CN2203678Y - 四轮协力自行车 - Google Patents

Abstract

一种四轮协力自行车，供前后两人倚坐前伸蹬踏 作主辅协力骑行。铰接式车架两侧前轮用转向轴前 倾的叉式转向，有良好的自动回位性能，两侧后轮间 有新型的链传动行星链轮系轮间差速器，其壳体兼作 制动鼓，使之具有良好的两侧平衡的驱动性能和制动 性能。设有弹簧储能式驻车制动，并用作新型的行车 失控撒手制动。由于技术上的突破，使整车结构简 单，性能优良，是一种适合家用的客货运输休闲旅游 的交通工具，并适于自行车行业批量生产。

Description

本实用新型是一种两前轮转向，两后轮驱动供两人协力骑行的一种自行车。

在现有技术中，四轮自行车一般有一个整体车架，车架由四个车轮支承，两前轮采用转向节式轮转向，两个后轮中的一个是驱动轮，另一个车轮是非驱动的随动轮，驱动车轮由两套常规的车镫链传动或用特定的双摆动车镫正反向联动的两个单向驱动链轮轮流驱动，构成传动系统。车上的制动系统采用后轴制动鼓式的单侧后轮制动。经检索有两种典型的四轮自行车，专利号为CN87216569U分类号为B62K5／00、B62k21／00、B62M1／12和专利号为CN862071910U分类号为B62K5／00、B62K5／08、B62M1／04。现有技术中的四轮自行车由于采用转向节式轮转向和蜗轮蜗杆或钢绳滑轮传动的转向操纵机构，结构复杂零配件与常用自行车不能通用，不利于自行车行业批量生产，更由于两侧转向节轴线内倾定位互不平行，如不采用复杂的空间运动万向铰接部件就不能实现两侧转向节的联动，即使在转向节转向轴轴线设定在两前轮内侧相互平行，在有横向摆臂弹簧悬架的情况下，行驶中两侧转向节也因上下摆动实际也不平行。在不采用外倾的转向节的设计时，转向轴的轴线与车轮着地点的距离过大，致使整车行驶中路面反力作用于转向轮对转向轴轴线产生过大和方向不稳定的偏转力矩造成转向操纵困难和整车方向稳定性差。在传动系统中采用两套独立的车镫驱动，主导操纵控制整车行驶的骑车人无法控制另一骑车人的随意驱动，造成操纵控制困难和行车的不安全。在采用单侧后轮驱动情况下，整车两侧驱动力不平衡造成行驶侧偏，使整车操纵性低下，且整车只能利用一侧后轮对地的摩擦力产生驱动力，造成整车驱动性能低下。采用单侧后轮制动只能利用一侧车轮对地面的摩擦产生制动力，不但使制动性能低下，而且造成制动过程中跑偏。整车布置采用两个骑车人横向并列，车宽较大不利于通过和操纵性能，迎风面积也较大，行驶风阻也因此较大，必将更多地消耗骑车人的体力和降低最高车速。

本实用新型的目的是：为适合自行车行业批量生产，充分利用一般自行车的零配件和生产技术，运用汽车技术的有关理论合理解决现有同类技术所存在的影响整车性能的一系列技术问题，并针对中老年骑车人的生理与心理特点，提供一种性能优良的适合家用的短程交通运输工具，满足社会日益老龄化趋势下广大工薪阶层家庭短程交通运输、休闲旅游的需要。

