CN1052456A - 高速自行轿车 - Google Patents

Abstract

高速自行轿车是一种外形为双流线型的新式四 轮人力轿车，乘员三人。它是通过利用杠杆原理、机 械能与势能相互转换，减少行进时的空气阻力，以及 改变驾驶操作方式(驱车踏动时双脚不做圆周运动而 做直线运动)等途径来达到省力及高速行驶的目的。 本发明还设计有由驾驶员及乘员手动操纵的辅助性 加力机构，并可将行进时的车身及人体自重以及路面 颠簸力等阻力转变为前进动力。本发明为前后轮同 时驱动，配有双控制动系统以及与人体背柱曲线相吻 合的新式座椅。

Description

本发明属于交通工具，是一种利用人力驱动来达到高速行驶目的的新式轿车。

做为当前人类主要交通工具之一的汽车，自十九世纪末期发明到现在百余年来，发展迅猛。尤其轿车的发展更是日新月异。汽车给人们带来了极大的便利，但同时也不可避免地带来了一系列问题。诸如能源（这里主要指汽油）的大量消耗;空气的严重污染等等。（据有关资料表明：世界上有些大城市的废气排放量中，竟有90%是来自轿车排出的废气！）随着现代化工业的进一步发展，这种现象愈演愈烈，因而也越来越引起了人们的普通重视与关注。据悉目前已有人开始针对上述状况做出了种种的改进尝试与探索，如太阳能汽车的研制等等。但终因此类新产品造价昂贵不便推广等诸项原因，一直无法收到令人满意的效果。

在人类交通工具中充任另一主要角色的自行车，由于其方便实用，无污染，节省能源，以及造价低廉等诸方面优点，一直是深受人们普遍欢迎的主要代步工具。不仅时经一个半世纪历久不衰，即使是在未来的交通事业中，由人力来驱动的交通工具仍然会起到它无可替代的重要作用。但是在目前所大量流行的自行车中，现仍存在着不少极其明显的弱点，如体力消耗大，行驶速度慢等等。这里应当指出的，是上述问题的出现，有相当一大部分的原因是由于目前流行的自行车设计欠妥所致。如在骑自行车时所必须采取的弯腰曲背的骑行姿势;两脚轮番踏动脚蹬时所划出的圆形轨迹以及在骑行时两臂功能得不到充分发挥等等，都使得在整个行进过程中要消耗掉大量的无用之功;而在另一方面，对一些本可利用的重力因素，如人体、车体重力等等不但得不到充分的利用，反而大都使其变成了前进中的阻力，其它还有对空气阻力等等各方面因素的忽视等等。这些都是造成目前自行车机械利益不高的极其重要的原因。当然，在近几年来，确实也有不少人在自行车的结构造型等方面提出了诸多形形色色的改进方案，甚至还有的设计出了各种的人力轿车。但都因其没有找出足以解决目前人力车运行中亟待解决的主要矛盾，因而也就不能从根本上解决问题，加之上述改进大都结构繁琐，加工不易，自然也就缺乏其实用价值。所以迄今为止，只见方案，不见产品，问题始终没有得到实质性的解决。

本发明就是针对上述情况而根据力学中机械能与势能相互转换，杠杆原理以及空气力学原理和人体力学等设计的一种利用人力驱动来高速行驶，省力、舒适、造价低而且操作灵便，同时结构又极其简单的新式自行轿车（车内乘员为三人，前一后二）。为便于大批量的生产与普及，本发明的许多部件设计大都采用现行自行车标准件数据。

本发明的主要原理，详细结构及实施例均结合附图说明如下：

图1为高速自行轿车总体结构主视示意图。

图2为高速自行轿车传动结构俯视示意图。

为清楚起见，兹将有关内容结合附图分条叙述如下：

一、车身部分：

根据空气力学有关原理为减少行进时的空气阻力，本发明的车身设计为侧、俯两个投影面均为流线形。（据有关数据表面，人骑自行车前进时的空气阻力系数为0.9;侧视投影面为机翼形的车身空气阻力系数为0.04，但易在行进时产生升力而导致车身不稳。流线形车身可基本避免这种现象。其空气阻力系数为0.15，本发明系按此数据来进行设计计算。）其中图1中的（1）为车厢主体，（2）为下部车门，（3）为前舱盖，（4）为前舱盖把手，（5）为前舱盖与车厢主体连接点，（6）为后舱盖，（7）为后舱盖把手，（8）为后舱盖与车厢主体连接点，（9）为行李舱，（10）为行李舱门轴，（11）为行李舱开关，（12）为雨刷。

