一种自行车辅助平衡装置

1.本发明属于交通工具领域，更具体地说，涉及一种自行车辅助平衡装置。


背景技术：

2.初学者尤其是幼儿在初次学习骑行自行车时，不容易掌握整车重心，从而导致侧翻摔倒的问题发生；专利号为cn201810811390.9的一种应用于初学自行车的后架平衡架结构，为了解决辅助初学者保持平衡的问题，在自行车后座两侧设置配重用的第一功能罐和第二功能罐，以此来提高辅助平衡的能力。
3.但上述这样的设置手段，会导致自行车后座重量加大，倘若自行车在倾斜的状态下，由于固定设置的第一功能罐和第二功能罐会导致整车更易向倾斜方向侧翻，提高了侧翻的可能性，对于初学者来说，不利于辅助其保持平衡。


技术实现要素：

4.本发明要解决的技术问题在于提供一种自行车辅助平衡装置，它可以实现在自行车在倾斜状态下调整整车重心向远离倾斜方向移动，辅助初学者保持平衡。
5.本发明的一种自行车辅助平衡装置，置于自行车后座上方，包括：重心单元，可拆地置于后座上侧；在车体竖直状态下，重心单元的重心与车身的重心均位于车身中线上；在车体倾斜状态下，重心单元的重心位于车身中线和竖直垂面之间或位于远离倾斜方向的另一侧；驱动单元，罩设于重心单元的上侧并与重心单元的两端始终保持滑动地抵接；同时还与重心单元保持磁性连接以控制重心单元的重心的移动；以及控制单元，用于获取车体的倾斜信息，并控制驱动单元与重心单元之间的磁性力方向和大小。
6.作为本发明的进一步改进，重心单元包括平衡箱；平衡箱内设有由两个对称设置的配重筒组成的配重组件；配重筒在自由状态下的重心位于轴心处；配重筒至少包括由磁性材料制成的磁性部件；驱动单元用于和配重筒两端抵接的部分至少由磁性材料制成，以吸引或排斥配重筒至少部分部件；两个配重筒的运动是同步且同向的；配重组件的重心的移动方向与随配重筒的移动方向相同。
7.作为本发明的进一步改进，配重筒包括筒身和与筒身通过绳连接的移动配重组；在车体竖直状态下，移动配重组位于筒身内；在车体倾斜状态下，移动配重组位于筒身外；配重筒的重心移动方向与移动配重组的移动方向相同；移动配重组由磁性材料制成，在车体倾斜状态下，位于上侧的移动配重组的面向驱动单元侧的磁性与驱动单元磁性相反，位于下侧的移动配重组的面向驱动单元侧的磁性与驱动单元磁性相同。
8.作为本发明的进一步改进，平衡箱的箱体内壁设有多个卡点；配重筒均受卡点限位固定；在车体倾斜状态下，配重筒受移动配重组超过设定阈值的拉力后脱离卡点限位。
9.作为本发明的进一步改进，配重筒还包括两块浮力封板，配重筒对称的两侧均开
设有通过口，浮力封板分别抵接于对应通过口外侧以封闭通过口；浮力封板与移动配重组通过绳连接；平衡箱的箱体内设有配重液，配重液的密度大于浮力封板的密度，配重液的密度小于筒身、移动配重组的密度。
10.作为本发明的进一步改进，平衡箱的箱体包括用于供配重筒移动的大腔、用于供移动配重组移动的小腔；小腔数量为两个且对称地设置于大腔两侧；小腔的口径小于大腔的口径，以使配重筒仅能在大腔内移动。
11.作为本发明的进一步改进，大腔的长度大于两个配重筒的宽度与单个移动配重组的宽度之和，以使移动配重组在移动时，存在供移动配重组移动最大位移的空间。
12.作为本发明的进一步改进，驱动单元包括连接板、对称设置于连接板两侧的两块变磁板、与对应变磁板连接并对称设置于连接板两侧的右磁板和左磁板；连接板由非导磁材料制成，连接板通过安装套与自行车坐垫安装杆连接，安装套套设于安装杆外，连接板与安装套自由地转动连接；两个变磁板均由缠绕了线圈的导磁材料制成，并与控制单元独立地连接，受控制单元独立地控制通电后成为电磁铁，电磁铁两端的磁极属性由控制单元控制；右磁板和左磁板均由永磁材料制成，右磁板和左磁板均为弧形的板，右磁板和左磁板的内侧端面始终与重心单元对应的端部抵接，右磁板和左磁板的磁极均位于靠近和远离对应变磁板的端，右磁板和左磁板的磁性均为越靠近中心处磁性越弱，右磁板和左磁板均与对应变磁板可拆地抵接，右磁板和左磁板均与未通电的对应的变磁板连接后构成一磁性件。
