Одноколесное транспортное средство и устройство стабилизации транспортного средства - RU2456195C2
Код документа: RU2456195C2
Чертежи
Описание
Изобретение относится к транспортным средствам, в частности к одноколесным транспортным средствам, и может быть использовано как для целей отдыха и передвижения, так и для перемещения грузов.
Известно транспортное средство Segway, выпускаемое американской фирмой Segway LLC, состоящее из двух колес, расположенных на одной оси с расположенной между ними площадкой для ног. Водитель располагается стоя на площадке и держится за ручку управления транспортным средством. Транспортное средство использует сложную систему гироскопов и компьютеров и двигается вперед и назад в соответствии с наклоном тела водителя. Поворот транспортного средства осуществляется поворотом ручки управления.
Недостатками этого транспортного средства является его ширина, вызывающая ограничения, связанные с его использованием в общем потоке пешеходов.
Известно транспортное средство Honda U3-X, состоящее из одного сложного колеса и системы электронной стабилизации положения водителя. Основное колесо имеет возможность вращения вокруг собственной оси, а также имеет множество маленьких колес, расположенных вокруг его обода с возможностью вращения. Оси маленьких колес находятся в плоскости основного колеса, что позволяет транспортному средству перемещаться в направлении, перпендикулярном плоскости основного колеса, а при одновременном вращении большого и маленьких колес - в любом направлении, выбранном водителем. Управление транспортным средством осуществляется наклоном тела водителя, которое контролируется системой гиродатчиков и электронной схемой управления.
Использование этого транспортного средства из-за наличия маленьких колес ограничено поверхностью, по которой передвигается транспортное средство. Поверхность должна быть твердой и достаточно чистой, например офисный пол.
Наиболее близким по решаемой задаче и технической сущности является транспортное средство eniCycle, сконструированное изобретателем из Словении Александером Полутником, состоящее из одного колеса со встроенным в него электромотором. Над колесом при помощи подвески, состоящей из амортизатора и пружины, расположено сиденье. Гиродатчик жестко укреплен к сиденью, на котором располагается водитель. Изменение угла наклона водителя относительно вертикали в плоскости направления движения определяет гиродатчик. Сигнал от гиродатчика поступает в электронную систему и изменяет скорость двигателя таким образом, чтобы вернуть eniCycle равновесие. В случае если водитель наклоняется вперед, скорость увеличивается, а если откидывается назад, скорость уменьшается. Таким образом баланс транспортного средства восстанавливается. Недостатком данного транспортного средства является то, что стабилизация транспортного средства по крену (противодействие падению на бок) осуществляется самим водителем балансированием тела и изменением положения колеса относительно вертикальной оси. Такой способ сохранения равновесия сильно затруднителен и требует большой предварительной подготовки самого водителя. Кроме того, падение с транспортного средства из сидячего состояния связано с получением травм.
Задачей предложенного изобретения является создание простого в управлении и безопасного одноколесного транспортного средства для использования в условиях открытого пространства, в частности в городских условиях.
Предлагаемое техническое решение позволяет стабилизировать одноколесное транспортное средство по крену и тем самым обезопасить водителя от падения на бок.
Поставленная задача решается тем, что устройство стабилизации транспортного средства состоит из двух маховиков, установленных на раме транспортного средства. Маховики вращаются в противоположных направлениях и имеют возможность отклонения в плоскости, перпендикулярной направлению движения транспортного средства. Оси вращения маховиков параллельны. Оба маховика снабжены упорами, установленными таким образом, что при наклоне транспортного средства в сторону от вертикального положения ось вращения первого маховика сохраняет вертикальное положение, а ось вращения второго маховика отклоняется на угол отклонения транспортного средства от вертикального положения.
Также поставленная техническая задача решается тем, что на раме одноколесного транспортного средства установлено колесо и закреплен электродвигатель для вращения колеса. Также на раме жестко установлен по меньшей мере один гиродатчик, предназначенный для измерения углового отклонения рамы от вертикального положения в плоскости направления движения одноколесного транспортного средств. На раме расположен блок управления транспортным средством, предназначенный для обработки получаемых от гиродатчика результатов измерений и изменения скорости и направления вращения электродвигателя. Кроме того, на раме расположен блок аккумуляторов, предназначенный для питания потребителей электроэнергии. С обеих сторон от колеса на раме установлены подставки для ног водителя. При этом одноколесное транспортно средство дополнительно снабжено устройством стабилизации транспортного средства, включающим в себя два маховика. Маховики установлены на раме, вращаются в противоположных направлениях и имеют возможность отклонения в плоскости, перпендикулярной направлению движения транспортного средства. Оси вращения маховиков параллельны. Оба маховика снабжены упорами, установленными таким образом, что при наклоне одноколесного транспортного средства в сторону от вертикального положения ось вращения первого маховика сохраняет вертикальное положение, а ось вращения второго маховика отклоняется на угол отклонения транспортного средства от вертикального положения.
