CN110843984A - 一种人机联合平衡车 - Google Patents

Abstract

本专利提出一种人机联合平衡车，借鉴了目前二轮车和三轮车各自的特点，将它们的优点进行了结合，既有二轮车的人体平衡特点，又有三轮车/四轮车与地面接触的特点。车在行驶过程中，通过人的平衡，保证了安全平稳，同时又增强的防侧滑能力；车在低速和驻车时，人不需要将脚伸出车厢就能保证车体平稳直立，并且实现了小型车的车厢全封闭，不仅可以减小车的尺寸，并且拥有非常高的安全性。

Description

一种人机联合平衡车

技术领域

本专利涉及车辆领域，具体涉及一种人机联合平衡车。

背景技术

目前小型电动车、机动车（摩托车）主要是两轮、小型三轮和四轮。小汽车（小轿车）、新能源汽车不在本文讨论的范围。以下分别分析二轮和三轮/四轮车（小型）的现状和存在的问题。

1. 二轮车

传统二轮自行车（以下简称二轮车）平衡体系原理的实质是人的平衡感知与平衡控制，因此不需要车有多复杂的结构，不需要任何电气设备。

二轮车前后方向有两个支点，是稳固的，但其左右方向只有一个支点（如图1所示的O点），因此需要左右方向的平衡，这种平衡是靠人来实现的。车在行驶的过程中，人通过微调车的行进方向（很微小的拐弯，可用拐弯半径r来表达）、车速v使得F_离与G的合力F（延长线）交替的来回经过O点，从而实现动态平衡。因此，二轮车的行进路线不是理论的直线，而是波动细微的S曲线，也正因为如此，二轮车在静止时是不能立于O点而不倒的。

除了微观上二轮车在行驶过程中车身周期性的围绕O点作极细微的摆动之外，车在经过弯道拐弯时，车身在宏观上有较大幅度的倾斜（控制摆动角θ），以克服较大离心力，使合力F通过O点；当车减速直至驻车时，人用双脚支撑于地面以保持直立。

从以上分析可以看到：二轮车在整个行驶过程中，车身在人的操控下（调整v、r、θ）不断的围绕O点作左右摆动，实现动态平衡下的车身不倒。但由于二轮车在较低速和驻车时，需要依靠人脚触地的协助才能保持车直立不倒。由此得到结论：二轮车由于利用了人体的自身平衡能力，使车保持平稳，因此在正常行驶时，二轮车具有极高的稳定性和安全性。但是较低速和驻车时，二轮车需要人脚作为支点，所以二轮车不能采用封闭车厢的根本原因在于较低速和驻车时缺少支点。

近年有采用陀螺仪技术的自平衡两轮车，可以在安全的前提下实现车厢全封闭，但其价格非常昂贵，还没普及；另外也有带收放辅轮的全封闭两轮车，其相对安全，也没有得到普及和应用。

由于二轮车与地面的摩擦力不如三轮和四轮车，因此在行驶过程中，它的防侧滑能力不如三轮车和四轮车。

2. 三轮车/四轮车

目前小型的三轮车/四轮车可以做成全封闭的车厢，但它最大的问题是拐弯翻车的风险很大，横向两轮的间距越小，越容易翻车；增加尺寸又会使得车更笨重，使用不够方便灵活，受力分析如图2。

从图2可以看出，传统三轮/四轮车拐弯时，合力F延长线与地面的交点P如果落在两轮支点A、B之间（左图），车是稳定安全的，点A、B就是临界点；当F_离增大时，P点就向A点靠近，最终越过A点，落在AB之外（右图），这种情况就会翻车。合力F与重力G夹角θ的临界值是α，即当θ≤α时安全，否则翻车，临界值α=arctan(L/2H)。

从以上分析可以看到：由于三轮/四轮车在左右方向上增加了支点，车与地面的接触由“线”变成了“面”，使得它在驻车时就具有了“先天”的静态稳定性和防侧滑能力。但与二轮车相比，三轮/四轮车有翻车的风险，因为它放弃了人在行驶时的平衡作用。当三轮或四轮着地，人们就理所当然的认为人的自身平衡已经没有必要，而完全依赖车的固有支撑结构，于是车的尺寸和安全之间的矛盾就产生了。

