專利名稱：用于動態自平衡車輛的控制的設備和方法
技術領域：
本發明涉及車輛的控制、尤其涉及對車輛運動的控制。
背景技術：
已知有各種各樣用于輸送人的車輛和方法。通常，這些車輛依賴于靜態穩定性，并且設計成在將它們的地面接觸部件放置在位于下面的表面的所有預見條件下實現穩定性。 例如，作用在汽車重心上的重力矢量通過車輛輪子的地面接觸點之間，且汽車懸架總是將所有輪子保持在地面上，從而使車輛穩定。然而，存在會致使本來應該穩定的車輛變得不穩定的狀況(例如，速度增大或減小、急轉彎以及陡坡)。也稱為平衡車輛的動態穩定車輛是具有控制系統的車輛類型，該控制系統在車輛工作時主動地維持車輛穩定性。例如，在僅僅具有兩個橫向設置輪子的車輛中，控制系統通過持續感測車輛取向、確定維持穩定性所需的校正作用以及指揮輪子電動機進行校正作用來維持車輛的前后穩定性。如果車輛例如由于部件故障或者缺少充足的動力而喪失維持穩定性的能力，則人會突然失去平衡。對于維持穩定軌跡的車輛來說，車輛的轉向控制和前進運動控制之間的聯接并沒有太大意義。在通常的路面條件下，借助輪子在整個轉彎過程和加速和減速過程中與地面接觸來維持穩定性。然而在具有兩個橫向設置輪子的平衡車輛中，施加于一個或多個輪子的任何扭矩會影響車輛的穩定性。在現有技術的系統中，例如美國專利5871091所示的自平衡車輛，個人車輛可以是自推進的和可用戶導向的，且此外例如當一次僅有兩個輪子與地面接觸時，可實現在前后或左右平面中的一個或兩個平面中的穩定性。此種車輛可在一種模式中工作，在該模式中，車輛的運動、包括加速(直線和轉彎)會部分或完全通過駕駛該車輛的主體所引起的車輛傾斜所控制。在美國專利系列第08/384705中描述若干此種車輛，該專利以參見的方式納入本文。此種平衡車輛會缺乏靜態穩定性。例如參見圖1A，其中示出現有技術的個人運輸機，且該運輸機由附圖標記18所指代，主體10站立在支承平臺12上并握持附連于平臺12 的手柄16上的把手14，使得該實施例的車輛18能以類似于滑行車的方式工作。可提供控制回路，使得主體傾斜引起平臺傾斜，而這進而引起扭矩繞軸22施加于輪子20，由此致使車輛加速。然而，車輛18是靜態不穩定的，且在缺乏用以維持動態穩定性的控制回路的工作下，主體10將不再支承于站立位置并且會從平臺12跌落。在圖IB中示出另一現有技術的個人運輸機，且該運輸機總地由附圖標記M所指代。個人車輛M同樣具有圖IA所示車輛18的特征，即用于支承主體10的支承平臺12和附連于平臺12的手柄16上的把手，使得本實施例的車輛M也能以類似于滑行車的方式工作。圖IB示出雖然車輛M可具有輪群沈，每個輪群具有多個輪子觀，然而車輛M仍是靜態不穩定的，且在缺乏用以維持動態穩定性的控制回路的工作下，主體10將不再支承于站立位置并且會從平臺12跌落。車輛30的站立騎手10將它的腳放置在平臺上，并且在相對寬且平坦的路徑33中前后轉移重量。在橫貫該弧度中抵抗重力和慣性所需的微量強度良好地處于平均用戶肌肉的強度和協調度內。不管騎手向前還是向后傾斜，車輛和騎手35的重心以弧形方式移動。 當將座位添加于此種車輛時，以上述方式來移動中心可能就不行了，需要用于轉移重心的替代機構。機構需要在使騎手能抵抗重力和慣性的同時提供適當范圍的運動。
發明內容
