CN107487401A - 撑杆推进的脚踏车 - Google Patents

Abstract

一种两轮式车辆，它通过骑乘者的脚和手抓式撑杆在推靠在地面上时推进。前部件上的前轮和后部件上的后轮沿转向轴线排列。前部件绕竖直转向轴线旋转。鞍座支承骑乘者。身躯支架允许骑乘者使装置平衡并转向。

Description

撑杆推进的脚踏车

相关申请的交叉引用

本申请是2016年3月18日提交的待审的美国专利申请No.15/074,114的部分继续申请，它是于2014年3月13日提交的美国申请No.14/208,552并且于2016年4月26日被授权的美国专利No.9,321,507B2的延续，后者要求2013年3月15日提交的美国临时申请No.61/792,921的权益，该临时申请的公开内容—包括所有附图、表格和图表—整体并入于此作为参考。

与联邦资助的研究或开发有关声明

不适用。

合作研究协议的团体名称

不适用。

在光盘上递交或作为经由专利局电子提交系统(EFS-WEB)提交的文本的材料的引用合并

不适用。

与发明人或合作发明人的在先公开有关的声明

不适用。

技术领域

本发明涉及一种脚踏车(脚蹬两轮车)—定义为由骑乘者推进的轻型轮式车辆，该脚踏车与用以推进它的一对手握式撑杆结合。该车辆仅具有彼此前后对齐的两个车轮，在本文中称作两轮串置车辆。自行车(bicycle，两轮对称的自行车)和滑板车是看上去截然不同的两轮串置车辆的例子，然而两者都具有普遍被认为包括车把的基本“两轮车”构型。在本发明中，骑乘者的手完全与撑杆接合，并且根本不与车辆接触；因此出乎意料地，该车辆是不带车把的两轮车。另一方面，过去已提出撑杆作为轻型轮式车辆中的推进装置。

背景技术

通常与滑雪板一起使用的撑杆还用于已增设车轮以在硬表面上通行的滑雪板的平衡和推进(美国专利2,545,543和3,389,922)。向溜冰鞋的使用者提供撑杆以用于控制、平衡和推进(例如见WO932588和US 5,601,299)。允许使用者站立、坐下或跪坐的轮式车辆可由撑杆推进。像桨一样使用的撑杆可推进这种车辆(美国专利1,313,157、1,425,220、1,619,668和2,216,982)。也可使用单个(美国专利1,052,722和2,005,910)或多个(美国专利3,310,319和5,098,087)撑杆，所述撑杆独立于车辆对滑行的车辆进行推进和制动。虽然这些装置中的一些装置被设计成辅助截瘫患者，但大部分目标装置旨在供休闲和娱乐使用。

Hwang在美国专利5,125,687中描述了一种用于道路滑雪的滑板。该滑板具有沿板的纵向线的后轮、前脚轮和用于稳定平台的辅助辊。使用者可站或坐在平台上。撑杆用于改变板的方向。Chern在美国专利4,863,182中将冰鞋附接在独轮车上以形成可通过蹬踏而被传统地用作独轮车或用作带有撑杆的雪地或草地滑板车的运动设备。采用各种构型而包括两个、三个、四个和更多个车轮的各种车辆已被设计成与撑杆联用，然而，它们之中并未出现两轮串置车辆。

尽管有撑杆且无车把，但本发明依然必须符合所有两轮车共有的那些相同结构要求，即使得人们可以在道路上的由仅两个车轮支承的移动框架上保持平衡。使两轮串置车辆转向是骑乘者用以维持他们在车辆上的平衡的主动过程的一部分。而且，因此，利用骑乘者的上肢控制转向轮的重要功能—其与该过程高度一体化—现在必须通过另一种方法完成，本发明通过以下方案来实现该方法：骑乘者身体的下半部分用于履行上半身通常利用车把完成的那些功能，也就是使骑乘者在车辆上稳定并使其前轮转向；因此上半身能自由地用来推进车辆，这是通常由下半身完成的工作。

尽管两轮车的脱手转向可能被认为在理论上是可能的，但这种手段或方法迄今为止尚未被证实是可行的。Barachet's(美国专利5,160,155)提出了“Skateboard HavingTwo Wheels in Tandem”，其中它的安装了脚轮(其中车轮与道路的接触点在转向轴线的后方)的前轮可以是这样一种尝试。Bryant在美国专利6,488,295也提出了一种可改造两轮车以使它能被脱手操作的方式。其他专家(本领域的技术人员)可提出他们的观点—但未发现哪种观点宣布这不可能—不过，发明人可以断定，迄今为止尚未成功地证实这一点。

1896年，研发出现代自行车约二十年左右后，自行车&三轮车在英格兰公开并且变成自行车的设计中最权威的参考来源。创始人Archibald Sharp分析了自行车设计的每个方面，包括在不保持车把的情况下骑乘自行车的现象。被视为该时期的一种写作特性的用词精简会使Sharp对“Steering Without Hands”的说明难以理解。然而，看来对与本发明有关的两轮串置车辆的了解和理解从那时起并未进步。

Sharp提供了四页带图表和公式的分析，其考虑了不利用手使自行车转向所涉及的因素。Sharp假设骑乘者可在不触碰车把的情况下维持平衡，在转向轴线处提供的转矩保持平衡；且因此作用在前轮和框架上的力—其可趋于使它绕转向轴线转动—必须由骑乘者控制。Sharp认识到两种这样的力只要车辆倾斜就会导致趋于引起前轮的位置偏离其中间位置(前轮和后轮朝向相同的方向)的绕转向轴线的各种力矩。一种力矩归因于车轮与道路的接触点偏离包含车轮的接触点和转向轴线的平面。与该“第一力矩”相关的力是前轮上承载的重量的反应。

“第二力矩”归因于绕转向轴线自身枢转的重量的质心偏离转向轴线。与所述第二力矩相关的力由该质量上的地心引力产生，所述质量包含前轮、叉和附接在其上的任何其它物体例如像车把的重量。这两种力矩趋于作用在相同的方向上。与其它两个力矩对向或抵消它们的“第三力矩”由前轮与道路的接触点处的向心力产生，并且是对车辆在其被骑行时的转向运动的反应。这样产生的向心力与行驶方向成直角；且因此在任何特定时刻，该力沿着转弯半径并且在指向弯道中心的方向上。

Sharp针对考虑了上述那些因素的三个力矩中的每个力矩推导解析式。按照Sharp的说法：“为维持平衡，针对三种力矩的解析式的总和应当具有零值，以进一步向一侧转向，否则它应当具有小的正值，而为了更直接地转向，它应当具有小的负值。”Sharp随后指出：“对于给定的速度和转向角的值，存在一个由骑乘者控制要素，即后框架的倾斜度。但即使对于有经验的骑乘者而言，以上力矩可能过快地变化，以致他无法足够快地调节倾斜度以保持平衡。”显然，Sharp几乎无法确定他的该部分分析中哪些因素说明了在不利用车把的情况下骑乘自行车的可行性。

19世纪90年代是自行车设计的黄金时代。Sharp和少数几位其他在这个时代被盛赞的自行车专家—最著名的是当时与Sharp齐名的法国人M.Bourlet—花费了大量精力以试图说明两轮串置车辆的秘诀。在“脱手”现象方面从未达成过一致。而且，在接下来的一个世纪，自行车的基本设计的任何改进或理解的进步即使有也很小。1977年，麻省理工学院出版社再版了Sharp的论文，在序言中，该校的机械工程学教授说该“权威著作...著名，并且有助于引起机械工程学的兴奋期的结束...并且几乎是与自行车设计有关的最后一本书和定论。”

在当代，本领域技术人员依然支持早期的主流观点。在美国专利6,488,295中，Bryant声明：“特别熟练的骑乘者可在不把住车把的情况下维持直线行驶的传统自行车的稳定、动态的平衡。在此类情况下，他们甚至能仅通过将他们的身体偏向一边并使车辆倾斜来使他们的自行车转弯。然而，细微的瞬时干扰，例如与在不平整或崎岖的路面上骑乘相关的干扰，或骑乘者需要改变速度或转弯方向，迅速使车辆变得不稳定”。Bryant断言：“对于任何给定的两轮车辆而言，对于一定地形—在该地形中骑乘者仅仅使车辆在一个或另一个方向上倾斜的能力足以修正在车辆运行期间出现的动态不稳定—存在速度和转弯半径的可控允许包络线”，但由于“包络线比期望小得多...传统两轮车辆是手转向的”。Bryant认为他知道修正该状态并由此消除对车把的需求的方式。

Bryant的明显启示：“两轮车辆稳定性的一个以前未认识到但主要的因素是，当转向轮—其沿转向轴线枢转地固定在车辆上—转动时，与转向轮的接触点相关的不稳定力与车辆平面间隔得太远，所述车辆平面定义为包含后轮的接触点和转向轴线的平面”，当然是Sharp意识到并在如本文中引用的他的1896年论文中提出的同一种力，并且该力是上述“第一力矩”的诱因。与他之前的Sharp相似，Bryant意识到该“主要因素”会产生绕转向轴线的转矩。然而，Bryant并未认识到也会导致绕转向轴线的转矩的Sharp的“第二力矩”。

总体上，Bryant未尝试提高自行车的脱手操纵能力。Bryant的目标是取给定的两轮车辆并通过加入“动态控制调节器”使其在“运行包络线”内稳定和可控并且消除车把的必要性，所述动态控制调节器可通过机械手段根据车辆的倾斜和转向角度来改变车辆的几何结构。Bryant提出了多种用于这种车辆的设计，其中“骑乘者以与冲浪板、滑雪板或滑冰板的使用者相同的方式站在大致平坦的站立表面上”并以相同的脱手方式通过使他们的身体偏向一边来转向。

有趣的是，在他对现有技术的讨论中，Bryant引用了1995年第二版的《BicyclingScience》—其中，同样，David Wilson帮助将Sharp的1896版的书再版，并且在他的书中推断：“自行车的平衡和转向是一个极为复杂的主题，其中经验居多且科学的成分相当小”，这是“利用两轮车辆的常规分析发现的局限性的另一个示例”。Archibald Sharp、CarloBourlet、David Wilson和Robert Bryant全都可被认为是两轮串置车辆的转向和稳定性方面的专家，然而他们并未在该主题上达成一致。尽管许多自行车的工程和设计方面的专家已研究和分析了转向和平衡的主题，但据知事实上，长期以来，无人在制造不利用车把操作的可骑两轮串置车辆方面取得成功。

在他的《Bicycling Science》第三版中，Wilson评论了为何他决定让JimPapadopoulos撰写与转向和平衡有关的章节—“与我对第二版撰写的主题有关的章节...在书中最不令人满意”—Wilson评价，多年来他“通过将初稿送给专家审阅发现，专家似乎在该主题上没有达成一致”。作为“麻省理工学院的具有机械工程博士学位的毕业生，毕生致力于自行车和骑车的科学和工程知识的改进的一个人”，Papadopoulos在该章节的序言中写道：“遗憾的是，声称描述自行车运动和自动稳定性的算法深奥并且尚未在实验中经过验证，因此设计导向依然主要凭经验”。在该章节末尾，Papadopoulos引用了37份文献—包括Sharp和100多年前的三名其他专家的文献—来支持该发现。

本文中谈及或引用的所有专利、专利申请、临时专利申请和出版物以它们不会与本说明书的教导不一致的程度通过引用全文并入。

发明内容

本发明涉及一种脚踏车—定义为由骑乘者推进的轻型轮式车辆，该脚踏车与用以推进它的一对手握式撑杆结合。车辆的前部件和后部件限定出一纵向轴线。前轮和后轮分别安装在前部件和后部件上，并且沿纵向轴线对齐。前部件绕与该纵向轴线相交而限定出一平面的大致竖直的转向轴线旋转。后部件位于该平面上并沿转向轴线与前部件接合。鞍座连接到车辆的后部件。脚蹬可位于前部件或后部件上。脚蹬和鞍座将骑乘者支承在大致直立的位置，骑乘者用手抓住撑杆面向前方，同时平衡跨坐在被支承于两个车轮的轮轴上的运动部件上。

附图说明

图1是本发明的车辆的一个优选实施例的侧视图。

图2是图1所示的车辆的优选实施例的正视图。

图3是图1和2所示的本发明的车辆的优选实施例的侧视图，其中搭载在车辆上的骑乘者用阴影线示出。

图4是本发明的车辆的另一个优选实施例的侧视图。

图5是图4所示的车辆的优选实施例的环境图，示出了坐在车辆上的带着撑杆的骑乘者。

图6是本发明的车辆的另一个优选实施例的侧视图。

图7是本发明的车辆上的制动器致动器的一个优选实施例的局部侧视图。

图8是本发明的车辆的另一个优选实施例的俯视图。

图9是图8所示的车辆的优选实施例的环境图，示出了坐在车辆上的带着撑杆的骑乘者。

具体实施方式

概念

尽管撑杆驱动的脚踏车(cycle，自行车)不能被视为合适的交通工具，但这种看似简单的概念可产生既有趣又健康的完全独一无二的休闲骑乘。与自行车相似，它提供很好的户外锻炼，但不是使腿部肌肉发达，而是使上半身强壮，尤其是强壮的手臂和肩膀。它允许骑乘者使用和体验他们的平衡感，并且提高他们的协调能力。骑乘者可在任意时间停止而不下车；并且与其它用于休闲活动的装置—包括滑雪板、滑冰板、滑板、自行车和滑板车—不一样，骑乘者可保持舒适地就座，并且如果因此倾斜的话在长时间进行手机通话时休息。它同样是轻量的，并且可容易地携带—例如上楼或下楼。

本发明的一个特别重要的特征是：该车辆可在两种模式中的任一种模式下操作：它可被骑行或可走行。而且正如看到被搭乘携带的滑板那样，同样预见该车辆将容易被看作“走行”搭乘。这意味着与行人共用人行道，就像滑板车。因此，在走行模式或骑行模式下以步行速度和更慢的速度运行是本发明的一个重要目标。它在慢跑和奔跑速度下也以任意模式很好地工作，使得它对于在附近的街道和自行车道上骑行而言很理想。通过这种由一对手握式撑杆推进的看上去有点熟悉的设备的奇特组合形成的新骑乘方法具有迄今为止不曾预料的自然操控性。

在骑乘过程中，由于不利的骑乘条件或任何原因，骑乘者可能希望通过在其走行模式下使用车辆来继续步行。骑乘者然后可通过在用一只手向前推车的同时在车辆的旁边步行来前进。这是最自然的过程。在步行时，骑乘者可以将撑杆携带在一只手中—或将它们置于附接在车辆上的特殊保持器中—同时用另一只手抓住鞍座并在滑行的脚踏车旁边步行或奔跑。骑乘者通过对鞍座进行简单的扭转运动来转向。该脚踏车即时和精确地响应于这些命令而不以任何方式干扰使用者的步行或慢跑。该自转向脚踏车能以此方式自信地“走行”而不需要看着它或看路。它的大直径前轮和轻重量允许它很容易在小路或其它非铺装路面上“走行”。

骑乘者的与众不同的站姿将本发明与其它两轮车区分开：骑乘者抓住撑杆身躯直立地坐在就坐位置；大腿在臀部处向前弯曲，小腿以接近竖直的位置在膝盖处向下弯曲，脚放置在附接于车辆的任一侧的脚蹬上。骑乘者的手臂和手完全与撑杆接合：上身根本不与车辆接触。从腰部往上骑乘者像野外滑雪者，而实际上利用类似的手臂运动和上身动作向前移动，初看就是这样。然而，从腰部往下，骑乘者看上去将更像在马背上，由鞍座和脚蹬支承，以下肢迫压在框架上的方式跨坐该脚踏车。撑杆的主要目的可以是推进，不过，正如滑雪者不会试图不使用他们的撑杆滑雪那样，骑乘者不会想不到撑杆的安全用途。