传统的设计思路总是无法将二轮车的特点与三轮车或四轮车进行结合，增加车轮就是意味着放弃人的平衡作用，这是传统设计思路最根本的缺陷。

发明内容

本专利通过简单经济的手段，实现小型车在安全行驶、平稳驻车前提下的车厢全封闭，以使小型车能完全遮风挡雨、防晒保暖。解决了“背景技术”中提到的目前二轮车车厢不能全封闭、防侧滑能力不足，小型三轮车/四轮车存在翻车风险的问题。

一种人机联合平衡车，包括平衡车身1、摆动装置2、车底盘3、摆动控制装置4；

所述平衡车身1通过所述摆动装置2与所述车底盘3连接，所述平衡车身1通过所述摆动装置2实现相对于所述车底盘3在沿车行进的垂直方向摆动，即横向摆动；

所述摆动控制装置4用来控制所述平衡车身1的横向摆动和/或摆动幅度。

人机联合平衡车最大的特点是利用了人体的感知和平衡能力来实现车身的动态平衡，驾车人通过身体感受到的离心力大小来调整车身的摆动角度、前进方向、车的行驶速度，使离心力与重力的合力通过摆动装置的支点，从而使车身稳定在平衡的直立状态；当车低速和驻车时，采用摆动控制装置4来使车身直立。而实现人的平衡控制的条件就是：平衡车身1相对于车底盘3可以自由摆动。

平衡车身的直立平衡状态还可以由电子平衡控制装置来实现，比如采用目前平衡车使用的陀螺仪及其控制***。

进一步地，所述摆动装置2的实施结构是转动副，可以是转动副高副或者是转动副低副。摆动装置2的实现形式可以有多种，转动副是最普遍的一种形式。

进一步地，当所述摆动装置2采用转动副高副时，其中一种方式是由轴承所组成的转动装置，具体地，所述平衡车身1的底端与转轴22连接成一体，所述转轴22的两端安装轴承23，轴承23安装于轴承底座24与轴承盖21所形成的轴承座内，轴承底座24固定在车底盘3上，平衡车身1以转轴22为旋转中心摆动；当所述摆动装置2采用转动副低副时，其中一种方式是铰链结构的转动装置，具体地，所述平衡车身1的底端与上构件26连接成一体，下构件28固定在所述车底盘3上，销27穿过所述上构件26和所述下构件28，并由紧固件29进行轴向固定，平衡车身1以销27为旋转中心摆动。

进一步地，所述的车底盘3是一种安装了使整车在横向（车行进的垂直方向）上与路面形成至少两点支撑的车轮的装置，它与车的前进方向的车轮配合，形成了整车对地的面接触。车底盘不一定要包括所有的车轮，这要根据情况确定，但它是构成整车橫向至少两点支撑的装置。

进一步地，当所述车底盘3采用两轮结构时，在横向上左右两侧各安装一个车轮，所述两轮结构的车底盘3与单轮组成前单轮后两轮，或前两轮后单轮的三轮结构；或者，所述两轮结构的车底盘3组合成前两轮、后两轮的四轮结构。当人机联合平衡车采用三轮结构时，其单轮设置在所述平衡车身1上，例如前单轮后两轮车，此时前轮设置在平衡车身上，再如前两轮后单轮，此时后轮设置在平衡车身上；当人机联合平衡车采用四轮结构时，平衡车身上不设置车轮，车身通过前后两个所述摆动装置2与车的前后两个所述底盘3连接。

进一步地，所述车底盘3由支撑梁31、减振器32、轮架33、车轮34组成，所述车轮34安装在所述轮架33的左右两端，所述支撑梁31通过所述减振器32安装在所述轮架33的上方。这里仅给出了一种具体结构形式，但不仅限于此，实现相同效果的车底盘形式有很多种组合形式。

进一步地，所述平衡车身1包含了方向机构11、车的动力装置或是电池12、车座13、车身架及壳体14，所述方向机构11具体地，为类似目前电动自行车的把手转向机构。这里的各个部件均可采用已有技术和产品，它们是构成整车的必要元素。所述车身架及壳体14可以是敞开式的，也可以是全封闭的。

进一步地，所述摆动控制装置4由驻车装置41和驻车控制装置42组成，当车在低速或驻车时，所述驻车装置41在所述驻车控制装置42的控制下，使所述平衡车身1的摆动受到限制，以保持车身直立。

