共轴两轮车辆的制作方法

专利名称：共轴两轮车辆的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种共轴两轮车辆，其包括两个位于同 一轴中心线上 的轮子，本发明尤其涉及一种共轴两轮车辆，其可以带着骑乘在上面 的人员自由4亍驶。
背景技术：
现有技术中的一种这样的共轴两轮车辆已经在例如专利文献1中 公开。在专利文献1中，介绍了一种共轴两轮车辆，包括位于同一根 轴两端的轮子。在专利文献1中公开的共轴两轮车辆是"一种共轴两 轮车辆，其构造成带有一对轮子；在该对轮子之间设置有一根轮轴； 一个能够倾斜支撑在上述轮轴上方的底座； 一对安装在底座上的驱动 马达，以便驱动每个轮子；和一个控制器，可向该对驱动马达发出操 作指令，其中，在底座上设置有一个加速度检测器用来检测在垂直方 向上的加速度，并且当在行驶过程中加速度检测器检测到的加速度的 绝对值达到或超过一个阈值的时候，控制器发出操作指令以使得该对 驱动马达中的每一个都减速。"
根据专利文献1中的具有上述结构的共轴两轮车辆，希望达到的 效果是"当例如行驶到台阶上时，因为具有能检测在垂直方向加速度 的加速度检测器且当在行驶过程中加速度检测器检测到的加速度绝对
值达到或超过一个预定阈值的时候，要减速的操作指令已经发送给该 对驱动马达中的每一个，因此在遇到台阶等情况时可以安全行驶。"
此外，作为在现有技术中的另一种共轴两轮车辆在例如专利文献2 中公开。在专利文献2中，介绍了一种能控制共轴两轮车辆姿态的方
法。在专利文献2中的共轴两轮车辆中该姿态控制方法是"在一种带 有一对轮子的共轴两轮车辆中；在该对轮子之间设置有一根轮轴；一 个车体以可转动的方式支撑在上述轮轴上方； 一个车轮驱动马达安装
在车体上； 一个控制计算机，可以向该驱动马达发出操作指令；还有 一个角度检测器来检测车体的倾斜角度，角度检测器所检测的车体倾 斜角度以很短时间间隔被取样，通过将取样值代入提前输入并设定在 控制计算机中的控制输入计算方程中来进行计算，其中车体的取样倾 斜角度用作状态变量，而将反馈增益作为一个系数，根据计算方程来 计算用于车轮驱动马达的控制扭矩；控制计算机向车轮驱动马达发送
一个指令来执行与计算控制扭矩相同的操作。"
根据在专利文献2的具有上述结构的共轴两轮车辆中的姿态控制 方法，期望达到的效果是"在车辆倾斜的情况下，车轮立即在车体倾 斜方向上移动，并且成功地复位车体的姿态，因为通过将取样值代入 提前输入并设定在控制计算机中的控制输入计算方程中来进行计算， 其中车体的取样倾斜角和反馈增益被用作系数；根据计算方程来计算
用于车轮驱动马达的控制扭矩；且根据该计算结果执行对车轮驱动马 达的反馈控制。"日本公开专利申请No.2005-6436日本公开专利申请No.S63-305082
但是，在上述专利文献1和2所述的共轴两轮车辆中， 一个把手 固定在用于人骑乘的踏板(骑乘部件)上， 一个支撑车轮的支撑部件 以可自由旋转地方式固定在踏板上，且踏板的上表面(骑乘表面)与 行驶表面(路面)平行。因此，当重心处于比较高的位置，例如骑乘 者处于站立状态的站立姿态的时候，骑乘者上部身体就变得不稳定，
用、或当转向的时候由于离心力的作用，骑乘者会左右摇动而变得不 稳定，并且当离心力过大的时候车体就很可能在侧向上发生翻转。
下面通过附图1到3来详细介绍这方面的详细内容。图1A到1C 是说明性示意图，分别表示从车辆的前侧观察现有技术中的共轴两轮 车辆。在图1A到1C中，附图标记1表示共轴两轮车辆的整体，其中 设置有一个作为踏板的车体2。在与车体2行驶方向垂直的方向两侧设 置有可旋转的左右车轮3L和3R。此外，附图标记4表示一个骑乘在 车体2上的骑乘者(例如是一个男人)，附图标记G表示骑乘者4的重 心，附图标记W表示骑乘者4的重量(载荷)。
图1A表示在没有侧向力和离心力影响的情况下，共轴两轮车辆1 在平坦路面上直线行驶的状态。在这种情况下，骑乘者4的重心G基 本上位于共轴两轮车辆1中心的上方，载荷W垂直作用在车体2的大 致中心。因此，大致相同的载荷作用在左右车轮3L和3R，在车轮3L 和3R与路面E相接触的地面接触点TL和TR处的反作用力大致相同。
图1B表示共轴两轮车辆1在平坦路面E上转向的状态。在这种情 况下，离心力(侧向力)F从右侧车轮3R侧作用在骑乘者4上，由于 离心力F的作用，载荷W的重力矢量W偏离一个角度6。当重力矢 量W的延长线与路面E相交所形成的地面接触点R位于左侧车轮3L
的地面接触点TL的内侧时，共轴两轮车辆1可以稳定地转向。但是，
