CN203318594U - 站立式无把手的两轮自平衡电动车 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出了一种站立式无把手的两轮自平衡电动车，它的两个踏脚板分别设置在两个车轮的外侧，两个靠腿板分别设置在两个轮架的外侧。车子设有两个彼此并排的、能独立转动的轮子。还设有一个连接机构，能使两个轮子一致地朝左或朝右倾侧。每个轮子各自有一个电动机驱动，还设有一个电子控制系统，该控制系统使得车子的踏脚板，能保持前后方向的水平平衡。骑车人将其重心向前、后、或两侧倾斜，就可直接使车子朝倾侧的方向前进。

Description

站立式无把手的两轮自平衡电动车

技术领域

本发明提出了一种两轮电动车，它的两个轮子是并排设置的；承载的骑车人是站立着操纵的，但是没有设置把手。确切地说，是一种站立式无把手的、具有前后自平衡功能的电动两轮车。还要特别指出的是，该车两个轮子的转动，不享用共同的车轴。

背景技术

迄今为止，最成功的两轮自平衡电动车的技术实例，应该是由Kamen等人的专利(Personal Mobility Vehicles and Methods，U.S.Patent No.6,302,230B1，Oct.16，2001)所揭示的，于2002年开始生产并投入市场的“赛格威”(Segway)两轮自平衡电动车了。它有并排设置的两个轮子，骑车人站立在踏脚板上扶着手把杆操纵车子的运行。手把杆用来改善骑车人站立的稳定性，以及控制车子行进的方向。这种两轮电动车虽然可以用作有效的短程运输工具，不过它还有庞大、笨重、昂贵等缺点。此外，由于它设置了一根较大的、固定的手把杆，有时反而会造成骑车人的不便。某些用户希望使用不设手把杆的自平衡两轮电动车。因为不设手把杆的两轮电动车，具有较大的可携带性，拆装也比较方便。特别是，如果不设手把杆的话，当车子行进时，骑车人可以空出双手来做其他的事情。在许多环境下，以上这些优点会变得格外的重要。

Kamen的专利中，有手把杆的实施方案是成功的。但是，该专利中所揭示的、没有设置手把杆的实施方案，因为很难付之实用，所以没有像有手把杆的自平衡两轮车那样得到实现。

假如骑车人站在一辆两轮车上，如果该车的两个轮子的配置与Segway的两个轮子配置相似，车子上又不设置手把杆的话，那末骑车人与车子相接触的地方，除了车子脚踏板支撑骑车人脚的支撑接触点外，再也没有其它接触点了。因此，当车子行进时，为了操控车子，骑车人要保持其踝关节与膝关节的稳定是很困难的。虽然车子本身是能够在纵向平面上，自动地保持前后的动态平衡，但是由于缺少支撑点，使得骑车人的身体不能放松。骑车人的腿与脚，除了要控制车子的行进方向外，为了保持人车的平衡，还必须要调节腿脚的相对位置，所以骑车人的站立姿势通常不能保持在一个舒适的位置，同时车子也很难稳定地行进。

因此，市场要求车子以新的方式来支持骑车人稳定地骑行，还要求车子以新的方式来控制行进的方向。此外，也要求该种新方式能较好地改善车子的便携性、稳定性、控制的直觉性，这些要求也是本领域以及有关领域对产品的普遍期望。

本人在201110089122.9(CN102275621A)的专利中创造性地提出了在独轮自平衡电动车的轮架上设置靠腿板的部件，可使独轮电动车十分稳定地行驶。因此，制造一种站立式无把手的、能稳定骑行的两轮自平衡电动车是可行的。

本发明是本人以前几个专利申请的延续，它们是201110430348.0(CN102514662A)，201110435720.7(CN102514663A)以及201210112847.X(CN102602481A)。

