TWI655132B - 兩輪載具 - Google Patents

Abstract

一種兩輪串接載具是藉由手握桿推進。在前方構件上的前輪與後方構件上的後輪沿著縱向軸對準。前方構件繞著垂直操縱軸旋轉。車座及腳踏架支撐騎乘者且允許騎乘者平衡及操控裝置。騎乘者使用支桿推抵地面來推進載具。

Description

兩輪載具

相關申請案之交互參照

本申請案主張於2013年3月15日提出之美國專利臨時申請號第61/792,921號之效益，其揭露全部內容包含所有圖式、表、及圖於此併入作為參考。

本發明是一種腳踏車，定義為藉由騎乘者推進之輕量化輪式載具，其推進是藉由結合一對手握桿。載具僅具有兩輪，其一依照另一個來對準，在本文中稱為兩輪串接。腳踏車及滑板車為表現出非常不同之兩輪串接載具之範例，然而兩者均具有必要的「兩輪車」配置，通常據信會包括把手。在本發明中，騎乘者的手是完全接合於支桿，且完全不與載具接觸；並為此令人驚奇地，載具是沒有把手的兩輪車。另一方面，支桿在輕量化輪式載具中作為推進之方法在之前已被提出。

傳統上與滑雪板使用之支桿也用於平衡及推進滑雪板，其中加入輪子以導引硬表面(美國專利第2,545,543號及第3,389,922號)。支桿被提供給溜冰鞋的使用者以控制、平衡、及 推力(例如見WO932588及US 5,601,299)。允許使用者站立、坐下、或跪下之輪式載具可藉由支桿推進。用於類似槳之支桿可推進這樣的載具(美國專利第1,313,157號、第1,425,220號、第1,619,668號及第2,216,982號)。與載具獨立之單一(美國專利第1,052,722號及第2,005,910號)或多個桿(美國專利第3,310,319號及第5,098,087號)也可被使用在滑行載具上的推進以及剎車。雖然這些裝置係設計以協助截癱患者的移動，大部分的主體裝置旨在用於休閒用途及具有樂趣。

黃(Hwang)在美國專利第5,125,687號描述用於道路滑雪的滾動板(rollerboard)。滾動板具有沿著板之縱向線上之後輪、前腳輪及附屬滾輪以穩定平台。使用者可站立或坐在平台上。支桿被用來改變板的方向。陳(Chern)在美國專利第4,863,182，號將冰鞋附加於單輪腳踏車以創造一種運動器材，其可傳統地使用藉由踩踏作為單輪腳踏車或者具有支桿以助於滑動動作作為冰或草之滑板車。在各種配置中包括兩個、三個、四個及更多輪子之各種載具被設計成與支桿一起使用，然而兩輪串接載具沒有在之中出現。

儘管有支桿且缺乏把手，本發明仍需符合所有兩輪車共通的相同配置需求，就是在道路上仍可僅藉由兩輪支撐之移動車架上使人保持平衡。操縱兩輪串接載具是騎乘者維持在載具上平衡的活動過程中的一部分。且因此，對此過程為不可或缺之藉由使用騎乘者之上肢控制操縱輪的重要功能，現在必須藉由一些其他方法來完成，而本發明藉由下列方式進行：騎乘者身體的下半部被用來執行上半部傳統上藉由把手的使用進行之功能，也就是說，在載具上穩定騎乘者且操縱其前輪，然後身體的上半部用來 自由地推進載具，其一般為下半部進行。

雖然不用手操縱兩輪車理論上被認為是可能的，其方式或方法至今仍未被證明是可行的。貝仁夏(Barachet’s)(美國專利第5,160,155號)提出「具有兩輪串接的滑板」與其腳輪安裝(其中輪子與道路的接觸點(point-of-contract)是操縱軸的尾部)之前輪可為這樣的嘗試。布萊恩(Bryant)在美國專利第6,488,295號也提出兩輪車可被修改以使其能不用手操作的方法。在此技術領域中的其他專家可以提供意見，但無人能找到而將其宣告為不可能的，然而直到被本發明人確定，在之前沒有而在現在被成功的證明。

在1896年，大約二十多年左右進入現代腳踏車的發展，二輪車及三輪車在英國發表且成為腳踏車設計最重要的權威參考來源。作者阿奇博爾德夏普(Archibald Sharp)分析每個腳踏車設計的態樣，包括騎乘沒有握住把手的現象。簡潔來說，在該期間中視為書面屬性，而可能使夏普(Sharp)之「不用手操縱」上的解釋難以遵循；然而確實出現，兩輪串接載具的知識及了解，因為涉及本發明，從那時起沒有發展。

夏普(Sharp)呈現了四頁具圖表及方程式的分析，其考慮到沒有使用手操控腳踏車之影響因素。夏普(Sharp)假設騎乘者能維持平衡而不接觸在操縱軸提供扭力來保持平衡之把手，且因此作用在前輪及車架上可趨於繞著操縱軸轉動之力，必須藉由騎乘者來控制。夏普(Sharp)認為能造成繞著操縱軸的各種動作的這兩種力，每當載具傾斜時往往造成前輪之位置從中間位置(前輪及後輪朝向相同方向)偏離。一個扭力是由於輪子與道路之接觸點不對準於包含後輪與操縱軸之接觸點之平面。相關於這「第一扭力」之力是反應前輪上承擔之重量。

「第二扭力」是由於質量中心-重量繞著操縱軸本身樞轉-從操縱軸偏移。關於第二扭力的力量是由質量上的重力牽引所造成，其包含前輪、叉、及任何其他附於其上的重量，例如像是把手。二個扭力往往作用於相同方向。相對於或反向平衡其他兩者之「第三扭力」是由在前輪與道路之接觸點之向心力所產生，且是作用於當被騎乘時載具的迴轉動作。這樣產生之向心力與行駛方向呈直角，且因此在即時的任何給定扭力中，這些力是沿著迴轉半徑及指向迴轉中心的方向上。

夏普(Sharp)導出用於三個扭力中每一個之解析表達式，考慮到上述提及之因素。根據夏普(Sharp)「為維持平衡，[用於三個扭力之解析表達式之總和]應具有零值，為了操縱進一步至一側或其他，應該具有小的正值，而為了筆直操縱則為小的負值」。 然後夏普(Sharp)指出「對於速度及操縱角度的給定值，還有一個元素，後車架的傾斜度，在騎乘者的指揮下，但即使是熟練的騎乘者，上述扭力可能變化太快使他不能夠快速地調整傾斜度以保持平衡」。表現出夏普(Sharp)在解釋騎乘腳踏車不需要使用把手的可行性分析中這部分的因素缺乏信心。

1890年代是腳踏車設計的黃金年代。夏普(Sharp)及當時少數其他備受推崇的腳踏車專家，最著名的，夏普(Sharp)當時著名的法國M.布雷(M.Bourlet)，花了相當大的努力嘗試來解釋兩輪串接載具的秘密。關於「不用手」的現象從未達到共識。而在接下來的世紀中則是少有任何腳踏車基本設計上的改進，或者進一步的了解被進行。在1977年MIT出版社再版了夏普(Sharp)的專著，且學校機械工程教授David Gordon Wilson在序中說到「明確的作品...標明且幫助帶來機械工程之精彩時期的結束...且幾乎 是腳踏車設計上最後一本書以及最後一字。」

在現今的現代時代，所屬技術領域之技術人員仍持有從較早時期來的主流意見。在美國專利第6,488,295號中布萊恩(Bryant)敘述「特別熟練之騎乘者能維持傳統腳踏車直線行進時的穩定性、動態平衡而不需握住把手，在這種情況下，可能藉由倚著(leaning)身體及傾斜載具而輕易地將腳踏車轉向左或向右。然而，小的短暫干擾，例如涉及騎乘於不平坦或粗糙的道路表面，或者騎乘者需要改變速度或操縱方向，則會迅速地使載具不穩定。 布萊恩(Bryant)斷言「對於任何提供之兩輪載具，都有速度的可控制操作範圍及用於給定地形的轉動半徑，其中騎乘者輕易地在一個方向或其他方向傾斜載具之能力足夠修正在載具操作期間所產生之動態不穩定性」，但因為「範圍遠小於期望...傳統兩輪載具是用手操縱的」。布萊恩(Bryant)相信他知道修正這種狀況的方法且因此消除了對把手的需求。

布萊恩(Bryant)明顯的啟示：「先前未確認但為兩輪載具中穩定性的主要因素，是樞轉沿著操縱軸固定於載具，與操縱輪之接觸點相關之不穩定的力，當操縱輪被轉動時與載具平面分隔太遠，載具平面定義為包含後輪接觸點及操縱軸的平面」，當然與夏普(Sharp)所認定且在他1896年的專著，如本文中所引用，所發表的完全相同之力，且造成上述所提之「第一扭力」。並且如同之前夏普(Sharp)，布萊恩(Bryant)了解這「主要因素」能產生對於操縱軸之力矩。然而布萊恩(Bryant)並未認知也能造成繞著操縱軸的扭力之夏普(Sharp)的「第二扭力」。

布萊恩(Bryant)大體上並未嘗試提升腳踏車不用手的掌控能力。布萊恩(Bryant)的目標是給定的兩輪載具並使其在「操作 範圍」內穩定及可控制，且消除把手的必要性，藉由結合通過機械裝置之「動態控制調節器」，能改變載具的體形(geometry)為傾斜及操縱角度的函數(function)。布萊恩(Bryant)為這樣的載具提出幾種設計，像是「騎乘者站立於基本上平坦的立面上，以衝浪板、滑雪板、或滑板之騎乘者相同之方式」，且以同樣不用手的方式藉由倚著(leaning)他們的身體來操縱。

有趣的是，在他的目前技術(state-of-the-art)之討論中，布萊恩(Bryant)指出1995年腳踏車科學(Bicycling Science)的第二版，其中同樣的大衛威爾森(David Wilson)協助使夏普(Sharp)1896年書再版，且總結在他的書中：「腳踏車的平衡及操縱是相當複雜的課題，其為大量的經驗性及相當少的科學性」，作為「在兩輪載具傳統分析所發現的限制的另一個範例。」，阿奇博爾德夏普(Archibald Sharp)、卡羅布雷(Carlo Bourlet)、大衛威爾森(David Wilson)以及羅伯特布萊恩(Robert Bryant)全都能被視為兩輪串接載具操縱及穩定性之專家，然而他們在此課題上並沒有形成共識。雖然在腳踏車的工程及設計中的許多專家研究及分析操縱及平衡的主題，過了這麼長的時間仍留有此事實，據已知的，仍然沒有人成功的製作不須以把手來操作之可騎乘兩輪串接載具。