当地面接触点R如图1B所示处于地面接触点TL外侧时，就会损害行 驶稳定性，因为左右车轮3L和3R不能承受离心力F，当离心力F变 得过大的时候，车辆就会如图1C所示那样发生翻转(在侧向倒下)。
导致共轴两轮车辆1翻转的困难程度大部分取决于骑乘者4的重 心G的高度。图2是解释该现象的示意图。当骑乘者4的重心G较低 的时候，重心G的重力矢量W的允许倾斜角度是如图2所示的角e 。 但是，当骑乘者4的重心G很高并且变换到重心G1的时候，重心G1
的倾斜角度变为小于角e的角e i ( e i<e )，因为从车体2的中心到
左右车轮3L和3R的地面接触点TL和TR的距离保持不变。
从上可知，可以理解的是导致共轴两轮车辆1翻转的困难程度是 通过重心G的高度和离心力F的乘积来表示的。具体地说，假设当离 心力F作用在重心G上时，重力矢量W的地面接触点R与左侧车轮 3L的地面接触点TL对应，就得到F x H=S (公式1 )。类似的，假设 当离心力F作用在重心Gl上时，重力矢量Wl的地面接触点R与左 侧车轮3L的地面接触点TL对应，就得到Fl xHl=S (公式2)。因此， FxH=FlxHl。这里，因为H〈H1，所以F〉F1。因此，当重心位置更 高时，即使离心力小了那么多，共轴两轮车辆1也可能发生翻转。
共轴两轮车辆1的这种翻转可以通过图3所示的结构来避免。图3 表示的是当离心力F作用时，车体2朝向右侧车轮3R上的路面E倾斜 的示意图。当车体2因此倾斜到离心力F作用的一侧的时候，就可以 防止共轴两轮车辆1的翻转并可能进行稳定转向，因为重力矢量Wl 的地面接触点R变到左侧车轮3L的地面接触点TL的内侧。

发明内容
在现有技术的共轴两轮车辆中，踏板的上表面(骑乘表面)是连 续的、与行驶表面(路面)平行，当行驶在倾斜路面的时候由于重力 作用，以及当转向且骑乘者处于站立状态重心位置很高时，由于离心 力的作用，骑乘者的身体上部也会左右摇晃而不稳定，而且当这样的 力变得过大的时候车辆也会翻转。
车体，当行驶方向被设定为滚动轴线的时候，该车体支撑所述踏板从 而能够在围绕作为中心的滚动轴线旋转的左右滚动方向上改变踏板的
姿态； 一对车轮，所述一对车轮位于与所述车体行驶方向垂直的方向 上两侧的同一轴线并且被所述车体可转动地支撑； 一对单独驱动和旋
转所述一对车轮的车轮驱动装置。
根据本发明的共轴两轮车辆的实施例，当转向或变换骑乘者的重 心的重力矢量与地面接触点或车轮的地面接触点内侧的时候，就可以 改变踏板的姿态，以防止共轴两轮车辆的翻转，从而可形成稳定的转向。


图1A到1C是表示共轴两轮车辆和离心力之间关系的示意图，其 中图1A表示的是离心力没有发生作用的状态，图1B表示的是离心力 发生作用的状态，图1C表示的是车辆由于离心力而翻转的状态；
图2是用来解释共轴两轮车辆、离心力和骑乘者重心高度之间关 系的示意图；图3是用来抑制作用在共轴两轮车辆上的离心力的措施的示意图4A和4B是表示根据本发明的共轴两轮车辆的第一实施例的示 意图，其中图4A是前视图，图4B是侧视图5是解释性示意图，放大表示了图4A中所示的共轴两轮车辆的 一个相关部分；
图6是解释性示意图，放大表示了图4B中所示的共轴两轮车辆的 一个相关部分；
图7是图5所示的共轴两轮车辆中的D-D线部分的放大截面图8是说明图4A中共轴两轮车辆的操作的解释性示意图，表示的 是一个轮子在台阶上行驶的状态；
图9是说明图4A中共轴两轮车辆的操作的解释性示意图，表示的 是在平坦路面上转向的状态；
图IO是说明图4A中共轴两轮车辆的操作的解释性示意图，表示 的是在倾斜路面直线行驶的状态；
图11是根据本发明的共轴两轮车辆第一实施例的控制器结构的示 意性方框图12A到12C是说明根据本发明的共轴两轮车辆第一实施例行驶 状态的解释性示意图，其中图12A表示的是在平坦路面上直线行驶； 图12B是在平坦路面上转向；图12C是在倾斜路面上直线行驶；
图13A和13B是才艮据本发明的共轴两轮车辆的第二实施例的示意 图，其中图13A是前视图，图13B是侧视图14A和14B是解释性示意图，放大表示了图13A中所示的共轴 两轮车辆的一个相关部分，其中图14A是直线行驶状态，图14B是转 向状态；
图15A和15B是根据本发明的共轴两轮车辆的第三实施例的示意 图，其中图15A是前视图，图15B是侧视图16A和16B是解释性示意图，放大表示了图15A中所示的共轴 两轮车辆的一个相关部分，其中图16A是直线行驶状态，图16B是转 向状态。
具体实施例方式
一种能够稳定转向且不会导致翻转的共轴两轮车辆可以采用一种 简化结构，其中，踏板朝着转向方向的内侧倾斜。