13.作为本发明的进一步改进，在车体倾斜的角度大于预设的阈值时，控制单元控制变磁板通电，通电的维持时间、电流大小均受控制单元控制。
14.作为本发明的进一步改进，控制单元包括可拆地安装于平衡箱的箱体上端的控制盒；控制盒内至少安装有陀螺仪传感器、控制器、电源、开关；陀螺仪传感器用于获取车体倾斜方向和倾斜角度，并与控制器电性连接，以将获取的信息传递给控制器；电源与控制器直接或间接地电性连接，以受控制器控制输出电流大小和维持输出时间。
15.相比于现有技术，本发明的有益效果在于：本发明通过设置重心单元，使得车体在倾斜状态下，配重筒的部分结构，如移动配重组，会向远离倾斜方向移动，以此来调节车体的重心的转动角度是小于车体的转动角度的，避免初学者在无法掌握车体平衡前提下，遇到车体倾斜时易侧翻的问题发生；本发明通过设置驱动单元，使得车体在倾斜超过设定阈值时，变磁板通电成为电磁铁，电磁铁的磁性远大于身为永磁件的右磁板和左磁板，变磁板和右磁板/左磁板形成一个大的磁件，吸引移动配重组向远离倾斜方向移动，并拉动配重筒的筒身突破卡点的限位向远离倾斜方向移动，从而保证车体的重心在车体倾斜后，转动角度较小，有利于辅助初学者掌握骑行平衡，避免侧翻时间发生。
附图说明
16.图1为本发明的具体实施例一的安装了辅助平衡装置的自行车的立体结构示意图；图2为本发明的具体实施例一的辅助平衡装置的立体结构示意图；图3为本发明的具体实施例一的车体在竖直状态下的辅助平衡装置平面结构示意图；
图4为本发明的具体实施例一的平衡箱的箱体内卡点位置分布的平面结构示意图；图5为本发明的具体实施例一的配重筒的平面结构示意图；图6为本发明的具体实施例一的移动配重组的平面结构示意图；图7为本发明的具体实施例一的车体在竖直状态下的配重筒的平面结构示意图；图8为本发明的具体实施例一的车体在倾斜状态下的配重筒转动位置的状态示意图；图9为本发明的具体实施例一的车体在倾斜状态下的移动配重组移动的状态示意图；图10为本发明的具体实施例一的车体在竖直状态下的车体重心的位置示意图；图11为本发明的具体实施例一的车体在倾斜状态下的初始车体重心的位置示意图；图12为本发明的具体实施例一的车体在倾斜状态下的调节后车体重心的位置示意图；图13为本发明的具体实施例一的车体的倾斜角度超过预设阈值时平衡箱的转动位置示意图；图14为本发明的具体实施例一的车体的倾斜角度超过预设阈值时车体重心的位置示意图；图15为本发明的具体实施例二的车体在竖直状态下的配重筒的平面结构示意图；图16为本发明的具体实施例三的车体在竖直状态下的磁性组件的平面结构示意图。
17.图中标号说明：磁性组件1、安装套11、连接板12、变磁板13、右磁板14、左磁板15、平衡箱2、箱体21、卡点211、控制盒22、配重筒23、筒身231、浮力封板232、移动配重组233。
具体实施方式
18.具体实施例一：请参阅图1-14的一种自行车辅助平衡装置，置于自行车后座上方，包括磁性组件1和平衡箱2。
