CN108945233B - 一种采用球形车轮且驱动前置的两轮摩托车及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种采用球形车轮且驱动前置的两轮摩托车，包括车体，车体前端装设有球形车轮，其后端装设有环形车轮，车体上装设有驱动系统，驱动系统位于车体重心前部，并与环形车轮衔接，由驱动系统带动球形车轮运转；车体上还设有转向臂，转向臂与车体固定连接，转向臂两端分别具有左旋转手柄与右旋转手柄，左旋转手柄及右旋转手柄分别通过控制线路与驱动系统连接，对球形车轮的运转进行控制。该摩托车的控制方法包括：通过控制左旋转手柄控制球形车轮在车身垂直方向的转矩/速度分量，从而实现车辆转向；通过控制右旋转手柄控制球形车轮在车身轴向方向的转矩/速度分量，从而实现车辆加速或减速。

Description

一种采用球形车轮且驱动前置的两轮摩托车及其控制方法
技术领域
本发明涉及摩托车，尤其涉及一种采用球形车轮且驱动前置的两轮摩托车及其控制方法。
背景技术
传统两轮摩托车在拓扑上采用前后环形车轮且后轮单向驱动设计，动力系统中置设计，控制方式上采用人力摇臂转向方式等设计。这导致了车辆存在较多限制问题：
1、不能采用机动方式倒车，一般需要靠人力协助完成，机动性较差，不方便；
2、转弯半径较大，特别是原地180度掉头时需要手臂大范围摇臂与腿部不断支撑配合才能完成，比较麻烦，便捷性相差；
3、对路面要求高，难以应对松软、泥泞、雪沙等特殊路面；另外，重心偏中，后轮驱动能力一般；
4、车速降低到近似为零时，难以保持平衡，需要借助腿部额外支撑，不方便；
5、控制方向全靠人力摇臂转向来控制方向与保持平衡，存在较大的体力消耗，便捷性差。
因此，有必要对这种两轮摩托车及其控制方法进行改进，以克服上述缺陷。
发明内容
本发明的目的是提供一种采用球形车轮且驱动前置的两轮摩托车及其控制方法，以提升两轮摩托车的机动性，稳定性以及便捷性，实现对两轮摩托车的灵活控制。
本发明为解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种采用球形车轮且驱动前置的两轮摩托车，包括车体，其中：
车体前端装设有球形车轮，其后端装设有环形车轮，车体上装设有驱动系统，驱动系统位于车体重心前部，并与环形车轮衔接，由驱动系统带动球形车轮运转；
车体上还设有转向臂，转向臂与车体固定连接，转向臂两端分别具有左旋转手柄与右旋转手柄，左旋转手柄及右旋转手柄分别通过控制线路与驱动系统连接，对球形车轮的运转进行控制。
驾车人员可骑坐在转向臂与后轮之间的车体上且驾车人员面向球形车轮，另外，搭乘人员可骑坐在驾车人员身后。
上述采用球形车轮且驱动前置的两轮摩托车的控制方法，包括：
通过控制左旋转手柄控制球形车轮在车身垂直方向的转矩/速度分量，从而实现车辆转向；
通过控制右旋转手柄控制球形车轮在车身轴向方向的转矩/速度分量，从而实现车辆加速或减速。
具体地：
当左旋转手柄向正方向旋转时，球形车轮在车身垂直方向的转矩/速度往正方向增加，当左旋转手柄向负方向旋转时，球形车轮在车身垂直方向的转矩/速度往负方向增加；
当右旋转手柄向正方向旋转时，球形车轮在车身轴向方向的转矩/速度往正方向增加，当右旋转手柄向负方向旋转时，球形车轮在车身轴向方向的转矩/速度往负方向增加；
当左旋转手柄或右旋转手柄处于零位，即驾车人员松手导致旋转手柄恢复到原来默认位置时，球形车轮处于无动力滑行状态。
