CN107685820B - 倒摆车辆 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种倒摆车辆。在该倒摆车辆(10)中，处于向前倾斜的停放位置的车辆的首尾尺寸被最小化。在侧视图中，尾轮臂的基端的枢转中心(A)位于一圆(AL)内，此圆以在车辆的直立位置尾轮的中心为中心并且半径等于尾轮的中心(C1)与驱动盘的旋转中心线(B)之间的距离，并且相对于具有枢转地附接至驱动盘的旋转中心线(B)的基端以及支撑尾轮的自由端的假想尾轮臂，第一线(L1)限定成在车辆处于直立位置时沿假想尾轮臂延伸的线，并且第二线(L2)限定成在车辆处于向前倾斜的停放位置时沿假想尾轮臂延伸的线，在侧视图中尾轮臂的基端的枢转中心线(A)位于由第一线与第二线形成的角(θ)的二等分线(L3)上或者位于该二等分线上方。

Description

倒摆车辆

技术领域

本发明涉及倒摆车辆，并且尤其涉及具有在倒摆控制下被驱动的主轮以及定位在主轮后的尾轮的倒摆车辆。

背景技术

US2011209932A1、JP2013-237327A以及JP2014-15122A公开了一种倒摆车辆，此倒摆车辆包括：车体框架；主轮，此主轮结合沿一圆布置的多个自由辊使得自由辊的旋转中心线均沿所述圆的切线定向；一对驱动盘，这一对驱动盘均承载构造成接合主轮的自由辊的多个自由辊；以及一对驱动单元，这一对驱动单元包括一对电动马达，这一对电动马达用于在倒摆控制下独立驱动驱动盘。为了使车辆能够利用小转弯半径转弯，公知提供：尾轮臂，此尾轮臂在车辆的基端连接至车辆的后部以便可绕横向延伸的旋转中心线枢转；以及尾轮，此尾轮可旋转地附接至尾轮臂的自由端以接合路面。

US2014353941A1公开了一种用于倒摆车辆的支架以在倒摆控制终止时使车辆停放在稳定状态。

在这样的倒摆车辆中，由于尾轮臂以及尾轮的存在，停放车辆需要相对大的空间。尤其当车辆停放在向前倾斜的位置中时，停车空间的前后尺寸变得很大。因此，期望使停放倒摆车辆所需的空间最小化。

发明内容

鉴于现有技术的此问题，本发明的主要目标在于提供一种需要相对小的停车空间的倒摆车辆。

为了实现此目标，本发明提供一种倒摆车辆，此倒摆车辆包括：车体框架12；主轮40，此主轮结合沿一圆布置的多个从动辊44，使得所述从动辊的旋转中心线均沿所述圆的切线定向；一对驱动盘50，这一对驱动盘以能绕横向延伸的旋转中心线B旋转的方式被所述车体框架支撑；多个驱动辊52，这些驱动辊沿周向方向布置在各个所述驱动盘上并且构造成以斜交关系接合所述主轮的所述从动辊；一对驱动单元72、86，这一对驱动单元包括一对电动马达，所述电动马达用于在倒摆控制下独立驱动所述驱动盘；控制单元102，此控制单元用于控制所述驱动单元以维持所述车体框架处于直立位置；尾轮臂110，此尾轮臂沿向后方向从所述车体框架延伸并且具有绕横向延伸的枢转中心线A枢转地附接至所述车体框架的一部分的基端110A；尾轮126，此尾轮以能旋转的方式被所述尾轮臂的自由端支撑；以及支架28，此支架附接至所述车体框架的一部分用于通过接合路面而支撑处于向前倾斜的停放位置中的所述车辆，其中，在侧视图中，所述尾轮臂的所述基端的所述枢转中心线A位于如下的圆AL内，此圆以在所述车辆的所述直立位置所述尾轮的中心C1为中心并且半径等于所述尾轮的所述中心C1与所述驱动盘的所述旋转中心线B之间的距离，并且其中，相对于具有枢转地附接至所述驱动盘的所述旋转中心线B的基端以及支撑尾轮的自由端的假想尾轮臂，第一线L1限定成在所述车辆处于所述直立位置时沿所述假想尾轮臂延伸的线，并且第二线L2限定成在所述车辆处于所述向前倾斜的停放位置时沿所述假想尾轮臂延伸的线，在侧视图中所述尾轮臂的所述基端的所述枢转中心线A位于由所述第一线与所述第二线形成的角θ的二等分线L3上或者位于所述二等分线上方。

