驱动和转向系统以及包括该驱动和转向系统的车辆的制作方法

本申请要求2015年10月27日提交的名称为“全身循环踏板车及驱动方法”的美国临时申请第62/247,095号的权益，其全文在此引入作为参考。

技术领域

本发明大体上涉及驱动和转向(D&S)系统或组件，以及包括所述系统的各种车辆。更具体地，所述系统至少包括以三角形基本框架组装的曲柄轮、双轮传动装置、飞轮，以及驱动轮。尽管将使用踏板车作为代表性示例来说明本发明，应当意识到，本发明也可以应用于其他车辆，比如自行车、三轮车、斜躺式自行车、轮椅等。

背景技术：

综合性锻炼或全身锻炼对人的身体健康是有益的。人们从一个地方走到另一个地方的同时，他们的下肢得到锻炼。此外，传统自行车和踏板车也是腿部和脚部驱动的。相比之下，当人们行走、跑动以及骑自行车时上身无法得到同样水平的锻炼，因而上身可能保持松弛而不健美。对人们来说，上身具有强壮的肌肉是同等重要的，比如肱二头肌和胸肌，因为在静止状态下肌肉组织燃烧身体卡路里比脂肪更快。因此，全身健美将产生更有效的方式来燃烧卡路里并最终减轻体重。

有必要制造一种对由手部或手臂提供动力的轮式车辆，除了用作其他目的之外——比如娱乐和运输，个人还可以在街上使用改轮式车辆，不仅用来锻炼上身和下身，而且提高物理平衡性和协调性。

有利地是，通过提供新颖的驱动和转向系统或组件以及包括所述系统的各种车辆，本发明可以满足此类需求。

技术实现要素：

本发明的一个方面提供了一种驱动和转向系统(D&S系统)，其包括用于动力输入的曲柄轮、双轮传动装置、飞轮、用于动力输出的驱动轮以及三个连接构件。飞轮和驱动轮合用一个共用轮轴。第一连接构件用于连接曲柄轮和双轮传动装置。第二连接构件用来连接共用轮轴和第一连接构件。第三连接构件连接双轮传动装置和共用轮轴。可替代地，第三连接构件可以用于连接双轮传动装置和在共用轮轴附近的第二连接构件的终端部分。框架连接器可旋转地安装在第二连接构件上，用于将D&S系统连接至车辆的框架。使用者或骑车者可以旋转曲柄轮，驱动双轮传动装置旋转，驱动飞轮旋转，进而驱动驱动轮在地面上旋转并牵引车辆。使用者可以通过利用第二连接构件作为实际轮轴围绕框架连接器旋转曲柄轮来使驱动轮转向。

本发明的另一个方面提供了一种包括框架以及驱动和转向系统(D&S系统)的车辆。所述D&S系统包括用于动力输入的曲柄轮、双轮传动装置、飞轮、用于动力输出的驱动轮以及三个连接构件。飞轮和驱动轮合用一个共用轮轴。第一连接构件用于连接曲柄轮和双轮传动装置。第二连接构件用来连接共用轮轴和第一连接构件。第三连接构件连接双轮传动装置和共用轮轴。可替代地，第三连接构件可以用于连接双轮传动装置和在共用轮轴附近的第二连接构件的终端部分。框架连接器可旋转地安装在第二连接构件上，且所述D&S系统通过此类框架连接器连接至所述框架。使用者或骑车者可以旋转曲柄轮，其驱动双轮传动装置旋转，这驱动飞轮旋转，进而驱动驱动轮在地面上旋转并牵引车辆。使用者可以通过利用第二连接构件作为实际轮轴围绕框架连接器旋转曲柄轮来使车辆转向。

通过以下结合附图对实施本发明的最佳方式进行的详细描述，本发明的以上特征和优点以及其他特征和优点是显而易见的。

附图说明

在附图的图示中，以示例的方式而不是以限制的方式示出了本发明，并且在附图中，相同的附图标记指代相似的元件。所有的图示是示意性的而且仅显示了为了阐述本发明所必需的部分。为了简单而清楚地说明，图示中显示并在以下进行讨论的元件未必是按比例绘制的。为了避免不必要地模糊本发明，以简化形式示出了公知的结构和装置。其他部分可略去或者仅间接地表明。

