CN107539035B - 具有允许刻滑运动的轮胎的单轮自平衡车辆 - Google Patents

Abstract

在一个方面中，提供了用于与单轮自平衡车辆使用的轮胎。轮胎具有轮胎本体，所述轮胎本体具有被构造为用于与地面接合的胎面。胎面的侧向轮廓具有中心区域、朝向轮胎的第一侧向侧渐缩的第一侧向区域以及朝向轮胎的第二侧向侧渐缩的第二侧向区域。侧向轮廓基本上没有不连续。胎面具有非定向的胎面凹槽布置，该非定向的胎面凹槽布置关于轮胎的中心圆周线不对称。轮胎的硬度被选择为在由骑乘者骑乘期间基本上防止第一轮廓和第二轮廓的变形。

Description

具有允许刻滑运动的轮胎的单轮自平衡车辆

技术领域

本发明整体上涉及轮胎，并且更特别地，涉及用于单轮自平衡车辆的轮胎。

背景技术

单轮自平衡板是已知的。这种车辆允许骑乘者站立在其上，以横跨大致平坦的表面行进。图1示出了这种单轮自平衡板20。单轮自平衡板20具有平台24，该平台在其纵向端部处包括一对脚踏板表面28，该对脚踏板表面由一对沿着平台24的侧向侧延伸的侧向框架构件32桥接。脚踏板表面28和侧向框架构件32在它们之间限定了车轮开口36。车轮组件40定位在车轮开口36中并且经由轴固定到侧向框架构件32。车轮组件40的马达联接到轴并且驱动轮胎44围绕轴顺时针或逆时针旋转。控制器响应于来自传感器的数据控制马达，以维持平台24大致水平。

轮胎44是充气的，提供用于抑制冲击力的空气缓冲，并且具有中心圆周表面48，该中心圆周表面具有均匀的、大致平滑的胎面，该胎面不具有凹槽。大致平滑的中心圆周表面48侧向地延伸，以在圆周边缘56处与两个有斜面的侧向圆周部分52相遇。有斜面的侧向圆周表面52延伸到轮胎44的侧壁60。

图2A示出了当骑乘者的重量侧向均匀地分布在单轮自平衡板20的平台24上时，与大致平坦的行进表面64接触的轮胎44。由于骑乘者的重量被侧向均匀地分布，因此轮胎44的变形横跨其侧向尺寸大致是均匀的，得到与行进表面64的接触宽度68，该接触宽度跨越中心圆周表面48的侧向宽度。轮胎44与行进表面64之间的摩擦力对单轮自平衡板20的行进提供了沿除了正交于轮胎44的中心圆周表面48的方向之外的方向的阻力。

站立在平台24上的骑乘者可以通过将他们的重量移动到平台24的侧向侧，从而引起轮胎44的对应的侧向侧被压缩而引起单轮自平衡板20改变行进方向。

图2B示出了与大致平坦的行进表面64接触的单轮自平衡板20的轮胎44，其中骑乘者的重量移动到单轮自平衡板20的平台24的侧向侧。充气轮胎44在重量已经移动到的侧向侧上压缩和变形，导致中心圆周表面48的侧向部分与行进表面64之间的接触宽带68’的大小减小。进一步地，变形引起充气轮胎44的有效轮廓减少，使得其朝向其侧向侧有效地渐缩(即截头圆锥形)，从而使得能够沿不垂直于充气轮胎44的旋转轴线的方向行进。重量已经移动到的轮胎44的侧向侧上的侧壁60变形，但是由于轮胎44的侧壁中的回复力，侧壁60具有返回到其原始形状(如图2所示)的自然趋势。因此，如果骑乘者希望像在滑雪板或冲浪板上一样体验“刻滑”运动，则他们在偏向平台24的一个侧向侧时必须不断地抵抗该回复力F。如将理解的是，骑乘者努力维持重量移动到平台24的一个侧向侧以抵抗侧向定心力F，可以使得单轮自平衡板20的方向平稳地改变困难。