进一步地，所述摆动控制装置4是电子平衡控制装置，由传感器、控制器和执行器组成，所述传感器能感受所述平衡车身1的平衡状态，并发送给所述控制器，控制器根据传感器的传回的信息进行处理，然后控制所述执行器工作，通过控制所述平衡车身1摆动、控制车速、控制车的转弯半径，使平衡车身1保持平稳的平衡状态，具体地，所述电子平衡控制装置为目前平衡车的陀螺仪传感及平衡控制***。

进一步地，所述驻车装置41采用伸缩结构，由驾车人控制其伸缩的长度，使之支撑在所述车底盘3上，以便在低速或驻车时获得所需要的支撑力，限制所述平衡车身1摆动，保持车身直立。除了采用伸缩结构，驻车装置41还可以采用杠杆结构，锁紧结构等形式。

进一步地，伸缩型驻车装置41的一种具体结构为凸轮与滑杆组合机构：固定在车身内部的凸轮机构411与驻车支撑杆414接触，所述驻车支撑杆414可在滑轨412内滑动，所述滑轨412固定在所述平衡车身1上，所述支撑杆414下部设置弹簧413，当凸轮机构411转动时，在弹簧413的作用下，驻车支撑杆414紧贴凸轮而沿滑轨作上下滑动，实现伸缩动作；当所述驻车支撑杆414收缩到极限位置时，又起到了限制所述平衡车身1摆动的最大角度的作用。

进一步地，所述驻车控制装置42是一种传力机构时，驾车人可以通过驻车控制装置42把发出的控制力传递到驻车装置41上，使驻车装置41动作，实现低速辅助或驻车。驻车控制装置也可以是一种信号控制机构时，驾车人通过对驻车控制装置发出控制信号，驻车控制装置根据控制信号转换成对所述驻车装置的控制，使驻车装置动作，实现低速辅助或驻车。

进一步地，所述驻车控制装置42为脚踏式结构，它由脚踏装置421传递装置422组成，所述传递装置422可以是钢丝绳，也可以连杆传力机构或者液压传力机构等等。人通过对脚踏装置421的踩踏，产生位移，传递装置422将这种位移传递给凸轮机构411，使之发生转动，进而使驻车支撑杆414上下移动，实现伸缩动作。

进一步地，所述摆动控制装置4还包含车身摆动限位装置43，所述车身摆动限位装置43用来限制所述平衡车身1摆动的最大角度。

进一步地，所述车身摆动限位装置43为固定在所述平衡车身1底部两侧的限位块，随着所述平衡车身1的摆动角度增大，所述车身摆动限位装置43离所述车底盘3越来越近，直至碰到车底盘，对所述平衡车身1摆动的最大角度起到限制的作用。

进一步地，所述人机联合平衡车还包含了强制减速装置5，当车身摆动到接近最大位置时，所述强制减速装置5启动，使车减速。这样做的目的是增加行车的安全性能，因为当平衡车身摆动到最大角度时，就意味着离心力已经大到达到极限了，这时候强制减速就能有效降低离心力，防止人操作时的意外失误而导致的不安全。

进一步地，所述强制减速装置5的一种结构为类似机械式刹把装置，其触发杆51安装在平衡车身1底部与车底盘3之间，触发杆与刹车钢丝53连接，钢丝护套底座52固定在平衡车身上，刹车钢丝53尽头连接常规车轮的刹车装置，如鼓刹。当平衡车身摆动到的极限位置附近时，触发杆开始接触到车底盘上，触发杆在自身杠杆原理作用下，另一端开始离开钢丝护套底座并拉动刹车钢丝，进而使车轮的刹车装置开始动作进行刹车减速；当平衡车身继续摆向极限位置时，触发杆继续拉动刹车钢丝，从而使刹车动作进一步加强，以获得更强的制动结果。这里增加的刹车装置并不影响整车正常的刹车***，它们共同存在相互补充。

进一步地，人机联合平衡车是电力驱动时，所述强制减速装置5的另一种结构为电子刹车，具体的为目前电力驱动车的电子刹车***，电子刹车的触发开关可以安装于所述钢丝护套底座52内，也可安装于平衡车身摆动的极限位置处的能够触发微动开关动作的其它任何位置。电子刹车***是现有技术、有现成产品，可以直接应用于本专利产品。

本发明的核心就在于，发现了将传统二轮自行车平衡体系与传统的三轮/四轮车进行结合的一种巧妙的方法和形式：人机联合平衡车的O点从地面移到车底盘、驻车辅力的来源也从地面移到车底盘，而这个车底盘是横向至少具有两点支撑一个对地的稳固结构，这样就实现了二轮车与三轮/四轮车的结合。如图3所示。

