專利名稱：傾斜輪個(gè)人電動(dòng)交通工具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及主要用于個(gè)人運(yùn)輸工具的輪式傾斜交通工具(wheeled leaning vehicle)。下述優(yōu)選方案屬于極輕型電動(dòng)交通工具的新興類，一種主要用于人類運(yùn)輸工具 的電動(dòng)交通工具子類。
背景技術(shù)：
本發(fā)明涉及電驅(qū)動(dòng)的傾斜交通工具。在現(xiàn)有技術(shù)集合內(nèi)，以下子集是已知的許多設(shè)計(jì)屬于電驅(qū)動(dòng)交通工具的子集，例如第5918692號(hào)美國(guó)專利，其典型地試 圖最小化重量和最大化內(nèi)部容量，因此導(dǎo)致質(zhì)量中心高于它們的氣體產(chǎn)生動(dòng)力的對(duì)應(yīng)部分 (gas powered counterpart)?，F(xiàn)有技術(shù)的這個(gè)子集的限制包括顯著降級(jí)的交通工具操作、 減小的拐角進(jìn)出速度、較大的乘客不適感以及諸如雨或雪的惡劣環(huán)境情況中減小的牽引 力。在傾斜交通工具的子集內(nèi)，相當(dāng)大的部分設(shè)想復(fù)雜的、效率低的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，該驅(qū)動(dòng) 系統(tǒng)試圖將中心動(dòng)力單元例如汽油燃料的發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)移到多個(gè)輪子。這種情況的一個(gè) 例子包括第4456277號(hào)美國(guó)專利。該現(xiàn)有技術(shù)顯著地受限于包括可伸縮的驅(qū)動(dòng)軸、緊鏈器 系統(tǒng)或?qū)?dòng)力傳送到相對(duì)動(dòng)力單元具有可變距離、弧度和傾斜的輪子的其它方法。在三輪交通工具的子集內(nèi)，現(xiàn)有技術(shù)由通常具有與一對(duì)輪相對(duì)的導(dǎo)向或牽引單輪 的設(shè)計(jì)組成。該子集嚴(yán)格受限于兩個(gè)共軸的輪連接的方式。最受限的是以互連兩個(gè)共軸的 輪的實(shí)心軸為特征的那些，例如第3776353號(hào)美國(guó)專利。這些遭受極差的轉(zhuǎn)彎和操作?，F(xiàn) 有技術(shù)還包括使用機(jī)械或機(jī)電的聯(lián)動(dòng)裝置互連該對(duì)共軸輪的一組設(shè)計(jì)，例如第4087106號(hào) 美國(guó)專利。該子集通常缺乏在轉(zhuǎn)彎、轉(zhuǎn)向或其它操作動(dòng)作之后將交通工具進(jìn)而和乘車人恢 復(fù)到中立位置的對(duì)策。在此描述的本發(fā)明克服了現(xiàn)有技術(shù)的重大限制。發(fā)明概述通過將一個(gè)或多個(gè)輪轂中的電提供動(dòng)力的電動(dòng)機(jī)(in-hub electrically powered motor)與在此描述的新穎的傾斜機(jī)械裝置的組合，實(shí)現(xiàn)了一種能夠直接響應(yīng)于乘 車人重量的轉(zhuǎn)移而傾斜進(jìn)入彎道和操作的交通工具。在一個(gè)實(shí)施方案中，產(chǎn)生動(dòng)力的輪位 于站立的乘車人的前面，同時(shí)兩個(gè)轉(zhuǎn)向的傾斜輪放置于乘車人的后面。乘車人能夠在低速 操作期間使用手把控制的轉(zhuǎn)向，并能夠通過將壓力轉(zhuǎn)移到一只腳或另一只來傾斜乘坐平臺(tái) (riding platform)，以增加可變和瞬時(shí)的后轉(zhuǎn)向的量。在另一個(gè)實(shí)施方案中，使用一到四 個(gè)輪轂中的電動(dòng)機(jī)，四個(gè)輪的每個(gè)上至多一個(gè)，兩個(gè)在坐著的或站著的乘車人前面和兩個(gè)在其后面。所描述的新穎的傾斜機(jī)械裝置被放置于乘車人的前面和后面，而且每個(gè)互連兩 個(gè)相關(guān)的、產(chǎn)生動(dòng)力的輪子。