[實用新型]一種人機聯合平衡車

有效

• 申請號: 201922148722.2
• 申請日: 2019-12-04
• 公開（公告）號: CN211710984U
• 公開（公告）日: 2020-10-20
• 發明（設計）人: 陳俊華;傅璞;杜存臣;葉必朝;吳振宏
• 申請（專利權）人: 常州工程職業技術學院
• 主分類號: B62K5/027
• 分類號: B62K5/027;B62K5/06;B62K5/05;B62K5/01
• 代理公司: 南京正聯知識產權代理有限公司 32243
• 代理人: 朱曉凱

本專利提出一種人機聯合平衡車，借鑒了目前二輪車和三輪車各自的特點，將它們的優點進行了結合，既有二輪車的人體平衡特點，又有三輪車/四輪車與地面接觸的特點。車在行駛過程中，通過人的平衡，保證了安全平穩，同時又增強的防側滑能力；車在低速和駐車時，人不需要將腳伸出車廂就能保證車體平穩直立，并且實現了小型車的車廂全封閉，不僅可以減小車的尺寸，并且擁有非常高的安全性。

技術領域

本專利涉及車輛領域，具體涉及一種人機聯合平衡車。

背景技術

目前小型電動車、機動車(摩托車)主要是兩輪、小型三輪和四輪。小汽車(小轎車)、新能源汽車不在本文討論的范圍。以下分別分析二輪和三輪/四輪車(小型)的現狀和存在的問題。

1.二輪車

傳統二輪自行車(以下簡稱二輪車)平衡體系原理的實質是人的平衡感知與平衡控制，因此不需要車有多復雜的結構，不需要任何電氣設備。

二輪車前后方向有兩個支點，是穩固的，但其左右方向只有一個支點(如圖1所示的O點)，因此需要左右方向的平衡，這種平衡是靠人來實現的。車在行駛的過程中，人通過微調車的行進方向(很微小的拐彎，可用拐彎半徑r來表達)、車速v使得F_離與G的合力F(延長線) 交替的來回經過O點，從而實現動態平衡。因此，二輪車的行進路線不是理論的直線，而是波動細微的S曲線，也正因為如此，二輪車在靜止時是不能立于O點而不倒的。

除了微觀上二輪車在行駛過程中車身周期性的圍繞O點作極細微的擺動之外，車在經過彎道拐彎時，車身在宏觀上有較大幅度的傾斜(控制擺動角θ)，以克服較大離心力，使合力F通過O點；當車減速直至駐車時，人用雙腳支撐于地面以保持直立。

從以上分析可以看到：二輪車在整個行駛過程中，車身在人的操控下(調整v、r、θ)不斷的圍繞O點作左右擺動，實現動態平衡下的車身不倒。但由于二輪車在較低速和駐車時，需要依靠人腳觸地的協助才能保持車直立不倒。由此得到結論：二輪車由于利用了人體的自身平衡能力，使車保持平穩，因此在正常行駛時，二輪車具有極高的穩定性和安全性。但是較低速和駐車時，二輪車需要人腳作為支點，所以二輪車不能采用封閉車廂的根本原因在于較低速和駐車時缺少支點。

近年有采用陀螺儀技術的自平衡兩輪車，可以在安全的前提下實現車廂全封閉，但其價格非常昂貴，還沒普及；另外也有帶收放輔輪的全封閉兩輪車，其相對安全，也沒有得到普及和應用。

由于二輪車與地面的摩擦力不如三輪和四輪車，因此在行駛過程中，它的防側滑能力不如三輪車和四輪車。

2.三輪車/四輪車

目前小型的三輪車/四輪車可以做成全封閉的車廂，但它最大的問題是拐彎翻車的風險很大，橫向兩輪的間距越小，越容易翻車；增加尺寸又會使得車更笨重，使用不夠方便靈活，受力分析如圖2。

從圖2可以看出，傳統三輪/四輪車拐彎時，合力F延長線與地面的交點P如果落在兩輪支點A、B之間(左圖)，車是穩定安全的，點 A、B就是臨界點；當F_離增大時，P點就向A點靠近，最終越過A點，落在AB之外(右圖)，這種情況就會翻車。合力F與重力G夾角θ的臨界值是α，即當θ≤α時安全，否則翻車，臨界值α＝arctan(L/2H)。

從以上分析可以看到：由于三輪/四輪車在左右方向上增加了支點，車與地面的接觸由“線”變成了“面”，使得它在駐車時就具有了“先天”的靜態穩定性和防側滑能力。但與二輪車相比，三輪/四輪車有翻車的風險，因為它放棄了人在行駛時的平衡作用。當三輪或四輪著地，人們就理所當然的認為人的自身平衡已經沒有必要，而完全依賴車的固有支撐結構，于是車的尺寸和安全之間的矛盾就產生了。

傳統的設計思路總是無法將二輪車的特點與三輪車或四輪車進行結合，增加車輪就是意味著放棄人的平衡作用，這是傳統設計思路最根本的缺陷。

發明內容