由于车身仍然可以自由摆动，行车速度和方向仍然可以由人来控制，即v、r、θ三个参数仍然由人来操控，所以这种结合会不会失去人对车的动态平衡的操控。

有益效果为：本专利结合了传统二轮车和三轮车的优点，既利用了人体的平衡功能来保障行车时的安全平稳，又有三轮车/四轮车防侧滑能力以及低速、驻车的稳定性，从而实现了小型车的车厢全封闭，不仅可以减小车的尺寸，并且拥有非常高的安全性。相对于二轮车而言，本专利采用三轮或四轮形式，因此它比二轮车对地有更大的抓力，大大提升了车的防侧滑能力、制动能力，特别是车横向的防滑、抗冲击性能，具有比二轮车更高的安全性。具体有益效果如下。

① 比二轮车安全。直观上说，它增加了横向车轮，必然比二轮车安全，理论分析也是如此。因为增加车轮增加了车与地面的摩擦力，于是车的防侧滑能力、制动能力、车的稳定性、抗冲击能力，都得到了很大的提高；同时由于设置了极限摆动角γ，车不可能完全倾倒，甚至谈不上是倾倒，因为它也是一种“三轮/四轮”车。

② 比三轮/四轮车更安全、更有操控性。人需要在可以自由摆动的车身上才能实现行驶过程中的动态平衡，就如同人在骑自行车，这种动态平衡实现了人对离心力的适时监控。传统的三轮/四轮车因不能摆动，人不能及时感知这种离心力，因此容易发生翻车的事故。所以说平衡车从根本上解决了翻车风险的控制问题，与此同时，从前面传统三轮车与人机联合平衡车（以下简称平衡车）的受力分析图的比较可以看出，拐弯时安全离心力的范围，平衡车比三轮/四轮车大得多，即平衡车可以有更快的拐弯速度和安全性。行驶的操控上，平衡车就是二轮车的感觉，具有极好的操控体验。

③ 具有更高的行驶速度。首先因平衡车具有二轮车的动平衡特点，因此它比传统三轮/四轮车具有更高的安全速度；其次平衡车比二轮车有相对更低的重心（M点与O点的垂直距离），加上平衡车因横向有车轮而有更好的抗侧滑能力，因此平衡车比二轮车可以有更高的安全速度。

④ 具有更紧凑的车身尺寸，这是相对于传统三轮/四轮车而言的。从前面的受力分析图可知，传统三轮/四轮车的临界值α=arctan(L/2H)，平衡车的临界角β=arctan(L/2h)，因h比H小得多，因此平衡车可以有更小的L值，即横向轮间距，这意味着平衡车比传统三轮/四轮车可以更加紧凑小巧。

⑤ 车厢可全封闭。由于设置了驻车装置，平衡车在行驶和驻车过程不再需要人脚触地进行辅助和支撑，因此车厢可完全封闭起来，使驾乘车人彻底摆脱风、雨、雪的困扰与伤害。

附图说明

图1为现有技术中二轮车的平衡受力分析图。

图2为现有技术中三轮车及四轮车的平衡受力分析图。

图3为所述人机平衡车的平衡受力分析图。

图4为实施例中所述人机平衡车的主要结构示意图（主视图）。

图5为实施例中所述人机平衡车的主要结构示意图（左视图）

图6为实施例中所述人机平衡车的摆动装置（轴承形式）结构示意图（主视图）。

图7为实施例中所述人机平衡车的摆动装置（轴承形式）结构示意图（B-B剖视图）。

图8为实施例中所述人机平衡车的摆动装置（轴承形式）结构示意图（A-A剖视图）。

图9为实施例中所述人机平衡车的摆动装置（转动副低副形式）结构示意图（主视图）。

图10为实施例中所述人机平衡车的摆动装置（转动副低副形式）结构示意图（F-F剖视图）。

图11为实施例中所述人机平衡车的摆动装置（转动副低副形式）结构示意图（E-E剖视图）。

图12为实施例中所述人机平衡车的车底盘、驻车装置结构示意图。

图13为实施例中所述人机平衡车的平衡车身结构示意图。

图14为实施例中所述人机平衡车的摆动控制装置组成示意图。

图15为实施例中所述人机平衡车的车身摆动限位装置、强制减速装置结构示意图。

图16为实施例中所述人机平衡车的强制减速装置结构示意图（C-C剖视图）。

其中，1-平衡车身、2-摆动装置、3-车底盘、4-摆动控制装置、5-强制减速装置、11-方向机构、12-车的动力装置或电池、13-车座、14-车身架及壳体、21-轴承盖、22-转轴、23-轴承、24-轴承底座、26-上构件、27-销、28-下构件、29-紧固件、31-支撑梁、32-减振器、33-轮架、34-车轮、411-凸轮机构、412-滑轨、413-弹簧、414-驻车支撑杆、421-脚踏装置、422-传递装置、43-车身摆动限位装置、51-触发杆、52-钢丝护套底座、53-刹车钢丝。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本专利的技术方案做进一步的详细说明。