19.磁性组件1包括安装套11、连接板12、对称设置于连接板12两侧的两块变磁板13、与对应变磁板13连接并对称设置于连接板12两侧的右磁板14和左磁板15；安装套11套设于自行车坐垫的安装杆上，并通过螺栓锁紧，这一结构是本领域技术人员的常规手段，因此在本文中不赘述；连接板12由非导磁材料制成，连接板12与安装套11之间通过一转动杆连接，转动杆一端与安装套11外端固定连接，转动杆另一端与连接板12自由地转动连接，这样的设计使得车体在倾斜时，连接板12始终保持自由状态；变磁板13为多根缠绕了线圈的铁芯构成；连接板12两侧的变磁板13中的铁芯是可以独立通电的，通电后的铁芯成为电磁铁，连接板12两侧的电磁铁不会相互干扰；右磁板14和左磁板15为结构对称的部件，下面以右磁板14为例描述，右磁板14为弧形的板，右磁板14本身是由永磁材料制成的，右磁板14两端为磁极所在处，右磁板14上侧
的端部与铁芯固定连接，在铁芯不通电时，右磁板14和铁芯组成了一个大的永磁件，这个永磁件的磁场强度与右磁板14的磁场强度相同，但是这个永磁件的南北极的分界线相对于右磁板14的南北极的分界线向上提高了，使得这个永磁件的南北极的分界线如图3所示，位于水平面的上方；在铁芯通电时，铁芯成为了电磁铁，这个电磁铁的磁场强度要大于右磁板14的磁场强度，这个电磁铁靠近右磁板14端的磁极与右磁板14上端的磁极相反，如图3所示，右磁板14上端的磁极为s极，下端的磁极为n极，而在铁芯通电后，由于电磁铁的磁场加成，右磁板14与电磁铁构成的电磁件的磁场强度增大，南北极的分界线与永磁件的南北极的分界线相同。
20.平衡箱2包括箱体21、控制盒22、配重筒23；如图2所示，箱体21的后端为开启箱体21的翻板，箱体21内包括大腔和小腔；小腔数量为两个，分别对称地设置于大腔两侧；箱体21的下端与自行车后座可拆地连接，在车体保持竖直状态时，箱体21为水平状态，即大腔和小腔均为水平设置；箱体21的左右两端分别与左磁板15和右磁板14滑动地抵接，即车体在倾斜时，箱体21的左右两端均仍然与左磁板15和右磁板14内壁滑动连接；箱体21中充满了配重液；两个配重筒23构成了一个配重组件；在车体竖直状态下，配重组件的重心位于两个配重筒23中间，也位于车体的中线上；单个配重筒23的重心位于其自身的轴心上；由于两个配重筒23是对称设置的，下面以左侧的配重筒23为例描述，配重筒23包括筒身231、浮力封板232、移动配重组233，筒身231为非导磁、硬质、高密度材料制成，筒身231内部呈空心，筒身231表面对称地开设有两个通过口；在车体竖直状态下，浮力封板232封闭抵接在通过口外侧，以将筒身231保持封闭；移动配重组233由至少一块永磁材料制成的磁块构成，在本实施例中，如图6所示，移动配重组233由三块磁块组成，最外侧的磁块的磁极为外n极内s极，中间的磁块的磁极为外s极内n极，最内侧的磁块的磁极为外n极内s极，三个磁块通过绳连接，三个磁块由于磁力相斥，保持分离；需要说明的是，仅一个磁块也可以实现本技术的效果；最外侧的磁块与外侧的浮力封板232通过绳连接，最内侧的磁块与内侧的浮力封板232通过绳连接，在车体竖直状态下，移动配重组233位于筒身231内；配重液的密度低于筒身231、移动配重组233的密度，但高于浮力封板232的密度；大腔的内壁固定设置有多个卡点211，在本实施例中，如图4所示，卡点211以四个为一组，四个卡点211上下对称，构成一个用于限位配重筒23的空间，配重筒23与卡点211低阻或无阻地滑动连接，使得配重筒23可以在卡点211构成的空间中转动；在车体倾斜状态下，箱体21岁后座转动，但配重筒23可以保持原始形态；在本实施例中，在车体竖直状态下，浮力封板232至少部分位于上侧或下侧两个卡点211之间，以使浮力封板232无法上浮；当车体在倾斜状态下，浮力封板232脱离卡点211和大腔内壁的束缚，有一个浮力封板232会向上浮起，另一个浮力封板232由于抵接在筒身231下侧也不会上浮；浮力封板232上浮后，回辅助拉动移动配重组上升，提高移动配重组的移动速度；在车体竖直状态下，如图3所示，箱体21的左右两端对应的是n极，而左侧配重筒23的移动配重组233外侧的磁极为n极，所以会排斥移动配重组233向内靠拢，而右侧的配重筒23的移动配重组233外侧的磁极为n极，所以也会排斥移动配重组233向内靠拢，而两个移动配重组233相对的磁极均为s极，所以也会排斥；在本实施例中，设定当左右侧的斥力达到平