在此實(shí)施方案中，確定了一種全輪驅(qū)動(dòng)、傾斜轉(zhuǎn)向的電動(dòng)交通工具。 一方面，傾斜轉(zhuǎn)向交通工具包括主平臺(tái)和耦合到主平臺(tái)的前端部的前輪組件。扭 轉(zhuǎn)懸架組件被耦合到主平臺(tái)，是圍繞第一軸可旋轉(zhuǎn)的，而且提供抵抗從中立位置圍繞第一 軸的旋轉(zhuǎn)的阻力。第一搖臂可旋轉(zhuǎn)地耦合到扭轉(zhuǎn)懸架組件。第一后輪在第一搖臂耦合到扭 轉(zhuǎn)懸架組件的點(diǎn)的遠(yuǎn)端的點(diǎn)處可旋轉(zhuǎn)地耦合到第一搖臂。電動(dòng)機(jī)耦合到前輪組件和后輪中 的至少一個(gè)，以提供驅(qū)動(dòng)力。此外，可包括第二后輪，且第二后輪以與第一后輪相同方式耦 合到交通工具。附圖簡(jiǎn)述

圖1是當(dāng)前公開的交通工具的優(yōu)選實(shí)施方案的外部側(cè)視圖。圖2是交通工具的橫截面?zhèn)纫晥D。圖3是顯示了轉(zhuǎn)彎配置的交通工具的外部后視圖。圖4是互連一對(duì)輪子的傾斜機(jī)械裝置的部分橫截面頂視圖。圖5是顯示了交通工具幾何形狀的示意圖。圖6是交通工具動(dòng)力回路(power circuit)的電框圖。圖7是顯示為一對(duì)傾斜機(jī)械裝置的當(dāng)前描述的本發(fā)明的可選擇配置。附圖詳述/優(yōu)選實(shí)施方式描述以下詳細(xì)描述涉及本發(fā)明的某些具體實(shí)施方案。然而，本發(fā)明可在許多不同的系 統(tǒng)和方法中體現(xiàn)。本描述中，參照其中同樣的零件自始至終用同樣的數(shù)字指定的附圖。如圖1所示，在此描述的交通工具的優(yōu)選實(shí)施方案包括前輪組件101，該前輪組件 101包括輪胎102和輪轂103或包含與前軸104同心的電動(dòng)機(jī)的其它支撐結(jié)構(gòu)。該軸104 將手把105和轉(zhuǎn)向柱106連接到輪組件101。在該實(shí)施方案中，乘車人站在主平臺(tái)107頂 上。在另一設(shè)想的實(shí)施方案中，乘車人坐在從主平臺(tái)107或后平臺(tái)108剛性固定或懸接的 結(jié)構(gòu)上。在當(dāng)前顯示的實(shí)施方案中，后平臺(tái)108用來保護(hù)乘車人免受后輪組件120的傷害， 同時(shí)提供用于座位、儲(chǔ)存、顯示、支持混合電操作的引擎或其它配件的安裝位置。支撐架110 被可樞轉(zhuǎn)地安裝到后輪組件120，且將前輪組件101互連到后輪組件120。在另一設(shè)想的實(shí) 施方案中，單體殼設(shè)計(jì)(monocoque design)通過主平臺(tái)107支撐乘車人，且互連可樞轉(zhuǎn)安 裝的前輪組件101和后輪組件120。預(yù)想多種一般已知的懸掛系統(tǒng)中的任何一個(gè)例如線圈 彈簧阻尼系統(tǒng)(coil-over-spring damper system)可與后輪組件120，與前輪組件101或 與兩者相組合。在該當(dāng)前描述的實(shí)施方案中，后輪組件120包括橫跨扭轉(zhuǎn)懸架組件122和后輪 123之間的距離的一對(duì)搖臂121。每個(gè)后輪123安裝到搖臂121，以便提供自由旋轉(zhuǎn)，在此 實(shí)施方案中通過使用密封軸承。搖臂121還直接地支撐將力轉(zhuǎn)移到后制動(dòng)片(rear brake rotor) 125的制動(dòng)鉗124，其被同心地安裝到自由旋轉(zhuǎn)的后輪123，以便停止所述后輪123的旋轉(zhuǎn)。如圖2所示，前述交通工具以橫截面的方式呈現(xiàn)。電池201容納在架110內(nèi)，且被 電連接到控制器設(shè)備210和因此的前輪轂中的電動(dòng)機(jī)103。在例證的實(shí)施方案中，前輪轂中 的電動(dòng)機(jī)103具有范圍從250瓦到2500瓦的額定功率，而且電池是總計(jì)12到96伏的一組電池。此回路的激活由安裝節(jié)流門(throttle) 202的手把105產(chǎn)生，且導(dǎo)致交通工具的向前 運(yùn)動(dòng)。