在第三版的腳踏車科學(Bicycling Science)中，其中威爾森(Wilson)評論為何他決定請吉姆帕帕達普勒斯(Jim Papadopoulos)撰寫操縱及平衡的章節-「我第二版所寫對於此主題的章節...是書中最不滿意的」-威爾森(Wilson)備註說歷年來他已「找到，通過傳送稿件給專家審查，似乎在這個議題上專家之間沒有一致的協議。」，「MIT的畢業生，擁有機械工程博士學位，投入他的一生於改善腳踏車及騎腳踏車的科學及工程知識」之帕 帕達普勒斯(Papadopoulos)在章節的介紹中寫到：「不幸地，數學意圖描述腳踏車移動及自我穩定是困難的，且沒有被實驗驗證，所以設計指導仍是高度經驗性的。」，在章節的結尾，帕帕達普勒斯(Papadopoulos)引用37個參考文獻，包括夏普(Sharp)及其他三個一百多年前之專家支持這個發現。

本文中所提及或引用之所有專利案、專利申請案、專利臨時申請案及公開出版品，係整體併入至內容作為參考，其與本說明書之教示並無牴觸。

本發明是一種腳踏車，定義為藉由騎乘者推進之輕量化輪式載具，其推進是藉由結合一對手握桿。載具的前方構件及後方構件定義縱向軸。前輪及後輪分別安裝於前方構件及後方構件，且沿著縱向軸對準。前方構件繞著基本上垂直的操縱軸轉動，操縱軸相交於縱向軸以定義平面。後方構件位於平面上且沿著操縱軸聯同於前方構件。車座連接於載具的後方構件。腳踏架(Footholds)可位於前方或後方構件。腳踏架及車座支撐騎乘者在基本上直立的位置，面向前方以手握住支桿，而平衡騎著由兩輪輪軸支撐的移動構件。

10‧‧‧前方構件

12‧‧‧前輪

13‧‧‧後叉

14‧‧‧後方構件

16‧‧‧後輪

17‧‧‧操縱管

18a、18b‧‧‧輪軸

19‧‧‧腳

20‧‧‧車座

21‧‧‧操縱叉

22‧‧‧腳踏架

24‧‧‧支桿

26‧‧‧輔助性接觸工具

28‧‧‧剎車

30‧‧‧連接部

32‧‧‧前方部分

36‧‧‧支撐栓

38、40‧‧‧槓桿

第1圖是本發明之載具較佳實施例之側面正視圖。

第2圖是第1圖所示之載具較佳實施例之前方正視圖。

第3圖是第1圖及第2圖所示本發明具有以幻影呈現之 騎在載具上之騎乘者之載具較佳實施例之側面正視圖。

第4圖是本發明之載具另一較佳實施例之側面正視圖。

第5圖是第4圖所示之載具顯示騎乘者以支桿安置在載具上之較佳實施例之環境視圖(environmental view)。

第6圖是本發明之載具又一較佳實施例之側面正視圖。

第7圖是本發明之載具上之剎車致動器之較佳實施例之部分側面視圖。

概念

雖然桿驅動腳踏車(cycle)不能視為適當的交通運輸方式，但這個看似簡單的概念可產生有趣又健康之全然獨特的休閒性騎乘。就像腳踏車提供大量戶外運動，但替代腿部肌肉其需要上半身的力量，特別是強壯的手臂及肩膀。其允許騎乘者使用及體驗他們的平衡感，且增加他們的協調性。騎乘者可隨時停止而不用下車，且不同於其他用於休閒活動的設備，包括滑雪板、溜冰鞋、滑板、腳踏車及滑板車，騎乘者仍能舒適地坐著，且在如果傾向要長時間地在他們的手機講話時休息。其也是輕量化的，且可輕易地攜帶，例如上下樓梯。

本發明的特別重要特徵是載具可在兩種模式中的一種被操作：其可被騎乘或者其可以行走。且就如其在騎乘時可能看起來像是滑板被搬運，可預見在騎乘時這載具將有可能被視作「行走」。這意味著與行人共用人行道，如同滑板車；且因此，在行 走模式或騎乘模式中操作行走步調加速及放慢，均是本發明重要的目標。在慢跑及賽跑的速度中也運作良好，這兩種模式下，對於騎乘於附近的街道上及自行車道上非常理想。藉由這依稀相似外觀之設備藉由具有自然之可操作性之一對手握桿推進之奇特組合所創造之新騎乘方式在這之前是意料之外的。

在騎乘路途的時間期間中，由於不利的騎乘條件或者任何理由，騎乘者可能會希望藉由使用載具在其行走模式下徒步繼續。然後騎乘者可藉由在以單手推向前時行走至載具一側而前進。 其為最自然的過程。現在進行中，騎乘者可以單手攜帶桿，或把桿放在附於載具的特殊支架上，而以另一隻手握住車座(saddle)且沿著滑動的腳踏車步行或運行。騎乘者藉由對車座簡單的扭轉動作來操縱。腳踏車立即且準確地回應這些指令而不會以任何方式干擾使用者的步行或慢跑。自我操縱的腳踏車可確信地在這種方法下「步行」而不需要向下看住腳踏車或道路。其大直徑的前輪及輕量化使得其輕易地「步行」在道路或其他未經改善的表面上。

騎乘者獨特的姿勢差異使本發明與其他兩輪車有所區別：騎乘者是以挺直的身軀坐在座位中，抓著支桿；大腿在臀部向前彎曲，小腿在膝蓋處向下彎曲在接近垂直的位置，腳放置在附於載具兩側的腳踏架上。騎乘者的手臂和手完全與支桿結合：上半身完全不與載具接觸。從腰部以上騎乘者類似越野滑雪者，且確實，使用類似的手臂活動及上半身動作向前移動，乍看之下顯得如此。然而腰部以下，騎乘者將似乎更像是在馬背上，藉由車座及腳踏架支撐，以下肢按壓車架騎著腳踏車。支桿的主要目的可為推進，然而如同滑雪者不會嘗試不用支桿滑雪，騎乘者不會考 慮在沒有支桿保障下的使用性。

兩輪串接載具

使用支桿作為推進的方法係理想地適合於兩輪串接載具。令人驚訝的是這麼多因素促成了這個目的之成功運用。騎乘者面向前直立姿勢及相對於行進方向之穩定位置都是必要之因素。載具的狹窄路道(tract)供使本身適用於支桿，也就是說，藉由手握桿的推力動作(thrusting action)向前推進腳踏車。騎乘者能倚著他們的軀幹以延伸他們可達處，不論向前或向後，當施加不同量的力於支桿時，不論是一次划動(stroking)一個或一次划動兩個都不會干擾腳踏車的運作。而且騎乘者的身體本身，肩膀比臀部寬，且在行進方向上彎曲及旋轉的手臂適合這個作業。此載具具有優異的滑行能力之事實是必要的條件。

另一方面，兩輪串接載具本質不穩定性且無法自己保持直立。其操作也是所有輪式載具中最不被理解的，這使其作為可成功適應於支桿運作的載具上為挑戰性的選擇。本發明獨特的騎乘有部分是由載具的兩輪串接配置的操控特性衍生而來的；且其主要基於這個原因而選擇這個基本形式。因此如給定的，有兩個關鍵的因素對於這種形式的載具是特有的，平衡性及穩定性，這必須被處理。平衡性可被視為與騎乘者保持移動中的載具直立的能力相關的因素；而穩定性在本文中是與騎乘者在移動的載具本身穩定身體的能力相關的因素。兩個因素是相互關聯的；一個不能沒有另一個而發生；且每個載具設定及操作的態樣，相對於騎乘者，是受到其影響的。因此，在本發明中是這兩個關鍵因素成功解決的結果。

發明人已確認平衡性及穩定性在沒有把手操作兩輪串接載具時能被實現；且其可同時及獨立於騎乘者手持桿的使用來實現；且在特定狀況下，或者在特定情況中，或者在特定操作期間，其中無法另外進行下，可能在騎乘者手持桿的使用的協助下或搭配下實現。指為騎乘者使用支桿意指：騎乘者的上半身通過一對手持桿與地面或道路間歇的接觸；而且，雖然支桿的主要功能是藉由施加這些平行運行於載具行進方向的推進動作來推前載具，然而涉及支桿的其他動作可藉由騎乘者為了推進外的理由來執行，例如騎乘者可執行的相關於平衡性及可協助操縱載具之動作，如本文所揭露。

兩輪串接載具或配置的參考，或是兩輪車，在本文中意指：具有兩個連在一直線上的輪子的腳踏車，其為一個輪子跟隨另一個、以及乘載騎乘者的重量或質量的兩個結構構件：前輪12所附接之前方構件10以及後輪16所附接之後方構件14。前方構件於操縱管17樞轉的連接至後方構件。更技術性地說明：前方構件及後方構件定義一個縱向軸，前輪及後輪分別安裝與其中且沿著縱向軸L對準；前方構件繞著基本上垂直的操縱軸S旋轉；操縱軸與縱向軸相交定義一個平面P；後方構件14位於平面上且沿著操縱軸結合於前方構件12。重要的是要注意兩輪串接載具的設定，也就是相對於載具的騎乘者的位置是基礎：騎乘者的重量是乘載且大部分支撐於兩個輪子的輪軸18a、18b之間；且騎乘者的重量是均勻的分布，也就是說橫向的平衡於載具縱向軸的每一側上，其將是騎乘者跨騎於這樣的載具上的情況。

使用支桿

輪式載具的操作是經由透過輪子與騎乘表面聯接來控制。 在三輪或四輪載具上使用者與道路之間的界面是簡單直接且理所當然的。然而在兩輪串接載具中這個界面由於需要操作者維持載具平衡直立的積極參與而為複雜的。在本發明中操作者與載具之間的關係因為使用引入與騎乘表面額外的連接的支桿24而更加複雜。結果兩個分開及獨立的控制手段存在於操作者與道路之間：其一是通過騎乘者下半身經由兩個輪子，藉由騎乘者的腳和腿作部分的控制；以及另一則是通過騎乘者的上半身經由手握桿，其藉由騎乘者的手臂作部分的控制。

騎乘者必須執行以騎乘腳踏車的看似不相關動作的協調可能是難以想像的。對於在腳踏車設計領域的那些技術人員，以一對手握桿的使用作為在兩輪串接載具中的推進方法可能看起來是不切實際的，且可能過於複雜及影響其操作。本發明展示這不是本文中所述作為較佳實施例之兩輪串接載具的情況。支桿的使用不會妨礙平衡性及穩定性；且事實上，支桿的使用能有助於及延伸該載具的功能及性能。而極其關聯的是，發現在兩輪串接載具中使用支桿作為推進的方法或延伸載具的功能或性能的目的上，是直覺的。

支桿的使用在載具速度範圍下端的速度上可能是特別有利的，其可在操縱載具中扮演某個角色且在特定的動作中幫助騎乘者。例如，在準備轉至相反方向時，騎乘者可使用支桿來協助推動載具直立，因此提高其質量中心使得騎乘者可接著傾斜載具至其縱向軸的相反方向。或者在另一個動作中，支桿可被用來防止載具在執行急轉彎期間向內倒下，其中載具可能趨向於削減半徑，習知之其他兩輪串接載具中的現象。在這樣的情況下，騎乘者可倚靠於朝向轉向的內側的支桿上，且因而防止載具倒下。可 注意到在這範例中支桿是用來產生垂直於行進方向的力，且因此說明支桿可的確用在除了推進外的功能。

