一种两轮自平衡车用安全防护方法和机构与流程

背景技术目前市面上常见的两轮式自平衡车有双把手型,但大半是单把手型的,代表者如美国segway公司在美国专利授权编号us6,302,230b1,us9,188,984b2和us7,275,607b2所披露的两轮自平衡车,目前产品已经公开上市营销有年,但摔人损车事故时有所闻。

这种车辆前侧正中央设有直立的把手,顶端分叉设有握把供骑者左右手把握,把手会左右摆动用以操控车辆的转向。这一类单把手的两轮自平衡车在实际骑行转向时,要求骑者要用身体姿式和动态的分配两脚着力保持身体的稳定,有了稳定的身体下盘才能容许双手适当的出力使力去操作把手有节制的左右摆动,否则不能稳定有效的驱动车辆行驶转弯,甚至可能发生车辆暴转、引起伤人伤车事件。这类型车辆的把手其实就是一个会摆转的操作杆,不能提供骑者把持稳定重心之用,骑行这类车辆的感受就像不用手扶的站立在跌荡起伏的公交车上,不小心翼翼就会跌跌撞撞,更像是人处船头舷而握的是一个动摇的栏杆,一不小心就会出事的感觉。

详细收集分析过往诸多自平衡车失衡失控暴转伤人的事件始末,其中若把人为操作技术不纯熟和倘若骑者技术改善后同样的状况重演可以避免等状况排除在外,事故的发生最主要的是「骑者在失衡摔倒的最后时刻,紧急拉扯转向把手以求人身平衡而产生的损车摔人事故」、「外力干扰下所引起的把手过度操作」和「不专注路况的疏忽不当驾驶」三个典型。

申请人以为生产设计方「要不怪责于使用者的一切操作过失,当使用者有紧急需求时要提供必要可能的救济措施」,把手就是重中之重,于是,申请案重点之一就在让自平衡车必须提供把手的基本功能,在紧急时把手要有扶持骑者的功用,并容许骑者不当操作也不会使车辆有不当动作影响骑者人身安全,其次可以区隔骑行专注要求等级为「一般直行、高速和转弯模式」,让骑者可以自主意识身处警戒模式须小心驾驶,否则要求处处小心就等于无从小心。

另外,申请案还从事前的防犯手段方面着力,目前自平衡车的改善如上述segway的后两个专利案所揭示,采用侦测骑者操控转向意念,再依当时行车转向速度利用蕊片程序运算去节制操作把手和车辆转向速度的手段,但是,那些手段还都建立在「摆转式把手的操作基础上去强制限制两个车轮的速差极限以达到防止车辆过度转向而抛摔骑者」的思考模式,它是一种画红线式的界限管制还留有祸根,而申请案要提出的是一种源流管制方式,从事故的根本、源头去杜绝不当原因的发生,方法之一是「用骑者两手的手掌手腕同步一齐协调的去操控转向握把,建立一个新的车辆转向操控维度以避免双手拉扯把手的干扰」,之二是「依车辆速度及转向需求调整转向把手的输出强度,只提供骑者认同并保证不过度的车轮驱动力,防止误操作把手导致暴转的可能」,其三是适时「机机械式的锁定把手」防止过度和错误操作。

技术实现要素：
本发明目的在让市面上习知的单把手或双把手两轮自平衡车装置了本发明机构后,具有下列特征:转向把手除具有操控车行方向的功能外兼具骑者紧急扶持稳定身体之用、防止车辆过度转向、防止使用者不当操作产生车辆暴转、防止路面状况或障碍引起的外力干扰或骑者失衡时慌张紧急的拉扯车辆把手发生车辆暴转、具有单手操作保持车辆直行的机能,可依使用者的意图随意转换车辆直行机能和转弯机能、若稍加升等改善便能动态的调节操控把手的转向速度及加速度确保车辆转向平顺与行车安全。

本发明是通过下述技术于与实现,它包括:

一种两轮自平衡车用安全防护方法和机构,其特征是它包括;一台两轮自平衡车其上设有一个以上的车架和立柱摆转轴心,平衡控制系统;一个以上的车辆转向把手,所述转向把手包括一个可被操作摆转的立柱被固定在所述立柱摆转轴心上摆转,以便驱动所述平衡控制系统之中的关连组件行使车辆平衡直立、直行及转向机能,一个以上的握把被连接在所述立柱的上端;一个把手摆转限制机构,它包括一个限位块和一个卡掣活动块,所述卡掣活动块固定在所述的立柱下端与之同步同轴摆转,所述限位块固定在所述立柱摆转轴心在车辆上的同一基础物体上与所述卡制活动块形成共轴的几何对应位置关系;一个拉动器,它包括一个操作接口装置在所述握把附近以方便骑者利用其手掌、手腕和手指的活动便能操作所述拉动器的操作接口产生驱动机械动作,所述拉动器还包括一个动作传递接口用以传输所述拉动器操作接口产生的机械动作给所述的把手摆转限制机构,驱使所述卡掣活动块在卡掣与松卡掣模式位置之间活动,一则可以行使卡掣机能,达成限制所述立柱在直立中立位置上只能适度微幅的摆转,让车辆直行并保有适当的方向修正量,在所述卡掣模式下所述转向把手若是被误触或受外力干扰也不会大幅摆转导致车辆暴转,车辆仍会保持适度的直行能力,二则可以行使松卡掣机能,让所述立柱加大摆转的幅度限制,以便更为有力灵活的操控驱动车辆转向转弯,同时让骑者可自我察觉已经进入松卡掣骑行模式,必须提高警觉、小心专注的骑行以保安全。

还有,如所述的一种两轮自平衡车用安全防护方法和机构,其特征是其中一个卡掣活动块具有斜度的外形,适度的作所述拉动器变化其驱动机械动作幅度就可以产生连续变化的卡掣间距量,当操作车辆转弯时,推动所述转向把手同时的会推动固定在所述立柱上的卡掣活动块靠向所述固定块,于是,借由所述可变化的卡掣间距量就可得到连续单方向的限制所述立柱的摆转位置变化,同时立柱的动态摆转速度及加速度也得到管制。

还有,一种两轮自平衡车用安全防护方法和机构,其特征是它包括;一台两轮自平衡车其上设有一个以上的车架和电气控制系统,所述电气控制系统可以依所述自平衡车的实时直线速度和两轮速度差连续动态的提供一个转向外侧车轮相较于内侧车轮之最大速差容许值,所述最大速差容许值如中华人民共和国的发明专利申请号:201710194992.x说明书中所述的实时车轮最大速差容许值,对所述车轮最大速差容许值的设定和采用设有使用者参与设定和使用决定的接口;一个以上固定在所述车辆对应的车架上和车架一起运动但是不会摆转的车辆转向把手,所述转向把手上端设有被操作转动时可产生转向电气控制讯号的一个右转向握把和一个左转向握把,所述握把产生的转向电气控制讯号是给所述自平衡车电气控制系统对所述动态连续的一个转向车轮最大速度容许值做0-100%的比例输出调节用;一个一个握把转向讯号互锁装置用以同一时间段只能输出所述左右转向握把其中一个的有效电气控制讯号给所述电气控制系统,当作判读运算骑者操作所述握把的车辆转向意图和速度要求依据。

还有,如所述一种两轮自平衡车用安全防护方法和机构,其特征是其中所述一个握把转向讯号互锁装置是一个机械式同轴逆转机构用以藕合所述左右握把使之成为一个可用双手掌互拧而旋转方向相反动作同步的关系,利用所述手掌互拧的效果可以提升骑者握住把手的稳定性,以抗拒外力对车辆和人员的干扰以提高行车的安全性。

还有,如所述一种两轮自平衡车用安全防护方法和机构,其特征是其中所述的一个握把转向讯号互锁装置是在所述左右握把上各自附有一个电气开闭开关,可让骑者操作或当骑者操作所述转向握把时自动启动,以先启动的所述电气开闭开关为优先的选择方式锁定所述两个转把之一的输出讯号为优先有效。

还有,如所述一种两轮自平衡车用安全防护方法和机构,其特征是其中所述的一个握把转向讯号互锁装置是利用所述一个左转向握把和一个右转向握把共同驱动一个回转编码器以便达到同时只能输出一组代表骑者操作意图的有效讯号。

附图说明:

