CN113998038A - 一种四轮动平衡车 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种四轮动平衡车，属于车辆领域。本发明的四轮动平衡车，通过使其转向操作与车身摆动相独立，即车的转向操作与车身相对于车底盘的摆动互不影响，实现了前轮为非一体式转向四轮车的动态平衡，车身在行驶的过程中不借助任何外力动态平衡地立于车底盘之上，利用驾车人或电子平衡控制系统来感受并维持这种动态平衡状态，使动平衡车在行驶过程中所受的合力始终自动的通过摆动的轴线，解决了小型四轮车速度与稳定性的矛盾，以简单经济的技术手段使前轮为非一体式转向的小型四轮车具有更紧凑的尺寸、更高的行驶速度、更好的驾驶体验和更高的安全性能。

Description

一种四轮动平衡车

技术领域

本发明涉及车辆领域，更具体地说，涉及一种四轮动平衡车。

背景技术

目前的小型电动车或摩托车主要存在以下问题：①小型二轮车虽灵活紧凑，有很好的动平衡特性，但它做不到全封闭，不能根本解决风吹雨淋防寒问题；并且两轮系统，防滑(制动)特别是防侧滑(制动稳定性)能力差，安全系数低。②小型三轮或四轮车虽然可以采用全封闭车厢，增强了制动性能，但如果速度快了就容易侧翻，如果既要快又不能侧翻，则就需要增加车宽，又失去了其紧凑灵活的优势，所以现在常规的小型三轮或四轮车速度都不能太快，并且宽度方向尺寸大都在1米以上，这就使它的适用人群和场合受到了很大限制。

专利《一种人机联合平衡车》(专利号为201922148722.2)提出了一种结合二轮车与三轮/四轮各自优点的解决方案，即采用三轮或四轮的车底盘，但车身是可以在底盘上左右自由摆动的，车行驶时是依赖驾车人的平衡控制对车身进行平衡的，即用二轮车的驾车平衡原理来驾驶三轮或四轮车(本文称这种车为动平衡车)，这样就解决了传统小型三轮或四轮车在高速行驶时的稳定性，又获得了三轮或四轮车的制动稳定性以及封闭车厢对人的保护作用。然而，在该专利申请案中，提及了能够用于四轮结构的人机联合平衡车，车身上不设置车轮，车身通过前后两个摆动装置与车的前后两个车底盘连接，实质上类似于对二轮车框架进行了直接迁移，把前轮分为两轮、把后轮分为两轮，由于后轮不转向，因此后轮一分为二没有问题，但前轮需要转向，如果不改变转向方案，则两前轮将绕它们连线的中心转动，而不是两轮单独绕各自的转向节旋转，其结果是前两轮实质上是一个超宽的单轮，前部摆动中心仍在地面，相当于没有超出正三轮的范畴，因此该专利的四轮和倒三轮动平衡车属于前轮为一体式转向的四轮和倒三轮车，其实际应用场合受到了很大的限制。那么，对于更具有实用性的两前轮各自绕转向节转向(非一体式转向)的四轮车而言，在车的转向与摆动不相关的情况下，车身还能否实现动平衡，就成为四轮动平衡车的研究重点。

中国专利号ZL201480067213.4公开了一种“具有倾斜框架的车辆”，其倾斜框架2能相对于所述主架1倾斜，并且具有倾斜轴线35(此处沿用专利201480067213.4中的附图标记)，但它的横拉杆致动元件39能相对于所述倾斜框架2移动，以及通过所述倾斜框架2关于所述倾斜轴线35的倾斜和与其独立地通过所述转向轴线59的旋转被致动，使得所述至少一个能转向的接触元件3a通过所述至少一个横拉杆7经历转向运动，并且所述横拉杆致动元件39能够通过所述倾斜框架的倾斜且与所述倾斜独立地通过所述转向管6的旋转而相对于所述主架1移动，以用于所述至少一个横拉杆7的致动。可以看出，该专利申请案公开的车辆，其车身框架的倾斜与车辆的转向是相关的，即横拉杆7的致动有两个因素：倾斜框架2的倾斜和通过轴线59的旋转；这样，车的倾斜会影响车的转向，反之，车的转向运动同时也会影响车身的倾斜。从二轮车的动平衡原理我们知道，车身的倾斜与转向是分离的，不相干的，否则车身不能实现动平衡。比如二轮车在高速经过弯道时，车身的倾斜角是很大的，但车的转向是很细微的；二轮车在低速度行驶时，细微的车身倾斜需要较大角度的转向来使车身重新回到平衡点，由此可以看出，车身倾斜与转向不能存在明显的相关性，否则难以真正意义上实现车辆的动平衡，也就是说，虽然该专利提出的这种车具有了可倾斜的框架，绕倾斜轴线倾斜，但它不能真正实现二轮车动平衡原理，它的平衡功能是有缺陷的。

中国专利申请号201610157690.0公开了“一种三轮以上摩托车用强制控制车架和车轮自动平衡机构”，其平衡机构把车分成前后两部分，前部分含前轮，后部含后轮，整个前部分通过“车架连接轴承组”与后部分连接，这样前部分可以相对后部分围绕轴承的轴线摆动，该专利申请案有两个特点：一是强制控制平衡侧倾；二是车身在倾斜或摆动过程中，作为转向轮的前轮跟随车身倾斜摆动，由于所有车轮是始终着地的，因此这种摆动的结果是车轮随着摆动倾斜。这两个特点都不能形成类似二轮车的动态平衡所需要的失稳式的摆动或倾斜，因此它也不能形成类似二轮车的动态平衡状态。

综上，对于四轮车来说，在四个车轮不随车身摆动的情况下，在两前轮为非一体式转向的情况下，如何使一个可以自由摆动而失稳的车身在一个可以转向且稳定的车底盘上，在不借助其它任何外力的情况下实现动平衡，成为四轮车实现动平衡的主要问题。

发明内容

1.发明要解决的技术问题

本发明的一个目的在于提供一种四轮动平衡车，旨在以简单经济的技术手段使前轮为非一体式转向的小型四轮车能够在更紧凑的尺寸下、在更高的速度下平稳行驶，使人们获得一种更安全可靠、更方便灵活、更经济舒适的通勤工具；

本发明的另一个目的在于解决如何在稳定的车底盘上实现车身的动态平衡问题，采用本发明的技术方案，使车的转向操作与车身相对于车底盘的摆动互不影响，车身在行驶的过程中不借助任何外力动态平衡地立于车底盘之上，利用驾车人或电子平衡控制系统来感受并维持动态平衡状态，使动平衡车在行驶过程中所受的合力始终自动的通过摆动的轴线，为驾车人提供了最佳的操控体验。

2.技术方案

为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：

本发明的一种四轮动平衡车，包括车的不含车轮部分和车的含车轮部分，所述车的不含车轮部分能够相对于所述车的含车轮部分沿车行进的垂直方向摆动，并且这种摆动不会产生车轮相对于地面的摆动或倾斜；车的转向操作在车的不含车轮部分，车的转向运动能够传递到车的含车轮部分的转向轮上实现转向；其中：

所述车的转向操作与车的不含车轮部分相对于车的含车轮部分的摆动互不影响，所述车的不含车轮部分相对于车的含车轮部分的摆动是失稳式的摆动，用以实现车的不含车轮部分在车的含车轮部分上的动态平衡，且摆动轴线相对于车的含车轮部分是固定的或随摆动动作在一定范围内平行移动的；具体地，

所述车的不含车轮部分为车身，所述车的含车轮部分为车底盘，所述车身与车底盘之间的连接装置为摆动装置，实现车的转向操作的装置为转摆装置，所述车身通过摆动装置相对于车底盘在沿车行进的垂直方向摆动设置，所述车底盘具有两前轮和两后轮，且两前轮为转向轮，所述转摆装置是一种使车身的摆动与车的转向运动相互不影响的转向装置，车的转向操作由车身上发出，通过转摆装置从车身传递到车底盘的转向轮实现转向，在这个过程中车身的摆动不影响车的转向，车的转向操控也不影响车身的摆动；

所述车身在行驶的过程中不借助任何外力动态平衡地立于车底盘之上，感受所述动态平衡状态、然后调整并维持这种动态平衡状态的主体是驾车人或电子平衡控制系统，驾车人在驾车过程中利用人体自身的平衡感知和操控动作使车身在车底盘上处于动态平衡状态，或者使用电子平衡控制系统使车身在车底盘上处于动态平衡状态。

