[0002] 本申请引用2009年7月15日提交且共同待决的美国
专利申请号61/225,776以及2010年5月21日提交且共同待决的美国专利申请号12/785,147的优先权。本申请通过引用整体地并入美国专利申请号61/225,776和美国专利申请号12/785,147中。
[0004] 本发明公开的领域是转向机构，包括转向机构的车辆以及使用前面二者的方法。B.背景技术
[0005] 轮式车辆固有地在转弯过程中不稳定。进入弯道的移动车辆由于其线性动量被通常称为离心
力(实际是
惯性力)推向弯道外侧，这可以导致车辆侧翻、侧滑以及操作人员失去控制。
离心力随着车辆速度增加而增加并随着弯道
角度增加而增加，因此往往导致负面结果。
[0006] 使用多种机构来抵消转弯过程中的离心力。一些车辆能够倾斜进入弯道，最常见的示例是
自行车和摩托车。具有三个或更多个
车轮的车辆无法如此容易地倾斜，因为倾斜可能导致这些车轮中的至少一个失去与地面的
接触。车轮外倾、零偏距转向和阿克曼转向也改进转弯过程中的循迹。转弯过程中的不
稳定性在轻型车辆、平衡中心高的车辆和车轮
轴距较短的车辆中更为严重。转弯过程中的稳定性对于具有两个以上车轮的人力车辆一直是特别难以解决的问题，尤其是操作人员在操作期间必须保持直立的那些车辆。因此，本领域中存在早就认识到但未解决的需要：增加转弯过程中轮式车辆的稳定性而无需车辆被设计成实际比轻型动力车辆(例如，人力车辆)更大或更重。发明概要
[0007] 提供一种转向机构，其能够改变车轮的
前束角连同车轮的
外倾角。该转向机构的一些实施方案可以通过使直立构件倾斜来控制。后倾角控制响应使直立构件倾斜而发生的
前束角与外倾角的比例。在转向机构的一些实施方案中，可以调整后倾角以提供响应使直立构件倾斜的前束角与外倾角的变化的比例。该调整可以由操作人员来执行，或可以响应
传感器数据自动实现。还提供包括该转向机构的车辆，以及提供使车辆转弯的方法。
[0008] 这些功能以及其它功能通过提供一种转向机构来实现，该转向机构包括车轮总成和被构造为相对于车轮总成倾斜的直立构件，该车轮总成包括：车轮，该车轮具有旋
转轴、前束角和外倾角；紧固于车轮的
转向节，该转向节包括转向臂；具有
旋转轴、后倾角和主销倾角(“KPI”)的主销，该主销设置在转向节内以使转向节绕旋转轴自由旋转；承托主销的主销托架；具有内侧端和外侧端的转向杆系，该外侧端以控制转向节绕旋转轴旋转的程度的构造紧固于转向臂，该内侧端在第一连接点处紧固于直立构件；以支承方式紧固于主销托架的支承构件；以及后
倾点，该后倾点是车轮旋转轴与主销的旋转轴的交点。
[0009] 还提供一种包括车架的移动装置，该车架包括基本
水平朝向的纵向车架构件、与纵向构件成基本法线朝向连接的基本水平朝向的横向车架构件，以及在所述横向构件尾部
位置处连接到纵向构件的直立车架构件。横向车架构件的任一端上是前轮，且由驱动总成驱动的后轮以旋转方式连接到所述纵向车架构件的后端。
[0010] 该移动装置可以包括一对沿着纵向车架构件的任一侧基本水平设置的细长跨越构件，其中每个跨越构件的尾端以旋转方式连接到一对相对
曲柄中的每个相对曲柄的外端。朝向分开180°的该对相对曲柄中的每个相对曲柄的内端被构造成当曲柄旋转时沿着后轮旋转轴对后轮施加旋转运动。在移动装置的一个实施方案中，所述曲柄的外端在旋转时限定与后轮旋转轴同心的路径。在一些实施方案中，一对直立臂杠杆以枢转方式连接到直立车架构件，以使臂杠杆的上端和下端可绕枢轴点前后往复运动，其中每个直立臂杠杆具有上把手端和下枢转端。每个臂杠杆的下枢转端以枢转方式连接到跨越构件之一的前端。该驱动总成的一些实施方案包括以旋转方式连接到曲柄中的至少一个的内端的
链环、
啮合到链环的驱动链和啮合到驱动链且被构造为沿着后轮旋转轴对后轮施加旋转运动的
链轮。该驱动总成的一些实施方案包括毂体、旋
转轮轴(
曲柄臂的内端与之连接)以及将所述轮轴的旋转传递到毂体的内部
齿轮系。该装置还可包括用于本文公开的转向的任何机构，以及
刹车和多个
齿轮传动。
附图简介
[0011] 图1转向机构的实施方案的前视图。
[0012] 图2 0°后倾角的转向机构的实施方案的前视图。
[0013] 图3 30°后倾角的转向机构的实施方案的前视图。
[0014] 图4 60°后倾角的转向机构的实施方案的前视图。
[0015] 图5 90°后倾角的转向机构的实施方案的前视图。
[0016] 图6包括可调后倾角的转向机构的实施方案的侧视图。
[0017] 图7包括由操作人员可调的后倾角的转向机构的实施方案的前视图。
[0018] 图8包括使用
驱动轴可调的后倾角的转向机构的实施方案的前视图。
[0019] 图9包括使用驱动轴可调的后倾角的转向机构的实施方案的侧视图，其中该驱动轴由步进
电动机带动旋转，该步进电动机连接到蜗轮，该蜗轮又啮合到与驱动轴同心的