附图1是一辆装置闸把式操作接口的单把手型两轮自平衡车外观配置图

附图1-2是一辆装置电磁吸铁拉动器的双把手型两轮自平衡车外观配置图

附图2是附图1的把手摆转限制机构卡掣模式局部结构图

附图2-1是松卡掣的过渡动作之一分段卡掣示意图

附图2-2是松卡掣的过渡动作之二单边卡掣示意图

附图2-3是完全松卡掣的示意图

附图3是一辆立柱固定式的单把手型两轮自平衡车外观配置图

附图3-1是本发明装置的车辆行进转向控制动作方块图

附图4是本发明装置的机械式同轴逆转机构之结构布置图

附图5是一辆装置握把电按钮式固定立柱两轮自平衡车外观配置图

附图6是装置编码器的握把结构布置图

具体实施方式下面结合附图对本发明做进一步描述;

如图1所示是一辆装置闸把式操作接口的单把手型两轮自平衡车外观配置图,图中的1是一辆两轮自平衡车,它有一对平行并置的左车轮3和右车轮2接受车辆平衡控制系统的控制和驱动,4是车架其上设有一个立柱摆转轴心5用以枢接立柱6和透过7关连组件(含回抟电位计)输出立柱6的摆转角度讯号给车辆自平衡控制系统,以便行使车辆平衡直立、直行及转向机能,8是转向把手包括连接在一起的一个左握把9、右握把10和立柱6容许骑者把握和摆转整体转向把手8左右摆动,11是一个操作接口,图中所示是一个习用的自行车用闸把,它被拉动时便会牵动拉动器12的拉索13,经过传递接口14传递拉闸把11产生的机械动作到把手摆转限制操构15所包括的卡掣活动块16,17是一个限位块被固定到车架4的上面随之一起运动,限位块17具有一个以立柱摆转轴心同心的局部圆弧和一个卡掣用斜度凹槽。图示卡制活动块16和限位块17是处于车辆卡掣模式的卡掣位置,若是16卡掣活动块被拉动上升离开限位块17的卡槽便是车辆松卡掣模式。骑者在不拉闸把11时车辆处于中立卡掣模式,立柱6只能适度微幅的摆转,以让车辆直行并保有适当的方向修正量,此时转向把手若被误触或受外力干扰也不会大幅摆转导致车辆暴转,车辆仍会保持适度的直行能力,若操作闸把11拉升卡掣活动块16行使松卡掣模式,立柱就可以加大摆转的幅度,以便更为有力灵活的操控驱动车辆转向转弯,利用拉闸把这个动作可让骑者自我察觉已经进入松卡掣骑行模式,必须提高警觉、小心专注的骑行以保安全。图1所示的把手摆转限制操构15是人力操作,还可以是电按钮配合直动式电磁吸铁或直动式马达组的电气助力方式,工程上习用的各种方式只要能装在车辆握把附近,用手掌部操作就可以产生动作达到卡掣及松卡掣的机构都可被采取应用在本实施例之中。

图1-2是一辆装置电磁吸铁拉动器的双把手型两轮自平衡车外观配置图,图中所示1-1是一辆双把手型两轮自平衡车,其结构如中华人民共和国新型专利申请号:201710033323.4所揭露,其上装置有二个车架4,一个左握把9,一个右握把10,右握把上装有电按钮9-a,左握把也可以选择性的装置一个同式的电按钮,利用一个限位块17配合一个卡掣活动块16可以将枢接在一起可以自由相对回转的二个车架4卡掣住,成为一个同步运动的活动体不能再次相对自由回转,于是同时卡掣住固定在车架上的两个握把也不能相对摆转,进而达到车辆不能转弯只能直行的状态,若要松卡掣是利固一个直动式电磁吸铁12-1来达成。

图2是附图1的把手摆转限制机构卡掣模式局部结构图,图中所示卡掣活动块16的斜锥卡进限位块17的斜度凹槽中处于车辆卡掣模式位置,从箭头18所指的位置可以看到尚有微小适当的间隙存在,在实测中车辆使用国产ips厂牌自平衡控制器,18所指的间隙幅度在±1.5度即可维持车辆在平整道路上顺畅直行和微调修正方何之用,保证主柱6被误动也不会引起车辆暴转伤人事件。

图2-1是松卡掣的过渡动作之一分段卡掣示意图,适度稳定的操作闸把11就可以拉动16卡掣活动块上升而产生变化的卡掣间距量,箭头19所指的间隙相较于图2便显得宽大许多。

附图2-2是松卡掣的过渡动作之二单边卡掣示意图,这时骑者可以适度的操作立柱6带动卡掣活动块16以适度而不致卡死16卡掣活动块的力道靠向限位块7如箭头20所示的样子,于是,骑者就可以利用这种握闸把11和转立柱6的配合和连续动作,去达到更稳定的操作车辆转向。虽然不是完全有效,但也可起到辅助之功。

