专利名称：双驱动仿生高速自行车的制作方法
技术领域：
本发明属于交通工具，是在本人原发明项目“高速自行轿车”(发明专利申请号89109215.3，于1991年6月26日公开;实用新型申请号90200313.5，于1991年9月25日授予专利权)原理基础上改进完善而设计出的一种新型高速自行车。
在人类科技发展史上，自行车堪称为一项伟大的发明。据有关资料表明在人类所拥有的一切交通工具中，自行车是最为节省能源的一种。若以人公里为单位来进行核算，机动轿车所需能量约为自行车的43.5倍;公共汽车为自行车的11.2倍;即使是步行，所需能量也已达自行车的5.15倍之多。正是由于自行车所特有的并且无与伦比的方便实用、省能源、无污染、占地面积小以及造价低廉等等诸方面的优势，方使其不但能够风行世界成为人类所拥有过的数量最大的一种交通工具，并且能够时经一个半世纪之余而历久不衰。即使在现代化工业高度发展的今天，以及在今后相当长的时期内，由人力来驱动的交通工具仍将会起到它无可替代的重要作用。
汽车的发明和使用，有力地促进了人类交通运输事业的迅速发展。汽车给人类带来了极大的便利，但同时也不可避免地带来了一系列不可忽视的问题诸如能源(这里主要指燃料油类)的大量消耗，空气的严重污染，以及事故频繁噪音污染等等，越来越严重地干扰着人类的正常生活。近年来，随着汽车工业和整个现代化工业的进一步发展，此类危害愈演愈烈，因而也就越来越引起人们的普遍关注与担忧。在这样的情况下，如何在尽可能广的范围内充分利用自行车这种低能耗无污染的交通工具来取代机动车辆，业已成为世界性的议题与迫切需求，人们已经越来越深刻地认识到在此领域内的研究与探索工作，亟待深入，势在必行！自本世纪七十年代起，世界上一些西方发达国家如美、德等国就纷纷以立法、政府拨款建自行车专行道甚至以国家领导人身体力行以身作则等等各种方式来提倡和鼓励国民尽可能多地使用自行车。然而遗憾的是，虽然自行车具备着人所共知的多种优越性，但同时却也还存在着诸如行驶速度慢，体力消耗大等等方面的不足。其中尤其是行驶速度慢这一突出问题的存在，使自行车无法满足现代化生活高节奏的需求，从而使得人们希望在日常生活中尽可能使用自行车来取代机动车辆的良好愿望和迫切需求一直难以实现。
其实，在节省体力的前提下大幅度地提高自行车的车速并不是不可能的。认真地观察和分析一下即可发现在当前全世界范围内所使用和流行的各种各样的自行车中，虽然其造型、色彩各异，但它们的基本结构特别是驱动、传动结构却都是大同小异甚至是基本一致的。而它们所共有的时速慢、费体力以及机械利益不高等等各方面的不足，其最主要最根本的原因实为设计欠妥所致。纵观自行车发展史，若从1791年法国人西布拉克设计的“木马轮”算起，自行车已有二百多年的历史。这二百多年来，自行车虽然也在不断更新完善，但其变化频率以及结构变化等远不如轿车发展那样日新月异。现流行于世界的自行车车型，其主要结构和形式与1874年英国人罗松所设计的自行车大同小异。亦即是说，迄今为止的一百余年来自行车的结构造型等再没有过突破性的进展与变化。致使一些人甚至认为现在的自行车不论从结构或造型均已基本定型，并已趋向完美，不可能或很难再有较大的突破或是创新了。
然而事实并非如此，稍加分析即可得出这样的结论即目前自行车所存在的种种缺陷与不足之处，并非没有，而是比比皆是，其中有些还是些亟待改进的关键性问题。大致归纳一下即为1、力学结构及骑行方式均不合理，不科学目前自行车驱动系统主要是由脚蹬、曲柄、大链轮，链条和小链轮(飞轮)等部件所组成。驱动方式则为驾驶者用脚踏动脚蹬带动曲柄以大链轮轴心为中心沿360度封闭运动轨迹做圆周运动，由此使大链轮旋转并通过传动链条带动小链轮(飞轮)转动从而使主驱动车轮向前转动，自行车即向前进。从力学角度来分析，曲柄和大链轮分别起到了杠杆原理中的动力臂和重力臂的作用。