因此，在所述向前倾斜的停放位置中，与具有位于所述驱动盘的所述旋转中心线上的枢转中心的假想尾轮臂的情况相比，所述尾轮定位在更向前的位置中，使得处于停放位置中的车辆的首尾尺寸减小。

优选地，所述尾轮臂110的所述枢转中心线A位于穿过所述驱动盘50的所述旋转中心线B的水平线下方，并且所述尾轮臂110的所述枢转中心线A位于所述第一线L1上或者靠近所述第一线L1。

因此，可以促进处于停放位置中的车辆的首尾尺寸的减小，并且避免尾轮臂110的长度变得过大。

优选地，所述尾轮臂设置有沿所述主轮的两侧延伸的一对侧构件114、116以及连接至所述侧构件的自由端并且以能旋转的方式支撑所述尾轮的托架122。

因此，尾轮能定位在车辆的中心线上，并且在使重量最小化的同时可以赋予尾轮高刚度。

优选地，所述尾轮臂设置有当所述车辆处于所述直立位置或者位于所述向前倾斜的停放位置时不干涉所述主轮的适当长度。

因此，在所有状态下避免尾轮臂干涉主轮。

根据本发明的优选实施方式，所述驱动盘借助横向延伸的盘支撑轴46以能旋转的方式被所述车体框架的下构件支撑，并且所述尾轮臂的所述基端借助横向延伸的臂枢轴112被同一下构件枢转地支撑。

因此，不需要额外构件添加至车体框架以用于支撑尾轮臂而使重量增加，并且车辆的材料成本可最小化。

优选地，所述下构件包括一对下侧板，这一对下侧板定位在所述车体框架的两侧上并且均具有面向侧旁的主平面。

因此，可以简化车体框架的结构，并且能够使车辆的重量最小化。

所述倒摆车辆还可包括附接至相应的所述下侧板的一对脚踏板38。

脚踏板能够在不向车体框架添加额外构件的情况下提供至车辆。

所述车体框架可以设置有止动器17，当所述车辆向后倾斜至最大程度时此止动器抵接所述尾轮臂。

因此，能够以既简单又经济的方式限制车辆的最大限度的向后倾斜。

所述支架28可以附接至所述车体框架的前端部并且包括一对支柱28A，每个支柱沿向下并且向外的方向延伸成在向前倾斜的停放位置抵接路面。

因此，车辆能以最小成本以稳固的方式保持在停放位置中。

附图说明

图1是根据本发明的位于直立位置中的倒摆车辆的实施方式的侧视图；

图2是位于向前倾斜的停放位置中的倒摆车辆的侧视图；

图3是倒摆车辆的前视图；

图4是沿图1的IV-IV线剖切的剖视图；以及

图5是示出尾轮的相对于倒摆车辆的主体的多个位置的图。

具体实施方式

下面参照图1至图4描述根据本发明的倒摆车辆的实施方式。下面的描述提及的方向基于坐在倒摆车辆上的骑车者的视角。

倒摆车辆10包括由管构件制成的车体框架12。车体框架12包括：一对主立柱14，这一对主立柱位于车辆的两侧上；下管构件16，此下管构件由一对侧构件分段构成，这一对侧构件分段沿车辆的两侧延伸并且在其中间点处结合至相应的主立柱14的下端；以及后横梁分段，此后横梁分段在两个侧构件分段的后端之间延伸；一对下侧板18，这一对下侧板从下管构件16的相应侧构件分段向下延伸；主横梁22，此主横梁在主立柱14的中间点之间延伸；以及一对侧管构件24，这一对侧管构件沿主轮40的两侧延伸，并且后端连接至主横梁22，前端向下弯曲以连接至下管构件16的相应侧构件分段的前端。下侧板18均由位于主轮40的两侧上的左板18A与右板18B组成。