实施过程为：驾驶者通过拉起前舱盖把手（4）可将前舱盖（3）与和（3）连为一体的下部车门（2）拉起，使其沿前舱盖与车厢主体连接点（5）为轴心的规迹升起。若有后座乘员可通过拉起后舱盖把手（7）使后舱盖（6）开启。然后须将车厢内装有专门装置的前座椅（13）的靠背搬起使之与地面呈垂直状态。待后座乘员坐入后座（32）后再将椅背与后舱盖（6）回复原位。驾驶人员坐入前座椅（13）后将前舱盖（3）和与之相连的下部车门（2）回复原位，即可进入工作状态。

二、驱动系统

A、主驱动结构：驾驶人员进入前座椅（13）后，（本发明中前后座椅的椅背形状均设计与乘员脊椎曲线相吻合，这样一来可使乘员感到舒适。同时使驾驶人员操作时省力）。双手可扶稳转向器（55）（转向结构后述）。同时两脚踏住脚踏板（14），（脚踏板左右各一双脚轮番交替踏动，此处仅介绍一只脚踏板运动过程）在驾驶员踏动脚踏板（14）时同时带动传动连杆（16），并由此带动作为主要传动件的杠杆扇齿轮（17）。在此一运动过程中，脚踏板（14）与传动连杆（16）沿脚踏板跑道（15）进退，运动轨迹成直线;而杠杆扇齿轮（17）的两端杠杆与扇齿轮均是绕杠杆扇齿轮旋转支点（18）运行，运动轨迹呈弧形。杠杆扇齿轮（17）的运动可使与之相邻的齿链轮传动器（20）一端的齿轮转动，通过同一传动轴的力使齿链轮传动器（20）另一端的链轮做同向转动。（注：图中所有的链轮内部均系超越机构，即可向一方空转，逆向即挂档，本发明中拟用自行车飞轮略经改装后代用。）在此同一过程中杠杆扇齿轮（17）将杠杆扇齿轮拉伸弹簧（19）拉开（此为蓄能过程）。转动的链轮将力传至齿链轮传动加速主轴（22）上的链轮（88）使其空转。此时驾驶员将脚放松，拉伸弹簧（18）即回复原位，并带动杠杆扇齿轮（17）回复原位。与此同时使齿链传动器（20）上的齿链轮一致回转，（链轮实转挂档）再次通过传动链条（21）带动齿链轮加速主轴（22）上的链轮（88）实转，并由此带动（22）上的齿轮转动，经过传动加速齿轮轴（23）使后轮（主动轮）传动轴（24）上的齿轮转动，同时带动轴两端的后轮（26）转动，由此完成驱动车身前进的全过程。

B、后轮（主动轮）加力机构：后轮加力机构由前、后座加力机构与前后手动加力机构所组成，其中前座加力机构是由前座弹簧（27），前座加力杆（28），前座加力滑轮（29）与绳链传动索（30）以及前座传动索弹簧（31）所组成;后座加力机构是由后座弹簧（33），后座加力杆（34），后座绳链传动索（35）以及后座传动索弹簧（36）所组成。系将驾驶员、后座乘员的本身重力及车身行进时的颠簸力转化为前进动力的加力机构。实施过程为：前后乘员体重并加颠簸力分别由前后座椅下的前后座弹簧（27）与（33）传至前后座传动索（30）与（35），并通过其分别将前、后座传动索弹簧（31）及（33）拉动，同时使齿链轮传动加速主轴（22）上各自的链轮（87）与（90）空转，待各自弹簧回复原位时再拉动各自链轮反向旋转（挂档）。由此循环往复，来完成整个行进过程中的后轮加力工作。