下面，将参照附图介绍本发明的实施例。图4到16表示的是本发 明的实施例。具体地说，附图4A到4B是表示根据本发明的共轴两轮 车辆的第一实施例的前视图和侧视图；图5是图4A中一个相关部分的 放大解释性示意图；图6是图4B中一个相关部分的放大解释性示意图； 图7是图5中D-D线截面图；图8是根据第一实施例的共轴两轮车辆 的操作的示意图；类似地，图9和IO是一个相关部分的解释性示意图， 说明一种操作；图11是用于说明根据本发明第一实施例的共轴两轮车 辆的控制器的电路的方框图；图12A到12C是表示骑乘者动作的解释 性示意图；图13A和13B是根据本发明的共轴两轮车辆的第二实施例 的前—见图和侧一见图；图14A到14B是一个相关部分的解释性示意图， 说明根据本发明第二实施例的共轴两轮车辆的一种操作；图15A和15B 是根据本发明的共轴两轮车辆的第三实施例的前视图和侧视图；图16A
和16B是一个相关部分的解释性示意图，说明根据本发明第三实施例
的共轴两轮车辆的 一种操作。
如图4A和4B、图5和图6所示，本发明第一实施例的共轴两轮 车辆10包括两个分开踏板IIL和IIR，示出驾驶者骑乘的踏板的一 种特定实施例， 一个分别支撑这些分开踏板IIL和IIR的车体12,其 能够在滚动方向X改变姿态， 一对被车体12可旋转地支撑的车轮13L 和13R， 一对车轮驱动部件14L和14R,示出可驱动和旋转该对车寿仑 13L和13R的车轮驱动装置的特定实施例， 一个^fc手15,可通过车体 12等来间接改变两个分开踏板IIL和IIR的姿态。
两个分开踏板11L和IIR是驾驶者通过将一只脚放在各踏板上以 便于骑乘的踏板，它们是由一对平板制成的，平板的尺寸等于或稍大 于人脚。车体12具有一个平行连接机构，其中， 一个车体上部部件16 和一个车体下部部件17彼此上下平行设置， 一对侧面部件18L和18R 左右彼此平行设置并以可转动的方式连接到车体上部部件16和车体下 部部件17上。 一对螺旋弹簧19L和19R位于该平行连接机构的车体上 部部件16和车体下部部件17之间，该螺旋弹簧作为弹性部件的特定 实施例，用来产生弹性力，以使车体上部部件16和车体下部部件17 与该对侧面部件18L和18R保持垂直角度。
如图7的一部分所示，车体上部部件16和车体下部部件17具有 大致四边形的底架部件16a和17a、轴承部件16b和17b和一对弹簧支 撑部件16c、 16c和17c、 17c，底架部件的下部都是敞开的，轴承部件 是在每个底架部件16a和17a的四角沿着纵向突起，每个弹簧支撑部 件分别朝向另一个部件的侧面突起。车体上部部件16和车体下部部件 17在左右方向上即车辆的宽度方向上的长度是相同的，当两个部件16、
17重叠的时候，位于相应角部四个位置的轴承部件16b和17b也互相
在车体上部部件16中，在纵向即左右方向上的中间和两端的三个 位置分别有轴承孔(在前后侧共有六个位置)。同样，在车体下部部件 17中，在纵向即左右方向上的中间和两端的三个位置分别有轴承孔(在 后侧的两端有两个位置，所以共有五个位置)。在车体上部部件16两 端和车体下部部件17两端处的端部轴承孔彼此间隔距离，在端部具有
这些轴承孔的左右轴承部分16b、 16b和17b、 17b之间设置有一对侧 面部件18L和18R。
该对侧面部件18L和18R是用平板状部件制成的，其宽度可滑动 地安装在位于车体上部部件16前后方向上的轴承部件对16b、 16b之 间，以及位于车体上部部件17前后方向上的轴岸义部件对17b、 17b之 间，并且该对侧面部件位于车体上部部件16和车体下部部件17的左 右两侧，其带有向上和向下伸出的平面部分。而且，在每个侧面部件 18L和18R的两侧四个位置处设置有与车体上部部件16的轴承孔对和 车体下部部件17的轴承孔对对应的轴承孔。
pK孑L中的上部的四个轴7|义二 分别以可转动的方式插入上部旋转支撑销21L和21R，所述销穿过位 于车体上部部件16四个位置上的轴承部分16b的轴承孔。类似地，在 侧面部件对18L和18R的八个轴承孔中的下部的四个轴卩fc孔中，分别 以可转动的方式插入下部旋转支撑销22L和22R，所述销穿过位于车 体下部部件17四个位置上的轴承部分17b的轴承孔。因此，车体上部 部件16、车体下部部件17和左右侧面部件18L和18R构成了平4亍连 接机构。车轮驱动部件14L和14R分别连接到侧面部件对18L和18R的每 个外表面上。每个车4仑驱动部件14L和14R可包括一个电动才几、 一个 连接到电动机旋转轴上以便传递例如动力等的减速齿轮组。每个车轮 驱动部件14L和14R都带有一个分别固定在侧面部件18L和18R上的 固定部件和一个被该固定部件以可自由旋转的方式支撑的可旋转部 件，车轮对13L和13R分别连接到可旋转部件上。这样，通过车轮驱 动部件对14L和14R被侧面部件对18L和18R支撑的车轮对13L和 13R具有旋转中心，当行驶在平坦路面上的时候，两个车轮的旋转中 心就基本上处于同 一轴中心线上。