动力臂越长，驱动就越省力，这是一个极为普通的常识。但由于人腿的跨幅所限，使得曲柄长度无法再延长，与大链轮半径之比只能局限于目前的1.74∶1至2∶1之间，因而无法再充分利用杠杆原理来进一步省力。而从驱动过程中脚踏脚蹬所做的360度圆周轨迹来看，其中每只脚能起到驱动作用的运动轨迹还不到1/2，其余运动轨迹则为脚的复位运动，相对于驱动自行车前进来讲纯系无用功，因而在骑车时驾驶者须双脚做轮番踏动方能保证自行车的正常持续运动)。也就是说正是由于力学结构设计的不合理不科学以及因此导致的骑行方式要大量消耗无用功等等原因，致使当前自行车的机械利益和工作效率无法得到进一步和大幅度地提高。
2、不符合人的运动生理特点从运动生理学的角度来看，人在做全身性的运动时，其四肢会本能地做相互交错的协调动作。即使是那些诸如行走，跑步以及跳跃等以下肢为主的运动中，若要限制上肢的运动和配合工作，则不但会极大地影响其运动功能，并会明显地导致和加速身体的疲劳。骑自行车本是一种全身性的运动，但由于当前自行车设计的不合理，驾驶者在骑车过程中只能将双臂一直固定于车把上，这样不仅使两臂功能无法得到正常发挥，反而会降低腿部的工作效率并增大全身性的疲劳。而且这种弯腰曲背的骑车姿式同时也会使前进中的空气阻力明显增大，从而极大地影响到自行车的前进速度。
3、重心高，不安全，车座设计对人体有害由于现行自行车各方面条件的限制，车座不得不设计偏高，使得驾驶者坐在车座上后大都无法双脚接触地面。这样重心偏高所带来的后果除上述所讲增大空气阻力外，同时还带来了诸如不便利和不安全等不利因素。另外现行自行车车座大都面积偏小且呈三角形，这样就使骑车人会阴部位长期受到挤压。久而久之，就会引起泌尿生殖系统一些器官的器质性病变。
因重心偏高给自行车防护篷罩的设计安装也带来了重重困难，使得自行车有史以来一直未能很好地解决它的全天侯行驶问题。如此等等。
当然，人们也已注意到近年来，不论是在国内还是国外，确也出现了不少有关自行车改进方面的设计与发明。但总的看来，大都是诸如把链条传动改为齿轮传动或钢索传动，以及增加变速装置之类的枝节性改良。根本谈不到是突破性的进展。
另一种趋势则是在借助外力的途径上下工夫。如在自行车上增设带有直流电动机或内燃机之类的辅动设施，或是增设太阳能装置甚至在自行车上武装电脑设备等等。诚然，此类措施无疑会使自行车的车速得到提高。但却使自行车失去了所谓“自行”的意义。并且由于这样的自行车往往成本高价格昂贵，根本无法大面积推广。总而言之，自行车这一曾在历史上对人类做出卓越贡献的节能实用型交通工具，面对着因社会高速发展而对其提出的越来越高的苛求以及愈演愈烈的世界性的能源短缺公害污染等严峻现实，早已显得步履蹒跚，力不从心。所以极端迫切地期待着脱胎换骨，期待着飞跃，期待着新生。而一切修修补补式的渐进改良，对它来讲，早已没有任何大的实际意义了。
本发明就是针对上述情况，通过利用杠杆原理、仿生原理以及空气动力学的有关理论而设计的一种既保留了原有自行车的全部优点，同时又符合人类运动的生理特点并能大幅度地节省体力，提高时速，安全舒适，造价低廉，并且极有益于驾驶者身体健康的新式高速自行车。
本发明的主要结构结合
如下图1为双驱动仿生高速自行车外观主视图。
图2为双驱动仿生高速自行车传动结构主视图。
图3为双驱动仿生高速自行车传动结构俯视图。
图4为带篷的双驱动仿生高速自行车外观示意图。
图5为链条式(采用链传动机构驱动的)双驱动仿生高速自行车主视图。
图6为链条式双驱动仿生高速自行车俯视图。
其中图1的为车架，2为前叉，3为弧形蹬杆，4为脚蹬，5为前轮驱动转向两用车把，6为前轮驱动转向两用车把手柄，7为前轮驱动变速箱，8为前轮，9为前轮链盒，10为前挡泥板，11为制动杆，12为制动钢索滑轮，13为制动钢索，14为车椅座，15为衣架，16为后轮链盒，17为后轮，18后挡泥板，19为支架，20为支架弹簧。