一方面，本發明的特征是一種用于在表面上運輸有效載荷的車輛。該車輛包括支承件和封殼，該支承件用于支承有效載荷，而封殼用于至少部分地封裝該有效載荷。該車輛還包括兩個橫向設置的地面接觸元件(例如，輪子、軌道、輥子、腿部)，且這些地面接觸元件聯接于封殼或支承件中的至少一個。車輛還包括聯接于地面接觸元件的驅動件。車輛還包括控制器，該控制器聯接于驅動件，用于至少響應于車輛的重心位置來調節該驅動件的操縱，以動態地控制車輛的平衡。在一些實施例中，驅動件沿地面推進該地面接觸元件。在一些實施例中，封殼聯接于支承件。在一些實施例中，該車輛包括使支承件和封殼聯接于地面接觸元件的結構，且該結構允許重心位置發生變化。在一些實施例中，重心位置沿車輛的前后平面、側向平面以及垂直平面中的一個或多個平面變化。在一些實施例中，該結構包括導軌，該導軌使封殼和支承件能相對于地面接觸元件滑動。在一些實施例中，該結構包括使支承件和封殼聯接于地面接觸元件的樞轉機構，且該樞轉機構使封殼和支承件能相對于地面接觸元件樞轉。在一些實施例中，有效載荷是人，且該車輛包括輸入裝置，人推動或拉動輸入裝置，使得人、支承件以及封殼能相對于地面接觸元件移動。在一些實施例中，該車輛包括一個或多個(例如，兩個)四桿連桿機構，且每個四桿連桿機構使一個地面接觸元件聯接于支承件和封殼，使封殼和支承件能相對于地面接觸元件移動。在一些實施例中，封殼聯接于地面接觸元件。在一些實施例中，該車輛包括使支承件聯接于封殼和地面接觸元件的結構，該結構允許重心位置發生變化。在一些實施例中，該結構包括導軌，該導軌使支承件能相對于封殼和地面接觸元件滑動(例如，前后)。在一些實施例中，該結構包括使支承件聯接于封殼和地面接觸元件的樞轉機構，且該樞轉機構使支承件能相對于封殼和地面接觸元件樞轉。在一些實施例中，該車輛包括兩個四桿連桿機構，且每個四桿連桿機構使支承件聯接于封殼和地面接觸元件，使支承件能相對于地面接觸元件移動。在一些實施例中，有效載荷是人，且該結構包括輸入裝置，人推動或拉動輸入裝置，使得人和支承件能相對于封殼和地面接觸元件移動。在一些實施例中，該車輛包括致動器，該致動器對支承件、有效載荷或封殼中的一個或多個的重心相對于地面接觸元件的位置進行控制。在一些實施例中，根據所選擇的工作模式來控制車輛。在一些實施例中，該工作模式是遠程控制模式，或者有效載荷是人且工作模式是人控制模式。在一些實施例中，有效載荷是人，該人將壓力施加到聯接于車輛(例如，平臺、支承件或封殼)的腳部件上，以使車輛減速。在一些實施例中，人在聯接于車輛的腳部件上施加壓力，以使車輛加速。在一些實施例中，重心位置向后轉移致使車輛減速(例如，如果初始向前移動的話)。在一些實施例中，重心位置向后轉移致使車輛向后加速(例如，如果初始停止或向后移動的話)。在一些實施例中，重心位置向前轉移致使車輛向前加速。在一些實施例中，重心位置向前轉移，當車輛初始向后行進時致使車輛減速。在一些實施例中，該車輛包括穩定器地面接觸元件，該穩定器地面接觸元件定位在車輛上，以使車輛靜態穩定(例如，當并非動態穩定時)。在一些實施例中，穩定器地面接觸元件是可伸縮的。在一些實施例中，該穩定器地面接觸元件包括傳感器，該傳感器用于檢測a)穩定器地面接觸元件與地面接觸或者b)穩定器地面接觸元件與地面之間所施加力中的至少一種。在一些實施例中，穩定器地面接觸元件包括輪子、滑橇、球或柱的一種或多種。在一些實施例中，車輛包括一個或多個傳感器，這些傳感器用于檢測車輛重心位置的變化。在一些實施例中，一個或多個傳感器是力傳感器、位置傳感器、縱傾傳感器或縱傾率傳感器中的一種或多種。在一些實施例中，啟動模式由車輛的重心位置的變化所觸發，且車輛的重心位置變化啟動平衡車輛的動態穩定，使得車輛不再由穩定器地面接觸元件所穩定。在一些實施例中，該穩定器地面接觸元件朝車輛前部定位，且重心位置向后轉移，以例如觸發啟動模式。