专利名称：助力式自行车高速交通系统的制作方法
技术领域：
本发明属于综合性学科和技术，它包括城市交通、土木工程、自行车生产和应用、电气传动、电子和计算机技术等。
3、对发明的理解、检索、审查有参考作用的现有技术本发明为提出一种能充分发挥自行车作为交通工具作用的自行车高速交通系统，目前城市交通系存在的大量问题诸如交通拥挤、堵塞问题，公共交通的拥挤问题，汽车产生的城市空气污染问题，严重的交通混乱和安全问题以及在很多国家和地区中(尤其在中国)由于空间限制等原因形成不可能普及小汽车作为家庭交通工具等问题，在各种书籍、报刊和杂志中时有报导和论述，也提出一些现代交通和未来交通工具的设想(见“现代交通工具”科学普及出版社1991)，对于中国-世界闻名的自行车王国一的交通应如何办是值得探讨的，(请见“车轮下的美国”文汇报1991.12.18扩大版)。但是在所看到的各种资料中尚未看到类似本发明的一些概念当然也就更没有具体方案。本发明的考虑已有很多年了。本人的“自行车电动助力装置”实用新型专利(专利号88214871.0)便是与本发明配套的，它能更好发挥本发明提出的自行车高速交通系统的作用。
4、发明的目的交通是一个国家发展的重要基础，“时间是生命”、“时间是效率”这些几乎都是与交通有关。因此世界各国把发展交通运输事业都放在重要的地位，在中国也是如此，但是在发展交通过程中不论是发达国家还是发展中国家都遇到不少难题和困难，在发达国家中汽车虽然是很好的一种交通工具但是当汽车多到一定程度则城市的道路便难以容纳因此发生从交通拥挤变化到交通堵塞，反而是欲速则不达，此外大量的汽车排出的废气造成成市空气污染，酸雨和全球气候变化，而交通事故造成的大量伤亡达到惊人的地步，这一切说明需要寻找汽车的代用品，在发达中国家有人提出用自行车来代替汽车尤其是短程行驶。在我国这一问题也开始出现机动车数量大量增加，在大城市中经常出现交通堵塞现象，在十字路口大量自行车混杂在小汽车、公共汽车和载重汽车中间呈现一片混乱经常出现自行车交通事故，一些主要街道虽有自行车专用线但大部份自行车专用线与机动车道仅一线之隔，高速行驶的汽车从自行车旁擦车而过令人神经紧张，机动机将正常行驶的自行车撞到发生伤亡也时而发生，在92年7月在北京一辆机动车将正常行驶的三辆自行车同时撞到，三位骑自行车的人当场死亡，其中一位是年轻的妻子刚与她的丈夫前后离开家骑车上班，当丈夫骑车在后赶到，妻子惨死在他怀中，这一残酷的现实使他精神失常，司机也为制造家毁人亡的人间悲剧感到悔恨万分，但已是无法挽回(详见92.8.27北京晚报)，当然也有一些自行车交通事故是由于骑车人的责任，例如不避让机动车，抢行或闯红灯，欲速则不达，在现有交通系统中自行车的行车效率是不高的。可是我国本来就是一个世界闻名的自行车王国，全国人民拥有的三亿辆自行车，由于中国人口众多，居住人口密度大，城市空间有限因此在相当长的一个时期内大部份中国人民仍然要把自行车作为主要的代步工具，自行车确实是一种很好的交通工具，它结构简单、重量轻体积小，使用存放都很灵活方便不占很多空间，有人统计每米宽的车道，汽车每小时可运输700人而自行车可运输1500人，因此自行车的行驶效率较高，自行车的行驶速度并不低，正常速度可达20-30公里/小时，奥运会160公里自行车竞赛的纪录为4小时左右，此外自行车交通能节省能源不产生空气污染，还有一个重要的优点便是长期骑自行车对人的身体健康有利，骑车上下班的人不易患高血压和冠心病而且骑车上班可保持精神良好，还要指出的是骑自行车应该说是非常安全的。