小齿轮。
[0020] 图10包括使用驱动轴可调的后倾角的转向机构的实施方案的侧视图，其中该驱动轴由换挡器线带动旋转，该换挡器线连接到由车辆操作人员操控的换挡手把。
[0021] 图11矢状平面、冠状平面和横平面的图示。
[0022] 图12移动装置的实施方案的透视图。
[0023] 图13图12所示的移动装置的实施方案的侧视图。
[0024] 图14示范驱动总成的顶部剖视图。
[0025] 图15示范内部齿轮系的示意图。
[0026] 图16包括链和链轮驱动总成和前后换挡齿轮的移动装置的实施方案的侧视图。
[0027] 图17包括啮合到驱动链的前链环的移动装置的实施方案的侧视图，其中该驱动链将旋转运动施加到后内置齿轮传动的
轮毂。
[0028] 图18包括控制步进电动机和电源的逻辑
电路的转向机构的实施方案的侧视图。
具体实施方式
[0029] A.定义
[0030] 如本文所使用的术语“包括”应是非限制性的，并且可以解读为表示“包括但不限于”。
[0031] 如本文所使用的术语“外倾”是指车辆的车轮相对于车辆的其余部分的垂直倾斜，其中这些车轮通常彼此平行。在此上下文中，“外倾”不是指两个车轮的上边缘或下边缘比相对边缘更靠近中心线或更远离中心线的车轮构造。
[0032] 如本文所使用的术语“矢状平面”是指其为垂直的平面，包括车辆的前后轴(或与之平行)，并且将车辆的右侧(右边)与车辆的左侧(左边)划分开，如图11所示。
[0033] 术语“冠状平面”是指与矢状平面垂直的垂直平面，其将车辆的前部分与后部分分开，如图11所示。
[0034] 术语“横平面”是指与矢状平面和冠状平面垂直的水平面，其将车辆的上部分与车辆的下部分分开，如图11所示。
[0035] 如本文所使用的术语“后倾角”是指如下平面之间的角度差：包括作为主销或转向节的枢转轴的直线且与矢状平面垂直的第一平面，和冠状平面。
[0036] 如本文所使用的术语“
主销内倾角(“KPI”)或“主销角”是指如下平面之间的角度差：包括作为主销或转向节的枢转轴的直线且与冠状平面垂直的第一平面，和矢状平面。
[0037] 如本文所使用的术语“前束角”是指如下直线之间的角度差：包括车轮的周缘的平面与横平面相交的直线，和矢状平面与横平面相交的直线。
[0038] 如本文所使用的术语“阿克曼角”是指转弯的内车轮的前束角与转弯的外车轮的前束角之间的角度差。
[0039] 如本文所使用的术语“外倾角”是指如下直线之间的角度差：包括车轮的周缘的平面与冠状平面相交的直线，和矢状平面与冠状平面相交的直线。
[0040] B.转向机构
[0041] 提供一种转向机构300，图1中示出其实施方案，其能够改变车轮310的前束角连同车轮310的外倾角。图1示出具有两个车轮(左轮310a和右车轮310b)的转向机构300。分别使用后缀“a”和“b”来区别左总成和右总成。在本文的描述通常可应用于车轮总成或单车轮总成的情况下，不附带“a”或“b”后缀来提供引用数字。
[0042] 该机构包括车轮总成300和被构造为相对于车轮总成300倾斜的直立构件600，该车轮总成300包括：车轮310，其具有旋转轴、前束角和外倾角；紧固于车轮310的转向节320，该转向节包括转向臂321；具有旋转轴、后倾角和KPI的主销330，该主销330设置在转向节320内以使转向节320绕旋转轴自由旋转；承托主销330的主销托架340；具有内侧端
351和外侧端352的转向杆系350，该外侧端352以控制转向节320绕旋转轴旋转的程度的构造紧固于转向臂321，该内侧端351紧固于直立构件600或直立构件上的
旋转接头；以支承方式紧固于主销托架340的支承构件360；以及后倾点，该后倾点是车轮310的旋转轴与主销330的旋转轴的交点。
[0043] 车轮310可以是本领域中公知的任何车轮，包括车辆700的车轮。该车轮可以包括轮毂，或它可以是“无轮毂”车轮。本领域技术人员应理解无轮毂车轮包括轮毂，尽管轮毂的直径是车轮的直径的大部分。常规有轮毂车轮包括轮毂和轮毂与车轮的轮缘之间的附件。在轻型车辆700上，该附件通常采用一个或多个
轮辐的形式。该附件可以使用实心车轮，例如平面辐板车轮来实现。这些多种形式的车轮具有通常与重量成逆相关的变化程度的强度，所以车轮的形式将取决于具体应用。车轮310的旋转轴将穿过可能存在的任何轮毂并穿过可能存在的任何轮轴。该轮轴可以是旋转轮轴或固定轮轴。
[0044] 车轮310的前束角是从上方观察时，车轮310相对于车辆700的运动法线方向的倾角。车轮310的前束角至少轻微可变以允许转向发生。至少就车辆700期望不转弯而在向前方向行进而言，可能的前束角的范围将涵盖0°。向左和向右的最大前束角将视具体应用而有所变化。前束角在正常情况下将不超过90°。一般而言，最大左前束角将大约与最大右前束角相同。