在一些實施例中，該穩定器地面接觸元件朝車輛后部定位，且重心位置向前轉移，以例如觸發啟動模式。在一些實施例中，重心位置轉移至超出閾值觸發停車模式，該停車模式使車輛減速。在一些實施例中，有效載荷是人，且車輛包括輸入裝置，該輸入裝置由連接件聯接于車輛，從而當人向前推動輸入裝置時，車輛加速(或向后減速)，而當人向后拉動輸入裝置時，車輛減速(或向后加速)。在一些實施例中，驅動件將動力輸送給地面接觸元件，以使地面接觸元件旋轉，從而動態地控制車輛的平衡。在一些實施例中，驅動件是機動驅動件。在一些實施例中，該驅動件使車輛的地面接觸元件前后移動，以動態地控制車輛的平衡。在一些實施例中，車輛包括第二驅動件，該第二驅動件將動力輸送給地面接觸元件，以前后推進該車輛(例如，使地面接觸元件旋轉)。在一些實施例中，車輛包括聯接于第二驅動件的內燃機、踏板或曲柄，該第二驅動件將動力輸送給地面接觸元件，以使地面接觸元件旋轉，從而前后推進該車輛。另一方面，本發明的特征是一種利用車輛在表面上運輸有效載荷的方法。該方法包括利用支承件來支承有效載荷和利用封殼來至少部分地封裝該支承件。該方法還包括響應于車輛的重心位置來對驅動件的操作進行控制，以動態地控制車輛的平衡，其中驅動件聯接于兩個橫向設置的地面接觸元件，而這兩個橫向設置的地面接觸元件聯接于封殼或支承件中的至少一個。在一些實施例中，所輸送的動力響應于車輛的姿態(例如，縱傾)。在一些實施例中，該封殼聯接于支承件，且支承件和封殼相對于地面接觸元件移動，以改變車輛的重心位置。在一些實施例中，封殼聯接于地面接觸元件，且支承件相對于封殼和地面接觸元件移動，以改變車輛的重心位置。在一些實施例中，支承件和封殼相對于地面接觸元件滑動。在一些實施例中，支承件相對于封殼和地面接觸元件滑動。在一些實施例中，支承件和封殼相對于地面接觸元件樞轉。在一些實施例中，支承件相對于封殼和地面接觸元件樞轉。在一些實施例中，該方法包括對聯接于車輛的腳部件施加壓力，以使車輛加速。在一些實施例中，該方法包括向后轉移重心位置，以使平衡車輛減速。在一些實施例中，該方法包括向前轉移重心位置，以使平衡車輛加速。在一些實施例中，該方法包括向后轉移重心，以使平衡車輛加速。在一些實施例中，該方法包括利用定位在車輛上的穩定器地面接觸元件使平衡車輛靜態穩定。在一些實施例中，該方法包括當車輛動態平衡時縮回穩定器地面接觸元件。在一些實施例中，該方法包括當安裝在車輛上的傳感器檢測出重心位置變化時觸發啟動模式，并且啟動車輛的動態平衡。在一些實施例中，該方法包括向后轉移重心位置， 以啟動車輛的動態平衡。在一些實施例中，該方法包括向前轉移重心位置，以啟動車輛的動態平衡。在一些實施例中，該方法包括通過使車輛的重心位置轉移至超出閾值來觸發停車模式，并且使平衡車輛減速。在一些實施例中，該方法包括對聯接于平臺或封殼中至少一個的腳部件施加壓力，以使重心位置向后移動。在一些實施例中，有效載荷對于地面接觸元件的相對位置是對控制器的輸入。在一些實施例中，通過改變車輛的所希望縱傾并使車輛的重心位置轉移，使該輸入增強或削弱所命令的車輛的加速或減速。在一些實施例中，該輸入對用于控制車輛速度的速度極限算法的所希望縱傾進行修改。在一些實施例中，該方法包括將動力輸送給地面接觸元件，以使地面接觸元件旋轉，從而動態地控制車輛的平衡。該方法還包括驅動件，該驅動件使地面接觸元件在車輛的前后方向上移動，以動態地控制車輛的平衡。在一些實施例中，該方法包括將動力從第二驅動件輸送給地面接觸元件，以使地面接觸元件旋轉，從而使車輛前后移動。