В частном случае колесо и электродвигатель выполнены в виде мотор-колеса.
В частном случае транспортное средство снабжено ручкой для опоры рук водителя с возможностью фиксирования ее в сложенном и выдвинутом положении.
В частном случае подставки для ног транспортного средства снабжены датчиками наличия водителя на транспортном средстве, которые соединены с блоком управления транспортным средством.
В частном случае транспортное средство снабжено табло с расположенными на нем индикаторами. На это табло может выводиться информация о работе как отдельных приборов, в частности частота оборотов маховиков, так и транспортного средства в целом, в частности скорости его движения.
В частном случае транспортное средство снабжено упорами-фиксаторами голени водителя.
В частном случае на каждой подставке для ног транспортного средства установлен по меньшей мере один опорный ролик.
В частном случае на транспортном средстве между рамой и колесом установлена система подрессоривания.
В частном случае транспортное средство снабжено защитным кожухом, выполненным из полимерного материала.
В частном случае защитный кожух дополнительно снабжен светоотражателями.
В частном случае защитный кожух дополнительно снабжен по меньшей мере одной фарой.
В частном случае транспортное средство дополнительно снабжено источником звукового сигнала.
В дальнейшем изобретение иллюстрируется подробным описанием конкретного примера выполнения и чертежами, на которых:
на фиг.1 изображен вариант выполнения транспортного средства;
на фиг.2 изображена принципиальная схема транспортного средства;
на фиг.3 - вариант выполнения транспортного средства с двигателем и трансмиссией;
на фиг.4 - подставка для ног водителя с установленными опорными роликами;
на фиг.5 - пример установки маховиков на транспортном средстве;
на фиг.6 изображена принципиальная схема работы устройства стабилизации транспортного средства.
Заявляемое одноколесное транспортное средство, как показано на фиг.1 и фиг.2, содержит раму 1 с установленным в раме колесом 2 и электродвигателем 3. Колесо 2 и электродвигатель 3 оборудованы трансмиссией 4 для передачи крутящего момента от электродвигателя 3 к колесу 2 (фиг.3). В качестве трансмиссии 4 могут быть использованы, например, цепная или ременная передачи.
В описываемой конкретной конструкции колесо 2 и электродвигатель 3 установлены на одной оси и совместно образуют мотор-колесо.
Колесо 2 крепится к раме 1 через систему подрессоривания 5, которая на фиг.1 изображена схематически. Как пример, в описываемой конструкции в качестве системы подрессоривания используются амортизатор и пружина.
Также на раме 1 заявляемого транспортного средства, как показано на фиг.1, жестко установлен гиродатчик 6. Гиродатчик 6 регистрирует угол наклона транспортного средства в плоскости направления движения - угол тангажа. Гиродатчик 6 соединен с блоком 7 управления транспортного средства.
Также на раме 1 транспортного средства закреплен блок 8 аккумуляторов.
С обеих сторон от колеса 2 на раме 1 установлены подставки 9 для ног водителя. Каждая подставка 9 для ног водителя снабжена датчиками 10 наличия водителя на транспортном средстве и по меньшей мере одним опорным роликом 11, как это показано на фиг.4. В описываемом примере в качестве датчиков 10 используются концевые выключатели. Датчики 10 наличия водителя соединены с блоком 7 управления транспортного средства.
Транспортное средство имеет устройство стабилизации, состоящее из двух маховиков 12, установленных на раме 1 транспортного средства. Пример установки маховиков 12 на раме 1 показан на фиг.5. Оба маховика 12 снабжены упорами 13. Маховики 12 снабжены электродвигателями 14 маховиков (фиг.5), которые соединены с блоком 8 аккумуляторов и включаются отдельным выключателем. Маховики 12 установлены с возможностью вращения в противоположных направлениях (фиг.6) и имеют возможность отклонения в плоскости, перпендикулярной направлению движения транспортного средства (фиг.5 и фиг.6). При этом при отклонении рамы 1 от вертикального положения в плоскости, перпендикулярной направлению движения транспортного средства, ось одного из маховиков 12 остается в вертикальном положении, а ось другого отклоняется вместе с рамой 1, удерживаясь упором 13.
Транспортное средство (фиг.1) снабжено индикаторами 15, в описываемом примере расположенными на ручке 16 для опоры водителя. Индикаторы 15 выполнены, например, в виде табло. Ручка 16 для опоры водителя установлена на раме 1 и, для удобства эксплуатации транспортного средства, имеет возможность фиксации по меньшей мере в выдвинутом и сложенном состоянии.
