[0001] 本发明涉及一种车辆，更具体地说，涉及一种适用于动平衡车的滚动式摆动装置。

[0002] 目前的小型电动车或摩托车主要存在以下问题：①小型二轮车虽灵活紧凑，有很好的动平衡特性，但它做不到全封闭，不能根本解决风吹雨淋防寒问题；并且两轮系统，防滑(制动)特别是防侧滑(制动稳定性)能力差，安全系数低。②小型三轮或四轮车虽然可以采用全封闭车厢，增强了制动性能，但如果速度快了就容易侧翻，如果既要快又不能侧翻，则就需要增加车宽，又失去了其紧凑灵活的优势，所以现在常规的小型三轮或四轮车速度都不能太快，并且宽度方向尺寸大都在1米以上，这就使它的适用人群和场合受到了很大限制。

[0003] 针对现有小型电动车或摩托车存在的上述问题，专利《一种人机联合平衡车》(专利号为201922148722.2)提出了一种结合二轮车与三轮/四轮各自优点的解决方案，即采用三轮或四轮的车底盘，但车身是可以在底盘上左右自由摆动的，车行驶时是依赖驾车人的平衡控制对车身进行平衡的，即用二轮车的驾车平衡原理来驾驶的三轮或四轮车(本文称这种车为动平衡车)，这样就解决了传统小型三轮或四轮车在高速行驶时的稳定性，又获得了三轮或四轮车的制动稳定性以及封闭车厢对人的保护作用。

[0004] 上述专利申请案的动平衡车中的一个关键部件是摆动装置，其提出了轴承式和铰链式两种摆动装置的结构形式，但这两种形式的摆动装置均为常见的转动副，其转动中心都是一根固定的轴线。这种结构的摆动装置虽然也能够实现车身的左右摆动，但摆动装置的轴线固定且连接较为机械，而对于动平衡车而言，其在行驶过程中车身的平衡由驾车人或电子平衡系统根据车速、转弯半径等进行动态摆动调整的，类似于二轮车在地面上的摆动方式，轴线固定的摆动装置容易导致摆动过于灵敏，进而不利于车辆的动态平衡调整。

[0005] 基于现有动平衡车的摆动装置存在的上述问题，为了进一步提高动平衡车的行驶稳定性，有必要寻求一种更加稳定且可靠的适用于动平衡车的摆动装置。

[0040] 参见图9所示，本发明的一种适用于动平衡车的滚动式摆动装置，其应用在需要依靠车的摆动部分相对于车的不摆动部分的摆动来实现动平衡的车辆上，车的摆动部分通常为车身，车的不摆动部分通常为具有车轮的车底盘，车的摆动部分通过摆动装置设置在车的不摆动部分上，使车的摆动部分能够相对于车的不摆动部分左右摆动，利用这种摆动使车在行驶过程中根据车速、转弯半径等实现车辆的动态平衡，进而提高了车辆行驶的安全性，尤其是在车辆以较高的车速过弯过程中能够防止车辆侧翻。关于动平衡车的具体工作原理另案讨论，在此就不再赘述。

[0041] 如图1和图5所示，本发明的一种适用于动平衡车的滚动式摆动装置，其包括上部构件1和下部构件2，上部构件1与车的摆动部分固定连接，下部构件2与车的不摆动部分固定连接，上部构件1相对于下部构件2沿车行进的垂直方向来回摆动，且实现上述来回摆动的方式是上部构件1在下部构件2的接触面上来回滚动。与现有的铰链式或轴承式摆动装置相比，车的摆动轴线随着车身的摆动能够在一定范围内平行移动，且滚动所形成的摆动轴线是连续变化的平行线，这样既保证了动平衡车的摆动灵活性，又提高了摆动动作的可控性，一方面提高了动平衡车行驶过程中动平衡控制的平稳性和稳定性，从而更具安全性；另一方面使动平衡车更易操控，且有更好的驾驶体验。

[0042] 作为一种优选的设计，上部构件1和下部构件2之间的滚动接触采用软接触，且软接触的一方是柔性件、另一方是刚性件，或者软接触的两方都是柔性件，上部构件1和下部构件2之间的柔性件采用可形变的柔性材料制成或者制成柔性可充气结构，滚动式的摆动形式配合软接触，能够很容易得获得更大的滚动接触面，使动平衡车的行驶就更平稳。上部构件1和下部构件2之间的滚动接触面上具有防滑结构，该防滑结构为设于滚动接触面上的花纹或粗糙的毛面，使滚动接触面能够产生较大的摩擦力，以减小滚动过程中接触面间的过度滑移。或者，上部构件1和下部构件2之间的滚动接触面具有相互啮合的齿形结构，且齿形结构的啮合是一个方向或多个方向的，这样可以防止滚动过程中产生滑移，并可以在滚动的同时实现力的传递。需要说明的是，滚动过程中的微小滑移是允许的，也可能是有益的，这要视具体结构而定，但过大的滑移对于动平衡车的操控是有害的。

[0043] 为进一步了解本发明的内容，下面结合附图和实施例对本发明作详细描述。

[0044] [实施例1]