图1A示意性地示出了根据本发明的示范性实施例的驱动和转向系统(D&S系统)。

图1B示意性地示出了根据本发明的示范性实施例的另一驱动和转向系统(D&S系统)。

图2示出了根据本发明的示范性实施例的在第二连接构件和第一连接构件之间的可调节连接。

图3示出了根据本发明的示范性实施例的可折叠D&S系统。

图4显示，根据本发明的示范性实施例，曲柄轮的位置可调节以用于改变骑车者的高度。

图5演示了根据本发明的示范性实施例的包括D&S系统的踏板车。

图6示意性示出了根据本发明的示范性实施例的包括D&S系统的划行轮椅。

图7示意性示出了根据本发明的示范性实施例的包括D&S系统的划行斜躺式自行车。

图8显示了根据本发明的示范性实施例的包括D&S系统的全轮驱动划行自行车。

图9是根据本发明的示范性实施例的处于操作配置(未折叠)下的可折叠划行踏板车的等轴测视图(等轴侧视图)。

图10是根据本发明的示范性实施例的处于存储配置(完全折叠)下的可折叠划行踏板车的等轴测视图(等轴侧视图)。

图11是根据本发明的示范性实施例的处于运输配置(未完全折叠)下的可折叠划行踏板车的等轴测视图(等轴侧视图)。

图12是根据本发明的示范性实施例的处于操作配置(未折叠)下的可折叠划行踏板车的侧视图。

图13是根据本发明的示范性实施例的处于操作配置(未折叠)下的可折叠划行踏板车的后视图。

具体实施方式

在下文的描述中，将出于解释的目的阐明多个具体细节从而提供对本发明的透彻理解。然而，对本领域技术人员显而易见的是，在没有这些具体细节或者使用等价布置的情况下，也可以实践本发明。

图1A示意性地示出了根据本发明的实施例的驱动和转向系统(D&S系统)或组件(D&S组件)。所述系统包括用于动力输入的曲柄轮106、双轮传动装置107、飞轮108、用于动力输出的驱动轮112、第一连接构件104、第二连接构件160以及第三连接构件105。针对动力输入，D&S系统可以由手部、手臂、脚部、腿部或它们的任意组合来驱动或提供动力。

飞轮108和驱动轮112可以合用共用中心轴或轮轴150。驱动轮112可以通过摩擦力将接收到的扭矩转换为牵引力，这样可以在包括D&S系统的车辆与切向表面(例如，道路)之间产生运动。

第一连接构件104用于连接曲柄轮106和双轮传动装置107。曲柄轮106将骑车者手臂或腿部的往复运动转化为用于驱动链或带的旋转运动，最终驱动驱动轮112。例如，曲柄轮106可以由一个或多个链轮(AKA链环或链轮)以及把手或脚踏板所附接至的臂或曲柄臂组成。曲柄轮106可以通过底部支架连接至第一连接构件104。

第二连接构件160用来连接共用轮轴150和第一连接构件104。在图(a)所示出的一个实施例中，第三连接构件105连接双轮传动装置107和共用轮轴150。在图(b)所示出的另一实施例中，第三连接构件105连接双轮传动装置107和在共用轮轴150附近的第二连接构件160的终端部分。框架连接器170可旋转地安装在第二连接构件160上以用于连接至车辆的框架180。框架连接器170可以固定地紧固至框架180，但是其也可以可拆卸地紧固至框架180。通常，框架180具有前部、后部以及用于支承站立或坐着的使用者的支承平台。所述框架可以通过包覆有木质或金属平台的金属成管制成。至少一个后轮可旋转地安装至框架的后部。例如，两个后轮可以提供更大的平衡性和稳定性。驱动轮112通常是前轮，其可旋转地安装至第二连接构件160的下端。

在本发明中实现了一种用于驱动车辆并使其转向的机制。例如，使用者可以旋转曲柄轮106，可引起双轮传动装置107的旋转，从而引起飞轮108和所附接的驱动轮112的旋转。使用者可以通过利用所述第二连接构件160作为实际轮轴围绕框架连接器170旋转曲柄轮106来使驱动轮112转向。