进一步地，由骑乘者将重量移动到平台24的一个侧向侧将轮胎44与行进表面64之间的接触宽度68’的大小进一步减小到轮胎44的中心圆周表面48的与重量已经被移动到的平台24的侧向侧上的圆周边缘56相邻的区域。当轮胎44与行进表面64之间的接触宽度68’减小时，骑乘者可以通过将他们的重量继续移动到平台24的侧向侧或者通过搁置在脚踏板表面28a、28b上的脚中的一个的相对移动以使平台沿不同的方向重新取向而更容易地改变单轮自平衡板20的方向。然而，应当理解的是，定心力F随着重量移动的增加而增加。

发明内容

根据一个方面，提供了用于与单轮自平衡车辆使用的轮胎，包括第一侧向区域，该第一侧向区域具有连续并且朝向轮胎的第一侧向侧渐缩的第一轮廓，第二侧向区域，该第二侧向区域具有连续、朝向轮胎的第二侧向侧渐缩的第二轮廓，以及非定向的胎面凹槽布置，该非定向的胎面凹槽布置关于轮胎的中心圆周线不对称，其中，轮胎的硬度被选择为防止第一个轮廓和第二个轮廓的变形。

胎面凹槽布置可以包括在中心圆周线的一侧上并且与中心圆周线相邻的第一图案的凹槽以及在中心圆周线的另一侧上并且与中心圆周线相邻的第二图案的凹槽。断开部包括从中心圆周线侧向地延伸的凹槽。

第一图案的凹槽和第二图案的凹槽每个均包括从中心圆周线侧向地延伸的凹槽。

所述第一图案的凹槽和所述第二图案的凹槽每个均由仅侧向地和圆周地延伸的多个凹槽组成。

轮胎可以没有围绕轮胎的圆周连续延伸的脊。

胎面凹槽布置可以包括至少一个圆周凹槽。

轮胎可以进一步包括在第一侧向区域与第二侧向区域之间并且具有平坦的轮廓的中心区域。

中心区域的宽度可以为轮胎的侧向宽度的至少25％。

轮胎可以是实心的。

轮胎可以由橡胶构成。

在橡胶硬度计尺度下，轮胎的硬度可以为至少约肖氏58A。在一些实施例中，轮胎的硬度可以与硬度计肖氏56A一样小。在一些实施例中，轮胎的硬度可以为硬度计肖氏60A。

中心区域的宽度为胎面的侧向宽度的至多50％。

根据另一个方面，提供了用于与单轮自平衡车辆使用的轮胎，包括第一侧向区域，该第一侧向区域具有连续并且朝向轮胎的第一侧向侧渐缩的第一轮廓，第二侧向区域，该第二侧向区域具有连续、朝向轮胎的第二侧向侧渐缩的第二轮廓，以及非定向的胎面凹槽布置，该非定向的胎面凹槽布置关于轮胎的中心圆周线不对称。

胎面凹槽布置可以包括包括在中心圆周线的一侧上并且与中心圆周线相邻的第一图案的凹槽以及在中心圆周线的另一侧上并且与中心圆周线相邻的第二图案的凹槽。断开部包括从中心圆周线侧向地延伸的凹槽。

第一图案的凹槽和第二图案的凹槽每个均包括从中心圆周线侧向地延伸的凹槽。

所述第一图案的凹槽和所述第二图案的凹槽每个均由仅侧向地和圆周地延伸的多个凹槽组成。

轮胎可以没有围绕轮胎的圆周连续延伸的脊。

胎面凹槽布置可以包括至少一个圆周凹槽。

轮胎可以进一步包括在第一侧向区域与第二侧向区域之间并且具有平坦的轮廓的中心区域。

中心区域的宽度可以为轮胎的侧向宽度的至少25％。

轮胎可以是实心的。

轮胎可以由橡胶构成。

在橡胶硬度计尺度下，轮胎的硬度可以为至少约肖氏58A。在一些实施例中，轮胎的硬度可以与硬度计肖氏56A硬度一样小。在一些实施例中，轮胎的硬度可以为硬度计肖氏60A。

中心区域的宽度为胎面的侧向宽度的至多40％。

在另一个方面中，提供了用于与单轮自平衡车辆使用的轮胎。轮胎具有轮胎本体，轮胎本体具有被构造为与地面接合的胎面。胎面的侧向轮廓具有中心区域、朝向轮胎的第一侧向侧渐缩的第一侧向区域以及朝向轮胎的第二侧向侧渐缩的第二侧向区域，其中，侧向轮廓连续。胎面具有非定向的胎面凹槽布置，该非定向的胎面凹槽布置关于轮胎的中心圆周线不对称。轮胎的硬度被选择为在由骑乘者骑乘期间防止第一轮廓和第二轮廓的变形。