两轮串置车辆

采用撑杆作为推进装置理想地适用于两轮串置车辆。出乎意料地，许多因素有助于它们成功用于此目的。骑乘者面向前方的直立站姿和关于行驶方向的稳定位置两者都是关键因素。车辆的狭窄车身(tract)适宜于杆支撑—也就是说，通过手握式撑杆的推动动作向前推进该脚踏车。骑乘者可使他们的身躯偏向一边以扩展他们的前后可达范围，同时向撑杆施加变化的力量，或一次使用一根撑杆或同时使用两根撑杆划动而不干扰脚踏车的运行。而且，骑乘者的身体本身—其肩膀比臀部宽—以及沿行驶方向弯曲和旋转的手臂适合该任务。车辆具有优良的(惯性)滑行能力的事实是一个必要条件。

另一方面，两轮串置车辆固有地不稳定且无法自行保持直立。它的运行在所有轮式车辆之中也是最难理解的，这使得可成功地适合杆支撑的车辆成为有挑战性的选择。本发明的独特骑行部分地源自车辆的两轮串置构型的操纵特性，且主要由于该原因而选择该基本形式。因而，众所周知，必须处理该类型的车辆特有的两个关键因素—平衡和稳定。平衡可被视为与骑乘者保持移动的车辆直立的能力相关的因素；而稳定在此与骑乘者使他们的身体在移动的车辆自身上稳定的能力相关。这两个因素互相关联；两者不能独立地发生；并且骑乘者对车辆的设置和操作的每个方面受它们影响。而且，因此，本发明是这两个关键因素的成功解决的结果。

发明人已确定，所述平衡和所述稳定可以在不使用车把操作两轮串置车辆的同时实现；并且可以通过骑乘者对手持式撑杆的使用以及独立于手持式撑杆的使用一并实现这一点；而且在特定条件下，或在特定情况下，或在特定操控期间，在否则不会实现的情况下，可利用骑乘者对手持式撑杆的使用的辅助或与其相结合地实现这一点。谈到骑乘者对撑杆的使用意味着：骑乘者的上身经由一对手持式撑杆与地面或道路进行间歇的接触；而且，尽管撑杆的主要功能是通过施加平行于车辆的行驶方向延伸的推进动作来向前推进车辆，但骑乘者可由于推进以外的原因而执行包含使用撑杆的其它动作，例如骑乘者可执行的与所述平衡有关并且可辅助使车辆转向的那些动作，如本文中公开的。

谈到两轮串置车辆或构型或两轮车这里意味着：具有两个串联车轮—也就是说一个车轮跟随另一个车轮—和承载骑乘者的重量或质量的两个结构件的脚踏车：前轮12附接在其上的前部件10和后轮16附接在其上的后部件14。前部件在转向管17处枢转地连接到后部件。更技术性地描述：前部件和后部件限定出一纵向轴线，前轮和后轮分别安装在其上并沿纵向轴线L对齐；前部件可绕大致竖直的转向轴线S旋转；转向轴线与纵向轴线相交而限定出平面P；后部件14位于该平面上并沿转向轴线与前部件10接合。重要的是注意两轮串置车辆的设置—也就是说骑乘者相对于车辆的位置—是根本性的：骑乘者的重量由两个车轮的轮轴18a、18b承载并且大部分被保持在二者之间；且骑乘者的重量均匀地分布—也就是说在横向(侧向)方向上平衡—在车辆的纵向轴线的两侧，骑乘者跨坐这种车辆就会是这种情况。

使用撑杆

轮式车辆的运行是通过它们经由它们的车轮与路面的连接来控制的。在三轮或四轮车辆中，使用者与道路之间的交互是直接的并被认为是理所当然的。然而，在两轮串置车辆中，这种交互由于操作者保持车辆平衡直立所需的主动参与而复杂。在本发明中，操作者与车辆之间的关系由于撑杆24的使用而更加复杂，撑杆24的使用引入了与路面的附加连接。结果，操作者与道路之间存在两个分开和独立的控制通道：一个控制通道通过骑乘者的下肢经由两个车轮实现，该控制通道部分地由骑乘者的脚和腿控制；而另一个控制通道通过骑乘者的上身经由手握式撑杆实现，该控制通道部分地由骑乘者的手臂控制。

可能难以设想骑乘者为了骑乘该脚踏车而必须执行的看似不相关的移动的协调。对于自行车设计方面的技术人员而言，可能看上去在两轮串置车辆中使用一对手握式撑杆作为推进装置将是不切实际的，并且容易过度复杂化并且妥协其操作。发明人已证实，对于本文中作为优选实施例描述的两轮串置车辆，情况并非如此。撑杆的使用并不干扰所述平衡或所述稳定，并且事实上，撑杆的使用会有益于并且扩展所述车辆的功能和性能。而且，最相关的是，发现在两轮串置车辆中使用撑杆作为推进装置或用于扩展车辆的功能或性能的目的是直观的。

撑杆的使用在处于车辆速度范围的下端的速率下尤其是有利的，其中它们可以部分参与车辆的转向并在某些操控中协助骑乘者。例如，在准备掉头时，骑乘者可使用撑杆来帮助保持车辆直立，由此升高其质心以便骑乘者然后可以使车辆向其纵向轴线的相反侧倾斜。或者，在另一种操控中，撑杆可用于防止车辆在急转弯的执行期间向内跌落，在急转弯时车辆可能使半径锐化，这是其它两轮串置车辆中公知的现象。这种情况下，骑乘者将倚靠在朝向弯道内侧的撑杆上，并由此防止车辆跌落。可能要注意，在这些示例中，撑杆用于产生垂直于行驶方向的力，且因此说明撑杆事实上可用于推进之外的功能。

此外，发明人还证实了，当在优选实施例的模型上滑行时，随着该脚踏车的速度降低，存在这样一个速率：在该速率之下骑乘者在不借助于撑杆的情况下无法维持他们的平衡。在可向下扩展到车辆几乎静止的情况的该速率之下，骑乘者能以可防止该脚踏车在它大致直线向前行驶时向一侧或另一侧跌落的方式使用撑杆。因此，应当注意，借助于撑杆，该脚踏车能在与两轮串置车辆的模式不一致的模式下操作。根据已经发现的事实，看来推定骑乘者稍作练习就可学会以能增加其它两轮车辆中在慢速下不可能实现的操控尺度的方式操纵撑杆是合理的。此外，发现撑杆在开始和结束骑行时特别有用，在这些时间段可替代为人行道上的“脚”，因此骑乘者真正的脚可保留在脚蹬上。

稳定和平衡

为了帮助大家理解操作该车辆时所牵涉的动力学，影响所述平衡和所述稳定的车辆上承受的力可关于车辆的纵向轴线进行区分，车辆的纵向轴线与行驶方向紧密相关。与车辆的纵向轴线对齐的力或力分量不会使车辆倾翻。最终结果是：所述稳定—也就是骑乘者通过能按需将他们的身体牢固地附于车辆上而保留在车辆上的能力—和所述平衡—也就是骑乘者保持车辆直立的能力—仅受横向方向上的力影响，该力垂直于车辆的纵向轴线。因此，车辆和骑乘者承受的力，例如重力、风力或变化的路况导致的应力，不论该力的方向如何，仅仅会使车辆侧倾。

如果能解决所述稳定问题，则基于车辆的两轮串联构型及其设置，所述平衡变成车辆的固有功能，藉此使骑乘者能够通过在他们感觉到他们正在跌落的方向上使车辆前轮向一侧或另一侧稍微枢转来自发地“掌握他们的平衡”。想起扫帚在人手掌上竖直地平衡，其必须沿其开始跌落的方向连续移动以便维持其平衡。在两轮串置车辆的情况下，要实现这一点需要向前移动；并且还存在与其特定设计相关的最低向前速率，因为在所有两轮车中，低于该速率骑乘者难以保持他们的平衡。在未包括转向的主题的情况下不会再讨论所述平衡，这两者在文中一并详细说明。

另一方面，所述稳定在没有车把的情况下是有问题的。以前的两轮串置车辆全都依赖于车把来将骑乘者稳定在车上。在本发明中，某种另外的装置必须履行此功能，且其设计一般而言将需要保证骑乘者可以在操作车辆时安全地保持搭载，如文中所述，并且在所有情况下在杆支撑的同时搭载，包括开始和停止，以及在变化的路况下操控。骑乘者的下肢需要提供该关键支持，也就是骑乘者的身体在车辆上的稳定，而同时执行转向和维持车辆平衡所需的对车辆前轮进行的细微操纵。这些看似不兼容的功能说明了为何该概念对稳定提出质疑。

发明人已确定，骑乘者的身体重量支承在车辆上可以采用骑乘者的下肢来实现；并且这可以通过使用位于骑乘者身体上的三个点—即臀部和双腿和/或双脚处—的支撑装置来完成。根据本发明，鞍座20和脚蹬22是可用于此目的的支承装置。根据本发明，在正常骑行时，骑乘者维持这三个点与支承装置之间的恒定接触。在特定条件下，或当进行特定操控时，尤其在一根或两根撑杆24正与道路进行接触的时间段，骑乘者的重量的变化量可在三个支承装置之间或三个支承装置中的一个或多个与一个或另一根撑杆或两根撑杆之间移位。

根据本发明，臀部和脚是骑乘者的身体上与车辆接合的主要接触点；并且在车辆被骑行期间，它们维持与车辆接触。然而，可采用骑乘者的身体的其它部位来协助和辅助骑乘者将他们的身体稳定在车辆上。骑乘者的身体与车辆之间的这种附加接触对于所述主接触点来说将是辅助的或补充的。而主接触点被动与支承装置接合，以便将骑乘者的质量支承在车辆上并由此抵消重力，采用骑乘者身体上的辅助接触点需要主动接合，也就是骑乘者肌肉的收缩，以便与辅助接触装置接合，并且由此可抵消横向力。当辅助接触装置这样接合时，骑乘者的下肢与车辆形成刚性连接，通常需要该刚性连接以提供所述稳定。在这方面，辅助接触装置的使用可以是临时的和间歇的，即使骑乘者身体的与这种装置接合的部位在临时采用它的任务完成之后保持与辅助接触装置接触。

辅助接触装置的目的是为骑乘者提供可帮助骑乘者对抗车辆上的临时不稳定状态的与车辆的附加连接，其中单独使用脚蹬和鞍座可能还不够。例如，脚转向或杆支撑产生的转矩或急转弯可能带来的瞬时横向不稳定状态会是这样的情况。例如，可采用骑乘者的膝盖或大腿作为处理这些类型的状况的辅助接触点。例如，辅助接触装置26可位于转向管17的任一侧，它具有适贴大腿内侧和/或膝盖的表面，骑乘者在需要时可贴靠着该表面压紧或夹紧他们的大腿或膝盖。鞍座的前部也可出于该相同目的在骑乘者的大腿之间向前伸展。不论哪种方式，骑乘者都可在片刻之间与车辆上的五个接触点—即两个脚蹬22、鞍座20和辅助接触装置26的两个膝盖或大腿迫压点—接合并由此使他们的身体在车辆上稳定。

应当注意，作为转向管处的所述辅助接触装置的替代方案或附加于该方案，可通过在骑乘者的上身与车辆之间增加辅助接触来改善稳定性。例如，鞍座的前部可在骑乘者的腿之间向上延伸以形成支架，其上附接有使骑乘者能使他们的腹部或胸部与之接合并由此形成骑乘者与车辆之间的刚性连接的装置。这种装置不会干涉骑乘者使用撑杆的能力，也不会干扰车辆的上车，上车可以从后面完成。尽管这种辅助接触的目的主要是改善骑乘者的横向稳定性，但它可保护骑乘者以免在突然停车或碰撞期间受伤。还应当注意，用于制动器28使车辆停止或减速的致动器可以结合在用以实施辅助接触的装置中或成为其一部分。

重要的是认识到，关于所述稳定，骑乘者对脚蹬的使用并不等同于车把的使用。脚蹬存在明显的缺点。与由非常敏捷的手臂-手组合控制的车把不一样，脚蹬与较迟钝的腿-脚组合接合。后者的在使骑乘者的身体在车辆上稳定方面的解剖缺陷还存在其它挑战。使手臂-手组合能在推拉两种动作中接合并且是用于将骑乘者支撑在所有其它两轮型车辆中的主要能力的手握功能非本发明通过骑乘者下肢的采用所能比拟。尽管骑乘者对鞍座、脚蹬和辅助接触装置的一并使用不可能完全补偿车把的缺乏，但所实现的稳定足以在本发明的预期速度范围内骑车。

不过，作为上肢的替代的下肢的不足之处不会引起车辆的障碍，尽管所施加的局限性可能很明显。本发明的用途是休闲，且因此车辆的操作和其它特征不必等同于可能具有其它用途的其它车辆的性能要求。像慢速操作和不常用的操控性这些特点意在对本发明增加趣味性并使其使用有趣。然而，应当注意，骑乘者对撑杆的使用在一定程度上弥补了此缺陷；并且在车速慢的情况下，撑杆能以车把无法实现的方式辅助骑乘者，并由此扩展该脚踏车的低速操纵特性。

转向和质量

重要的是认识到，在两轮车中，车辆的所述平衡和转向实际上在同一过程中一并进行。该脚踏车并非在与其它具有三个或四个车轮的车辆—其中操作者可通过针对这种目的使用机械装置来精确地控制车辆的方向—相同的意义上转向。该脚踏车由骑乘者更间接地转向或驱促以沿期望方向前进，实际路线并非直线，而是基于且继发于所述平衡。发生这种情况的过程包含骑乘者的重量与对车辆前轮角度的直接操纵—其在本发明之前通过车把的使用来完成—相结合的横向移位。在所述过程中，骑乘者和脚踏车成为一体，并且在使车辆转向的复杂操控—也就是保持车辆以免跌落并沿期望方向前进—中作为两个部分一起工作。骑乘者的影响细微而直观，并且难以量化；但很明显骑乘者的质量和肢体语言起到重要作用。

骑乘者的质量比脚踏车大许多倍；因此，根据骑乘者关于车轮的位置，各车轮支撑的质量会存在明显差别。这可以是两轮车的操纵中的一个重要因素。不过，在自行车的悠久历史中，支承骑乘者的质量的主要份额的鞍座几乎位于其全部长度上：从自行车早期的“高轮车”设计中紧邻前轴到某些斜倚设计中接近后轮轴。大多数情况下，其位置基于踏板曲柄的位置，即使该位置已引起骑乘者的质量不是很理想地作用在车辆上。此外，骑乘者的质量会绕车辆移动：例如，当站立在一个踏板上时，可以采用能引起骑乘者的重量横向移位的方式使用踏板曲柄。此外，骑乘者施加在车把上的重量或在车把上施加的力也可变化，这会引起质量在车轮间移位。

在自行车上，借助于车把，骑乘者能克服他们的质量的不太理想的作用或他们的质量相对车辆的四处移位带来的缺点。通过车把的使用来支配平衡和转向的过程；而骑乘者的质量起次要作用。然而，在本发明中，骑乘者的质量在该脚踏车上不太理想的分布或该质量在车辆操作期间的四处移位会使所述平衡和转向复杂化并干扰所述平衡和转向，如文中所述。根据本发明，骑乘者的质量由鞍座和脚蹬在大致固定的位置支承在该脚踏车上；并且借助于辅助接触装置，它可在横向上进一步稳定，并被支撑在该固定位置；因此，骑乘者的重量的由各车轮承载的部分在该脚踏车操作期间或多或少保持恒定。

根据本发明，脚蹬和鞍座在脚踏车上的位置决定骑乘者的质量在车轮之间的分布；并且脚蹬和鞍座在车辆上的布置对于脚踏车的操作和性能来说会是关键的，如文中所述。应当指出的是，骑乘者放置腿和脚的位置不受约束，不像例如踏板曲柄决定骑乘者的腿和脚的位置的自行车的设计中施加的约束。因此，鞍座和脚蹬的位置与任何其它两轮串置车辆—例如被已知为“高轮车”的自行车的早期设计或其现代构型—的任何相似度或平行度是一致的。然而，与自行车的情形中一样，关于车辆的操作，鞍座在脚踏车上的位置次于骑乘者的腿和脚的功能。