在各种实施例中，第二连接构件160包括叉/转向件和管中杆结构，所述管中杆结构从叉/转向件延伸，并且杆可以在所述管内滑动或套叠以调节第二连接构件的长度。可调节套环可以安装在第一连接构件104上，并且所述可调节套环的位置可以沿第一连接构件104进行调节。第二连接构件160通过诸如将可调节套环和杆联接的短扦状件的快速释放件连接至第一连接构件104。当快速释放件被释放时，可调节套环和杆彼此分离。第一连接构件104可以随后朝向第三连接构件105折叠，所述第三连接构件可以随后朝向所述第二连接构件160折叠。安全装置可以用来联接第一连接构件104和第二连接构件160以防止两者意外分离。

图1B和图2是体现图1A的设计的D&S系统的示意性视图。参考附图，头管01是框架连接器170的示例。第一后下叉04或04A以及第二后下叉05或05A分别是第一连接构件104和第三连接构件105的示例。第二连接构件160包括叉/转向件02和管中杆结构03或03A，其中杆可以在管内上下滑动或套叠来调节第二连接构件的160的长度以用于改变骑车者的高度。头管01安装在叉/转向件02上，其连接至管中杆结构03或03A。03或03A的杆的端部连接至第一后下叉04/04A。顶端底部支架心轴用于连接曲柄轮06和曲柄臂11。底端底部支架心轴连接至双轮传动装置07，并且底部支架壳连接至第二后下叉05/05A的顶端。第二后下叉05/05A的底端连接至叉/转向件02的下端。从而形成双后下叉结构，并且所述结构可以容纳双链或双带动力驱动器系统。第一链或第一带09可操作地将曲柄轮06连接至双轮传动装置07并在它们之间传送/传递动力。第二链或第二带10可操作地将双轮传动装置07连接至飞轮08和驱动轮12，并在它们之间传送/传递动力。由此可以输送所需的动力和速度以驱动地面上的驱动轮12。

在优选实施例中，本发明的D&S系统可以通过添加一些调节和可折叠特征得到改进。参考图2，可调节套环13可以安装在第一后下叉04/04A上，并且可以调节其在后下叉上的位置以调节曲柄轮06的高度。可调节套环13可以具有在底部支架上的连接结构以接收与03/03A中杆的头部的枢转连接。快速释放件35用于方便并快速地将可调节套环13和后下叉04/04A从03/03A中杆的头部释放。

双轮传动装置107可以充当铰链组件，所述铰链组件允许第一连接构件104折叠回到第二连接构件160上，而使得车辆进入更紧凑的形式。由此可以实现第一连接构件104相对于第二连接构件160的角度调整。这样的角度调整可以减少D&S系统的总体高度并提高其便携性。图3显示了本发明的D&S系统是如何被折叠的。当快速释放件35被释放时，第一后下叉04A将能够在将底部支架与第二后下叉05/05A连接的轮轴上枢转并折叠到第二后下叉05/05A上。接着，组装在第一后下叉04/04A和第二后下叉05/05A上的部件将能够在叉02上的接头上枢转并朝向管/杆03A折叠。

如图4中所示，通过调节管/杆03/03A的长度、调节在套环13在第一后下叉04/04A上的位置或者同时调节两者，可以上下或前后移动曲柄轮06的位置。所述调节使用在第一后下叉04/04A与第二后下叉05/05A之间的枢转接头，以及在第二后下叉05/05A与叉/转向件02之间的枢转接头。

在各种实施例中，本发明的车辆可以选自踏板车、轮椅、斜躺式自行车、三轮车、自行车等等，如图5-8中所示。图5显示，图1A中的框架180可以是用于划行踏板车、划行滑板车或者电动马达(EM)辅助划行踏板车的框架FA01。图6显示，图1A中的框架180可以是用于划行轮椅或者电动马达(EM)辅助划行轮椅的框架FA02。图7显示，图1A中的框架180可以是用于全身工作划行斜躺式自行车或者电动马达(EM)辅助全身工作划行斜躺式自行车的框架FA03。图8显示，图1A中的框架180可以是用于全轮驱动划行自行车的框架FA04。