但是自行车的上述优点在现有的交通系统中还不能被充份发挥出来，或者说自行车在目前还不能完全满足社会生产力发展对它提出的要求，在我国情况亦是如此因此本发明认为根据中国国情发展自行车交通使之满足国家现代化发展的需要，满足人民赶上现代的工作节拍和生活节拍的要求是很重要的，本发明的目的便是为充份发挥自行车交通的效能使之在现代城市交通中更加显示出它的优点和作用，要做到这一点便需要保证自行车的行驶环境使它从现有的交通系统中摆脱出来。
5、发明的内容本发明提出的“助力式自行车高速交通系统(下称系统)”的具体内容包括下列方面1)系统是独立和封闭的，它与机动车和行人是隔离的，系统是全单向道只行驶自行车，共有多个车道，系统可建于地面、高架或地下，通常是地面与高架混合或三者混合，系统可以任意设置出入口，系统不与机动车和行人争道。
2)自行车行驶的动力是人力，即依靠人的体力，为节省体力便需要创造一种助于行驶的环境，首先是本系统采用平坦的路面来减少行驶阻力，其次是采用全单向车道，使自行车基本上不需经常处于制动减速和起动加速状态，从而减少体力消耗第三是避免风雨(雪)对自行车行驶产生的阻力。第四是本系统采用独立的车道，它不与机动车伴行，系统的车道路线是经过优化而布置的，自行车行驶的将是捷径，为到达同一目地它不必行驶与机动车行驶同样多的路程。第五，系统对行驶的自行车以“注入”能量的方式施加外力，系统将集中形式或分散形式的电能“注入”行驶中的自行车，使之获得助力。第六，系统为装有电动助力装置的自行车创造良好的行驶环境，充份发挥其助力装置的效能。
系统对自行车产生助力的原理是通过电动上坡路面和(或)自行车上的电动助力器将电能转换为自行车的机械动能和势能，图一中的AB′段便是电动上坡路面，自行车通过此段路面后获得动能和势能。然而，系统通过微负坡度路面逐渐将获得的势能变为动能产生助力，图一中的B′C′段便是此种路面，因此自行车在这样的路段中行驶是较轻快的。
系统的入口车道EE′(见图一)亦是电动上坡车道，自行车可以在上行驶，也可停在车道上被送到E′点然后进入主车道，系统的出口车道FF′(图一)是下坡车道，自行车通过下坡车道时获得助力，系统的出入口车道在原则上可以任意设置，当然在结构上是要有所考虑的，对于高架车道加装出入口车道也并不困难，因为系统采用的是预制结构件，经过适当的更换和加装结构件便可实现。
采用上下坡道的原理可以较方便地实现助力，在电动上坡车道上集中形式的电能转变为自行车的分散形式的势能，在下坡车道上势能逐步转化为动能施力于自行车。图一中所示的各种参数诸如AB，H，θ1，BC，H2，θ2等可以在一定范围内变化，例如BC/AB之比可在10-20之间选择较为合适，θ1＝7°-12°，θ2＝-0.25°--1°，H1＝10-20米H2＝0-5米，这些参数只是参考参数。如果采用分散电能转换形式它可与集中电能转换形式共用，也可单独使用。
3)系统采用厢式封闭结构，图二示出侧视图，图三示出截面图，厢式结构除确保人和自行车的安全外，它能挡风和雨雪，遮顶晒阳光，由于它有自动的活动上窗和下窗，因此具有良好的上，下视野可以看到沿路的风光，通过金属网将人与窗隔开以保证安全，平坦和硬质路面使行车阻力很小。厢体内按装有灯光、通讯、消防和监控警报指挥系统每隔一定距离按装有紧急出口到达安全通道。厢体下方通过隔框(见图二)可以按装轻质导轨，全自动的小型电动行李集装箱车可将骑车人的随身行李按要求传递到预定出口处自行车到达后即可领取。这对到达车站，机场，港口和长途汽车站的自行车是很有用的。
4)系统的自行车由于采用高架或地下敷设，因此有较大的自由度按优化原理规划路线，也就是说自行车尽量按捷径行驶。
5)系统可以与城市发展建设配套建设，高架车道可直接与有关建筑连接而不用支撑支柱，也可穿过大厦，此外还可配套建设服务系统，包括商店、停车场、餐馆、旅馆、修车处和租车处等。