本实用新型所涉及的四轮协力自行车的技术方案是：采用前后两部分相互纵横双轴线铰接的车架以免除车架承受扭转应力，减轻车重和增强对路面的适应能力。两个车座采取前后纵列布置以减小车宽与迎风面积，并使骑车人处在车上最舒适的部位。后座采用客货兼容的结构。转向系统采用一般自行车常用的转向叉轮转向方式，使前轮的转向轴线位于前轮平面内，两侧转向轴线相互平行并有适当前倾定位和转向叉的叉端适当后伸，使转向联动和操纵机构的结构得到充分而有效的简化而能采用作平面运动的四杆联动机构，也使转向前轮具有必要的转向回位性能和优良的操纵性能与方向稳定性。传动系统采用一般自行车常用的车镫链传动方式既保持高的传动效率又利于批量生产。为协调前后座两骑车人的驱动，免除后座骑车人的随意驱动干扰前座骑车人对整车操纵控制保证其主导作用和避免前座车镫与后轮间传动链超长，在传动系统中采用两级链传动并以一种协力轴作为中间传动部件。为实现双侧后轮平衡驱动，传动系统中设置后桥轮间差速器，而其结构又能充分利用一般自行车零配件和采用自行车生产技术批量生产，传动系统采用后桥轮间差速器才能彻底免除单侧后轮驱动的缺点使整车具有优良的驱动性能与操纵性能。为充分利用所有车轮对路面的磨擦增强整车的制动性能，必须设置有两侧前轮与后轮的平衡制动，前轮制动采用一种带平衡滑轮的制动手把，后轮制动利用后桥的轮间差速器传力对两侧后轮平衡制动，后轮制动利用同一个制动器独立实施行车制动、驻车制动和为中老年骑车安全特有的行车失控撒手制动，采用一种复合控制装置实现这三种制动方式且不互相干扰。

以下是本实用新型所涉及的四轮协力自行车的实施例，结合附图说明如下：

附图1 是整车结构示意简图，

附图2 是传动系统中所用协力轴的结构图，

附图3 是传动系统中所用后桥链传动行星链轮系轮间差速器的结构图，

附图4 是链传动行星链轮系轮间差速器的右侧向剖视图，

附图5 是链传动行星链轮系轮间差速器的左侧向剖视图，

附图6 是制动系统中所用后轮制动的复合控制装置的原理方案示意图。

整车结构如附图1所示。附图1中：（1）是中央纵梁、（2）是上支撑杆、（3）是下支撑杆、（4）是前桥框梁、（5）是转向叉转向联动臂、（6）是转向手把、（7）是前轮转向叉、（8）是协力轴、（9）是后桥框梁、（10）是后桥单向驱动链轮、（11）是后桥链传动行星链轮系轮间差速器、（12）是后轮制动器。

本实用新型所涉及的四轮协力自行车的车架由中央纵梁、前桥框梁及其上下支撑杆和后桥框梁组成，车身由前后车座和货箱组成。

中央纵梁（1）为双管型，它与前桥框梁（4）上支撑杆（2）和下支撑杆（3）用拱型压板与螺栓联接，装配成稳定的空间构架型前部车架，前桥框梁保持适当前倾定位。后桥框梁（9）横置在中央纵梁（1）后部上下管之间，其前梁中央以纵横双轴线铰接销及座与中央纵梁（1）铰接，其后梁中央有纵向铰接销及座与中央纵梁（1）的尾部用弹簧和滑轨构成纵向摆臂式弹簧悬架的后部车架。前车座由弹簧支承在前桥框梁（4）后方固定在中央纵梁上的支架上，后车座以便于装卸的联接件固定在货箱内，货箱以弹簧支承在后桥框梁（9）上。货箱具有可装卸的活动前壁与前部底板。前后车座为靠背椅式，其椅背可折叠，前车座椅背更可向前翻转与后车座相向对置，在两车座之间可用货箱的活动前壁与前部底板构成简易小桌供骑车人旅游时对奕、餐饮之用以增休闲情趣。拆卸后车座，装上货箱前壁与前部底板则构成平整宽敞的货箱。松卸前部车架的有关联接件使前桥框梁（4）后折和折叠前后车座的椅背可有效地减低整车运输时的包装高度。

