CN102139733A - 动力驱动的独轮自行车 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种动力驱动的独轮自行车，该独轮自行车主要是改变了目前市场上独轮自行车产品的转向方式，在座位的下方与支撑框架固定地相配接了左右两条转向手把杆，使其转向方式与常规的自行车类似，因该种转向方式已为绝大多数人们所熟知，故而使初学者易于学习及掌握其驾驶技术。另外，根据角动量守恒的原理，设置了一个伸展到车轮前方的搁脚连杆，增大了操作者身躯绕垂直轴线的转动半径，增加了阻止发生不希望的自旋或转动的能力。此外，本发明还提出了一种结构设置的方法，能使操作者的座位趋向于返回中央、面向前的非转向位置。因此增加了独轮自行车的稳定性，改善了独轮自行车的运行性能。

Description

动力驱动的独轮自行车

技术领域

本发明提出了一种独轮自行车，更确切地说，是一种动力驱动的独轮自行车。

背景技术

独轮自行车已为业内人士所熟知，其中包括脚踏驱动的独轮自行车以及动力驱动的独轮自行车。对于脚踏驱动的独轮自行车来说，骑车人要想获得车子前后平衡的话，必须将脚踏板朝前或朝后踏动，驱动车轮朝前或朝后滚动，使车轮与地面的接触点始终保持在骑车人与车子的重心之下。对于动力驱动的独轮自行车来说，是用一个电子导航仪，使轮子朝合适的方向加速或减速来达到动态稳定，从而获得车子前后的自平衡。

Kamen等人的专利(US Pat No.6302230B1，Oct.16，2001，Personal Mobility Vehicles and Methods)以及已公开了的Alexander申请的专利(US Pat App No 10/569152，Pub No.2007/0158117A1，Jul.12，2007，Powered Unicycle)总结了目前自平衡独轮自行车的背景，揭示了动力驱动独轮自行车的相关技术。在他们提出的动力驱动的独轮自行车装置上，驾驶时车子的方向是直接采用操作者的朝向，基本上是操作者用胸腹部的朝向来控制的。

在｀230B1的专利中，所揭示的双轮或独轮自行车上，操作者用身驱的倾侧，通过传感器来操纵车子转向的。在｀152的专利申请中，驾驶的控制是设在独轮自行车的前部，操作者两手直接向前握住一条手把管，再相对于手把管扭动身驱，就可使车子转向了。如要使轮子转右，操作者就将身驱向左扭动，同时使手把管向右转向。如果转向转得远远不够，那末要再次重复上述过程。如果转向转得过了头，则用反方向的动作来修正，亦即将身驱向右扭动，同时使手把管向左转向。连续施行上述转向与修正的操作，直到获得所希望的、新的直线前进的方向。

上述转向方式对于大多数的生手来说，与较熟悉这种技巧的人相比是有难度的、有缺点的。对于大多数人的经验来说，十分熟悉的是骑常规自行车时的转向方式。当要实施常规自行车转向时，一个手将手把管的一端朝某一方向推动，另一个手同时在手把管的另一端朝相反方向推动，使得位于手把管中间的驱动轴转动，进而带动轮子的转向，最后达到车子转向的目的。因为大多数人是在骑常规三轮与/或两轮自行车的过程中长大的，所以他们最熟悉的是这种常规自行车的转向方式。

因此，对于一台动力驱动的独轮自行车而言，需要装置一种转向机构，让操作者获得与常规自行车转向方式相似的感觉，亦即一个手朝某一方向推动，另一个手同时朝基本上相反的方向推动。这种与常规自行车转向方式类似的转向机构的另一个好处是，这种友好的人车界面的设计，可加快学习驾驶动力驱动独轮自行车的进程，因为毋须再学习陌生的转向方式了。本发明还提出了将转向机构设置在靠近人车质量中心的地方(例如，在本发明的一个实施方案中，将转向机构设置在操作者的座位底下、最靠近座位的地方，使得该转向机构直接位于重心之下，且与重心的垂直轴线更加靠近。)，这种设置增加了人车整体的稳定性，也使初学者更易于掌握动力驱动独轮自行车的驾驶技术。