在又一个方面中，提供了单轮自平衡车辆，并且包括用于支撑站立的骑乘者的平台以及机动车轮组件，该机动车轮组件旋转地联接到平台并且被提供动力，以沿着地面运输站立在平台上的骑乘者。机动车轮组件包括轮胎，该轮胎具有轮胎本体，该轮胎本体具有被构造为与地面接合的胎面。胎面的侧向轮廓具有中心区域、朝向轮胎的第一侧向侧渐缩的第一侧向区域以及朝向轮胎的第二侧向侧渐缩的第二侧向区域。侧向轮廓连续。胎面具有非定向的胎面凹槽布置，该非定向的胎面凹槽布置关于轮胎的中心圆周线不对称。轮胎的硬度被选择为在由骑乘者骑乘期间防止第一轮廓和第二轮廓的变形。

附图说明

现在将仅通过示例的方式参考附图来描述实施例，其中：

图1是采用现有技术轮胎的单轮自平衡板的侧视立体图；

图2A是与行进表面接触的图1的单轮自平衡板的轮胎的前剖视图，其中骑乘者的重量均匀地分布在图1的单轮自平衡板的平台的侧向侧之间；

图2B与行进表面接触的图1的单轮自平衡板的轮胎的前剖视图，其中骑乘者的重量移动到图1的单轮自平衡板的平台的侧向侧；

图3A示出了采用根据实施例的轮胎的单轮自平衡板的俯视图；

图3B示出了图3A的单轮自平衡板的侧视图；

图4是来自图3A的单轮自平衡板的单个车轮的胎面的侧向轮廓；

图5示出了图3A的轮胎的俯视图；

图6A是沿着图5的线6A-6A的剖视图；

图6B是沿着图5的线6B-6B的剖视图；

图6C是沿着图5的线6C-6C的剖视图；

图7图示了图3A的单轮自平衡板的行进路径的俯视图；

图8A示出了单轮自平衡板在图7中的线8A-8A处的侧向取向；

图8B示出了单轮自平衡板在图7中的线8B-8B处的侧向取向；

图8C示出了单轮自平衡板在图7中的线8C-8C处的侧向取向。

具体实施方式

图3A和图3B示出了采用根据本公开内容的实施例的轮胎的单轮自平衡车辆100。车辆100便于在如图7所示的刻滑(carving)运动中骑行，类似于在滑雪板或冲浪板上进行的那样。单轮自平衡车辆100具有平台104，该平台具有一对脚踏板表面108，该对脚踏板表面108由一对侧向框架构件112桥接。脚踏板表面108和侧向框架构件112限定了车轮开口116。机动车轮组件120旋转地联接到平台104并且被提供动力，以沿着地面运输站立在平台上的骑乘者。车轮组件120定位在车轮开口116中并且由跨越侧向框架构件112的轴124固定到侧向框架构件112。车轮组件120具有安装在机动轮毂132上的轮胎128。轴124限定了轮胎128的旋转轴线136。

一组侧向地延伸的圆柱形通孔140在相对的侧向侧144a、144b(统称为侧向侧144)之间侧向地直接延伸通过轮胎128的宽度通过轮胎128。圆柱形通孔140减小了轮胎128的重量，而没有显著地损害其抗变形性。

轮胎128具有胎面148，该胎面具有形成于其上的胎面凹槽布置152。

如图5所示，胎面148具有中心区域153，该中心区域可以具有大致平坦的侧向轮廓；也就是，中心区域153的所有侧向点离旋转轴线136径向距离大致相等。当平台104及其位于其上的行进表面是水平时，轮胎128与行进表面64之间的接触宽度延伸中心区域153的宽度。