图2中的21为弧形蹬杆中心轴(轴上带有使弧形蹬杆复位的扭转弹簧，图中未另外标出)22为后轮驱动扇形齿轮，23为后轮一级传动小齿轮，24为带有超越机构的增速齿轮，25为后轮二级传动小齿轮，26为后轮大链轮，27为后轮传动链条，28为后轮小链轮(飞轮)，29为后轮轴，30为制动杆转动轴(轴上带有复位扭转弹簧，图中未另标出)，31为闸叉，32为闸皮，33为前轮驱动转向两用车把转动轴(轴上带有复位扭转弹簧，图中未另标出)，34为前轮驱动扇齿轮，35为带有超越机构的传动齿轮，36为同轴传动齿轮，37为带有超越机构的传动齿轮，38为前轮驱动二级传动小齿轮，39为前轮驱动上链轮，40为前轮传动链条，41为前驱动下链轮，42为前轮轴，43为车椅座弹簧架，44、45均为座簧，46为车椅座高度调节螺杆。
图4中的47为车篷折迭骨架中心轴，48为车篷前部有机玻璃风挡，49为车篷折迭骨架，50为车篷蒙布。
图5中的1为链条式双驱动仿生高速自行车车架，2为前车轮，3为后车轮，4为车椅座，5为车椅座后支架，6为转向、驱动两用车把，7为前叉，8为前驱动主动链轮(大链轮)，9为前驱动从动链轮(飞轮)，10为前驱动传动链条，11为后驱动主动链轮(大链轮)，12为后驱动从动链轮(飞轮)，13为后驱动链条，14为后驱动曲臂，15为脚蹬。
图6中的16为前驱动传动轴，17为前驱动曲臂，18为前驱动摇把。
为清楚起见，实施过程与有关原理分条叙述如下1、后轮驱动系统本发明仍以后车轮为主驱动车轮，实施过程为驾驶人坐于车椅座14上(此时两脚均可着地)，双手把握前轮驱动转向两用车把5，起一脚踏动脚蹬4并由此带动弧形蹬杆3使之围绕弧形蹬杆中心轴21做弧形运动，此时与弧形蹬杆3同轴的后轮驱动扇型齿轮22同时开始转动，通过相互啮合的齿轮组中的后轮一级传动小齿轮23和后轮一级传动小齿轮23同轴的带有超越机构的增速齿轮24以及后轮二级传动小齿轮25运动使与后轮二级传动小齿轮25同轴的后轮大链轮26开始转动，再通过后轮大链轮26上的后轮传动链条27带动后轮小链轮(飞轮)28转动同时带动后轮17向前转动，从而完成后轮驱动过程。因弧形蹬杆中心轴21轴上带有复位扭转弹簧，故而当蹬出的脚收回时，弧形蹬杆3自动复位。
由于弧形蹬杆3的长度与同轴的后轮驱动扇型齿轮22半径之比数倍于原自行车的曲柄长度与大链轮半径之比，故而本发明可数倍省力于现有自行车。在增设增速齿轮的情况下亦可数倍高速于现有自行车。
之所以要将弧形蹬杆3侧视投影设计为弧形，除为增加其强度，并使其更为美观外，同时为了使在蹬车运动中不致因弧型蹬杆3的运动影响前轮转向，由于后轮传动增速装置为两组分别独立的齿轮组并且由于其中设有超越机构齿轮，故人在驱车过程中既可双脚轮番踏动脚蹬，也可只用一脚踏动或双脚同时踏动。
2、前轮驱动系统本发明根据仿生原理将前轮上也设计有驱动装置，实施过程为用手拉动前轮驱动转向两用车把手柄6使车把围绕前轮驱动转向两用车把转轴33为中心做前后方向的弧形运动同时使同轴的前轮驱动扇齿轮34转动，并带动齿轮组中的前轮驱动一级传动小齿轮35，同轴传动齿轮36，带有超越机构的传动齿轮37，以及前轮驱动二级传动小齿轮38使前轮驱动上链轮39向前转动，并通过前轮传动链条40将力传至前轮驱动下链轮41，从而使前轮8向前滚动完成整个前轮驱动过程。
由于前轮驱动向两用车把转动轴33轴上带有复位扭转弹簧，故手放松后前轮驱动转向两用车把5可自动复位。
又因前轮驱动系统传动增速齿轮组亦为分别独立的两组，并且各有带有超越机构的传动齿轮，故双手可分别或交替拉动车把。
由于本发明驱动结构的设计采用了仿生学有关原理故驾驶人员在驱车过程中手脚同时运动不仅能增加车速，同时亦能相对地减轻疲劳。
考虑到部分骑车人的习惯问题、降低生产成本以及零件标准化等诸方面因素，本发明的前后驱动系统也可采用链传动装置。