而且，侧面部件对18L和18R的上端部分从车体上部部件16的上 表面大致向上突起，并且上述分开踏板IIL和IIR分别连接到其上表 面上。该对分开踏板IIL和IIR在相同的高度水平延伸，二者之间在 左右方向即轮轴方向上具有一个预定的间隙。该对分开踏板IIL和11R 之间的距离是当 一 个男人自然站立的时候，两脚之间的距离。
车体下部部件17的弹簧支撑部件对17c、 17c之间在中心部分的 左右方向上带有一个预定的间隙。车体上部部件16的弹簧支撑部件对 16c、 16c是位于跟弹簧支撑部件对17c、 17c对应的位置上。而且，具 有适当弹性力的螺旋弹簧19L和19R在相互对应的弹簧支撑部件16c 和17c之间处于充分压缩状态。在这里，虽然没有在附图中表示，但 是优选地每个弹簧支撑部件16c和17c都带有一个弹簧支撑突起，来 支撑螺旋弹簧19L和19R的每端，这样，就能防止螺旋弹簧19L和19R 脱落。
而且，如图7所示， 一个把手支架24连接在车体上部部件16和 车体下部部件17左右方向的中心部分。4巴手支架24是用鞍形部件制
成的，该鞍形部件在前后方向上跨骑在车体上部部件16上，在前部有
一个延伸向车体下部部件17的下部前表面部分24a，在后部有一个延 伸向车体上部部件16的下部后表面部分24b。而且，在^t巴手支架24的 上表面带有一个安装部分24c来固定和支撑一个把手15。在把手支架 24的前表面部分24a中，与车体上部部件16的中心轴承孔和车体下部 部件17的中心轴承孔对应的位置上有轴承孔。而且，在后表面部分24b 中，在与车体上部部件16的后部中心轴承孔对应的位置上有一个轴承 孔。
在把手支架24的前表面部分24a的上部中心轴承孔中以可转动的 方式安装有一个上部前旋转支撑轴25。而且，在后表面部分24b的中 心轴承孔中以可转动的方式安装有一个上部后旋转支撑轴26。上部前 旋转支撑轴25的轴中心线和上部后旋转支撑轴26的轴中心线被设定 在相同的轴线上以相互对应。上部前旋转支撑轴25的一个轴顶端部分 被插入车体上部部件16的前表面的孔中，并且通过一个穿过车体上部 部件16的前表面的固定螺栓27进行固定。类似地，上部后旋转支撑 轴26的一个轴顶端部分被插入车体上部部件16的后表面的孔中，并 且通过一个穿过车体上部部件16的后表面的固定螺栓28进行固定。
一个下部前转向支撑轴29插入到把手支架24的前表面部分24a 的下部中心轴承孔中。把手支架24跟着作为转动中心的下部前转向支 撑轴29 —起沿着滚动方向X转动。为了允许该把手支架24在预定范 围内转动，在车体上部部件16和车体下部部件17的前表面上有凹腔 16d和17d，来避免与把手支架24相接触。而且， 一个角度检测传感 器31连接到上部前转向支撑轴25上以便通过把手支架24在滚动方向 X上的转动量(转向角)来检测把手15的操作量(转动量)。
角度检测传感器31包括一个固定在上部前转向支撑轴25上的轴
部31a和一个用来4企测轴部31a相对旋转角位移量的4企测部分31b。枱r 测部分31b固定在固定板32的一端，固定板的另一端通过一个固定螺 栓33固定在把手支架24的前表面部分24a。例如，电位计、具有可变 电容器结构的传感器等都可以作为角度检测传感器31。在这种角度检
测传感器31中，通过在轴部31a和检测部31b之间产生的旋转位移量 所引起的电阻值的变化就可以检测把手支架24朝着车体上部部件16 的倾斜角度。
把手15的下端部固定在把手支架24的安装部分24c上。把手15 的结构是具有一个安装并固定在安装部分24c上的把手柱35和一个位 于把手柱35的上端部的把手杆36。把手柱35稍微向前倾斜地连接到 车体12上，其上端向上延伸。把手杆36是U形的，其两端的凸起部 向上朝着把手杆36的上端部，并连接到整体形成的中间部分。
而且， 一个能控制车轮驱动部件对14L和14R驱动的转向操作环 37连接到把手杆36的一个凸起部的上端。转向操作环37是用来通过 手动操作来控制车辆的转向动作，并形成一个用于转向动作的加速器 环。当转向操作环37沿着司机想要进行转向的方向转动的时候， 一个 对应操作量的信号就被输出到下面将要介绍的控制器，该控制器因此 控制一对车轮驱动部件14L和14R的驱动力，在左右车轮13L和13R 之间就产生转速差，因此就可以以所需的速度进行转向。