[0045] 车轮310的外倾角是车轮310相对于与相同车轮的前束角平行的垂直平面的倾角。700.车轮310的外倾在机构200的一些实施方案中是可变的。如果存在一个以上车轮310，则两个或更多个车轮310的外倾角可以基本(或完全)平行。
[0046] 转向节320用于支承车轮310，以使车轮310能够自由旋转，并且能够相对于车辆700的其余部分枢转以实现前束角或外倾角的改变。转向节320与主销330和主销托架340结合来提供枢转。在该机构的一些实施方案中，转向节320和主销托架340形成
铰链，其中主销330用作铰链销。转向节320与主销330共用枢转轴。转向节320包括转向臂321。
转向臂321连接到转向控制机构600，并用于将转向控制机构的运动转换到枢转，这导致前束角或外倾角的改变。
[0047] 在包括轮毂和轮轴的机构的一些实施方案中，转向节320通过轮轴连接到车轮310，轮轴又连接到轮毂。
[0048] 主销330具有旋转轴、后倾角和主销角(KPI)。主销330与转向节320共用旋转轴。主销330
定位成允许转向节320旋转。本领域技术人员应理解此类定位，且理解此类定位一般包括将主销330配接于空心转向节320的内部。如果后倾角显著地高于零，则主销330必须能够承载车轮310承受的一些负载或全部负载。
[0049] 可以将KPI设为提供中心点转向。在本文上下文中的中心点转向是指其中主销旋转轴与地面上的轮胎接地面积相交的构造、将前束转向所需的力减到最小的构造。通常，主销的后倾角＞0°，以使主销旋转轴与轮胎接地面之前的地面上的轮胎压痕线相交，增加循迹(tracking)稳定性的构造。该机构的一些实施方案可以包括约为0的KPI，从而不提供中心点转向；其它实施方案将具有提供或接近中心点转向的KPI。
[0050] 主销托架340的功能用于将主销330固定就位，承托主销330。主销托架340的一个实施方案是叉骨形托架，其中主销330贯穿叉骨的每个臂部。该叉骨可以是弯曲的或成角度；在一个示范实施方案中，该叉骨由矩形的三个边形成。在其它实施方案中，该叉骨可以由新月形、U形、三角形的两个边或将使主销330足够被承托的任何其它形状。
[0051] 该直立构件600被构造成至少部分地在冠状平面中绕倾斜轴倾斜。该倾斜轴通常沿着前后轴朝向。直立构件600连接到转向杆系350，以使冠状平面中的倾斜使得转向杆系350推动或拉动转向臂321，从而使转向节320枢转。直立构件600在转向杆系连接点610处连接到转向杆系350。转向杆系连接点610可以位于倾斜轴上方。这在使车轮310在倾斜方向前束和/或外倾的一些实施方案中具有优势，从而补偿转弯产生的离心力。在该机构的一些实施方案中，转向杆系连接点610可以位于倾斜轴下方。这在使车轮310在直立构件600的倾斜方向前束和/或外倾的一些实施方案中具有优势，从而补偿转弯产生的离心力。
[0052] 支承构件360连接到主销托架340并承受车轮总成300的负载。
[0053] 虚“后倾点”存在于车轮310的旋转轴与主销330的旋转轴和转向节320的交点处。在该机构的一些实施方案中，后倾点相对于主销托架340、支承构件360与车辆700的车架中的至少一个是固定的或大致固定的。
[0054] 在该机构的一些实施方案中(如图1所示)，车轮总成300是右轮总成300a，车轮310是右轮310a，转向节320是右转向节320a，转向臂321是右转向臂321a，主销330是右主销330a，主销托架340是右主销托架340a，转向杆系350是右转向杆系350a，第一连接点
610是第一右连接点610a，支承构件360是右支承构件360a，且后倾点是右后倾点。该机构的此类实施方案还包括左轮总成300b。左轮总成300b包括：左轮310b，其具有旋转轴、前束角和外倾角；紧固于左轮310b的左转向节320b，该左转向节310b包括左转向臂321b；
具有旋转轴、后倾角和KPI的左主销330b，该左主销330b设置在左转向节320b内以使左转向节320b绕旋转轴自由旋转；承托左主销330b的左主销托架340b；具有内侧端351b和外侧端352b的转向杆系350b，该外侧端352b以控制左转向节320b绕旋转轴旋转的程度的构造紧固于左转向臂321b，该内侧端351b在第一左连接点610b处紧固于直立构件600；以支承方式紧固于左主销托架340b的左支承构件360b；以及左后倾点，该左后倾点是左轮310b的旋转轴与左主销330b的旋转轴的交点。左轮总成300b的部件可以共用其右边对应车轮总成的部件的任何特性和构造，当然在一些情况中，它们将是镜像形式。
[0055] 在包括右轮总成300a和左轮总成300b的机构的实施方案中，想象“压痕线”是有用的。虚压痕线与右后倾点和左后倾点相交。压痕线包括与右后倾点和左后倾点等距的压痕中心点、从右后倾点到左后倾点的压痕距离、从右后倾点到压痕中心点的右压痕距离a以及从左后倾点到压痕中心点的左压痕距离b。