图4～图16所示了一种人机联合平衡车，整车采用三轮结构，并且是前单轮后两轮结构，这种结构是所有可能的情况中的一种，在此仅以此种情况对其原理作进一步说明。

图4为所述人机平衡车的主要结构示意图的主视图，整车包括平衡车身1、摆动装置2、车底盘3、摆动控制装置4、强制减速装置5。平衡车身1通过摆动装置2与车底盘3连接，平衡车身1通过摆动装置2实现相对于车底盘3在沿车行进的垂直方向摆动，即横向摆动。摆动控制装置4用来控制平衡车身1的横向摆动和/或摆动幅度。强制减速装置5不是必须的，在这个实施例中，强制减速装置5的作用是当平衡车身1摆动到接近最大位置时，强制减速装置5启动，使车减速，以增加整车的安全系数。

由于平衡车身1是自由摆动的，所以在行车过程中，驾车人必须随时感受车的离心力大小来调整车身的摆动角度、前进方向、车的行驶速度，使离心力与重力的合力通过摆动装置的支点，使车身处动态平衡的直立状态，也正因为平衡车身是可以自由摆动的，驾车人才能实现这种动平衡。当车低速（小于5km/h）和驻车时，人的动平衡逐渐失去作用时就采用摆动控制装置4来限制平衡车身1摆动使车身直立。

图5为所述人机平衡车的主要结构示意图的左视图，在这个视图可以看到，此实施例中，摆动装置2在平衡车身1的后下部，用来连接车底盘3，相应的摆动控制装置4和强制减速装置5在平衡车身的后下部，在平衡车身1与车底盘3之间。

图6为实施例中所述人机平衡车的摆动装置2（轴承形式）结构示意图的主视图。所述摆动装置2由轴承盖21、转轴22、轴承座23、轴承底座24组成，平衡车身1的底端与转轴22连接成一体（如焊接成一体），转轴22的两端安装轴承23，轴承23安装于轴承底座24与轴承盖21所形成的轴承座内，轴承底座24固定（如焊接）在车底盘3上，平衡车身1以转轴22为旋转中心摆动。

图7为实施例中所述人机平衡车的摆动装置2（轴承形式）结构示意图的B-B剖视图，图中可以看出平衡车身1、摆动装置2的各组成部分（轴承盖21、转轴22、轴承座23、轴承底座24）与车底盘3的连接关系。

图8为实施例中所述人机平衡车的摆动装置2（轴承形式）结构示意图的A-A剖视图。

图9为实施例中所述人机平衡车的摆动装置2（转动副低副形式）结构示意的主视图。所述摆动装置2由上构件26、销27、下构件28、紧固件29组成，平衡车身1的底端与上构件26连接成一体，下构件28固定在所述车底盘3上，销27穿过所述上构件26和所述下构件28，并由紧固件29进行轴向固定，平衡车身1以销27为旋转中心摆动。

图10为实施例中所述人机平衡车的摆动装置2（转动副低副形式）结构示意图的F-F剖视图，图中显示了平衡车身1、摆动装置2的各组成部分（上构件26、销27、下构件28、紧固件29）与与车底盘3的连接关系。

图11为实施例中所述人机平衡车的摆动装置2（转动副低副形式）结构示意图的E-E剖视图。

对于图示的三轮结构而言，车的前轮（前轮安装在平衡车身上，这如同常规的电动车、摩托车的前轮结构）和车身后下端的摆动装置2构成了整车在前后方向上的两个支点，平衡车身1将围绕这两个支点作横向摆动。

