CN102083651A - 倾斜轮个人电动交通工具 - Google Patents

Abstract

本文描述一种电动交通工具，其能够通过传统的自行车类型的转向、倾斜后部转向或两者的组合被转向。

Description

倾斜轮个人电动交通工具

相关申请

本申请要求2008年3月20日提交的题为“Lean Steering Truck With A Torsion Spring Assembly”的第61/038,362号美国临时专利申请的权益，并且要求2008年3月20日提交的题为“Leaning Three Wheeled Personal Electric Vehicle”的第61/038,364号美国临时专利申请的权益，其通过全文引用特此并入。

发明领域

本发明涉及主要用于个人运输工具的轮式倾斜交通工具(wheeled leaning vehicle)。下述优选方案属于极轻型电动交通工具的新兴类，一种主要用于人类运输工具的电动交通工具子类。

发明背景

本发明涉及电驱动的倾斜交通工具。在现有技术集合内，以下子集是已知的：

许多设计属于电驱动交通工具的子集，例如第5918692号美国专利，其典型地试图最小化重量和最大化内部容量，因此导致质量中心高于它们的气体产生动力的对应部分(gas powered counterpart)。现有技术的这个子集的限制包括显著降级的交通工具操作、减小的拐角进出速度、较大的乘客不适感以及诸如雨或雪的恶劣环境情况中减小的牵引力。

在倾斜交通工具的子集内，相当大的部分设想复杂的、效率低的驱动系统，该驱动系统试图将中心动力单元例如汽油燃料的发动机的输出转移到多个轮子。这种情况的一个例子包括第4456277号美国专利。该现有技术显著地受限于包括可伸缩的驱动轴、紧链器系统或将动力传送到相对动力单元具有可变距离、弧度和倾斜的轮子的其它方法。

在三轮交通工具的子集内，现有技术由通常具有与一对轮相对的导向或牵引单轮的设计组成。该子集严格受限于两个共轴的轮连接的方式。最受限的是以互连两个共轴的轮的实心轴为特征的那些，例如第3776353号美国专利。这些遭受极差的转弯和操作。现有技术还包括使用机械或机电的联动装置互连该对共轴轮的一组设计，例如第4087106号美国专利。该子集通常缺乏在转弯、转向或其它操作动作之后将交通工具进而和乘车人恢复到中立位置的对策。

在此描述的本发明克服了现有技术的重大限制。

发明概述

通过将一个或多个轮毂中的电提供动力的电动机(in-hub electrically powered motor)与在此描述的新颖的倾斜机械装置的组合，实现了一种能够直接响应于乘车人重量的转移而倾斜进入弯道和操作的交通工具。在一个实施方案中，产生动力的轮位于站立的乘车人的前面，同时两个转向的倾斜轮放置于乘车人的后面。乘车人能够在低速操作期间使用手把控制的转向，并能够通过将压力转移到一只脚或另一只来倾斜乘坐平台(riding platform)，以增加可变和瞬时的后转向的量。在另一个实施方案中，使用一到四个轮毂中的电动机，四个轮的每个上至多一个，两个在坐着的或站着的乘车人前面和两个在其后面。所描述的新颖的倾斜机械装置被放置于乘车人的前面和后面，而且每个互连两个相关的、产生动力的轮子。在此实施方案中，确定了一种全轮驱动、倾斜转向的电动交通工具。

一方面，倾斜转向交通工具包括主平台和耦合到主平台的前端部的前轮组件。扭转悬架组件被耦合到主平台，是围绕第一轴可旋转的，而且提供抵抗从中立位置围绕第一轴的旋转的阻力。第一摇臂可旋转地耦合到扭转悬架组件。第一后轮在第一摇臂耦合到扭转悬架组件的点的远端的点处可旋转地耦合到第一摇臂。电动机耦合到前轮组件和后轮中的至少一个，以提供驱动力。此外，可包括第二后轮，且第二后轮以与第一后轮相同方式耦合到交通工具。