[0056] 在包括两个车轮总成300的实施方案中，可以通过定位转向杆系连接点610来提供阿克曼转向，以使每个车轮总成300从包括压痕中心点的矢状平面轻微偏移。也就是说，右转向杆系连接点610a将向包括压痕中心点的矢状平面的右边，且左转向杆系连接点610b将向包括压痕中心点的矢状平面的左边。其结果是，当车轮310前束转向到右边时，右轮310的前束角比左轮310的前束角更尖锐。当车轮310前束转向到左边时，左轮310的前束角比右轮310的前束角更尖锐。图2-4示出此机构。
[0057] 图2还示出如从机构的前面观察的，该转向机构的实施方案中实现阿克曼转向的部件。内转向杆系连接610从中心线向前管托架630的阿克曼偏移提供校正，以便在转弯过程中内侧车轮比外侧车轮转得稍微更远。在左倾斜期间，存在左连接点610b的弧度的平均左矢量大于远离右转向臂321a的右连接点610a的平均右矢量。这导致较之右转向臂321a向中心线移动，左转向臂321b更加远离中心线移动，从而在左倾斜期间，左轮比右轮能更远地旋转进入弯道。
[0058] 如图6-10所示，该转向机构的一些实施方案被构造为可以通过使右主销托架340a绕压痕线旋转来调整右主销330a的后倾角，且可以通过使左主销330b绕压痕线旋转来调整左主销330b的后倾角。通过使直立构件600倾斜施加的前束和外倾的量将由倾斜的量、后倾角和转向杆系的几何形状来确定，包括转向节转向臂321从外侧杆系连接352到主销330的后倾点的长度，以及从内侧转向杆系连接点610到直立车架构件的旋转轴的距离。一旦设置了杆系连接点的几何形状，则改变后倾角使得操作人员能够在倾斜期间调整前束角和外倾角。
[0059] 为了简明起见，现在定义若干这些变量。直立车架构件倾斜角度是AL，该角度表示
骑车者将车辆倾斜的程度。后倾角AC能够从0°调整到90°以便调整前束角AT和外倾角AM。前束角和外倾角由杆系几何形状和倾斜角度AL管控。对于给定的几何形状和AL，最大前束角ATmax出现在0°的后倾角AC处，且最大外倾角AMmax出现在90°的后倾角AC处。虽然AT和AM与几何形状无关的，并且无需是相等的，但是在特定几何形状内，前束与外倾的比率严格地受AC控制。
[0060] 在一些示范实施方案中，可以将杆系几何形状设为使在20°的AL处，ATmax为20°且AMmax为20°。但是，还可以将杆系几何形状设为使在20°的AL处，可以得到从＜20°到＞20°范围内的ATmax以及从＜20°到＞20°范围内的AMmax。对于给定的杆系几何形状和AL，同时定义AT和AM，并且可以在任何AC处计算前束与外倾的比率。例如，使用上文中20°的AL将ATmax设为20°并将AMmax设为20°的几何形状，可以使用如下公式在任何AC处将前束与外倾的比率分别确定为任何AC处的函数AT和AM：
[0061] (1)AT＝(1-(AC/90))*ATmax
[0062] (2)AM＝(AC/90)*AMmax
[0063] 对于上文几何形状，45°的AC将导致10°的AT和10°的AM，从而得到1∶1的前束与外倾的比率。使车架倾斜将导致前车轮按相等比率前束和外倾。30°的AC将导致14°的AT和7°的AM，从而得到2∶1的前束与外倾的比率。60°的AC将导致约7°的AT和约14°的AM，从而得到1∶2的前束与外倾的比率。
[0064] 总之在任何车架几何形状的情况下，使车架倾斜将导致前车轮大部分按低后倾角前束转向且大部分按高后倾角外倾。从较低后倾角移位到较高后倾角是有利的，因为速度增加以抵消需要更大外倾倾斜和更小前束转向的更大的转弯离心力。如果提供有可调后倾角，则操作人员可以根据操作人员的技能和操作条件来调节转向系统。
[0065] 图2示出后倾角为0°的转向机构200的实施方案。应注意，转向杆系连接点610从中心线向直立构件600的偏移CL提供阿克曼校正，以便在转弯过程中内侧车轮比外侧车轮转得稍微更远。还应注意，主销330在与前梁平行的垂直平面构成角度来提供中心点转向。如图所示，在0°后倾角的情况下，直立构件600的20°倾斜将仅按转向杆系350的角度和转向节320的长度控制的量来提供前束转向，即对于所说明的构造为30°。由于阿克曼转向，弯道内侧的车轮将具有稍微大于30℃的前束角，而弯道外侧的车轮将具有稍微小于30°的前束角。
[0066] 图3示出后倾角为30°以外的图2所示的转向机构的实施方案。应注意，在如图2所示的30°后倾角和相同20°倾斜的情况下，前束角减少到30°前束的先前示例的约2/3或现在的20°(同样受阿克曼转向的影响)，而外倾角增加到前管角度的1/3，或约7°。
[0067] 图4示出后倾角为60°以外的图2和图3所示的转向机构的实施方案。应注意，在60°后倾角和相同20°倾斜的情况下，前束角减少到30°前束的先前示例的约1/3或现在的10°，而外倾角增加到前管角度的2/3，或约14°。