衡时，两个移动配重组233均恰好位于对应的配重筒23内，这样的效果可以通过设置各个磁性部件的磁场强度、大腔和小腔的宽度来实现，对于本领域技术人员来说，在已公开上述各个部件结构的基础上，这样的设置是常规手段，因此在本文中不赘述；在车体向右侧倾斜状态下，如图9所示，箱体21左右两端对应的磁极分别为s极和n极，由于永磁件越靠近端部的磁场强度越大，所以此时左侧的移动配重组233受吸引在小腔内向上移动，右侧的移动配重组233受排斥在大腔内向上移动，另外浮力封板232受浮力向上移动也辅助提升了移动配重组233向上移动的速度；此时配重组件的中心不再位于两个筒身231的中间了，而是由于配重组件的部分结构产生了移动而向移动配重组233移动方向偏离，这就导致配种组件的重心如图12所示；由于箱体21与后座连接，配重组件的重心影响了车体的重心，这样的设置使得车体的重心转动角度小于车体本身的转动角度，有利于避免车体侧翻的事故发生，有利于辅助初学者对骑行过程中对重心的掌控；在车体继续向右侧倾斜的时候，车体转动角度过大，超过了预设的阈值，箱体21的两端抵接的左磁板14/右磁板15的位置更加靠近永磁件的磁极；同时，变磁板13的铁芯的线圈通电成为电磁铁，变磁板13和左磁板14或右磁板15组成的电磁件磁性增强，此时如图14所示，移动配重组233和浮力封板232会拉动筒身231在大腔内向移动配重组233移动移动方向移动，并脱离卡点211的限位束缚；此时配种组件的重心位置更加向竖直方向靠拢，有利于避免车体侧翻的事故发生，有利于辅助初学者对骑行过程中对重心的掌控；在车体受到骑行者的调整后，车体的倾斜程度减小，变磁板13的铁芯的线圈断电，电磁件重新成为永磁件，配种组件向竖直方向移动的速度缩短，缓冲中心调整的速度，避免中心移动过快而侧翻，由于骑行者调整动作的惯性，车体必然会向原先倾斜的另一侧倾斜，此时配种组件会向原先倾斜的一侧移动，使得重心在竖直方向两侧的小角度范围内往复摆动，避免重心摆动幅度过大，在多次调整动作后，重心会回到竖直方向上，车体会保持竖直状态；需要说明的是，大腔和小腔的宽度设置为足够移动配重组233和筒身231的移动；控制盒22内至少安装有陀螺仪传感器、控制器、电源、开关；电源是为线圈供电的电源，控制器与电源通过电流调节器连接，以控制电源输出的电流大小和维持输出时间；陀螺仪传感器用于获取车体倾斜方向和倾斜角度，并与控制器电性连接，以将获取的信息传递给控制器；控制器的设置和操控方法对于本领域技术人员来说是常规手段，因此在本文中不赘述。
21.具体实施例二：在具体实施例一的基础上，请参阅图15的一种自行车辅助平衡装置，在车体竖直状态下，浮力封板232不在卡点211和大腔内壁之间，便于车体在二次保持竖直状态时，浮力封板232的回位。
22.具体实施例三：与具体实施例一或二不同的是，请参阅图16的一种自行车辅助平衡装置，左磁板14和右磁板15的内端面的弧度设置为箱体21两端绕车后轮底端转动的轨迹。
23.具体实施例四：在具体实施例一至三任一基础上，小腔的上下腔壁均具有三层结构，最外侧为软质保护的胶层，中间为磁屏蔽材料制成的屏蔽层，最内侧为由硬质的非导磁材料制成的支撑骨架层；只有小腔的两端的腔壁仅具有软质保护的胶层和由硬质的非导磁材料制成的支撑骨架层；使得移动配重组233不易受到侧向的磁极的干扰，仅受到小腔端部所接触的磁性件部分的磁场的驱动。