分为两个受控元，受控元30装于小车的支承体12上，受控元22装于受控元30上，在支承体12和受控元30之间以及在受控元30和受控元22之间的调节元(未示出)同一个控制器相连，控制器根据车辆的运行状态自动调节受控元30和受控元22，使车辆的重心到YZ、XY平面的平衡位置，实现车辆的平衡稳定。

发明内容：

根据本发明的优选实施例，提供一种用于在路面上行驶的小型车辆，该小型车辆设有包括不少于一触地组件的支承体O，该支承体是一具有触地装置的组装件，能在基础平面上移动。支承体承载重量按在车辆前后、左右平面内摆动的不同分为两个受控元即受控元A和受控元B，受控元A装于小车的支承体O上，受控元B装于受控元A上，在支承体O和受控元A之间以及在受控元A和受控元B之间的调节元同一个控制器相连，控制器根据车辆的运行状态自动调节受控元A和受控元B使车辆的重心到前后、左右平面的平衡位置，达到车辆的质心位置在限定范围内可控制的目的，实现车辆的平衡稳定。车辆的运动是由操纵者的输入控制的，这种输入至少包括如下两种方式之一：

1、操纵者操作输入装置。根据操纵者的操作，输入装置发出输入信号给控制器，控制器控制触地组件的驱动器驱动车辆行驶，这种输入装置可以是能反映操纵者的操作信息的各种传感器。

2、操纵者倾斜。车内传感器把检测到的操纵者的倾斜信号传送给控制器，控制器控制触地组件的驱动器驱动车辆行驶。检测车体倾斜的传感器可以是水平仪、速度传感器、加速度传感器、压力传感器及力传感器等。

根据本发明的另一优先实施例，提供一种用于在路面上运送座位上用户的两轮触地的小型车辆，设有使用该装置的驾车人的座位，操纵的方向盘，右脚控制的加速器踏板和刹车踏板，驾车人可以采用与操纵汽车相似的方式操纵本实施例所述的小型车辆。在控制环中可以感应出驾车人的各种操作，并对小型车辆进行控制。因此，如果驾车人踩下加速器踏板，小型车辆就会向前运动或加速运动，松开加速器踏板，小型车辆就会减速，踩下刹车踏板，车辆就会急速停车。

根据本发明的另外的实施例，提供一种用于在路面上运送站立用户的两轮触地的小型车辆，不设置使用骑车人的座位，骑车人站在平台上，握住支撑架的握把，从而可以采用与操纵踏板车相似的方式操作本实施例所述的小型车辆。骑车人站立的平台能绕一轴心经前后平面的轴转动，支撑架固定连接到平台上，辅助支撑骑车人。

根据本发明的另一实施例，提供一种用于在路面上运送用户的支撑架连接支承架座位式两轮车辆，骑车人坐在座位上，握住支撑架上的握把，右脚踏在加速器踏板上，从而可以操纵本实施例所述的装置。在本实施例中，支撑架连接支承架式座位能绕一轴心经前后平面的轴转动。

根据本发明的还有一实施例，提供一种用于在路面上运送用户的小型车辆，该小型车辆具有一个独立的车轮，支撑架连接支承架座位，驾车人坐在座位上握住支撑架上的握把，通过驾车人的输入从而可以操纵本实施例所述的装置。在本实施例中，支撑架连接支承架式座位能绕一轴心经前后平面的轴转动。

附图说明：

图1是一实施例的平衡装置的三维效果图；

图2是带座位平衡装置的侧视图，本发明的一实施例有效地利用了其内容；

图3是不带座位平衡装置的侧视图，本发明的一实施例有效地利用了其内容；

图4是双轮支承架式平衡装置的侧视图，本发明的一实施例有效地利用了其内容；

图5是单轮支承架式平衡装置的侧视图，本发明的一实施例有效地利用了其内容；

图6是一实施例的双电机调节元、驱动元的安装方式，本发明的一实施例有效地利用了其内容；

图7是一独轮车的驱动元和调节元的安装结构。

图8是一端同调节元电机轴相连另一端活动连接的支承架式受控元的安装结构。

具体实施方式的详细说明：

参照图1，用于在路面上运送人的小型车辆8，该小型车辆设有包括不少于一触地组件在内的一支承体12，该支承体是触地组件的组装件，能在基础平面上移动。支承体12的承载重量按在车辆YZ、XY平面内摆动的不同分为两个受控元即受控元30和受控元22，受控元30装于小车的支承体12上，受控元22装于受控元30上，在受控元30和支承体12之间以及在受控元22和受控元30之间的调节元(未示出)同一控制器相连，控制器根据车辆的平衡状态自动调节受控元30和受控元22，使小型车辆的重心在YZ、XY平面的平衡稳定位置，实现车辆的自平衡稳定。