前、后手动加力机构均系备用系统，需要时可用来增加驱动力。其中前手动加力机构是由加力操纵杆（37），操纵杆弹簧（39），过渡齿轮（40）与齿链传动器（41）以及传动链条（85）和安装在齿链轮传动加速主轴（22）上的链轮（86）所组成。实施过程为：驾驶员用右手扳动加力操纵杆（37）使其绕旋转支点（38）运动，以便使操纵杆另一端的扇齿轮带动过渡齿轮（40）及齿链传动器（41）转动。并由齿链传动器上的链轮通过传动链条（85）将力传至安装于齿链轮传动加速主轴（22）上的链轮（86）使之空转。与此同时加力操纵杆（37）将连接于操纵杆扇齿轮一端与车架之间的加力操纵杆弹簧（39）拉开，以完成整个蓄能过程。待驾驶员松手，加力操纵杆弹簧（39）复位时，由弹簧力带动上述传动机构，使安装于齿链传动加速主轴（22）上的链轮（86）反向挂档旋转，并通过传动加速齿轮轴（23）带动后齿轮传动轴（24）转动，由此完成后轮加力过程。

后手动加力机构系由安装于后座（32）之前的健身拉力器手柄（42），后绳链传动索（43），滑轮（44）及健身拉力器弹簧（45）所组成（请参看图2）。实施过程为：乘员在经长时间乘坐需活动手脚或需要为驾驶员增加驱动力时，用双手握住拉力器手柄（42）向后拉动，由此经滑轮（44）使后绳链传动索（43）带动安装于齿链传动加速主轴（22）上的链轮（89）使之向后空转，与此同时将健身拉力器弹簧（45）拉开，待放松拉力器手柄（42）拉力器弹簧（45）复位时，其弹力拉动后绳链传动索（43）使安装于齿链轮传动加速主轴（22）上的链轮（89）挂档旋转，并经传动加速齿轮轴（23）带动后轮传动轴（24）转动。如此来完成后轮加力过程。由于安装在齿链轮传动加速主轴（22）上的所有链轮均系超越机构，并且同方向，故不会出现各自的加力互相抵消或互相阻抗现象。

C、前轮加力机构：本发明的前轮设计为二轮结构，两前轮由前轮主轴（53）相联接。前轮主轴（53）通过前轮立轴（59）与车身相连。其加力机构是以车身重力及颠簸力来促使前轮前进的机构。它由前轮减震弹簧（46）、前轮加力弹簧（47）、前轮加力杆（48）、前轮绳链加力传动索（49）、前轮传动索弹簧（50）、前轮加力链齿轮传动结构（51）、齿轮加力机构（52）、前轮主轴（53）以及前车轮（54）所组成，实施过程为：行进中的车身重力及颠簸力将前轮加力杆（48）不断压下，又由前轮加力弹簧（47）不断弹升，如此在行进过程中不停顿地做上下往复运动。在车体下压过程中前轮加力杆（48）下行并拉动前轮绳链加力传动索（49）使前轮加力链齿轮传动结构（51）一端的链轮空转，与此同时将前轮传动索弹簧（50）拉伸。待前轮加力弹簧（47）回弹并使前轮加力杆（48）回升时，前轮传动索弹簧（50）回复原位并同时往回拉动前轮绳链加力传动索（49），由此使前轮加力链齿轮结构（51）上的链轮挂档旋转。同时带动轴另一端的大齿轮转动，并通过齿轮加力机构（52）和前轮主轴（53）上的齿轮传动来达到使前轮（54）加力并增速的目的。

三、转向机构：

本发明的转向机构是由转向器（55）转向齿轮机构（56）、转向传动杆（57）、转向传动钢丝绳（58）以及前轮转向跑道（64）所组成。（前轮转向跑道是前轮转向时供前轮加力杆（48）和前轮减震弹簧（46）随前轮架一起活动用的跑道）实施过程为：驾驶人员双手握转向器（55）手柄按所欲转动方向转动时，转向器另一端的伞齿轮带动与之啮合的转向齿轮机构（56）上端的伞齿轮并通过转向齿轮机构（56）的传动轴将力传至轴下端的圆柱齿轮，由该圆柱齿轮带动转向传动杆（57）上端的圆柱齿轮使整个传动杆转向。由于转向传动杆（57）下端横轴两端各有一条钢丝绳与前轮主轴（53）左右两点相连，当转向传动杆转向时拉动钢丝绳，即可随心所欲地转向（请参看图2）。