图2-3是完全松卡掣的示意图。图中卡掣活动块1和限位块17已经如箭头21所示完全处于松卡掣的位置,目的在让立柱6可以加大摆转,以方便骑者更为灵活有力的操控驱动车辆转向转弯,以上操作闸把11是由骑者自我察觉行车的需要而有意识的操作而进入松卡掣骑行模式,那骑者可就等同被强制告知必须自主提高警觉、小心专注的骑行以保安全。另外,申请人团队在实测之中得知,在松卡掣模式下立柱可再用一组±5.5度的摆转极限加以限制,如此车辆便可满足运作需求,同时也可以进一步改善转向把手8被过度操作和紧急扶持的需求。

图3一辆立柱固定式的单把手型两轮自平衡车外观配置图,图中立柱6下端是固定在车辆车架4上,车辆转向把手8连同立柱6是固定不能左右摆转用来操控车辆1转弯转向的,骑者靠操作右握把指拨旋转环10‐1感应一个右霍耳环10-2和操作左握把指拨旋转环9‐1感应一个左霍耳环9-2以产生角度变化讯号和骑者的转向操控意图,再经由9-3和10-3讯号输出线传输给车辆自平衡控制器执行车辆转向的动作,22是一个握把互锁装置其内部详细结构容后在图4详述,它是用来藕合所述左转向握把指拨旋转环9-1和右转向握把指拨旋转环10-1,使之形成一个旋转方向相反而动作同步的操作互锁关系,只要定义所述指拨旋转环和对应的霍耳环的中立、有效输出讯号区域,就能确保同一时间段操作所述旋转环只能输出其中一个作为有效电气控制讯号给所述电气控制系统,当作判读运算骑者操作所述握把的车辆转向意图和速度要求依据,达到操作车辆转向的目的。采用上述图3的方式,在固定不摆转的握把基础上利用手指同时拧转一对指拨旋转环就可以和双手拉址把手的动作区隔在不同操作维度而互不干扰,达到回归把手用来稳定身体的基本功能,也就可从根本上防止骑者紧急慌张下拉扯把手时会误动握把转向机能产生车辆误暴动的风险,加上左握把9和右握把10是固定不转动的,把手从此随时可以提供骑者左右方向充足的把持稳定性,另外,把手再也不是一个会引发误动导致暴转摔人的机件。

图3-1是本发明装置的车辆行进转向控制动作方块图,其特征是其中所述的左右转向握把输出的有效讯号的调节控制方式是以(中华人民共和国的发明专利申请号:201710194992.x说明书)所述的实时内定车轮最大速差容许值作为骑者实时操控车辆转向的全幅,再配合本申请案提出的方案,让骑者使用旋转握把的方式调节所述车轮最大速差容许值的百分比值,其目的在动态、实时的限制骑者操作转向、驱动车轮差速的最大值以防止过度操作、过度驱动车轮的速差,使得再粗暴的操作也被限制在所述实时的内定车轮最大速差容许值之内,不致使车辆暴转;其次,让骑者操作转向把手是从0-100%逐渐上升的去释放所述最大速差容许值具有微调稳定转向操作的功能,使行车转向更顺当。

上文所述内定车轮最大速差容许值是由生产厂制定一套多组驱动强度的数据,存储在车辆控制系统数据库中供骑者依自我的操作熟练度或喜好透过使用者接口选择使用,另外,也可设有记忆骑者操作车辆转向行驶的过程数据,让骑者可以选取上述行驶数据的最大车速的对应速差数据做为所述车轮最大速差容许值,属于时下流行的使用者互动参与的机制,更具个性化。骑行时骑者操作左右两个握把对应的操控两个左右轮,这时候控制器实时给出车轮转向的容许最大速差驱动值,再通过骑者转动把手握把从0-100%逐量递升的释放所述的车轮驱动值。这是一种事前管制手段可防止暴转于未然,有别于segway让骑者自由的任意操作转向速度然后再检查其表现并加以限制的事后防犯手段。还有,装置本申请案的车辆具有抗拒外力干扰行车转向的能力,车辆遭遇不良路况和撞击不再引发失衡的骑者拉扯把手误触转向机能而产生二次增生的错失损害。

