CN1281454C - 驾乘装置 - Google Patents

Abstract

一种用于路面驾乘的驾乘装置，它包括一个可支撑驾乘者的踏板，与踏板相连的一个或多个后轮，一根具有纵轴线的转向柱，其与踏板相连并绕所述的纵轴线枢转，一个前滚轴，支撑两个侧向分开的前轮，该前滚轴可枢转地安装到转向柱上，这样前滚轴与转向柱一起绕所述纵轴线转动，并且自身还绕着所述纵轴线的法线转动。使用中当踏板倾斜时前、后轮可提供独立转向。一根转向柱与前轮相连可提供额外的转向控制。转向柱与踏板一起倾斜时不会因踏板自身转动提供转向效果。

Description

驾乘装置

技术领域

本发明涉及一种驾乘装置，例如单脚滑行车，在工作时有其局限性的两个小轮子纵列的两轮单脚滑行车。

背景技术

与自行车相似，两轮单脚滑行车的操纵性和稳定性主要由和转向轴有关的前轮的接触印迹(车轮与地面的接触面积)的尺寸，形状和运动决定。

车轮直径大于21英寸(约51厘米)的自行车在设计时应考虑主销前置(定位前轮轴位于纵向转向轴的前方)和拖距(车轮接地印迹与转向轴在地面投影点之间的距离)。成功的自行车设计应在主销前置和拖距之间取得平衡从而使自行车的转向既有低速时的机动性又具有高速时的稳定性。

与自行车不同的是，单脚滑行车的车轮非常小而且相对要硬。由于车轮尺寸小和相对差的牵引特性，使得具有和自行车相似的转向柱和叉布置的单脚滑行车在设计上进行折中，即优先考虑低速时的机动性和保持转向轴相对地面的垂直方位。

由于车轮很硬以及与地面相对小的接触面积，这种单脚滑行车关于转向响应和可获得的牵引力的反馈是有限的。车轮快速不均匀的磨损进一步导致了不良的操纵性和反馈。

由于单脚滑行车车轮尺寸小引起的设计局限要求其转向几何结构以牺牲高速时的稳定性为代价进行优化来获得低速时的机动性。此外，由于单脚滑行车的倾斜增加，在给定半径的转向时允许的控制范围急剧下降。其结果是，驾乘者很容易不恰当的使用过多的转向输入从而导致差的转向响应。在步行速度下这不是问题，此时只需踏住单脚滑行车即可重新获得平衡和控制。但是，当前进速度增加时小车轮的单脚滑行车在设计上的固有局限会导致严重的安全和性能问题。

滑板利用踏板的倾斜来同时控制前后滚轴的转向。正常的转向要求对滑板踏板的侧边施加向下的力，该力使得踏板倾斜并产生与倾斜幅度成比例的转向。为了保持前后的稳定性和掌握一些基本技术，例如：上滑板，下滑板，急冲，制动和转向，驾乘者需形成动平衡。急冲和制动要求驾乘者学会仅用一只脚平衡和转向。再例如转向要求驾乘者学会在开始转向之前朝着要转的内侧移动重心。随后的转向时的稳定性取决于驾乘者能否在各种转弯半径和速度下正确判断并保持最优的自身重心相对滑板的向量。高级的操纵例如滑行，跳跃和磨碾更加难以掌握。其结果是，学习驾乘滑板成为一项非常困难的挑战。

现有滑板滚轴设计的局限性要求在低速时的机动性(易于转弯)和高速时的稳定性之间折中。此外，传统的滑板滚轴使用弹簧或塑料或者橡胶垫圈来帮助滑板的踏板回到中性(不倾斜)位置。其结果是，当向侧边施加向下的力使踏板倾斜而转向时，一部分力会传递到内侧的车轮从而造成内外侧车轮分布力的不平衡。对滑板来说这种内外侧车轮力的不同是很难控制的并且限制了在转向时最终可得到的牵引力。