发明内容

本发明为了克服目前两轮自平衡电动车业内的技术缺点，为了提供一种易拆易装的、以体积与重量而言都是便携的、小型的个人使用的两轮自平衡电动车，提出了一种设计，当并排的两个轮子一致倾侧时，它们可以示差地转动，从而驱动车子实施转向。

车子有两个并排的、独立转动的轮子。每个轮子有一个驱动马达，还要在纵向平面上保持前后自平衡的能力。车子的两个轮子之间能供骑车人站立，骑车人将重心在纵向平面上前后变动的方式，以及朝左右倾侧的方式来控制车子的前进与转向。两个轮架之间设有一个连接机构，使得两个轮子在转向过程中，能够一致地并排倾侧。该功能是采用了一组复式平行的多元连接杆来达到的，每根连接杆都是可转动地与两个轮架相配接，连接杆中至少有两根是配置在不同的高度(相对于骑行的路面而言)。轮子倾侧的功能，改善了车子的稳定性以及转向过程中腿脚的舒适性。

车子工作时的结构形态，使得骑车人的两脚站在两个轮子之间供站脚用的踏脚板上，并且使得骑车人的每一条腿都能与相应设置在轮架上的靠腿板稳固地相接触。这种结构形态增加了骑车人身体与车子之间的接触点的数量，并且分散了接触点，因而使得不设手把杆的两轮车，使用时的稳定性与舒适性都获得了极大的改善。所以，为了使骑车人的腿与相应的轮架之间，稳定地保持摩擦接触，在轮架上专门设置了靠腿板的部件。

业内有经验人士在结合图纸审阅下文的详细叙述后，可以进一步了解本发明的技术特点以及其它有关的优点了。

附图说明

图1是本发明所提出的两轮自平衡电动车的侧向透视图。

图2是上述两轮自平衡电动车，移去轮架板以及连接机构外罩后的透视图。

图3是表示所提出的两轮自平衡电动车上，逻辑控制部件处理顺序的方框图。

图4是上述两轮自平衡电动车，移去轮架板以后的一个侧向透视图。

图5是本发明所提出的两轮自平衡电动车，附设了一个提手时的一个实例图。

图6是本发明所提出的两轮自平衡电动车，附设了一个提手时的又一个实例图。

图7是本发明所提出的两轮自平衡电动车，附设了一个座位时的一个实例图。

图8是本发明所提出的两轮自平衡电动车，附设了一根较长的把手时的一个实例图。

图9是本发明所提出的两轮自平衡电动车，附设了一根较长的把手时的又一个实例图。

图10是本发明所提出的两轮自平衡电动车，靠腿板的高度可调节的一个实例图。

图11是本发明所提出的两轮自平衡电动车，上例的各部件处于收拢状态时的透视图。

这些实例，将在下文中详述。

具体实施方式

参阅图1与图2，这是本发明所提出的一种两轮自平衡电动车实施方案的侧向透视图。图中两轮自平衡电动车500，有两个车轮，第一车轮510与第二车轮511；每个车轮各自装有一个轮架，第一轮架520与第二轮架521；两个轮子之间设有一个连接机构530，图1上只能见到该连接机构的外罩570，图2上可以看到连接机构530。图2是移去轮架板520、521以及连接机构外罩570后的透视图，所以还能看到连接机构530以外的部件。图2上图示了两个轮子510、511，各自配接一条转轴512、513。连接机构530设置在转轴512与转轴513之间，连接机构530的功能是架住转轴512、513，并使它们相对地保持一个的位置，当车子左右侧向倾斜时，车轮510、511也会以同样的方式，作左右侧向的倾斜。两个脚踏板540与541设置在两个轮子的外侧，两个轮架板的下方，分别附设在转轴512、513上；每个踏脚板的上方各设置一个靠腿板，第一靠腿板550与第二靠腿板551。连接机构与靠腿板，将在下文中再加以说明。