进一步地，所述摆动装置采用滚动式摆动装置，该滚动式摆动装置包括摆动上部构件和摆动下部构件，所述摆动上部构件与车身连接，所述摆动下部构件与车底盘连接，所述摆动上部构件滚动放置于摆动下部构件上，且摆动上部构件和摆动下部构件之间具有防滑结构或相互啮合的齿形结构，所述摆动上部构件能够在摆动下部构件上左右来回滚动，形成车身相对于车底盘的左右摆动。

更进一步地，所述滚动式摆动装置的摆动上部构件和摆动下部构件为软接触，所述摆动上部构件和摆动下部构件之间的接触件采用可形变的柔性材料制成或者制成可充气结构。

更进一步地，所述滚动式摆动装置的摆动上部构件包括软垫固定件和软垫，所述软垫与软垫固定件连接，所述软垫固定件与车身的下端连接；所述滚动式摆动装置的摆动下部构件包括承托构件，所述承托构件与车底盘连接，所述软垫放置在承托构件上并能够在承托构件上左右滚动；所述摆动上部构件与摆动下部构件之间还设有用于对软垫的轴向和侧向进行限位的摆动连接机构。

更进一步地，所述摆动连接机构包括上孔板、下孔板、活动销和轴向固定件，所述上孔板与摆动上部构件或车身连接，所述上孔板的垂直方向具有腰形孔，且该腰形孔中心线重合于摆动上部构件的中心线，所述下孔板与摆动下部构件或车底盘连接，所述下孔板的垂直方向具有腰形孔；当车身相对车底盘处于直立状态时，所述上孔板与下孔板的对应腰形孔的中心线重合，当车身相对车底盘摆动时，上孔板的腰形孔中心线和下孔板的腰形孔中心线形成不断变化的交点，所述活动销安装在此交点处，且活动销的位置随交点的变化而变化，所述轴向固定件用来实现活动销的轴向固定。

更进一步地，所述滚动式摆动装置的摆动上部构件包括滚轮固定件和滚轮接触件，所述滚轮接触件通过滚轮固定件与车身固定连接；所述滚动式摆动装置的摆动下部构件包括承托件和限位件，所述承托件与车底盘连接，所述限位件安装于车底盘或承托件上，限位件用于防止滚轮接触件脱离承托件，所述滚轮固定件与限位件或承托件之间具有轴向限位结构，用以传递车的纵向上的力。

进一步地，所述转摆装置为柔性传动式摆动转向装置，该柔性传动式摆动转向装置的一端安装于车身上，另一端安装于车底盘上，并与车底盘上的转向轮传动连接，所述柔性传动式摆动转向装置在车身与车底盘之间具有能够随车身摆动而自由弯曲的柔性传动机构。

更进一步地，所述柔性传动式摆动转向装置包括转向把手、钢丝线牵引装置、钢丝线、套管、始端套管固定装置、终端套管固定装置、被动牵引装置、转向转轴、转向力臂和转向拉杆，所述转向把手安装在车身上，所述钢丝线牵引装置固定在转向把手的轴上，所述钢丝线的始端固定在钢丝线牵引装置上，终端固定在被动牵引装置上，所述被动牵引装置固定在转向转轴上，所述转向转轴安装于车底盘上，所述套管套在钢丝线外侧，且套管的一端被所述始端套管固定装置固定在车身上，另一端被所述终端套管固定装置固定在车底盘上，所述转向力臂的内端固定在转向转轴上，所述转向拉杆与转向力臂的外端铰接；

当转向把手转向时，带动钢丝线牵引装置转动，进而对钢丝线产生牵引作用，带动被动牵引装置转动使得转向转轴转动，转向转轴通过转向力臂带动转向拉杆对转向轮产生推拉运动；所述钢丝线和套管成对且对称布置，当转向把手左转向时，带动一侧钢丝线被牵引同时另一侧钢丝线被释放，当转向把手右转向时，之前被牵引的一侧钢丝线被释放，之前被释放的一侧钢丝线被牵引。

进一步地，所述转摆装置为刚性传动式摆动转向装置，该刚性传动式摆动转向装置包括转向操作部分和转向执行部分，所述转向操作部分安装于车身上，所述转向执行部分安装于车底盘上，并与车底盘上的转向轮传动连接，所述转向操作部分与转向执行部分通过刚性传动机构传动连接，所述刚性传动机构包括安装于车身底部的直线输出构件和用于将转向操作部分的转向操作转换为直线输出构件前后运动转向转换机构，所述直线输出构件的前后运动直线轨迹线与车身相对于车底盘的摆动轴线相重合或相平行。

更进一步地，所述直线输出构件的前后运动直线轨迹线与车身相对于车底盘的摆动轴线相重合，所述直线输出构件通过脱摆构件与转向执行部分传动连接，所述直线输出构件与脱摆构件之间采用能够相对旋转的轴孔配合结构连接，且在轴孔配合结构处还设有用于实现直线输出构件与脱摆构件轴向传动连接的轴向限位结构。

更进一步地，所述直线输出构件的前后运动直线轨迹线与车身相对于车底盘的摆动轴线相平行，所述直线输出构件通过脱摆构件与转向执行部分传动连接，所述直线输出构件与脱摆构件之间采用相对活动配合的滑槽结构连接，该滑槽结构的滑动轨迹线所在的面与摆动轴线相垂直，且在滑槽结构处还设有用于实现直线输出构件与脱摆构件轴向传动连接的轴向限位结构。

进一步地，所述车底盘为一体式结构，包括前轮、前桥、转向横拉杆、前减震缓冲装置、底盘架、后减震缓冲装置、后桥和后轮，所述前轮安装于前桥两侧，所述转向横拉杆连接两只前轮的转向节，所述前桥与底盘架之间安装了前减震缓冲装置，所述底盘架与后桥之间安装了后减震缓冲装置，所述后轮安装于后桥两侧，所述底盘架是连续的钢性整体结构，所述车身通过摆动装置安装在底盘架上。

进一步地，所述车底盘为分体式结构，分为底盘前半部分和底盘后半部分，所述底盘前半部分通过摆动装置与车身连接，所述底盘后半部分通过摆动装置与车身连接。

更进一步地，所述车底盘包括前轮、前桥、转向横拉杆、前减震缓冲装置、底盘前架、底盘后架、后减震缓冲装置、后桥和后轮，所述前轮安装于前桥两侧，所述转向横拉杆连接两只前轮的转向节，所述前桥与底盘前架之间安装了所述前减震缓冲装置，所述底盘后架与后桥之间安装了所述后减震缓冲装置，所述后轮安装于后桥两侧，所述底盘前架通过摆动装置与车身连接，所述底盘后架通过摆动装置与车身连接。

进一步地，所述摆动装置还包括阻尼机构，所述阻尼机构用来给摆动增加阻尼以增加动平衡操控的稳定性，且阻尼机构增加阻尼的程度以不失去车身动态平衡的操控为限。

进一步地，所述电子平衡控制系统是陀螺仪电子平衡控制系统。

3.有益效果

采用本发明提供的技术方案，与已有的公知技术相比，具有如下显著效果：

(1)本发明的一种四轮动平衡车，解决了前轮为非一体式转向的小型四轮车速度与稳定性(容易侧翻)的矛盾问题，以简单经济的技术手段使小型四轮车能够在更紧凑的尺寸下、在更高的速度下平稳行驶，提高了小型四轮车在高速行驶下的安全性，使人们获得一种更安全可靠、更方便灵活、更经济舒适的通勤工具；

(2)本发明的一种四轮动平衡车，其通过使转向操作与车身摆动相独立，即车的转向操作与车身相对于车底盘的摆动互不影响，车身在行驶的过程中不借助任何外力动态平衡地立于车底盘之上，利用驾车人或电子平衡控制系统来感受并维持动态平衡状态，使动平衡车在行驶过程中所受的合力始终自动的通过摆动的轴线，提高了前轮为非一体式转向四轮车的行驶安全性和操作灵活性，为驾车人提供了最佳的操控体验，大大拓展了它的适用人群和场合；其车身宽度能够控制在0.7米以内，其速度在50km/h可以平稳通过半径20～25米的弯；

(3)本发明的一种四轮动平衡车，其提升了小型四轮车的驾驶体验，车身由驾车人进行动平衡控制，驾驶四轮车有类似骑二轮车的感觉，因此有了更好的驾车操控体验；

(4)本发明的一种四轮动平衡车，当它采用电子平衡控制系统实现动态平衡控制时，相对于目前的电子系统控制的平衡车，包括独轮车、两轮车而言，具有更高的行驶速度和安全性；当电子平衡控制系统与人的操作相互补充时，会使动平衡车的行驶稳定性和安全性有更进一步的提升；