扭轉(zhuǎn)懸架組件122容納扭轉(zhuǎn)彈簧230，且關(guān)于垂直的旋轉(zhuǎn)軸自由旋轉(zhuǎn)。扭轉(zhuǎn)懸架組件 122和扭轉(zhuǎn)彈簧230通過頂部盤231和剛性地安裝到架110的底部扭轉(zhuǎn)懸架基部232受限 于其它的運(yùn)動(dòng)軸和平面。當(dāng)樞軸螺栓235互連頂盤231和底部扭轉(zhuǎn)懸架基部232時(shí)，密封 的頂部233和底部234軸承允許圍繞旋轉(zhuǎn)軸的自由旋轉(zhuǎn)。以這種方式，主平臺(tái)107的傾斜 導(dǎo)致扭轉(zhuǎn)彈簧230 (或諸如彈性聚合物元件的其它彈簧力源)的壓縮和兩個(gè)后輪123的聯(lián) 合的、成比例的傾側(cè)和旋轉(zhuǎn)。主平臺(tái)107的傾斜量上的減少，例如通過乘車人改變非位于主 平臺(tái)107的縱向軸上的點(diǎn)上的向下壓力，導(dǎo)致彈簧力(但是力可由非彈簧的源提供)克服 施加在主平臺(tái)107上的該壓力，因而引起交通工具恢復(fù)到其中立位置，在此實(shí)例中為直立 位置。在一個(gè)實(shí)施方案中，扭轉(zhuǎn)懸架組件例如被描述在2009年3月18日提交的題為L(zhǎng)ean Steering Truck With A Torsion Spring Assembly 的第 12/406，829 號(hào)美國(guó)專利申請(qǐng)中， 其通過引用特此并入。如圖3所示，前述交通工具以傾斜配置的方式顯示。乘車人(未顯示)垂直于主 平臺(tái)107，而且名義上平行于轉(zhuǎn)向柱106。后輪123作為一組圍繞與樞軸螺栓235同軸的中 心的、垂直的旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)?？刂票?10將每個(gè)搖臂121連接到扭轉(zhuǎn)懸架基部232。這些控制 臂310限制搖臂121的運(yùn)動(dòng)，且產(chǎn)生主平臺(tái)107的傾斜與后輪組件120的旋轉(zhuǎn)之間的線性和 相反的關(guān)系。在優(yōu)選的實(shí)施方案中，控制臂310使用球形接頭或海姆接頭(Heim joint) 311 連接到搖臂121，并連接到扭轉(zhuǎn)懸架基部232。如在此設(shè)想的，當(dāng)這些控制臂310被放置成 平行于搖臂121的縱軸且直接地在搖臂121的縱軸下面時(shí)，在組件120上的應(yīng)力被最小化。 當(dāng)主平臺(tái)107被傾斜時(shí)，地面反作用力(reactionary ground force)作用于內(nèi)后輪，和內(nèi) 搖臂121和內(nèi)控制臂310，以使扭轉(zhuǎn)彈簧被壓縮。彈簧恢復(fù)力反作用于該作用的順序，使主 平臺(tái)107和因此的乘車人返回到中立位置。如圖4所示，傾斜機(jī)械裝置以頂視圖、局部橫截面的方式顯示。搖臂121通過 搖臂 螺栓411連接到扭轉(zhuǎn)懸架外殼410。密封軸承412允許搖臂121關(guān)于由搖臂螺栓411的縱軸 限定的旋轉(zhuǎn)軸的自由旋轉(zhuǎn)?？刂票?10將搖臂121球形地旋轉(zhuǎn)地接合到扭轉(zhuǎn)懸架基部232。 扭轉(zhuǎn)懸架外殼410被允許關(guān)于垂直于交通工具平臺(tái)110的主軸的且由樞軸螺栓235的縱軸 限定的旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)。扭轉(zhuǎn)彈簧230通過借助于多個(gè)固定螺釘422可調(diào)的彈簧引導(dǎo)件420和 彈簧制動(dòng)器421，或可選擇地封入的彈簧腔而固定。操作固定螺釘422導(dǎo)致扭轉(zhuǎn)彈簧230的 增加的或減少的壓縮。壓縮的改變對(duì)于乘坐動(dòng)力學(xué)以及尤其由扭轉(zhuǎn)彈簧230施加的以便將 交通工具恢復(fù)到直立位置的力的量有直接和必要的影響。彈簧力的減小導(dǎo)致較少有力地恢 復(fù)到直立位置的投訴較多的交通工具。