[0068] 图5示出后倾角为90°以外的图2-4所示的转向机构的实施方案。应注意，在90°后倾角和相同20°倾斜的情况下，前束角减少到0°前束，而外倾角增加到前管角度的3/3，或增加到20°。还应注意，在存在外倾而没有前束的情况下，将不会转向。
[0069] 在某些情况下，外倾与前束的高比率是期望的(例如如果操作人员需要进行高速转弯)。在一些情况中，需要更多前束，且需要更少外倾(如，低速精细操纵期间)。虽然缺少前束的外倾通常将不会使车辆700转向(只要每个车轮的外倾角与对侧车轮的外倾角平行)，但是可能期望校正导致操作人员的转弯无关倾斜的状况(例如，倾斜的路面或高侧
风)。缺少外倾的前束对于低速精细操纵是有用的，但是对于高速转弯可能不够稳定。
[0070] 在一些构造中，后倾角的改变要求压痕距离也改变。这可以通过多个机构来实现，图7-10中示出它的一些实施方案。压痕距离随着后倾角增加而增加具有提供更大稳定性的优势。后倾角可以通过改变转向杆系连接610在转向杆系350托架上的位置来改变。在此类实施方案中，由右支承构件360a可移动地支承右主销托架340a，以便可以调整右压痕距离a，且其中由左支承构件360b可移动地支承左主销托架340b，以便可以调整左压痕距离b。一些此类实施方案还包括右托架座400a，其紧固于右主销托架340a且由右支承构件360a可移动地支承；右托架座
锁430a，其设置为使右托架座400a能够可逆操作地相对于右支承构件360a锁到位；左托架座400a，其紧固于左主销托架340a且由左支承构件360a可移动地支承；以及左托架座锁430b，其设置为使左托架座400b能够可逆操作地相对于左支承构件360b锁到位。
[0071] 在一些实施方案中，转向杆系350的长度是可调的。图6中示出一个此类实施方案。在一些实施方案中，后倾角的调整将需要缩短转向杆系350，或如果保持恒定长度，将需要将转向杆系350提升到直立构件600上的新位置。因此，转向杆系托架630可以具有多个转向杆系连接点610(因此，包括附加的转向杆系连接点620)，如图所示。
[0072] 在该机构的一些实施方案中，托架座400提供可以沿着与压痕线平行的轴移入移出来调整压痕距离的结构。这可能需要操作人员停止车辆700，将转向杆系350的内侧端351与转向杆系连接点610分离，在外侧或内侧方向滑动托架座400，并将转向杆系350的内侧端351重新连接到另一个转向杆系连接点620。在图7所示的一个此类实施方案中，右托架座400a包括设置在右
花键轴420a内的花键杆410a，右支承构件包括右花键轴420a，右托架座锁430a包括紧固螺钉431a，左托架座400b包括设置在左花键轴420b内的花键杆
410b，左支承构件360b包括左花键轴420b，且左托架座锁430b包括紧固螺钉431b。花键杆和花键轴构造防止托架座400在锁定到位时旋转，且紧固螺钉431防止托架座400在内侧方向或外侧方向滑动。在所示的实施方案中，操作人员通过滑出花键托架座400和将其重新插入横向构件360，然后将内侧转向杆系端351提升到新位置来选择后倾角。主销托架
340连接到托架座400，该托架座400包括被构造为接合到横向构件360内的花键轴420中的花键杆410。
[0073] 在机构200的一些实施方案中，可以在不改变转向杆系连接点610的位置的情况下，改变后倾角。在图8所示的一个此类实施方案中，机构200还包括：右托架座400a，其紧固于右主销托架340a，该右托架座400a包括圆形外罩440a和右分度销450a；右导引鞘460a，其包括导引槽461a，该导引槽461a限定右分度销450a的移动，以使后倾角随着右压痕距离增加而增加；左托架座400b，其紧固于左主销托架340b，该左托架座400b包括圆形外罩440b和左分度销450b；左导引鞘460b包括导引槽461b，该导引槽461b限定左分度销
450b的移动，以使后倾角随着左压痕距离增加而增加；以及驱动轴500，其紧固到右托架座
400a和左托架座400b中的至少一个上，以便为该右托架座400a提供绕压痕线的旋转，且为该左托架座400b提供绕压痕线的旋转。
[0074] 在此类实施方案中，驱动轴500的旋转带动托架座400旋转。导引槽461的形状确定分度销450的路径，而分度销450又确定托架座400响应顺
时针旋转或逆时针旋转在内侧方向还是外侧方向滑动。导引槽461可以被构造为提供相对于后倾角的变
化成线性关系的压痕距离的增加，或后倾角和压痕距离之间的关系可以是另一个适合的函数。