此外，在｀152的专利申请中所提出的动力驱动独轮自行车以及其他类似的独轮自行车上，操作者都是以竖直的位置站着(或坐着，如｀152的专利申请中图9所示)的，操作者的身躯基本上是垂直的，且与人车垂直轴线几乎在同一条直线上。这就造成了从垂直轴线到操作者的周边质量之间的转动半径较短，因而当操作者企图转向时，致使阻止操作者自旋惯性的阻力较小。我们知道，根据角动量守恒原理，转动半径越大，抗自旋的能力就越大(与花样滑冰相似，滑冰者的手臂收得越紧，滑冰者的自旋就加快；滑冰者的手臂张开，因抗自旋的能力加大，而使滑冰者的自旋减慢)。上述较短半径的后果是，当操作者企图转向时，会引起操作者所不希望的左右转动或自旋。如要转向，操作者必须多次转动身躯来进行微调修正时，该问题就会更加恶化。

因此，对于一台动力驱动的独轮自行车而言，当其企图转向时，还需要提供较大的阻止自旋发生的阻力，致使独轮自行车不仅学习容易，而且驾驶更加稳定。本发明提出了将操作者的两条腿脚朝前搁置的设计，加大了操作者的质量转动半径，因而增加抗自旋/转动的阻力。

发明内容

如前述可知，本发明的目的是要制备一种克服目前业内缺点的有动力驱动的独轮自行车，本发明所提出的动力驱动的独轮自行车，稳定性较好，易于操纵，也使初学者易于掌握其驾驶技术。本发明提出了一种方法，能使操作者的座位趋向于返回中央、面向前的位置，这种方法能使动力驱动的独轮自行车自动地返回到非转向位置。该独轮自行车改变了目前市场上独轮自行车产品的转向方式，在座位的下方与支撑框架相配接了左右两条转向手把杆，使其转向方式与常规的自行车类似，因该种转向方式已为绝大多数人们所熟知，故而易于操纵。另外，根据角动量守恒的原理，设置了一个伸展到车轮前方的搁脚连杆，增大了操作者身躯绕垂直轴线的转动半径，增加了阻止发生不希望的自旋或转动的能力，因此增加了独轮自行车的稳定性，改善了独轮自行车的运行性能。

业内有经验人士在结合图纸审阅下文的详细叙述后，可以进一步了解本发明的特点以及其它有关的优点了。

附图说明

图1是根据本发明所提出的一种实施方案的动力驱动独轮自行车的透视图。

图2是根据本发明所提出的动力驱动独轮自行车，在储藏或运输时的形态。

图3是根据本发明所提出的动力驱动独轮自行车，在向右转向时的俯视图。

图4是根据本发明所提出另一种实施方案的动力驱动独轮自行车的透视图。

图5是根据本发明所提出另一种实施方案的动力驱动独轮自行车的另一面的透视图。

以上的这些实例，将在下文中详述。

具体实施方式

参阅图1，这是本发明所提出的一种动力驱动独轮自行车实施方案的透视图。

独轮自行车10包括有一个车轮11通过辐条14，或通过轮胎12等其他部件与轮毂20相配接。轮毂20最好有一根中轴22，中轴22是与两根叉状支架(轮叉)32的末端相配接。轮叉32是车轮上支撑框架(支架)30的一部分，还有另一个框架部件34与两根轮叉32相配接，彼此固定在恰当的位置。或者，将两根轮叉成形为一个整体部件，或与其他部件成形为一个整体部件，然后再将该整体部件覆置并固定在车轮之上。

在支架30上设置一个座位40以及搁脚连杆50。座位40与搁脚连杆50是互相固定地连接着的，它们与支架30是可转动地连接着的。支架30上有一根转动轴向上伸起，座位40的底部安装其上(在图1中，该转轴被座位40遮挡住了)。相对于支架与车轮来说，座位可以在水平方向上左右转动。架腿连杆50是要伸展在座位40的前方，并且固定地连接在座位40的前方。在接近架腿连杆50的末端处，可安装上两只踏脚架52，它们位于车轮11的前面，基本上也是位于中轴22的前面。

在支架30上最好设置两根转向杆(手把杆)36，左手转向杆(左手把杆)36A和右手转向杆(右手把杆)36B。图1的实施方案中，托座35牢牢地安装在轮叉32上，每根手把杆36从各自固定的轮叉32的侧面方向伸出。因为侧向伸出比向前伸出更好，所以最好是侧向伸出，但不是必须如此。