(5)本发明的一种四轮动平衡车，相较于传统的四轮车，并没有使用复杂的、特殊的结构，也不需要应用特别的材料或是控制装置，而是一些常规机械结构的运用，增加的装置也很有限，因此这种改变并不会对其制作成本有太大影响，具有更好的经济性。

附图说明

图1为本发明的一种四轮动平衡车的侧立面示意图；

图2为本发明的一种四轮动平衡车中轴承式摆动装置的结构示意图；

图3为图2中A-A方向的剖视图；

图4为本发明的一种四轮动平衡车中铰链式摆动装置的结构示意图；

图5为图4中B-B方向的剖视图；

图6为本发明的一种四轮动平衡车中滚动式摆动装置的结构示意图；

图7为本发明的一种四轮动平衡车中滚动式摆动装置中的摆动连接机构的结构示意图；

图8为本发明的一种四轮动平衡车中滚动式摆动装置的直立状态示意图；

图9为本发明的一种四轮动平衡车中滚动式摆动装置向一侧摆动状态示意图；

图10为本发明的一种四轮动平衡车中另一种滚动式摆动装置的结构示意图；

图11为图10中的滚动式摆动装置的剖视结构示意图；

图12为图10中的滚动式摆动装置向一侧摆动状态示意图；

图13为本发明的一种四轮动平衡车中柔性传动式摆动转向装置的结构示意图；

图14为本发明的一种四轮动平衡车中刚性传动式摆动转向装置的结构示意图；

图15为本发明的一种四轮动平衡车中刚性传动式摆动转向装置的直行状态示意图；

图16为本发明的一种四轮动平衡车中刚性传动式摆动转向装置的转向状态示意图；

图17为本发明中刚性传动式摆动转向装置中直线输出构件与脱摆构件之间的一种滑槽连接结构示意图；

图18为本发明的一种四轮动平衡车中一体式车底盘的立面结构示意图；

图19为本发明的一种四轮动平衡车中一体式车底盘的立面俯视结构示意图；

图20为本发明的一种四轮动平衡车中分体式车底盘的立面结构示意图。

示意图中的标号说明：

1、车身；

2、摆动装置；2a、轴承式摆动装置；2a1、轴承；2a2、轴承座；2a3、转轴；2b、铰链式摆动装置；2b1、铰链上构件；2b2、铰链下构件；2b3、销；2b4、紧固件；2c、滚动式软垫摆动装置；2c1、软垫固定件、2c2、软垫；2c3、承托构件；2c4、摆动连接机构；2c41、上孔板；2c42、下孔板；2c43、活动销；2c44、轴向固定件；2d、滚动式齿形摆动装置；2d1、滚轮固定件；2d2、滚轮接触件；2d3、限位件；2d4、承托件；

3、车底盘；3a、一体式车底盘；3a1、前轮；3a2、前桥；3a3、转向横拉杆；3a4、前减震缓冲装置；3a5、底盘架；3a6、后减震缓冲装置；3a7、后桥；3a8、后轮；3b、分体式车底盘；3b1、前轮；3b2、前桥；3b3、转向横拉杆；3b4、前减震缓冲装置；3b5-1、底盘前架；3b5-2、底盘后架；3b6、后减震缓冲装置；3b7、后桥；3b8、后轮；309、动力装置；

4、转摆装置；4a、柔性传动式摆动转向装置；4a1、转向把手；4a2、钢丝线牵引装置；4a3、钢丝线；4a4、套管；4a5、始端套管固定装置；4a6、终端套管固定装置；4a7、被动牵引装置；4a8、转向转轴；4a9、转向力臂；4aA、转向拉杆；4b、刚性传动式摆动转向装置；4b1、转向把手；4b2、万向节；4b3、转轴；4b4、齿轮；4b5、齿条；4b6、直线输出构件；4b7、脱摆构件；4b8、拉杆；4b9、转换机构；4bA、转向拉杆。

具体实施方式

为进一步了解本发明的内容，结合附图对本发明作详细描述。

如图1所示，本发明的一种四轮动平衡车，包括车的不含车轮部分和车的含车轮部分，车的不含车轮部分能够相对于车的含车轮部分沿车行进的垂直方向摆动，即横向摆动，并且这种摆动不会产生车轮相对于地面的摆动或倾斜，即这种摆动不向车轮传递；车的转向操作在车的不含车轮部分，车的转向运动能够传递到车的含车轮部分的转向轮上实现转向；其中：

车的转向操作与车的不含车轮部分相对于车的含车轮部分的摆动互不影响，车的不含车轮部分相对于车的含车轮部分的摆动是失稳式的摆动，且摆动轴线相对于车的含车轮部分是固定的或随摆动动作在一定范围内平行移动的，即在没有驾车人操控或其它平衡控制系统控制的情况下，车的不含车轮部分处于非边界的任一位置时，都是失稳的，都是要回到边界位置才可以获得稳定状态的，失稳式的摆动是建立车动平衡的必要条件。实现车的不含车轮部分的动态平衡是本发明的关键，即车的不含车轮部分在行驶的过程中不借助任何外力就可以平稳地、动平衡地立于车的含车轮部分之上，感受动态平衡的状态、然后调整并维持这种动态平衡状态的主体是驾车人或电子平衡控制系统；也正是有了这种动态平衡，才可能使整车处于最佳的安全行驶状态；车的转向操作在车的不含车轮部分，转向运动需要传递到车的含车轮部分的转向轮上实现转向，在这一过程中，车的转向操作不影响车的不含车轮部分相对于车的含车轮部分的摆动，反之，摆动不影响车的转向操作，转向与摆动不相互影响是前轮为非一体式转向的四轮动平衡车实现动态平衡的又一必要条件。

具体地，车的不含车轮部分为车身1，车的含车轮部分为车底盘3，车身1与车底盘3之间的连接装置为摆动装置2，实现车的转向操作的装置为转摆装置4，车身1通过摆动装置2相对于车底盘3在沿车行进的垂直方向摆动设置，车底盘3具有两前轮和两后轮，且两前轮为转向轮，整车四轮触地，转摆装置4是一种使车身1的摆动与车的转向运动相互不影响的转向装置，车的转向操作由车身1上发出，通过转摆装置4从车身1传递到车底盘3的转向轮实现转向，在这个过程中车身1的摆动不影响车的转向，车的转向操控也不影响车身1的摆动；车身1在行驶的过程中不借助任何外力动态平衡地立于车底盘3之上，感受动态平衡状态、然后调整并维持这种动态平衡状态的主体是驾车人或电子平衡控制系统，驾车人在驾车过程中利用人体自身的平衡感知和操控动作使车身1在车底盘3上处于动态平衡状态，或者使用电子平衡控制系统使车身1在车底盘3上处于动态平衡状态。这里，我们强调车的转向操作与车身的摆动两种运动不相互影响是一种最佳的状态，但不排除两者之间存在微小干扰并且这种微小干扰不影响动平衡实现的这种情况，当驾车人或电子平衡控制系统可以弥补这种微小干扰带来的影响，能使车平稳的在动态平衡的作用下安全行驶时，这种微小干扰就是可以接受的。

本发明解决的第一个核心问题是：一个可以自由摆动而失稳的车身1能否在一个可以转向的车底盘3上，在不借助其它任何外力的情况下，实现动平衡？本发明通过实践证明四轮车的动平衡是可以建立的，而操控体验上，四轮车的动平衡区别于二轮车；本发明认为正三轮与二轮车的动平衡操控最为接近，其次是倒三轮，最后是四轮车。

本发明解决的第二个核心问题是：为什么要在稳定的车底盘3上实现车身1动态平衡？或者为什么说“正是有了这种动态平衡，才可能使整车处于最佳的安全行驶状态”？目前的小型四轮车都在想办法防侧翻，以提高行驶安全性，一个公认的做法是在转弯时使车身向弯内倾斜，但本发明认为这都没达到最佳效果，目前最佳的是二轮车，它在过弯时基本不存在侧翻(侧滑的可能性大)，因为它是动态平衡控制，包括早几年就有的利用陀螺仪控制的不会倒的二轮车，它在高速过弯和受到突然碰撞都能有很好的稳定性，也是因为有动态平衡控制；人在动态平衡控制状态下，是几乎完全潜意识的条件反射，这种是最准确最及时的控制，从开始过弯到整个过弯结束，车身倾斜角度、车速、转弯半径控制都能够达到最佳配合状态，并适时调控，而不在动态平衡下的过弯倾斜车身是一种显意识为主的支配行为，具有明显的滞后与不准确性，因此仍然存在隐患，也不会获得最佳的操控体验。所以在稳定的四轮车底盘上再实现动态平衡控制，意义重大。本发明的一种四轮动平衡车，区别于专利《一种人机联合平衡车》(专利号为201922148722.2)的是，通过使其转向操作与车身摆动相独立，即车的转向操作与车身1相对于车底盘3的摆动互不影响，真正实现了车身1相对于车底盘3的失稳式摆动，从而车身1在行驶的过程中可以不借助任何外力动态平衡地立于车底盘3之上，利用驾车人或电子平衡控制系统来感受动态平衡状态、然后调整并维持这种动态平衡状态；动平衡车在行驶过程中所受的合力始终自动的通过摆动的轴线，提高了四轮车的行驶安全性和操作灵活性，为驾车人提供了最佳的操控体验，从而使四轮动平衡车更具实用价值。