在本发明中的脚踏车的控制中，骑乘者的质量的意义在于，它与围绕脚踏车的转向轴线的转矩的形成有关。所述转矩是发生所述平衡和转向的过程中的主要因素。重要的是理解，在所述过程中，转向轮的方向的控制和确定取决于可导致转向轮绕转向轴线枢转的多个因素，最明显的因素是由骑乘者的脚导致的脚蹬的移动。围绕转向轴线的转矩也可导致转向轮枢转。当骑乘者向一旁倾斜他们的身躯时，脚踏车也倾斜；并且脚踏车的前部件的倾斜会产生所述转矩。将骑乘者的质量保持在固定位置并且保证它可被刚性地保持在后部件上防止了转矩由于前轮上移动的重量而变化。

根据本发明，转向轮与地面的接触点上承受的质量可以是绕转向轴线的转矩的产生的一个主要因素，因此，该质量可以是脚踏车的转向和平衡的关键因素。此外，所述转矩可被分化成两个分量，两者都依赖于并利用所述质量或其一部分。所述转矩的第一分量是所述质量的总重量的函数。所述转矩的第二分量仅仅是所述质量的重量的随着转向轮枢转的该部分的函数；并且该质量与位于转向轴线前方的质心相关。应当指出的是，脚踏车的后轮承载的质量对所述转矩无影响。

发明人已确定，如文中作为优选实施例所述的两轮串置车辆的所述平衡和转向可部分通过使用骑乘者用以操纵和控制绕转向轴线的转矩的技术来实现。利用该技术，转向轮的方向—也就是转向角—可通过骑乘者的身躯和脚的协调动作连续改变；并且这样一来，可维持车辆的平衡和路线。特别地，所述转矩响应于骑乘者使他们的身躯相对于脚踏车的纵向轴线倾斜的程度；并且可修改—衰减或增强—该响应，尽管利用骑乘者的脚来操纵前部件。

车辆布局

根据本发明，骑乘者在车辆上的位置由鞍座和脚蹬的位置决定。鞍座被固定在后部件上方的位置，大部分两轮串置车辆都如此。对于脚蹬，可以在将它们定位在前部件或后部件上之间进行选择。早期的前轮驱动自行车和现代的后轮驱动自行车表明，脚蹬可安装在任意部件上而不妥协车辆的两轮串联构型。根据本发明的原理可应用于具有任意布置的车辆，尽管它们的设计和可能地它们的操作特性将不同。在任意布置下，骑乘者将维持相同的站姿和撑杆的使用。而且，与辅助接触装置有关的那些评论也可适用，将这些装置附接在转向管上—这将仅适用于前一种情况—除外。

将脚蹬设置在前部件上相比于定位在后部件上具有明显的优势且因而是优选的。在实践中，在后一种情况下，骑乘者使用他们的脚来控制转向轮的枢转将经由位于车辆的车轮之间的机构间接地完成，这将需要将它连接到转向叉21的联动装置30。这种机构可能不好用且其与前部件的连结会是脆弱的。通过将脚蹬设置在前部件上，将消除该机构和联动装置两者。此外，这样一来，将带来两个非常重要的益处：骑乘者的质量可转移；并且车辆的轴距可缩短，因为用于骑乘者的腿和脚的空间将不必被指定在两个车轮之间。这些益处改善了所述平衡和转向。

不过，脚蹬位于其车轮之间的撑杆驱动的两轮串置车辆是可行的。图6示出这种车辆的概念。在此例中，骑乘者的脚可通过它们使脚蹬的前部32相对于脚后跟搁置在其上的后支承桩板(peg)36的上下移动来控制转向轮的枢转。注意，为了使转向轮偏离其直接向前的取向，要求两个脚蹬的前部的往复运动以使转向轮向右转动，右脚向下转动，而左脚向上转动。或者，可采用通过骑乘者的脚的前-后运动而操作的机构和联动装置。在任意情形中，尚未判定这种运动是否可由这种车辆的骑乘者直观地执行。尽管其脚蹬附接在其后部件上的车辆处于本发明的范围内，但为了清楚起见，本文中的所有评论应当特别适用于脚蹬附接在前部件上的车辆形式，即使这些评论也可适用于其它车辆。对本发明中的脚踏车或脚踏车的模型或优选实施例的讨论应当针对于脚蹬附接在前部件上的情形。

通过将脚蹬设置在前部件上，骑乘者的质量可位于脚踏车上比否则可能的位置更在前方的位置处。骑乘者的质量越在前方，使该重量在横向上四处移动就越容易且越快，且因此骑乘者越容易维持他们的平衡。应当注意，脚踏车对转向角的变化的响应越快，脚踏车可以运行的速度越慢。轮距的缩短很有意义，因为它有助于脚踏车的慢速骑行能力，如文中所述。应当注意，可通过减小后轮的直径来进一步缩短轮距，由此使轮轴18a、18b更加靠近。还应当注意，轮距越短，脚踏车对使用者的手在步行模式期间的扭转命令的响应越快。

在优选实施例中，骑乘者的腿相对于转向轮的位置是一个重要考虑因素。由于鞍座在后部件上的前方位置，并且由于鞍座的高度在转向轮上方，骑乘者的大腿可向前伸展到转向轮的顶部上方，从而使它们或多或少是水平的，并由此将膝盖置于转向管的前方。这允许骑乘者的腿定位成使得它们在转向轮向左或向右枢转时不会干扰转向轮。膝盖可通过辅助接触装置分开，所述辅助接触装置可位于转向管的任一侧，并且因此将有利地与骑乘者的大腿内侧进行接触。膝盖之间的跨度将优选地等于脚蹬被分开的距离并由该距离决定。膝盖然后向下弯曲，由此容许小腿—胫骨—或多或少与转向轴线平行地延伸，使得脚竖着放在位于转向轮的任一侧的正确位置。

大腿、膝盖、小腿和脚的这种取向允许骑乘者的腿在转向轮枢转时或多或少保持固定在适当位置。小腿能够在膝盖不移动的情况下枢转，使得脚沿枢转车轮的方向在脚蹬上转动，并由此避免撞击辐条，小腿保持平行于转向轴线。随着脚踏车的转弯半径减小，可注意到脚在弯道内侧向后移动，而另一只脚在外侧向前移动。骑乘者可通过使脚与枢转车轮一体地一起回转而以自然方式容易地执行必要的操控。甚至在很慢的速度下，并且在脚蹬围绕转向轴线形成的扫掠范围达到其最大极限的情况下，以及在骑乘者可能需要撑杆来保持他们的平衡的情况下，骑乘者仍能利用他们的脚控制转向轮的枢转。

重要的是注意，骑乘者的下肢在脚踏车的操作期间或多或少保持(位置)固定，即使脚随着叉的枢转而回转。骑乘者可执行脚蹬的必要操控而不干扰身体在脚踏车上的位置。这是有意义的，因为它允许大腿或膝盖的内侧利用大腿内侧的肌肉的强度在任何时刻与辅助接触装置接合以将所述装置夹紧在它们之间，并由此形成骑乘者与后部件之间的刚性连接。在同一时间段，或在任何其它时间段，骑乘者可通过将脚向内朝向彼此迫压而在脚蹬上施加向内的力，由此向小腿提供附加刚性。在此情况下，可以说脚蹬也起到辅助接触装置的作用。骑乘者也可向一个或另一个辅助接触装置或一个脚蹬或另一个脚蹬或其组合施加横向力。这些动作由骑乘者直观地执行，不会对车辆的总体操纵有明显影响。

优选实施例

本发明的车辆的一个优选实施例在图1-3中示出。该可骑行的两轮串置车辆在骑乘者的身体从腰部向上不与车辆相接触的情况下被骑行。它容易骑行，并且出乎意料地平顺骑行和敏捷；并且借助于撑杆，发明人能容易地在小于单车停车位的尺寸的区域内以很慢的速度—比传统脚踏车可以实现的最慢速度慢得多的速度—例如呈8字形骑行。在图4中，所述优选实施例被示出具有与辅助接触装置一体化的鞍座。图4中车辆的操作在图5中示出。在图1-3中，脚蹬以其最基本的形式被示出，其中骑乘者的足弓下方的单个桩板36支承腿的重量。在图4-5中，脚蹬的示例被示出具有下支承件和上构件，两者都可与图示不同地定位。上构件可辅助由脚施加的向上的力。应当注意，优选结合在脚蹬中的用于后轮制动器28的致动器在图1-5中未示出。

在图6中，示出了根据本发明的脚踏车的另一实施例的图示。在此实施例中，脚蹬将位于车辆的后部件上。应当注意，在该图示中未示出制动器；组合的鞍座和辅助接触装置看上去未被支撑；前部件未被示出具有如文中所述通过所述第二力矩或方法产生转矩将需要的偏移质量(offset mass)；并且省略了其它显而易见的细节。

在该优选实施例中，脚蹬22位于前部件10上，前轮或转向轮12的每侧一个；辅助接触装置26位于转向管17的关于纵向轴线的任一侧；并且鞍座20位于固定在地面上方一定高度处的后部件14上，后部件14容许骑乘者在以他们的腿跨越脚踏车的方式坐在鞍座上时将他们的脚放在地上。鞍座相对于转向轴线的位置基于脚蹬的位置并由脚蹬的位置确立。脚蹬在使得脚蹬的支承骑乘者的脚和腿的重量的部分位于转向轴线的前方的位置附接在转向叉21的腿部19上。可对后轮16进行操作的常规自行车制动器28由骑乘者的身体的一部分控制，优选地由脚控制。在一端上具有把手且在另一端上具有橡胶垫或末端件的一对手握式撑杆24设置用于由骑乘者使用。

脚蹬相对于转向轮的中心(也就是轮轴18a)的位置和鞍座相对于转向管17和路面的位置部分取决于骑乘者的腿尺寸；因此，脚蹬和鞍座两者的位置都是可调节的。对于特定骑乘者，可将脚蹬和鞍座的最佳位置确定如下：首先，鞍座的高度被设定在地面之上，使得当骑乘者坐着不动时骑乘者的脚搁靠在地面上。然后，鞍座的初始前后调节被设定成使得，当骑乘者的大腿向前弯曲而将他们置于转向轮的上方时，大腿内侧从膝盖向后能在转向管的任一侧压靠在辅助接触装置上。膝盖然后伸展超出转向管(和优选地辅助接触装置)并向下弯曲成使得腿的胫骨或多或少平行于转向叉延伸。脚蹬然后可被设定成使得他们的初始位置在叉的任一侧将腿的胫骨置于转向轴线的前方。此时，车辆应当相当好操纵。对于每个骑乘者而言，他们的脚存在最舒适点或最佳位置，并且通过试骑脚踏车可以找到脚蹬的对应位置。还可通过首先调节脚蹬的前后位置然后如果有必要的话重新调节鞍座的前后位置来进一步调整车辆；并且然后在脚蹬的每次这样的调节之后，车辆应当再次进行路试。

在图1所示的脚踏车的优选实施例的模型中，后部件14(也就是脚踏车的框架)和前部件10(也就是其转向叉)的形状看上去可与其它已知的两轮串置车辆相似。单管“脊椎”型框架在一端连接到9英寸后叉13上，该后叉上安装有16英寸直径的标准自行车车轮。后轮16的直径的选择部分地以最大限度地减轻脚踏车的重量和缩短其轮距为基础。该框架的另一端连接到7英寸长转向管17上，该转向管与17英寸直转向叉21配对，该转向叉21不具有偏移—也就是转向轴线与车轮的轮轴相交。直径为28英寸的标准自行车轮安装在该叉上。转向轮12的直径被指定为尽可能大，它受骑乘者当坐在鞍座中时将他们的脚降到道路上的能力约束。尾迹(踪迹，trail)(本文中定义)被设定在约4英寸，轮距被设定为约25英寸。采用48英寸和53英寸两种撑杆长度。常见自行车鞍座20附接在一支柱上，该支柱在从转向管向后约8英寸处连接到该框架上。

辅助接触装置26的尺寸和形状可变化。在该模型中，如图1-3所示，所述装置的面向外的表面—其与骑乘者的大腿内侧接触—大约宽4英寸、高6英寸、并具有与骑乘者的大腿适贴的轻微凹状。所述两个表面的前缘在它们的最狭窄点隔开约6英寸，从而以该量与骑乘者的膝盖分离，并且在它们的后缘处渐缩成隔开约4-5英寸。所述表面的尺寸和形状并不关键—宽度为一半的表面看来同样可行。辅助接触装置可被分隔成两个部分，即左大腿接触部和右大腿接触部。辅助接触装置也可连同大腿一起或代替大腿与骑乘者膝盖的内侧接合；然而，重要的是它们不干扰胫骨相对于膝盖的移动。重要的是所述表面牢固和刚性地附接在后部件上。

脚蹬22的形状也可变化，对它们的形式没有约束，除了支承骑乘者的腿和脚的重量以及能够承受骑乘者可能使用他们的脚施加的向内横向(朝向车轮的)力(这些要求)以外。脚蹬的位置可通过其安装托架中的四个孔—这些孔允许指向外侧的垂直支承桩板36被水平地调节—并通过其相对于车轮的轮轴的可旋转位置—它允许在竖直方向上调节桩板—而如图1所示进行上下和前后调节。被示出为约7英寸的脚蹬之间的间距也可变化。为了使脚踏车的运输更容易，支承桩板可制成为向上折叠，使得它们不向外突出，由此容许车辆平放。脚蹬的设计以及它附接在叉上的方式、用以针对骑乘者的脚调节的方式和可用以针对骑乘者的腿的长度调节的方式全都可以变化，只要脚蹬实现预期用途，如文中所述。

应当注意，操作用于制动器28的致动器的最有利的方法可以是由骑乘者的脚执行的方法。如图7所示，当脚的后部用于支承腿的重量—脚蹬的支承桩板36例如被置于后跟或足弓下方—时，脚的前部依然能上下转动。该动作可用来控制用于制动器的致动器，前提是该任务不干扰车辆的一般操作。例如，如图7所示，设置在脚38上方的杠杆—其通过骑乘者的脚的向上枢转而被操作—或设置在脚40下方的杠杆—其通过骑乘者的脚的向下枢转而被操作—可用来致动后制动器28。或者，任意杠杆都可用来控制可对前轮操作的制动器(未示出)。应当指出，一个脚蹬上的杠杆可独立于位于另一个脚蹬上的对应杠杆操作。还应当注意，在各脚蹬上，无论哪种情况，一个杠杆或另一个杠杆可操作制动器，另一个杠杆由能抵抗向上或向下的力的固定桩板代替。此外，如果桩板38制成为固定的，则它将是辅助接触装置，因为骑乘者的脚和/或腿的肌肉将需要收缩以与它接合。

脚踏车的操作

当首先观察非活动的脚踏车时，可假设它由脚蹬利用驾驶者的脚转向，因为在无车把的情况下看来没有其它方式。不过，当在操作中观察时，除了明显向前推进脚踏车的骑乘者的杆支撑行程之外，不存在指示骑乘者控制车辆的明显动作。事实上，即使当如发明人那样骑脚踏车时，脚踏车如何工作并不明显。然而，显然脚踏车和骑乘者作为一个刚性体一起倾斜转弯；但无法分辨这种倾斜是动作的开始还是对另一个动作的响应。骑乘者和脚踏车的倾斜以及脚踏车前轮的枢转看上去同时作用。