参照图2所示的小型车辆13，设有使用该装置的驾车人18的座位28。驾车人坐在座位28上，握住固定在前台17上的方向盘19，右脚踏在加速器踏板15上，从而可以采用与操纵汽车相似的方式操纵本实施例所述的小型车辆。在控制环中(未示出)可以感应出驾车人的各种操作，并对小型车辆13进行控制。因此，如果驾车人踩下加速器踏板15，小型车辆就会向前运动或加速运动，松开加速器踏板15，小型车辆就会减速。加速器踏板15的偏角值对应小型车辆行驶的速度。如果驾车人踩下刹车踏板16，小型车辆就会停止前行。可以理解的是由于惯性，刹车时小型车辆13会向前倾斜，这时调节元24会迅速调整小型车辆受控元30，使车辆的重心后移，抵消惯性的作用，保持小型车辆的平衡。转动方向盘19，方向传感器可感应左右方向的信号，并根据感应到的信号方向进行相关的控制，产生左右转弯。同样地由于惯性，转弯时由于离心力的作用，小型车辆13和驾车人18会向外倾斜，这时调节元21会迅速调整小型车辆受控元22，使车辆的重心向内移，抵消离心力的作用，保持小型车辆的平衡稳定。调节元21的旋转电机1安装在受控元22内(也可安装在30内)，受控元30同电机1的轴2和另一轴4连接，5为轴承，受控元22可绕电机1的轴心转动。小型车辆的启动是通过专用锁匙14来实现的，用于启动车辆和切断车辆的电源。用户界面20用于行驶中反应车辆的工作状态。参照图6，示出了双电机调节元的安装结构图，根据本发明实施例，小型车辆的调节元24安装在受控元30的两边，电机29的轴同减速器27的输入轴25连接，减速器27的输出轴26同车轮10相连。可以理解的是，在这一结构中，受控元30同支承体12的连接介质是调节元24的电机29和减速器27，调节元24既调节受控元30在前后平面内运动，也根据操纵者的操作向支承体12的车轮10传递能量。因此，调节元24也是小型车辆的驱动元。

参照图3，示出了又一实施例的小型车辆23，不设置使用骑车人的座位，骑车人18站在平台即受控元22上，握住连接到受控元22上的支撑架35上的握把32，从而可以采用与操纵踏板车相似的方式操作本实施例所述的装置。在这一实施例中，受控元22是一柱面平台。受控元22的前端经电机1安装在受控元30内，后端经轴承5安装在受控元30上，受控元22可绕电机1轴心转动。

参照图4，示出了另一实施例的小型车辆33，在这一实施例中小型车辆具有左右两个车轮10，受控元22为一支撑架35和一支承架式座位55固定连接的组件，骑车人18坐在座位55上，握住支撑架35上的握把32，右脚踏在加速器踏板15上，从而可以操纵本实施例所述的装置。调节元21的旋转电机1经支座7安装在受控元30上，受控元22同电机1的轴2固定连接，受控元22能绕电机1的轴心转动。传感器3测量受控元22的旋转角度。参照图8，调节元21的旋转电机1安装在受控元30内，受控元22同电机1的轴2连接，受控元22的支承架式座位55同一支承杆52固定连接，支承杆52经一活接连接到受控元30上，受控元22可绕电机1的轴心转动。