一般地，常见的转动副结构和摆动结构都可以实现摆动装置2的功能。

图12为实施例中所述人机平衡车的车底盘3、驻车装置41结构示意图。所述车底盘3是由支撑梁31、减振器32、轮架33、车轮34组成，车轮34安装在轮架33的左右两端，支撑梁31通过减振器32安装在轮架33的上方。本图所示底盘构成的是前单轮后两轮的三轮车的车底盘，它与前轮构成了整车对地的面接触。所以一般地，车底盘3是一种安装了使整车在横向（车行进的垂直方向）上与路面形成至少两点支撑的车轮的装置。当前轮和后轮都采用上述这种车底盘形式时，就可以构成四轮结构。

图12中，所述驻车装置41为凸轮与滑杆组合机构，由凸轮机构411、滑轨412、弹簧413和驻车支撑杆414组成，固定在车身内部的凸轮机构411与驻车支撑杆414接触，驻车支撑杆414可在滑轨412内滑动，滑轨412固定在平衡车身1上，支撑杆414下部设置弹簧413，当凸轮机构411转动时，在弹簧413的作用下，驻车支撑杆414紧贴凸轮而沿滑轨作上下滑动，实现伸缩动作；当驻车支撑杆414收缩到极限位置时，又起到了限制平衡车身1摆动的最大角度的作用。一般地，驻车装置41为伸缩结构，由驾车人控制其伸缩的长度，使之支撑在所述车底盘3上，以便在低速或驻车时获得所需要的支撑力，限制所述平衡车身1摆动，保持车身直立；除了采用伸缩结构，驻车装置41还可以采用杠杆结构，锁紧结构等形式。

图13为实施例中所述人机平衡车的平衡车身1结构示意图。所述平衡车身1包含了方向机构11、车的动力装置或电池12、车座13、车身架及壳体14，以上这几部分均为现有技术，有现有产品，它们是构成整车的必要元素。车身架及壳体14可以敞开式的，也可以是全封闭的。

图14为实施例中所述人机平衡车的摆动控制装置4的组成示意图。所述摆动控制装置4，由驻车装置41和驻车控制装置42组成。所述驻车装置41由四部分组成，与图12所示相同；所述驻车控制装置由脚踏装置421、传递装置422组成，传递装置422可以是钢丝绳，也可以是连杆传力机构或者液压传力机构等等。人通过对脚踏装置421的踩踏产生位移，传递装置422将这种位移传递给凸轮机构411，使之发生转动，进而使驻车支撑杆414上下移动，实现伸缩动作。当车在低速（小于5km/h）或驻车时，驻车装置41在驻车控制装置42的控制下，使所述平衡车身1的摆动受到限制，以保持车身直立。

一般地，驻车控制装置42是一种传力机构，驾车人可以通过驻车控制装置42把发出的控制力传递到驻车装置41上，使驻车装置41动作，实现低速辅助或驻车。驻车控制装置42还可以是一种信号控制机构，它接受人所发出的驻车控制信号，并把这种信号转化成对驻车装置41的执行动作，实现驻车控制。

图15为实施例中所述人机平衡车的车身摆动限位装置43、强制减速装置5结构示意图。所述车身摆动限位装置43是摆动控制装置4的一个部分，用来限制平衡车身1摆动的最大角度。图中为平衡车身1底部两侧的限位块，随着平衡车身1的摆动角度增大，车身摆动限位装置43离车底盘3越来越近，直至碰到车底盘，对平衡车身1摆动的最大角度起到限制的作用。经过分析计算，最大摆动角度设置为25°（车身直立时为0°）最为合理，在此角度下，车速60km/h所需要的转弯半径不到20m，小于非主次道路转弯半径设计的最大值，（转弯半径设计范围：城市主干道20-30m、次干道15-20m、非主次道路10-20m），并且在这个角度下，人车在静止状态其重心仍在左右两轮之间，即车不会完全倾倒。

摆动控制装置4除了上述的这种机械式的结构外，还可以采用电子平衡控制装置，由传感器、控制器和执行器组成，传感器能感受平衡车身的平衡状态，并发送给控制器，控制器根据传感器的传回的信息进行处理，然后控制执行器工作，通过控制平衡车身摆动、控制车速、控制车的转弯半径，使平衡车身保持平稳的平衡状态。这种电子平衡控制装置可以直接采用目前平衡车的陀螺仪传感及平衡控制***。