此外，也經由發明人證明，當於較佳實施例之模型上滑行時，隨著腳踏車的速度降低，存在一個低於則騎乘者不借助支桿的幫助不能維持平衡性的速度。在這速度之下，其可能向下延伸至載具已接近停止處，當其或多或少向前行進時騎乘者可以防止腳踏車倒下至一側或另一側之方式使用支桿。應當注意到，因此，藉助支桿，腳踏車能以與兩輪串接載具不一致的模式操作。

從已被發現的，其似乎是合理的假設，只要略微練習，騎乘者能學會以能增加在其他兩輪車中不可能之低速的維度的方法來操作支桿。支桿也被發現在啟動及終止騎乘時特別有用，在那些時間期間替代在道路上的「腳」，所以騎乘者真正的腳能留在腳踏架上。

穩定性及平衡性

為了幫助人們理解涉及載具操作的動力學，載具上所承擔影響平衡性及穩定性的力可相對於載具的縱向軸來區別，與行進方向是緊密相關的。對準於載具的縱向軸之力或是力的組成部分不能使載具傾倒。最終結果是所述之穩定性，也就是說騎乘者藉由能夠任意將其身體穩固地附於載具而留在載具上的能力，以及所述之平衡性，也就是騎乘者保持載具直立的能力，僅受到垂直於載具縱向軸的水平方向上的力所影響。結果，在載具及騎乘者上承擔的力，例如重力、風力或由各種道路狀況造成的壓力，不論這些力的方向，僅能使載具向旁邊傾斜。

如果穩定性的問題可被解決，平衡性主要變成載具本身 的功能，基於其兩輪串接的配置及其設定，其中騎乘者藉由在感受要傾跌的方向上稍微樞轉前輪於一側或另一側而能夠自發地「抓到他們的平衡性」。想想掃帚被垂直平衡於一個人的手掌上，為了維持其平衡性必須持續地移動於開始倒下的方向。在兩輪串接載具的情況中，需要為此向前移動來工作；且還有關於其特殊設計的最小向前速度，如同在所有兩輪車中，低於則騎乘者變得難以保持平衡。所述之平衡性在沒有進一步包括操縱的物件時可能無法被討論，兩者在本文中一起詳細的被解決。

另一方面，穩定性在沒有把手時變成問題。所有先前的兩輪串接載具依靠把手來穩定載具上的騎乘者。在本發明中，一些其他方法必須填補這個功能，且在一般操作載具時其設計將需要確保騎乘者可安全地保持騎乘，如本文中所述，且在所有極端情況下這樣做，包含啟動及停止，以及在各種道路狀態下的動作。 騎乘者的下肢需要提供這個關鍵的支援，也就是說，當在執行那些操縱及維持平衡所必須之載具前輪之微妙操控的同時，穩定在載具上的騎乘者身體。這看似不相容的功能顯示為何稱為穩定性的概念會是問題。

由發明人確認在載具上對騎乘者身體重量的支撐可藉由騎乘者下半身的運用來達成；且這能藉由使用在騎乘者身體上的三點的支撐工具來完成-臀部及雙腿及或雙腳。根據本發明，車座20及腳踏架22是可用在這個目的的支撐工具。根據本發明，當一般騎乘時，騎乘者維持三點及支撐工具之間不斷的接觸。在特定狀況下，或者當執行特定動作時，特別是在一或二個支桿24與道路接觸的期間，不同量的騎乘者重量可在三個支撐工具間，或者在三個支撐工具中之一或多個之間被轉移至一個或另一個 支桿，或同時兩個支桿。

根據本發明，臀部及腳是騎乘者身體與載具接合的主要接觸點；且在載具被騎乘期間，維持與載具的接觸。然而，騎乘者身體的其他部分可被運用以幫助及協助騎乘者穩定身體在載具上。這樣在騎乘者身體與載具之間額外的接觸對主要接觸點來說將是輔助性的或是支援性的。而主要的接觸點被動地接合支撐工具以支撐騎乘者在載具上的重量且因此反抗重力，運用在騎乘者身體上的輔助性接觸點需要主動接合，也就是說，騎乘者肌肉的收縮，以接合輔助性接觸工具，且可因而反抗側向力。當輔助性接觸工具如此接合時，騎乘者的下半身與載具形成堅固的連接，其通常在提供穩定性時是必要的。在這方面，輔助接觸工具的使用可為暫時性及間歇性，即使在完成其暫時性運用的任務後，騎乘者接合於這樣的工具的一部分仍舊保持與輔助接觸工具之接觸。

輔助性接觸工具的目的是提供騎乘者對於載具額外的連接，其能幫助騎乘者反抗在載具上暫時不穩定的狀態，其中單獨使用腳踏架及車座可能有所不足。側向不穩定的瞬間狀態，例如可能是經由腳操縱所造成的扭力或極端的結果，或者可能是急轉彎，可能會是這樣的狀況。例如騎乘者的膝蓋或大腿可能被運用作為輔助性接觸點以處理這種類型的狀況。輔助性接觸工具26可位於操縱管17兩側上，例如與大腿及或膝蓋內側相符的表面上，騎乘者在需要時可按壓或夾住其大腿或膝蓋。車座的前方也能為了這個相同目的向前延伸至騎乘者大腿之間。在片刻的時間中，無論哪種方式騎乘者皆可接合在載具上的5個接觸點，兩個腳踏架22、車座20、以及兩個輔助性接觸工具26的膝蓋或大腿 按壓點，且因此穩定身體在載具上。

應注意的是，如同在操縱管的輔助性接觸工具的選擇，除此之外，穩定性可藉由增加在騎乘者上半身與載具之間的輔助性接觸來提升。例如，車座的前方部分能向上延伸至騎乘者雙腿之間以形成支撐物具工具附於其上，使得騎乘者能夠接合腹部或胸部，且因而形成騎乘者與載具之間的堅固連接。這樣的工具將不會影響騎乘者使用支桿的能力，也不影響載具的安裝，其可能從後面完成。雖然這樣的輔助性接觸的目的將主要為增加騎乘者側向的穩定性，其可保護騎乘者在突然停止或碰撞期間免於受傷。 亦應注意的是用來停止或減慢載具的剎車28的致動器可結合進來，或作為實現輔助性接觸的工具的一部分。

重要的是理解相對於穩定性，騎乘者之腳踏架的使用與把手並不等同。腳踏架受到一個明顯的不利條件。不同於藉由非常靈活的手臂-手的組合所控制的把手，腳踏架與較笨拙的腿-腳組合互動。為了穩定載具上騎乘者身體的目的，後者結構上的缺陷也存在其他挑戰。能使手臂-手的組合去參與推及拉的動作，且在所有其他兩輪型式的載具上用於支撐騎乘者的重要能力之手握功能，不能在本發明通過運用騎乘者的下肢而效法。雖然騎乘者於車座、腳踏架以及輔助性接觸工具之共同使用可能不能完全補償缺少的把手，但是所達到的穩定性足以本發明預期的速度範圍內騎乘載具。

不過，雖然施加的限制可能很顯著，但下肢作為上肢替代的缺點必須不造成載具的障礙。但本發明的目的是休閒，且因此操縱或其他載具特性，不必然要等同於可能具有其他目的的其他載具的需求表現。類似慢速操作之事情、及獨特的操作性是為 了增加本發明的趣味性且使其使用起來很有趣。然而應當注意的是，騎乘者之支桿的使用可能在一定程度上彌補這些缺陷，且在慢載具速度的情況中，支桿可以把手所不能的方式協助騎乘者，且因此延伸了腳踏車的低速操縱特性。

操縱及質量

重要的是理解在兩輪車中載具的平衡性及操縱實際上是在相同過程中的一個。腳踏車不是以如同其他有三或四輪之載具的相同感覺來操縱，其中操作者可藉由用在這種目的的機械工具之使用而準確地控制載具的方向。腳踏車是藉由騎乘者在想要的方向上處理而更間接地操縱或者驅使，實際路線並非是直線而是基於次於平衡性。由此發生之過程涉及搭配直接操縱載具之前輪的角度之騎乘者重量的側向移動，其在本發明之前是通過把手的使用來完成。在該過程中，騎乘者與腳踏車成為一體，且合作成為操縱載具的複雜動作中的一部分，也就是說保持不倒下，且朝向想要的方向。騎乘者的影響是微妙且直覺的，且難以量化，但騎乘者的質量及身體語言扮演重要角色是明顯的。

騎乘者相對於腳踏車之質量大上許多倍，因此，依據騎乘者相對於輪子的位置，藉由每個輪子支撐的質量中可能會有顯著的差異。這可能是操作兩輪車當中的重要因素。不過，在腳踏車很長的歷史期間，支撐騎乘者質量之主要份額的車座被定位大於或小於其整體長度：在其早期歷史中從在「高輪車」設計中之靠近前方輪軸到在一些斜靠式設計中之靠近後方輪軸。在大多數的情況中，定位係基於踏板曲柄的位置，即使這個定位可能導致小於理想化的騎乘者質量配置於載具上。進一步，騎乘者的質量可能相關於載具作移動：踏板曲柄可能以可能造成騎乘者的質量 從一側到另一側轉移之方式使用，例如當站立於一個踏板上時。 同樣的，在把手上騎乘者放置的重量或者運用的力量也可改變，其能造成質量從一個輪子轉移到另一個輪子。

在腳踏車上，有把手的幫助，騎乘者能克服可能藉由相對於載具小於理想化的配置其質量、或者質量的移轉所造成的不利條件。平衡及操縱的過程藉由使用把手來主導，而騎乘者的質量扮演次要的角色。然而在本發明中，在載具之操作中小於理想化的配置騎乘者的質量於腳踏車上，或者轉移質量，可能複雜化且妨礙如本文所解釋的平衡性及操縱性。根據本發明，騎乘者的質量藉由車座及腳踏架被支撐在腳踏車上於或多或少之固定位置；且可進一步側向地穩固，且以輔助性接觸工具的幫助支撐在固定位置；且結果是，藉由各個輪子承擔騎乘者重量的部分在腳踏車操作期間仍舊維持大致不變。

根據本發明，腳踏架及車座在腳踏車上的位置決定騎乘者質量在兩輪之間的分配；且在載具上腳踏架及車座的配置可如本文所說明是腳踏車操作及表現的關鍵。應注意的是騎乘者的腿及腳的位置並不像在併入其中有踏板曲柄之腳踏車之設計中之配置下一般受到限制，例如決定騎乘者腿及腳的位置。因此，任何相似或對應於任何其他兩輪串接載具之車座及腳踏架之位置，例如習知為「高輪車」的腳踏車之早期設計，或者現代配置，是符合的。然而，如同在腳踏車的範例中，在腳踏車上的車座位置對於騎乘者的腿及腳相對於載具操作的功能需求是次要的。