随着转向轮以一种方式或另一种方式枢转，骑乘者的腿看似保持或多或少相对于彼此固定在适当位置，就像他们如图5所示处于通常就座位置那样。然而，在看上去不是这样的情况下，腿的胫骨在膝盖处枢转，脚踝加入该移动，且由此一起允许脚跟随转向叉的转动。脚或多或少一体地向左或向右移动，利用脚蹬作为导向件以跟随转向轮的相同枢转运动。需要脚的回转以便避免碰撞辐条。从骑乘者的角度看，腿和脚的动作是自发的；并且同样，不清楚脚是跟随该动作、引起该动作还是引导该动作。

考虑骑乘者以适度的速度(也就是说每秒4至5英尺)在直的自行车道上向前推进该脚踏车。当感觉到车辆要向左侧跌落时，骑乘者凭直觉向左转向以保持它们的平衡—也就是骑乘者沿一圆弧引导车辆，该圆弧的中心位于车辆的左侧。由于车辆和骑乘者的圆形运动而引起的离心力此时平衡了车辆倾覆趋势；事实上，骑乘者自动使车辆沿具有这样的半径的圆转向：离心力稍微使倾覆趋势失去平衡，并且车辆再次恢复其竖直位置。骑乘者现在精确地沿直线在短时间内转向。但可能已经稍微超过竖直位置，并且车辆稍微向车辆的右侧跌落。骑乘者此时无意识地向该侧转向，同样沿中心位于右侧的圆，等等。如果检查车辆的轨迹，则会发现并不是直线，而是长的蜿蜒曲线。

以上对骑脚踏车的说明实际上由Archibald Sharp提供并且指的是传统自行车，但在此使用是因为它也适用于本发明。Sharp的两轮车配备有车把，并且Sharp所提到“转向”当然是指“利用”该车把。在本发明中，使脚踏车转向依然是凭直觉的和自动的，明显说明的不顺手除外。显然，骑乘者的脚在与脚蹬接合时起到了如文中推定的作用；然而，其它力同样起作用。当Sharp谈到离心力时，其所处的背景是保持自行车直立；力推靠在其上以便防止车辆跌落的质量主要是骑乘者的质量。未提到其它力(如果有的话)的影响。

在本发明中，脚踏车通过与Sharp的示例中的自行车相同的原理操作，但相比之下，它的控制更多地取决于脚踏车的构型和所涉及的动力学，而不是骑乘者通过车把使用的干预。操作中的一个关键因素是绕转向轴线形成的转矩，这是车辆布局的几何结构及其在重力作用下对车辆表现的影响的结果。如果转向轮自由地自行定向，则转矩将趋于使转向轮沿该扭力的方向绕转向轴线枢转。在Sharp的示例中，不认为绕转向轴线产生的转矩对于其操作而言是必需的，该转矩的作用被骑乘者对车把的使用压倒，车把支配其操纵。

当脚踏车被骑行—足够快以使得撑杆对其转向和平衡的影响很小—时，脚踏车如果仅稍微倾斜的话通常向其纵向轴线的任一侧倾斜。因此，与控制脚踏车的动态相关的两个变量—倾斜角度和转向角度—连续起作用。在任意瞬间，车辆转弯的速率由这两个角度的组合控制。倾斜角度在此定义为车辆平面—由后轮与地面接触的接触点和转向轴线限定—与其中间平面或竖直位置的倾斜度。转向角度定义为前部件与其最前方或中间位置的偏离。两个角度具有相对于它们的中间位置的左或右极性。应当注意，当车辆直立—后轮竖直—并且两个车轮完全对齐时，倾斜角度和转向角度为零，因此转向轴线周围不存在转矩。

随着倾斜角度和转向角度变化—也就是脚踏车未处于完全竖直位置，转向轴线周围将形成转矩。倾斜角度取决于骑乘者的指令，骑乘者通过向旁边倾斜来控制倾斜角度。为了产生期望的转向角度，如果不考虑骑乘者在脚蹬上的脚，则必须在转向轴线周围产生一定量的转矩以便使转向轮枢转。最初，该转矩在车辆向纵向轴线的右侧倾斜时将是顺时针的而在向左倾斜时将是逆时针的。而且，随着转向轮枢转，由脚蹬支承的骑乘者的小腿的重量随着它枢转。正是在其后车辆已对骑乘者的初始倾斜命令作出响应且骑乘者偏向车辆纵向轴线的一侧的这个时点，车辆响应于骑乘者的操纵的行为的说明变得不清楚。

一般而言，当骑乘者向旁边倾斜他们的身躯时—可能连同其它力一起，转向轮趋于跟随。转向轮的枢转也直接受骑乘者的脚经由它们与脚蹬的接合影响。尽管难以确定其实际影响范围，但发明人的观点是脚踏车的转向不受脚蹬的使用支配。看来骑乘者在更大的程度上依赖于车辆的倾斜，以及所引起的转向轴线周围的转矩的提供，脚蹬的使用按需进一步增强或减弱了该转矩的影响。可能有帮助的是注意，在实际骑行状态期间，跨车辆的速度范围的转向角将最有可能将处于±10-40度的范围内，下限数值用于最快速度，上限数值用于最慢速度，±20度是典型骑行状况期间的名义范围。用于该典型骑行状况的对应的倾斜角度将很有可能小得多。

当转矩与趋于反向扭转转向轮的这些力达到平衡时，如文中所述，骑乘者和脚踏车将处于平衡中，并且脚踏车将以恒定半径转弯。倾斜角度和转向角度也将是恒定的，并且骑乘者施加至各脚蹬的力将变得稳定。如果多个变量—包括脚踏车的速率、倾斜角度或施加至脚蹬的力—中的任意变量改变，则脚踏车将进入过渡状态，直至达到新的平衡状态。骑乘者能够直观地控制此过程。在实践中，应当注意，骑乘者试图在相反的方向上改变转向角度和倾斜角度而不翻车—不包括众所周知的逆转向现象，在此期间这种状态可能瞬时地发生—的可能性低。不清楚逆转向在本发明中起作用(如果有的话)的程度如何，不过如果它是一个因素，则它将被直观地处理，因为该模型的骑乘者并未意识到它。

返回参照Sharp对骑自行车的说明，该平衡过程在车辆的速度低于特定速度—此时车辆和骑乘者的圆形运动引起的离心力变得不足—之前起作用。此时，骑乘者发现难以维持平衡，并且可选择加速，或代之以试图通过沿与倾斜相反的方向摆动车把、从而快速抵抗倾斜—然后以另一种方式返回等等—来保持平衡。该动作引起骑乘者和车辆的质心上升，并与摆动的车把同步地绕纵向轴线来回振荡。然而，随着自行车的速度进一步下降，骑乘者不再能维持平衡。离心力不再是一个因素，并且骑乘者被迫伸出腿以防止车辆跌落到地面。

本发明的情况不是这样。首先，车辆具有与滑板车更接近的缩短的轮距，这允许车辆针对特定速度和转弯半径形成接近两倍于传统自行车的离心力；且因此车辆在慢得多的速度下可自然地维持平衡。不过，存在由于速率不足而存在离心力的缺少的点，并且车辆开始变得难以平衡。在该点处撑杆的使用—它们被操控的方式—满足本发明的慢速操作的目标。撑杆可用于将车辆维持在接近竖直位置，这允许脚踏车或多或少直线行驶。可实现这种操控是因为，骑乘者可感知骑乘者和车辆的质心何时超越纵向轴线，并且立即使用位于车辆趋于向其倾斜的一侧的该撑杆对向任一侧的最小偏离进行修正，以推动—也就是供给充足的横向力—并由此再平衡车辆和骑乘者。利用撑杆，骑乘者可实际地在零速率下保持完全直立而不必将脚下降到地面。

此外，在脚踏车慢速运行期间，撑杆可用于转弯。例如，可采用撑杆来防止车辆比预期进一步倾斜到弯道中，并且这能以同时提供向前推进脚踏车的一定向前推力的方式完成。或者，当准备向另一侧转弯时，利用撑杆进行的横向推挤可升高骑乘者的重心并帮助将骑乘者推过车辆的纵向轴线的这一侧。然而，可注意到，尤其在骑乘者可能无法不使用撑杆来保持平衡的很慢速度下，脚踏车将趋于保持更急地转弯，从而导致骑乘者跌落，除非撑杆向外伸出。不可能仅利用脚蹬来防止这种情况发生。此时，骑乘者必须采用撑杆以通过在撑杆上横向推动来升高他们的质心，或可代之以仅在撑杆上倾斜以维持他们的当前质心高度，并由此防止转弯半径的减小。

产生转矩

转矩事实上是力矩，且因此是作用在杠杆臂上的力的结果。如上所述，只要骑乘者向旁边倾斜，转矩就会出现在转向轴线周围，这致使倾斜角度和转向角度大于零。如文中进一步指出的，所述转矩存在两个分量：一个分量是脚踏车的前部件上承受的质量的函数，另一个分量是该质量的一部分的函数。所述转矩的每个分量都具有与涉及车辆的前部件的设置的脚踏车设计的特定变量相关的杠杆臂。因此，转向轴线周围产生转矩可被视为包含两种单独的方法的过程。

依赖于传统自行车的基本构型的第一方法基于车辆前轮的尾迹、或更具体地其机械尾迹，该尾迹的定义是转向轮与地面的接触点与转向轴线之间的最近距离。尾迹实际上是所述第一方法中的力矩的杠杆臂，并且因此在转向轴线周围操作。尾迹是转向管的向后倾斜—其致使转向轮的轮轴相对于后轮轴向前移动—的结果。随着所述倾斜增加，转向轮与地面的接触点相对于转向轴线与地面交叉并且增加尾迹长度的该点向后移动。

重要的是认识到，所述杠杆臂处于转向轮的平面中并且在转向轮与竖直平面对齐时—也就是在前轮和后轮与地面的接触点处于包含转向轴线的平面中时—没有影响。只要转向轮偏离其直接向前位置或中间位置，所述杠杆臂就开始起作用。此时，转向轮与地面的接触点远离车辆平面移动。这致使支承力—也就是在对车轮上的重量作出反应时在所述接触点上竖直向上推动的力—形成垂直于车轮平面的分量。所述分力作用在杠杆臂上。得到的力矩会产生趋于使车轮沿车辆倾斜的方向枢转的转矩。

在第二方法中，转矩的产生基于质心—绕转向轴线旋转的质量的质心—在转向轴线的前方与之间隔开或偏离其的距离。前轮和叉—在优选实施例中脚蹬以及骑乘者的由脚蹬支承的腿和脚的质量部分—被包含在所述质量内。所述质量的重量可产生绕转向轴线的力矩，它的杠杆臂实际上等于转向轴线与所述质心之间的垂直距离的长度。重要的是理解，当车辆以接近零的倾斜角度直立并且转向轮以接近零的转向角度处于其中间位置时，来自两侧或横向的重力平行于转向轴线，且因此其对所述质量的影响在转向轮的平面中向下定向；且因此不会从所述第二方法产生转矩。只要车辆倾斜—该倾斜角度大于零，所述质量的重量的影响就形成未处于转向轮的平面中的向下的力。该力具有垂直于转向轮的平面的分量；并且所述分量可作用在所述杠杆臂上并产生趋于使转向轮绕转向轴线枢转的转矩。

在该优选实施例的情形中，前叉是直的，也就是叉的腿部与转向轴线对齐。因此，叉和车轮的质量关于转向轴线对称地分布在车轮的平面中；并且因此，该质量不是转矩产生的一个重要因素。因此，在第二方法中脚蹬的设置和它们支承的重量负责产生转矩。根据本发明，在脚踏车的优选实施例中，脚蹬的位置是车辆的转向和平衡的一个关键因素。在前面提到的其脚蹬附接在后部件上的脚踏车的情形中，为了通过所述第二方法产生转矩，可通过例如向前弯曲叉腿部或将重量置于转向轴线前方的另一种方式来使前轮偏离。

应当注意，在自行车—其中术语“偏离”定义为转向轴线与转向轮的轮轴之间的最短距离—中，前轮轴通常在转向轴线的前方，这将叉和车轮的一部分重量转移到转向轴线的前方。不包括骑乘者可通过倚靠在车把上而共享的重量，如不用手转向时那样，由于所述偏离，转向轴线周围仅产生少量转矩。尽管在脚踏车的优选实施例的情形中所述偏离为零，但由于向前伸在转向轮的顶部上方的骑乘者的大腿的水平位置，由脚蹬支承的质量可明显大于车轮和叉的组合质量，其为骑乘者的总体重的约15％；且因此可产生可观的转矩。

根据本发明，由脚蹬(当它们附接在前部件上时)支承的重量的质心必须位于转向轴线的前方。此时，所述两种转矩产生方法将趋于在转向轴线周围产生它们在同一方向上的转矩。尽管通过各方法产生的转矩可与重力相关，但在所述两种方法的每种方法中作用在杠杆臂上的力的方向可从转向轮的相对两侧定向。在第一方法中，该力在转向轴线的后方；而在第二方法中，该力在转向轴线的前方；两个杠杆臂关于转向轴线隔开180度。

如果情况是这样，则作用在各所述杠杆臂上的力源自相反的方向且因此在任何情况下都不会是相同的力。在所述第一方法中，该力在前轮与地面的接触点处竖直向上推动—这是对重力的反应—并且支承车轮所承载的总质量。在所述第二方法中，该力竖直向下推动—该力为重力—并由随着前部件一起枢转的质量(包括所述偏离质量)承受。因此，可推断所述第一力矩和所述第二力矩是独立的动作。由于一者不取决于另一者，所以可调节或修改一者而不影响另一者。

骑乘者可通过使车辆关于车辆纵向轴线向一侧或另一侧横向地倾斜而在任意方向—围绕转向轴线的顺时针方向或逆时针方向—上产生所述转矩。因此，为了改变转矩的方向和因此转向轮朝向转向轮的中间位置的左侧或右侧倾斜的方向，骑乘者身体的重量必须首先移动到车辆的纵向轴线侧。为此，骑乘者的质心必须在一侧上升以便它越过车辆的纵向轴线的另一侧，其中它然后将在车辆的该侧随着倾斜角度增大而下降。这可能需要骑乘者使用脚蹬来形成对向的转矩，也就是衰减当前通过所述两种方法产生的转矩；但不论骑乘者执行什么动作，显然该动作是直观地完成的。在慢速下，撑杆也可用于帮助升起骑乘者，如文中所公开的。

控制转矩

重要的是认识到，在本发明中，存在与脚踏车的运行相关的两个质心(COM)。通常与自行车相关的第一COM是整个系统的COM，其包括车辆、骑乘者和撑杆的质量。该COM位于鞍座的稍微前方和上方。当脚踏车转弯时，离心力垂直于行驶方向—也就是沿弯道的半径向外—形成并且实际上推靠在该COM上以对抗重力，这趋于使车辆朝向弯道的中心倾覆。重力和离心力趋于使脚踏车绕纵向轴线沿相反的方向旋转。

第二COM是与随前部件一起枢转的质量有关并与转向轴线相关的COM。如上所述，由脚蹬支承的质量可由于骑乘者的小腿的重量而较大；且因此该第二COM可以是脚踏车的操纵中的一个重要因素。然而，在现代自行车中，随前叉枢转的质量的COM未被视为车辆的转向和平衡的一个重要因素。相比于移动的车辆所产生的离心力对所述第一COM的影响，离心力可对第二COM产生的影响以及它可如何影响传统自行车的平衡和转向一般被忽略。

有趣地注意到，在Archibald Sharp对在不用手转向的同时骑传统自行车—其中假设倾斜角度小、转向角度也小并且恒定、并且不考虑车轮的陀螺作用—的分析说明中，未提到离心力。Sharp主张向心力是产生对抗—也就是平衡—其它两个上述力矩—与转向轴线周围的转矩产生的所述第一和所述第二方法相关的力矩—的力矩的初级力。Sharp认为所述向心力在转向轮与地面的接触点处切向于转向轴线作用，其杠杆臂是转向轮的机械尾迹的长度。