另一方面，本發明的特征是一種用于在表面上運輸有效載荷的車輛。該車輛包括支承件和封殼，該支承件用于支承有效載荷，而封殼用于至少部分地封裝該有效載荷。該車輛還包括兩個橫向設置的地面接觸元件，這兩個地面接觸元件聯接于封殼或支承件中的至少一個。車輛還包括聯接于地面接觸元件的驅動件。車輛還包括調節裝置，該調節裝置用于至少響應于車輛的重心位置和/或車輛的傾斜來調節驅動件的操作，以動態地控制車輛的平衡。另一方面，本發明的特征是一種用于在表面上運輸有效載荷的車輛。該車輛包括支承件和封殼，該支承件用于支承有效載荷，而封殼用于至少部分地封裝該有效載荷。該車輛還包括兩個橫向設置的地面接觸元件，這兩個地面接觸元件聯接于封殼或支承件中的至少一個。車輛還包括聯接于地面接觸元件的第一驅動件。車輛還包括控制器，該控制器聯接于第一驅動件，用于至少響應于車輛的重心位置來調節第一驅動件的操作，以使車輛的地面接觸元件前后移動，從而動態地控制車輛的平衡。該車輛還包括第二驅動件，該第二驅動件聯接于地面接觸元件，以將動力輸送給地面接觸元件，從而前后推進車輛。在一些實施例中，該車輛包括聯接于第二驅動件的內燃機，用以將動力輸送給地面接觸元件。在一些實施例中，該車輛包括聯接于地面接觸元件的導軌，使第一驅動件能命令車輛的地面接觸元件前后移動，以動態地控制車輛的平衡。另一方面，本發明的特征是一種利用車輛在表面上運輸有效載荷的方法。該方法包括利用支承件來支承有效載荷和利用封殼來至少部分地封裝該支承件。該方法還包括響應于車輛的重心位置來對聯接于封殼或支承件中至少一個的第一驅動件的操作進行控制， 以使車輛的地面接觸元件前后移動，從而動態地控制車輛的平衡。該方法還包括控制第二驅動件的操作，該第二驅動件聯接于兩個橫向設置的地面接觸元件，以將動力輸送給地面接觸元件，從而前后推進車輛。 另一方面，本發明的特征是披露一種用于在表面上運輸人的運輸裝置。該運輸裝置是具有用于提供平衡的控制回路的動態平衡車輛。該運輸裝置包括限定前后方向平面的平臺。該平臺支承包括人的有效載荷。包括地面接觸模件，該地面接觸模件可以是一個或多個輪子。地面接觸元件可移動地聯接于平臺。運輸裝置和運輸裝置上的任何載荷具有相對于地面接觸元件所限定的重心。該運輸裝置還包括支承件。該支承件可以是用于支承物體的座位，且該支承件聯接于平臺，從而允許通過支承件的至少一部分的平移和轉動、使得重心在前后方向平面中變化。在一實施例中，支承件的至少一部分的平移和轉動機械地耦合起來。該運輸裝置還包括驅動件，該驅動件聯接于地面接觸模件，并且響應于重心位置將動力輸送給地面接觸模件。該驅動件供給力，使得車輛平衡。在一實施例中，該支承件繞位于支承件上方的虛擬樞軸點轉動。支承件的結構使得該支承件能繞弧形通路或其它通路搖動。支承件可包括諸如四桿連桿機構之類的機械連接件。在一實施例中，四桿連桿機構的每個桿與樞轉件聯接在一起。可包括用于保持座位的結構(例如，第五桿)。該結構附連在四桿連桿機構的其中一個樞轉件處。在另一實施例中，該結構附連在四桿連桿機構的其中一個桿處。在一實施例中，四桿連桿機構形成平行四邊形，并且當車輛的使用者在座位上移動以使重心轉移時改變形狀。在一實施例中，運輸裝置包括壓力傳感器，該壓力傳感器用于在存在駕駛員或有效載荷時致動驅動件并致使控制回路起作用。壓力傳感器可放置在平臺中以起作用，或者該壓力傳感器可放置在座位中。在又一其它實施例中，機械接觸件附連于支承件，該接觸件與聯接于平臺的壓力傳感器進行接觸。在本發明的另一實施例中，支承件包括可滑動安裝的座位。