如图7所示，在作为把手15的底座部分的把手支架24的上表面 上有一个电源存储部件39，该电源存储部件可以容纳作为电源特定实 施例的电池38、控制器、其它电子设备和电子装置等，电池用来给车 轮驱动部件对14L和14R提供电能。在本实施例中的电源储存部件39
具有盒子结构，可以容纳很多电池38。但是，电源并不限于在本实施 例中的电池38，还包括便携式蓄电池、燃料电池、和其它类型的电源。 电源存储部件39被一个电源盖41所覆盖，这样雨水、灰尘等就不会 进入。
在车体上部部件16的底盘部分16a中设置有驱动电路44L和44R， 其用来驱动车轮驱动部件14L和14R等部件。而且，在车体下部部件 17中带有一个姿态传感器部件45、和一个控制器46,姿态传感器部件 45用来检测车体12姿态、把手15的姿态等，并输出检测信号，控制 器46输出控制信号来驱动和控制车轮驱动部件对14L和14R等部件。 控制器46根据姿态传感器部件45的检测信号、角度传感器31等的检 测信号来执行预定的算法程序，必要的控制信号被输出给车轮驱动部 件对14L和14R等部件。
如图11所示，控制器46带有一个包括一个微电脑(CPU)的运 算电路47、 一个存储设备48，存储设备包括一个程序存储器、 一个数 据存储器、其它例如RAM或ROM存储器等。电池38和车轮驱动电 路对44L和44R连接到控制器46上，还通过一个紧急制动开关49连 接。 一对车轮驱动电路44L和44R单独控制旋转速度、旋转方向和车 轮对13L和13R等，并且车轮驱动部件对14L和14R单独连接在电路 上。
角度检测传感器31检测把手15倾斜角度得到的一个检测信号、 与转向操作环37的转向操作量对应的一个信号、和姿态传感器部件45 的一个检测信号被提供给控制器46。姿态传感器部件45是用来在共轴 两轮车辆IO行驶的时候检测角速度和加速度，并控制角速度和行驶加 速度，其包括例如一个陀螺传感器和一个加速度传感器。
陀螺传感器检测角速度，角速度与俯仰轴线(与车轮对13L和13R 的轴对应)51、旋转轴线(穿过车体12的中心并与车辆的行驶方向平 行)52、和车体12的偏转轴线(穿过车体12的中心并与车辆行驶的 路面垂直)中的至少一个相关。而且，当车体12由上述三个轴线表示 的时候，姿态传感器部件45的加速度传感器检测跟上述三个轴线(X 轴、Y轴、和Z轴)中的至少一个相关的加速度。
具有上述结构的共轴两轮车辆IO可以以例如下面的方式行驶。图 4A和4B表示当在平坦路面E上直线行驶的时候车辆的状态，在这种 状态中，从前面观察，作为把手15中心的一根轴中心线CL就与行驶 路面E垂直。此外，左右分开踏板11L和11R就被水平保持在相同高 度。
图8表示的是在平坦路面E上直线行驶的车辆的一个车轮(在本 实施例中是左侧车轮13L)行驶到台阶K上。在这种情况下，通过把 手15被骑乘者保持垂直，则车辆能以左右分开踏板IIL和IIR保持水 平的状态行驶。因此，即使以站立姿势驾驶的骑乘者的重心很高，路 面E的台阶K也可以通过左右分开踏板IIL和IIR在高度方向上的变 化而被吸收掉，因此骑乘者就可以在其身体上部没有左右摇晃的情况 下稳定行驶。
图9表示的是在平坦路面E上转向的状态。在这种情况下，骑乘 者倾斜把手15，且他/她的身体上部朝着转向中心一侧(内侧)倾斜， 以使左右分开踏板11L和11R以及左右车轮13L和13R与把手15平 行倾斜，包括骑乘者在内的整个车辆就很容易抵消离心力。 而且，图IO表示的是在倾斜路面(倾斜路面M)上的行驶状态， 行驶方向与倾斜方向垂直。在这种情况下，与行驶到台阶K上时路面 在转动轴线方向(也就是相对行驶方向的左右方向)上改变的状态类 似，骑乘者保持把手15垂直，并能以左右分开踏板IIL和IIR保持水 平的状态行驶。因此，即使以站立姿势驾驶的骑乘者的重心很高，倾 斜路面M也可以通过左右分开踏板IIL和IIR在高度方向上的变化而 被吸收掉，因此骑乘者就可以在其身体上部没有左右摇晃的情况下稳 定驱动和4亍马史。
下面，将介绍共轴两轮车辆IO进行转向的方法。图12A表示共轴 两轮车辆IO在平坦路面E上直线行驶的状态。图12B表示在平坦路面 E上向左转向的状态。而且，图12C表示在倾斜路面M上直线行驶(包 括在台阶K上行驶)的状态。