附图简述

图1是当前公开的交通工具的优选实施方案的外部侧视图。

图2是交通工具的横截面侧视图。

图3是显示了转弯配置的交通工具的外部后视图。

图4是互连一对轮子的倾斜机械装置的部分横截面顶视图。

图5是显示了交通工具几何形状的示意图。

图6是交通工具动力回路(power circuit)的电框图。

图7是显示为一对倾斜机械装置的当前描述的本发明的可选择配置。

附图详述/优选实施方式描述

以下详细描述涉及本发明的某些具体实施方案。然而，本发明可在许多不同的系统和方法中体现。本描述中，参照其中同样的零件自始至终用同样的数字指定的附图。

如图1所示，在此描述的交通工具的优选实施方案包括前轮组件101，该前轮组件101包括轮胎102和轮毂103或包含与前轴104同心的电动机的其它支撑结构。该轴104将手把105和转向柱106连接到轮组件101。在该实施方案中，乘车人站在主平台107顶上。在另一设想的实施方案中，乘车人坐在从主平台107或后平台108刚性固定或悬接的结构上。在当前显示的实施方案中，后平台108用来保护乘车人免受后轮组件120的伤害，同时提供用于座位、储存、显示、支持混合电操作的引擎或其它配件的安装位置。支撑架110被可枢转地安装到后轮组件120，且将前轮组件101互连到后轮组件120。在另一设想的实施方案中，单体壳设计(monocoque design)通过主平台107支撑乘车人，且互连可枢转安装的前轮组件101和后轮组件120。预想多种一般已知的悬挂系统中的任何一个例如线圈弹簧阻尼系统(coil-over-spring damper system)可与后轮组件120，与前轮组件101或与两者相组合。

在该当前描述的实施方案中，后轮组件120包括横跨扭转悬架组件122和后轮123之间的距离的一对摇臂121。每个后轮123安装到摇臂121，以便提供自由旋转，在此实施方案中通过使用密封轴承。摇臂121还直接地支撑将力转移到后制动片(rear brake rotor)125的制动钳124，其被同心地安装到自由旋转的后轮123，以便停止所述后轮123的旋转。

如图2所示，前述交通工具以横截面的方式呈现。电池201容纳在架110内，且被电连接到控制器设备210和因此的前轮毂中的电动机103。在例证的实施方案中，前轮毂中的电动机103具有范围从250瓦到2500瓦的额定功率，而且电池是总计12到96伏的一组电池。此回路的激活由安装节流门(throttle)202的手把105产生，且导致交通工具的向前运动。扭转悬架组件122容纳扭转弹簧230，且关于垂直的旋转轴自由旋转。扭转悬架组件122和扭转弹簧230通过顶部盘231和刚性地安装到架110的底部扭转悬架基部232受限于其它的运动轴和平面。当枢轴螺栓235互连顶盘231和底部扭转悬架基部232时，密封的顶部233和底部234轴承允许围绕旋转轴的自由旋转。以这种方式，主平台107的倾斜导致扭转弹簧230(或诸如弹性聚合物元件的其它弹簧力源)的压缩和两个后轮123的联合的、成比例的倾侧和旋转。主平台107的倾斜量上的减少，例如通过乘车人改变非位于主平台107的纵向轴上的点上的向下压力，导致弹簧力(但是力可由非弹簧的源提供)克服施加在主平台107上的该压力，因而引起交通工具恢复到其中立位置，在此实例中为直立位置。在一个实施方案中，扭转悬架组件例如被描述在2009年3月18日提交的题为Lean Steering Truck With A Torsion Spring Assembly的第12/406,829号美国专利申请中，其通过引用特此并入。