以上两个问题的提出和解决，是本发明在原理上、方法上的突破，是本发明的核心，也是本发明相对于现有车身可以倾斜、摆动的各种技术的根本区别所在。至于具体装置和结构则是为了实现动态平衡需要而采用的技术手段；并且，由此引发的具体结构都是简单易行的。

本发明的一种四轮动平衡车，车身1的摆动或倾斜不会向车底盘3上的车轮传递，即车身1的摆动或倾斜不会导致车轮相对于地面的摆动或倾斜，与中国专利申请号201610157690.0公开的《一种三轮以上摩托车用强制控制车架和车轮自动平衡机构》的专利申请案相比，本发明中的整个车底盘3都是不摆动的，车底盘3始终通过四个车轮稳定触地，四个车轮始终以正面与地面接触，不会因为大角度的倾斜改变轮胎与地面的接触面而减小了“抓地”能力，使整车获得更加稳定的行驶能力。

上述“失稳式的摆动”是指这种摆动的特征，不能说它不可以增加辅助装置，比如停车时，为了使车身1直立，可以在它直立时增加锁定结构；再如适当增加阻尼使摆动不至于过度灵活，增加操控稳定性等等。如果当阻尼增加到空车时车身可以停在非边界的任一位置，但载人时会失稳，这也属于上述“失稳式的摆动”的范畴。如果阻尼增加到驾车人不需要通过自己的平衡感觉去操控车，这就不属于失稳式的摆动；使“失稳式的摆动”得到动平衡的稳定控制，除了驾车人之外，我们还可以运用现有技术当中的陀螺仪系统来实现。所以，不能以增加了辅助装置来否认这种“失稳式的摆动”的特征，对它进行不合理限定；判定是否是“失稳式的摆动”的方法是：车身的平衡是否需要通过动平衡的控制来实现，即通过驾车人用类似二轮车的平衡操控或其它平衡控制系统(如陀螺仪平衡控制系统)控制来实现，注意这里的“其它平衡控制系统”一定是可以实现动平衡控制的，而不是普通的辅助控制。

车身1摆动的方向是车行进的垂直方向，即横向，摆动的实质是绕某个轴线在某个角度范围内来回转动，但这个过程中，这个转动轴线并不一定是固定的，这与摆动装置的具体结构有关。转摆装置4是本发明中必须的关键部件，因为车是必须要能够转向的，如果采用现有的转向系统势必会造成转向与摆动的冲突，发现这个矛盾也是本发明的一个关键点，如果使用现有的转向系统，则尽管有摆动装置2，但车身1相对于车底盘3还是不能摆动的。本发明与中国专利号ZL201480067213.4公开的《具有倾斜框架的车辆》之间的本质区别也在于转摆装置4上，上述专利申请案的倾斜框架摆动会影响转向，车的转向势必也会影响倾斜框架的倾斜，从而使得倾斜框架无法实现真正的动态平衡；而在本发明中，车的转向操作不影响车身1相对于车底盘3的摆动，反之，车身1的摆动也不影响车的转向操作，转向与摆动不相互影响，使车身1在车底盘3上能够实现动态平衡，并且能够自由转向。

下面结合实施例对本发明作进一步的描述。

[实施例1]

结合图1所示，本实施例的一种四轮动平衡车，包括车身1和车底盘3，车身1能够相对于车底盘3沿车行进的垂直方向摆动，并且这种摆动不会产生车轮相对于地面的摆动或倾斜；车的转向操作在车身1上，车的转向运动能够传递到车底盘3的转向轮上实现转向。车的转向操作与车身1相对于车底盘3的摆动互不影响，车身1相对于车底盘3的摆动是失稳式的摆动，且摆动轴线相对于车底盘3是固定的或随摆动动作在一定范围内平行移动的；车身1与车底盘3之间的连接装置为摆动装置2，实现车的转向操作的装置为转摆装置4，车身1通过摆动装置2相对于车底盘3在沿车行进的垂直方向摆动设置，车底盘3具有两前轮和两后轮，且两前轮为转向轮，转摆装置4是一种使车身1的摆动与车的转向运动相互不影响的转向装置，车的转向操作由车身1上发出，通过转摆装置4从车身1传递到车底盘3的转向轮实现转向，在这个过程中车身1的摆动不影响车的转向，车的转向操控也不影响车身1的摆动；车身1在行驶的过程中不借助任何外力动态平衡地立于车底盘3之上，感受动态平衡状态、然后调整并维持这种动态平衡状态的主体是驾车人或电子平衡控制系统，驾车人在驾车过程中利用人体自身的平衡感知和操控动作使车身1在车底盘3上处于动态平衡状态，或者使用电子平衡控制系统使车身1在车底盘3上处于动态平衡状态。通过上述设计，车底盘3能够稳定支撑于地面，在行驶过程中，驾车人利用人体自身的平衡感知和操控动作或使用电子平衡控制系统，使车身1在车底盘3上处于动态平衡状态，同时转摆装置4能够自由控制车底盘3上的转向轮转向，在车辆过弯时，车身1能够自适应地向弯内侧自然倾斜摆动，且摆动幅度能够随着转弯半径、车辆速度进行动态调整，提高了四轮车的操作灵活性和行驶安全性。

车身1相对于车底盘3的摆动通过摆动装置2实现，摆动装置2的具体结构形式有很多，只要能够使车身1相对于车底盘3在一定角度范围内自由转动倾斜即可。如图2和图3示出了一种轴承式摆动装置2a，该轴承式摆动装置2a包括轴承2a1、轴承座2a2和转轴2a3，车身1的底部与转轴2a3连接成一体，转轴2a3的两端安装轴承2a1，轴承2a1安装于轴承座2a2内，轴承座2a2固定在车底盘3上，车身1以转轴2a3为旋转中心摆动。此时，车身1相对于车底盘3的摆动轴线相对于车底盘3是固定的，即为转轴2a3的轴线。图4和图5示出了另一种摆动装置2，即铰链式摆动装置2b，该铰链式摆动装置2b包括铰链上构件2b1、铰链下构件2b2、销2b3和紧固件2b4，车身1的底部与铰链上构件2b1连接成一体，铰链下构件2b2固定在车底盘3上，销2b3穿过铰链上构件2b1和铰链下构件2b2，并由紧固件2b4进行轴向固定，使铰链上构件2b1能够相对于铰链下构件2b2绕销2b3的轴线转动，即车身1以销2b3为旋转中心摆动。此时，车身1相对于车底盘3的摆动轴线相对于车底盘3是固定的，即为销2b3的轴线。需要说明的是，实现车身1相对于车底盘3摆动的装置对于现有机械技术而言，方案非常多，其中较为简单常见的一个大类是使用转动副结构，这里仅列举了转动副中两种类型的摆动装置的具体结构，不论是轴承式摆动装置2a还是铰链式摆动装置2b，其结构本身没有什么特别，特别的是把它们应用到这里来实现车身1相对于车底盘3的自由摆动。此外，摆动装置2还可以包括阻尼机构，阻尼机构用来给摆动增加阻尼以增加动平衡操控的稳定性，且阻尼机构增加阻尼的程度以不失去车身动态平衡的操控为限。阻尼机构可采用阻尼弹簧、阻尼块等形式，其中图3中给出了一种阻尼块形式的阻尼机构，如图3所示，阻尼块2a4被上下抱箍抱在转轴2a3上，并由紧固件进行抱紧调节，抱箍固定在车底盘3上，从而使车身1的摆动获得一定阻尼。