本实用新型所涉及的四轮协力自行车的转向系统由转向叉、转向手把、转向联动臂、横向连杆和铰接销及座组成。

转向手把（6）的转向轴装在前桥框梁（4）的上管中央的转向手把轴套管内，两转向叉（7）以其转向轴装在前桥框梁（4）两侧转向叉（7）的转向轴套管内，所有的转向轴均用一般自行车前叉转向轴的轴承支承并由前桥框梁（4）保持其轴线平行。转向手把（6）与两转向叉（7）的转向轴分别固装有保持在同一平面内的转向联动臂，转向手把（6）与两侧转向叉（7）上的联动臂（5）之间装有两根等长的横向连杆，用铰接销及座联接构成两组作平面运动的四杆联动型转向操纵机构，为补偿各转向轴轴线间实际存在的不平行度允差铰接销座与联动臂之间均装有弹性橡胶垫。每一个转向叉（7）的叉端各装有摆臂，其活动的后端装前车轮，摆臂由弹簧支承构成纵向摆臂弹簧悬架使车前部具有良好的平顺性。两侧转向叉（7）的转向轴轴线处于前轮的中心平面内，并随前桥框梁（4）构成适当的前倾定位，使在前轮偏转状态下车轮着地点的法向反力对转向轴线形成与车轮偏转方向相反的使前轮回位的力矩即静态回位力矩，转向叉（7）的叉端的摆臂适当后伸使车轮的着地点位于转向叉（7）的转向轴轴线与地面的交点后方适当距离处，在前轮偏转状态下车轮着地点向转向的外侧移动，在整车行驶中前轮偏转状态下，车轮所受地面切向反力对转向叉（7）形成使前轮回位的动态回位力矩，由于前轮采用如此定位在整车行驶中前轮偏转即产生动静双重回位力矩使整车具有优良的方向操纵性和稳定性。

本实用新型所涉及的四轮协力自行车所采用的传动系统由车镫链轮、后桥单向驱动链轮、传动链、协力轴、后桥链传动行星链轮系轮间差速器组成。

前后座车镫位于前后车座前方适当位置上，协力轴（8）位于前车座下方，各由其轴承与轴承座固装在中央纵梁（1）的上下管之间，前后车镫链轮与协力轴（8）右侧的固定链轮及单向驱动链轮之间各装有一传动链，构成主辅驱动的第一级链传动，协力轴（8）左侧的固定链轮与后桥单向驱动链轮（10）之间用一传动链构成第二级链传动，后桥单向驱动链轮（10）固装在后桥链传动行星链轮系轮间差速器（11）的一侧半轴套管上对后桥链传动行星链轮系轮间差速器（11）传动，再由其两侧半轴平衡驱动两侧后轮。在传动系统中采用协力轴（8）利用后座车镫与协力轴（8）上的单向驱动链轮的单向传动，使后座骑车人只能对前座骑车人作跟随驱动，使后座骑车人不能超越前座骑车人随意驱动，而能随时停止蹬踏休息，如此保证前座骑车人对行车的主导操纵控制，采用协力轴构成两级链传动还可避免单根传动链超长。传动系统采用后桥链传动行星链轮系轮间差速器（11）既可平衡分配传递驱动力驱动两侧后轮，又能适应行驶过程中两侧后轮不同速度的滚动，实现两侧后轮平衡驱动，既充分利用两侧车轮与路面的摩擦力驱动行驶又不会造成行驶侧偏，保证整车具有优良的驱动与操纵性能。

本实用新型所涉及的四轮协力自行车的制动系统包括前轮制动和后轮制动，前轮制动由前轮轮毂制动器、拉索和制动手把组成，后轮制动由平衡式钳型制动器、拉索、复合控制装置、制动手把和行车失控撒手制动手柄组成。

前轮制动器采用一般自行车的轮毂制动器，用一种操纵杠杆上装有平衡滑轮的控制手把进行操作，它固装在转向手把（6）上。两侧前轮制动器共用一根拉索，其中部包络在制动手把操纵杠杆的平衡滑轮上，同时拉动拉索的两端，利用滑轮的自由转动使两侧制动达到平衡。后轮制动用平衡式钳型制动器（12），并用制动手把、操纵杆和行车失控撒手制动手柄和拉索通过复合控制装置操纵控制，构成行车制动、驻车制动和行车失控撒手制动互不干扰的三种方式，后轮制动的平衡式钳型制动器（12）利用后桥链传动行星链轮系轮间差速器（11）的壳体兼作制动鼓，前后制动钳臂上的摩擦块对制动鼓施加的摩擦力由后桥链传动行星链轮系轮间差速器（11）平衡传递到两侧后轮产生两侧后轮平衡的制动力，既充分利用两侧车轮与路面的摩擦力提高整车制动性能，又不会发生制动跑偏。