其实施过程分条叙述如下(1)后轮驱动链条式双驱动仿生高速自行车的后轮驱动过程与现有普通自行车基本相同，即由骑车人坐于车椅座上(此时双脚也均可着地)，双手握转向、驱动两用车把6，起一脚踏动脚蹬15，由此带支后驱动曲臂14使后驱动主动链轮(大链轮)11向前转动并通过后驱动传动链条13使后驱动从动链轮(飞轮)12同向转动，从而带动后车轮3向前。双脚如此轮番踏动，自行车即向前行。
(2)前轮驱动(加速)由于链条式双驱动仿生高速自行车的前驱动机构在操作时驾驶人员手臂须做旋转运动，为确保骑行中的平衡起见，前驱动机构设计为单手驱动(即一手掌握方向，另一手用于驱动前轮)。操作时驾驶人员一手扶转向、驱动两用车把6的固定部位保持方向，另一手握前驱动摇把18向前转动，通过前驱动曲臂17带动前驱动转动轴16旋转。由于前驱动传动轴16的两轴端分别与前驱动主动链轮(大链轮)8和前驱动曲臂17同心并系固定连接，故而向前转动前驱动摇把18即可使前驱动主动链轮(大链轮)11通过前驱动传动链条10带动前驱动从动链轮(飞轮)9同向转动，从而驱动前车轮2前行。
基于造型等方面原因，前驱动传动轴16的安装位置设计为从转向，驱动两用车把6的钢管空心中通过，其两轴端分别与前驱动曲臂17旋转中心和前驱动主动链轮(大链轮)8同心并为固定连接。
3.转向系统本发明中的前轮驱动转向两用车把5设计为具有驱动与转向控制两种功能实施过程为以图中所示的静态复位为标准、住后拉，即可做前轮的驱动运动(此时车把俯视运动轨迹为前后方向的直线型)。由于前轮驱动转向两用车把5与前轮驱动变速箱7之间设有固定挡片(图中未另标出)使前轮驱动转向两用车把5不能向前超越前轮驱动变速箱7。又由于在做转向运动时，前轮驱动转向两用车把手柄6运动时所做的俯视运动轨迹为圆周形。故在需要转向时向前推动前轮驱动转向两用车把手柄6转动即可完成本发明的转向工作。
为使转向灵活并保证在前轮转向时不受运动中的弧型蹬杆3的干扰，本发明前轮设计为小型车轮。
链条式双驱动仿生高速自行车的转向操作方式与现有普通自行车基本相同。
4.制动系统在需要制动时，向后扳动制动杆11即可使一端固定于制动杆上的制动钢索13经过制动钢索滑轮12向前拉动后轮的闸叉31和闸皮32，使之贴紧后轮车圈以完成制动过程。
由于制动杆设计为杠杆结构并且系直接拉动制动钢索和闸叉、闸皮，故本发明制动系统具有极高的安全系数。
链条式双驱动仿生高速自行车的制动装置与制动操作方式与现有普通自行车基本相同。
5.车篷为保证全天侯行驶，本发明设计有可自由装卸和折迭的全天侯防护车篷，车篷系，由车篷前部有机玻璃风挡、车篷折迭骨架、车篷折迭骨架中心轴和车篷蒙布组成。在需要伸展与折迭车篷时，只需按需要调整有机玻璃风挡的前后位置并张开或收缩车篷折迭骨架即可。(图4中的虚线部分即为全天侯防护车篷折迭后的位置示意图)。
全天侯防报车篷的设计除为保证全天侯的行驶外，还可在行车过程中大幅度地减少行进中的空气阻力，从而使车速能够得到进一步的提高。
本发明与现有技术相比有如下优点与积极效果1、大幅度地节省体力本发明综合利用了力学中的杠杆原理，仿生原理以及空气动力学的有关理论，并将传统的单一脚踏的驱车方式改变为符合人体运动生理特点的四肢协调运动，同时把传统踏车方法圆周运动改变为弧线运动以减少驱车过程中的无用功，因而可大幅度地提高工作效率(在同等用力的情况下，速度可达现行自行车的3-5倍)并可使驾驶人员的省力值得到最大限度地提高。
2、符合人的运动生理特点，骑行舒适，有益于健康由于本发明的驱动方式为四肢协调运动，符合人体运动生理特点，因此除能增加车速外，还能明显地减轻人体的疲劳程度，另外由于把传统的自行车座改变为有靠背的椅式车座，因而使人感到舒适并有益于驾驶者的身体健康。