相反，彈簧力的增加導(dǎo)致更加有力地返回到直立、中 立位置的交通工具。先于后輪組件120的組裝，壓縮容納在彈簧腔430內(nèi)的扭轉(zhuǎn)彈簧230， 以便提供其中扭轉(zhuǎn)彈簧230連續(xù)處于受壓中的乘坐狀態(tài)。搖臂121直接且剛性地容納制動(dòng) 鉗124，因此消除了額外的硬件或機(jī)械連接，而且減少了搖臂121的總重。在扭轉(zhuǎn)懸架外殼 410的外表面上是兩個(gè)機(jī)械突出物，在此實(shí)施方案中為螺紋弱點(diǎn)(threaded blot) 430，用來 限制關(guān)于樞軸螺栓235的自由旋轉(zhuǎn)的范圍，和因此主平臺(tái)107和交通工具架110被允許相 對(duì)路面傾斜的程度。在一個(gè)實(shí)施方案中，扭轉(zhuǎn)彈簧230和彈簧腔430形成可互換的子組件，該子組件在 被替換成具有不同的彈簧常數(shù)的扭轉(zhuǎn)彈簧230時(shí)可因此改變交通工具的乘坐動(dòng)力學(xué)。在另一實(shí)施方案中，扭轉(zhuǎn)彈簧230具有漸進(jìn)地改變的彈簧常數(shù)；對(duì)于扭轉(zhuǎn)彈簧230被壓縮的每一 度，遞增變化的力被施加在組件120上，因此提供了與主平臺(tái)107的傾斜角有關(guān)的變化的乘 坐動(dòng)力學(xué)。如圖5所示，前輪組件101通過前軸104連接到轉(zhuǎn)向柱106。從軸104的實(shí)際位置 到沿轉(zhuǎn)向柱106的縱軸的最近點(diǎn)的這個(gè)距離由偏移510描述。在優(yōu)選實(shí)施方案中，這個(gè)偏 移在0到6英寸之間。前輪組件101的半徑501與地面502 垂直相交的地方是點(diǎn)503。另 一點(diǎn)504位于轉(zhuǎn)向柱106的縱軸與地面502相交的地方。點(diǎn)503和504之間的距離是拖曳 距離520。在優(yōu)選實(shí)施方案中，拖曳距離520在0到3英寸之間。后輪123的半徑505與地 面502垂直相交的地方是點(diǎn)506。點(diǎn)503和點(diǎn)506之間的距離是軸距530。在優(yōu)選實(shí)施方 案中，軸距在40到120英寸之間。前述幾何形狀的細(xì)心計(jì)算導(dǎo)致自然、平衡的乘坐經(jīng)驗(yàn)，而 且由比值1控制傾斜與轉(zhuǎn)彎的比α {乘車人重量、交通工具重量、扭轉(zhuǎn)彈簧常數(shù)、搖臂長(zhǎng)度、前輪 偏移、前輪拖曳、軸距、前輪半徑和后輪半徑}而施加在交通工具和乘車人上的恢復(fù)力由比值2控制恢復(fù)力~ {垂直力、搖臂長(zhǎng)度、輪半徑、充氣輪胎彈簧常數(shù)(inflated tire spring constant)、扭轉(zhuǎn)彈簧常數(shù)、總的乘車人和交通工具的重量，以及軸距}如圖6所示，電能儲(chǔ)存在電池中601。電池601通過電線連接到控制器602。給定 來自安裝節(jié)流門603的手把105的輸入，動(dòng)力被分配且傳送到輪轂中的電動(dòng)機(jī)604?？刂破?602還分?jǐn)偳姨峁﹦?dòng)力給包括燈605，和音響喇叭606聲，以及示出電池電量水平的顯示607 的配件。對(duì)于兩個(gè)制動(dòng)桿608中的任一個(gè)的致動(dòng)產(chǎn)生發(fā)送到控制器602的停車信號(hào)。在沒 有來自節(jié)流門的輸入的減速情況下，動(dòng)能通過電動(dòng)機(jī)604轉(zhuǎn)換成電能，且通過控制器602轉(zhuǎn) 移到電池601。在可選擇的實(shí)施方案中，控制器602包括第二全輪驅(qū)動(dòng)控制器610，以控制動(dòng)力分 配并監(jiān)測(cè)到左前電動(dòng)機(jī)611、右前電動(dòng)機(jī)612、左后電動(dòng)機(jī)613、右后電動(dòng)機(jī)614中的每個(gè)的 動(dòng)力分配。