因此，希望一种驾乘装置，它能克服单脚滑行车和滑板的使用局限。

发明内容

本发明的一个目的是克服或基本改进上述缺陷，提供一种改进的驾乘装置。

本发明的另一个目标是提供一种具有改进的低速机动性的驾乘装置。

本发明的另一个目标是提供一种具有改进的高速稳定性的驾乘装置。

本发明的另一个目标是提供一种驾乘装置，它改进了对车轮与地面牵引力的控制。

本发明公开了一种用于路面驾乘的驾乘装置，它包括：

一个可支撑驾乘者的踏板；

与踏板相连的一个或多个后轮；

一根具有纵轴线的转向柱，其与踏板相连并绕前述纵轴线枢转，当踏板在使用中倾斜时转向柱仍相对踏板保持一个固定角度；

一个前滚轴，支撑两个侧向分开的前轮，该前滚轴可枢转地安装到转向柱上，这样前滚轴与转向柱一起绕前述纵轴线枢转，并且自身还绕着前述纵轴线的法线转动，从而在使用中当踏板和转向柱倾斜运动时两个前轮可保持与地面的接触，在使用中当踏板和转向柱倾斜时前滚轴与前轮没有转向效果，除非转向柱绕前述纵轴线转动。

这里进一步公开了一种用于路面驾乘的驾乘装置，它包括：

一个可支撑驾乘者的踏板；

与踏板相连的一个或多个后轮；

一根具有纵轴线的转向柱，与踏板相连并绕前述纵轴线枢转，当踏板在使用中倾斜时转向柱仍相对踏板保持一个固定角度；

一个前滚轴，支撑两个侧向分开的前轮，该滚轴可枢转地安装到转向柱上，这样前滚轴与转向柱一起绕前述纵轴线枢转，并且自身还绕着前述纵轴线的法线转动，从而在使用中当踏板和转向柱倾斜运动时两个前轮可保持与地面的接触，在使用中当踏板和转向柱倾斜时前滚轴不会受到由转向柱传递的绕前述法线轴的力矩，因此使用中促进了前轮具有平衡的力分布。

优选的是，该装置包括一对前述的后轮，它可枢转地与踏板连接，在使用中当踏板倾斜时可提供转向效果。

优选的是，后轮与一个后滚轴相连。

优选的是，后滚轴绕一根倾斜的轴线转动。

优选的是，该装置包括一根在后滚轴和踏板之间延伸的弹簧，它能将滚轴偏压至与踏板在一条直线上。

优选的是，该弹簧基本上是沿着踏板纵轴延伸的一根杆且相对踏板来说位于踏板的中间位置。

附图说明

下面参照附图举例描述本发明的一种优选形式，其中：

图1是本发明一种驾乘装置的立体视图；

图2是图1所示装置后部的局部横剖面正视图，它表示了后滚轴；

图3是驾乘装置转向柱和前轴底部的横剖面前视图；

图4，5，6是该装置在使用中的立体示意图；

图7是驾乘装置转向柱和前轴另一种底部的前正视图。

具体实施方式

本发明的一种驾乘装置，它克服了单脚滑行车和滑板的驾乘局限。在图1所示的实施例中，该装置包括一个踏板12，它与后滚轴16连接，并与一个用于使前滚轴15和后滚轴16转向的转向系统14连接。该转向系统包括一根转向柱18，从它伸长出一个转向手柄20。转向柱可以是可伸长的类型即可以从较短的长度拉伸为较长的长度。在图1所示的实施例中，转向柱18通过一个圆柱形件22为转动装配，该零件与从踏板12伸出的颈部24连接。转向柱18绕枢轴线31与前滚轴15铰接。踏板最接近颈部的部分被切掉形成了一个切面64。颈部24和踏板切面64的设计是为了避免当踏板倾斜且前轴转向时干涉前滚轴的转动。该方案可以使驾乘者独立转动前滚轴和后滚轴。