该方案在原有传统两轮摩托车拓扑基础上，将前轮设计为球形车轮，作用为驱动与转向使用；后轮仍然采用传统环形车轮，但取消动力输出，仅作为拖动轮使用。在动力系统布置上，将传统摩托车动力系统中置改为动力系统前置设计，以改善整车的重心部分，使得重心向前轮靠近，进一步提升车辆的操控性与越野性。在控制方式上，取消传统摩托车的人力摇臂转向设计，将原有的转向摇臂与车身直接永久固定，通过控制左手旋转手柄控制球形车轮在车身垂直方向的转矩/速度分量来实现车辆转向；通过控制右手旋转手柄控制球形车轮在车身轴向方向的转矩/速度分量来实现车辆加速或减速。左/右手柄的功能配置，手柄旋转的正方向，手柄控制目标为转矩还是速度等参数的对应关系可按照应用场合与驾车人员习惯进行灵活设定。
本发明的优点在于：
1、改善了两轮摩托车不能采用机动方式倒车的问题，提升了车辆功能的可用性，机动性与便捷性；
2、改善了转弯半径较大的问题，使得车辆在极为狭小的街道也能原地180度掉头，拓展了车辆应用范围，提升了便捷性；
3、增强了车辆的驱动与脱困能力，并降低了对路面要求高；
4、车辆的自动/手动自平衡功能节省了腿部支撑带来的非必要体力消耗，还能避免日常生活中，路面泥泞、积水给驾车人员带来的不便问题；
5、依靠旋转手柄控制方向的设计有效降低对驾车人员的体力消耗，提升了驾车体验与乐趣，便捷性也大为提升。
附图说明
图1是本发明提出的采用球形车轮且前置驱动的两轮摩托车的俯视图；
图2是该两轮摩托车的侧视图；
图3是该两轮摩托车的转弯过程示意图(x轴正方向指向图3上侧，y轴正方向指向图3左侧，x轴与y轴组成的平面与水平面保持平行，x轴与y轴垂直)。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合图示与具体实施例，进一步阐述本发明。
如图1、图2所示，本发明提出的采用球形车轮且驱动前置的两轮摩托车包括车体1，车体前端装设有球形车轮2，其后端装设有环形车轮3，车体上装设有驱动系统4，驱动系统位于车体重心前部，并与环形车轮衔接，由驱动系统带动球形车轮运转；车体上还设有转向臂5，转向臂与车体固定连接，转向臂两端分别具有左旋转手柄6与右旋转手柄7(驾车人员视角)，左旋转手柄及右旋转手柄分别通过控制线路与驱动系统连接，对球形车轮的运转进行控制。
如图3所示，上述采用球形车轮且驱动前置的两轮摩托车的控制方法包括：通过控制左旋转手柄控制球形车轮在车身垂直方向的转矩/速度分量，从而实现车辆转向；通过控制右旋转手柄控制球形车轮在车身轴向方向的转矩/速度分量，从而实现车辆加速或减速。具体地，在本实施例中，当左旋转手柄向正方向旋转时，球形车轮在车身垂直方向的转矩/速度往正方向增加，当左旋转手柄向负方向旋转时，球形车轮在车身垂直方向的转矩/速度往负方向增加；当右旋转手柄向正方向旋转时，球形车轮在车身轴向方向的转矩/速度往正方向增加，当右旋转手柄向负方向旋转时，球形车轮在车身轴向方向的转矩/速度往负方向增加；当左旋转手柄或右旋转手柄处于零位，即驾车人员松手导致旋转手柄恢复到原来默认位置时，球形车轮处于无动力滑行状态。该方案在原有传统两轮摩托车拓扑基础上，将前轮设计为球形车轮，作用为驱动与转向使用；后轮仍然采用传统环形车轮，但取消动力输出，仅作为拖动轮使用。在动力系统布置上，将传统摩托车动力系统中置改为动力系统前置设计，以改善整车的重心部分，使得重心向前轮靠近，进一步提升车辆的操控性与越野性。在控制方式上，取消传统摩托车的人力摇臂转向设计，将原有的转向摇臂与车身直接永久固定，通过控制左手旋转手柄控制球形车轮在车身垂直方向的转矩/速度分量来实现车辆转向；通过控制右手旋转手柄控制球形车轮在车身轴向方向的转矩/速度分量来实现车辆加速或减速。左/右手柄的功能配置，手柄旋转的正方向，手柄控制目标为转矩还是速度等参数的对应关系可按照应用场合与驾车人员习惯进行灵活设定。
本发明能够较好的克服现有技术的缺陷：