操作者骑在上述方案的独轮自行车上，将两只脚放在突出向前的位置，配合着两手握着从座位下向两侧伸出的手把杆，就会使操作者获得与骑着一辆躺卧式自行车相似的感觉了。

参阅图2，该透视图画出了储藏时或运输时上述实施方案的独轮自行车10的形态。从图可见，图2与图1相同，只是图2显示了两只踏脚架52与两根手把杆36都可以折叠起来，使其更加紧凑，减小了外形的体积。

参阅图3，这是本发明所提出的独轮自行车的俯视图。图中画出的独轮自行车10，它的座位40与搁脚连杆50转向到了左侧(相对于车轮向前移动的直线方向而言)。这种状态是会在操作者施行右转弯时发生，因为操作者必须将左手把杆36A朝前推动，同时将右手把杆36B朝后推动，才能使车轮11朝右转向。由于转轴的转动点位于操作者的重心之下和车轮之上，所以操作者用手的转向动作很容易得到车轮的回应，可以获得没有迟缓的、准确的车轮转向。因此，用这种方式所获得的转向，对绝大多数人来说是熟悉的。

从图3可见，在本发明所提出的独轮自行车使用时，操作者的腿脚基本上都是会朝前伸展开的，这种状态增大了操作者身躯绕垂直轴线的转动半径。根据角动量守恒的原理，这种安排增加了阻止发生不希望的自旋或转动的能力，使得本发明的独轮自行车10的运行性能，比业内用目前技术生产的动力驱动的独轮自行车会更加稳定。

从图3还可见，转向用的手把杆36A与36B是从车轮11径向地向外伸展的，在车轮11的两侧是对称的。每个手把杆与通过车轮11的垂直面前进方向之间的夹角α，可取的范围是不能小于45°，最好的范围是45～135°。

同时参阅图4与图5，这是根据本发明提出的动力驱动独轮自行车，另一种实施方案的透视图。独轮自行车110包括有车轮112、轮毂120、中轴122、车轮支架130，它们的组态是与图1-3中的独轮自行车10相同。座位140是由导轨142所支撑的，与导轨142相配接。导轨142架接在车轮支架130上面，它的鏦向基本上与前进方向相垂直。导轨142与座位140的设置组态如下：座位140可以沿着导轨142的长度方向左右滑动，从而使座位140相对于车轮112发生位置的变化。在本实施方案中，导轨142是弯曲地向下向后伸展，是圆160上的一段圆弧。座位140在弧形的导轨142上绕轴161滑动，轴161是通过圆160的圆心垂直于圆160的圆平面的垂直中心轴。在本实施方案中，通过中轴122的独轮自行车的垂线162与中心轴161在点163处相交，该交点163是低于地面或骑行的平面，使独轮自行车能更稳定地操作。通过中轴122的独轮自行车的垂线162与圆平面的垂直中心轴161之间的夹角，可取的范围是不小于15°，最好的范围是15～45°。

与图1-3中的独轮自行车10相同，独轮自行车110可设置操作者在上搁脚的两只踏脚架152。在非转向的向前运行过程中，车轮112的平面一般是垂直于地面的，座位140通常保持在车轮112的正上方。如要使独轮自行车110右转，则在右边的踏脚架152上施压，使车轮112与车轮支架130向右倾斜，结果导致独轮自行车110右转。导轨142是随同车轮支架130一起向右倾斜的，此时座位140在导轨142上向左滑动，从而避免了操作者也发生倾斜，可保持直坐的姿势。这种组态致使独轮自行车110比常规结构的独轮自行车容易操作得多，因为常规结构的独轮自行车上的座位是不能移动地连接着的。同样的原理，相似的操作，可使独轮自行车110左转。

独轮自行车110可以进一步包括如同图1-3中所示的转向杆36，然而，本实施方案的独轮自行车110不用转向杆也能转向。它们在图4与图5中没有画出来。

参阅图4与图5，该实施方案中的踏脚架152是位于中轴122与车轮112的外缘之间，要设置在最少距离中轴122前方5公分以上。将踏脚架设在前面，并与中轴隔开一段距离，使操作者的腿在车轮的垂直轴以外得以伸展，从而可提供转向时所希望的阻尼，即阻止进一步的转向，使操作者的座位迅速返回中央、面向前的位置，即非转向位置。