上述转摆装置4是实现车身1的摆动与车的转向运动相互不影响的关键机构。如图13所示，本实施例中的转摆装置4为一种柔性传动式摆动转向装置4a，该柔性传动式摆动转向装置4a的一端安装于车身1上，另一端安装于车底盘3上，并与车底盘3上的转向轮传动连接，柔性传动式摆动转向装置4a在车身1与车底盘3之间具有能够随车身1摆动而自由弯曲的柔性传动机构。正是有了柔性传动机构，在车身1倾斜摆动时，不会导致转向轮转动，反之转向轮的转动动作也不会对车身1的动平衡状态造成干扰。具体在本实施例中，上述的柔性传动机构为一种钢丝套管线传动机构，即，该柔性传动式摆动转向装置4a包括转向把手4a1、钢丝线牵引装置4a2、钢丝线4a3、套管4a4、始端套管固定装置4a5、终端套管固定装置4a6、被动牵引装置4a7、转向转轴4a8、转向力臂4a9和转向拉杆4aA，转向把手4a1安装在车身1上，能够在车身1上左右转动，钢丝线牵引装置4a2固定在转向把手4a1的轴上，钢丝线4a3的始端固定在钢丝线牵引装置4a2上，终端固定在被动牵引装置4a7上，被动牵引装置4a7固定在转向转轴4a8上，转向转轴4a8安装于车底盘3上，套管4a4套在钢丝线4a3外侧，且套管4a4的一端被始端套管固定装置4a5固定在车身1上，另一端被终端套管固定装置4a6固定在车底盘3上，转向力臂4a9的内端固定在转向转轴4a8上，转向拉杆4aA与转向力臂4a9的外端铰接。当转向把手4a1转向时，带动钢丝线牵引装置4a2转动，进而对钢丝线4a3产生牵引作用，钢丝线4a3带动被动牵引装置4a7转动使得转向转轴4a8转动，转向转轴4a8通过转向力臂4a9带动转向拉杆4aA对转向轮产生推拉运动，实现转向轮的方向控制；钢丝线4a3和套管4a4成对且对称布置，当转向把手4a1左转向时，带动一侧钢丝线4a3被牵引同时另一侧钢丝线4a3被释放，当转向把手4a1右转向时，之前被牵引的一侧钢丝线4a3被释放，之前被释放的一侧钢丝线4a3被牵引。因此转向把手4a1相对于车身1的转向运动转变成了钢丝线4a3相对于套管4a4的相对滑动，在钢丝线4a3的传递牵引下，被动牵引装置4a7转动使得转向转轴4a8转动，进而使得转向力臂4a9相地于车底盘3发生转动。由于套管4a4及其中的钢丝线4a3是柔性的，在车身1相对于车底盘3作摆动时，套管4a4及其中的钢丝线4a3随之作柔性的变动，但这种变动不会使钢丝线4a3和套管4a4伸长或缩短，不会引起钢丝线4a3相对于套管4a4作相对滑动，这就实现了摆动与转向的分离。需要说明的是，上述的钢丝套管线传动机构与自行车的刹车线或变速线是同一种传动结构，当自行车的龙头转动时，并不会对刹车或是变速带来影响，和这里的效果是一样的。借鉴了这种柔性结构，并将它应用到这里，具有创新价值，并且结构设计简单紧凑，转动控制准确灵活。

在本实施例中，图18和图19给出了一种一体式结构的车底盘结构，其是一个由各个零部件连接组成的连续的整体，它只需通过其四个车轮即可稳定的立在地面上，而不需要其它任何装置的辅助，即一体式车底盘3a。该一体式车底盘3a包括前轮3a1、前桥3a2、转向横拉杆3a3、前减震缓冲装置3a4、底盘架3a5、后减震缓冲装置3a6、后桥3a7和后轮3a8，前轮3a1安装于前桥3a2两侧，转向横拉杆3a3连接两只前轮3a1的转向节，前桥3a2与底盘架3a5之间安装了前减震缓冲装置3a4，底盘架3a5与后桥3a7之间安装了后减震缓冲装置3a6，后轮3a8安装于后桥3a7两侧，底盘架3a5是连续的钢性整体结构，车身1通过摆动装置2安装在底盘架3a5上。

图20给出了另一种分体式车底盘结构，即分体式车底盘3b，该分体式车底盘3b分为底盘前半部分和底盘后半部分，底盘前半部分通过摆动装置2与车身1连接，底盘后半部分通过摆动装置2与车身1连接。具体地，车底盘3包括前轮3b1、前桥3b2、转向横拉杆3b3、前减震缓冲装置3b4、底盘前架3b5-1、底盘后架3b5-2、后减震缓冲装置3b6、后桥3b7和后轮3b8，前轮3b1安装于前桥3b2两侧，转向横拉杆3b3连接两只前轮3b1的转向节，前桥3b2与底盘前架3b5-1之间安装了前减震缓冲装置3b4，底盘后架3b5-2与后桥3b7之间安装了后减震缓冲装置3b6，后轮3b8安装于后桥3b7两侧，底盘前架3b5-1通过摆动装置2与车身1连接，底盘后架3b5-2通过摆动装置2与车身1连接。这里需要注意，减震缓冲装置并不是必须的，在低速行驶的动平衡车中就可以不采用；当车底盘不设置减震缓冲装置时，可以在车身1上设置一定的减震和缓冲结构，如增加座椅坐垫的厚度和柔软度等。

应当理解，车底盘3与车轮的连接有多种悬挂连接方式，前后桥的形式、转向拉杆的形式也可以是多种，相应地与减震缓冲装置的组合也有多种，这些都可以借鉴现有汽车的底盘悬挂系统，此处只是列举了其中的一种情况进行说明，着重说明的是车底盘3是一体的和分体的两类形式，其他结构形式不再赘述。

另外，车底盘3还包括动力装置309，动力装置309为轮毂电机系统或动力+差速器系统。动力装置309的形式可以是多种。动力源形式有电动或内燃机，动力装置309的布置方式可以前驱或后驱。当采用电动形式的动力源时，其动力传递的方式有轮毂电机或电机+差速器；当采用内燃机为动力源时，其动力传递方式为内燃机+差速器。对于使用轮毂电机的方式，可以是单驱、双驱、四驱；对使用差速器的方式，可以是两驱或四驱。对于电池或油箱，通常是设置在车身1中，它们连接到车底盘3中的动力源时，可以采用软线或柔性软管等。

本实施例的一种四轮动平衡车，可以采用电子平衡控制系统使车身1在车底盘3上处于动态平衡状态，例如使用现有技术中的陀螺仪电子平衡系统来辅助车身1的动态平衡或者完全由陀螺仪电子平衡系统来完成车身1的动态平衡。目前陀螺仪电子平衡系统已经普遍应用在平衡车上，它可以使独轮车、两轮车(包括前后两轮车都已成功应用)在静态和行驶状态都能保持车身的平稳直立，同样可以将陀螺仪电子平衡系统应用在本四轮动平衡车上来实现车身1的动平衡控制。由此我们也可以看出，陀螺仪电子平衡系统的控制原理与人的平衡操控不同，陀螺仪电子平衡系统可以使车在静止时仍可以使车身保持直立状态，而人的平衡操控需要借助转向以获得离心力来进行调整。使用电子平衡系统的四轮动平衡车与现有的独轮、两轮平衡车的区别在于：四轮动平衡车具有更高的速度和安全性。这是因为：①四轮动平衡车的重心高与车的占地面积比更小，四轮比两轮具有更强“抓地力”，这些都使得车具有更好的静态和动态安全性；②即使车身平衡遭到破坏，车也不会立即翻倒，它存在一个中间缓冲区，本文称这种缓冲区为容错区(四个车轮连线构成的矩形区域)，整车的合力因失衡而离开摆动轴线后需要首先经过这个容错区，只有合力越过容错区车才会发生倾倒；③如果将人的操控与电子平衡系统进行结合，不但可以使控制系统得到简化，提高整车的性价比，而且在电子平衡系统出现故障的情况下，可以迅速由人的操控接管，从而进一步提高了车的行驶稳定性与安全性。

除了以上阐述之外，没有提到的刹车系统及车的其它部件，并不代表本发明一种四轮动平衡车没有这些部件，只是它们不是本发明的创新内容。刹车系统可以借用现在电动车或摩托车的系统，由于刹车的传递系统是柔性的，所以它不会影响车身相对于车底盘的摆动；类似的其它相关部件也都可以很容易做到不影响车身相对于车底盘的摆动，在此不一一赘述。

通常情况下，四轮车的车厢是封闭式的，以达到遮风挡雨、防晒御寒、保护乘驾人员的目的。当然车厢也可以是半封式或敞蓬式等。

[实施例2]