[0075] 在图8所示的实施方案中，该横向构件包含花键驱动轴500，该花键驱动轴500在两端均延伸到托架座400中。可以带动驱动轴500上的小齿轮510旋转。托架座400随着驱动轴500旋转而旋转，从而调整后倾角。导引槽461中的分度销450促使托架座400随着后倾角增加而向外滑动。本实施方案中的主销330向外移动允许恒定转向杆系长度。压痕距离增加随着后倾角增加而轻微增加提供高速转弯期间额外的稳定性。
[0076] 可以由本领域中公知的任何适合装置来带动驱动轴500旋转。例如，如图9和图10中所示，一些实施方案包括连接到驱动轴500的换挡器线570和连接到换挡器线570的手动换挡器。操作人员操纵手动换挡器以在操作人员认为必要的时候改变后倾角。换挡器线570可以连接到齿轮换挡器线，该齿轮换挡器线连接到驱动总成100。在一些实施方案中，随着骑车者换挡到较高齿轮以增
加速度，后倾角同时增加。一些形式的转向机构在驱动轴500上提供弹性
张力，以便当骑车者换挡到较低齿轮时，后倾角自动减小。驱动轴500的一些实施方案包括同轴小齿轮510；当带动小齿轮510旋转时，驱动轴500也会旋转。小齿轮510可以通过蜗轮520啮合。蜗轮520可以自动旋转或由操作人员旋转。可以带动蜗轮520旋转的示范装置包括电动机或人力销钉。如图9所示，该机构的一些实施方案包括被构造为带动蜗轮520旋转的步进电动机530和电连接到步进电动机530的电源540。因为驱动轴500只需旋转以促使后倾角改变，所以它可以由低功率发
电机542(例如在轮毂之一中)和简单的
逻辑电路550驱动。电源540可以是任何合理便携的电源。一个示例是
电池。另一个示例是光伏电池。电源540的一些实施方案包括发电机542，该发电机542被构造为由至少一个车轮310的旋转产生
电流。当然，可能存在一种以上供电源；此情况在电池的情况中尤其如此，这在存在另一种供电源时可能存在，并且仅当该另一种供电源不可用时(例如，当车轮310未在旋转时或当没有足够环境光对光伏电池赋能时)使用。该电池还可以是可充电电池，在此情况中，电池可以电连接到其它电源，以使其它电源发电而步进电动机530不需要电时该电池充电。
[0077] 在该机构的一些实施方案中，如图18所示的实施方案，后倾角响应某种条件自动改变。一个此类示范条件是车辆700的速度。转向机构的一些实施方案包括传感器，该传感器能够生成
信号并被构造为向步进电动机530提供信号。该传感器可以是
轮速传感器560、转速计或速度计。在一些实施方案中，逻辑电路550被构造为从传感器接收信号，转换信号，并将该信号传送到步进电动机530。这样能够响应条件对后倾角进行更复杂的自动控制。例如，传感器可以通过信号向步进电动机530通知响应增加的轮速来增加后倾角，并响应降低的轮速来减小后倾角。
[0078] C.车辆
[0079] 提供一种轮式车辆700，包括本文描述的任何一种转向机构。图12示出车辆700的实施方案。车辆700可以是倾斜转向的车辆700；在此类实施方案中，操作人员通过倾斜直立构件600来将车辆700转向，从而使车轮310前束和外倾。在车辆700包括两个以上车轮310的实施方案中，转向机构的车轮310可以是一组前轮310或一组后轮310。
[0080] 车辆700的一些实施方案包括横向构件30，该横向构件30包括右支承构件360a和左支承构件360b，倾斜轴与压痕中心点相交。在一些此类实施方案中，横向构件30、右支承构件360a和左支承构件360b是单个结构。在这些实施方案中，横向构件30是兼为右轮总成300和左轮总成300的支承装置。
[0081] 如图12所示，车辆700的一些实施方案是倾斜转向的车辆700。倾斜转向的车辆700的一些实施方案调适为利用用户身体的踏步运动来推进。车辆700的此类实施方案包括：车架20(车架20包括基本水平朝向的纵向车架构件25，具有前端和后端；基本水平朝向的横向车架构件30，具有两端，纵向构件25的前端连接到横向构件30并且能够相对于横向构件30倾斜)；本文公开的任何一种转向机构，其中右支承构件360a是横向车架构件
30且其中左支承构件360b是横向车架构件30，且其中直立构件600是包括上端和下端的直立车架构件，该下端连接到纵向构件25；紧固于直立车架构件600的转向杆系托架630，该转向杆系托架630包括连接到右转向杆系350a的内侧端351a的第一右转向杆系连接点
610a和连接到左转向杆系350b的内侧端351b的第一左转向杆系连接点610b；后轮310，其包括以旋转方式连接到所述纵向车架构件25的驱动总成100；一对细长跨越构件80，其调适为容纳所述用户的脚并在所述用户踏步时支承所述用户，基本水平地沿所述纵向车架构件25的任一侧定位，具有前枢转端和尾部驱动端，每个跨越构件的尾部驱动端连接到所述驱动总成100；以及一对直立臂杠杆90，其具有上把手端92和下枢转端，该臂杠杆90在上端和下端之间的一个点处以枢转方式连接到直立车架构件600，每个臂杠杆的下枢转端以枢转方式连接到所述跨越构件80之一的前枢转端。在一些实施方案中，所述横向车架构件30与所述纵向车架构件25的连接允许所述纵向构件25部分轴向旋转，且该装置还包括连接到每个前轮310且连接到所述纵向构件25的转向机构200，所述转向机构200调适为将所述纵向构件25的倾斜转换成车轮前束和/或外倾，从而导致装置10转弯。