车座32设置有由此下垂的呈横向间隔关系的一对车座立柱30，并且这些车座立柱30借助附图中未示出的调节机构以可调节的方式可滑动地插入相应的主立柱14的上端中。各个下侧板18配合有用于放置骑车者的相应腿的脚踏板38。一对螺栓34用于经由脚踏板托架36将各个脚踏板38固定至相应的下侧板18。

盘支撑轴46横向穿过主轮40的中空中心，并且在其两端处被下侧板18可枢转地支撑。

盘支撑轴46以可绕公共旋转中心线B独立旋转的方式可旋转地支撑一对驱动盘50。

主轮40设置有全向轮构造，并且包括具有横向延伸的中心线的金属环形构件42以及多个从动辊(自由辊)44，这些从动辊被环形构件42可旋转地支撑。各个从动辊44设置有由橡胶材料制成的外周部，并且可绕环形构件42的切线旋转，各个从动辊44支撑在环形构件42的切线处。

如图4中所示，各个驱动盘50位于主轮40的相应侧上，并且包括均呈同轴关系的：轮毂构件50A，此轮毂构件50A经由一对辊轴承51被盘支撑轴46支撑；圆形外板50B，此圆形外板附接至轮毂构件50A的外端；圆形内板50C，此圆形内板附接至轮毂构件50A的内端；以及辊支撑构件50D，此辊支撑构件稳固地固定在外板50B与内板50C之间。

多个金属驱动辊(自由辊)52沿周向方向按照规则间隔以可独立旋转的方式支撑在各个辊支撑构件50D的外周部上。两个驱动盘50与驱动辊52一起以对称方式布置或者布置成互为镜像，并且驱动辊52的旋转中心线与驱动盘50的旋转中心线呈斜交的关系。

各个驱动盘50的驱动辊52以斜交的关系压靠主轮40的从动辊44的外周表面使得主轮40绕主轮40的旋转中心线被可旋转地支撑，主轮40的旋转中心线基本与驱动盘50的旋转中心线B同轴(但是这不限制本发明的范围)。因此，主轮40被允许在不需要枢轴的情况下绕其旋转中心线旋转。

三角皮带用的从动皮带轮54、56同轴地附接至各个驱动盘50的外周。也可以使用任一其他类型的皮带与链节代替三角皮带。

侧管构件24的两个弯曲的中间部分借助前横梁57相互连接，并且马达底座构件58固定地附接至前横梁57。左驱动单元72与右驱动单元86经由马达底座构件58以横向倒置关系前后安装在侧管构件24上。

左驱动单元72包括电动马达68以及减速单元70。减速单元70的输出轴74与驱动皮带轮76配合。环状三角带92围绕左驱动皮带轮76以及左从动皮带轮54。右驱动单元86包括电动马达82以及减速单元84。减速单元84的输出轴88与驱动皮带轮90配合。环状三角带94围绕右驱动皮带轮90以及右从动皮带轮54。

从车体框架12向后延伸的后管构件96包括从各个主立柱14的中间点的后端向后延伸的一对前件与后件以及在前件与后件的后端之间延伸的横向件。电池箱98安装在后管构件96的上侧以将电池100可拆卸地接纳于其中。电池100与电池箱98位于两个驱动单元72与86的后面，并且位于主轮40与车座32之间。电池100向电动马达68及82以及诸如主轮PDU102之类的多种车上单元供应电力。