本实施例的一种四轮动平衡车，其基本结构和工作原理同实施例1，不同之处在于：

在本实施例中，摆动装置2采用滚动式摆动装置，该滚动式摆动装置包括摆动上部构件和摆动下部构件，摆动上部构件与车身1连接，摆动下部构件与车底盘3连接，摆动上部构件滚动放置于摆动下部构件上，且摆动上部构件和摆动下部构件之间具有防滑结构或相互啮合的齿形结构，摆动上部构件能够在摆动下部构件上左右来回滚动，形成车身1相对于车底盘3的左右摆动。此时，车身1相对于车底盘3的摆动轴线相对于车底盘3是不固定的，摆动轴线随着车身1的摆动在一定范围内平行移动。摆动上部构件和摆动下部构件之间的防滑结构或齿形结构能够减少或防止摆动过程中的侧向滑移。

进一步地，滚动式摆动装置的摆动上部构件和摆动下部构件优选为软接触，软接触的一方是柔性件、另一方是刚性件，或者软接触的两方都是柔性件。摆动上部构件和摆动下部构件之间的柔性接触件采用可形变的柔性材料制成或者制成可充气结构。如接触件可以采用橡胶制品，接触件可以为实心结构、也可以为蜂窝结构或空心充气结构等。采用软接触设计，在车身重力的作用下接触面发生形变，形成面接触，从而增加了车身摆动的稳定性。

如图6和图7所示，具体在本实施例中，上述的摆动装置2为滚动式软垫摆动装置2c，其摆动上部构件包括软垫固定件2c1和软垫2c2，软垫2c2与软垫固定件2c1连接，软垫固定件2c1与车身1的下端连接；其摆动下部构件包括承托构件2c3，承托构件2c3与车底盘3连接，软垫2c2放置在承托构件2c3上并能够在承托构件2c3上左右滚动，因而实现了车身1相对于车底盘3的左右摆动，同时软垫2c2受力变形，使其与承托构件2c3之间成面接触，从而使车身的这种摆动具有更好的稳定性。上述的防滑结构在软垫2c2和承托构件2c3上的具体表现为花纹或粗糙的毛面，目的是产生较大的摩擦力，以减小或消除滚动过程中接触面间的滑移。摆动上部构件与摆动下部构件之间还设有用于对软垫2c2的轴向和侧向进行限位的摆动连接机构2c4。如图7至图9所示，该摆动连接机构2c4包括上孔板2c41、下孔板2c42、活动销2c43和轴向固定件2c44，上孔板2c41与摆动上部构件或车身1连接，上孔板2c41的垂直方向具有腰形孔，且该腰形孔中心线重合于摆动上部构件的中心线，下孔板2c42与摆动下部构件或车底盘3连接，下孔板2c42的垂直方向具有腰形孔；当车身1相对车底盘3处于直立状态时(如图8所示)，上孔板2c41与下孔板2c42的对应腰形孔的中心线重合，当车身1相对车底盘3摆动时(如图9所示)，上孔板2c41的腰形孔中心线和下孔板2c42的腰形孔中心线形成不断变化的交点，活动销2c43安装在此交点处，且活动销2c43的位置随交点的变化而变化，轴向固定件2c44用来实现活动销2c43的轴向固定。摆动连接机构2c4的作用是：①使摆动上部构件与摆动下部构件形成纵向(车的前后方向)连接，实现纵向上力的传递，②使摆动上部构件与摆动下部构件形成上下连接，但上下连接不是紧密的、不是固定死的，而是允许它们有一定位移量的，从而满足软接触的形变要求及摆动过程中的位移要求，③防止摆动上部构件相对于摆动下部构件在滚动时发生横向滑移。

[实施例3]

本实施例的一种四轮动平衡车，其基本结构和工作原理同实施例1，不同之处在于：

在本实施例中，摆动装置2采用滚动式摆动装置，该滚动式摆动装置包括摆动上部构件和摆动下部构件，摆动上部构件与车身1连接，摆动下部构件与车底盘3连接，摆动上部构件滚动放置于摆动下部构件上，且摆动上部构件和摆动下部构件之间具有防滑结构或相互啮合的齿形结构，摆动上部构件能够在摆动下部构件上左右来回滚动，形成车身1相对于车底盘3的左右摆动。此时，车身1相对于车底盘3的摆动轴线相对于车底盘3是不固定的，摆动轴线随着车身1的摆动在一定范围内平行移动。摆动上部构件和摆动下部构件之间的防滑结构或齿形结构能够减少或防止摆动过程中的侧向滑移。

如图10至图12所示，具体在本实施例中，上述的摆动装置2为滚动式齿形摆动装置2d，其摆动上部构件包括滚轮固定件2d1和滚轮接触件2d2，滚轮接触件2d2通过滚轮固定件2d1与车身1固定连接；其摆动下部构件包括承托件2d4和限位件2d3，承托件2d4与车底盘3连接，限位件2d3安装于车底盘3或承托件2d4上，限位件2d3用于防止滚轮接触件2d2脱离承托件2d4，滚轮固定件2d1与限位件2d3或承托件2d4之间具有轴向限位结构，用以传递车的纵向上的力。滚轮接触件2d2为轮形结构，中心有固定轴，滚轮接触件2d2不能绕固定轴转动，滚轮接触件2d2在承托件2d4上滚动，限位件2d3对滚动接触件限位，滚轮接触件2d2的固定轴用来连接滚轮固定件2d1并传递力。具体地，滚轮固定件2d1的截面形状为倒“U”形，其与滚轮接触件2d2的固定轴连接的两个支臂向下延伸，将承托件2d4夹于两个支臂之间，这样，利用滚轮固定件2d1与承托件2d4的配合能够传递车前后方向的作用力。滚轮接触件2d2与承托件2d4之间优选采用齿形啮合结构配合，啮合是一个方向或多个方向的，这样可以防止滚动过程中产生滑移，并可以在滚动的同时实现力的传递。在本实施例中，摆动上部构件和摆动下部构件之间可以为刚性接触，也可以为软接触，优选将滚轮接触件2d2设计为柔性件，对于柔性接触而言，由于形变，上述的齿形啮合结构做不到严格的精确啮合，啮合的齿大多数情况也都不是标准齿；在柔性接触的情况下，只要是符合凹凸对应的交错结构，都是可以的，例如方形的齿啮合方形的坑，圆形的齿啮合圆形的坑等等，它们在前后左右方向都是可以止滑和进行力的传递的。

[实施例4]

本实施例的一种四轮动平衡车，其基本结构和工作原理同实施例1或实施例2或实施例3，不同之处在于：

如图14至图16所示，本实施例中的转摆装置4为一种刚性传动式摆动转向装置4b，该刚性传动式摆动转向装置4b包括转向操作部分和转向执行部分，转向操作部分安装于车身1上，转向执行部分安装于车底盘3上，并与车底盘3上的转向轮传动连接，转向操作部分与转向执行部分通过刚性传动机构传动连接，刚性传动机构包括安装于车身1底部的直线输出构件4b6和用于将转向操作部分的转向操作转换为直线输出构件4b6前后运动转向转换机构，直线输出构件4b6的前后运动直线轨迹线z2与车身1相对于车底盘3的摆动轴线z1相重合或相平行。利用转向转换机构将转向操作部分的转向动作转换为直线输出构件4b6的直线运动，利用直线输出构件4b6直线运动驱动转向执行部分进行转向，由于直线输出构件4b6的前后运动直线轨迹线z2与车身1相对于车底盘3的摆动轴线z1相重合或相平行，仅需使用简单的结构实现直线输出构件4b6与转向执行部分传动连接即可实现车的转向与车身1摆动不干扰。并且，采用刚性传动式摆动转向装置，转向传动更加直接，转向操作灵活准确。

具体地，当直线输出构件4b6的前后运动直线轨迹线z2与车身1相对于车底盘3的摆动轴线z1相重合，直线输出构件4b6通过脱摆构件4b7与转向执行部分传动连接，直线输出构件4b6与脱摆构件4b7之间采用能够相对旋转的轴孔配合结构连接，且在轴孔配合结构处还设有用于实现直线输出构件4b6与脱摆构件4b7轴向传动连接的轴向限位结构。例如，直线输出构件4b6上是轴结构时，脱摆构件4b7上则是孔结构，轴在孔的两侧有轴向限位，形成轴向的连接与力的传递，则直线运动可以从直线输出构件4b6递给脱摆构件4b7，但不会将直线输出构件4b6绕z2的转动传递给脱摆构件4b7。