图15中，所述强制减速装置5为类似机械式刹把装置，其触发杆51安装在平衡车身1底部与车底盘3之间，触发杆与刹车钢丝53连接，钢丝护套底座52固定在平衡车身上，刹车钢丝53尽头连接常规车轮的刹车装置，如鼓刹。当平衡车身摆动到的极限位置附近时，触发杆开始接触到车底盘上，触发杆在自身杠杆原理作用下，另一端开始离开钢丝护套底座并拉动刹车钢丝，进而使车轮的刹车装置开始动作进行刹车减速；当平衡车身继续摆向极限位置时，触发杆继续拉动刹车钢丝，从而使刹车动作进一步加强，以获得更强的制动结果。

图16为实施例中所述人机平衡车的强制减速装置5结构示意图的C-C剖视图。

强制减速装置5还可以采用电子刹车***，将其触发开关安装在平衡车身摆动的极限位置附近，一旦车身摆动到极限位置，就会引起触发开关动作进而启动电子刹车***，电子刹车***是现有技术、有现成产品，可以直接应用于本专利产品。

在上述各部分的共同作用下，人机联合平衡车就同时具有了传统二轮车和三轮\四轮车的优点，不仅能使车厢实现全封闭，而且增加了车的操控性与安全性。

以上所述仅为本专利的一种实施方式，本专利的保护范围并不以上述实施方式为限，但凡本领域普通技术人员根据本发明所揭示内容所作的等效修饰或变化，皆应纳入权利要求书中记载的保护范围内。

Claims (19)

1.一种人机联合平衡车，包括平衡车身（1）、摆动装置（2）、车底盘（3）、摆动控制装置（4），其特征在于：

所述平衡车身（1）通过所述摆动装置（2）与所述车底盘（3）连接，所述平衡车身（1）通过所述摆动装置（2）实现相对于所述车底盘（3）在沿车行进的垂直方向摆动，即横向摆动；

所述摆动控制装置（4）用来控制所述平衡车身（1）的横向摆动和/或摆动幅度。

2.根据权利要求1所述的一种人机联合平衡车，其特征在于：所述摆动装置（2）的结构是转动副。

3.根据权利要求2所述的一种人机联合平衡车，其特征在于：所述摆动装置（2）采用转动副高副，是由轴承所组成的转动装置，具体地，所述平衡车身（1）的底端与转轴（22）连接成一体，所述转轴（22）的两端安装轴承（23），所述轴承（23）安装于轴承底座（24）与轴承盖（21）所形成的轴承座内，所述轴承底座（24）固定在所述车底盘（3）上，所述平衡车身（1）以所述转轴（22）为旋转中心摆动。

4.根据权利要求2所述的一种人机联合平衡车，其特征在于：所述摆动装置（2）采用转动副低副，是铰链结构的转动装置，具体地，所述平衡车身（1）的底端与上构件（26）连接成一体，下构件（28）固定在所述车底盘（3）上，销（27）穿过所述上构件（26）和所述下构件（28），并由紧固件（29）进行轴向固定，所述平衡车身（1）以所述销（27）为旋转中心摆动。

5.根据权利要求1所述的一种人机联合平衡车，其特征在于：所述的车底盘（3）是一种安装了使整车在横向，即车行进的垂直方向上与路面形成至少两点支撑的车轮的装置，它与车的行进方向的车轮配合，形成了整车对地的面接触。

6.根据权利要求5所述的一种人机联合平衡车，其特征在于：所述的车底盘（3）采用两轮结构，即横向上左右两侧各安装一个车轮；或者，所述两轮结构的车底盘（3）与单轮组成前单轮后两轮，或前两轮后单轮的三轮结构；或者，所述两轮结构的车底盘（3）组合成前两轮、后两轮的四轮结构。

7.根据权利要求6所述的一种人机联合平衡车，其特征在于：所述车底盘（3）由支撑梁（31）、减振器（32）、轮架（33）、车轮（34）组成，所述车轮（34）安装在所述轮架（33）的左右两端，所述支撑梁（31）通过所述减振器（32）安装在所述轮架（33）的上方。

8.根据权利要求6所述的一种人机联合平衡车，其特征在于：三轮结构的人机联合平衡车，其单轮设置在所述平衡车身（1）上；四轮结构的人机联合平衡车，其平衡车身（1）上不设置车轮，车身通过前后两个所述摆动装置（2）与车的前后两个所述车底盘（3）连接。

9.根据权利要求1所述的一种人机联合平衡车，其特征在于：所述平衡车身（1）包含了方向机构（11）、车的动力装置或电池（12）、车座（13）、车身架及壳体（14），所述方向机构（11）具体地，为电动自行车的把手转向机构。