本实用新型所涉及的四轮协力自行车的传动系统所采用的协力轴由轴套、轴芯、轴承、固定链轮与单向驱动链轮及其毂部组成，用作车镫对后桥两级链传动的中间传动部件，构成前后座车镫的主辅驱动。

协力轴的结构如附图2所示，附图2中：（13）是驱动后桥的链传动的固定链轮，（14）是前座车镫链传动的固定链轮，（15）是后座车镫链传动的单向驱动链轮。

固定链轮（13）固定在由螺纹联接在轴芯左侧轴伸部分的毂部，固定链轮（14）与单向驱动链轮（15）固定在由螺纹联接在轴芯右侧轴伸部分的同一个毂部，协力轴的轴芯用一般自行车的一种外挡内碗的中轴轴承支承在固定于前车座支架下方中央纵梁（1）的上下管之间的轴承座套管内，在变速型车上，固定链轮（13）则为塔型链轮组，协力轴上的后车座车镫链传动采用单向驱动链轮（15）的目的是使后车座的车镫只能对前车座车镫作跟随驱动，使后座骑车人既可随时停止蹬踏又不会超越前座骑车人随意驱动，保证前座骑车人对整车的主导操纵控制而不会受后座骑车人随意驱动的干扰。

本实用新型所涉及的四轮协力自行车的传动系统中所采用的后桥链传动行星链轮系轮间差速器由壳体、半轴套管、单向驱动链轮、半轴、半轴链轮、行星链轮组件和传动链组成，由半轴链轮、行星链轮组件、传动链和壳体构成链传动行星链轮系差速机构，对两侧车轮平衡驱动。

后桥链传动行星链轮系轮间差速器的结构如附图3所示，附图3中：（16）是两侧的半轴、（17）是行星链轮组件（共3套）、（18）是壳体、（19）是后桥单向驱动链轮、（20）是后桥轴承及座（每侧各1件）、（21）是两侧后轮的轮毂。

壳体（18）两侧各固装有半轴套管，在一侧的半轴套管上固装有后桥单向驱动链轮（19），两侧的半轴（16）用一般自行车前叉转向轴所用的轴承支承在各侧的半轴套管内，各侧半轴（16）的内端在壳体内固装有半轴链轮，其外端轴伸部分装有后桥轴承及座（20），再外端以平键和轴端螺母与各侧后轮的轮毂（21）紧固联接。壳体（18）内装有三套行星链轮组件（17），它由轴承、轴芯和固定有行星链轮的轴套组成。行星链轮组件（17）以轴芯两端的螺纹部分固装在半轴链轮周围的壳体（18）两边的侧壁上，其轴线与半轴（16）的轴线平行。三套行星链轮组件（17）中的一套是共轴双链轮组件，它有两个分别固定在轴套两边的共轴传动用的传动链轮，另外两套行星链轮组件是变向链轮组件，其轴套上只固定有改变传动方向的单个变向链轮。

壳体（18）内部的布置如附图4和附图5中：（18）是壳体、（17－1）是共轴双链轮组件、（17－2）是变向链轮组件。

在壳体（18）内侧的一边，见附图4所示的R－R侧视图，共轴双链轮组件（17－1）上的一个传动链轮和两个变向链轮组件（17－2）上的变向链轮对称分布在位于中心的半轴链轮周围并保持在同一平面内，传动链（图中以点划线表示）在共轴双链轮组件（17－1）的传动链轮与两个变向链轮组件（17－2）的变向轮上是以链环内侧包络，而对中心的半轴链轮是链环外侧包络。在壳体（18）内的另一侧，见附图5中所示的L－L侧视图，只有共轴双链轮组件（17－1）上的一个传动链轮与位于中心的半轴链轮，两者保持在同一平面内，传动链（图中以点划线表示）以链环内侧包络其上，构成链传动行星链轮系轮间差速机构，在后桥单向驱动链轮（19）传动状态，壳体（18）内的三套行星链轮组件（17）绕半轴（16）轴线公转，两侧半轴链轮在其传动链的传动下使各侧半轴（16）带动两侧车轮同步滚动，在行驶中道路情况引起两侧车轮作不同速度滚动时，则行星链轮组件（17）以其自转得到适应，实现后轮的双侧平衡驱动既免除整车行驶侧偏的危害，保证整车有优良的操纵性能，又充分利用两侧后轮与路面的摩擦力提高驱动性能。链传动行星链轮系轮间差速器较汽车所用的行星齿轮系轮间差速器的制造技术简单，并可用自行车的有关零配件和生产技术批量生产。这种链传动行星链轮系轮间差速器同样适用于其它单侧后轮驱动的简易型车辆实现双侧后轮平衡驱动的技术改造。