前滚轴15包括一个与转向柱18铰接的轴向件26。该轴向件26可以是多种形状，在该实施例中轴向件26从前主视图看为整体三角形。在实施例中，槽形件28从转向柱18与手柄相反的另一端伸出。该槽形件有两个腿部32其间形成了槽。轴向件26恰好通过槽形件28。销子30绕枢轴线31穿过槽形件腿部32和轴向件26，把轴向件，槽形件和转向柱18铰接起来。在实施例中，轴向件26可以很容易地相对槽形件转动，从而使得两个前轮的力在任何时候都相等，同时在踏板倾斜和后滚轴转向时转向系统14可独立自由转向。

如图3所示，槽形件的基座部分34的尺寸最好大于圆柱形件22的内径尺寸，用于防止转向柱18和槽形件28从圆柱形件22中退出。圆柱形盖子36与圆柱形件22配合且环绕着转向柱18，从而辅助保持转向柱相对于圆柱形件并防止转向柱向着轴向件的方向退出圆柱形件。转向柱18可与圆柱形件22配合就像自行车的前叉与车架的配合那样。例如，轴承73可结合在圆柱形件22与转向柱18之间环绕关系中。此外，为了保持转向柱18在圆柱形件22之内，转向柱18在圆柱形件22之内可具有更大的直径部分71，72。

在图1中示出的示例性实施例中，后滚轴16装到踏板12上，这样踏板12和转向柱18作为单个部件的倾斜使装在后滚轴16上的后轮40转动，从而使后轮转向。

在图2中示出的示例性实施例中，后滚轴16包括一个装在踏板底面44的底板42和一个与底板转动连接的后吊架46。后吊架支承后轴48，后轮40安装在后轴上。在实施例中，后吊架46通过螺栓50以及螺帽58与底板42相连。位于底板42和后吊架46之间的支承板52是夹层结构的。支承板52允许后吊架46相对底板42平滑转动。后吊架46沿着紧挨着支承板52的接触面与底板接触。该接触面以相对与踏板最好45度的角度倾斜。该角度可以使后吊架在踏板倾斜时沿着与倾斜方向相反的方向转动。该支承板也可以覆盖底板中容纳螺栓50的开口53。这进一步增强了后吊架相对底板转动的能力，且允许踏板倾斜的角度超过40度。此外，螺栓和螺母提供的卡紧力应允许后吊架46相对底板42转动。

相对踏板纵向延伸的一根弹簧杆60其一端与底板连接，即在与后吊架相对的底板末端62上，其另一端连接到后吊架46上。在图2的实施例中，弹簧杆60装配在底板末端62的开口63和后吊架的开口65中。开了槽70的槽形底板部分68从底板伸出用于支撑弹簧杆60。弹簧杆装配在槽70中。

当踏板12沿着一个方向倾斜时，后滚轴与后轮40向相反方向转动，这样就会使弹簧杆60变形产生弹簧力。当踏板再次水平时，弹簧杆中生成的弹簧力会辅助后吊架回到中性位置，即车轮相对踏板无转动的位置。

在优选实施例中给出了对前后轮转向的独立控制。后滚轴16转向通过转动转向柱18和倾斜踏板作为一个单一部件来控制，产生后滚轴的倾斜转向。图4，5，6分别展示了这类踏板倾斜时后滚轴相同方式的转动。其结果是由于转向柱的中心纵向轴相对踏板保持固定，从而帮助装置上的驾乘者保持平衡。这样就提供了前后的稳定性，即当路面条件改变引起加速和减速力变化时，驾乘者可使用转向手柄保持平衡，而且由于转向柱的位置相对踏板固定，这样就有助于驾乘者的重心相对踏板回正。此外，在发明的装置中，当转弯时后轮转向弯道的外侧从而巧妙地使驾乘者的重心相对即将受到的离心力回正。另外，后滚轴沿着弯道比前滚轴走一个更宽的轨迹，这样就形成一个比滑板前后纵列轨迹要稳定的平台。而且，转向柱和转向手柄提供了长的力矩来稳定踏板倾斜的摆动，这种摆动可能产生于车轮地面的相互作用、驾乘者调整位置如移动脚和改变平衡。结果是，转弯时该装置可向驾乘者提供更多的关于装置姿态的反馈。发明装置的独立转向功能提供了改进的低速机动性和重要的高速稳定性。