胎面148的两个侧向区域154从中心区域153朝向轮胎128的侧向侧144延伸并且平滑地渐缩。

作为上述的结果，胎面148具有在图4中以300示出的侧向轮廓，包括中心区域302以及第一侧向区域304和第二侧向区域306。第一侧向区域304朝向轮胎128的第一侧向侧渐缩，并且第二侧向区域306朝向轮胎128的第二侧向侧渐缩。侧向轮廓300基本上连续。这意味着，沿着侧向轮廓，不存在斜率改变不连续的点。这一说法的推论是，在侧向轮廓的中心区域302与两个侧向区域304和306中的每一个之间的过渡处是没有不连续的。

中心区域153的宽度可以是轮胎128的侧向宽度(在图6A中以W示出)的约46％，并且每个侧向区域154的宽度为轮胎128的侧向宽度的约32％。胎面148的中心区域153的宽度对应于侧向轮廓300的中心区域302的宽度。类似地，胎面148的侧向区域154的宽度对应于侧向轮廓300的侧向区域304和306的宽度。中心区域(即，区域153、302)的宽度可以相对于侧向区域(即，区域154、304、306)的宽度变化。例如，在一些实施例中，可以期望中心区域153的宽度是轮胎128的约25％，或者在一些实施例中更大。

当重量由骑乘者大致均匀地分布在平台104的侧向侧之间以维持平台104的大致水平的侧向取向(如图3B中所示)时，大致平坦的中心区域153有助于轮胎128的直线前进。

提供连续的侧向轮廓使得骑乘者能够在中心区域153与侧向区域154上的行进之间平稳过渡，而不会使车辆100的侧向角度发生突变。现有技术的一些板中的这种突变可以使得板难以控制，并且特别地难以在如图7所示的刻滑运动中骑行。

如图5和图6A-图6C所示，胎面凹槽布置152具有一组四个连续的圆周凹槽156a、156b、156c和156d(统称为圆周凹槽156)，该四个连续的圆周凹槽与中心圆周线160隔开，该中心圆周线离轮胎128的侧向侧144的距离相等。

进一步地，胎面凹槽布置152关于中心圆周线160不对称。也就是，在中心圆周线160的一侧上的胎面凹槽布置152不是在中心圆周线160的相对侧上的胎面凹槽布置152的镜像。特别地，在中心圆周线160的一侧上的胎面凹槽布置152具有与中心圆周线160相邻的第一图案的凹槽，该第一图案的凹槽与在中心圆周线160的相对侧上的胎面凹槽布置152中的与中心圆周线160相邻的第二图案的凹槽不对准。因此，轮胎128不具有中心脊。

在示出的示例中，第一图案的凹槽由第一组侧向凹槽164a组成，第一组侧向凹槽围绕轮胎128的圆周隔开，并且结合圆周凹槽156a和156b从中心圆周线160朝向侧向侧144a延伸。在图5中示出的示例实施例中，第一组侧向凹槽164a相对于旋转轴线136围绕轮胎128的圆周以14.4度的间隔隔开。

在示出的示例中，第二图案的凹槽由第二组侧向凹槽164b组成，第二组侧向凹槽围绕轮胎128的圆周隔开，并且结合圆周凹槽156a和156b从中心圆周线160朝向另一个侧向侧144b延伸。第二组侧向凹槽164b也可以相对于旋转轴线136围绕轮胎128的圆周以14.4度的间隔隔开，但是相对于第一组侧向凹槽164a绕轮胎128的圆周偏离。因此，侧向凹槽164a、164b绕轮胎128的圆周在中心圆周线160的交替侧上提供了与轮胎128的中心圆周线160相邻的断开部。

在示出的示例实施例中，侧向凹槽164a和164b仅侧向地延伸。然而，存在提供车辆100的期望性能特征的凹槽的其他布置。

图6A示出了沿图5的线6A-6A的轮胎128的一部分的横截面。线6A-6A与从中心圆周线160朝向侧向侧144a延伸的侧向凹槽164a中的一个重合，并且与从中心圆周线160朝向侧向侧144b延伸的侧向凹槽164b中的一个不重合。

图6B示出了沿着图5的线6B-6B的轮胎128的一部分的横截面。线6B-6B与任何侧向凹槽164a或侧向凹槽164b不重合。

图6C示出了沿着图5的线6C-6C的轮胎128的一部分的横截面。线6C-6C与从中心圆周线160朝向侧向侧144b延伸的侧向凹槽164b中的一个重合，并且与从中心圆周线160朝向侧向侧144a延伸的侧向凹槽164a中的一个不重合。