在本发明中，希望观察尾迹对脚踏车的操作的影响。在发明人进行的实验中，所述模型被修改成使得其尾迹可被一直下调到零。在以25％的增量减小尾迹时测试该模型；并且如预期的那样，其操纵变得越来越疲惫；但出乎意料地，即使当尾迹被调节为零时，仍可容易地控制该模型。应当注意，根据Sharp的说法，当没有任何尾迹地骑车时，所述第一转矩产生方法和由于向心力而引起的对向的力矩将不会起作用，因为两个力矩需要尾迹作为其杠杆臂。如果这种说法是正确的，则转向轴线周围的转矩的存在(如果实际上该转矩确实存在)可能仅归因于所述第二方法的影响。

于是，这种情况下，为了平衡在例如恒定半径转弯期间通过所述第二方法产生的转矩，或在改变转弯半径时，将不得不包含某种不同于离心力的力。推断该力可能是以下力将是合理的：作用在所述第一COM上或所述第二COM上或在一定程度上作用在两者上的离心力；可形成衰减效应、也就是通过骑乘者的脚在脚蹬上的动作产生的绕转向轴线的对抗扭力；或这两者的某种组合。所述第二COM可能过于靠近转向轴线，和/或车辆的速度范围可能过低，使得所述第二方法明显受离心力影响。

另一方面，假定脚踏车具有一定量的尾迹，则所述向心力可以是能对抗转向轴线周围存在的转矩的初级力，如Sharp提出的那样。关于传统自行车中的脱手转向，CarlosBourlet's—其观点在长时间研究这些主题的时代受到高度重视—提到，不可能骑乘其中转向轴线在前轮的接触点与地面相切的自行车—换言之不具有尾迹的脚踏车。考虑到这一点，人们于是将倾向于相信，根据实验结果，差别是骑乘者的脚在脚蹬上的动作的结果；或换言之，该优选实施例中的脚踏车由于骑乘者能对脚蹬施加的细微控制而工作。

使两轮串置车辆转向和平衡的问题过去被看作是复杂的并且尤其包含脱手骑车时尤其让人混淆。在Sharp的观点中，骑乘者试图通过改变倾斜角度—也就是通过调节他们的身躯的倾斜或横向位置来平衡转向轴线周围的转矩—而不使用手转向或许不会足够快以保持车辆的平衡。但在骑乘已被证实容易控制的该优选实施例的模型时情况并非这样。因此，由于Sharp的假想示例与所述模型之间的唯一主要差别在于，在该模型中，转向轴线周围的转矩可受脚蹬的使用影响，人们可以推断—根据Sharp的观点：骑乘者的脚在脚蹬上的重量和细微动作事实上形成该差别。应当注意，在Sharp的示例中，将无法实现逆转向的使用，因为未使用车把。不了解逆转向是否是本发明的脚踏车的转向的一个因素，但可以通过骑乘者对脚蹬的使用来执行逆转向。

Sharp的分析涉及传统自行车，其中所述第二COM中包括的唯一质量是转向叉、前轮和车把的质量。而且，即使所述COM由于叉腿部的弯曲导致的偏离而位于转向轴线的前方，Sharp也未考虑离心力可作用在该质量上以对抗趋于使前轮绕转向轴线枢转的转矩。在本发明的优选实施例中，尽管叉是直的，但所述第二COM可由于脚蹬的设置而明显向前移位。因此，可作用在其上的离心力可以是朝向转向轮的中间位置向后推动转向轮的一个重要因素(假设骑乘者的下肢配合)。如果情况是这样，则应当注意，该动作及其影响看上去在防止脚踏车向侧面跌落方面将与所述第一COM相似。

可注意到，偏移在自行车技术中很少被提及。在最早的自行车设计中，转向叉是直的—不存在偏移。然后，随着安全自行车—现代两轮车—的出现—并且贯穿二十世纪，偏移几乎是每种设计的一部分：前叉的腿部向前弯曲以产生偏移。可注意到，在所有引用的文献—Sharp的经典著作、Wilson的《Bicycling Science》、Bryant的专利和Papadopoulos最近对《Bicycling Science》增加的章节—很少触及偏移的主题，尽管在大多数情况下大量论述着重于尾迹主题。Sharp和Bryant两人都在他们的分析中指出了偏移但随后未能对它进行论述。Papadopoulos仅仅陈述“转向轴线的线通常经过前轮轴的下方，也就是说，叉向前弯曲”。

重要的是认识到，偏移使转向轮与地面的接触点沿尾迹的反方向向前移动；因此，对于转向管的一定倾斜，尾迹将随着偏移增加而减小。偏移提供的唯一真正用途看来将是使所述第二COM进一步向转向轴线的前方移动。这在脚踏车的优选实施例中不是必要的，因为可通过脚蹬的设置更好地实现该目标。对其中前叉向前弯曲以产生不同的偏移程度的优选实施例的模型进行了实验。一般而言，改变偏移量的影响不明显，并且无法辨别积极的优点。最佳整体性能似乎不是利用偏移产生。因此，在根据本发明的一个优选实施例中，脚踏车具有不带偏移的直的转向叉。

其它因素

在迄今为止的论述中，已明确本发明中谈到的脚踏车在一定程度上通过两个独立的力矩转向，这些力矩可以一起作用以在转向轴线周围产生可致使转向轮枢转的充分转矩。尚未考虑对该转矩的可由骑乘者的小腿经由脚蹬产生的所述力矩的影响，但推断这种直接动作的影响可以增强或削弱所述两个力矩的影响。应当注意，还存在陀螺环节—自行车设计领域的技术人员已知且被Jim Papadopoulos在《Bicycling Science》的第三版中引用，其可以是所述脚踏车的转向的一个因素，其中，通过脚踏车的转向轮的旋转运动产生的角动量驱促车轮朝向脚踏车向其倾覆的一侧枢转。因而，该陀螺动作—已知为进动—的作用是加强所述力矩，也就是增加至通过所述第一和第二方法产生的转矩。

此外，转向轮的角动量与脚踏车的速率的平方成比例。因此，进动的作用在脚踏车的操作期间可变化，取决于脚踏车的速度。进动可在多大程度上影响脚踏车的操纵尚不确定。在通常速度下该作用(如果有的话)的程度可基于模型的一般性能而被解释为便于管理和有帮助的。进动产生的转矩的变化可通过骑乘者的脚在脚蹬上所产生的动作直观地补偿。然而，应当注意，转矩的突然变化可导致更高速度下的操纵问题，这些操纵稳定会导致脚踏车的不稳定，其中转向轮在转弯期间可能快速向内转动，从而导致翻车。

在有关于转向的另一方面，要注意当横向力在转向管处施加至后部件时，转向轮也会枢转。当在其步行模式下使脚踏车转向时可证实这一点：其中下车的骑乘者在脚踏车旁边步行，在他们的手抓住鞍座的情况下向前推动脚踏车，并且使鞍座扭转，由此导致转向轮枢转。还可以在骑脚踏车时使用该方法。然而，与在步行模式的情形中一样，脚踏车的后部件需要与其大致竖直的直立位置接近以便它有效地工作。然后，如果骑乘者应当使他们的一个大腿绕臀部扭转，由此利用他们的大腿内侧向附接在转向管的侧面上的辅助接触装置之一施加横向力，则转向轮将沿所施加的力的方向枢转。尽管可能难以分辨，但该动作可用于致使转向轮从纵向轴线的一侧向另一侧枢转，并由此帮助骑乘者更快地改变方向。该动作证实肢体语言可以是脚踏车的控制中的一个因素。应当注意，该作用取决于脚踏车的尾迹的长度。

重要的是认识到，两轮串置车辆运行的速度范围是其操纵特性中的一个主要因素。这些车辆在它们的运行中依赖于离心力及其对应的向心力的不同存在程度。这些力取决于车速，并与其速率的平方成比例。因而，特定类型或类别的两轮串置车辆的设计大部分取决于其速度范围。在一个类别内，该速度范围可被视为一个设计参数—也就是车辆被预期运行的速度；或者，它可被视为设计本身的一个限制因素或者说设计本身固有的。例如，自行车可针对更慢的速度设计，比如“山地(cruiser)”型，或针对高速度设计，比如“场地”自行车；但是，它无法制成为以非常慢的速度—例如像滑板车可运行的速度—运行。同样，滑板车可被设计成以不同的速度范围运行；但是，滑板车在摩托车运行的速度下将不稳定。显然，自行车、滑板车和摩托车是截然不同的车辆，尽管它们共用两轮串置构型。

本发明中的脚踏车也是截然不同的车辆。不应与其它两轮串置车辆像例如自行车混淆。一般而言，在自行车中所述稳定性和平衡优于本发明的脚踏车；因此，自行车的操纵特性可适应更大的运行速度范围。在本发明中，慢速运行能力的取得是有益于(如果不是必要的话)特定推进手段—手持撑杆的使用—的主要成就。该脚踏车的速度范围直接取决于骑乘者的手臂和肩膀—因而肌肉—的移动。而且与滑板车相似，在水平路面上，该脚踏车不能超过骑乘者可以向前推进它的速度。尽管以较慢节奏推进允许骑乘者按需保存能量，但骑乘者上身的锻炼是本发明的一个重要特征。

如对转矩的产生指出的，所述第一和第二方法并不相互依赖。因此，如果这种方法具有不同于转矩产生的目的，则脚踏车的设计单独考虑它并且相应地确定其对车辆的整体性能和行进的相对重要性将是有利的。因而，在这方面，与所述第一方法相关的尾迹的主要目的是改善车辆的基本操纵，如自行车设计领域的技术人员众所周知的那样。通常，适用于自行车的相同原理和考虑因素将适用于本发明中的车辆。在该模型的结构中，在考虑所述第二转矩产生方法之前，基于以下对尾迹进行优化以对车辆的操纵和稳定性产生最大益处：其运行速度范围、轮距和骑乘者的预期质量。这通过在骑乘者的重量尽可能接近地以相同比率被支承在前部件和后部件之间的同时调整尾迹的长度来实现，与优选实施例中一样。

在与所述第一方法相关的变量成立的情况下，然后可处理所述第二方法，目标是优化所述第二力矩以基于通过所述第一方法产生的一定转矩产生最佳可能的转向特性。在开发该优选实施例前的实验时间段，作出过多种其它尝试以骑乘各种设计的不带车把的两轮串置车辆。最难克服的问题之一是脚蹬的双重功能的调和。一方面，脚蹬对于将骑乘者稳定在车辆上很关键；而另一方面，它们是转向过程的关键部分—看似不相容的目的。它们在车辆上的最佳位置的确定—其带来骑乘者对它们的使用的效力和容易性，实现了两种功能—是一个主要成就。重要的是认识到，它们的用途—作为使转向轮枢转并支承骑乘者的装置—应当不约束转向轮通过非故意地干扰转向轴线周围的转矩的存在而响应于车辆的倾斜枢转的自然倾向。

根据本发明，骑乘者的腿和脚在脚踏车上的位置的优化可以是该车辆的转向和平衡中的一个关键因素。在这方面，脚蹬关于转向轴线的设置在该脚踏车的优选实施例的情形中是最重要的考虑因素。应当指出的是，鉴于所述第二方法中的转矩的产生与骑乘者的腿和脚的位置和重量有关，骑乘者对脚蹬的使用而实现的转向轮的移动的容易性和控制更加与腿和脚的位置有关。因此，脚蹬的位置必须使得车辆的操纵特性基于特定骑乘者的质量和身材来优化。在实践中，脚蹬的精确位置可以是可调节的并且在取得车辆时设置。使用该优选实施例的模型的实验表明，对于给定骑乘者，在车辆执行试验的情况下脚蹬的位置存在最舒适点。如果骑乘者的脚的位置从该位置过于向前或向后移动，则车辆变得无法骑行。

推进

杆支撑在两轮串置车辆中是可行的，因为向前推进车辆所需的力可在与车辆的固有稳定纵向轴线平行的方向上施加；而且，它能以不产生无法通过骑乘者的动作来对抗的不稳定力矩—也就是围绕骑乘者的扭转—的方式完成。举例而言：在最简单的推进动作中，骑乘者通过向前伸展双臂而开始；并且在撑杆末端指向正下方的情况下，将它们安置在道路上；然后立即—开始动力行程—在末端上施加向下的压力以将它们保持就位，同时通过弯曲肘部来向后拉引竖直地保持的撑杆。车辆因而在使肘部弯曲所耗费的时间段被向前推进，使得撑杆手柄不再与胸部齐平。骑乘者然后通过提升撑杆来完成该行程；并且手臂再次向前伸展以开始下一行程。

注意，在做功行程期间，在撑杆末端等距地安置在纵向轴线的任一侧的情况下，当骑乘者向各撑杆施加相等的拉力时，由一根撑杆产生的转矩被另一根撑杆产生的转矩抵消。围绕骑乘者的顺时针转矩—其通过骑乘者拉引左侧撑杆而产生—被由右手撑杆产生的逆时针转矩抵消。因此，向前推动车辆的净力与车辆的纵向轴线对准。值得庆幸的是，发现不需要这种精确杆支撑程度以便维持稳定，如本文中公开的。

两根撑杆被一致地使用的杆支撑—比如上述“双拉引”行程—可变化以适合不同目的。“双拉引”例如是用于其中在没有其稳定性质的影响下很难或不可能平衡的极慢速度的理想行程。另一示例是“双推动”，这是用于从静止开始的良好行程，如在此所示。骑乘者跨坐静止的车辆就位，肘部充分弯曲，从而将撑杆拉向胸部，并且撑杆末端邻近每只脚的外侧安置在鞍座下方。然后，在撑杆之间平衡直立的同时将脚提升到脚蹬上，骑乘者通过向前摇动而开始动力行程，从而使上身在臀部处转动，同时向撑杆施加将末端保持在适当位置的相同的下压力。而且，随着肩膀经过撑杆末端的前方，骑乘者向后推进撑杆，从而部分地松开肘部以完成该相当短的行程。撑杆然后被快速提升并向前移动以重复该行程，依此类推，直至车辆获得有效的动量。

在任意行程施加的力或相继的行程之间的经过时间可由骑乘者改变以与条件和情况相称。快速加速可能需要非常快的全力“双拉引”行程。或者，在行人交通繁忙时，可使用相同的行程以通过采用最小的力但各行程之间的极快经过时间而很慢地移动，由此保持撑杆与道路接触的时间尽可能长。而且，同样，例如，在渐进式杆支撑下，长而有效的“双拉引-推动”行程—其将“双拉引”和“双推动”行程合并，一个行程拾起，另一个行程中断—可以上用于动力和速度的最佳行程；然而在非渐进式杆支撑的情况下，其也可以是大滑行行程。这三个“双重”型行程的推力可通过以下中的任一者增加：通过在臀部处向前弯曲上身而在行程开始时进一步向前伸展撑杆，或在行程结束时进一步向后伸展撑杆，或两者兼备。

“双重”杆支撑的重要意义是，发现骑乘者可在无明显认识的情况下改变施加至一根撑杆或另一根撑杆的力量以补偿不均匀的杆支撑或骑乘者相对于车辆的位置的移动或路面的变化导致的不平衡。这种以前未认识到的作用看来补充了两轮车通过沿倾斜方向转动前轮来修正倾斜的作用。该重要发现的含义是：杆支撑不仅仅是推进手段；它也可以是具有反馈环的复杂的平衡和稳定系统的一体部分，所述反馈环包括一起操作以在车辆行驶时帮助控制车辆的骑行的骑乘者、车辆和撑杆。

迄今为止的说明已涉及“双重”杆支撑，其特征在于一致地使用两根撑杆。另一种基本的杆支撑类别是“交替”，其中撑杆被交替地前后使用，在一侧进行第一次杆支撑，然后在另一侧，撑杆的动作与步行者的腿的动作之间存在一定相似度。“交替拉引”、“交替推动”和“交替拉引-推动”是它们在“双重”杆支撑类别中分别命名的行程的对等物；并且有关于“双重”行程的前述评论适用于它们的“交替”行程对等物，一个重要差别除外：与“双重”杆支撑不一样，对于“交替”杆支撑，通过一个杆产生的转矩不抵消另一个杆产生的转矩。