[0082] 所公开的车辆700的实施方案还包括被构造为将至少一个曲柄的内端旋转运动转换成后轮在其旋转轴上的旋转运动的驱动总成。
[0083] 如图12和图13所示，在车辆700的一些实施方案中，后轮50包括以旋转方式连接到接近其后端的纵向车架构件25的驱动总成100，所述驱动总成100包括旋转轴110、轮毂105和所述轮毂105内的齿轮系120，该齿轮系120将所述旋转轴110的旋转按轴旋转与轮毂旋转的预定比率转换成所述轮毂105的旋转。
[0084] 如图16所示，驱动总成的一些实施方案包括链和链轮驱动系统130。链和链轮驱动系统130包括从曲柄70的至少一个的内端接收旋转运动的链环131、啮合到链环131的驱动链137和啮合到驱动链137且被构造为对后轮50施加旋转运动的链轮134。曲柄70的内端可以与链环131共用旋转轴，在此情况中，曲柄70的内端可以通过共用轴对向前链轮131施加旋转运动。可选地，向前链轮131无需与曲柄70的内端共用旋转轴，而是可以通过某种中间机构(如互相共用的齿轮或齿轮网络(network of gears))从曲柄70的内端接收旋转运动。该机构的一些实施方案可以包括附加的链环132或多个链环。在一些此类实施方案中，驱动链137可以例如通过向前换挡齿轮133依据其啮合哪个链环132、137来更替。相似地，链轮134可以与后轮50共用旋转轴，在此情况中，链轮134可以通过共用轮轴对后轮50施加旋转运动。可选地，链轮134无需与后轮50共用旋转轴，而是可以通过某种中间机构(如互相共用的齿轮或齿轮网络)对后轮50施加旋转运动。该机构的一些实施方案可以包括驱动链和连接到后轮毂的后链轮，该后轮毂具有多个内部齿轮以提供可供用户选择的多个驱动比。其它实施方案可以包括驱动链和后轮毂，该后轮毂具有多个外部链轮以提供可供用户通过后换挡齿轮136选择的多个驱动比。
[0085] 车辆700的一些实施方案是移动椭圆形装置。如图12所示，本发明的移动椭圆形驱动的装置10的一个实施方案(下文称为椭圆形步行器)包括车架20、前轮310、后轮50、一对跨越构件80和臂构件90。
[0086] 车架20包括纵向基本水平的车架构件25、横向基本水平的车架构件30和直立车架构件600。横向车架构件30连接到纵向车架构件25的前端。这些部件可以是固定连接的，或它们可以采用使得纵向车架构件25能够在横向车架构件30内轴向旋转固定量以实现车轮外倾来转向的方式连接在一起，如下文所描述。
[0087] 直立车架构件600安装于纵向车架构件25，以使它以基本直立方式从纵向车架构件25延伸。直立车架构件600在图12中示出为在基本法线朝向安装，但是它也可以按适应特定设计或应用向前或向后成角度。而且，直立车架构件600可以通过可调接头36安装于纵向构件25，可以将可调接头36收紧以将直立车架构件35固定在期望的位置上，并且该可调接头36还使直立车架构件对折或折叠以将整个装置展平以便储放，如图13所示。该纵向车架构件可以包括后叉27，后轮50安装在该后叉27中。可选地，纵向车架构件25的后部可以包括安装后轮50的单臂。此单臂可以与纵向车架构件的主要部分轴向偏移以使后轮50能够居中于骑车者下方(这并非必需的，因为本实施方案是独立的，与后轮50的径向平面是否与车架构件25的纵向轴共面无关)。前轮310通过本领域中公知的适当旋转
联轴器安装在横向车架构件30的任一端上。
[0088] 沿着纵向车架构件25的任一侧的是跨越构件80。跨越构件的后部或驱动端例如通过一对相对曲柄70之一(每个相对曲柄70都具有内端和外端)以任何常规方式旋转连接到后轮50的驱动总成100(下文予以详细描述)。每个跨越构件可以包括
脚踏板84以便为骑车者的脚提供稳定平台。每个跨越构件的前部或枢转端以枢转方式连接到一对往复臂构件90之一的下端，该一对往复臂构件90中的每个通常沿着直立车架构件35向上延伸并端接于把手端92。直立车架构件包括
横杆37，该横杆37在任一端部上包括旋转联轴器38。每个臂构件90固定于旋转联轴器38之一上。
[0089] 当骑车者对跨越构件施加力以推动它们运动时，以旋转方式连接于曲柄70的每个跨越构件80的后端按照与后轮50同心的圆形路径运动，而跨越构件80的前端(由枢转接头82限定)沿着基本水平弧形路径往复运动。此动作使脚
踏板84循迹椭圆形路径，且更具体地说非对称椭圆，其中该椭圆的前部弧形小于后部的椭圆(即蛋形)。连接于枢转接头82的每个臂构件90的下端与之一起移动，而把手端92也沿弧形路径往复运动。因此，如结合前面描述从图12可以看到的，骑车者可以通过对每个臂构件90的把手端92施加交替的力同时腿和脚在脚踏板84上按自然椭圆形路径跨越来向前推进椭圆形步行器10。