主轮PDU102由主立柱14的上部支撑以定位在车座32紧下方。主轮PDU102包括用于控制电动马达68与82的计算机，使得根据诸如来自附接至电池箱98的陀螺仪传感器104的输出信号之类的多种传感器信号进行车辆10的倒摆控制以及推进控制。

当包括骑车者在内的车辆10的重心位于中间位置(或者位于穿过主轮40的旋转中心线的垂线上)时，电动马达68与82以车体框架12维持在如图1中所示的直立姿势这样的方式被驱动。

当包括骑车者在内的车辆10的重心例如由于骑车者向前倾身而向前偏移时，主轮PDU102命令电动马达68与82以相同速度沿正向旋转。因此，主轮40沿正向绕其旋转中心线旋转，并且车辆10向前笔直行进。此时，因为两个驱动盘50之间无速度差，所以驱动盘50的驱动辊52与主轮40的从动辊44不绕各自的旋转中心线旋转，使得不发生横向移动。

当包括骑车者在内的车辆10的重心例如由于骑车者向后倾身而向后偏移时，主轮PDU102命令电动马达68与82沿反向以相同速度旋转。因此，主轮40沿反向绕其旋转中心线旋转，并且车辆10向后笔直行进。此时，因为两个驱动盘50之间无速度差，所以驱动盘50的驱动辊52与主轮40的从动辊44不绕各自的旋转中心线旋转，使得不发生横向移动。

当包括骑车者在内的车辆10的重心例如由于骑车者向侧面倾身而向侧面偏移时，主轮PDU102命令电动马达68与82沿不同方向并且/或者以不同速度旋转。这引起两个驱动盘50的旋转速度之间的差异。因此，主轮40的从动辊44被驱动盘50的驱动辊52驱动，并且绕从动辊44的旋转中心线旋转。

从动辊44的旋转速度取决于驱动盘50的旋转速度之间的差异。例如，当两个驱动盘50沿不同方向以相同速度旋转时，主轮40不绕其旋转中心线旋转，并且仅从动辊44绕各自的旋转中心线旋转。因此，车辆10向侧面行进。通过使驱动盘50沿相同方向以不同速度旋转，主轮40绕其旋转中心线旋转，并且从动辊44同时绕各自的旋转中心线旋转使得车辆10沿倾斜方向行进。

侧管构件24的前端借助承载支架28的前板26相互连接。支架28包括一对支柱28A，这一对支柱从支架28的两侧向下并且向外延伸。当倒摆控制终止并且车体框架12如图2中所示向前倾斜时，支柱28A的自由端抵接地面从而车体框架12能以稳固的方式保持在向前倾斜的停放位置中。当如图1中所示车体框架12在倒摆控制下处于直立位置时，由于支柱28A基本与地面隔开，支架28不干涉倒摆车辆10的移动。

尾轮臂110附接至左下侧板18与右下侧板18。尾轮臂110包括左构件114与右构件116，左构件114与右构件116在其基端经由独立的臂支撑轴112可枢转地附接至相应的下侧板18，臂支撑轴112横向延伸并且同轴地附接至各自的下侧板18。左构件114与右构件116中的每一者均由板构件构成，板构件具有面向侧旁并且前后方向细长的主平面。尾轮臂110的枢转的基端在图1与图2中用附图标记110A标示。

如图4中所示，左构件114包括从基端110A向后延伸的前端部114A以及沿向内的方向弯曲的后端部114B。类似地，右构件116包括从基端110A向后延伸的前端部116A以及沿向内的方向弯曲的后端部116B。两个后端部114B和116B的向内的端部经由利用螺栓120紧固至两个后端部114B和116B的托架122相互连接。因此，尾轮臂110能以充足的机械强度枢转附接至下侧板18而不干涉主轮40。

托架122设置有一对侧壁，并且横向延伸的枢轴124由这两个侧壁支撑。枢轴124可旋转地支撑尾轮126，此尾轮设置有橡胶轮胎126A。尾轮126在位于主轮40的地面接触点后面的一段距离处接触地面。当主轮40的从动辊44绕主轮40的相应切线旋转时，尾轮126协助车辆10的摆动移动。