当骑乘者向前推进车辆时，施加至撑杆的力在与车辆的纵向轴线平行的方向上；且因此，大部分产生的动力与行驶方向一致。但是，由于杆支撑力偏离轴线本身—撑杆末端被设定在通过骑乘者的肩膀分隔的轴线的任一侧，所以也产生潜在地不稳定的力矩。撑杆的推力具有在骑乘者的身体周围产生运动或扭转的趋势—想起在划桨时向两侧扭转的独木舟。当在车辆的右侧进行杆支撑时，骑乘者施加在撑杆上以向前推进车辆的力将趋于使骑乘者的身体逆时针扭转，或在左侧进行杆支撑的情况下顺时针扭转。

这种不稳定力矩如果未通过对向的动作—例如如在“双拉引”示例中所述的大小相等的相对力，其中由一根撑杆产生的力矩被由另一根撑杆产生的力矩抵消—对抗的话会使骑乘者和车辆翻倒。而且，实际上，这适用于整个“双重”杆支撑类别，其中右侧和左侧杆支撑动作是一致的；且因此得到的对向力矩趋于彼此抵消。然而，这不适用于“交替”杆支撑。这种情况下，每个行程必须被骑乘者抵抗以防止所产生的力矩使车辆倾翻。骑乘者通过倾斜或通过转动车辆的前轮或这些动作的某种组合或某种其它可行的操控来形成这种抵抗。

不论骑乘者采用什么对向动作以抵消由“交替”行程产生的转矩，都可对接下来的行程重复该动作以形成骑乘者可能觉得有趣的连续样式或节奏。例如，可使车辆向两侧来回摆动，或骑乘者可来回摇摆或扭动。“交替”杆支撑类别中的各种行程中的任何行程都可用来使车辆以此方式“步行”，前提是骑乘者产生对应的对向动作。针对“双重”杆支撑类别的该相同反馈环路这里适用于“交替”类型行程；藉此骑乘者直观地平衡通过“交替”行程产生的转矩。

替代实施例

本发明车辆的一个替代实施例在图8和9中示出。尽管该实施例可通过撑杆推进，但它也可通过骑乘者的脚在车辆的纵向轴线的相对两侧推靠在地面上而被推进。用脚推进可提供更大的推力并且因此使车辆更通用。因此，它可在更多样化的地形上被骑乘，在所述地形上单独通过杆支撑产生的不足的推进将使得难以—如果并非不可能的话—进行，例如上坡。骑乘者可将他们的脚下落至地面并且在坐在车辆上的同时步行或奔跑而不妨碍他们的进程。该替代实施例的较大速度范围和变化的操控尺度增加了骑乘经历的乐趣和挑战。而且对于可以这样倾斜的车辆，它可提供更完整的练习，包括骑乘者的上半身和下半身两者的锻炼。

所述替代实施例可与如迄今为止描述并且如图1-3所示的优选实施例完全相似地操作。以下将该操作模式称为被“脚悬空(脚抬起，Feet Up)”骑乘或操作，表示骑乘者的脚在由脚蹬保持的同时就位并且车辆可仅使用撑杆推进。当车辆以骑乘者使用他们的脚或一起使用撑杆和他们的脚推进它的方式被骑乘时，它可称为被“脚着地(脚放下，Feet Down)”操作，意味着它能以骑乘者的脚与地面接触的模式被操作或骑乘。车辆也能以如具体实施方式部分第四段中所述的走行模式被操作。也应注意，车辆可由如本文中描述的电动马达提供动力。

由脚推进的两轮车辆可让我们想起Baron Karl von Drais在1817年发明的老式脚踏车，它是现代自行车的鼻祖(与老式脚踏车有关的参考文献参见：Bicycles andTricycles，Archibald Sharp，1896,p.147,MIT Press edition 1977；和BicyclingScience，第三版，David Gordon Wilson，2004,pp.10-11,MIT Press,2004)。然而，支持利用骑乘者的脚进行推进的本发明的一个实施例最佳地构造成用于在前轮具有尾迹并且可由身躯支架控制时进行推进，所述身躯支架可在不使用骑车者的手的情况下控制前轮的方向。老式脚踏车中不存在任何这些特征。尽管当今可获得类似的“平衡单车”，其通常由儿童用作训练器械，但这些脚踏车并非针对无手操作设计并且需要车把。

可注意到，图8和9所示的替代实施例与图1-3所示的原始实施例类似，除了增加了身躯支架42。尽管这两个实施例可共用一种包括鞍座20的构型，但身躯支架在脚悬空骑乘时不使用；并且脚蹬22和辅助接触装置26在脚着地骑乘时不使用。当车辆以脚悬空或脚着地的方式被骑乘时，骑乘者能保持升起在地面之上的撑杆24，并且同时利用他们的手与车辆接触且例如可操作附接在身躯支架42上的手杠杆43并由此致动制动器28(或在前轮上操作的制动器)。应当注意，可完全免去撑杆，并且骑乘者仍可通过仅使用他们的脚推进车辆来操作车辆。而且在这样做时，骑乘者的手臂可自由地四处移动，但最有可能倾向于来回摆动，因为他们在步行和奔跑时自然会这么做；或骑乘者可将双手放在身躯支架上并操作车辆，就像它是老式脚踏车一样。

身躯支架

根据本发明，身躯支架的主要功能是使骑乘者能够直接影响前轮的方向，也就是在一定程度上控制其取向，并由此辅助骑乘者在车辆由他们的脚推进的同时使车辆转向。尽管在自行车的情况下身躯支架看上去可以是可由骑乘者用来支配车辆等的车把的替代装置，但其使用范围所受的限制多得多，如本文中说明的。应当注意，身躯支架不一定必须连续地接合。还应当认识到，身躯支架不是如辅助接触装置的情况下那样的用于将骑乘者稳定在车辆上的装置，它也不是作为调整转向轴线上的转矩的装置的对脚蹬缺失的替代物。不过，提供相当的功能的装置如身躯支架等在所述替代实施例的脚着地操作中是必不可少的。

身躯支架等提供了骑乘者能用以在不使用他们的手臂或他们的腿的情况下通过他们的身体与车辆的与前结构部件连接的部分接触来直接控制所述转向角度的手段。在推进车辆时四肢全都接合的情况下，骑乘者的身体可用于适应与这种装置交互的任务的其余部分是其余身体部分—头部、颈部、肩部、身躯和臀部。骑乘者的身躯被选择为最适于该任务，尽管本领域技术人可发现其它替代方案也可适合。举例而言，身躯支架42可以是与前部件10连接的成形杆。身躯支架也可提供用于骑乘者推靠以便抵消车辆前进的惯性的装置，其也可用作防止骑乘者臀部在鞍座上向前滑动过多的止挡。根据本发明，骑乘者可在仅使用他们的脚推进车辆或一并使用脚和撑杆推进车辆的同时使身躯支架等与他们的身体接合。

应当理解，如本文中所示的身躯支架的两种功能可以是分开的，并且可通过具有利用骑乘者的身体除四肢以外的部分控制前轮的取向的单一目的的替代装置来履行转向功能。而且，在这种情况下，可采用另外的装置，该另外的装置在骑乘者将他们的脚推靠在地面上时限制骑乘者的身体相对于车辆的运动，也就是阻止或停止骑车者向前滑动。一般而言，在满足两个条件时可提供该功能：后部件14支承骑乘者身体的质量，并且可防止该质量相对于后部件向前移动。在所述替代实施例的例子中，当通过骑乘者与身躯支架42的接合而停止或防止由鞍座20连续地支承的骑乘者身体的质量在后部件上向前移动时，这些条件被满足。

用于身躯支架的最有利的位置在骑车者的腹部的稍前方，这允许在脚着地骑乘时容易地接合支架，但在脚悬空骑乘时从支架移开。记住身躯支架与前部件连接，因此无论它是否接合，它都跟随前轮的枢转移动而相对于后部件移动。在例如图8和9所示的一个实施例中，支架可类似于小车把：它是长度在一英尺左右的弓形杆，该杆通过可改变相对于骑乘者的杆位置的可调节装置与前叉的茎部连接。凹形杆可成形为与骑乘者腹部的侧面接触并且可竖直地和/或水平地或以其它方式调节以满足骑乘者需求和偏好。

骑乘者可通过将他们的腹部压靠在身躯支架上来控制身躯支架的位置，也就是说其相对于后部件的角取向，该位置在保持稳定的情况可防止前轮改变路线。为使前轮枢转，骑乘者可通过以支架的一侧或另一侧—也就是说在特定例子中的所述弓形杆—由此向前推进的方式摆动和/或扭动他们的上半身来操纵身躯支架。根据本发明，与骑乘者能用以通过经由它们与所述装置的接触改变所述转向角度来直接控制前轮的方向的前部件连结的该装置通过从骑乘者的身体散发并从位于一侧或另一侧的身体部位通过的力操作，该部位是四肢以外的部位。应理解，骑乘者与身躯支架等的交互在支架与他们身体的与容许其使用的特定肌肉相关的部位连续和牢固地接触的意义上不一定是积极的，与用于类似目的的其它装置如车把或脚蹬的情况下一样。

骑乘者用以直接控制前部件的位置的装置的移动的响应程度—也就是说转向角度—可以是可选择的或可调节的以满足骑乘者的偏好。在本文中的身躯支架的例子中，其移动不必与前轮的枢转一一对应。所述弓形杆例如可与后部件枢转地连接，并且通过将它与前部件连接的机械联动装置或齿轮，骑乘者可针对他们身体的一定移动量控制转向角度的变化程度。应当注意，前轮枢转的方向可响应于骑乘者的移动而向左或向右，然而，在它与以下对应的情况下看上去更自然：顺时针扭转或向前推动所述杆的左侧使轮子向右或顺时针枢转，且反之亦然。它在以下情况下也看上去更自然：骑乘者的身体在所述装置上执行的使前轮沿特定方向枢转的动作由骑乘者的身体与所述方向相对的一侧执行，不过可实施相反的情况而不偏离所述装置的目的。

尾迹的重要性

应当认识到，当骑乘者从转向轴线前方的位置落下他们的脚以便使用它们推靠在地面上时，控制车辆的主要因素不再可用：在骑乘者的腿的质量没有抵靠在脚蹬上的情况下，如有任何对车辆的倾斜作出反应而围绕转向轴线的转矩，则前文所述的“第二方法”收效甚微。此外，在以前的实验中显而易见的是，出于在脚着地骑乘时控制车辆的目的而采用诸如身躯支架等装置仅可部分地补偿由于所述转矩的缺乏而引起的能力损失。为了克服该问题，并且通常在脚着地骑乘时帮助改善车辆的操纵，在所述替代实施例的操作期间必须施加以前不需要或在脚悬空骑乘时不一定认为必要的某些控制因素。

这些控制因素依赖于与前轮12相关的“尾迹”。尽管大多数两轮串置车辆的设计中通常存在尾迹，但是认为它对它们的操作不重要。由车辆的前部件的设置决定的尾迹可通过使转向管17在包含转向轴线S和后轮与地面的接触点37的平面中向后倾斜来形成，如前文所述的。因此，在本发明中，前部件构造成使得前轮与地面的接触点39落在转向轴线与地面的交点后方。在所述替代实施例中，存在两个必不可少的依赖于尾迹的控制因素，并且与身躯支架的使用结合在一起，它们足以使骑乘者能够在脚着地骑乘时控制前轮的取向。

第一因素基于所述“第一方法”(见前文)，该第一因素也利用可响应于车辆的倾斜而围绕转向轴线产生的转矩。根据本发明，在骑乘者的腿正被用于向前推进车辆的同时，它们也可用于同时控制和改变所述倾斜角度。可注意到，当骑车者使车辆倾斜时，车辆自身(而不是如脚悬空操作的情况下那样骑乘者与车辆组合在一起)通过骑乘者的动作来平衡。骑乘者能以这样的方式来操控他们的下肢，即通过由腿的由于鞍座在骑乘者的胯部中的位置而与鞍座的侧面相接触的部位对鞍座的横向拉动和推靠来控制后部件的倾斜。然而应注意，骑乘者可替代地以相同方式靠着可代替所设置的鞍座的装置推动和/或拉动以使得这种装置满足前文提及的两个条件。在任意情况(它也是脚悬空骑乘时的状况)下，骑乘者的质心将被支承在后轮轴(或后轮与地面的接触点)的前方和转向轴线(或转向管)的后方。

试验表明，所述第一方法对车辆的操作的影响在脚着地骑乘时远不如脚悬空骑乘时基于所述第二方法的影响那么有效。不过，即使所述第一方法的使用不能被视为相对于对后者的缺失的替代，所述第一因素对所述替代实施例的实施也是至关重要。重要的是理解，由于所述第一方法仅对倾斜角度的小范围变化有效，所以控制倾斜角度的能力本身在大多数状况下不足以允许骑乘者使车辆充分转向，并且因此所述第一因素的值可取决于其与身躯支架的接合相结合的采用，或第二因素的值同样如此，如文中所说明的。

还应当认识到，由于骑乘者与身躯支架等的交互不一定是牢固的和积极的(如与车把相比)，所以所述支架的实用性在存在与所述尾迹相关的转矩时大幅提高。在没有作为所述第一方法的产物的这种围绕转向轴线的转矩的协助的情况下，车辆将不良地操作并且在通过骑乘者的脚推进时难以操作。发现身躯支架在转向轴线与地面的交点如本申请的图中所示在轮子与地面的接触点前方三至四英寸时工作良好。在没有任何尾迹的情况下—当所述点重合时将是这种情况下，骑乘者将奋力控制车辆，并且将被迫维持与身躯支架的连续接触。

有益的是从前文的讨论记得，由于仅针对脚悬空骑乘的实施例的控制基于所述第二方法，所以这种车辆不依赖于尾迹，不过尾迹可改善其操纵。然而，由于第二方法而围绕转向轴线产生的转矩也受倾斜角度控制，与所述第一因素的情况下一样。考虑骑乘者脚悬空操作：骑乘者的配置在所述平面中被由后部件支承的质量决定围绕车辆的纵向轴线回转的质心。位于前轮的平面中并且围绕转向轴线回转的第二质心由骑乘者的腿的相当大的质量决定。而且，由于所述两个质心围绕其回转的两个轴线彼此正交，所以应当理解的是，通过作用在所述第二质心上的重力而产生的力矩(考虑前面的实施例中给出的说明)倾向于在脚踏车横向地倾斜时产生围绕转向轴线的所述转矩。亦即，随着倾斜角度改变跟随所述第一质心在所述纵向轴线周围的位置的方向或程度，转向角度倾向于由于所述转矩的作用而跟随，这倾向于使前轮枢转。因此清楚的是，车辆行进的路线倾向于偏离所述第一质量—也就是说骑乘者—移动的方向。

身躯的使用

第二因素取决于所述尾迹，该第二因素是骑乘者对后部件的扭转力的施加。在测试期间注意到，在某些条件下，所述实施例对骑乘者提供的方向的响应慢。连同车辆的倾斜一起的身躯支架的接合和使用在许多状况下不会单独引起车辆快速和/或急剧地转向。发现在这些状况下，可通过使鞍座扭转来使车辆更满意地做出响应，骑乘者能够利用他们的腿和脚来进行所述扭转。根据本发明，骑乘者在将他们的脚推靠在地面上时能施加至后部件的扭转可以是车辆转向中的一个重要方面。