本发明前、后轮轴心均设计有超越机构，以解决转向时的两轮速差问题。

四、制动部分：

为确保安全计，本发明的制动部分采用双控制系统，是由制动踏板（60）、滑轮（62）、传动钢丝绳（63）、联索器（65）、涨闸（25）、控制涨闸钢丝绳（66）、滑轮（67）（68）、涨闸连杆（69）、复位弹簧（70）、控制圈闸钢丝绳（71）、滑轮（72）（73）、圈闸连杆（74）、圈闸架（75）、复位弹簧（76）以及圈闸（77）所组成（请参看图2）。实施过程为：踩下制动踏板（60），制动踏板以轴（61）为中心点和下端与传动钢丝绳（63）连接点同时运动。由此拉动钢丝绳并带动联索器（65）。在联索器（65）上分别连接有控制涨闸钢丝绳（66）与控制圈闸钢丝绳（71）。当联索器（65）带动上述两钢丝绳（66）与（71）时，控制涨闸钢丝绳（66）经滑轮（67）（68）拉动涨闸连杆（69）同时拉开复位弹簧（70），系在后轮（26）中心部位制动;而控制圈钢丝绳（71）则经滑轮（72）与（73）拉动圈闸连杆（74）、圈闸架（75）以及圈闸（77），同时拉开复位弹簧（76），是在后轮（26）车圈部位，同时制动。当制动踏板（60）被放开时，复位弹簧（70）与（76）复位，同时分别将车轮涨闸（25）与圈闸（77）打开。由此实现整个制动及复位过程。

五、雨刷控制系统：

本发明前舱盖（3）上的雨刷（12）也是采用人力带动，为风、雨、雾天气时的备用装置。其控制系统是由传动索（78）、滑齿轮传动结构（79）、带轮伞齿轮（80）、静止悬挂点（81）、运动连接点（82）、传动索弹簧（83）、雨刷固定螺母（84）以及雨刷（12）所组成。实施过程为：在驱车前进过程中驾驶员踏动脚踏板（14）并带动传动连杆（16）做往复运动时，连接于运动连接点（82）上的传动索（78）也随之前后运动并不断拉动传动索弹簧（83）开合。在向后运动的过程中，拉动滑齿轮传动结构（79）上的滑轮运动，同时将力传至另一端伞齿轮，由此带动带轴伞齿轮（80）上的伞齿轮和轴同时运动，以实现安装于轴上的雨刷（12）做180°运动的目的。

当不需要用雨刷时，可将传动索（78）的终端从运动连接点（82）取下悬挂于静止悬挂点（81），并将雨刷固定螺母（84）略松开，将雨刷（12）搬倒置于车身一侧即可。

（注：本说明书中对于辅助设计如轿车照明、转向、鸣笛等有关电路设计不拟介绍，图中也未予标出。特此注明。）

本发明与现有技术相比有如下优点和积极效果：

1、大幅度地节省体力：本发明综合利用了力学中的杠杆原理，能量转换（即由机械能-势能-机械能转换）原理，并将传统踏车方法的圆周运动改变为直线运动。同时在车身设计时充分考虑到如何尽量减少空气阻力，因而可使驾驶人员的省力值得到最大限度地提高。

2、把行进中的阻力因素改变为驱动力，前后同时驱动。本发明将原本成为行进阻力的车身重力、人体重力以及车行颠簸力等均做了充分利用，同时打破了以往人力车辆运行中大都是只有后轮或前轮一方主动，另一方从动的常规。因而可使驾驶人员的省力数值和车速得到进一步地提高。

3、踏力恒定：由于在驾驶过程中不是人力直接作用于车轮驱动，而是经过了一个弹簧蓄能放能的过程。（人体作用于弹簧的力始终恒定）所以可使车辆在任何路面上人的踏力始终保持恒定。

4、驾驶舒适，有益于健康：由于在车身设计时在考虑车厢密封的同时充分考虑到有关驾驶舱及客舱内通风、采光等诸项事宜，并且将车内座椅的椅背曲线均设计为与人体脊柱曲线吻合，使驾驶人员在操作时既感到舒适而又有利于驱车省力，另外还设计了客座乘员的健身助力设施。因而使得轿车既驾驶乘坐舒适，风雨无阻，同时又有益于乘员健康。