参照图5，示出了又一实施例的小型车辆43，在这一实施例中小型车辆具有一个独立的车轮10，受控元22为一支撑架35和一支承架式座位55固定连接的组件，骑车人坐在座位55上，握住支撑架35上的握把32，右脚踏在加速器踏板15上，从而可以操纵本实施例所述的装置。参照图7，根据本发明实施例，该车辆的支承体12是一包括一轮毂电机68的触地组件，受控元30是一连接平台，同轮毂电机68的轴39固定连接，轮毂电机68既承担调整受控元30的任务，也承担驱动车辆移动的任务。

本发明的核心内容是将不稳定小型车辆的自重及其载重，按竖立方向的结构配置成若干个具有质心的受控元，在各受控元之间采用调节元进行调节，特别是在前后、左右平面的调节，实现车辆重心受扰动偏离平衡位置时的自动返回。通过对不稳定车辆质心位置的控制实现车辆的平衡稳定，有助于驾车人平稳操纵车辆，特别是坐着的驾车人平稳操纵车辆。因此，凡是采用这一结构和原理设计的车辆，都属本专利的保护范围。

本发明所说明的这些实施例只是用于举例，基于同一基本理论，本领域的技术人员可以理解有许多种形式的改变和改进。所有这些改变和改进都涵盖在所附权利要求书所限定的本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种用于在路面上行驶的运输装置，其特征在于：

a、运输装置及载重在竖立方向配置成至少两个受控制的单元简称受控元；

b、一支承体O为至少包括一触地部件的地面接触组件，支承运输装置的受控元，该支承体在平面上能移动；

c、一受控元A以下述方式安装在支承体O上，即通过受控元A的运动，使重心位置在前后平面发生变化；和

d、至少包括受控元A和支承体O之间的一调节元A根据运输装置的平衡状态控制受控元A作相对于支承体O的运动；

e、一受控元B以下述方式安装在受控元A上，即通过受控元B的运动，使重心位置在左右平面发生变化；和

f、至少包括受控元B和受控元A之间的一调节元B根据运输装置的平衡状态控制受控元B作相对于受控元A的运动；

g、至少包括与支承体O、调节元A及调节元B连接的一控制器，该控制器至少根据用户的输入向触地部件传递能量；和

h、该控制器至少根据运输装置的平衡状态调节运输装置的重心到前后、左右平面的平衡稳定位置。

2.如权利要求1所述的运输装置，其特征在于该运输装置包括一座位。

3.如权利要求1所述的运输装置，其特征在于该运输装置的输入至少包括如下两种方式之一：

a、操纵者操作输入装置。

b、操纵者倾斜。

4.如权利要求1所述的运输装置，其特征在于该运输装置全部或部分包括以下操纵部件或该运输装置全部或部分具有以下部件的功能：

a、加减速装置；

b、刹车装置；

c、转向控制装置；

d、倒车装置；

e、速度档位变换装置。

5.如权利要求1所述的运输装置，其特征在于运输装置还包括一用户界面。

6.如权利要求1所述的运输装置，其特征在于运输装置的运行状态由传感器检测。

7.一种用于在路面上运输一支承架上用户的运输装置，该装置包括：

a、一支承体O为至少包括一触地部件的地面接触组件，该支承体在平面上能移动；

b、一受控元A，通过调节受控元A相对支承体O的运动可调节运输装置的重心在前后平面的位置；

c、一支撑架连接一支承架式座位受控元B，该受控元B与一安装在受控元A上一限定位置的调节元B的轴连接，通过调节受控元B相对于受控元A的运动可调节运输装置的重心在左右平面的位置；

d、一与支承体O和调节元A、B连接的控制器，该控制器至少根据用户的操纵向触地组件传递能量，和

e、至少根据运输装置的平衡状态来控制运输装置重心在前后、左右平面的位置。

8.一种用于在路面上运输站立用户的运输装置，该装置包括：

a、一支承体O为至少包括一触地部件的地面接触组件，该支承体能够移动；

b、一受控元A，通过调节受控元A相对支承体O的运动可调节运输装置的重心在前后平面的位置；

c、一设有支撑架的平台式受控元B，通过调节受控元B相对受控元A的运动可调节运输装置的重心在左右平面的位置；

d、一与支承体O和调节元A、B连接的控制器，该控制器至少根据用户的输入向触地组件传递能量，和

e、至少根据运输装置的平衡状态来控制运输装置的重心在前后、左右平面的位置。

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