图9-13中附图标记的标识所列如下：头管01；转向件/叉02；延伸管和杆03A的组件；快速释放件35，比如短扦状件；第一后下叉04B；具有拼合毂壳体的第二后下叉05A；在曲柄臂11上的第一曲柄组06A；具有两个齿盘的第二曲柄组07A；盒和变速器08A；第一链环09A；第二链环1OA；曲柄臂11；前轮/轮胎/轮毂12；可调节套环或连接器13；右手(RH)手柄/把手14；左手(LH)手柄/把手15；制动器杠杆16；换挡器17；制动器线缆18；变速线19；保持折叠线缆20；前制动器21；前挡泥板22；锚眼23；转向悬挂弹簧24；释放杠杆25；阶梯式框架26；踏板27；后轮/轮胎/轮毂28；挡泥板制动器29；后反射器30；安装槽夹子31；安装螺钉32；夹圈33；定位销34；以及快速释放件35。

在一个优选实施例中，车辆是踏板车。当在框架连接器170(头管01)上的释放杠杆25被释放时，踏板车框架可以与第二连接构件160上的头管01分离。分离后的踏板车框架可以利用两个联接装置附接至第二连接构件160，而使得踏板车可折叠。此外，第二连接构件160可以通过快速连接器连接至第一连接构件104。当所述快速连接器被释放时，第一连接构件104和第三连接构件105可以折叠到第二连接构件160上，而使得踏板车更大程度上可折叠。

图9、图12和图13分别是本发明实施例的划行踏板车等轴测视图、侧视图和后视图。采用具有释放杠杆25的诸如销和锁的快速连接结构被采用来连接或分离头管01和阶梯式框架26。头管01安装在转向件/叉02上，如传统自行车那样。为了确保转向和行进的稳定性，头管01还配备有保持在转向件/叉02两侧上的一组转向悬挂装置24。锚眼23的一个眼附接至转向件/叉02上，而另一个眼为锚定转向悬挂弹簧24的锚眼。

组件03/03A是延伸管和杆的组合。利用夹楔连接机制，延伸管连接到叉/转向件02的转向件管内。在延伸管的端部与杆相连接，而允许杆与管一起调节位置。杆具有夹楔展开连接器以类似于传统头杆在延伸管中保持和调节，但是在另一端独有容纳快速释放件35的结构。快速释放件35可以是短扦状件。

可调节套环或连接器13具有夹圈结构以调节位置且其紧固在第一后下叉04B的管身上。类似自行车转向件/叉的叉结构被用于和组件03A的杆端上的快速释放件(例如，短扦状件35)一起工作，并且通过所述短扦状件锁住或释放。

第一后下叉04B是一个组装部件。一个部件是主管和用来容纳底部支架、心轴的底部支架壳的焊接构造部件以与曲柄组06A和曲柄臂11相连接。在管另一端处板上的焊接用来接受来自组件其他部件的推力以用于调节链条张力。另一部件也是具有两侧支架的焊接结构部件，将底部支架壳保持在一端上而将短管保持在另一端上。管壳的内径能够允许来自其他焊接部件的管端滑入和滑出以用于位置调节。管壳的外端具有狭槽，允许夹圈在张力调节之后将其紧固在来自其他部件的内管上。在两个侧支架的短管的端部处，保持螺母焊接在上面以容纳张力调节螺栓。

第二后下叉05A也是组装部件。主体是焊接组件，在底部上具有两个较宽端部以容纳来自叉/转向件02的轴栓，以及在顶部上具有两个较窄端部以与拼合毂壳体组装并与来自第一后下叉04B的底部支架壳相连接。

第一曲柄组06A设计为在RH曲柄臂上具有曲柄以及具有一个附接的齿盘。第二曲柄组07A构件为具有曲柄和两个附接的齿盘。具有5级变速器08A的盒利用第二链环10A可旋转地联接至第二曲柄组07A的一个齿盘，以及第一曲柄组06A利用第一链环09A可旋转地联接至第二曲柄组07A的另一个齿盘。前轮12A是轮胎、轮辋和轮毂的组件，并且可以通过旋转具有5级变速器08A的盒而使其旋转。从一级变速开始传输的机械优势有助于允许操作者改变齿轮比而使得山路爬升更轻松。