当直线输出构件4b6的前后运动直线轨迹线z2与车身1相对于车底盘3的摆动轴线z1相平行，且直线轨迹线z2与摆动轴线z1之间的距离为r，则直线输出构件4b6绕摆动轴线z1以r为半径摆动，直线输出构件4b6通过脱摆构件4b7与转向执行部分传动连接，直线输出构件4b6与脱摆构件4b7之间采用相对活动配合的滑槽结构连接(如图17所示)，该滑槽结构的滑动轨迹线所在的面与摆动轴线z1相垂直，且在滑槽结构处还设有用于实现直线输出构件4b6与脱摆构件4b7轴向传动连接的轴向限位结构。这样，在车身1摆动过程中，直线输出构件4b6绕摆动轴线z1以r为半径摆动，直线输出构件4b6相对于脱摆构件4b7在滑槽内滑动，不会带动脱摆构件4b7摆动，并在轴向限位结构作用下，直线输出构件4b6前后直线运动能够带动脱摆构件4b7前后运动。这里，脱摆构件4b7上的滑槽为一个弧形的腰孔，弧形腰孔中心线的半径为r，直线输出构件4b6与滑槽配合的位置可设计为回转体，这样直线输出构件4b6在滑槽内边滑动边自转(绕z2)，这种滑动与自转不会对脱摆构件4b7产生影响，另一方面，直线输出构件4b6又可以通过滑槽将摆动轴线z1方向上的直线移动传递给脱摆构件4b7，实现车辆的转向控制。

另外，转向转换机构具有与转向操作部分传动连接的转动输入轴和与直线输出构件4b6相连接的直线运动输出轴，直线运动输出轴的输出中线z3与直线输出构件4b6的直线轨迹线z2相重合或相平行，能够将转向操作部分的转向动作转换为直线输出构件4b6的直线运动，进而控制转向执行部分进行转向。

具体在本实施例中，上述的转向操作部分包括转向把手4b1，转向把手4b1通过轴转动安装于车身1上，转向把手4b1的轴与转向转换机构的转动输入轴传动连接；当转向把手4b1的转轴轴线与转向转换机构的转动输入轴的轴线有一夹角时，转向把手4b1的转轴通过万向节4b2和转轴4b3与转向转换机构的转动输入轴连接，这样即可将转向把手4b1设置在车身1的合适位置处。上述的转向转换机构是将转向操作部分的旋转运动转换为直线运动的装置，这种将旋转运动转换为直线运动的机构在现有技术中有很多，本实施例中的转向转换机构采用齿轮齿条机构，其包括齿轮4b4和齿条4b5，齿轮4b4的轮轴为与转向操作部分传动连接的转动输入轴，与转向把手4b1的转轴传动连接，由转向把手4b1带动齿轮4b4旋转，齿条4b5前后滑动地安装于车身1的底部，并与齿轮4b4相互啮合，作为与直线输出构件4c6相连接的直线运动输出轴，转动输入轴与直线运动输出轴之间的夹角通过齿轮齿条的不同啮合齿形来调整。由于齿轮4b4不会360°转动，因此可将齿轮4b4设计为扇形齿轮，保证转向把手4b1的转向角范围内均有齿形与齿条4b5啮合即可。转向执行部分包括脱摆构件4b7、拉杆4b8、转换机构4b9和转向拉杆4bA，脱摆构件4b7通过拉杆4b8与转换机构4b9连接，转向拉杆4bA将转换机构4b9与转向轮的转向节连接起来。如图15和图16所示，其工作过程是：转向把手4b1的转向通过万向节4b2传递给转轴4b3，进而使齿轮4b4转动，齿轮4b4带动齿条4b5，形成齿条4b5的水平移动，进而带动直线输出构件4b6和脱摆构件4b7水平移动，这样就完成了将转向把手4b1的角位移转变成脱摆构件4b7的平移，由于齿条4b5、直线输出构件4b6的轴线与摆动轴线z1重合或平行，因此车身1的摆动不会对齿条4b5、直线输出构件4b6的平移产生影响，只会使齿条4b5、直线输出构件4b6绕摆动轴线z1转动，但由于脱摆构件4b7与直线输出构件4b6是铰接或图17所示的滑槽连接，脱摆构件4b7不会随直线输出构件4b6转动，只会随之平移，脱摆构件4b7的平移再带动拉杆4b8移动，进而使转换机构4b9转动，最终带动转向拉杆4bA推拉车轮的转向节实现转向；由此可以看出，车身的摆动运动只传递到直线输出构件4b6这里，使它转动，但这种转动被脱摆构件4b7隔离，不会继续向后传递，这样就实现了车身摆动与转向的分离，使它们互不干扰。

本发明的一种四轮动平衡车，解决了前轮为非一体式转向小型四轮车速度与稳定性(容易侧翻)的矛盾问题，以简单经济的技术手段使小型四轮车能够在更紧凑的尺寸下、在更高的速度下平稳行驶，提高了小型四轮车在高速行驶下的安全性，使人们获得一种更安全可靠、更方便灵活、更经济舒适的通勤工具。其通过使转向操作与车身摆动相独立，即车的转向操作与车身相对于车底盘的摆动互不影响，车身在行驶的过程中不借助任何外力动态平衡地立于车底盘之上，利用驾车人或电子平衡控制系统来感受并维持动态平衡状态，使动平衡车在行驶过程中所受的合力始终自动的通过摆动的轴线，提高了前轮为非一体式转向四轮车的行驶安全性和操作灵活性，为驾车人提供了最佳的操控体验，大大拓展了它的适用人群和场合。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。

以上示意性地对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性地设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。

Claims (16)

1.一种四轮动平衡车，包括车的不含车轮部分和车的含车轮部分，所述车的不含车轮部分能够相对于所述车的含车轮部分沿车行进的垂直方向摆动，并且这种摆动不会产生车轮相对于地面的摆动或倾斜；车的转向操作在车的不含车轮部分，车的转向运动能够传递到车的含车轮部分的转向轮上实现转向；其特征在于：

所述车的转向操作与车的不含车轮部分相对于车的含车轮部分的摆动互不影响，所述车的不含车轮部分相对于车的含车轮部分的摆动是失稳式的摆动，用以实现车的不含车轮部分在车的含车轮部分上的动态平衡，且摆动轴线相对于车的含车轮部分是固定的或随摆动动作在一定范围内平行移动的；具体地，

所述车的不含车轮部分为车身(1)，所述车的含车轮部分为车底盘(3)，所述车身(1)与车底盘(3)之间的连接装置为摆动装置(2)，实现车的转向操作的装置为转摆装置(4)，所述车身(1)通过摆动装置(2)相对于车底盘(3)在沿车行进的垂直方向摆动设置，所述车底盘(3)具有两前轮和两后轮，且两前轮为转向轮，所述转摆装置(4)是一种使车身(1)的摆动与车的转向运动相互不影响的转向装置，车的转向操作由车身(1)上发出，通过转摆装置(4)从车身(1)传递到车底盘(3)的转向轮实现转向，在这个过程中车身(1)的摆动不影响车的转向，车的转向操控也不影响车身(1)的摆动；

所述车身(1)在行驶的过程中不借助任何外力动态平衡地立于车底盘(3)之上，感受所述动态平衡状态、然后调整并维持这种动态平衡状态的主体是驾车人或电子平衡控制系统，驾车人在驾车过程中利用人体自身的平衡感知和操控动作使车身(1)在车底盘(3)上处于动态平衡状态，或者使用电子平衡控制系统使车身(1)在车底盘(3)上处于动态平衡状态。

2.根据权利要求1所述的一种四轮动平衡车，其特征在于：所述摆动装置(2)采用滚动式摆动装置，该滚动式摆动装置包括摆动上部构件和摆动下部构件，所述摆动上部构件与车身(1)连接，所述摆动下部构件与车底盘(3)连接，所述摆动上部构件滚动放置于摆动下部构件上，且摆动上部构件和摆动下部构件之间具有防滑结构或相互啮合的齿形结构，所述摆动上部构件能够在摆动下部构件上左右来回滚动，形成车身(1)相对于车底盘(3)的左右摆动。

3.根据权利要求2所述的一种四轮动平衡车，其特征在于：所述滚动式摆动装置的摆动上部构件和摆动下部构件为软接触，所述摆动上部构件和摆动下部构件之间的接触件采用可形变的柔性材料制成或者制成可充气结构。

4.根据权利要求3所述的一种四轮动平衡车，其特征在于：所述滚动式摆动装置的摆动上部构件包括软垫固定件(2c1)和软垫(2c2)，所述软垫(2c2)与软垫固定件(2c1)连接，所述软垫固定件(2c1)与车身(1)的下端连接；所述滚动式摆动装置的摆动下部构件包括承托构件(2c3)，所述承托构件(2c3)与车底盘(3)连接，所述软垫(2c2)放置在承托构件(2c3)上并能够在承托构件(2c3)上左右滚动；所述摆动上部构件与摆动下部构件之间还设有用于对软垫(2c2)的轴向和侧向进行限位的摆动连接机构(2c4)。