可注意到，通过该方法来控制车辆类似于用以在以所述步行模式操作时使车辆转向的方法，如前面的实施例中所述。但是代替用手扭转鞍座，通过使用骑乘者固定在鞍座上的臀部扭转他们的身体来施加扭转。这可在使用如例如图8所示的合适的鞍座时完成，所述鞍座包括可与骑乘者的大腿内侧接触以便施加横向力的侧面。一般而言，所述扭转的施加要求后部件所支承的骑乘者的质量在骑乘者的身体正相对于地面扭转时保持固定到位，也就是说，提供所述质量的这种支承的装置阻止扭转。重要的是注意，所述质量的质心位于所述平面中，并处在后轮与地面(或车轴)的接触点的前方和转向轴线的后方。结果，转矩可围绕所述质心产生并且从骑乘者的身体转移到车辆的后部件，该后部件实际上在转向管上施加横向力(与地面平行并且正交于行进方向)；并且由于骑乘者能防止车辆围绕纵向轴线旋转，也就是说后部件或多或少保持直立，该力倾向于引起后部件围绕后轮与地面的所述接触点的旋转，这使前轮倾向于在与骑乘者的身体的扭转对应的方向上围绕其与地面的接触点枢转。

当通过采用所述第二因素来使车辆转向时，不一定需要撑杆的使用和身躯杆的使用等，因为可完全利用骑乘者的身体来提供对车辆的输入。尽管复杂，但可利用腿来直观地进行操控：随着腿的推进动作向前推进车辆，它们也使理想地在接近竖直位置被保持在它们之间的后部件平衡。而且，在他们这样做时，取决于期望的转弯方向(纵向轴线的左方或右方)，骑乘者的身体也通过向将骑乘者与车辆连接的装置—也就是说骑乘者与位于后轮轴与转向轴线之间的后部件的界面—施加扭转来同时扭转后部件，所述装置可以是如所述实施例的例子中所示的鞍座。应当注意，要求所述装置阻止在大致平行于地面的平面中施加的所述扭转。

前轮的枢转—也就是看上去是相对于转向轴线的旋转—实际上是轮子围绕它与地面的接触点的回转，所述接触点在转向轴线的后方。这种对后部件的扭转的反应是由于作用在实际上是所述尾迹的杠杆臂上的所述横向力(上述)而引起的。此时，前部件倾向于围绕以所述接触点为中心的径向路径摆动。而且，此时，车辆在形成圆弧的曲线路径上行进，该圆弧具有可部分地通过骑乘者使用他们的身体产生的转矩量来控制的形状，骑乘者通过在他们的脚撞击地面时扭转他们的身体来控制所述转矩量。脚提供了靠着地面的牵引，这允许骑乘者的腿通过它们与鞍座的侧面的接触来对后部件施加旋转杠杆作用。当倾斜角度和转向角度小时，该效果最佳。

最适于将转矩从骑乘者转移到后部件的鞍座的形式与可用于脚悬空骑乘中的鞍座的形式不同，在脚悬空骑乘中骑乘者的臀部在通过重力和大腿保持就位的同时仅坐在顶面上，大腿水平地向前伸出，从而压靠在辅助接触装置上。在大腿在脚着地骑乘期间向下伸出的情况下，鞍座的侧面必须也向下伸出以便与大腿内侧接合并由此允许它们扭转鞍座的位置。鞍座可呈多种形式，甚至是其侧面可移动地附接(无论是与鞍座自身的本体直接连接还是与其底座连接)以使得鞍座的保持与大腿接触的部分随着大腿在每次跨骑期间的移动而来回移动或枢转，并允许所述转矩转移到后部件。不过，同一装置可适应两种骑乘模式。然而，必须对鞍座的设计给出特殊考虑，因为它有关于骑乘者的臀部在脚着地操作时的舒适度，从而减轻由于鞍座在骑乘者胯部中的位置而引起的恶化。

应当注意，这种施加扭力的同一过程—也就是所述第二因素—在骑乘者经由辅助接触装置对后部件的一侧施加横向力时在脚悬空操作中生效，如前文中所述。在骑乘者的重量下压在鞍座上并且一个大腿内侧推靠在辅助接触装置的状态下，骑乘者可对转向管施加所述横向力。而且，前轮将倾向于枢转，前提是防止所述横向力使车辆倾斜，这可能需要撑杆和小幅身体语言的使用。当车辆向一侧倾斜并且骑乘者希望向另一侧转向时，在一侧的撑杆可被横向地推靠在地面上，同时大腿内侧也在转向管的该侧推压在辅助接触装置上，并且前轮将倾向于随着骑乘者的重心上升而朝纵向轴线的另一侧枢转。实际上，这种操控可容易与其它操控巧妙地组合。

参照讨论使用撑杆推进的部分，由于撑杆推进而在骑乘者周围产生的转矩也可用于协助使车辆转向。在脚悬空操作中，撑杆推靠在地面上引起的上半身中产生的扭转可转移到后部件，从而产生与上述相同的效果。在脚着地操作中可注意到，骑乘者能在撑杆的协助下更有效地扭转它们的身体，再次证明撑杆的使用可影响车辆的平衡和转向。根据本发明，撑杆可辅助骑乘者控制车辆，并且除了在所述步行模式期间之外，它们可用于与其它操作车辆的方法和手段—包括所述第一和第二因素—相结合地辅助骑乘者控制车辆。

姿态和位置

骑乘者-车辆界面的将骑乘者的重量支承在后部件上的部分—文中称为鞍座—的形式可以变化，并且通过相同装置或其特定部分可以用于车辆的任意操作模式，无论其设计的细节如何，其用途在两种模式之间不同。在脚悬空骑乘中，骑乘者维持通常的就座位置，其中他们的臀部的中心在鞍座的后部上并且他们的大腿水平地抬高。臀部固定在鞍座上并通过大腿防止移动，大腿可通过大腿内侧肌肉的收缩被保持刚性地靠着附件接触。如图4所示，辅助接触装置可与鞍座一体化。然而，当脚着地骑乘时，大腿与楔入它们之间的鞍座一起运动，并且骑乘者的腿部肌肉与它们在步行或奔跑时一样地工作。大腿也必须能以允许它们对后部件施加转矩的方式与鞍座的两侧接触。举例而言，图8示出涵盖所有上述要求的鞍座。

为了适应脚着地骑乘时的操作技术的变化，骑乘者能变换他们在鞍座上的纵向位置。极限控制在骑乘者的臀部在鞍座上位于前方时提供，其允许腹部与身躯支架接合，由此使骑乘者能靠着所述支架操控他们的身体。在该“前方位置”，对骑乘者质量的支承当使用时分布在地面、鞍座、身躯支架和撑杆之间，并且该质量可四处移动而不会使车辆翻倒。取决于主要受车辆速度影响的骑乘者的步幅的动态，承载在每只脚上的重量的量从脚悬空时的无重量连续地变动至脚冲撞地面时的可以是骑乘者的全部重量的大部分的量。然而，被支承在两脚之间的重量的分布或多或少保持恒定，并且结果，骑乘者的质量的受鞍座支承的部分保持恒定，这在操纵身躯支架时特别有帮助，更不用说骑乘者臀部的舒适性。

根据道路条件和骑乘者的技能水平，车辆可至少在短暂间隔在不接合身躯支架的情况下被间接地控制。此时，骑乘者以臀部进一步向后位于鞍座上的状态坐得更直，这容许上半身充分扭转和摇摆而不干涉身躯支架以便仅利用所述控制因素来使车辆转向。在该“后方位置”，鞍座随着骑乘者的脚在它们向前推进车辆时交替地接触道路而支承骑乘者的质量的主要部分。由于与车辆的唯一接触是通过鞍座进行的，所以骑乘者因此必须通过使鞍座向旁边倾斜或向它施加扭力或两者的某种组合来控制车辆，骑乘者在如文中所述操控他们的身体时可以直观地完成这些动作。应当注意，承载在鞍座上的重量的量保持恒定，这是很重要的，否则会引起转矩生成的不希望有的变动。

重要的是认识到车辆的单个构型可涵盖本发明的优选和替代两种实施例的所有特征和独特方面。而且，该车辆可在采用面面俱到地提及的各种技术时操作，尽管两种操作模式—脚悬空和脚着地—明显不同，使骑乘者在任何情况下都必须根本上维持不同姿态。尽管撑杆的使用看上去可以联合两种模式，但在各模式下它们的使用目的和操作感截然不同。然而，从使用者的角度看，两种骑乘模式以许多方式互补，并且如果每种操作模式都代表单独类别的脚踏车，则每种车辆类型都与涵盖两种模式的车辆相比都将不足。不过，不涵盖脚悬空模式的车辆可以仅针对如文中所述的脚着地操作设计，其中骑乘者的姿态和位置不同；车辆的外观可以显著不同。

应当理解，可对车辆增加可容许骑乘者在一种或另一种模式下暂时改变或变更他们的基本操作姿态的特征，或该车辆仅涵盖一种模式。例如，腿蹬可附接到后部件(安置在所述平面的相对两侧)以在脚着地操作期间使用，藉此骑乘者可抬起他们的脚并且将它们放在所述腿蹬上，并由此在车辆上稳定他们的身体，同时依然能通过与身躯支架接合—在需要时采用撑杆—来以充分的控制进行骑乘。此类腿蹬—其可位于后轮上方以便不干涉骑乘者的步幅—的使用将使腿在类似于跑步者的腿刚好在它的向前行程之前将出现的位置必须在膝盖急剧地向后弯曲。尽管笨拙，但如果仅针对竞速比赛期间的短持续时间，比如当以否则将超过车辆安全操作的能力的速度滑行下坡时，则后腿蹬可就位。腿蹬或此类安装在后方的脚蹬可包括构造成可由骑乘者的脚操作以藉此抑制车辆的速度的另外的装置。

设置

在脚着地操作模式中可注意到，脚蹬的位置可使它们直接与骑乘者的步幅一致。而且，如果转弯过急，则骑乘者的小腿也可能撞击前轮。这些状况可通过骑乘者留意车辆的限制而容易地应对。不过，根据文中的论述应当理解的是，可修改车辆的设计而不妥协其操纵，并且可减轻那些可能由于骑乘者与车辆的界面而带来不利的实施方案的细节。就这一点而言，身躯支架的功能可如前文所述的那样是分开的；并且在与骑乘者用以直接控制前轮的方面分开处理的情况下，可设计装置的各种形式，这些形式可以针对预期目的更有利地适应骑乘者身体上的特定接触位置。还应当理解的是，在针对脚着地操作唯一地预期的实施例中，鞍座或如文中所述的其它这些骑乘者-车辆界面装置可通过扩展车辆的轮距而位于更后方。

可注意到，在脚悬空操作中，通过骑乘者与鞍座和脚蹬的接触的组合来操纵车辆的质量的向前运动的阻力或惯性。在脚着地操作中，根据本发明，车辆的质量可由骑乘者通过与车辆和骑乘者的身体除四肢以外的部分的连接或接触而沿行进方向被推动或拉动；并且该界面可仅利用后方或前部件，或它可以是两者的结果；并且它在骑乘过程中可以通过骑乘者的动作而从一个部件变更为另一部件，或从一个部件变更为两个部件或反之。应当注意，在没有身躯支架或某种其它与前部件接触以进行推靠的情况下—也就是当骑乘者对这种目的仅依赖于后部件时，仅与鞍座的接触可能并非始终是足够的，并且因此可改造鞍座，或可为此目的将其它装置附接在后部件上。

在脚悬空操作中，支承骑乘者的质量的由后部件载持的部分—也就是克服重力支承—的装置将该支承定位在所述平面中。可以是如图所示的鞍座的所述装置仅具有该单一功能。然而，在脚着地操作时情况更复杂，其中骑乘者的质量不必位于所述平面中，并且骑乘者的腿和它们与后部件和地面形成的界面是骑乘者用以控制车辆的功能的关键部分。根据本发明，骑乘者可由后部件通过支承他们的质量并且实现与所述第一因素和所述第二因素的控制相关的这些动作—也就是向后部件施加横向力和扭力—的执行的装置支承或以其它方式与后部件连接。在两种操作模式下，该装置可以是相同，如例如图中所示。

应注意，在针对脚着地操作设计的两轮串置车辆中，上述装置可包括多种多样的元件，前提是它们的布置允许通过骑乘者的身体施加至这种装置的这些力在控制车辆时产生等同的效果。代替诸如鞍座的单个装置，骑乘者可由多个其它装置支承，所述其它装置可包含骑乘者与后部件之间的接触点，其中形成这种接触的一个点或一组点支承骑乘者的重量，而另一个点或另一组点允许骑乘者施加转矩，并且第三个允许车辆的倾斜。利用例如这种界面，骑乘者的质量可由一个部分保持，所述部分可包括例如支承重量的带，而用来接收来自骑乘者的身体的与所述控制因素相关的这些动作的输入的其它部分可沿身体的侧面周向地定位而不是定位在腿之间。也可提供用以使车辆的质量移动的骑乘者与后部件之间的接触。同样可行的是，该同一界面可结合辅助接触装置的功能。车辆可包括身躯支架，或在可仅通过所述第一和第二控制因素提供充分控制的情况下可以不包括。

应当理解，车辆—无论是专门针对脚悬空或脚着地操作设计的车辆还是涵盖两种操作模式的车辆—可结合可驱动前轮或后轮的电动马达。用于马达的电池可方便地附接在配置于所述平面中的后方结构部件上；并且马达的控制装置可位于例如身躯杆上。而且，在车辆正由马达推进的时间段中，撑杆可暂时由紧固在车辆上的夹具保持以便不干扰车辆的操作，并且因此允许骑乘者抓住身躯支架并由此以与常规摩托车相似的方式操作车辆。应当指出，用于手刹的杠杆也可附接在身躯支架上。用于马达速度和助力制动的远程控制装置也可位于撑杆上，这将允许骑乘者控制车辆—如果仅间歇地用于脚悬空骑乘中，其中例如瞬间按压右撑杆上的按钮接通电源，并且左撑杆上的按钮使车辆减速。

操纵和控制

根据试验显而易见的是，车辆的操纵和骑乘者可在使用他们的脚推进时对其施加的控制可与仅使用撑杆推进时截然不同。如上所述，当脚悬空骑乘时，车辆由于骑乘者对三个变量—速度、倾斜角度和转向角度—的成功管理而被操作，也就是说在骑乘者的控制下被骑乘。而且，与全部二轮串置车辆一样，在任何给定速度下，当倾斜角度和转向角度不平衡时，车辆在没有骑乘者的介入的情况下不会保持直立。然而，当以脚着地的方式骑乘车辆时，它不是以与该要求一致的方式被操作，并且因此骑乘者与在脚悬空骑乘时支配其操作的三个变量之间的关系在某些条件下不适用，或仅部分地或间歇地适用。

对该差别的说明在于以下事实：骑乘者的质量在脚着地骑乘时被相对于地面稳定，而不是如脚悬空骑乘时那样被稳定在车辆的后部件上。在脚着地骑乘中，骑乘者的腿可防止后部件倾斜，并且因此中断车辆响应于在车辆未直接向前时产生的离心力而围绕其纵向轴线的自然摇摆。而且，由于离心力与速度的平方成比例，所以车速不像在脚悬空骑乘时那样是明显的动态。上述关系的破坏和骑乘者通过使用他们靠着地面的脚影响转向角度—包含向他们的腿借力以产生围绕后部件的扭转—的能力是在脚着地操作中对车辆的操纵和控制的主要特征。

应当认识到，基于后部件的倾斜的所述第一因素和基于向后部件施加扭力的所述第二因素关于它们对转向角度的控制独立地工作。骑乘者能施加必要的动作以在任何时间产生任意效果—也就是说使车辆向它当前相对于纵向轴线的倾斜的左方或右方倾斜，和/或顺时针或逆时针扭转后部件。所述因素针对小的倾斜角度和转向角度最佳地工作；并且它们可由骑乘者分别地或一起以不同程度执行以便产生期望效果，也就是说驱促前轮相对于其当前方向向右或向左支撑。撑杆和身躯支架也可同时工作，并且任一者或两者可用于对这些操控作出贡献。应当注意，如前文中所述的陀螺运动的效果在此也可以是有用的。