应当意识到，可以使用任何其他合适盘或集群，飞轮或盒的形式。后变速盘是一套多个链轮，其附接至轮毂。其与变速器一起工作以向骑车者提供多个齿轮比。不同于飞轮，盒具有形成链轮和花鼓之间机械联接的一系列直线花键，其含有棘轮机构。整个盒通过螺纹锁环保持在轮毂上。

可调节连接器13可以沿第一后下叉04A调节。第一后下叉04B具有在底部支架上的连接结构以接收与第二后下叉05A的枢转连接。第一后下叉04B可以利用快速释放件35连接至组件3A中杆的头部。

踏板车可以利用骑车者的手部得以推进和导向。骑车者的手部可以一致协调地移动以推进右手(RH)手柄/把手14和左手(LH)手柄/把手15并使踏板车向前移动和转向。例如，逆时针旋转由手部驱动的曲柄轮106使驱动轮112向前推进踏板车。然而，应当意识到，如果使用了不同的配置，顺时针旋转也可以向前推进踏板车。在示范性实施例中，RH手柄14可以是，诸如RH T心轴、短c17/8OD管以及短c17/8ID管的组件。LH手柄15可以是，诸如LH T心轴、短b7/8OD管以及短07/8ID管的组件。使用者可以通过变速线9调节LH 5级换挡器17以改变车辆速度，并经由制动器线缆18和前轮辋制动器21使用LH制动器杠杆16来使踏板车停下。前挡泥板22防止水从地面通过前轮12A喷溅出。

在操作中，踏板车的骑车者通过右手(RH)手柄/把手14和左手(LH)手柄/把手15同时进行转向和驱动。而对于通常的自行车，骑车者通过按照选定方向旋转手柄/把手14和15控制行进的方向。为了驱动踏板车，骑车者以逆时针方向旋转手柄/把手14和15。骑车者的手部可以协调一致地旋转手柄/把手14和15，伴以双手协调一致地向前/下/后/上移动。此种驱动运动利于随着使用者前后移动其重心，从而将驾驶者的体重转化为驱动动力。由于使用者可以将其前后运动转化为驱动动力，因此使用者不需要那么多的上身力量和用力来推进踏板车。

当骑车者的脚部按压传统的挡泥板致动器29时，踏板车可以减速并停止。安装在阶梯式框架26上的踏板27可以充当支承站立着的使用者的支承平台。本发明的踏板车的其他部件类似于传统踏板车，并且可以包括，例如，后轮胎/轮辋/轮毂组件28以及后反射器/致动器灯30，为简明起见将不再详细进行描述。

图10和图11是本发明的实施例中的划行踏板车的等轴测视图。参考图11，骑车者可以推动锁定/释放杠杆25以将主框架(包括阶梯式框架26和后轮胎/轮辋/轮毂组件28)从头管01分离。随后使用安装槽夹子31将安装螺钉32夹在叉/转向件02的叉侧上。夹圈33，以销/锁定环34组装并夹持在延伸管/杆03A的延伸管上，可以与安装槽夹子31和夹圈32上的夹紧配合，锁定销插入到踏板上的定位孔内，并且锁定环可以夹在阶梯式框架的下管上的止动处下方以将主框架和阶梯式框架保持在一起。由此减少了踏板车的尺寸，并且踏板车便于携带、存储和运输。参考图10，骑车者可以将第一后下叉04B与连接器13分离，并且向第二后下叉05A折叠第一后下叉04B以进一步提高踏板车的便携性。

当快速释放件35被释放时，组装在第一后下叉和第二后下叉两者上的所有部件将得以过度枢转。因此，在本发明的优选实施例中，可以使用安全装置来防止此类情形发生，并将全部后下叉保持为接近管/杆03/03A/03B。例如，诸如保持折叠线缆的线缆可以用于将第一后下叉连接至管/杆03/03A/03B。

在以上说明书中，已经参考大量具体细节对本发明的实施例进行了描述，这些具体细节可能随着实施方式不同而不同。相应地，说明书和附图应当被视为说明性而非限制性的。本发明范围的唯一和排他的表示，以及申请人旨在作为本申请范围的内容，是本申请提出的一组权利要求的字面和等价范围，这些权利要求提出了其具体形式，包括任何后续的修改。