10.根据权利要求1所述的一种人机联合平衡车，其特征在于：所述摆动控制装置（4）由驻车装置（41）和驻车控制装置（42）组成，当车在低速或驻车时，所述驻车装置（41）在所述驻车控制装置（42）的控制下，使所述平衡车身（1）的摆动受到限制，以保持车身直立。

11.根据权利要求1所述的一种人机联合平衡车，其特征在于：所述摆动控制装置（4）是电子平衡控制装置，所述电子平衡控制装置由传感器、控制器和执行器组成，所述传感器能感受所述平衡车身（1）的平衡状态，并发送给所述控制器，控制器根据传感器的传回的信息进行处理，然后控制所述执行器工作，通过控制所述平衡车身（1）摆动、控制车速、控制车的转弯半径，使平衡车身（1）保持平稳的平衡状态，具体地，所述电子平衡控制装置为目前平衡车的陀螺仪传感及平衡控制***。

12.根据权利要求10所述的一种人机联合平衡车，其特征在于：所述驻车装置（41）采用伸缩结构，由驾车人控制其伸缩的长度，使之支撑在所述车底盘（3）上，以便在低速或驻车时获得所需要的支撑力，限制所述平衡车身（1）摆动，保持车身直立。

13.根据权利要求12所述的一种人机联合平衡车，其特征在于：伸缩型驻车装置（41）是凸轮与滑杆的组合机构，具体地为：固定在车身内部的凸轮机构（411）与驻车支撑杆（414）接触，所述驻车支撑杆（414）可在滑轨（412）内滑动，所述滑轨（412）固定在所述平衡车身（1）上，所述驻车支撑杆（414）下部设置弹簧（413），当所述凸轮机构（411）转动时，在所述弹簧（413）的作用下，所述驻车支撑杆（414）紧贴凸轮并沿滑轨作上下滑动，实现伸缩动作；当所述驻车支撑杆（414）收缩到极限位置时，又起到了限制所述平衡车身（1）摆动的最大角度的作用。

14.根据权利要求10所述的一种人机联合平衡车，其特征在于：所述驻车控制装置（42）为传力机构，驾车人通过所述驻车控制装置（42）把发出的控制力传递到所述驻车装置（41）上，使所述驻车装置（41）动作。

15.根据权利要求14所述的一种人机联合平衡车，其特征在于：所述驻车控制装置（42）由脚踏装置（421）和传递装置（422）组成，人通过对所述脚踏装置（421）的踩踏产生位移，所述传递装置（422）将这种位移传递给所述凸轮机构（411），使之发生转动，进而使所述驻车支撑杆（414）上下移动，实现伸缩动作。

16.根据权利要求10所述的一种人机联合平衡车，其特征在于：所述摆动控制装置（4）还包含车身摆动限位装置（43），所述车身摆动限位装置（43）用来限制所述平衡车身（1）摆动的最大角度。

17.根据权利要求16所述的一种人机联合平衡车，其特征在于：所述车身摆动限位装置（43）为固定在所述平衡车身（1）底部两侧的限位块，随着所述平衡车身（1）的摆动角度增大，所述车身摆动限位装置（43）离所述车底盘（3）越来越近，直至碰到车底盘，对所述平衡车身（1）摆动的最大角度起到限制的作用。

18.根据权利要求1所述的一种人机联合平衡车，其特征在于：所述人机联合平衡车还包含了强制减速装置（5），当车身摆动到接近最大位置时，所述强制减速装置（5）启动，使车减速。

19.根据权利要求18所述的一种人机联合平衡车，其特征在于：所述强制减速装置（5）为机械式刹把装置，其触发杆（51）安装在所述平衡车身（1）底部与所述车底盘（3）之间，所述触发杆（51）与刹车钢丝（53）连接，钢丝护套底座（52）固定在所述平衡车身（1）上，所述刹车钢丝（53）尽头连接常规车轮的刹车装置，如鼓刹；当平衡车身摆动到的极限位置附近时，所述触发杆（51）开始接触到所述车底盘（3）上，所述触发杆（51）在自身杠杆原理作用下，另一端开始离开所述钢丝护套底座（52）并拉动所述刹车钢丝（53），进而使所述刹车钢丝（53）尽头的刹车装置开始动作进行刹车减速；当平衡车身继续摆动向极限位置时，所述触发杆（51）继续拉动所述刹车钢丝（53），从而使刹车动作进一步加强，以获得更强的制动效果。

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