在本發明對於腳踏車的控制中，騎乘者質量的重要性是相關於繞著腳踏車之操縱軸之力矩的發展。力矩是在平衡及操控發生過程中的主要因素。重要的是瞭解在該過程中，操縱輪子的 方向的控制及判斷是依靠能造成操縱輪子繞著操縱軸樞轉的許多因素，最明顯的是藉由騎乘者的腳之腳踏架的移動。繞著操縱軸的力矩也能造成操縱輪樞轉。當騎乘者倚靠身軀向一邊時，腳踏車亦傾斜；且腳踏車前方構件的傾斜能造成力矩。固定騎乘者的質量在固定位置中，且確保其能被牢牢地保持在後方構件，防止扭力由於在前輪上轉移重量的結果而改變。

根據本發明，在操縱輪與地面的接觸點承載的質量可能是產生繞著操縱軸的力矩的主要因素，且確切而言，這質量可為在腳踏車操縱及平衡中之關鍵因素。進一步，力矩可能被區分為兩個組分量，兩個組分量都依靠且利用該質量，或者其部分。該力矩的第一分量是該質量的全部重量的作用。該力矩的第二分量僅為以操縱輪樞轉之質量的重量的部分之函數；且這質量係關於位於操縱軸前方的質量中心。應該注意的是在腳踏車後輪所承擔的質量不影響此力矩。

由發明人確認如本文所描述作為較佳實施例的兩輪串接載具中，平衡性及操縱性可被達成，在某種程度上，藉由使用繞著操縱軸的力矩係藉由騎乘者操作及控制的技術。使用這些技術，操縱輪的方向，也就是操縱角度，可藉由騎乘者身軀及腳的協調持續地改變；且在這樣做時，載具的平衡及路線可被維持。特別地，該力矩回應於騎乘者相對腳踏車縱向軸倚靠其身軀的程度，且其回應可通過藉由騎乘者腳的使用來操作前方構件而修改，不論是降低或增加。

載具設計

根據本發明，騎乘者在載具上的位置是藉由車座及腳踏 架的位置來定義。車座在大部分兩輪串接載具的情況中是固定於後方構件的位置。對於腳踏架有將其定位於前方構件或後方構件之間的選擇性。早期腳踏車隨著其前輪驅動，而現代的腳踏車則隨著其後輪驅動，證明腳踏架能被安裝在任一構件而不會影響載具的兩輪串接配置。其可能是根據本發明的原理能被施加至有任一配置之載具，雖然其設計以及可能其操作特性有所不同。不論在任何一種配置下，騎乘者將保持相同的站姿及支桿的使用。而有關輔助性接觸之關注將是可適用的，除了將這樣的工具附於操縱管，則其將僅適用於前一種情況。

將腳踏架置於前方構件比起於後方構件具有顯著的優點且因而是優選的。在實際應用時，在後者的情況下，騎乘者使用他們的腳來控制操縱輪的樞轉將經由位於載具輪子間的機構間接地完成，其將需要將其連接至操縱叉21之連接部30。這樣的機構可能是難以使用的且其對於前方構件的連接可能是脆弱的。 機構及連接部皆將藉由將腳踏架置於前方構件上而被排除。此外這樣做的時候，將造成兩個非常重要的效益：騎乘者的質量可被轉移向前；以及，由於用在騎乘者腿及腳的空間將毋需分配在兩輪間，故載具的軸距可縮短。這些效益提升了平衡性及操縱性。

然而，具腳踏架位於輪子其間以支桿驅動的兩輪串接載具是可行的。第6圖示出這樣的載具的概念。在這範例中，騎乘者的腳可藉由腳踏架的前方部分32相對於腳跟落在其上的後方支撐栓36的上下移動而控制操縱輪的樞轉。注意為了使操縱輪偏離筆直向前的方向，兩個腳踏架的前方部分的往復運動是必須的，以將操縱輪轉向右方，右腳向下旋轉同時左腳向上旋轉。可選擇地，藉由騎乘者的腳作前後動作來操作的機構及連接也可被 使用。在任一情況下，尚未確定是否這樣的動作可以藉由這類載具的騎乘者直觀地執行。雖然，具有腳踏架附於其後方構件的載具落在本發明的範圍內，為清楚起見，本文中所有論述應特別適用於載具型式，其中腳踏架附於前方構件，即使這樣那些論述也可被應用在其他型式的載具。參考本發明中的腳踏車，或者腳踏車的模型，或者較佳的實施例，應指向其中腳踏架附於前方構件的範例。

藉由將腳踏架置於前方構件，騎乘者的質量在腳踏車上比起其他可能性可被定位更向前。騎乘者的質量越向前，越容易且越快速地移動側向的重量，且因此越容易使騎乘者維持其平衡。 應當注意的是腳踏車反應操縱角度的改變越快，腳踏車能被操作的速度就越慢。縮短輪距是有效的因為其促成腳踏車慢速騎乘的能力，如本文所說明的。應當注意的是軸距可藉由減少後輪直徑而進一步縮短，因而安置輪軸18a、18b更靠近在一起。亦應注意的是，軸距越短，腳踏車在行走模式期間回應騎乘者手的扭轉指令就越快。

在較佳的實施例中，騎乘者的腿相對於操縱輪的位置是重要的考量。由於車座的前方位置在後方構件上，且造成車座高度高於操縱輪，騎乘者大腿能被延伸向前超過操縱輪的上方，使其大致上水平，且因此將膝蓋放在操縱管前方。這容許騎乘者的腿安置使其在操縱輪向左或向右樞轉時不會干擾操縱輪。膝蓋可藉由能定位於操縱管兩側的輔助性接觸工具而分開，且將因此有利於接觸騎乘者的大腿內側。膝蓋之間的跨度將最好是等於及藉由分開設置的腳踏架決定。然後膝蓋將向下彎曲，從而允許下方腿部，即小腿，大致上與操縱軸平行運行，使得腳在操縱輪兩側 最終位於正確的點。

允許騎乘者的腿大致上維持在操縱輪處之大腿、膝蓋、小腿及腳的定向被樞轉。小腿能夠樞轉而不用移動膝蓋，然後使腳在腳踏架上旋轉於樞轉輪的方向上，且因而避免衝擊到輪輻，小腿仍舊平行於操縱軸。隨著腳踏車的轉動半徑減小，可注意的是向轉彎內側之腳向後移動而在外側的向前移動。騎乘者可輕易地藉由與樞轉輪合同一起轉動腳以自然的方式執行必要的動作。 即使在非常慢的速度下，且其中腳踏架繞著操縱軸之旋轉達到最大限制，且其中騎乘者可能需要使用支桿以維持其平衡性，騎乘者仍能以腳控制操縱輪的樞轉。

重要的是注意騎乘者的下半身在操作腳踏車期間即使腳隨著叉的樞轉而旋轉時仍舊大致上固定。騎乘者可執行腳踏架的必要動作而不會妨礙在腳踏車上身體的位置。這是重要的因為其藉由使用大腿內側的肌肉力量以緊扣其間的工具而允許大腿或膝蓋內側在任何時間接合輔助性接觸工具，且因此形成騎乘者與後方構件之間的堅固連接。在同樣的時間，或在任何其他時間，騎乘者能藉由向內朝向彼此壓腳而施加向內的力量於腳踏架上，因此提供額外的剛性到下方腿。在這種狀況下，其可說成腳踏架也是作為輔助性接觸工具。騎乘者也能施加側向力量於一個輔助性接觸工具或其他的，或腳踏架或其他的，或者其組合。這些動作藉由騎乘者直觀地執行而不會對整體載具的駕控有明顯影響。

較佳的實施例

本發明載具的較佳實施係如第1圖至第3圖所示。這種 可供騎乘的兩輪串接載具的騎乘，騎乘者的身體從腰部以上與載具並沒有接觸。其係容易騎乘，且出人意料地為順暢騎乘及靈敏的；且在支桿的幫助下，發明人能夠輕易地執行，例如第8圖中，在小於單一車輛停車位大小的區域中，以非常慢的速度，比傳統腳踏車能做到的慢得多。在第4圖中，較佳的實施例示出車座整合輔助性接觸工具。第4圖的載具是如第5圖所示的來操作。在第1圖至第3圖中，腳踏架以其最基本形式示出，其中騎乘者足弓下的單一踏桿36支撐腿的重量。在第4圖至第5圖中，腳踏架的範例以下方支撐件及上方組件示出，然而其兩者能被定位與所示的不同。上方組件能抵抗藉由腳所施加的向上力量。應注意的是用於後輪剎車28的致動器，其較佳地結合於腳踏架，未在第1圖至第5圖中示出。

在第6圖中，根據本發明腳踏車之另一實施例的代表被示出。在這個實施例中，腳踏架將在載具的後方構件上。應注意的是標的代表如所示並不具有剎車；結合的車座及輔助性接觸工具顯示為不被支撐；前方構件並未示出有偏移質量，其為藉由第二扭力或方法產生力矩所需的，如本文所述；且具有顯而易見之其他忽略的細節。

在較佳的實施例中，腳踏架22位於前方構件10，在前輪或操縱輪12兩側各有一個；輔助性接觸工具26位於相對於縱向軸的操縱管17的兩側；以及，車座20是位於固定於高於地面上的一個高度之後方構件14上，其允許騎乘者在雙腿跨過腳踏車坐在車座上時能將腳放在地面上。相對於操縱軸的車座位置是基於腳踏架的位置及藉由腳踏架的位置來建立。腳踏架附於操縱叉21的腳19，在這樣的位置中其支撐騎乘者腳及腿的重量之部 分的腳踏架係位於操縱軸的前方。在後輪16上操作的常規腳踏車剎車28是藉由騎乘者身體的一部分來控制，較佳的是腳。提供讓騎乘者使用的一對手握桿24，手握桿24於一端具有手握部且於另一端有橡膠墊或尖端。

腳踏架相對於操縱輪的中心(也就是輪軸18a)的位置、以及車座相對於操縱管17及騎乘表面的位置，部分是取決於騎乘者腿的尺寸；且因此，腳踏架及車座的位置都是可調整的。對於給定的騎乘者，最佳的腳踏架及車座位置可如下決定：第一，車座的高度係設在地面上，使得騎乘者的腳在騎乘者在停止狀態下坐著時靠在地面上。然後，車座最初的前後調整被設置使得當騎乘者的大腿向前彎曲將其置放在操縱輪之上時，大腿內側、膝蓋背面能對在操縱管兩側對輔助性接觸工具按壓。然後膝蓋延伸超出操縱管(且較佳的是輔助性接觸工具)並向下彎曲使得腿的小腿運作大致平行於操縱叉。然後腳踏架能被設定使得最初位置放置腿的小腿於叉的兩側上的操縱軸的前方。在此刻，載具應該駕控的相當好。對於每一個騎乘者都存在對於他們的腳的一個甜蜜點，或者最佳的位置，且腳踏架之對應位置可藉由試騎腳踏車來找到。 載具可進一步經由首先調整腳踏架的前後位置對於騎乘者調整，然後如果必要的話重新調整車座的前後位置；以及然後在每個這樣的腳踏架調整後，載具應該再次進行道路測試。