止动器111附接至左构件114与右构件116中每一者的上边缘，并且定位成当车体框架12向后倾斜至最大程度时抵接附接至下管构件16的相应部分的止动器17。

为使尾轮126最有效地产生车辆10的摆动移动，尾轮126应位于主轮40的正后方。换而言之，主轮40与尾轮126应位于与横向方向正交并且将车辆10分成两个相等部分的假想平面上。而且，尾轮臂110的长度被确定成不管车辆10的位置如何或者不管车辆10是否处于直立位置、向前倾斜的位置或者向后倾斜的位置，尾轮126都不干涉主轮40。

通常，尾轮臂的枢转中心与驱动盘50的旋转中心线一致。然而，在所示的实施方式中，如图5中所示，尾轮臂110的枢转中心A(位于臂支撑轴112的中央)从盘支撑轴46的旋转中心线B向后并且向下偏置。

在图5中，位置C1表示在车辆10的直立位置尾轮126的位置，位置C2表示在车辆10的向前倾斜的停放位置尾轮126的位置并且位置C3表示在最大程度向后倾斜的位置尾轮126的位置。如果尾轮臂的枢转中心与驱动盘的旋转中心线B(假想的尾轮臂)一致，则在车辆10的直立状态下尾轮126将位于位置C1处，但是尾轮126将位于位置C4处，此位置从位置C2向后移置距离E。

因此，处于停放位置的车辆10的首尾尺寸由于尾轮臂的枢转中心A的向下并向后的偏置位置而减小距离E。

为了确保此优势，枢转中心A应位于这样的圆AL内，此圆绕位置C1绘制并且半径等于驱动盘50的旋转中心线B与位置C1之间的距离。线L3给出成由在驱动盘50的旋转中心线B和位置C1之间延伸的线L1与在驱动盘50的旋转中心线B和位置C4之间延伸的线L2形成的角θ的二等分线。这样，尾轮臂110的枢转中心A应位于线L3上方。可选地，尾轮臂110的枢转中心A可以位于穿过驱动盘50的旋转中心线B的水平线的下方。

优选地，尾轮臂110的枢转中心A位于线L1上或者邻近线L1。通过以此方式确定尾轮臂110的枢转中心A的位置，可以使尾轮126的后端的向后伸出的距离最小化。

因此，与尾轮臂110的枢转中心A位于驱动盘50的旋转中心线B上或者邻近驱动盘50的旋转中心线B的情况相比，可以使处于停放位置的车辆10的首尾尺寸最小化。

通过将尾轮臂110的枢转中心A定位在穿过驱动盘50的旋转中心线B的水平线下方，防止尾轮臂110的长度变得过大。

如果尾轮臂110被盘支撑轴46枢转地支撑，则盘支撑轴46的长度需要增大以便容纳用于尾轮臂110的枢转支撑的轴承从而车辆10的横向尺寸必须增大。然而，在所示实施方式中，尾轮臂110的基端被臂支撑轴112枢转地支撑，臂支撑轴112则被下侧板18支撑。因此，能够使车辆10的横向尺寸最小化。

因为下侧板18支撑盘支撑轴46与臂支撑轴112两者，无需另外的车体构件支撑臂支撑轴112从而避免车体结构变得复杂。当尾轮臂110的枢转中心A靠近在驱动盘50的旋转中心线B与位置C1之间延伸的线L1定位时，能够使下侧板18的尺寸最小化。

尽管已经根据本发明的优选实施方式描述了本发明，但是对于本领域中的技术人员显而易见的是，在不脱离本发明的范围的情况下多种变更与变型是可行的。

例如，尾轮臂110的枢转中心A可以位于在驱动盘50的旋转中心线B与位置C1之间延伸的线L1上。如US2014353051A1中公开的，尾轮126也可以由电驱动全向轮组成。本发明可以同样地应用至这样的倒摆车辆，在此倒摆车辆中驱动盘50的直径明显小于主轮40的内直径，并且驱动盘50的中心相对于主轮40的中心明显偏置。