车轮510与511是彼此并列地设置的，两车轮的转动平面基本是平行的，相对于地面而言，两车轮的转动平面是可以左右倾斜的。由于它们未设有共同的车轴，因此它们是可以独立转动的，而且各自能够以不同的速度与/或以相反的方向旋转。

参阅图2，供骑车人的双脚站立使用的两个脚踏板，第一脚踏板540与第二脚踏板541，各自通过一条立柱542、543配接在转轴512、513的外侧端部。脚踏板540、541可以设为水平位置，供骑车人站立骑行时使用，也可以改设成垂直位置，供携带储藏时使用。为了使骑车人稳定地骑行，要设置靠腿板550、551，当骑车人的两脚分别站立在脚踏板540、541上时，骑车人两条小腿的内侧正好各自能够与各自的靠腿板550、551相触靠。

车子的轮子510与511分别部分地被硬质的轮架520、521所盖住，以防使用时骑车人的腿与/或衣服触碰轮子。图1的实例中，轮架520、521分别附着在垂直立柱542、543上，也遮盖住了每个轮子上大部分的外表面。靠腿板550、551最好设置在轮架板520、521的表面，它的位置与高度要适当地设置，当骑车人的每只脚站立在各自的踏脚板上时，两条腿的内侧正好能够与各自的靠腿板550、551相触靠。靠腿板可以用柔软的、可弯曲的材料制成，如编织材料或其他合适的材料，应提供一定的摩擦力，有助于骑车人将他的小腿稳定地触靠在轮架520与521上。靠腿板还可进一步设计成，略有一点凹形的曲面，该曲面的纵轴大致与踏脚板140相垂直，曲面的形状还要与骑车人的小腿外形大致拟合。本发明提出的骑车人与车子之间多点接触的设计，使得骑车人很容易地将他的脚与小腿保持在适当的位置，转而可以对车子的速度与转向提供精确的控制。此外，在按设计的要求连接与控制时，这种脚踏板与靠腿板的设置方式，也使得骑车人为了逃避摔倒或意外事故，很容易地迅速弃车，从车子上逃离，骑车人的两脚都不会被车子绊住。

图2因为移去了轮架520、521以及连接机构的外罩570，所以露出了连接机构530。连接机构530是与轮子转轴512、513相配接的，包括有两条水平连杆531，以及两条垂直连杆532。虽然这些连杆531、532的称谓上分别冠有“水平”或“垂直”的名称，显然它们不一定始终是水平的或垂直的。当车子在水平的地面上骑行时，水平连杆通常是水平的。然而，假如不在水平的地面上骑行时，水平连杆事实上不会是水平的，但是它会趋向于与骑行地面的倾侧方向相同。同样，当水平连杆是水平时，垂直连杆是垂直的，而当车轮左右倾斜时，垂直连杆就会偏离垂直的位置。换句话说，水平连杆始终会倾向于保持与地面相平行，垂直连杆始终会倾向于保持与车轮的转动平面相平行。

水平连杆与垂直连杆连接在一起后，可大致组成一个平行四边形。水平连杆531可以呈矩形的形状，矩形中央的空间可以放置一个中空的柱状结构件560，柱状结构件560从上下两条矩形的水平连杆531的中央空间中穿过。两条矩形的水平连杆531与两条垂直连杆532是可转动连接，当水平连杆531与垂直连杆532之间的相对位置改变时，两条水平连杆531仍然基本上保持互相平行，两条垂直连杆532同样也基本上互相保持平行。因为两条垂直连杆532分别与转轴512、513相连接，所以这种平行四边形形态的连接机构530协调了两个轮子510与511的倾斜角度，将它们连接在一起，当需要倾侧时，必须使得两个车轮510与511，同时发生相同方向的倾侧，它们各自变化的角度大小，始终基本上是相等的。连接机构530的这些特性是十分重要的，它使得车轮510与511具有朝所需方向转弯的能力，并且两个轮子倾侧的角度基本相等，因而对转弯过程，提供了较大的稳定性，减少了翻车的可能性。