胎面凹槽布置152关于中心圆周线160的不对称允许轮胎128在直线前进运动中大致稳定的运动，但是便于倾斜轮胎128，以从胎面148的中心区域15e抬离，并且偏向胎面148的侧向区域154中的任一个。因此，当骑乘者的重量被移动到平台104的一个侧向侧并且相应的侧向区域154与大致平坦的行进表面接触时，骑乘者的重量移动到平台104的相对的侧向侧引起单轮自平衡车辆100从偏向一侧的取向经过大致水平的取向平稳地过渡到偏向另一侧的取向。

另外，可以看出的是，胎面凹槽布置152是非定向的；也就是，胎面凹槽布置152不是定向胎面凹槽布置。

定向胎面凹槽布置可以是不期望的，因为他们已经发现在试图在单轮车辆100的操作期间产生“刻滑”运动时具有通常不期望的转向特征。

进一步地，轮胎128抵抗压缩，使得对于给定重量的骑乘者而言，基本上防止了轮胎128的轮廓的变形。在示出的示例实施例中，轮胎128可以是由任何合适的材料(诸如合适的橡胶)制成的实心的(非充气的)轮胎。轮胎128的硬度被选择为当骑乘者骑乘在侧向区域中的每一个上时，基本上防止了侧向区域154的轮廓的变形。基本上防止变形的上述特征可以具体地定义为意味着当车辆100由重量至少为110磅的骑乘者骑乘时，基本上防止了变形。在至少一些实施例中，基本上防止变形可以意味着当板由至少110磅的上述骑乘者骑乘时，与轮胎128相关联的任何总尺寸(例如总宽度、总侧壁高度)改变不会超过10％。取决于应用，基本上防止变形可以意味着与轮胎128相关联的任何尺寸改变不会超过5％。取决于应用，基本上防止变形可以意味着当由上述骑乘者骑乘时，与轮胎128相关联的任何尺寸改变不会超过5％。在其他实施例中，大于10％或小于5％的不同百分比的变形可以是可接受的。

圆柱形通孔140不会显著地影响轮胎128的压缩性/变形。在一种情况下，已经发现的是，对于高达约155磅的骑乘者而言，在橡胶硬度计尺度下，具有至少约肖氏58A的硬度的合适的橡胶或橡胶复合物为轮胎128提供了期望的抗变形性。在其他实施例中，轮胎128的硬度可以被选择为对于例如至少110磅的骑乘者而言，足以基本上防止变形。轮胎的橡胶的适当硬度可以基于车轮的尺寸和设计、骑乘者的重量以及其他参数而变化，并且可以通过实验确定。在一些实施例中，轮胎的硬度可以与硬度计肖氏56A一样小。在一些实施例中，轮胎的硬度可以为硬度计肖氏60A。

轮胎128允许在刻滑运动中骑乘车辆100，以为骑乘者提供冲浪或滑雪板般的体验。由图7示出的路径所图示的运动不是简单地通过使车辆100的前部转向使得骑乘者直接侧向地推或拉其纵向轴线而实现的。当骑乘者大致倾斜但是取向为大致使得他们的矢状平面平行于单轮自平衡车辆100的图7中D处示出的大致的行进方向时，实现图7中示出的例示性行进路径200。如所示地，行进路径200向左摆动，然后向右摆动，然后返回到中间位置。

图8A示出了单轮自平衡车辆100在图7中的线8A-8A处的侧向取向。在沿着行进路径200的这一点上，单轮自平衡车辆100位于骑乘者的质心204的左侧。也就是，骑乘者的重量被移动到平台104的右侧。因此，平台104侧向地倾斜，使得轮胎128沿着侧向区域154的最靠近骑乘者的质心204的一部分与行进表面接触。由于侧向区域154是略微截头圆锥形的，因此单轮自平衡车辆100向右转。

图8B示出了单轮自平衡车辆100在图7中的线8B-8B处的侧向取向。在沿着行进路径200的这一点上，单轮自平衡车辆100位于骑乘者的质心204下。这里，骑乘者的重量侧向地大致均匀地分布在平台104上。因此，平台104水平，使得中心区域153与行进表面接触。然而，单轮自平衡车100沿与骑乘者的质心的行进方向不同的方向行进。