本实用新型所涉及的四轮协力自行车的制动系统所采用的后轮制动由平衡式钳型制动器与复合控制装置组成。

平衡式钳型制动器由制动钳和制动鼓组成，制动钳由前后制动钳臂和固定其上的摩擦块、控制杠杆、拉索、拉杆、回位弹簧和固定在后桥框梁上的支架构成，制动器利用后桥链传动行星链轮系轮间差速器的壳体兼作制动鼓。

平衡式钳型制动器（12）由拉索带动控制杠杆，直接和经拉杆分别带动前后制动钳臂和其上的摩擦块向内摆动同时夹紧制动鼓，并产生相等的压力。前后制动臂摆动轴中心距与制动鼓的直径相等使两摩擦块所产生的摩擦力的作用线通过前后摆动轴中心，而不产生制动助势或减势的力矩，对后桥不产生附加弯矩。用后桥链传动行星链轮系轮间差速器（11）的壳体（18）兼作制动鼓，使作用于其圆柱形外表面的摩擦力通过壳体（18）内部的链传动行星链轮系轮间差速机构与各侧的后半轴（16）对两侧后轮施加平衡的制动力，既可充分利用两侧车轮对地的摩擦力提高整车的制动性能又不会造成制动跑偏的危害。

后轮制动器的复合控制装置由复式杠杆、槽型拉杆、装有储能弹簧及其固定和滑动座的中心杆、操纵杆、连杆、两级摆臂滑块式变臂机构、脱扣机构和安装支架组成。

复合控制装置综合有对后轮制动器的行车制动、驻车制动和行车失控撒手制动三种控制功能，其结构原理如附图6所示，附图6中：（22）是限位扣、（23）是行车失控撒手制动控制手柄、（24）是中心杆、（25）是储能弹簧、（26）是槽型拉杆、（27）是操纵杆、（28）是复合杠杆、（29）是后轮制动拉索、（30）是两级摆臂滑块式变臂机构。

常规行车制动由制动手把经制动拉索和槽型拉杆（26）带动复合杠杆（28）的上半截绕其铰接点逆时针方向摆动，拉动后轮制动拉索（29）实施制动，不会干扰其它的控制。在行车状态，操纵杆（27）推向图中实线所示位置Ⅰ上，连杆带动滑块和中心杆（24）移向最左方，使储能弹簧（25）处于压缩状态，当连杆越过临界点时，在储能弹簧（25）作用下进入自锁状态，操纵杆（27）稳定停止在位置Ⅰ上，复合杠杆被腔制在不施加制动位置。在驻车状态，操纵杆（27）停在图中双点划线位置Ⅱ上，中心杆（27）在储能弹簧的作用下，经两级摆臂滑块式变臂机构（30）带动复合杠杆整体绕铰接点逆时针摆动，拉动后轮制动拉索（29）对后轮制动器（12）施加制动，制动力的大小由储能弹簧的预压缩量决定，由于行车制动手把的拉索端部在槽型拉杆（28）的槽内自由滑移不会受阻。行车失控撒手制动手柄（23）在备用操作过程由骑车人握住，将操纵杆（27）由位置Ⅱ推到位置Ⅰ上，中心杆（24）端部的限位钩随之移动推动限位扣（22）向上，当越过限位扣（22）后限位钩被锁住，然后退回操纵杆（27）停在行车位置Ⅱ上，使储能弹簧（25）保持在压缩状态即完成备用操作，当行车中出现失控，骑车人手离制动手柄（23），在弹簧作用下制动手柄（23）复位，带动限位扣（22）上移与限位钩脱扣，储能弹簧（25）伸张复位而进入与驻车制动相同的过程自动对后轮施加制动，在驻车制动过程中利用两级摆臂滑块式变臂机构（30）传动的有效杠杆臂长的变化补偿储能弹簧（25）的回复力随回复行程的增大而线性减小的特性，均衡整个回复行程中的制动力。行车撒手制动是专为中老年骑车人的安全考虑的，其它车上尚无这类功能，它可避免因骑车人突发头晕或意识障碍造成行车失控车辆发生任意滚动的危险。