当共轴两轮车辆10进行转向的时候，基本上采用下面的两种办法 一种是仅通过把手15的倾斜确定转向量(转向速度、转向半径等)的 方法，和一种通过把手15的倾斜以及骑乘者旋转转向操作环37 (加快 转向速度)来确定转向量的方法。
首先，将介绍仅通过把手15的倾斜来确定转向量以进行转向的方 法。如图9所示，在这种情况下，转向操作量是根据在把手15和重力 轴V之间的把手实际倾斜角6h来确定的。根据转向量和车速，在左 右车轮13L和13R之间产生转速差，这样就能获得可产生预定离心力 的转向半径以进行转向。在这种情况下，把手实际倾斜角6h可以如下 来斗企测。
第一个例子是上述姿态传感器部件45是连接到把手15上或连接
到与把手15平行的一对左右分开踏板IIL和11R中的一个上，这样， 就能直接检测把手15的倾角。
第二个例子是姿态传感器部件45连接到如图7所示的车体下部部 件17上。在这种情况下， 一个位置传感器用来检测在把手15和车体 下部部件17之间的相对夹角或^^手15和车体上部部件16之间的相对 夹角。在图7所示的实施例中，在车体上部部件16中的角度传感器31 相当于位置传感器， 一个电位计等可以用作例如角度检测传感器31。 角度检测传感器31的输出和姿态传感器部件45的输出可以用来计算 "与重力轴V形成的车辆倾斜角6g"和"把手15相对于车体的把手 相对倾斜角6p"之间的差，并检测出把手15的把手实际倾斜角6h( 6 p-6g=eh)，"与重力轴V形成的车辆倾斜角6g"是在车体12内的姿 态传感器部件45相对重力轴V的输出，"把手15相对于车体的把手相 对倾斜角6p"是角度检测传感器31的输出。
例如，当作为角度检测传感器31的输出的把手相对倾斜角与 作为姿态传感器部件45的输出的车辆倾斜角6g相符合时，把手15是 垂直的，并且车辆处于直线行驶状态而不管路面情况(平坦路面、倾 斜路面M、台阶K等)，如图12A以及图10和图12C所示。另一方面， 当共轴两轮车辆10如图9所示转向的时候，从作为角度检测传感器31 的输出的把手相对倾斜角6p减掉作为姿态传感器部件45的输出的车 辆倾斜角6g所得到的值就是与重力轴V所形成的把手实际倾斜角6 h,根据该把手实际倾斜角6h来确定转向操作量。
下面，将介绍根据司机旋转转向操作环37和把手15的倾角来确 定转向量的方法。在几乎不产生离心力(例如，离心力为O.IG或更小) 的情况下，例如低速转向、超枢转制动转向(super-pivotal brake turn ) 等，骑乘者可以通过使用把手15的倾斜和转向操作环从而根据行驶速 度来选择操作，因为在这样的情况下通过手动旋转位于把手杆36顶端 的转向操作环37而不是倾斜把手来提高可操作性。在这种情况下，根 据转向操作环37的转向操作，确定转向量且仅通过把手15的倾斜来 进行转向的方法就被累加到操作量上，这样，在二者结合并使用的状 态下就可以控制转向时的操作量。
首先，当手动旋转把手杆36的转向操作环37的时候，转向操作 环37的操作量就通过用电位计等制成的位置检测传感器来检测，检测 信号被送到控制器46。然后，控制器46向左右车轮驱动部件14L和 14R输出一个控制信号，这样就可以获得能根据车速产生预定离心力 (例如，0.2G)的转向半径，并给左右车轮13L和13R—个预定的转 速差。
这里，当还要进行更急转弯的时候，骑乘者朝着转向中心倾斜把 手15。然后，把手15的倾斜量就被如上所述的角度检测传感器31检 测出来，车辆的姿态被姿态传感器部件45检测出来，这样，就计算出 与把手15的倾斜量对应的车轮控制量。通过把手15倾斜量得到的车 轮控制量通过转向操作环37的转向操作被累加到车轮控制量上。结果， 控制器46向左右车轮驱动部件14L和14R输出一个控制信号，这样就 改变左右车轮13L和13R的转速差来获得一个能产生预定离心力(例 如，0.4G)的转向半径。因此，即使转向速度很快，也可以执行稳定 的转向，而处于站立姿势的骑乘者的身体上部不会左右摇晃。
在第一实施例中，踏板被分成左右两个，因为当使用这样分开两 个踏板11L和IIR就可以获得下面的优点，当例如行驶到台阶上时，
例如一个车轮首先行驶到如图8所示的台阶K上，但是那侧的车轮就
可以依靠很少的驱动力就行驶到台阶K上，这时骑乘者就将重心移到
下面车轮一侧(非行驶一侧)。随后，重心移到行驶车轮一侧，然后下 面车轮(非行驶一侧)就行驶到台阶上，使得骑乘者感觉用脚登台阶
一样，因此依靠很少驱动力车辆就可以行驶到台阶K上。