5.根据权利要求4所述的一种四轮动平衡车，其特征在于：所述摆动连接机构(2c4)包括上孔板(2c41)、下孔板(2c42)、活动销(2c43)和轴向固定件(2c44)，所述上孔板(2c41)与摆动上部构件或车身(1)连接，所述上孔板(2c41)的垂直方向具有腰形孔，且该腰形孔中心线重合于摆动上部构件的中心线，所述下孔板(2c42)与摆动下部构件或车底盘(3)连接，所述下孔板(2c42)的垂直方向具有腰形孔；当车身(1)相对车底盘(3)处于直立状态时，所述上孔板(2c41)与下孔板(2c42)的对应腰形孔的中心线重合，当车身(1)相对车底盘(3)摆动时，上孔板(2c41)的腰形孔中心线和下孔板(2c42)的腰形孔中心线形成不断变化的交点，所述活动销(2c43)安装在此交点处，且活动销(2c43)的位置随交点的变化而变化，所述轴向固定件(2c44)用来实现活动销(2c43)的轴向固定。

6.根据权利要求2或3所述的一种四轮动平衡车，其特征在于：所述滚动式摆动装置的摆动上部构件包括滚轮固定件(2d1)和滚轮接触件(2d2)，所述滚轮接触件(2d2)通过滚轮固定件(2d1)与车身(1)固定连接；所述滚动式摆动装置的摆动下部构件包括承托件(2d4)和限位件(2d3)，所述承托件(2d4)与车底盘(3)连接，所述限位件(2d3)安装于车底盘(3)或承托件(2d4)上，限位件(2d3)用于防止滚轮接触件(2d2)脱离承托件(2d4)，所述滚轮固定件(2d1)与限位件(2d3)或承托件(2d4)之间具有轴向限位结构，用以传递车的纵向上的力。

7.根据权利要求1所述的一种四轮动平衡车，其特征在于：所述转摆装置(4)为柔性传动式摆动转向装置，该柔性传动式摆动转向装置的一端安装于车身(1)上，另一端安装于车底盘(3)上，并与车底盘(3)上的转向轮传动连接，所述柔性传动式摆动转向装置在车身(1)与车底盘(3)之间具有能够随车身(1)摆动而自由弯曲的柔性传动机构。

8.根据权利要求7所述的一种四轮动平衡车，其特征在于：所述柔性传动式摆动转向装置包括转向把手(4a1)、钢丝线牵引装置(4a2)、钢丝线(4a3)、套管(4a4)、始端套管固定装置(4a5)、终端套管固定装置(4a6)、被动牵引装置(4a7)、转向转轴(4a8)、转向力臂(4a9)和转向拉杆(4aA)，所述转向把手(4a1)安装在车身(1)上，所述钢丝线牵引装置(4a2)固定在转向把手(4a1)的轴上，所述钢丝线(4a3)的始端固定在钢丝线牵引装置(4a2)上，终端固定在被动牵引装置(4a7)上，所述被动牵引装置(4a7)固定在转向转轴(4a8)上，所述转向转轴(4a8)安装于车底盘(3)上，所述套管(4a4)套在钢丝线(4a3)外侧，且套管(4a4)的一端被所述始端套管固定装置(4a5)固定在车身(1)上，另一端被所述终端套管固定装置(4a6)固定在车底盘(3)上，所述转向力臂(4a9)的内端固定在转向转轴(4a8)上，所述转向拉杆(4aA)与转向力臂(4a9)的外端铰接；

当转向把手(4a1)转向时，带动钢丝线牵引装置(4a2)转动，进而对钢丝线(4a3)产生牵引作用，带动被动牵引装置(4a7)转动使得转向转轴(4a8)转动，转向转轴(4a8)通过转向力臂(4a9)带动转向拉杆(4aA)对转向轮产生推拉运动；所述钢丝线(4a3)和套管(4a4)成对且对称布置，当转向把手(4a1)左转向时，带动一侧钢丝线(4a3)被牵引同时另一侧钢丝线(4a3)被释放，当转向把手(4a1)右转向时，之前被牵引的一侧钢丝线(4a3)被释放，之前被释放的一侧钢丝线(4a3)被牵引。

9.根据权利要求1所述的一种四轮动平衡车，其特征在于：所述转摆装置(4)为刚性传动式摆动转向装置，该刚性传动式摆动转向装置包括转向操作部分和转向执行部分，所述转向操作部分安装于车身(1)上，所述转向执行部分安装于车底盘(3)上，并与车底盘(3)上的转向轮传动连接，所述转向操作部分与转向执行部分通过刚性传动机构传动连接，所述刚性传动机构包括安装于车身(1)底部的直线输出构件(4b6)和用于将转向操作部分的转向操作转换为直线输出构件(4b6)前后运动转向转换机构，所述直线输出构件(4b6)的前后运动直线轨迹线(z2)与车身(1)相对于车底盘(3)的摆动轴线(z1)相重合或相平行。

10.根据权利要求9所述的一种四轮动平衡车，其特征在于：所述直线输出构件(4b6)的前后运动直线轨迹线(z2)与车身(1)相对于车底盘(3)的摆动轴线(z1)相重合，所述直线输出构件(4b6)通过脱摆构件(4b7)与转向执行部分传动连接，所述直线输出构件(4b6)与脱摆构件(4b7)之间采用能够相对旋转的轴孔配合结构连接，且在轴孔配合结构处还设有用于实现直线输出构件(4b6)与脱摆构件(4b7)轴向传动连接的轴向限位结构。

11.根据权利要求9所述的一种四轮动平衡车，其特征在于：所述直线输出构件(4b6)的前后运动直线轨迹线(z2)与车身(1)相对于车底盘(3)的摆动轴线(z1)相平行，所述直线输出构件(4b6)通过脱摆构件(4b7)与转向执行部分传动连接，所述直线输出构件(4b6)与脱摆构件(4b7)之间采用相对活动配合的滑槽结构连接，该滑槽结构的滑动轨迹线所在的面与摆动轴线(z1)相垂直，且在滑槽结构处还设有用于实现直线输出构件(4b6)与脱摆构件(4b7)轴向传动连接的轴向限位结构。

12.根据权利要求1所述的一种四轮动平衡车，其特征在于：所述车底盘(3)为一体式结构，包括前轮(3a1)、前桥(3a2)、转向横拉杆(3a3)、前减震缓冲装置(3a4)、底盘架(3a5)、后减震缓冲装置(3a6)、后桥(3a7)和后轮(3a8)，所述前轮(3a1)安装于前桥(3a2)两侧，所述转向横拉杆(3a3)连接两只前轮(3a1)的转向节，所述前桥(3a2)与底盘架(3a5)之间安装了前减震缓冲装置(3a4)，所述底盘架(3a5)与后桥(3a7)之间安装了后减震缓冲装置(3a6)，所述后轮(3a8)安装于后桥(3a7)两侧，所述底盘架(3a5)是连续的钢性整体结构，所述车身(1)通过摆动装置(2)安装在底盘架(3a5)上。

13.根据权利要求1所述的一种四轮动平衡车，其特征在于：所述车底盘(3)为分体式结构，分为底盘前半部分和底盘后半部分，所述底盘前半部分通过摆动装置(2)与车身(1)连接，所述底盘后半部分通过摆动装置(2)与车身(1)连接。

14.根据权利要求13所述的一种四轮动平衡车，其特征在于：所述车底盘(3)包括前轮(3b1)、前桥(3b2)、转向横拉杆(3b3)、前减震缓冲装置(3b4)、底盘前架(3b5-1)、底盘后架(3b5-2)、后减震缓冲装置(3b6)、后桥(3b7)和后轮(3b8)，所述前轮(3b1)安装于前桥(3b2)两侧，所述转向横拉杆(3b3)连接两只前轮(3b1)的转向节，所述前桥(3b2)与底盘前架(3b5-1)之间安装了所述前减震缓冲装置(3b4)，所述底盘后架(3b5-2)与后桥(3b7)之间安装了所述后减震缓冲装置(3b6)，所述后轮(3b8)安装于后桥(3b7)两侧，所述底盘前架(3b5-1)通过摆动装置(2)与车身(1)连接，所述底盘后架(3b5-2)通过摆动装置(2)与车身(1)连接。

15.根据权利要求1所述的一种四轮动平衡车，其特征在于：所述摆动装置(2)还包括阻尼机构，所述阻尼机构用来给摆动增加阻尼以增加动平衡操控的稳定性，且阻尼机构增加阻尼的程度以不失去车身动态平衡的操控为限。

16.根据权利要求1所述的一种四轮动平衡车，其特征在于：所述电子平衡控制系统是陀螺仪电子平衡控制系统。

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