如图3所示，前述交通工具以倾斜配置的方式显示。乘车人(未显示)垂直于主平台107，而且名义上平行于转向柱106。后轮123作为一组围绕与枢轴螺栓235同轴的中心的、垂直的旋转轴旋转。控制臂310将每个摇臂121连接到扭转悬架基部232。这些控制臂310限制摇臂121的运动，且产生主平台107的倾斜与后轮组件120的旋转之间的线性和相反的关系。在优选的实施方案中，控制臂310使用球形接头或海姆接头(Heim joint)311连接到摇臂121，并连接到扭转悬架基部232。如在此设想的，当这些控制臂310被放置成平行于摇臂121的纵轴且直接地在摇臂121的纵轴下面时，在组件120上的应力被最小化。当主平台107被倾斜时，地面反作用力(reactionary ground force)作用于内后轮，和内摇臂121和内控制臂310，以使扭转弹簧被压缩。弹簧恢复力反作用于该作用的顺序，使主平台107和因此的乘车人返回到中立位置。

如图4所示，倾斜机械装置以顶视图、局部横截面的方式显示。摇臂121通过摇臂螺栓411连接到扭转悬架外壳410。密封轴承412允许摇臂121关于由摇臂螺栓411的纵轴限定的旋转轴的自由旋转。控制臂310将摇臂121球形地旋转地接合到扭转悬架基部232。扭转悬架外壳410被允许关于垂直于交通工具平台110的主轴的且由枢轴螺栓235的纵轴限定的旋转轴旋转。扭转弹簧230通过借助于多个固定螺钉422可调的弹簧引导件420和弹簧制动器421，或可选择地封入的弹簧腔而固定。操作固定螺钉422导致扭转弹簧230的增加的或减少的压缩。压缩的改变对于乘坐动力学以及尤其由扭转弹簧230施加的以便将交通工具恢复到直立位置的力的量有直接和必要的影响。弹簧力的减小导致较少有力地恢复到直立位置的投诉较多的交通工具。相反，弹簧力的增加导致更加有力地返回到直立、中立位置的交通工具。先于后轮组件120的组装，压缩容纳在弹簧腔430内的扭转弹簧230，以便提供其中扭转弹簧230连续处于受压中的乘坐状态。摇臂121直接且刚性地容纳制动钳124，因此消除了额外的硬件或机械连接，而且减少了摇臂121的总重。在扭转悬架外壳410的外表面上是两个机械突出物，在此实施方案中为螺纹弱点(threaded blot)430，用来限制关于枢轴螺栓235的自由旋转的范围，和因此主平台107和交通工具架110被允许相对路面倾斜的程度。

在一个实施方案中，扭转弹簧230和弹簧腔430形成可互换的子组件，该子组件在被替换成具有不同的弹簧常数的扭转弹簧230时可因此改变交通工具的乘坐动力学。在另一实施方案中，扭转弹簧230具有渐进地改变的弹簧常数；对于扭转弹簧230被压缩的每一度，递增变化的力被施加在组件120上，因此提供了与主平台107的倾斜角有关的变化的乘坐动力学。

如图5所示，前轮组件101通过前轴104连接到转向柱106。从轴104的实际位置到沿转向柱106的纵轴的最近点的这个距离由偏移510描述。在优选实施方案中，这个偏移在0到6英寸之间。前轮组件101的半径501与地面502垂直相交的地方是点503。另一点504位于转向柱106的纵轴与地面502相交的地方。点503和504之间的距离是拖曳距离520。在优选实施方案中，拖曳距离520在0到3英寸之间。后轮123的半径505与地面502垂直相交的地方是点506。点503和点506之间的距离是轴距530。在优选实施方案中，轴距在40到120英寸之间。前述几何形状的细心计算导致自然、平衡的乘坐经验，而且由比值1控制：