图13A和13B以及图14A和14B是表示根据本发明的共轴双轮车 辆的第二实施例的示意图。作为第二实施例的共轴两轮车辆60包括 一个带有底盘的车体62，两个以可自由转向的方式单独被车体62支撑 的分开的踏板61L和61R，和一个以可转动的方式将两个分开踏板 61L、 61R和一个把手支架64连接起来的连接件68。在本第二实施例 中，相同的附图标记表示与上述第一实施例中相同的部分，因此就省 略了重复的说明。
如图13A和13B以及图14A和14B所示，车体62是作为一个底 盘，左右车轮驱动部件14L和14R分别连接到位于左右方向即车体宽 度方向两侧的安装部分62L和62R上。而且，左右车轮13L和13R分 别^^皮驱动部件14L和14R以可自由^:转的方式支撑。而且， 一个4巴手 支撑部件65位于车体62的上部中间，踏板支撑部件65L和65R位于 上部的两侧。轴承孔分别位于中间的把手支撑部件65上和两侧的踏板 支撑部件65L和65R上，穿过车辆行驶的前后方向。
在^^手支撑部件65和车体62的踏板支撑部件65L和65R上的三 个轴承孔处于相同高度，把手支架64通过一个转动支撑轴66被一把 手支撑部件65以可转动的方式支撑，左右分开踏板61L和61R通过上 部旋转支撑销67L和67R以可转动的方式被踏板支撑部件65L和65R 支撑。每个踏板61L和61R都带一个臂部61a,沿着与放有脚的踏板
表面垂直的方向凸起。在每个臂部61a中，在底座和顶端部分分别设 有轴承孔，上述上部旋转支撑销67L和67R可自由转动地插入底座的 轴承孔中。
此外，连接左右分开踏板61L和61R的臂部61a的连接件68的两 端通过下部旋转支撑销69L和69R以可自由旋转的方式连接到位于各 自臂部61a的顶端部分的轴承孔中。而且，把手支架64通过一个旋转 连接销71以可自由旋转的方式连接到连接件68轴向的中部。因此， 在把手支架64上有两个轴承孔，它们之间的间隔距离与每个臂部61a 中的两个轴承孔的间隔距离相同。因此，把手支架64、左右分开踏板 61L和61R和连接件68构成了一个平行连接结构。除了上述结构之外 的结构与上述第 一 实施例类似。
这样，当骑乘者倾斜把手15或分开踏板61L和61R的时候，左右 分开踏板61L和61R或把手15同时在相同方向倾斜。图14A是表示 把手15处于竖直位置的初始状态的示意图。图14B表示把手15和左 右分开踏板61L和61R倾斜的状态的示意图。这时，左右分开踏板61L 和61R的上表面就处于朝向路面倾斜把手15的倾斜量的状态。通过上 述共轴两轮车辆60的结构也可以获得与上述第一实施例类似的效果。
图15A和15B以及图16A和16B是表示根据本发明的共轴两轮车 辆的第三实施例的示意图。作为第三实施例的共轴两轮车辆80包括 一个带有底盘的车体82， 一个被车体82支撑、能使姿态自由变化的踏 板81，和整体固定到踏板81上的把手15。在本第三实施例中，相同 的附图标记表示与上述第 一实施例中相同的部分，因此就省略了重复 的说明。
如图15A和15B以及图16A和16B所示，车体82是作为一个底 盘，左右车轮驱动部件14L和14R分别连接到位于左右方向即车体宽 度方向两侧的安装部分82L和82R上，而且，左右车轮13L和13R分 别被驱动部件14L和14R以自由旋转的方式支撑。 一个踏板支撑部件 85位于车体82的上部中间。在该踏板支撑部件85中，有一个轴承孔 穿过车辆行驶的前后方向。
踏板81是一块尺寸能基本覆盖从车体82到左右车轮13L和13R 范围的板。 一个支架部件84整体位于踏板81下表面左右方向的中间 部分。支架部件84是用两个在前后方向上间隔预定距离的突起部分制 成的。并且车体82的踏板支撑部件85安装在两个突起部分之间。支 架部件84和踏板支撑部件85的前后被两个处于相同轴中心线的旋转 支撑轴86可自由旋转地支撑。
而且，四个螺旋弹簧87设置在踏板81和车体82之间，螺旋弹簧 是弹性部件的一个特定举例，用来保持踏板81相对车体82水平。四 个螺旋弹簧87分别以预定间隔设置在前后左右方向上的对称位置处。 为了达到这个目的，四个用于支撑螺旋弹簧87上端的弹簧支撑部件88 位于踏板81下表面的四个位置上，并且用于支撑螺旋弹簧87下端的 四个弹簧支撑部件89位于车体82上表面的四个位置上。
这样，当骑乘者倾斜把手15和踏板81之一的时候，另一个整体 形成的部件就在相同方向上也整体倾斜。图16A是把手15处于竖直位 置的初始状态的示意图。而且，图16B是把手15和踏板81倾斜状态 的示意图。此时，踏板81的上表面处于朝向路面E倾斜有把手15倾 斜量的状态。通过上述共轴两轮车辆80的结构也可以获得与上述第一 和第二实施例类似的效果。需要注意的是，无须说明，弹性部件不局