[0045] 图1至图4为本实施例1的一种适用于动平衡车的滚动式摆动装置的结构示意图，其包括上部构件1和下部构件2，上部构件1与车的摆动部分固定连接，下部构件2与车的不摆动部分固定连接，上部构件1相对于下部构件2沿车行进的垂直方向来回摆动，且实现上述来回摆动的方式是上部构件1在下部构件2的接触面上来回滚动。将这种滚动式摆动装置应用在需要依靠车的摆动部分相对于车的不摆动部分的摆动来实现动平衡的车辆上，这样，车的摆动部分就可以通过上部构件1在两构件间接触面上来回滚动来实现相对于车的不摆动部分的摆动。

[0046] 上部构件1和下部构件2之间的滚动接触可以为刚性接触，也可以为软接触，本实施例中优选采用软接触，即上部构件1和下部构件2之间的滚动接触采用软接触，且软接触的一方是柔性件、另一方是刚性件，或者软接触的两方都是柔性件，柔性件在受力的情况下可以产生形变，保证在滚动的过程中始终形成较大范围的接触面，从而增加了车的摆动部分动平衡的稳定性。进一步地，上部构件1和下部构件2之间的柔性件可采用可形变的柔性材料制成或者制成柔性可充气结构，具体地，柔性件可以采用橡胶制品，柔性件可以为实心结构、也可以为蜂窝结构或空心充气结构等，在车身重力的作用下，柔性件发生形变，形成面接触，从而增加了车身摆动的稳定性。上述柔性可充气结构可以参照现在的轮胎结构，属于非常成熟的技术。

[0047] 在本实施例中，上部构件1和下部构件2之间的滚动接触面还具有相互啮合的齿形结构，且齿形结构的啮合是一个方向或多个方向的，这样可以防止滚动过程中产生滑移，并可以在滚动的同时实现力的传递。上述的齿形啮合结构可以不是严格的精确啮合，啮合的齿大多数情况也都不是标准齿，尤其是在滚动接触为软接触的情况下，由于形变，齿形啮合结构做不到严格的精确啮合，只要是符合凹凸对应的交错结构，都是可以的，例如方形的齿啮合方形的坑，圆形的齿啮合圆形的坑等等，它们在前后左右方向都是可以止滑和进行力的传递的。

[0048] 如图1至图4所示，具体在本实施例中，上部构件1包括固定件11和滚动接触件12，下部构件2包括承托件21，滚动接触件12通过固定件11与车的摆动部分相连接，承托件21与车的不摆动部分相连接，滚动接触件12放置于承托件21上并能够在承托件21上左右滚动。滚动接触件12为轮形结构，滚动接触件12的中心设有固定轴，滚动接触件12通过固定轴固定于固定件11上，滚动接触件12不能绕固定轴转动，滚动接触件12与承托件21之间采用相互啮合的齿形结构滚动配合，即滚动接触件12上具有类似于齿轮的弧形齿形，承托件21上具有与上述弧形齿形相互啮合的条形齿形，使滚动接触件12能够在承托件21上滚动，并且啮合的齿形还可以起到侧向和/或轴向力的传递作用。图2中示出的滚动接触件12与固定件
11之间的连接关系，滚动接触件12采用空心柔性结构，滚动接触件12的中心设有轮毂结构，固定轴与轮毂之间、固定轴与固定件11之间采用键配合，使滚动接触件12与固定件11固定在一起，保证滚动接触件12与固定件11一起摆动。图2中所示的滚动接触件12的轮毂、轴、键以及轴的固定结构，这种结构不是唯一的，它们会因固定件11与车的摆动部分的连接固定方式的不同而变化，总的来说是要把滚动传递给车的摆动部分，并且方便安装和拆卸。

[0049] 上部构件1和下部构件2之间除滚动以外的其它限位功能可由车的摆动部分和车的不摆动部分之间的限位结构实现，也可以通过上部构件1和下部构件2之间的限位结构来实现，这些限位结构是对上部构件1和下部构件2相对位置的限位和实现车前进方向的力的传递。具体在本实施例中，上部构件1和下部构件2之间还具有用于防止滚动接触件12脱离承托件21的径向限位结构、以及用于传递车的纵向上的力的轴向限位结构。径向限位结构包括固定于承托件21或车的不摆动部分上的限位件22，限位件22用来限制滚动接触件12在允许的范围内运动，即限位件22构成限制滚动接触件12运动范围的限制区域，具体可表现为：限位件22能够将滚动接触件12“压”住，但这个“压”是不接触的，保留一个很小的距离，这样不会影响滚动接触件12的滚动，又使滚动接触件12跳不出齿高，从而保证了滚动接触件12不会脱离滚动面。轴向限位结构由固定件11与承托件21、限位件22中的一者或两者在车的前后方向接触构成，以传递车的前后方向的力，具体地，固定件11与承托件21、限位件22中的一者或两者之间在车的摆动方向是滑动配合，固定件11的截面形状可设计为倒“U”形，其与滚动接触件12的固定轴连接的两个支臂向下延伸，将承托件21和/或限位件22夹于两个支臂之间，这样，利用固定件11与承托件21和/或限位件22的配合能够传递车前后方向的作用力。采用上述设计，能够满足摆动装置在动平衡车中的所有功能：①实现滚动功能；
②实现上部构件1和下部构件2之间的连接；③实现力的传递，特别是车的前后方向力的传递；④防止滚动中的有害滑移。