6)系统不但可在城市中建起，也可连接二个城市，此自行车高速系统尤其适合与二城市间的高速公路配套建设，如果与车速为100公里的高速公路相比，自行车高速交通系统所需的行驶时间约为在高速公路上汽车行驶时间的3.5倍左右，而在此系统中行驶几个小时自行车的体力消耗并不很多。
7)建设助力式自行车高速交通系统需要有一定的投资，然而它产生的效益包括节省的时间，能源，减小污染和交通事故，增进人民的身体健康等所得到的效益大大超过投资值。
6、发明与现有技术相比所具有的优点或者积极效果本发明“助力式自行车高速交通系统”与现有的自行车交通系统相比具有下列的优点1)能充份发挥自行车行驶效能，现有的交通是自行车与机动车混驶，即使在最新建成的环行路上有自行车道但机动车进出环行路都必需通过自行车道，每隔不远的距离机动车便进出一次，这样自行车只能频繁地减速，停车，等待，起动和加速，既消耗了时间又消耗体力。而且自行车道内仍不时有机动车行驶和停靠影响自行车行驶和安全，行人也常在自行车道内走动和穿行。如骑车为了赶时间则是快不起来的，有时机动车拥挤时自行车只能陪等，如果要和机动车抢道，则经常发生车祸，吃亏的自然是自行车。本系统全是单向道，与机动车和行人完全隔离，从出发点上车，一口气便可驶到目的地，加上有助力既缩短了大量时间又节省了体力充份发挥出自行车应有的效能。
2)在此系统内自行车可以骑远路也不怕大风、雨、雪，路面不会结冰。在现有交通系统内自行车依靠体力行驶，如果路面不平，遇到风雪，大雨或结冰的路面自行车是寸步难行，而且很不安全，经常只能下车推着走，在冬天寒风刺骨更是难行人们只得放弃骑自行车。因此在现有的交通系统中经常发生公共交通极度拥挤，在车站上等车的人达上百人是常事，人们叫苦不迭，既使挤上车后也是难以忍受，经常发生由于过份拥挤而互相埋怨，争吵甚至打架。公共汽车拥挤的主要原因之一便是原来骑车的人由于为了赶时间，天气不好，在冬天由于风雪寒冷和路太远，骑车不方便而改乘公共汽车。而在此系统中则这些问题基本都被解决。可以肯定的是在此系统中“赶路”要比乘公共汽车快。也不再担心气候条件的变化，自行车也可以行驶较长的路程不必担心体力会消耗过大，而且发生重大交通事故的可能性极小。因此骑自行车的效率可大为提高。
3)自行车交通安全与污染问题基本获得解决在现有的交通系统中安全问题也是使人们关注的问题之一，据统计，自行车的交通事故占交通事故的70%左右，当然其中有骑自行车的人的责任，主要是违反交通规则所引起。但也有机动车司机的责任，在上已提到过的在92年7月便发生过一卡车一次便把正常行驶的三辆自行车撞倒，当场死亡三人，不管是谁的责任自行车在快速行驶的机动车旁边行驶确实有些提心吊胆，万一谁出了一些差错都可能出现伤亡，92.6北航的一位教授在正常的骑车行驶时被后面开来的一面包车撞出20米远，车被压坏，人总算保住了命，尤其现在的交通系统中机动车愈来愈多，大家都想赶上现代社会的工作与生活的快节拍，而现实条件又有很大差距，因而交通事故也就不断发生，尤其是恶性事故不断增长。而在将自行车与机动车完全隔开的系统中则安全问题会被大大缓解，当然也会发生互撞事故但恶性交通事故会少得多。
在现有交通系统中，自行车本身基本不产生空气污染，但是从自行车身旁驶过的却是大量排放有对人体有害的有毒废气的汽车流，自行车能帮助人锻炼身体，可是汽车废气使人感到窒息和不舒服，而且这种污染有日趋严重的趋势，坐汽车的人是无法躲避由他所坐的车产生的污染，除非他不坐汽车，可是为什么自行车的骑者要去陪伴去呼吸已被污染的空气呢？在此系统中则不再有严重的空气污染问题了，在系统中可以吸到较为新鲜的空气，真正充份发挥自行车对人体健康的促进作用。