对于倒车机动性差与便捷性差的问题，可通过控制手柄使得球形车轮提供负x轴转矩/速度实现；
对于转弯半径大的问题，可通过控制手柄使得球形车轮提供负y轴转矩/速度实现，转弯半径最大仅为车身长度，详见图3。优选的，也可通过控制手柄使得球形车轮提供负x负y轴转矩与速度实现180度掉头。在转弯过程中，无需人员像传统摩托车一样需要反复人力摇臂转向与腿部支撑，本发明转弯方式更加便捷，更加节省人力。
对于驱动能力不足的问题，由于采用球形车轮，着地面积明显提升，更加能够适用恶劣路面而不容易陷入(如：松软、泥泞、雪沙等特殊路面)，另外，即使球形车轮陷入恶劣路面，由于驾车人员可以控制球形车轮向任意方向运动，故脱困的成功率比传统摩托车大为提升；采用前驱设计，使得球形车轮着地面积大，摩擦力大的优先充分发挥，提高了车辆牵引力的有效性；重心前置设计，可保证车辆的重心比传统摩托车的重心设计更加合理，可有效将重心调整到偏前轮(即驱动轮)的位置，使得车辆的越野性与操控性提升。
对于车速低时难以保持平衡的问题，有三种不同的方法解决。第一种方法，通过检测车辆平衡状态，利用车辆自带的控制器来自动微调球形车轮的x与y轴转矩与速度分量状态，实现原地的自平衡；第二种方法，通过驾车人员手动控制旋转手柄，不断微调球形车轮的x与y轴转矩与速度分量状态，实现原地的自平衡；第三种方法，可在车速降低至难以保持平衡时，利用车辆自带的控制器自动控制球形车轮围绕z轴轴线旋转(z轴垂直地面且穿过球形车轮球心，参考图2)，依靠陀螺效应保持车辆的自平衡。以上三种方法均不用依靠驾车人员腿部支撑，可节省不必要的体力消耗，还能避免日常生活中，路面泥泞、积水给驾车人员带来的不便问题，便捷性大为提升。实际应用中，这三种方法可按照应用场合与驾驶习惯灵活选取。
对于体力消耗大的问题，可依靠控制两侧的旋转手柄提供x与y轴的转矩/速度分量来实现车辆的转向，该种设计可有效降低对驾车人员的体力消耗。
以上实施方式只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让本领域的技术人员了解本发明的内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所做的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (1)

1.一种采用球形车轮且驱动前置的两轮摩托车的控制方法，所述的摩托车包括车体，车体前端装设有球形车轮，其后端装设有环形车轮，车体上装设有驱动系统，驱动系统位于车体重心前部，并与环形车轮衔接，由驱动系统带动球形车轮运转，车体上还设有转向臂，转向臂与车体固定连接，转向臂两端分别具有左旋转手柄与右旋转手柄，左旋转手柄及右旋转手柄分别通过控制线路与驱动系统连接，对球形车轮的运转进行控制，其特征在于：
通过控制左旋转手柄控制球形车轮在车身垂直方向的转矩/速度分量，从而实现车辆转向；
通过控制右旋转手柄控制球形车轮在车身轴向方向的转矩/速度分量，从而实现车辆加速或减速；
当左旋转手柄向正方向旋转时，球形车轮在车身垂直方向的转矩/速度往正方向增加，当左旋转手柄向负方向旋转时，球形车轮在车身垂直方向的转矩/速度往负方向增加；
当右旋转手柄向正方向旋转时，球形车轮在车身轴向方向的转矩/速度往正方向增加，当右旋转手柄向负方向旋转时，球形车轮在车身轴向方向的转矩/速度往负方向增加；
当左旋转手柄或右旋转手柄处于零位，即驾车人员松手导致旋转手柄恢复到原来默认位置时，球形车轮处于无动力滑行状态。
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