因为两条垂直连杆532分别与转轴512、513相连接，实际上是与两个轮子上的轮毂585相连。与转轴可靠相连的机构已为业内人士所熟知。每个轮毂585最好是各自使用一个轮毂电动机，分别驱动轮子的转动，当然也可以设计用一个电动机来驱动两个轮子，使它们各自独立地转动。轮毂电动机的技术也已为业内人士所熟知。

中空的柱状结构件560中的空间可以放置一些部件。电动车500最好要设置一个位置传感器590，逻辑控制部件575以及电池580。这些部件是用虚线方块形式表示在图2上，并不是表示它们被其他部件遮盖住了，而是因为它们的尺寸、位置与形态等等都是可变动的。位置传感器570用来探测前后的平衡以及左右的倾斜，也就是检测垂直于地面的垂线与重力垂线之间的差别。传感器570也可以用陀螺传感器。这些技术也已为业内人士所熟知。电池580可以采用各种类别的电池，最好将它与柱状结构件560相配接，再用外罩570罩住。逻辑控制部件575中，最好还要包括另外一些元件与电路，用来处理传感器测得的数据，并使轮毂电机做出相关的响应。

参阅图3，这是用方框图590来表示逻辑控制部件575的处理顺序。方框591、592分别表示从传感器570输入所检测到的前后失衡信号和左右失衡信号。为了使车子达到前后的平衡，方框593的控制电路根据从591所输入的信号，确定左右两轮子的转动速度与方向，将数据传输给左右电动机各自的控制器594、595，通过它们驱动位于轮毂585中的左右轮的电动机，第一电动机586与第二电动机587，使得左右轮子510、511以确定的速度与方向滚动。在本实例中，当骑车人将车子朝某一侧倾斜时，会使车子转向。这是通过调节左右电动机586、587的速度来实现的，该调节使得转向时的内侧轮子的速度比外侧轮子的速度要慢，从而实现车子的转向。方框596表示速度示差逻辑电路，根据从592所输入的信号，确定左右两轮子各自合适的转动速度，再将数据传输给左右电动机各自的控制器594、595。该附加的速度调节，不应将速度线性般地迅速减慢，是按曲线缓慢地减速的。

参阅图4，这是移去轮架520、521以后的电动车500的一个侧向透视图。它画出了车轮511上的轮辐支撑件525，它与轮毂585或/与转轴513相配接，支撑着车轮511上的轮胎。轮辐支撑件525可以是整块状的部件，也可以是辐条状或其他形状的部件。图4上还可看到垂直立柱543与脚踏板541。这些部件同样也设置在另一个车轮510上。

参阅图5～9，这些实例说明本发明的两轮电动车500，在需要时，可以附加一个提手、一个座位或一个把手。电动车500上已经预先部署了供连接这些附件用的连接点。可以利用两个轮子510、511之间垂直设置的柱状结构件560作为连接件，这些附件可以直接插入柱状结构件560，或在柱状结构件560上加设一根连杆562(如图5、图7、图9所示)，这些附件再设置在连杆562上。图5～9列出了一些例子，图5与图6上加设了一个提手563；图7上加设了一个座位561；图8与图9上加设了一根较长的把手565。还要指出的是这些附件都是可以套嵌、收进到柱状结构件560的内部。

参阅图10与图11，图上的两轮电动车500与图1的实例相似，562是加设的连杆，561是第一靠腿板550与第二靠腿板551之间的连接件。该实例与图1实例的不同之处是：它的两个靠腿板不是设置在轮架上，是通过连杆562加设在车子上的，两个靠腿板的位置也是分别位于两个轮架的外侧；此外，它的两个靠腿板的高度是可以调节的。不同的骑车人有不同的小腿长度，骑车人可调节靠腿板的高度，方便使用，图10所示的车子，是将靠腿板调节到使用的高度。图11所示的车子，是它的轮架、踏脚板与靠腿板都处于收拢状态的透视图。