5、时速高：基于上述种种原因，本发明在乘员三人的情况下，时速可高达90余公里。因此可大量取代同类机动车。

6、结构简单，造价低廉：本发明结构极为简单，极易操作，并且由于在生产过程中可大量使用自行车标准件代用。故而成本极为低廉，因此有着极大的实用价值与推广价值。

7、节省能源，防止污染，有其极大的社会效益。

Claims (13)

1、一种外型为双流线型的新式四轮人力轿车，其特征在于通过利用杠杆原理，机械能与势能相互转换，减少行进时的空气阻力以及改变驾驶操作方式(驱车前进时驾驶员双脚不做圆周运动而做直线运动)等途径来达到省力及高速行驶的目的。

2、根据权利要求1所述的人力轿车，其特征在于驾驶操作方式为驾驶员踏动在直线跑道上运动的脚踏板以带动连杆使驱动主件杠杆扇齿轮运动。并由此带动与之相啮合的小齿轮转动，同时使同轴上具有内部超越机构的链轮（正转挂档，反向空转）空转。空转的链轮通过传动链条将力传给位于齿轮加速机构主轴上的具有同样机构的链轮并使之做同向空转。待脚蹬放松后，由连接于车体架与杠杆扇齿轮之间的弹簧带动上述机构做反向运动并使内部结构为超越机构的链轮做反向挂档旋转，由此带动齿轮加速机构运转以使轿车前进。

3、根据权利要求1所述的人力轿车其特征在于本发明设计有由弹簧，传功链条以及具有内部超越机构的链轮和与之相连的齿轮加速机构所组成的，旨在把行进过程中的车身自重、人体自重以及路面颠簸力转变为前进驱动力的转换机构。

4、根据权利要求1所述的人力轿车，其特征在于本发明设计有由手柄操纵器、传功索链结构，内部为超越机构的链轮以及弹簧等组成的手动辅助性加力机构，其表现形式为驾驶人员使用手动加力操纵杆操作;乘员使用座前健身拉力器手柄操作。

5、根据权利要求1所述的人力轿车，其特征在于本发明的前后两轮组同时驱动，主动轮（可以是前轮，也可以是后轮）由人力驱动，从动轮由车体自重与路面颠簸力的合力转换而成的驱动力驱动。

6、根据权利要求1所述的人力轿车，其特征在于转向机构由转向器，转向轴与伞齿轮组及圆柱齿轮组组成并通过转向轴横轴上的两条传功拉索与从动转向轮主轴上的两点相连接，同时前后两套车轮中心部位均设计有超越转向机构以解决转向时的两轮速差问题。

7、根据权利要求1所述的人力轿车，其特征在于制动系统由杠杆式制动脚踏板，传动滑轮，传动索、弹簧与闸身等组成，并采用双控制动系统。即在制动脚踏板踏下后通过传动系统在主动轮的中心部位及边缘部位同时制动。

8、根据权利要求1所述的人力轿车，其特征在于车内座椅均为可调式，其椅背侧面投影均与人体脊椎曲线相吻合。

9、根据权利要求1所述的人力轿车，其特征在于车身外型为双流线型，其上部舱盖分为前后两个用透明材料制做的整体，通过用前后舱盖整体掀起的办法来解决人的上下问题，并由此来取代车门。

10、根据权利要求1所述的人力轿车，其特征在于车身后部装有行李舱，此行李舱可闭锁，也可通过放开舱门的方法以加大载物容积。

11、根据权利要求1所述的人力轿车，其特征在于车身前部装有用人力做动力运动的雨刷，雨刷操作系统由雨刷紧固螺母，滑轮、伞齿轮组、弹簧及传动索所组成。在不需用雨刷时可将雨刷置于车身一侧。

12、根据权利要求1所述的人力轿车，其特征在于车轮内部为超越结构的链轮、链条等零部件均可用自行车标准件代用。

13、根据权利要求1所述的人力轿车，还可设计制造成单人型交通车或赛车。

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