在如第1圖所示之腳踏車較佳實施例的模型中，後方構件14的形式，也就是腳踏車的車架，以及前方構件10的形式，也就是操縱叉，可表現相似於習知的兩輪串接載具。單管「骨幹」型式的車架連接一端於9英吋的後叉13，直徑16英吋的標準腳踏車輪安裝於其上。選擇直徑16的後輪部分是基於最小化腳踏 車的重量及輪距。車架的另一端連接7英吋長的操縱管17搭配於17英吋的筆直操縱叉21，其不具有偏移，也就是操縱軸相交於車輪的輪軸。直徑28英吋的標準腳踏車輪安裝於叉上。操縱輪12的直徑明確指明盡可能大，被限制於當坐在車座時騎乘者降低腳到道路的能力。尾部(本文中定義)設定在約4英吋；以及輪距在約25英吋。48英吋及53英吋兩種長度的支桿都被使用。 一般腳踏車車座20附於連接於從操縱管向後約8英吋的車架之車桿(post)上。

輔助性接觸工具26的尺寸及形狀可能不同。在如第1圖至第3圖所示的模型中，該工具接觸騎乘者大腿內側的朝外表面，是符合騎乘者大腿的約4英吋寬6英吋高的略凹形狀。該兩個表面的前方邊緣在最窄處是分隔大約6英吋，因此將騎乘者的膝蓋以此量分隔，且在後方邊緣分隔逐漸變細至大約4到5英吋。 表面的尺寸及形狀並非最關鍵的，寬度為其一半者似乎也可運作的很好。輔助性接觸工具能分成兩部分，左大腿接觸件及右大腿接觸件。輔助性接觸工具也能接合騎乘者膝蓋的內側，不論是與大腿一起或替代大腿；然而，重要的是其不會干擾小腿相對於膝蓋的移動。重要的是該表面是堅固且牢固地附於後方構件。

腳踏架22的形狀可能不同，對於其型式並沒有限制，除了要支撐騎乘者腿及腳的重量，且要能支撐對抗於騎乘者可能以他們的腳所施加的內部側向(朝向輪子)的力量。腳踏架的位置是可以上下及前後調整的，如第1圖所示，藉由在安裝托架中的四個洞，其允許指向外部之垂直支撐踏桿36被水平地調整，且藉由相對於輪軸的可轉動位置，其允許踏桿被垂直地調整。腳踏架之間的分隔，如所示是大約7英吋，也可能變更。為了使腳踏車 的運輸更容易，支撐踏桿可製成為向上折疊，使得其不會向外凸出，因此允許載具平放。腳踏架的設計及其附於叉的方法，以及調整對於騎乘者的腳的方法，以及可被調整對於騎乘者腿長的方法，全部都能改變，只要腳踏架滿足如本文所述之預期目的。

應當注意的是操作用於剎車28的致動器之最有優勢的方法可能是藉由騎乘者腳來執行。如第7圖所示，當腳的後方部分被用於支撐腿的重量時，腳踏架的支撐踏桿36被置於例如在腳跟或足弓下，腳的前方部分仍能上下轉動。只要作動不干擾到載具的一般運作，這個動作可被用於控制用於剎車的致動器。例如，如第7圖所示，藉由騎乘者腳向上樞轉來操作的位於腳上方的槓桿38，或者藉由騎乘者腳向下樞轉來操作的位於腳下方的槓桿40，可被用來致動後方煞車28。可選擇地，不論槓桿能否被用於控制是在前輪操作的剎車(未圖示)。應當注意的是在一個腳踏架上的槓桿相對於在另一個腳踏架上的一個可獨自運作。也應當注意的是，無論情況，在每個腳踏架上，一個槓桿或另一個可操作剎車，另一個被替換成能抵抗向上或向下力量的固定踏桿。 另外，如果踏桿38製成固定的，由於騎乘者腳及或腿的肌肉將需收縮以接合踏桿38，踏桿38將接著作為輔助性接觸工具。

腳踏車的操作

當第一次觀察不活動的腳踏車時，可以假設其藉由腳踏架與騎乘者的腳來操縱，因為沒有把手，似乎是沒有其他方式。 但當在操作中觀察時，除了騎乘者的支桿明顯推動向前的撐划外，沒有引人注目的動作指出騎乘者控制著載具。事實上，即使當騎乘著腳踏車時，如本發明人已完成般，是看不出來如何運作的。 然而，清楚的是腳踏車及騎乘者一起傾斜轉彎，如同一個剛性塊； 但不論這個傾斜是動作的開始，或者是對另一個動作的回應，都無法被分辨。騎乘者及腳踏車的傾斜，以及腳踏車前輪的樞轉看來是同時動作。

隨著操縱輪朝一個方向或其他方向樞轉，騎乘者的腿似乎仍大致固定在彼此對應的位置，就像如第5圖所示其將為一般乘坐位置。然而，沒有呈現這樣做，腿的小腿在膝蓋樞轉，與腳踝加入到動作，且因此一起使腳能跟著操縱叉的旋轉動作。腳向左或向右動作大致上一致，使用腳踏架作為導引以跟著操縱輪的相同樞轉動作。腳的轉動為了避免擊打到輪幅是必要的。從騎乘者的觀點來看，腿及腳的動作是自然的；且再一次，並不清楚腳是跟著動作、造成動作或引導動作。

考慮到騎乘者沿著直行腳踏車路徑以中等速度(每秒4到5英尺)推進腳踏車。當載具感到要倒向左手邊時，騎乘者直觀地轉向左以保持其平衡性，也就是說騎乘者依圓弧導引載具，其中心是位於載具的左手邊。由於載具及騎乘者之圓周運動的離心力現在平衡了載具翻倒的傾向；事實上，騎乘者依這類半徑的圓而自動操縱載具，其中離心力略微過平衡翻倒的傾向，而載具再次恢復其垂直位置。騎乘者現在在直線上精確地操縱短時間區間。 但可能垂直位置稍微超過，且載具稍微倒向載具右手邊。騎乘者現在下意識地轉向這一邊，再一次依具有其中心在右手邊的圓等等。如果載具的軌跡被檢視，其將被發現不是一直線，而是長的彎曲曲線。

上述騎乘腳踏車之說明實際上是由Archibald Sharp提供且指的是傳統的腳踏車，但在這使用是因為也適用於本發明。 Sharp的兩輪車是裝配有把手，且當Sharp指「操縱」，當然是指 「以」把手來操縱。在本發明中，操縱腳踏車剛好是同樣直觀且 自動的，除非有明顯的解釋不是如此便於操作的。明顯地騎乘者接合於腳踏架的腳，扮演如本文中所推測之部分；然而其他力量也發揮了作用。當Sharp指離心力，其在文中保持腳踏車直立；大部分為了防止載具倒下而推動對抗的力之質量是騎乘者的質量。如有任何其他力量的影響則不提及。

在本發明中，腳踏車藉由與Sharp的範例相同的原則運作，雖然比較上，其控制更依賴腳踏車的配置及所牽連之動力學，代替騎乘者通過把手的使用來介入。操作中關鍵的因素是關於操縱軸創造的力矩，其為載具設計的幾何學結果且在重力的存在下影響載具的行為。如果操縱輪本身定向是自由的，則扭力將傾向於扭轉力的方向繞著操縱軸樞轉操縱輪。在Sharp的範例中，繞著操縱軸產生的力矩不視為對其操作是必要的；且其影響被由騎乘者把手的使用所壓過，此主導了駕控。

當腳踏車被騎乘時，在快到足夠使支桿在操縱性及平衡性上具有小影響時，通常是輕觸(tipped)的，如果僅輕微地在縱向軸的兩側。結果是，兩個關於控制腳踏車的動力學之變數，傾斜角度及操縱角度，在運作中是持續的。在任何時刻，載具轉彎是藉由結合這兩個角度來控制。傾斜角度在本文中是定義作為載具平面之傾斜度，此藉由後輪與地面的接觸點及操縱軸定義-自中間平面或垂直位置。操縱角度是定義前方構件與筆直向前或中間位置的偏差。兩個角度具有左或右的極性，相對於其中部或中間位置。應當注意的是當載具是直立的，後輪是垂直的，且兩輪是準確的對準，傾斜角度及操縱角度是零；且因此繞著操縱軸不存在力矩。

當傾斜角度及操縱角度不同時，也就是腳踏車不是在完全垂直的位置時，力矩將繞著操縱軸形成。傾斜角度是在騎乘者的控制下，其中騎乘者藉由向側邊倚靠而控制。為了產生想要的操縱角度，如果不考慮在腳踏架上騎乘者的腳的話，為了樞轉操縱輪，繞著操縱軸之特定量的力矩必須產生。起初當載具向縱向軸的右方傾斜時力矩將是順時針方向，而當朝左方傾斜時是逆時針方向。而且如同操縱輪樞轉，騎乘者藉由腳踏架支撐之下部腿的重量隨之樞轉。在這一點上，在載具已回應騎乘者最初的傾斜指令後，且騎乘者是朝向載具縱向軸的一側，回應於騎乘者駕控之載具行為的解釋變得較不清楚。

一般而言，當騎乘者倚靠身軀向著一邊，且可能與其他力一起時，操縱輪傾向於跟隨。可能是操縱輪的樞轉也藉由騎乘者的腳經由與腳踏架接合而被直接影響。雖然難以決定影響的實際範圍，發明人的想法是腳踏車的操縱不是藉由腳踏架的使用來控制的。看來是騎乘者更大程度上依賴於載具的傾斜，且結果呈現繞著操縱軸的力矩；且腳踏架的使用更多增加或減少這個力矩的影響，如可能需要的。可能有助於注意到，在實際騎乘狀態期間，操縱角度將最有可能落在整個載具速度的範圍加減10到40度內之範圍，較低的數量為最快的速度，較高的數量為最慢的，在一般騎乘狀況期間加減20度之額定範圍。對於這個一般騎乘狀態的對應的傾斜角度將可能會少得多。

當力矩是在平衡傾向於反向扭轉轉操縱輪的力時，如本文中所解釋的，騎乘者與腳踏車將達到平衡且腳踏車將在一定的半徑下轉動。傾斜角度及操縱角度也將是常數，以及騎乘者施加於每個腳踏架的力將是穩定的。如果任何變數的數值改變，包括 腳踏車的速度、傾斜角度、或者施加於腳踏架的力，腳踏車將進入過渡時期的狀態直到達到新的平衡狀態。騎乘者能夠直觀的控制這過程。在實際應用中，應被注意的是騎乘者在相反方向嘗試改變操縱及傾斜角度而不會擾動載具是不太可能的，排除反向操縱的眾所周知的現象，在這種狀況可能隨時發生的期間。目前還不知道在什麼程度上，如果本發明中有反向操縱的操作，雖然是一個因素，其將被直觀地處理而模型的騎乘者不會意識到。