[0050] 图3和图4示出了本实施例的滚动式摆动装置的两种工作状态，图3是上部构件1摆动到一侧的状态，图4是上部构件1摆动到另一侧的状态；α角为摆动的最大角，本实施例中，α角超过了35°，可以很好的满足动平衡车的摆动要求。另外，滚动接触件12上的弧形齿形可以是局部的，进行在上述摆动角α范围内具有弧形齿形即可，这样在车辆摆动范围内，滚动接触件12上均有与承托件21上的条形齿向啮合的弧形齿。

[0051] [实施例2]

[0052] 图5至图8为本实施例2的一种适用于动平衡车的滚动式摆动装置的结构示意图，其基本结构和工作原理与实施例1相同，不同之处在于：

[0053] 在本实施例中，滚动接触件12为只承担滚动功能和承担滚动接触面法向支撑力的弧面滚动件，在上部构件1和下部构件2之间的滚动接触面上具有防滑结构，该防滑结构为设于滚动接触面上的花纹或粗糙的毛面，使滚动接触面能够产生较大的摩擦力，以减小滚动过程中接触面间的过度滑移。具体地，上部构件1包括固定件11和固定于固定件11上的滚动接触件12；下部构件2的承托件21可以为平板结构，滚动接触件12放置在承托件21上，使滚动接触件12能够在承托件21上滚动。滚动接触件12优选为软垫结构，软垫也可采用橡胶制品，可以为实心结构、也可以为蜂窝结构或空心充气结构等，滚动接触件12受力变形，使其与承托件21之间成面接触，从而使车身的这种摆动具有更好的稳定性。

[0054] 如图6至图8所示，在本实施例中，上部构件1和下部构件2之间还具有用于对滚动接触件12的轴向和侧向进行限位的摆动连接机构3。摆动连接机构3能够实现连接、传递力、防止滚动过度滑移，同时又不影响自由滚动，具有结构简单、制作方便等优点。具体地，该摆动连接机构3包括上孔板31、下孔板32、活动销33和轴向紧固件34，上孔板31与上部构件1或车的摆动部分连接，上孔板31的垂直方向具有腰形孔，且该腰形孔中心线重合于上部构件1的中心线，下孔板32与下部构件2或车的不摆动部分连接，下孔板32的垂直方向具有腰形孔；当车的摆动部分相对于车的不摆动部分处于直立状态时(如图7所示)，上孔板31与下孔板32的对应腰形孔的中心线重合，当车的摆动部分相对于车的不摆动部分摆动时(如图8所示)，上孔板31的腰形孔中心线和下孔板32的腰形孔中心线形成不断变化的交点，活动销33安装在此交点处，且活动销33的位置随交点的变化而变化，轴向紧固件34用来实现活动销33的轴向固定。摆动连接机构3的作用是：①使上部构件1与下部构件2形成纵向(车的前后方向)连接，实现纵向上力的传递，②使上部构件1与下部构件2形成上下连接，但上下连接不是紧密的、不是固定死的，而是允许它们有一定位移量的，从而满足软接触的形变要求及摆动过程中的位移要求，③防止上部构件1相对于下部构件2在滚动时发生横向的过度滑移。

[0055] 图7和图8示出了本实施例的滚动式摆动装置的两种工作状态，图7是上部构件1直立时的状态，此时上孔板31与下孔板32的腰形孔的中心线重合；图8是上部构件1滚动到一侧时的状态，此时上孔板31与下孔板32的腰形孔的中心线相交，活动销33位于两中心线的交点处，在滚动形成的摆动过程中，此交点不断变化，活动销33在两腰形孔侧边的推动下，始终处于这个交点处。

[0056] 本发明的一种适用于动平衡车的滚动式摆动装置，将摆动装置的上部构件和下部构件设计为滚动式摆动配合，使上部构件相对于下部构件沿车行进的垂直方向来回摆动，且实现上述来回摆动的方式是上部构件在下部构件的接触面上来回滚动，这样，车的摆动轴线随着车身的摆动能够在一定范围内平行移动，既保证了动平衡车的摆动灵活性，又提高了摆动动作的可控性，一方面提高了动平衡车行驶过程中动平衡控制的平稳性和稳定性，从而更具安全性；另一方面使动平衡车更易操控，且有更好的驾驶体验。

[0057] 值得一提的是，本发明的一种适用于动平衡车的滚动式摆动装置，它可应用在四轮动平衡车、正三轮动平衡车及倒三轮动平衡车等场合，同样也适用在其它所有车的一部分相对于另一部分存在相对摆动或倾斜的车的场合，具有更广泛的适用面、实际意义和应用价值。

[0058] 需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

[0059] 除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。

[0060] 以上示意性地对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性地设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。