3、重心低，安全本发明中的车椅座较之传统自行车车座重心大降低，使驾驶者在车椅座上即可双脚着地，这样除大量减少行进中的空气阻力外，同时也便于驾驶者可较为随心所欲地处理突发情况，加之本发明设计有杠杆的制动动杆与直接牵动闸叉闸皮的钢索结构，制动及时可靠，故而能确保驾驶者安全。
4、可装置全天侯防护设备由于本发明重心降低，故而可以比较方便地安装全天侯防护设备。本发明中的全天侯防护车篷除能保证天全侯行驶外，同时还可根据需要任意折迭。由于展开后的防护车篷侧面投影为流线型，故而也有利于大量减少行进中的空气阻力。
5、本发明结构简单，造价低廉，并且占地面积小，易于存放，故而有着极大的实用价值和推广价值。
6、节约能源、防止污染，有着极大的经济效益与社会效益。
权利要求
1.一种双驱动仿生高速自行车，其特征在于它是通过利用力学中的杠杆原理和有关人体运动力学的仿生原理以及有关的空气动力学等方面理论为基础而设计的一种前后车轮同时驱动，并且在行进过程中驾驶人员手脚可全部参与驱动工作的新式自行车。
2.根据权利要求1所述的双驱动仿生高速自行车，其特征在于后轮驱动系统系由脚蹬、弧形蹬杆、传动变速齿轮组、大链轮、传动链条以及飞轮等部件所组成，其中传动变速齿轮组内包含有扇齿轮和带有超越机构的齿轮，并且在驱动过程中脚蹬所划出的运动轨迹为弧形。
3.根据权利要求1所述的双驱动仿生高速自行车，其特征在于前轮驱动系统系由驱动转向两用车把、驱动传动变速齿轮组、链轮和链条等所组成，其中传动变速齿轮组内含有扇齿轮和带有超越机构的齿轮，并且在驱动过程中驱动转向两用车把手柄所划的运动轨迹为向后轮方向的弧形。
4.根据权利要求1所述的双驱动仿生高速自行车，其特征在于它的驱动转向两用车把上半部侧视投影形状为弧形，并且兼备前车轮驱动和转向两种功能。
5.根据权利要求1所述的双驱动仿生高速自行车，其特征在于前、后车轮驱动机构也可采用链条、链轮式传动装置。
6.根据权利要求1所述的双驱动仿生高速自行车，其特征在于前、后车轮驱动机构采用链条、链轮式传动装置时，其前驱动传动轴的安装位置设计为从转向、驱动两用车把的钢管空心中通过，其两轴端分别与前驱动曲臂旋转中心和前驱动主动链轮(大链轮)同心并为固定连接。
7.根据权利要求1所述的双驱动仿生高速自行车，其特征在于制动系统系由固定于车架梁上的制动杆、制动钢索、钢索滑轮，闸叉和闸皮所组成，其中制动杆为杠杆结构，通过向后扳动制动杆手柄并带动钢索、闸叉、闸皮等来实现制动功能。
8.根据权利要求1所述的双驱动仿生高速自行车，其特征在于车座为靠背椅型，椅面为前尖后宽，其高度低于现行普通成人用自行车车座高度，并可根据需要分别做上、下或前、后方向的位置调整。
9.根据权利要求1所述的双驱动仿生高速自行车，其特征在于配有可自由拆卸和折迭的全天侯防护车篷，车篷由有机玻璃风挡、车篷折迭骨架和车篷蒙布等所组成。
10.根据权利要求1所述的双驱动仿生高速自行车，其特征在于前车轮小于后车轮。
11.根据权利要求1所述的双驱动仿生高速自行车，其特征在于车轮、链轮、链条、飞轮、脚蹬、闸叉、闸皮等部件既可采用现行自行车零件标准件，又可根据需要设计专用件，并且可根据需要增设变速装置。
12.根据权利要求1所述的双驱动仿生高速自行车，其特征在于既可设计为双轮自行单车，又可设计为三轮客货车或三轮及四轮自行轿车。
全文摘要
双驱动仿生高速自行车是依据杠杆原理、仿生原理等有关理论为基础设计的一种既保留了现有自行车的全部优点，同时又改变了传统的自行车驾驶方式(驱车时手脚可全部参与驱动)和驱动结构的新式自行车。本发明为前后轮同时驱动并且前后轮均设计有杠杆驱动装置及齿轮变速机构或链传动驱动装置，同时还设计有靠椅式特种车座与可任意拆卸和折叠的防护车篷。
文档编号B62M1/12GK1081416SQ9210586
公开日1994年2月2日 申请日期1992年7月22日 优先权日1992年7月22日
发明者冯伟民 申请人:冯伟民