回到參閱Sharp對騎乘腳踏車的說明，這個平衡的過程運作直到載具的速度落到一定速度之下，在這個時候藉由載具及騎乘者之圓周運動所造成的離心力變得不足。當這發生時，騎乘者發現難以維持平衡，且可選擇加速，或取而代之嘗試藉由擺動把手在傾斜的相反方向來保持平衡，迅速的抵銷傾斜，然後回到另一方向等等。這個動作造成騎乘者及載具的質量中心提高，且對於縱向軸來回的振盪同步於擺動的把手。然而，如同腳踏車的速度進一步下降，騎乘者再也不能維持平衡。離心力不再是一個因素，且騎乘者被迫延伸腿以防止載具倒向地面。

這不是本發明的情況。首先，載具具有縮短的輪距，更多於滑板車的等級，其允許產生與傳統腳踏車相比，對於所給予速度及轉動半徑接近兩倍的離心力；且因此載具能在較慢的速度下自然地維持平衡。不過，有一點是當存在離心力由於速度不足而缺乏時，且載具開始變得難以平衡。在這一點支桿的使用-其被操縱的方法，滿足了發明人在低速操作的目標。支桿能被用在維持載具在接近垂直的位置，其允許腳踏車在大致為直線的道路上行進。這個操作是可能的因為騎乘者能感覺到當騎乘者及載具的質量中心超過縱向軸，且瞬間修正對於兩側的最小偏差，使用支 桿在載具傾向於傾斜的側邊推動，也就是提供足夠的側向力量，並且因此重新平衡載具及騎乘者。具有支桿則使用者能真的保持直立一直到速度為零而不用將腳放下到地面上。

另外，在腳踏車於低速操作期間，支桿能在轉彎時用上。 例如，支桿可被使用以防止載具轉彎時比預期的更加傾斜，且這可在同時提供一些推動腳踏車向前的向前推力的方法而達成。或者，當準備轉向另一側時，隨著支桿側向的推擠能提高騎乘者的重心且幫助推動騎乘者高於載具縱向軸的那側。然而可能要注意的是，特別是在非常低的速度，其中騎乘者在不使用支桿下可能無法維持平衡，除非支桿向外延伸，腳踏車轉彎將傾向於更急劇的轉動造成騎乘者落下。不可能僅藉由腳踏架的使用防止這發生。 當這發生時，騎乘者必須利用支桿以藉由側向的推在支桿上來提高其重心，或者替代的，可能只是倚靠在支桿上來維持質量在目前的高度，且因此防止轉動半徑的減小。

扭力產生

力矩事實上是一種扭力，且是一種力量作用於槓桿臂上的結果。如同提到的，力矩能繞著操縱軸發生，不論騎乘者傾向那一側，造成傾斜角度及操縱角度大於零。如本文中進一步提到的，力矩有兩個分量：一個是腳踏車前方構件上所承擔質量的函數，另一個是質量部分的函數。力矩的每個分量具有槓桿臂，其與腳踏車前方構件設定相關的腳踏車設計的特定變數有關。繞著操縱軸的力矩的產生，因此能被視為涉及兩個個別方法的過程。

依靠傳統腳踏車的基礎配置之第一個方法，是基於載具前輪的循跡，或者更準確地其機械循跡，定義為操縱輪與地面的 接觸點與操縱軸之間的最短距離。實際上，循跡是在第一個方法中扭力的槓桿臂，且因此繞著操縱軸運作。循跡是造成操縱輪的輪軸相對於後輪輪軸向前移動的操縱管後方傾斜的結果。如同傾斜度增加，操縱輪與地面的接觸點相對於操縱軸與地面相交的點向後移動，且增加了循跡的長度。

重要的是理解槓桿臂是在操縱輪的平面上且當操縱輪對準載具平面時不具有影響，也就是當前後輪與地面的接觸點是在包括操縱軸的平面當中。該槓桿臂每當操縱輪偏離筆直向前或中間位置時開始發揮作用。當操縱輪與地面的接觸點從載具平面向外移動時發生。這造成支撐力，也就是反應於輪子上之重量而推動垂直向上之力於接觸點，以形成垂直於輪子平面的分量。該分量的力量作用在槓桿臂上。所得到的扭力能產生傾向於樞轉輪子於載具傾斜方向的力矩。

在第二個方法中，力矩的產生是基於從繞著操縱軸旋轉的質量的質量中心朝向操縱軸所分隔，或是偏移的距離。所包含之該質量是前輪及叉，且在較佳的實施例之情況中，腳踏架及部分騎乘者之腿及腳由腳踏架支撐的質量。該質量的重量能產生繞著操縱軸的扭力，其槓桿臂實際上等於在操縱軸與該質量中心之間垂直距離的長度。重要的是了解當載具是筆直的時候，具有的傾斜角度接近為零，且操縱輪是在其中間位置，操縱角度接近為零，從側邊到側邊或側向觀點的重力是平行於操縱輪，且因此對質量的效應引導向下於操縱輪的平面；且因此沒有力矩從第二個方法被產生。每當載具傾斜，傾斜角度大於零，該質量的重量的影響創造了不在操縱輪平面中向下的力量。這力量具有垂直於操縱輪平面的分量；且該分量能作用於該槓桿臂且產生傾向於繞著 操縱軸樞轉操縱輪的力矩。

在較佳實施例的情況中，前叉是筆直的，也就是叉的腿對準於操縱軸。因此叉及輪子的質量是對稱分佈在輪子相對於操縱軸的平面當中；且因此，這質量在產生力矩上不是足夠的因素。 因此，腳踏架的布置及其支撐的重量負責產生在第二個方法中的力矩。根據本發明，在較佳實施例的腳踏車中，腳踏架的位置是操縱及平衡腳踏車的關鍵因素。在具有腳踏架附於後方構件的腳踏車的情況中，前面提到的，為了產生藉由該第二個方法的力矩，例如前輪可藉由向前彎曲叉的腳來偏移，或者放置重量於操縱軸的前方的一些其他方法。

應當注意的是在腳踏車中，當用詞「偏移」被定義為在操縱軸及操縱輪輪軸之間的最短距離時，前輪軸通常是在操縱軸的前方，其轉移一些叉及輪子的重量到操縱軸的前方。排除騎乘者可能藉由倚靠於把手上造成的重量，如當不用手操縱時的狀況時，僅有少量繞著操縱軸的扭力由於偏移而產生。雖然在較佳的實施例的腳踏車的情況中偏移是零，由於騎乘者的大腿的水平位置，其向前延伸超過操縱輪的上部，藉由腳踏架支撐的質量可明顯地大於輪子與叉的結合質量，其大約是騎乘者身體重量的百分之十五；且因此明顯的力矩量可被產生。

根據本發明，藉由腳踏架(當其附於前方構件時)支撐的重量的質量中心必須位於操縱軸的前方。當這是事實的時候，產生力矩的兩個方法將傾向於在環繞操縱軸的相同方向中產生扭力。雖然藉由各個方法產生的力矩可能相關於重力，其也可能事實為，在兩個方法中的每一個中作用於槓桿臂上的力量的方向係從操縱輪的相反側被導向。在第一個方法中，力量是在操縱軸的 後方；而在第二個方法中其是在操縱軸的前方；兩個槓桿臂相對於操縱軸分開180度。

若以此為例，然後作用於該槓桿臂每一個上的力量來自相反的方向且因此在每個範例中不能是相同力量。在該第一個方法中，垂直向上在前輪與地面的接觸點的推力，作為對於重力的反應，以及支撐藉由輪子乘載的全部質量。在第二個方法中，垂直向下的推力，作為重力，以及承擔包括偏移質量的以前方構件樞轉的質量。因此，其能總結第一扭力及第二扭力是獨立的動作。 由於一個並不依賴另一個，任何一個能被調整或修改而不影響另一個。

騎乘者可產生力矩於任一方向上，繞著操縱軸的順時針方向或逆時針方向，藉由造成載具相對於載具的縱向軸側向傾斜於一側或另一側。因此，為了改變力矩的方向，及因此操縱輪是傾向向前的方向，不論是朝向操縱輪中間位置的左方或右方，騎乘者身體之重量必須先移動至載具之縱向軸之一側。為了發生這個，騎乘者的質量中心必須被提升到一側上以橫跨至載具縱向軸的另一側，然後其隨著載具該側傾斜角度提升而隨之跟著降低。 這可能需要騎乘者腳踏架的使用以創造相對的力矩，也就是減幅藉由該兩個方法在目前產生的力矩；但不管騎乘者執行什麼動作，明顯的是其係直觀地完成。在慢速時支桿也能被用來幫助提升騎乘者，如本文所揭露的。

力矩控制

重要的是了解在本發明中有關於腳踏車的操作之兩個質量中心(COM)。第一個，通常是與腳踏車相關，是整個系統的質 量中心，其包括載具、騎乘者、以及支桿的質量。這個質量中心位於車座略為前方及其上方。當腳踏車轉動時，離心力發展垂直於行進方向，也就是沿著轉動半徑往外，且實際上對著這個質量中心推動以反抗傾向於將載具朝向轉動中心傾斜的重力。重力及離心力傾向旋轉腳踏車在繞著縱向軸之相反方向。

第二個質量中心是一個相關以前方構件樞轉的質量且是相關於操縱軸。如前面所討論的，藉由腳踏架支撐的質量可能由於騎乘者下方腿的重量是相對的大；且因此這個第二質量中心可能作為駕控腳踏車的重要因素。然而在現代的腳踏車中，與前叉樞轉的質量的質量中心不被視為操縱及平衡載具的重要因素。相較對第一質量中心之藉由載具所產生之離心力的影響，離心力在第二質量中心可具有影響，且如何影響傳統腳踏車的平衡性及操縱一般是被忽略。

要注意感到興趣的是，在Archibald Sharp對於不用手操控來騎乘傳統腳踏車的分析解釋中，當假設其傾斜角度是小的，且操縱角度也是小且不變的，以及不考慮輪子迴轉的動作，這裡沒有提及離心力。Sharp主張離心力是產生對抗之扭力的主要力量，亦即平衡其他兩個前面所提及的扭力，相關於第一個方法及第二個方法繞著操縱軸扭力的產生。Sharp相信離心力作用正切於操縱軸於操縱輪與地面的接觸點，其槓桿臂是操縱輪的機械循跡的長度。

感興趣而觀察在本發明中在操作腳踏車上的影響循跡。 在發明人進行的實驗中，該模型被修改使得其循跡能被調整一路降到零。當循跡被減少到百分之二十五的增量時，模型被測試；且如同預期的，其駕控漸進地掃興；但令人驚訝的是，即使當循 跡被調整到零，模型仍能輕易地控制。感興趣而注意當載具被騎乘而沒有任何循跡時，根據Sharp，該第一個方法的力矩產生，及由於離心力的相對扭力，將不會被操作，因為兩個扭力需要如同其槓桿臂的循跡。如果這是正確的，然後繞著操縱軸的力矩的存在，若確實存在的話，可能僅為由於第二個方法的影響。