Claims (10)

1.一种倒摆车辆，此倒摆车辆包括：

车体框架；

主轮，此主轮结合沿一圆布置的多个从动辊，使得所述从动辊的旋转中心线均沿所述圆的切线定向；

一对驱动盘，这一对驱动盘以能绕横向延伸的旋转中心线旋转的方式被所述车体框架支撑；

多个驱动辊，这些驱动辊沿周向方向布置在各个所述驱动盘上并且构造成以斜交关系接合所述主轮的所述从动辊；

一对驱动单元，这一对驱动单元包括一对电动马达，所述电动马达用于在倒摆控制下独立驱动所述驱动盘；

控制单元，此控制单元用于控制所述驱动单元以维持所述倒摆车辆处于直立位置；

尾轮臂，此尾轮臂沿向后方向从所述车体框架延伸并且具有基端，该基端以能绕横向延伸的枢转中心线枢转的方式附接至所述车体框架的一部分；

尾轮，此尾轮以能旋转的方式被所述尾轮臂的自由端支撑；以及

支架，此支架附接至所述车体框架的一部分用于通过接合路面而支撑处于向前倾斜的停放位置中的所述倒摆车辆，

其中，在侧视图中，所述尾轮臂的所述基端的所述枢转中心线位于如下的圆内，此圆以在所述倒摆车辆的所述直立位置所述尾轮的中心为中心并且半径等于所述尾轮的所述中心与所述驱动盘的所述旋转中心线之间的距离，并且

其中，相对于具有枢转地附接至所述驱动盘的所述旋转中心线的基端以及支撑尾轮的自由端的假想尾轮臂，第一线限定成在所述倒摆车辆处于所述直立位置时沿所述假想尾轮臂延伸的线，并且第二线限定成在所述倒摆车辆处于所述向前倾斜的停放位置时沿所述假想尾轮臂延伸的线，在侧视图中所述尾轮臂的所述基端的所述枢转中心线位于由所述第一线与所述第二线形成的角的二等分线上或者位于所述二等分线上方。

2.根据权利要求1所述的倒摆车辆，其中，所述尾轮臂的所述枢转中心线位于穿过所述驱动盘的所述旋转中心线的水平线下方。

3.根据权利要求2所述的倒摆车辆，其中，所述尾轮臂的所述枢转中心线位于所述第一线上或者靠近所述第一线。

4.根据权利要求3所述的倒摆车辆，其中，所述尾轮臂设置有沿所述主轮的两侧延伸的一对侧构件以及连接至所述侧构件的自由端并且能旋转地支撑所述尾轮的托架。

5.根据权利要求4所述的倒摆车辆，其中，所述尾轮臂设置有当所述倒摆车辆处于所述直立位置或者处于所述向前倾斜的停放位置时不干涉所述主轮的适当长度。

6.根据权利要求1所述的倒摆车辆，其中，所述驱动盘借助横向延伸的盘支撑轴被所述车体框架的下构件以能旋转的方式支撑，并且所述尾轮臂的所述基端借助横向延伸的臂枢轴被同一下构件枢转地支撑。

7.根据权利要求6所述的倒摆车辆，其中，所述下构件包括一对下侧板，这一对下侧板定位在所述车体框架的两侧上并且均具有面向侧旁的主平面。

8.根据权利要求7所述的倒摆车辆，所述倒摆车辆还包括附接至相应的所述下侧板的一对脚踏板。

9.根据权利要求1所述的倒摆车辆，其中，所述车体框架设置有止动器，当所述车辆向后倾斜至最大程度时此止动器抵接所述尾轮臂。

10.根据权利要求1所述的倒摆车辆，其中，所述支架附接至所述车体框架的前端部并且包括一对支柱，每个支柱沿向下并且向外的方向延伸成在所述向前倾斜的停放位置中抵接路面。