独轮自行车前后平衡的控制是依靠装在座位40，140中的一套传感器与电子导航设备来实现的(本文所引述的专利中已经叙述了，也已为业内所熟知)。位置状态的资料由座位40中的传感器所获得，用导线将传感器与轮毂20、120相连，连接两者的导线从轮叉的管状内腔中穿过，传感器获得的资料通过导线传到轮毂20、120。轮毂20、120包括有一只与中轴22、122相配接的电动机，电子导航仪使得电动机驱动中轴22、122以适当的方向与足够的速度转动，从而保持独轮自行车的前后平衡，并驱动车轮转动。电子导航仪的控制开关可设置在手把杆36或导轨142的两端上。相应的带有电动机的轮毂以及传感器的连接方法，可以是有线的，也可以是无线的，这些连接方法也都已为业内人士所熟知。

在上述举例的两个实施方案中，动力驱动的独轮自行车10与110都包括了一种方法，能使操作者的座位趋向于返回中央、面向前的位置，这种方法能使动力驱动的独轮自行车自动地返回到非转向位置。

虽然以上借助了几个特定的实施方案对本发明做出了描述，但是应该理解为本发明还能作进一步的改动，本专利旨在涵盖根据本发明的原理所进行的各种变化、用途或改良。也涵盖了与本发明所揭示的已知方案或实施惯例有所偏离，但仍然从属于本发明技术及其应用原理的范围。本专利还涵盖了本发明所附权利要求的范围。

Claims (10)

1.一种动力驱动的独轮自行车，它是由如下部件所构成：

一个车轮，可转动地与一个支撑框架相配接；

一个设于车轮上方、可移动的座位；

一个驱动车轮用的电动机；

一套与电动机相配接的、控制车子前后平衡用的导航仪；

两条转向杆，它们对称地设置在车轮的两侧，在座位下方与支撑框架固定地相配接，基本上是从车轮的中心径向地向外伸展的，每个转向杆与车轮垂直面前进方向之间的夹角α，可取的范围为45～135°。

2.根据权利要求1所述的动力驱动的独轮自行车，其特征在于，还包括有一个搁脚支撑杆，它与座位是固定地相配接的，基本上是伸展到车轮的前方。

3.一种动力驱动的独轮自行车，它是由如下部件所构成：

一个带有转轴的车轮，可转动地与一个支撑框架相配接；

一个设于车轮上方、可移动的座位；

一个驱动车轮用的电动机；

一套与电动机相配接的、控制车子前后平衡用的导航仪；

至少一个踏脚架，设置在中轴的前方，距离中轴5公分以上。

4.一种动力驱动的独轮自行车，它是由如下部件所构成：

一个带有转轴的车轮，可转动地与一个支撑框架相配接；

一个设于车轮上方、可以左右滑动的座位；

一个驱动车轮用的电动机；

一套与电动机相配接的、控制车子前后平衡用的导航仪。

5.根据权利要求4所述的动力驱动的独轮自行车，其特征在于，还有两只踏脚架，对称地设置在车轮的两侧。

6.根据权利要求4所述的动力驱动的独轮自行车，其特征在于，还有一条架接在支撑框架上，与座位相配接得导轨，导轨的纵向基本与前进方向垂直，座位能沿着导轨左右滑动；所述的座位的滑动途径是沿着导轨作曲线运动。

7.根据权利要求6所述的动力驱动的独轮自行车，其特征在于，所述的滑动途径是一段圆弧，座位是绕弯曲导轨的圆平面的垂直中心轴滑动的。

8.根据权利要求4所述的动力驱动的独轮自行车，其特征在于，独轮自行车的垂线与座位滑动圆平面的垂直中心轴之间的夹角，可取的范围为15～45°。

9.根据权利要求8所述的动力驱动的独轮自行车，其特征在于，所述的弯曲导轨圆平面的垂直中心轴与通过中轴的的独轮自行车的垂线相交点是低于地面或骑行的平面。

10.根据权利要求1、3与5所述的动力驱动的独轮自行车，其特征在于，在使用时伸展出来的两条转向杆或两只踏脚架是可以折叠收拢的，以缩小储运时的体积。

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