[0090] 在某些实施方案中，跨越构件80包括缺口
凸轮切削部85。脚踏板84包括
凸轮从动件86，其具有紧固装置(例如
螺母和
螺栓或螺钉)以使骑车者可以通过沿着凸轮切削部85滑动脚踏板84并将凸轮从动件86紧固在期望的缺口中来选择脚踏板84的期望位置。
通过改变脚踏板84的位置，骑车者在垂直维度上改变骑乘步行器10时他的脚所循迹的椭圆形路径的形状，并因此骑车者可以调整每个跨越中所用抬腿的量。
[0091] 正如上所提到的，每个臂构件90的上端端接于把手端92中。臂构件90的上端的长度可以是可调的以便改变把手端92行进的长度。
[0092] 每个把手端92包括刹车杠杆94。一个刹车杠杆94通过途经刹车杠杆与前刹车之间的缆线操作前刹车42。另一个刹车杠杆94通过途经刹车杠杆与后刹车之间的缆线操作后刹车52。这些缆线可以利用本领域中公知的必要的缆线
外壳途经臂构件和车架部件内部或外部，或者按所期望的二者的组合来布置。示出的是碟刹，但是还可以利用本领域中公知的其它常规刹车机构(如用于后轮50的Y形刹车或卡钳刹车)。
[0093] 图14中示出驱动总成100的一个实施方案。驱动总成100包括轮毂体105、轮轴110和内部齿轮系120。轮毂体105通过轮辐或其它传统机械装置(例如，金属轮体、复合碟等)机械连接到后轮50的轮缘。后刹车52的刹车碟还示出为连接到轮毂体105。
[0094] 一对相对曲柄70之一通过任何常规机械连接装置连接到轮轴110的任一端。应注意，曲柄70与轮轴110之间的一个或两个连接装置可以是可松脱的，由此可以将连接松脱的一个曲柄70旋转成与另一个曲柄70对齐以使步行器10在将直立车架构件600折叠时折成最小可能尺寸，如上文所述。每个相对曲柄70具有内端和外端。
[0095] 轮轴110延伸穿过叉27的每个臂部的后端、轮毂体105的轴以及下文描述的太阳齿轮臂122。通过叉支承部112、轮毂支承部114和太阳齿轮臂支承部(未示出)使得曲柄能够在叉27、轮毂体105和太阳齿轮臂122内自由旋转。
[0096] 内部齿轮系120位于轮毂体105内。应注意图14-15中所示的内部齿轮系120仅是说明性的；可以使用和采用本领域中公知或此后开发的利用旋转轮轴的任何内部齿轮系。内部齿轮系120出于图示目的示出为行星齿轮系。通过太阳齿轮臂122将中央或太阳齿轮121固定在固定(不旋转)位置中，该太阳齿轮臂122将太阳齿轮121连接到车架。行星齿轮123绕太阳齿轮121旋转。行星齿轮又接触轮毂体105的内表面上的互补环形齿轮125。行星齿轮安装于行星齿轮轴架124，该行星齿轮轴架124固定地连接到轮轴110。
[0097] 当骑车者对跨越构件80和臂构件90施加力，从而旋转曲柄70和轮轴110时，通过内部齿轮系120对轮毂体105施加旋转运动。可以通过改变行星齿轮和太阳齿轮之间的齿轮比来改变轮轴的旋转与后轮50的旋转之间的比率，正如本领域中公知的。
[0098] 出于简明的目的，内部齿轮系120示出为单齿轮系。本领域技术人员将认识到可以通过提供附加的
行星齿轮组合来实现多种齿轮比，这些附加的行星齿轮组合可以在太阳齿轮121与轮毂体105的内表面上的环形齿轮125之间切换。此类齿轮系(称为复合行星齿轮系)通常利用缆线与
弹簧组合的可变拉力来切换主动齿轮。出于此原因，如图12和图13所示，一个把手端92另外还包括换挡杠杆96，缆线(未示出)从换挡杠杆96途经车架内部或在外部沿着车架到内部齿轮系，正如本领域中公知的。同样地，内部齿轮轮毂的制造商开始使用电驱动的换挡系统。可以在本发明的此实施方案中使用本领域中公知的或此后开发的任何此类换挡系统。
[0099] 方法
[0100] 提供一种使车辆700转向的方法，其包括对所公开的任何转向机构200的直立构件600施加运动以使转向臂321旋转转向节320。转向机构200可以是车辆700的部件，如(但不限于)本文公开的任何车辆700。
[0101] D.结论
[0102] 前文描述说明和描述了本发明公开的方法、机器、制造品、合成物和其它教导。此外，本发明公开仅示出并描述了所公开的方法、机器、制造品、合成物和其它教导，但是正如上文提到的，应理解本发明公开的教导能够在各种其它组合、
修改和环境中使用并且能够在本文表述的教导范围内进行更改或修改，与相关领域中的普通技术人员的技能和知识相符。上文描述的实施方案还旨在解释实施本发明公开的方法、机器、制造品、合成物和其它教导的某些已知最佳方式，并且使得本领域的其他技术人员能够将本发明公开的教导用于此类或其它实施方案以及结合特定应用或用途所需的多种修改来使用。相应地，本发明公开的方法、机器、制造品、合成物以及其它教导不是旨在限于本文公开的确切实施方案和示例。