Для удобства транспортное средство может быть снабжено упорами-фиксаторами 17 голени водителя, жестко прикрепленными к раме 1 транспортного средства, и кожухом 18. Для безопасности эксплуатации транспортного средства кожух 18 оснащен светоотражателями 19 и фарой 20. Также для безопасности на транспортном средстве установлен источник звукового сигнала 21.
Питание всех потребителей электроэнергии транспортного средства, а именно электродвигателя 3, гиродатчика 6, блока 7 управления транспортного средства, электродвигателей маховиков 12, индикаторов 15, фары 20, источника звукового сигнала 21, производится от блока 8 аккумуляторов.
Транспортное средство работает следующим образом.
Транспортное средство устанавливают в вертикальное положение и, удерживая его за ручку 16, производят включение электродвигателей маховиков 12. До набора маховиками 12 необходимой частоты оборотов транспортное средство должно находиться в вертикальном положении. О достижении маховиками 12 частоты оборотов, необходимых для работы устройства стабилизации, сигнализируют индикаторы 15.
После включения устройства стабилизации транспортного средства водитель встает ногами на подставки 9. При этом датчики 10 наличия водителя на транспортном средстве включают блок 7 управления транспортным средством.
Водитель на транспортном средстве начинает движение, например, вперед. Для этого достаточно наклонить транспортное средство в сторону предполагаемого движения. Наклон можно производить как используя ручку 16 для опоры водителя, так и упоры-фиксаторы 17 или используя их совместно. Блок 7 управления по данным об угле отклонения от вертикали в плоскости направления движения (угол тангажа), получаемым от гиродатчика 6, стремится сохранить устойчивое положение транспортного средства по тангажу, изменяя скорость и направление вращения электродвигателя. В процессе равномерного прямолинейного движения устанавливается баланс между скоростью движения транспортного средства и углом наклона транспортного средства (углом тангажа). Любое изменение угла наклона транспортного средства приводит к изменению скорости и направления вращения электродвигателя 3 и, следовательно, к восстановлению необходимого баланса между скоростью движения транспортного средства и его наклоном по тангажу.
Торможение транспортного средства производится путем перевода транспортного средства в вертикальное положение.
Таким образом, транспортное средство вместе с водителем сохраняет устойчивое положение и имеет возможность набора скорости и торможения.
Безопасность использования транспортного средства повышается за счет датчиков 10 наличия водителя на нем. При отсутствии обеих ног водителя на подставках 9 транспортного средства, о чем подается сигнал от датчиков 10 в блок 7 управления транспортного средства, полностью отключается подача тока на электродвигатель 3 и транспортное средство можно буксировать только вручную.
Также безопасность движения повышается за счет установки опорных роликов 11 на подставках 9 для ног. При движении в непосредственной близости от вертикальных поверхностей, например парапета, стены или высокого бордюра, значительно снижается риск зацепления транспортного средства выступающей частью, а именно подставкой 9 для ног, за поверхность. Ролики 11 осуществляют в этом случае скольжение по вертикальной поверхности и предотвращают зацепление подставок 9 для ног с упомянутой поверхностью, которое может привести к неконтролируемому падению транспортного средства вместе с водителем.
Безопасность движения также повышается, а управление транспортным средством упрощается за счет наличия на транспортном средстве упоров-фиксаторов 16 голени водителя. Водитель, упираясь в упоры-фиксаторы 17, удобно фиксирует ноги на транспортном средстве, а также имеет дополнительную возможность регулировать наклон транспортного средства при помощи ног и управлять скоростью транспортного средства.
Для защиты водителя от возможных грязевых выбросов из-под колеса 2, попадания одежды в колесо 2 транспортное средство снабжено кожухом 18. В целях облегчения конструкции кожух выполнен из полимерного материала, например из композиционного материала на основе поликарбоната и АБС-пластика.
Для обеспечения безопасности передвижения на транспортном средстве в условиях плохой видимости транспортное средство снабжено светоотражателями 19 и фарой 20, установленными на кожухе 18.
В целях обеспечения безопасности участников движения транспортное средство снабжено источником звукового сигнала 21.
Реферат
Изобретение относится к средствам гироскопической стабилизации. Два маховика (12) установлены на раме (1) для вращения в противоположных направлениях. При вертикальном положении транспортного средства маховики (12) имеют параллельные оси вращения. Оба маховика (12) имеют возможность отклонения в плоскости, перпендикулярной направлению движения. При наклоне транспортного средства в сторону от вертикального положения ось вращения одного маховика (12) сохраняет вертикальное положение, а ось вращения другого маховика (12) отклоняется на угол отклонения транспортного средства от вертикального положения. Решение направлено на стабилизацию по крену и, соответственно, на предотвращение падения набок. 2 н. и 11 з.п. ф-лы, 6 ил.