倾斜与转弯的比∝{乘车人重量、交通工具重量、扭转弹簧常数、摇臂长度、前轮偏移、前轮拖曳、轴距、前轮半径和后轮半径}

而施加在交通工具和乘车人上的恢复力由比值2控制：

恢复力∝{垂直力、摇臂长度、轮半径、充气轮胎弹簧常数(inflated tire spring constant)、扭转弹簧常数、总的乘车人和交通工具的重量，以及轴距}

如图6所示，电能储存在电池中601。电池601通过电线连接到控制器602。给定来自安装节流门603的手把105的输入，动力被分配且传送到轮毂中的电动机604。控制器602还分摊且提供动力给包括灯605，和音响喇叭606声，以及示出电池电量水平的显示607的配件。对于两个制动杆608中的任一个的致动产生发送到控制器602的停车信号。在没有来自节流门的输入的减速情况下，动能通过电动机604转换成电能，且通过控制器602转移到电池601。

在可选择的实施方案中，控制器602包括第二全轮驱动控制器610，以控制动力分配并监测到左前电动机611、右前电动机612、左后电动机613、右后电动机614中的每个的动力分配。全轮驱动配置以这种方式能与传感系统一起实现监测且抵制车轮滑动，并且实现直接响应于变化的轮速，如在转弯中。

如图7所示，可使用一对后轮组件120。后轮组件120如前述被放置于站立的或坐着的乘车人后面，且被刚性连接到架110。在这个可选择的配置中，第二后轮组件120连接在乘车人前面，且也刚性连接到架。结果产生四轮倾斜的交通工具。动力如前述被提供到位于前轮710、711或后轮720、721的轮毂中的电动机。同样如前述，智能全轮驱动也是设想的，其中轮毂中的电动机位于所有的四个轮710、711、720、721上。

提供所公布实施方案的以上描述，以使本领域的任何技术人员能够利用或使用本发明。这些实施方案的各种改变将对于本领域技术人员是欣然明显的，而且在此描述的一般原理能被应用到其它实施方案，而不偏离本发明的精神和范围。所以，应理解到，在此出现的描述和附图代表本发明的示范性实施方案，因而是本发明广泛考虑的主题的代表。应进一步理解到，本发明的范围充分包含其它实施方案，而且本发明的范围因此仅由所附权利要求限制。

Claims (5)

1.一种倾斜转向交通工具，包括：

主平台；

前轮组件，其耦合到所述主平台的前端部；

扭转悬架组件，其耦合到所述主平台，是围绕第一轴可旋转的，而且提供抵抗从中立位置围绕所述第一轴的旋转的阻力；

第一摇臂，其可旋转地耦合到所述扭转悬架组件；

第一后轮，其在所述第一摇臂耦合到所述扭转悬架组件的点的远端的点处被可旋转地耦合到所述第一摇臂；以及

电动机，其耦合到所述前轮组件和所述后轮中的至少一个，以提供驱动力。

2.如权利要求1所述的交通工具，还包括第一控制臂，所述第一控制臂在第一端部于所述第一摇臂上的位置耦合到所述第一摇臂，并且在第二端部耦合到所述交通工具的相对于所述主平台固定的部分，所述第一摇臂上的所述位置位于所述第一摇臂耦合到所述扭转悬架组件的点的远端。

3.如权利要求2所述的交通工具，还包括手把，所述手把耦合到转向柱，而所述转向柱耦合到所述前轮组件。

4.如权利要求2所述的交通工具，还包括：

第二摇臂，其可旋转地耦合到所述扭转悬架组件；

第二后轮，其在所述第二摇臂耦合到所述扭转悬架组件的点的远端的点处可旋转地耦合到所述第二摇臂；以及

第二控制臂，其在第一端于所述第二摇臂上的位置耦合到所述第二摇臂，并且在第二端耦合到所述交通工具的相对于所述主平台固定的部分，所述第二摇臂上的所述位置位于所述第二摇臂耦合到所述扭转悬架组件的点的远端。

5.如权利要求1所述的交通工具，其中，所述扭转悬架组件包括扭转弹簧。

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