图8C示出了单轮自平衡车辆100在图7中的线8C-8C处的侧向取向。在沿着行进路径200的这一点上，单轮自平衡车辆100位于骑乘者质心204的右侧。也就是，骑乘者的重量被移动到平台104的左侧。因此，平台104侧向地倾斜，使得轮胎128沿着侧向区域154的最靠近骑乘者的质心204的一部分与行进表面接触。由于侧向区域154是略微截头圆锥形的，因此单轮自平衡车辆100向左转。

如将了解的是，单轮自平衡车辆100通过平滑地改变方向而转变。

尽管在上述实施例中，轮胎具有中心区域，但是应当了解的是，在其他实施例中，轮胎可以被制成没有中心区域，其中侧向区域沿着中心圆周线彼此邻接。

本领域技术人员将了解的是，还可以存在更多可替代的实施方式和修改，并且以上示例仅仅是一个或多个实施方式的图示。因此，范围仅受所附权利要求的限制。

Claims (10)

1.单轮自平衡车辆，包括：

平台，所述平台用于支撑站立的骑乘者；以及

机动车轮组件，所述机动车轮组件旋转地联接到所述平台并且被提供动力，以沿着地面运输站立在所述平台上的骑乘者，其中，所述机动车轮组件包括轮胎，所述轮胎具有轮胎本体，所述轮胎本体具有被构造为与所述地面接合的胎面，

其中，所述胎面的侧向轮廓具有中心区域、第一侧向区域和第二侧向区域，所述第一侧向区域具有朝向所述轮胎的第一侧向侧渐缩的第一轮廓，所述第二侧向区域具有朝向所述轮胎的第二侧向侧渐缩的第二轮廓，其中，所述侧向轮廓没有不连续，其中，当所述平台和所述地面是水平时，所述轮胎与行进表面之间的接触宽度沿所述中心区域的宽度延伸，

其中，所述胎面具有非定向的胎面凹槽布置，所述非定向的胎面凹槽布置关于所述轮胎的中心圆周线不对称，

其中，所述轮胎的硬度被选择为抵抗压缩，使得在由骑乘者骑乘期间防止了所述轮胎的轮廓的变形，使得所述轮胎的倾斜从所述中心区域抬离并且到所述第一侧向区域和所述第二侧向区域中的一个，

其中，所述胎面凹槽布置包括在中心圆周线的第一侧上并且与所述中心圆周线相邻的第一图案的凹槽以及在所述中心圆周线的第二侧上并且与所述中心圆周线相邻的第二图案的凹槽，

其中，所述第一图案的凹槽包括多个第一侧向凹槽，所述多个第一侧向凹槽中的每一个从所述中心圆周线连续侧向地通过所述中心区域延伸至所述第一侧向区域中，

其中，所述第二图案的凹槽包括多个第二侧向凹槽，所述多个第二侧向凹槽中的每一个从所述中心圆周线连续侧向地通过所述中心区域延伸至所述第二侧向区域中，并且

其中，所述第一侧向凹槽与所述第二侧向凹槽圆周偏离。

2.根据权利要求1所述的车辆，其中，所述第一图案的凹槽和所述第二图案的凹槽每个均由仅侧向地和圆周地延伸的多个凹槽组成。

3.根据权利要求1所述的车辆，其中，所述胎面没有围绕所述轮胎的圆周连续地延伸的脊。

4.根据权利要求1所述的车辆，其中，所述胎面凹槽布置包括至少一个圆周凹槽。

5.根据权利要求1所述的车辆，其中，所述侧向轮廓的所述中心区域是平坦的。

6.根据权利要求5所述的车辆，其中，所述中心区域的宽度为所述胎面的侧向宽度的至少25％。

7.根据权利要求1所述的车辆，其中，所述轮胎是实心的。

8.根据权利要求7所述的车辆，其中，所述轮胎由橡胶构成。

9.根据权利要求1所述的车辆，其中，所述轮胎的硬度为至少肖氏56A。

10.根据权利要求1所述的车辆，其中，所述中心区域的宽度为所述胎面的侧向宽度的至多40％。

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