使用该发明装置，驾乘者可以如图4，5，6所示使用后滚轴的倾斜转向和前滚轴的转动转向来转弯。也就是说，转向柱转动时踏板仍可以倾斜。由于踏板倾斜不影响前轮转向，前滚轴的前置可以调整从而为高速时的稳定性提供最优的拖距而不必妥协低速时的机动性。这与通常的单脚滑行车不同，后者只能是前轮转向且单脚滑行车倾斜时转向将变得不可能。该装置也与滑板不同，后者的转向是相互关联的，这样前后轴转向的独立控制就变得不可能。此外，该装置中前后滚轴的牵引特性也不同。在该发明装置中，前轮在所有时间都保持了平衡的力分布，从而形成最优的前轮牵引。相反，后滚轴在牵引功能上类似于滑板轴。对于后滚轴，踏板的倾斜增加就会造成牵引力的损失，因为对于内侧后轮来说力的差别会增大。此外，后滚轴转向会在速度增加时造成牵引力的损失。后滚轴的独立控制允许驾乘者在保持最优的前轮牵引力的同时精确控制后滚轴的牵引力损失。

结果是，使用该发明装置驾乘者可以在滑移时和后轮失去牵引的情况下进行有效的转向调整而且可以使驾乘者作出一些在单脚滑行车和滑板上无法作出的花样。例如在图9中，该装置可以侧向前进，通过踏板向一个方向倾斜而向相反方向转动转向柱。此外，装置的后部可以比前部转动得快如图10所示，和比装置的前部转动得慢。

在另一种可选择的设计方案(未示出)中该装置可以是单个前轮和一个后滚轴的组合也可以提供上述的独立转向。在该例中，前轮就像传统单脚滑行车的前轮一样工作，该装置则由于后轮转向而增加了优点。在另一种可选择的设计方案中，上述任何一个实施例可以提供具有单个后轮的后滚轴用于提供侧倾转向。

此外，该装置可以具有如图1所示的前轮转向系统和不提供转向的单个后轮和多个后轮。在进一步的实施例中前后滚轴可具有多于两个的轮子。

在图3中，描述了一种可选择的转向柱方案。在该方案中上轴承座圈包括球轴承和锁紧螺母。下轴承座圈包括具有圆锥结合面的塑料止推轴承。这种布置可以通过向下拉紧上轴承面的螺丝环提供转动转向柱时可调整的阻力。它同时改进了耐久性和振动衰减性能。

Claims (7)

1.一种用于路面驾乘的驾乘装置，它包括：

一个可支撑驾乘者的踏板；

与踏板相连的一个或多个后轮；

一根具有纵轴线的转向柱，其与踏板相连并绕前述纵轴线枢转，当踏板在使用中倾斜时转向柱相对踏板保持一个固定角度；

一个前滚轴，支撑两个侧向分开的前轮，该前滚轴可枢转地安装到转向柱，这样前滚轴与转向柱一起绕前述纵轴线转动，并且自身还绕着前述纵轴线的法线转动，从而在使用中当踏板和转向柱倾斜运动时两个前轮可保持与地面的接触，在使用中当踏板和转向柱倾斜时前滚轴与前轮没有转向效果，除非转向柱绕前述纵轴线转动。

2.根据权利要求1所述的装置，其中包括一对与踏板铰接的所述后轮，使用中它可在踏板倾斜时提供转向效果。

3.根据权利要求2所述的装置，其中后轮是与一后滚轴连接的。

4.根据权利要求3所述的装置，其中后滚轴绕着一根倾斜轴枢转。

5.根据权利要求4所述的装置，其中包括一根在后滚轴和踏板之间延伸的弹簧，它能将滚轴偏压至与踏板在一条直线上。

6.根据权利要求5所述的装置，其中弹簧基本上是沿着踏板纵轴延伸的一根杆且相对踏板来说位于踏板的中间位置。

7.如权利要求1所述的装置，其中在使用中当踏板和转向柱倾斜时前滚轴不会受到由转向柱传递的绕前述法线的力矩，因此使用中促进了各前轮具有平衡的力分布。

Images