然後在這個範例當中，為了平衡藉由第二個方法例如在恆定半徑轉彎所產生的力矩，或者當改變轉動半徑時，一些不同於離心力的力量將必須被放入。其可合理的推斷那力量可能是作用於該第一質量中心上、或該第二質量中心、或一定程度上兩者上的離心力；繞著操縱軸的反向扭轉能創造減震的效果，也就是藉由騎乘者在腳踏架上的腳的動作所產生的；或者兩者的一些組合。其可是該第二質量中心太靠近操縱軸，或者載具速度的範圍太慢，對於第二個方法明顯地被離心力所影響。

另一方面，給定該腳踏車具有一些數量的循跡，該離心力可能是能反抗繞著操縱軸所呈現之力矩的主要力量，如同Sharp的建議。在不用手操縱傳統腳踏車的目標上，在這些主題被長時間研究的時代中Carlos Bourlet’s的意見係被高度重視，論述騎乘其中操縱軸在前輪接觸點切地的腳踏車是不可能的，換句話說，沒有循跡的腳踏車。考慮到這個，人們將傾向於相信然後給予實驗結果，不同處是藉由騎乘者在腳踏架上的腳的動作；或者換句話說，較佳的實施例的腳踏車的操作由於騎乘者能在腳踏架上施力的微妙控制。

當不用手的騎乘引入時，操縱及平衡兩輪串接載具的問題歷來被視為複雜且特別困惑的。在Sharp的意見中，騎乘者藉由改變傾斜角度嘗試不用手操縱，亦即藉由調整倚靠或側向身體 的水平位置來平衡繞著操縱軸的力矩，將可能不足以快到維持載具的平衡。但是當騎乘較佳的實施例的模型時則不是這種狀況，其已被證明是容易被控制的。因此，由於在Sharp假設的範例與該模型之間大致上僅有的差異是模型中繞著操縱軸的力矩能藉由使用腳踏架來影響，可以推斷，採用Sharp的意見，確實騎乘者在腳踏架上腳的重量及細微的動作實際上造成了區別。應當注意的是在Sharp的範例中，反向操縱的使用由於不使用把手將是不可能的。不知道是否反向操縱是本發明中操縱腳踏車的因素，雖然其可能會藉由騎乘者對腳踏架的使用來執行。

Sharp關於傳統腳踏車的分析，其中包括在第二質量中心的僅有質量是操縱叉、前輪、及把手。且即使第二質量中心由於藉著彎曲叉腳造成偏移而在操縱軸的前方，Sharp不考慮其離心力可能作用於質量上以對抗傾向於繞著操縱軸樞轉前輪的力矩。在本發明較佳的實施例中，雖然叉是筆直的，第二質量中心由於腳踏架的替換能明顯向前轉移。因此，能作用於其上的離心力可是推動操縱輪背向其中間位置的重要因素，假設騎乘者的下肢配合。若以這個情況，其應注意的是這個動作及其影響似乎近似於防止腳踏車倒向一側而作用在第一質量中心的離心力。

可被注意的是偏移在腳踏車科學中較少提及。在早期的腳踏車設計中，操縱叉是筆直的，沒有偏移。然後隨著到來的安全腳踏車，現代的兩輪車，以及整個二十世紀，偏移事實上是每個設計的部分：前叉的腳被向前彎曲以產生。可被注意的是在所有引用的參考文獻中，Sharp’的經典論述、Wilson的腳踏車科學、Bryant的專利、以及Papadopoulos在最新腳踏車科學新增的章節，偏移的主題幾乎沒有被觸及，雖然在大部分的情況下大量的討論 致力於循跡的主題。Sharp和Bryant在其分析中都指出但卻沒討論。Papadopoulos簡單的說明「操縱軸的線通常通過前方輪軸的下方，也就是說叉是向前彎曲。”

重要的是了解偏移將操縱輪與地面之接觸點向前移動，在循跡的相反方向；因此，對於操縱管給定的傾斜，隨著偏移增加循跡將會減少。真正唯一的目的是偏移的提供將表示為該第二質量中心進一步向操縱軸前方移動。這在腳踏車的較佳實施例中不是必須的，給定這的目標可藉由腳踏架的配置而有更好的實現。 實驗在較佳實施例的模型上進行，其中操縱叉是向前彎曲以造成不同程度的偏移。一般來說，不同量偏移的影響不是顯著的，且沒有正向的優點可被識別。最佳之整體表現似乎不具偏移而產生。 因此在根據本發明之較佳實施例中，腳踏車具有筆直的操縱叉而沒有偏移。

其他因素

到這一點為止的討論，已經聲明在本發明中所指的腳踏車是藉由兩個獨立的扭力操縱到一定程度，兩個扭力能一起作用以產生繞著操縱軸的足夠力矩，其能造成操縱輪樞轉。能藉由騎乘者下部腿經由腳踏架產生的力矩之扭力上的影響並未考慮到，雖然推測這樣直接動作的影響可能是增加或減少兩個扭力的影響。應當注意的是其也有迴轉運動的態樣，在腳踏車設計的領域中所已知以及引用自第三版腳踏車科學中的Jim Papadopoulos，其可能是在操縱該腳踏車的一個因素；其中，藉由腳踏車操縱輪旋轉運動所產出的角動量推進輪子，以朝向腳踏車被傾斜的一側樞轉。因此這個迴轉動作的影響，習知為進動(precession)，是加強扭力，也就是加入到藉由該第一個方法及該第二個方法所產生 的力矩。

此外，操縱輪的角動量與腳踏車速度的平方成正比。因此，在腳踏車操作期間進動的影響能根據其速度改變。到何種程度進動可影響腳踏車的駕控尚未被確定。無論可能是哪種程度，在正常速度如果有影響的話可以解釋為基於模型的一般表現是可管理的及有用的。其可能是藉由進動造成在力矩的變化係藉由騎乘者的腳在腳踏架上產生的活動而直觀的補償。然而應當注意的，在較高速度時在力矩上突然的改變可能造成駕控上的問題，其可能造成腳踏車的不穩定，其中在轉彎期間操縱輪可能快速的向內轉動而導致翻倒。

在另一個關於操縱的態樣中，注意到當側向力量被施加在後方構建的操縱管時操縱輪也能樞轉。這可能在當操作腳踏車在其行走模式中被證明：其中未騎乘的騎乘者在腳踏車旁邊以手抓住車座推動向前行走，且扭轉車座因而造成操縱輪來樞轉。當腳踏車被騎乘時使用這個方法也是可能的；然而，如同在行走模式下，腳踏車的後方構件需要更靠近於其接近垂直的挺直位置使之有效的運作。然後，如果騎乘者應該對於臀部扭轉一個大腿，因此以大腿內側施加側向力量到附於操縱管側邊的附加接觸，操縱輪將在施加力量的方向上樞轉。雖然其可能難以辨別，這個動作可能在造成操縱輪從縱向軸的一側到另一側樞轉時有用，且因此幫助騎乘者更快速的改變方向。這個動作證明了身體語言可為控制腳踏車的一個因素。應該注意的是這個影響是腳踏車循跡的長度的函數。

重要的是了解在兩輪串接載具操作上的速度範圍是其駕控特性中的主要因素。這些載具依靠在不同程度的離心力的表現 上，以及在操作中其對應的離心力。這些力量是載具速度的函數，且與速度平方成正比。因此特定型式或種類設計的兩輪串接載具很大部分係基於速度範圍。在這個類別內，速度範圍可被視為設計變數，也就是說載具想被運轉的速度；或者可選擇地，其可被視為設計本身的限制因素或設計本身固有的。例如，腳踏車可設計以用於較慢速度，如「休閒」類型，或者用於高速度，如「場地」腳踏車；但其不能被製成在非常慢的速度操作，例如像滑板車。同樣地，滑板車能在不同速度範圍內操作；但沒有滑板車能在摩托車運作之速度下穩定。明顯地腳踏車、滑板車及摩托車是有區別性的載具，儘管其共享兩輪串接的配置。

在本發明中的腳踏車也是與其他不同的載具。其不應該與其他兩輪串接載具搞混，例如像摩托車。一般而言穩定性及平衡性是腳踏車中相較於本發明的腳踏車是較好的；且因此，腳踏車的駕控特性能容納較大範圍的運作速度。在本發明中，達到慢速操作能力是有益的主要成果，如果沒有必要，為了推進的特別工具，手握桿的使用。腳踏車速度範圍是直接取決於騎乘者的手臂及肩膀的肌肉。並且像是滑板車，在水平騎乘表面上，腳踏車不能達到騎乘者能向前推進的速度。雖然當需要時在較慢速度以支桿推動使騎乘者保存能量，騎乘者上半身的運動是本發明的重要特徵。

注意到相對於力矩的產生，該第一個方法及該第二個方法彼此不互相依賴。因此，如果這兩種方法具有產生扭力以外的目的，各別考慮下，其將有利於腳踏車的設計，且決定其對於載具整體表現的相對重要性並進行相應的處理。因此，在這方面，相關於該第一個方法的循跡的主要目的，是提升載具的基本駕控， 如同腳踏車設計領域中的技術人員眾所皆知的。通常應用於腳踏車的相同原則及考量將施加在本發明的載具中。在模型的建構中，優先考慮到產生扭力的第二個方法，循跡基於其運作速度範圍、輪距以及預期騎乘者的質量被最佳化以產生操縱及駕控載具上最大的好處。這是當騎乘者的重量被支撐時藉由調整循跡的長度來完成，盡可能的靠近，在前方構件與後方構件之間的相同比例如同將在較佳的實施例的。

與相關於第一個方法建立的變數，第二個方法能夠接著處理，目標是基於藉由第一個方法產生的給定力矩，以最佳化第二扭力以產生最佳操縱特性是可能的。在較佳實施例的發展前實驗的期間，各種其他嘗試被製成以騎乘各種沒有把手的兩輪串接載具之設計。一個最困難的問題是要克服腳踏架的兩種功能之協調。一方面腳踏架在穩定載具上的騎乘者是重要的，另一方面，有操縱過程的重要部分，似乎為不相容的目標。由騎乘者之效率及使用容易度所致使之滿足兩個功能在載具上最佳位置的決定是主要的成果。重要的是了解其使用，如同樞轉操縱輪及支撐騎乘者之工具，都不應該藉由無意的干擾繞著操縱軸的力矩之呈現而限制操縱輪回應載具之傾斜的自然傾向以樞轉。

根據本發明，在腳踏車上騎乘者腿及腳的定位及位置的最佳化可為操縱及平衡載具的關鍵因素。在這方面，相對於操縱軸的腳踏架的放置是腳踏車的較佳實施例情況中最重要的考量。 應當注意的是雖然在該第二個方法所產生的力矩係考量騎乘者的腿及腳之位置及重量，藉由騎乘者使用腳踏架之操縱輪之移動之控制更要考量腿及腳的位置。因此，腳踏架的位置必須是這樣，基於給定騎乘者的質量與尺寸，載具的駕控特性得以最佳化。在 實際應用時，腳踏架實際的位置可為可調整的且在載具取得時設立。使用較佳實施例模型的實驗顯示對於給定的騎乘者，存在一個腳踏架位置的甜蜜點，其中載具表現最好。如果騎乘者腳的位置從這個位置移動向前或向後太遠，則載具變得無法騎乘。