全輪驅(qū)動(dòng)配置以這種方式能與傳感系統(tǒng)一起實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)且抵制車輪滑動(dòng)，并且實(shí) 現(xiàn)直接響應(yīng)于變化的輪速，如在轉(zhuǎn)彎中。如圖7所示，可使用一對(duì)后輪組件120。后輪組件120如前述被放置于站立的或坐 著的乘車人后面，且被剛性連接到架110。在這個(gè)可選擇的配置中，第二后輪組件120連接 在乘車人前面，且也剛性連接到架。結(jié)果產(chǎn)生四輪傾斜的交通工具。動(dòng)力如前述被提供到 位于前輪710、711或后輪720、721的輪轂中的電動(dòng)機(jī)。同樣如前述，智能全輪驅(qū)動(dòng)也是設(shè) 想的，其中輪轂中的電動(dòng)機(jī)位于所有的四個(gè)輪710、711、720、721上。提供所公布實(shí)施方案的以上描述，以使本領(lǐng)域的任何技術(shù)人員能夠利用或使用本 發(fā)明。這些實(shí)施方案的各種改變將對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員是欣然明顯的，而且在此描述的一 般原理能被應(yīng)用到其它實(shí)施方案，而不偏離本發(fā)明的精神和范圍。所以，應(yīng)理解到，在此出 現(xiàn)的描述和附圖代表本發(fā)明的示范性實(shí)施方案，因而是本發(fā)明廣泛考慮的主題的代表。應(yīng) 進(jìn)一步理解到，本發(fā)明的范圍充分包含其它實(shí)施方案，而且本發(fā)明的范圍因此僅由所附權(quán) 利要求限制。
權(quán)利要求
1.一種傾斜轉(zhuǎn)向交通工具，包括主平臺(tái)；前輪組件，其耦合到所述主平臺(tái)的前端部；扭轉(zhuǎn)懸架組件，其耦合到所述主平臺(tái)，是圍繞第一軸可旋轉(zhuǎn)的，而且提供抵抗從中立位 置圍繞所述第一軸的旋轉(zhuǎn)的阻力；第一搖臂，其可旋轉(zhuǎn)地耦合到所述扭轉(zhuǎn)懸架組件；第一后輪，其在所述第一搖臂耦合到所述扭轉(zhuǎn)懸架組件的點(diǎn)的遠(yuǎn)端的點(diǎn)處被可旋轉(zhuǎn)地 耦合到所述第一搖臂；以及電動(dòng)機(jī)，其耦合到所述前輪組件和所述后輪中的至少一個(gè)，以提供驅(qū)動(dòng)力。
2.如權(quán)利要求1所述的交通工具，還包括第一控制臂，所述第一控制臂在第一端部于 所述第一搖臂上的位置耦合到所述第一搖臂，并且在第二端部耦合到所述交通工具的相對(duì) 于所述主平臺(tái)固定的部分，所述第一搖臂上的所述位置位于所述第一搖臂耦合到所述扭轉(zhuǎn) 懸架組件的點(diǎn)的遠(yuǎn)端。
3.如權(quán)利要求2所述的交通工具，還包括手把，所述手把耦合到轉(zhuǎn)向柱，而所述轉(zhuǎn)向柱 耦合到所述前輪組件。
4.如權(quán)利要求2所述的交通工具，還包括第二搖臂，其可旋轉(zhuǎn)地耦合到所述扭轉(zhuǎn)懸架組件；第二后輪，其在所述第二搖臂耦合到所述扭轉(zhuǎn)懸架組件的點(diǎn)的遠(yuǎn)端的點(diǎn)處可旋轉(zhuǎn)地耦 合到所述第二搖臂；以及第二控制臂，其在第一端于所述第二搖臂上的位置耦合到所述第二搖臂，并且在第二 端耦合到所述交通工具的相對(duì)于所述主平臺(tái)固定的部分，所述第二搖臂上的所述位置位于 所述第二搖臂耦合到所述扭轉(zhuǎn)懸架組件的點(diǎn)的遠(yuǎn)端。
5.如權(quán)利要求1所述的交通工具，其中，所述扭轉(zhuǎn)懸架組件包括扭轉(zhuǎn)彈簧。
全文摘要
本文描述一種電動(dòng)交通工具，其能夠通過傳統(tǒng)的自行車類型的轉(zhuǎn)向、傾斜后部轉(zhuǎn)向或兩者的組合被轉(zhuǎn)向。
文檔編號(hào)B60L11/18GK102083651SQ200980118350
公開日2011年6月1日 申請(qǐng)日期2009年3月19日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月20日
發(fā)明者威廉·羅弗特, 拉斯亞德·鐘, 格雷格·格羅賽, 湯姆·博伊德, 阿米什·帕拉沙 申請(qǐng)人:祖姆克拉夫公司