4)可以较彻底解决自行车王国的自行车交通问题在中国共有三亿辆左右自行车，在北京就共有一千万辆，有的家庭拥有不止二辆自行车，可是这些自行车尚没有充份发挥作用。应该指出的是在中国没有条件普及汽车到各家庭，至少在数十年内是如此，而现有的交通系统是机动车与自行车在争道，低的行车效率，严重的交通事故问题和空气污染问题，加上目前的交通环境和气候条件消耗了骑车人过多的体力，在北京公安局颁布的交通条例中明文规定在自行车上不能按装任何动力装置，在这样的行驶环境下自行车的使用受到限制，稍远的路程便放弃使用自行车，刮风，下雨雪就改乘公共汽车，而公共汽车拥挤现象日趋严重，各大学的大门口存放着大量的自行车说明很多人只是在校园内使用，一出大门便跳上公共汽车。行车效率，体力消耗和安全问题等因素影响自行车效能的充份发挥，本系统对自行车王国来说可以较彻底解决这些问题，对于发达的国家此系统可以缓和日益严重的小汽车拥挤、汽车排放气体污染问题。
助力式自行车高速交通系统可以充份发挥自行车本身的效能，促进人们更喜欢使用自行车，使他们不是只骑到单位的大门口便停下而是有勇气骑出大门到所要去的地方。甚至有勇气从北京骑到天津，在此系统中骑车将不再是负担和担心而是一种享受，当系统建立起来并正常运行后将能大大缓解公共交通的拥挤问题，自行车的交通事故问题和现有交通中的混乱现象，更重要的是在中国的具体国情情况下自行车将能和汽车一样使人们赶上现代社会的快速的工作和生活节拍，把节省下来的时间和精力用于增加财富，自行车交通不再处于从属地位和被视为一种负担。此系统也可能成为自行车王国的一大特点吸引更多的国内外游客，当然本系统也适用于汽车车轮下的国家，可以缓和发达国家由于汽车数量激增带来的各种问题。
7、实现发明的最好方式本发明与城市交通建设密切相关，申请人认为要实现本发明需要有三个条件即骑车人支持，资金和技术，即需要有投资者，城市当局和申请人合作。此外还要有一个结构件的生产单位的参加，先建设一条实验性车道然后逐步推广。系统建成后肯定将会有好的效益。
权利要求
本发明采用电动能量转换为助力的原理提出一种助力式自行车高速交通系统，此系统的技术特征是1、采用电动上坡路面和微负坡度路面实现将电能转变为自行车行驶的助力。此外也可利用自行车电动助力装置的助力作用。
2.采用封闭式全单向行驶无交叉路口，与机动车和行人隔离的自行车车道，它可以建于高架、地面或地下，自行车可以高速行驶。
3.采用厢式建筑结构，配以自动开关的玻璃窗，使自行车不受风、雨、雪和阳光的不利影响。
4.系统附属有轻型电动自动运输货物系统。
5.系统可充份发挥装有电动助力装置的自行车的效能。请求保护范围1、封闭式全单向行驶无交叉路口与机动车和行人隔离的自行车高速交通系统，可建于高架、地面或地下。2、助力式(采用电动上坡路面和装于自行车上的电动助力器和负坡度路面实现)自行车高速交通系统。3、厢式封闭结构，配以自动开关的玻璃窗，骑车人不受风、雨、雪和阳光的不利影响，路面不会结冰和湿滑。4、附属有轻型电动自动货物和包裹运输系统。5、自行车电动助力装置是此系统的一种助力原理与方式。
全文摘要
本发明属于交通、电气、电子和自行车工程技术领域。本发明提出一种助力式自行车高速交通系统，它能彻底改善自行车行驶环境，充分发挥自行车作为一种交通工具的效能。此系统借助电动正坡路面和微负坡路面实现能量转换以产生助力，此系统采用封闭式全单向自行车道，行驶安全、高效率和节省骑车人体力并可缓和城市交通拥挤现象。
文档编号E01C1/00GK1081218SQ9211133
公开日1994年1月26日 申请日期1992年10月9日 优先权日1992年10月9日
发明者宋子善 申请人:宋子善