综上所述，本发明提出了一种新型的、站立式无把手的、小型的两轮自平衡电动车，其技术特点是：两个踏脚板分别设置在两个车轮的外侧；在轮架上或通过连杆专门设置了两个靠腿板；车子有两个彼此并排的、能独立转动的轮子；有一个连接机构使两个轮子相连，它能使两个轮子一致地朝左或朝右倾侧；每个轮子各自有一个电动机驱动，还设有一个电子控制系统，该控制系统使得车子的踏脚板，能保持前后方向的水平平衡。骑车人将其重心向前、后、或两侧倾斜，就可直接使车子朝倾侧的方向前进。

虽然以上叙述的各种实施方案包含了许多特定的细节，但是不应构成对实施方案包括范围的限制，而且也不应仅仅限于目前提出的这些特定方案的图示上。因此，这些实施方案的涵盖范围应该由所附的权利要求及其相应的文件所确定的，而不是由上述给出的实例所决定的。此外，还应该理解为本发明还能作进一步的改动。本专利旨在涵盖根据本发明的原理所进行的各种变化、用途或改良；也涵盖了与本发明所揭示的已知方案或实施方案有所偏离，但仍然从属于本发明技术及其应用原理的范围。

Claims (8)

1.一种站立式无把手的两轮自平衡电动车，它是由如下部件所构成： 

第一车轮与第二车轮，它们是彼此镜面对称地平行设置的，它们没有共同的车轴，既能独立转动，又能一致地左右倾斜； 

第一踏脚板与第二踏脚板，它们是分别设置在第一车轮与第二车轮的外侧，各自与一个轮架相配接，其表面供骑车人操纵车子时站立使用； 

第一轮架与第二轮架，第一轮架连接所述的第一车轮，第二轮架连接所述的第二车轮； 

第一靠腿板与第二靠腿板，它们是分别位于第一轮架与第二轮架的外侧； 

一个连接机构，连接所述的第一轮架以及所述的第二轮架，使得两个车轮能够保持平行地朝左右倾斜； 

第一电动机与第二电动机，第一电动机驱动所述的第一车轮，第二电动机驱动所述的第二车轮； 

至少一个电子控制系统，控制所述的第一电动机与所述的第二电动机，使所述的两轮自平衡电动车的踏脚板能保持前后方向的水平平衡； 

骑车人两脚站立在踏脚板上，将两腿与靠腿板稳固地相接触，用前后变动重心以及朝左右倾侧的方式，来操控车子的前进与转向。 

2.根据权利要求1所述的站立式无把手的两轮自平衡电动车，其特征在于，该两轮车可以在折叠形态与非折叠形态之间转换。 

3.根据权利要求1所述的站立式无把手的两轮自平衡电动车，其特征在于，所述的连接机构至少是有两根位于不同高度的连接杆所构成，每一根都是连接到所述的第一轮架以及所述的第二轮架。 

4.根据权利要求3所述的站立式无把手的两轮自平衡电动车，其特征在于，所述的连接机构上，还进一步配接有一个手把，用来携拎折叠形态的两轮电动车。 

5.根据权利要求1所述的站立式无把手的两轮自平衡电动车，其特征在于，所述的第一车轮与第二车轮都设有一个负倾角。 

6.根据权利要求1所述的站立式无把手的两轮自平衡电动车，其特征在于，所述的连接机构上，还设置有一个偏压弹性部件，使已经倾侧的第一车轮与第二车轮具有复位的趋向，复原到未倾侧时的，彼此基本镜面对称的位置。 

7.根据权利要求1所述的站立式无把手的两轮自平衡电动车，其特征在于，所述的第一电动机与第二电动机，是用摩擦传动机构，各自分别驱动第一车轮与第二车轮。 

8.根据权利要求1所述的站立式无把手的两轮自平衡电动车，其特征在于，所述的靠腿板是可以调节高度的。 

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