推進

撐桿可用在兩輪串接載具中，因為推進載具向前所必須的力量能被施加在平行於載具固有穩定的縱向軸的方向；且其能以不產生不穩定扭力的方法來完成，也就是對於騎乘者的力矩，其不能被騎乘者的動作反抗。為了說明：在最簡單的推進動作中，騎乘者藉由延伸兩個手臂向前來開始，且以支桿的尖端筆直指向下，設置在道路上；然後緊接地，開始作動滑行，向下施加壓力在尖端以保持其位置，在此同時，藉由彎曲手肘向後拉動垂直握持的支桿。載具因此在那段時間支撐向前，使手肘彎曲使得支桿的把手端最終甚至是胸口。然後騎乘者藉由舉起支桿完成滑行；且手臂是再一次向前延伸以開始下一次滑行。

注意的是在作動滑行期間，以支桿尖端設置相同距離在縱向軸的兩側，當騎乘者施加相同的拉力於每個支桿時，藉由一個支桿產生的力矩是藉由另一個所產生的來抵銷。繞著騎乘者藉由騎乘者拉左側支桿造成之順時針方向扭力，是藉由右手支桿造成的逆時針方向扭力來抵銷。因此，推動載具向前的淨力是在載具縱向軸的直線上。幸運地，發現精確程度的使用支桿以如本文所揭露的維持穩定性是不必要的。

整體使用兩個支桿撐住，像是上面引用的「雙拉(double pull)」滑行可能變化以符合不同目的。舉例來說「雙拉」對於非 常慢的速度來說是理想的滑行，其中在沒有平衡本質效果下平衡是困難或不可能的。另一個範例是「雙推」，其為從停止狀態開始的好滑行，如此處所述：騎乘者進入騎乘固定載具的位置，手肘完全彎曲將支桿拉到胸口，支桿的尖端設置低於車座鄰近於每個腳的外側。然後當在支桿之間直立平衡時提起腳至腳踏架，騎乘者藉由向前擺動，在臀部旋轉上半身，施加相同的向下壓力於保持尖端定位之支桿而開始作動滑行。而且，隨著肩膀通過向前超過支桿尖端，騎乘者支撐支桿向後，部分的解開手肘以完成相當短的滑行。然後支桿快速地抬起且向前移動以重複這個滑行，諸如此類的直到載具達到足夠的動量。

施加於任何滑行的力量，或者在成功的滑行之間之經歷時間，能藉由騎乘者改變以符合狀態及情況。非常快速全力的「雙拉」滑行可能需要快的加速度。或者在行人流量高的情況中，同樣的滑行可藉由在滑行之間施加最低力量但非常快之經歷時間而用於非常緩慢地移動，因此維持支桿盡可能長時間接觸道路。 且在一次舉例來說，在積極的撐住時，長且有效的「雙拉推」滑行，其結合「雙拉」及「雙推」滑行，一個提起另一個放下，能成為用於力量及速度的最佳滑行；然而較不積極的使用支桿，也能是具有催眠節奏的最佳巡遊滑行。這三種「雙」型滑行中任一種的推進力量能被增加，藉由：在滑行開始時藉由在臀部向前彎曲上半身而進一步向前延伸支桿；或者在滑行結束時進一步向後延伸支桿；或者兩者。

相對於「雙」使用支桿的重要意義，發現騎乘者能改變而不用明顯的意識到施加在一個支桿或另一個支桿的力量大小以補償由不均勻的使用支桿所造成的不平衡，或者轉移騎乘者相 對於載具的位置，或騎乘表面的改變。這些先前未實現的效果似乎補足了兩輪車藉由轉動前輪在傾斜的方向來修正傾斜。這個重要發現的意義是使用支桿可能不僅是推進的工具；其也可作為複雜的平衡及穩定系統中整合的部分，以包含騎乘者、載具、以及一起操作的支桿之反饋迴路，以幫助控制載具在行進時騎乘。

到目前為止的討論是在「雙」使用支桿上，其特性是藉由整合兩個支桿來使用。另一個基本使用支桿的類別是「交替的」，其支桿是交替的來回使用，第一使用支桿在一側，然後在另一個，在支桿的動作與步行者腿的動作之間有相似性。「交替地拉」及「交替地推」、以及「交替地拉推」是在「雙」支桿類別上其分別對應命名之滑行之一部分；且先前的評論屬於「雙」滑行施加於其「交替的」滑行，除了一個重要的不同：不像是「雙」支桿，以「交替的」使用支桿，藉由一個支桿產生的力矩不會被另一個產生的所抵銷。

當騎乘者推進載具向前時，施加至支桿的力量是在平行於載具之縱向軸的方向；且因此，大部分的力量是產生在行進方向的直線上。但因為使用支桿的力量從軸本身偏移，支桿尖端被設定在軸兩側藉由騎乘者肩膀寬度分開，使潛在不穩定扭力也被產生。推動支桿具有繞著騎乘者的身體產生動作或扭轉的傾向，想到當划槳時獨木舟側面到側面的扭轉。當在載具的右側使用支桿時，騎乘者施加在支桿上的力量推進載具向前將傾向於逆時針方向扭轉騎乘者身體，或者在左側使用支桿的情況下，順時針方向。

不穩定的扭力如果不藉由反向動作抵銷則可能會翻倒騎乘者及載具，這樣同等幅度的反向力量如「雙拉」的範例所示， 其中由一個支桿產生之扭力會藉由另一個支桿產生的來抵銷。而且事實上，這對於整個「雙」支桿類別是真實的，其中右側及左側使用支桿的動作是一致的；且必然地，所導致的反向扭力傾向於彼此抵消。然而對於「交替的」使用支桿來說這是不正確的。 在這個情況下每個滑行必須藉由騎乘者抵銷以防止生成力矩翻倒載具。騎乘者藉由傾斜、或藉由轉動載具的前輪、或一些這樣動作的組合、或一些其他動作的運用來創造這個反作用力。

不論這些反向動作是騎乘者運用以反抗藉由「交替的」滑行所造成的力矩，其能被反覆的用在成功地滑行以形成連續的模式或節奏，此可讓騎乘者覺得有趣。例如，載具能被製成來回擺動側邊到側邊、或騎乘者可來回搖動或扭轉。在「交替的」使用支桿類別中各種滑行的任一種能被用在使載具「步行」的這個方法，提供騎乘者產生對應之反向動作。參考在「雙」使用支桿類別之相同的反饋迴路於此應用於「交替的」型滑行上；其中騎乘者藉由由反向動作產生的「交替的」滑行所造成的力矩直觀地平衡。

應當瞭解的是本文中所敘述之範例及實施例僅是為了說明的目的，且對所屬技術領域中具有通常知識者來說，包括於這個申請的精神及範圍以及所附申請專利範圍的範疇內將對其做各種修改或變更。

Claims (11)

1. 一種兩輪載具，其包含：一前方結構構件，藉由轉動安裝之一前輪支撐，該前方結構構件樞轉地連接於一後方結構構件，該後方結構構件藉由轉動安裝之一後輪所支撐，該前輪及該後輪係為一前一後，該前輪繞著基本上垂直之一操縱軸而樞轉，該操縱軸及該後輪與地面接觸之一點定義一第一平面，該操縱軸及該前輪與地面接觸之一點定義一第二平面，該前輪與地面接觸之該點與該後輪與地面接觸之該點定義一縱向軸，該第一平面及該第二平面在該縱向軸上對齊，由此該前輪與該後輪對齊；一第一工具，安裝於該後方結構構件，且配置以支撐對稱地位在該第一平面之相對側上之一騎乘者於之一第一質量，由此形成一第一質量中心，該第一質量中心形成在縱向軸的上方並繞著該縱向軸迴轉，該第一質量中心包含該第一質量；一第二工具，安裝於該前方結構件，且配置以支撐對稱地設置在該第二平面之相對側上之該騎乘者之腳與腿之重量之一第二質量，由此形成一第二質量中心，該第二質量中心形成在縱向軸的前側並繞著該操縱軸迴轉，該第二質量中心包含該第二質量；至少一輔助性接觸工具，安裝於該兩輪載具，且配置以維持該載具上該騎乘者重量之側向穩定性而不 需要使用該騎乘者的手或上肢；以及至少一支桿；其中該載具係配置藉由該騎乘者以接觸地面之該至少一支桿而推進。
2. 如申請專利範圍第1項所述之兩輪載具，其中該至少一輔助性接觸工具係配置當該騎乘者之下肢使其腳或腿按壓該至少一輔助性接觸工具時，穩定該騎乘者。
3. 如申請專利範圍第1項所述之兩輪載具，其中該至少一輔助性接觸工具係裝設於該後方結構構件，且設置為與該騎乘者的下胺接合，由此該騎乘者的下半身與該兩輪載具形成剛性連接。
4. 如申請專利範圍第1項所述之兩輪載具，其中該至少一輔助性接觸工具係附於該後方結構構件且對稱地設置於該第一平面之相對側上，且配置以抵抗該騎乘者之大腿或膝蓋內側朝向該第一平面之力量。
5. 如申請專利範圍第1項所述之兩輪載具，其中該至少一輔助性接觸工具係能側向支撐該騎乘者，由此該第一質量定位於該第一工具，該第二質量定位於該第二工具。
6. 如申請專利範圍第1項所述之兩輪載具，係配置藉由該騎乘者之重量的側項轉移來操縱，其中從該操縱軸至該第二工具前方位置之一距離，創 造了一力矩之一槓桿臂，對應於垂直該第二平面之重力之一分量；當該騎乘者傾斜該兩輪載具時，該第一質量中心旋轉，使重力之該分量作用於該第二質量中心，且該力矩繞著該操縱軸產生扭力，偏移該第二質量中心以造成該前輪操縱該兩輪載具於該第一質量中心旋轉之方向上。
7. 如申請專利範圍第6項所述之兩輪載具，其中該第二工具係可調整的，該第二質量中心相對於該操縱軸之一最佳位置對於個別之該騎乘者係可選擇的，藉由調整該力矩以得到最佳表現。
8. 如申請專利範圍第6項所述之兩輪載具，其中第二工具係配置以抵抗由該騎乘者腳與腿之力量，藉由該力量的應用能調製該扭力。
9. 如申請專利範圍第1項所述之兩輪載具，係配置藉由使用一對手握桿來騎乘，其中當水平力被施加至接觸地面之該至少一支桿時，該騎乘者於該縱向軸上之質量可被平衡。
10. 如申請專利範圍第1項所述之兩輪載具，其中該操縱軸係向後傾斜，使該前輪與地面接觸之該點位於該操縱軸與地面相交的點的後方。
11. 如申請專利範圍第1項所述之兩輪載具，其中該第一工具係與該輔助性接觸工具形成為一體。