本实用新型所涉及的四轮协力自行车引用一般自行车的标准设计与制造，选材与零配件和加工工艺充分利用常用自行车现有的和成熟技术，便于自行车行业批量生产，易于形成系列产品，本实施例是选用自行车51cm（20英寸）标准车轮的基型四轮协力自行车，其主要参数如下：

整车参数

轴距 1.35m 轮距 0.8m

车长 2.35m 车宽 1m

车高 <1m 包装高度 0.65m

车座高 0.45m 货箱面积 0.65×0.7m

空车重 <45kg 货箱载重 ≤120kg

最小转弯半径 <2m

转向系统结构参数

转向叉转向轴线前倾角 7～10°

前轮着地点在转向轴轴线与路面交点后距离 20～60mm

转向手把轴轴线后移量 28～34mm

转向手把联动臂长 94～98mm

转向叉轴联动臂长 98～104mm

横向连杆长 367～375mm

本实用新型所涉及的四轮协力自行车的结构也适于加装小型内燃机或电动机与蓄电池构成助力型四轮协力自行车。

Claims (4)

1、一种四轮协力自行车，有一个车架，其上装有两个车座，车架前部两侧装有转向前轮和转向操纵机构的转向系统，车架后部装有后桥，其两侧装有后轮，车架上装有两套车镫，车镫与后轮之间装有传动系统，车上还装有制动系统，其特征是：

(1)车架由中央纵梁、前桥框梁及其上下支撑杆和后桥框梁组成，车身由前后车座和货箱组成，

(2)转向系统由转向叉、转向手把、转向联动臂、横向连杆和铰接销及座组成，

(3)传动系统由车镫链轮、后桥单向驱动链轮、传动链、协力轴、后桥链传动行星链轮系轮间差速器组成，

(4)制动系统包括前轮制动和后轮制动，前轮制动由前轮轮毂制动器、拉索和制动手把组成，后轮制动由平衡式钳型制动器、拉索、复合控制装置、制动手把和行车失控撒手制动手柄组成。

2、根据权利要求书1所述的四轮协力自行车的传动系统所采用的协力轴，其特征是：

协力轴由轴套、轴芯、轴承、固定链轮与单向驱动链轮及其毂部组成，用作车镫对后桥两级链传动的中间传动部件，构成前后座车镫的主辅驱动。

3、根据权利要求1所述的四轮协力自行车的传动系统所采用的后桥链传动行星链轮系轮间差速器，其特征是：

由壳体、半轴套管、单向驱动链轮、半轴、半轴链轮、行星链轮组件和传动链组成，半轴链轮、行星链轮组件、传动链与壳体构成链传动行星链轮系轮间差速机构，对两侧车轮平衡驱动。

4、根据权利要求1所述的四轮协力自行车的制动系统的后轮制动由平衡式钳型制动器与复合控制装置组成，其特征是：

（1）平衡式钳型制动器由制动钳和制动鼓组成，制动钳由前后制动臂和固定其上的摩擦块、控制杠杆、拉索、拉杆回位弹簧和固定在后桥框梁上的支架构成，制动器利用后桥链传动行星链轮系轮间差速器的壳体兼作制动鼓，

（2）后轮制动器的复合控制装置由复式杠杆、槽型拉杆、装有储能弹簧及其固定和滑动座的中心杆、操纵杆、连杆、两级摆臂滑块式变臂机构、脱扣机构和安装支架组成。

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