限于在本实施例中所示的螺旋弹簧87,也可以采用板簧、橡胶状弹性 体等。
至此，根据本发明的实施例，因为可以在转向内侧的滚动轴线方 向倾斜踏板和把手来执行转向，所以即使在重心位置很高例如站立位 置，骑乘者也可以稳定地驾驶车辆并且克服离心力行驶。在这种情况 下，通过将轴和车轮连接到踏板部件上，在车轮转向的内侧也可以产
生外倾角(camberangle),这样作用在轮胎上的侧向力就可以减小，并 获得稳定的轮胎抓地力。
而且，当处于本发明第一实施例的情况下，当路面沿着滚动轴线 方向变化(与车辆行驶方向垂直的左右方向)，例如当行驶在倾斜路面 和一个轮子行驶在台阶上的时候，该对分开踏板可以不左右倾斜而保
而引起的高度变化而吸收，即使以诸如站立姿势驾驶的骑乘者的重心 很高，骑乘者也可以在其身体上部没有左右摇晃的情况下稳定驱动和 行驶。而且，当行驶到处于倾斜方向的台阶上的时候，与用脚登楼梯 类似，骑乘者可以通过转换左右脚上的重心来用很少的驱动力登上台 阶。
而且，根据本发明的实施例，共轴两轮车辆可以具有一个用于容 纳一般成人(宽度为大约400mm或更小，长度为大约250mm或更小) 的突起地板面积。因此，因为车辆的宽度与一个行人的所占用空间相 同，因此即使在很拥挤的地区例如人行道上，车辆也可以很顺畅地行 驶，而不会成为其它行人的障碍。
本发明并不局限于上述例如把手的持握部分为U形的实施例，持 握部分可以是直线形、椭圆形或圆形，并且还可以采用其它形状的把 手。因此在不背离本发明的范围和原理的情况下，可以做出很多变形。
对于本领域的普通技术人员来说可以理解的是，根据设计需求和 其它因素可以做出很多变形、组合、小组合和改变，只要它们都处于 所附的权利要求的范围之内。
权利要求
1、一种共轴两轮车辆，包括用于驾驶者骑乘的踏板；车体，当行驶方向被设定为滚动轴线的时候，该车体支撑所述踏板从而能够在围绕作为中心的滚动轴线旋转的左右滚动方向上改变踏板的姿态；和一对车轮，所述一对车轮位于与所述车体行驶方向垂直的方向上同一轴线的两侧并且被所述车体可旋转地支撑；一对单独地驱动和旋转所述一对车轮的车轮驱动装置。
2、 如权利要求1所述的共轴两轮车辆，其中，所述车体包括平行连接机构，该机构具有彼此上下平行设 置的车体上部部件和车体下部部件，和一对侧面部件，所述一对侧面部件左右彼此平行设置并以可转动的方式连接于所述车体上部部件和 车体下部部件，所述踏板被分成两个以便提供两个分开的踏板，所述两个踏板单 独地固定于所述一对侧面部件，并且所述一对车轮通过所述一对车轮 驱动部件被所述一对侧面部件支撑。
3、 如权利要求1所述的共轴两轮车辆，进一步包括把手，所述把
4、如权利要求3所述的共轴两轮车辆，其中，所述踏板被分成两个以便提供两个分开的踏板，所述两个 踏板被所述车体以可转动的方式单独地支撑，两个分开踏板通过连接 件连接起来从而可进行转动，并且所述把手被连接到所述连接件的中 行转动。
5、 如权利要求3所述的共轴两轮车辆， 其中，所述把手固定到所述踏板上。
6、 如权利要求2所述的共轴两轮车辆，其中，弹性部件位于所述车体上部部件和所述车体下部部件之间，>比^部件以及所述一对侧面部件形成的角度保持为垂直。
7、 如上述权利要求5所述的共轴两轮车辆，其中，产生弹性力以保持所述踏板与所述车体平行的弹性部件位 于所述踏板与所述车体之间。
8、 如权利要求1所述的共轴两轮车辆，还包括姿态检测装置，用于检测所述踏板与重力轴之间的角度，并输出 所述检测信号，其中，所述一对车轮驱动装置的驱动根据所述姿态检测装置的检 测信号进行控制，从而提供预定的离心力。
9、 如权利要求1所述的共轴两轮车辆，其中，根据输出至所述一对车轮驱动装置的控制信号，所述踏板 的姿态发生变化从而抵消施加到所述骑乘者上的离心力。
全文摘要
本发明公开一种共轴两轮车辆，在重心很高的骑乘状态下，骑乘者可稳定行驶，其身体上部不会左右摇晃。该共轴两轮车辆包括用于驾驶者骑乘的踏板；车体，当行驶方向被设定为滚动轴线的时候，该车体支撑所述踏板从而能够在围绕作为中心的滚动轴线旋转的滚动方向上改变姿态；一对车轮，该对车轮位于与所述车体行驶方向垂直的方向上同一轴线的两侧并且被所述车体可旋转地支撑；一对单独驱动和旋转所述对车轮的车轮驱动装置；和用于直接改变所述踏板的姿态或通过所述车体间接改变所述姿态的把手。
文档编号B60L15/00GK101353070SQ20081014678
公开日2009年1月28日 申请日期2006年4月14日 优先权日2005年4月14日
发明者山野郁男, 柿沼武一, 泽井邦仁 申请人:丰田自动车株式会社