以上这种方式的创新点明显区别于segway自平衡车在其美国专利中的要求范围,从segway在us9,188,984b2专利授权书中的附图fig.2,3a、3b、3c和4,以及说明书第5段文第21行起到67行和第13段文第57行之中的说明描述可以看出,segway提出一个最佳转向(速差)控制方案放入车辆自动控制系统中,只留下一个接口(fig.3b#800yawgripassembly)让骑者操作这一个和本申请案雷同的霍耳式转把,并且只容许骑者操作输出对「转速速差的加减/强弱倾向的意图讯号」,这个意图讯号要和车辆其他转向组件所产生「实时转向速差」(参照fig.2,#522/currentyawerror)做比对以求取「实际的转向速差命令值」(参照fig.2,yawcommand和fig.4,#2,yawvelocityerror),差别之一便在此产生了,segway的骑者需要用二个以上的肢体操作动作才能完成转向操作,而本申请案只要用一个拧转握把的动作。差别之二是在segway的车辆系统中还是保留着以前老方式让骑者自由操作转向的强度,当车辆转向表现不合车辆系统的速差容许值时依程序运算强制修正之,并预期可以保住骑者的安全是一个防止暴转的方法,须知,走平路都还有摔倒人的何况是骑车,自平衡车的平衡安全骑行不是只靠车辆的控制软硬件,还有外部环境和路面状况的影响,尤其是骑者个人的驾驶操作方式关系更为重要,像类似segway这种方式,一遇到路况或人为操作超出segway的设计假设行车背景基准红线,它的操控可能会出现偏差不灵。

图4是本发明装置的机械式同轴逆转机构之结构布置图,图中所示共轴25是一支通轴,其两端固定左固定握把9-5和右固定握把10-5提供骑者稳定有力的把握支撑,骑者利用手指可以转动带有多个磁极的左握把指拨环9-1和右握把指拨环10-1,同时感应对应在外侧的左霍耳环9-2和右霍耳环10-2产生电气感应讯号,再藉由9-3,10-3两组控制讯号输出线输出到车辆的自平衡控制系统去,以上所述的握把、霍耳环及其相关件可以在公开巿场取得,它就是常用在电动机车上的霍耳式加速转把,22-1是一个机械式同轴逆转装置也是一种习用的工程装置,它由左斜齿轮9-6、中间齿轮24和右斜齿轮10-6所组成,所述两个斜齿轮外侧和所述指拨旋转环有卡齿10-7藕合同步回转,这样的结构就达到所述两个指拨环同步逆转的效果,操作者可以两手同时合同出力,又不会有两手转错方向产生予盾的电气讯息24-1是中间间隔环,24-2是平面衬环。

图5是一辆装置握把电按钮式固定立柱两轮自平衡车外观配置图,其特征是其中所述的一个转向互锁装置是在所述左旋转握把9-a上装一个开闭式左握把电按钮9-b和在右旋转握把10-a之上装有一个开闭式右握把电按钮10-b让骑者做为转向意图和输出有效讯号的选择,这种握把可以采用常见的电动机车附有电喇叭旋转握把来使用,以先按者为优先的方式让骑者选择并锁定所述两个转把之一的输出讯号,以免同时输出予盾的讯号达到互锁的目的。这种方式虽然简单且成本低,但存在有骑者在做s型转弯时,若非作用侧的握把适时的归正位,当启用另一侧握把时有引起操作上的空窗或转向不顺畅的问题,补救上可加装握把归正位提示信号提醒骑者纠正解决。

图6是装置译码器的握把结构布置图,其特征是其中所述的一个转向互锁装置是利用所述一个直把式左转向握把9-a和一个直把式右转向握把10-a共同驱动一个回转译码器内环24-3以便达到同时只能输出一组代表骑者操作意图的有效讯号。只要译码器的位置讯号相对于所述左右旋转握把的相对角度被定义出中立、左、右轮使用区域,就能让编码器读头24-4读取所述两个握把的有效讯号,将骑者转向的转向和转弯速度意图有效的输出给自平衡控制器。24-5是读头支架将编码器读头24-4固定到外壳24-7一个良好的位置，24-8是编码器带动环它的一端族有卡掣齿24-6和左斜齿轮9-6藕合同步在共轴25上回转,因为装置有三个斜齿轮的同轴逆转机构在,骑者须同时扭动左右旋转握把9-a和10-a才能驱动编码器内环24-3输出讯号。