陀螺运动的效果是车辆在脚着地操作中—尤其在前部件围绕转向轴线的旋转不受身躯支架等(或在脚悬空操作的情况下的脚蹬)的使用约束的所述后方位置骑乘时—的操纵和控制的一个重要方面。应注意，所述运动取决于旋转的轮子的角动量，利用前轮上不同重量的轮辋进行试验，并且使用重量轻的轮辋与重三分之一和半磅的轮辋之间的影响是显著的。即使在身躯支架结合的情况下，操纵的差别也是显著的，尤其在所述运动的主导因素(其基于车速的平方)因此突出的较高速度下。应当注意，大直径前轮是一个重要因素(对试验使用27英寸的直径)。

在车辆的脚着地操作的测试期间，确认如文中公开的骑乘者可用以操纵前轮的取向的三种基本技术中的每种技术都是车辆的总体控制中的关键部分；并且它们能以正确地影响车辆的平衡和转向所需的程度一起直观地执行。采用所述技术所需的这些动态动作的效力—如通过鞍座的倾斜和鞍座的扭转以间接地控制转向角度并且推靠在身躯托架上以直接控制所述角度所证明的—取决于骑乘者的身体与车辆匹配或配合的程度。因此应当理解，车辆的必须适应各种骑乘者的不同尺寸和重量的那些部分(特别是鞍座或可用来履行相同功能的替代装置，和身躯支架等)的可调节性或变化的充分范围是可接受的，前提是这种变化和可调节性不会不利地影响车辆的操纵和控制。

还应注意，围绕转向轴线旋转的前部件的质量对车辆的操纵的影响在脚着地操作期间比在脚悬空模式中大，在脚悬空模式中支撑在脚蹬上的骑乘者的腿的重量支配前部件。配重可附接在前部件上以帮助补偿脚着地骑乘时的腿重量的损失。安置在转向轴线前方半英尺左右的数磅配重可使转向对所述倾斜角度的响应性更强，并且可引起更小的直路中的转向角度的变动。配重离转向轴线的距离也是可调节的，所有这些在用于竞赛的高性能脚踏车中尤为重要。可实施前轴的所述偏离来代替利用增强所述陀螺运动所需的较重的轮子，然而偏离的使用可能引起取舍，因为偏离影响所述尾迹。在任何情况下，可针对个体骑乘者的最佳表现调整前部件的质量，也就是说可相对于转向轴线改变其位置和其质量的大小。

操作和骑乘

骑乘者能以脚悬空或脚着地模式开始骑乘，并且在大多数条件下在进行中按需从一种模式切换到另一种模式。当开始脚着地模式时，更实用的方式将为在所述前方位置，其中向身躯支架中的倚靠提供了对车辆的大多数控制并且因此提供骑乘条件的最大自主权。骑乘者能以任何期望步伐—步行或奔跑—出发，同时与腿的步幅联合用撑杆支撑，不过撑杆的使用不是必要的。转向时所牵涉的移动非常自然：例如，为了向左转向，骑乘者使用他们的腿向左推动鞍座，从而使车辆倾斜，同时沿同一方向(逆时针)扭动他们的身躯，从而迫使身躯的右侧—在这种情况下为腹部—推靠在身躯支架的右侧并由此使它向前移动。

在平地上，骑乘者也可选择以在所述后方位置骑乘的方式出发，这通常需要使用撑杆来扩大由腿产生的推力并且协助平衡骑乘者在鞍座上的质量。当处于该位置时，骑乘者的腿以他们的脚为桨靠着地面划动，但产生的推力比在处于前方位置时从它们的推动动作产生的推力弱得多。而且身躯支架未接合，因此所述第一和第二因素仅用来使车辆转向和平衡。在良好的路面上，车辆能以这种放松和休闲的方式被安全地骑乘，尤其是以较低的速度并且在直的或稍微弯曲的小道上。在任何时刻，身躯支架都可通过转换到前方位置而按需接合。

在从前方位置切换到后方位置的过程中，随着骑乘者的臀部向鞍座的前方滑动，相当大的重量从鞍座转移到骑乘者的脚。利用脚和撑杆的组合推动动作以向前移动直至由身躯支架停止，可通过在相对于车辆稍微向前踏步的同时使身躯向前倚靠而容易地进行操控。这可在使用一个撑杆或联合使用两个撑杆的单个撑杆行程期间完成。从前方位置转入后方位置需要更高的技能和撑杆的使用，并且最好在较慢的速度下尝试。尽管这些操控中牵涉的移动和动作看上去复杂，并且可能难以描述，但它们的执行在不明显中断控制的情况下直观地进行。对于处于任意位置的观察者而言，骑乘者的动作—也就是它们的腿和手臂的运动—看上去可以是在使用撑杆步行时所做的动作，其中相对的手臂和腿联合移动，尽管在使用其它撑杆支撑行程时骑乘者可能像北欧滑雪者。

当从脚悬空切换为脚着地时，将脚从它们在脚蹬上的位置下落至地面的动作本身可将骑乘者置于所述前方位置，藉此身躯支架可立即接合。而且，此时，骑乘者的腿可瞬间地掌握与车辆的速度对应的步伐，同时向鞍座施加适量的横向力以产生期望的倾斜角度，这又可能需要向身躯支架施力以改变转向角度，从而维持车辆的平衡。这些动作以及撑杆的不间断使用—包括进行中的行程的完成—全都可由骑乘者自动进行。当骑乘者从脚着地操作转入脚悬空操作时，撑杆用于在腿伴随着脚上升至脚蹬而向前摆动的同时维持平衡，随着撑杆继续向前推进车辆，这于是允许大腿与辅助接触装置进行接触。

重要的是认识到，与骑乘者的质量仅由车辆支承(不包括可能转移到撑杆的质量)的脚悬空操作不一样，在脚着地操作中，骑乘者的质量的支承可分布在车辆与地面之间。所述替代实施例和其它两轮串置车辆的操作之间的这种区别是本发明的与众不同的操作特性的决定因素。它也是在脚着地骑乘时在所述前方位置操作时骑乘者提供的机械优势的原因，其容许骑乘者以与步行者或奔跑者的情况—其中人的全部重量完全支撑在地面上—相比以明显更小的力量但更快地推进他们的质量。它是下坡奔跑的感觉。影响或许可与在月球上步行和奔跑—其中减弱的重力提供了不费力地滑翔的感觉—的影响进行比较。事实上，专门针对脚着地操作设计的车辆—即不带脚蹬或辅助接触装置或撑杆的车辆—可被视为“跑步机”。

骑乘者进展的速度主要由骑乘者的腿推进车辆的步伐决定，但可不费力地轻易超过骑乘者的通常慢跑速度。在较高速度下，骑乘者通常向前倚靠在身躯支架中并以充分的力连续推靠在其上以向前驱动车辆，这提供了最大控制和安全性。同样需要来自撑杆支撑的推力的最高速度可远远超过骑乘者的最快奔跑步伐。除归功于撑杆支撑的推力以外，车辆的速度与骑乘者的步幅的长度和通过脚推靠在地面上而施加的力成比例，对于奔跑者而言也是如此。然而，奔跑者的步幅所受的限制比骑乘者多，在后一种情况下车辆的机械优势使得骑乘者能够更不费力地跳跃，并且在每个步幅之间滑行比步行更远。

当脚悬空骑乘时，骑乘者可滑行以降速，或使用制动器，例如前面描述的脚致动的制动器28。然而，在脚着地骑乘的情况下，骑乘者能通过减慢他们的步伐来抑制速度，正如人们在步行或奔跑时那样。也可使用可通过手杠杆43操作的制动器，手杠杆43可附接在例如身躯支架上。在使用手杠杆制动的情况下，撑杆在用手操作所述杠杆的同时由手抬起并保持。在脚悬空骑乘时也能以相同方式操作同一手杠杆43，从而使得不需要所述脚致动的制动器。应当注意，身躯支架等可被制造成使得骑乘者可在保持撑杆的同时使用他们的手对它进行控制，并且由此在一定程度上控制转向轮，就如在自行车或老式脚踏车中使用车把进行控制那样。

撑杆24的使用可以是车辆的脚着地操作的一体部分。如所指出的，它们协助骑乘者对车辆进行控制的效用可以是任意操作模式中的有用方面，尽管它们的影响在两者之间不同，对于它们被用作推进方法的情况同样如此。在脚着地骑乘中，撑杆与脚的协调移动可使下肢的动作平衡，下肢的动作否则会有破坏车辆的平衡的倾向：当右臂和左腿以及左臂和右腿通过联合向前和向后移动而彼此跟随—这是在步行或奔跑时手臂摆动的相同自然倾向—时，在车辆的脚着地操作中推进车辆时也产生相同的有益效果。在脚悬空骑乘时，不需要使腿平衡，这是因为下肢的位置是固定的。因此，上肢在脚悬空操作时的移动有更多自主权，并且因此容许撑杆支撑技术的更多变化。

应当理解，本文中描述的示例和实施例仅出于说明目的，并且本领域技术人员将根据它们想到各种修改或变更且这些修改和变更被包含在本申请的精神和范围以及所附权利要求的范围内。

Claims (20)

1.一种两轮式车辆，包括：

前结构部件，该前结构部件由可旋转地安装在该前结构部件上的前轮支承，该前结构部件与后结构部件枢转地连接，所述后结构部件由可旋转地安装在该后结构部件上的后轮支承，所述前轮和所述后轮是串置的，所述前轮能围绕基本上竖直的转向轴线枢转，所述转向轴线和所述后轮与地面的接触点限定一平面，所述前轮与地面的接触点位于所述转向轴线与地面的交点后方，所述前轮与地面的接触点和所述后轮与地面的接触点限定纵向轴线；

鞍座，该鞍座能安装在所述后结构部件上、位于后轮轮轴的前方、并且排列在所述平面中；和

身躯支架，该身躯支架能安装在所述前结构部件或所述后结构部件上、并且构造成通过与骑乘者的身体的除四肢以外的部分接触而被接合，由此骑乘者的身体抵靠该支架的移动能引起该前轮围绕该转向轴线枢转；

其中，该车辆构造成通过骑乘者的脚在所述纵向轴线的相对两侧推靠在地面上而被推进。

2.根据权利要求1所述的车辆，其中，所述鞍座包括从其顶部向下倾斜的侧面，所述侧面构造成与骑乘者的腿的大腿内侧接触并且抵抗从该大腿内侧施加的力，所述力倾向于引起所述后部件围绕所述后轮与地面的接触点旋转，由此倾向于使所述前部件在与所述力对应的方向上围绕所述前轮与地面的接触点枢转。

3.根据权利要求1所述的车辆，其中，所述身躯支架构造成在骑乘者向前倚靠时与所述骑乘者的腹部的至少一侧接合，并且由此通过所述骑乘者的腹部的该侧的移动来使所述前轮在与所述接合侧的方向相反的方向上枢转。

4.根据权利要求1所述的车辆，其中，所述身躯支架以这样的方式与所述前部件连结，即，能指定所述骑乘者的身体的与所述身躯支架接合的部分的移动程度，由此固定所述前部件响应于所述移动而使所述前轮枢转的相应量或速率。

5.根据权利要求1所述的车辆，还包括能安装在所述后结构部件上的装置，其中所述装置构造成将骑乘者的腿的质量保持在地面上方，由此能在所述平面的相对两侧将各腿的质量保持就位。

6.根据权利要求5所述的车辆，其中，所述装置还包括构造成通过骑乘者的至少一只腿操作以抑制车辆的速度的附加装置。

7.根据权利要求1所述的车辆，还包括抑制所述后轮和所述前轮中的至少一者的制动器，所述制动器由附接在所述身躯支架上的手杠杆致动。

8.根据权利要求1所述的车辆，还包括驱动所述前轮或所述后轮的电动马达。

9.根据权利要求8所述的车辆，其中，所述马达的控制装置附接在所述身躯支架上。

10.一种两轮式车辆，包括：

前结构部件，该前结构部件由可旋转地安装在该前结构部件上的前轮支承，该前结构部件与后结构部件枢转地连接，所述后结构部件由可旋转地安装在该后结构部件上的后轮支承，所述前轮和所述后轮是串置的，所述前轮能围绕基本上竖直的转向轴线枢转，所述转向轴线和所述后轮与地面的接触点限定一平面，所述前轮与地面的接触点位于所述转向轴线与地面的交点的后方；

鞍座，该鞍座能安装在所述后结构部件上、位于后轮轮轴的前方、并且排列在所述平面中；

身躯支架，该身躯支架附接在所述前结构部件或所述后结构部件上，并且构造成与骑乘者的身躯接合；和

至少一个撑杆；

其中，该车辆构造成由骑乘者的脚并利用撑杆推靠在地面上而被推进。

11.根据权利要求10所述的车辆，还包括脚蹬，该脚蹬能安装在所述前结构部件上、设置在所述前轮的相对两侧、并且构造成将骑乘者的脚和腿的重量支承在所述转向轴线的前方。

12.根据权利要求10所述的车辆，还包括能安装在所述前结构部件和所述后结构部件中的至少一者上的至少一个辅助接触装置。

13.根据权利要求12所述的车辆，其中，所述至少一个辅助接触装置附接在所述后结构部件上、布置在所述平面的两侧、并且构造成与骑乘者的大腿内侧和/或膝盖接触。

14.根据权利要求13所述的车辆，其中，所述至少一个辅助接触装置是通过延长所述鞍座而形成的。

15.一种两轮式车辆，包括：

前结构部件，该前结构部件由可旋转地安装在该前结构部件上的前轮支承，该前结构部件与后结构部件枢转地连接，所述后结构部件由可旋转地安装在该后结构部件上的后轮支承，所述前轮和所述后轮是串置的，所述前轮能围绕基本上竖直的转向轴线枢转，所述转向轴线和所述后轮与地面的接触点限定一平面，所述前轮与地面的接触点位于所述转向轴线与地面的交点的后方；和

附接在所述后结构部件上的装置，该装置构造成支承骑乘者的质量，其中该骑乘者的质心位于所述平面中、处在所述后轮与地面的接触点的前方并处在所述转向轴线的后方，该装置还构造成抵抗在基本上平行于地面的平面中围绕所述质心施加的扭力，所述扭力由通过所述骑乘者的脚推靠在地面上而形成的转矩产生，其中所述转矩倾向于使所述后部件相对于地面扭转；

其中，所述前结构部件通过倾向于使所述前轮在与所述转矩的方向对应的方向上围绕与地面的接触点枢转而对所述转矩做出响应。

16.根据权利要求15所述的车辆，其中，所述装置构造成抵抗由在骑乘者的腿的至少一个大腿内侧在所述后轮与地面的接触点前方的一个点横向地推靠在所述装置上时形成的力所产生的扭力。

17.根据权利要求15所述的车辆，其中，所述装置构造成抵抗在所述质量移动时产生的力，所述力具有至少一个分量，该分量平行于或垂直于行进方向并且基本上平行于地面。

18.根据权利要求15所述的车辆，其中，所述车辆还包括由所述前结构部件在所述转向轴线前方支承的质量，所述质量的前方位置是可调节的以便改变围绕所述转向轴线回转的质心并由此将所述车辆对转向角度的变化的响应调整为对倾斜角度的变化的响应。

19.根据权利要求15所述的车辆，其中，所述车辆还包括与所述前结构部件连接的装置，所述装置构造成与骑乘者的身体的除四肢以外的部分接合，所述装置在与所述部分接触时对骑乘者的移动做出响应，由此所述前轮倾向于向与所述移动对应的路线转向。

20.根据权利要求15所述的车辆，其中，所述前轮构造成包括作为轮辋或轮胎的一部分的围绕该前轮的轮轴均匀地分布的补充质量，由此该旋转轮的陀螺效果增加。