該支承件包括一個或多個導軌，這些導軌用于使座位能滑動。在該實施例中，座位無需能夠繞車輛的縱傾軸線轉動，但仍允許使用者改變重心以控制車輛。在滑動座位的另一變型中，該滑動座位繞車輛的縱傾軸線轉動。當滑動座位沿導軌滑動時，一種機構致使座位繞車輛的縱傾軸線轉動。在一實施例中，導軌包括一個或多個鏈輪，這些鏈輪與聯接于座位的突起物嚙合，由此當座位在導軌上滾動時產生轉動。在另一實施例中，支承件可包括一個或多個滑輪，這些滑輪有助于使座位沿一個或多個導軌滑動。在又一其它實施例中，該座位聯接于騎在摩擦表面上的摩擦輪。在一實施例中，支承件包括中凸的徑向基部，該基部使得支承件能響應于轉移其重量的使用者而搖動。該中凸的徑向基部可在樞軸點處聯接于平臺，該平臺隨著座位的運動而前后平移。在其它實施例中，中凸的徑向基部可沿其中凸表面具有不同的曲率半徑。在某些實施例中，支承件可包括阻尼器，以抵抗滑動件的運動并且抑止控制系統發生不希望的振動。在一實施例中，當沒有力施加于支承件時，該支承件較佳地回到一位置，使得車輛基部保持穩定。在該實施例中，當控制回路使車輛平衡時，該車輛仍可略微移動。在一些實施例中，控制器聯接于驅動件或驅動件的一部分，且控制器是控制回路的一部分，該控制回路響應于車輛縱傾角的變化。在某些實施例中，該座位可由萬向樞轉件聯接于平臺。在另一實施例中，該座位聯接于控制桿。
通過參照結合附圖的以下詳細描述可更易于理解本發明的前述特征，附圖中圖IA是現有技術的動態平衡車輛的側視圖，該動態平衡車輛是能有利地使用本發明一實施例的類型。圖IB是又一現有技術的動態平衡車輛的側視圖，該動態平衡車輛是能有利地使用本發明一實施例的類型。圖2A和2B示出具有以弧形轉動的平臺的現有技術動態平衡車輛。圖3示出具有座位的動態平衡車輛。圖3A示出動態平衡車輛，其中座位聯接于控制桿。圖;3B示出動態平衡車輛，其中座位由樞轉件聯接于平臺。圖3C示出動態平衡車輛，其中座位可滑動地安裝于其中。圖3D示出具有座位的動態平衡車輛。圖4A示出動態平衡車輛的安裝在四桿連桿機構上的座位。圖4B示出如果騎手向后傾斜使得重心向后轉移時、四桿連桿機構會出現的一個位置。圖4C示出四桿連桿機構模擬擺動，使得座位發生平移和轉動。圖4D示出重心在座位既平移又轉動的同時沿直線平移。圖4E示出用于平移和轉動的連桿機構，其中一個或多個桿是柔性的。圖5A示出動態平衡車輛的一實施例，其中座位經由樞轉件附連于桿。圖5B示出一實施例，示出座位繞樞軸點附連于滑動件，其中滑輪有助于控制轉動。圖5C示出聯接于滑動件的座位，該滑動件騎在至少部分彎曲的導軌上。圖5D示出聯接于軌道的座位，該軌道包括摩擦輪，其中該座位既平移又轉動。圖5E示出具有多個銷的支承結構，這些銷會與平臺中的凹槽配合。圖6示出具有可拆搖椅的動態平衡車輛的實施例的側視圖。圖6A示出經由張力下的簡易纜線附連于平臺的支承結構。圖6B示出在底部弧形表面上并且還在平臺上包括一系列齒的支承結構。圖6C示出支承結構繞樞軸點聯接于平臺。圖7A示出可附連于動態平衡車輛的折疊座位，其中座位定位成就象騎手坐在該座位上那樣。圖7B示出騎手坐在折疊座位上。圖7C示出當騎手與車輛配合/脫開時的折疊座位位置。圖7D示出具有膝靠的動態平衡車輛的一實施例。圖8和8A示出既包括平移機械致動器又包括轉動機械致動器的支承結構的一實施例。圖9是根據本發明說明性實施例的車輛的三維圖。圖10是根據本發明一說明性實施例、用于動態控制車輛穩定性的控制系統的框圖。
圖IOA是車輛重心相對于車輛的地面接觸元件的位置的框圖。
圖IOB是圖IOA所示車輛的重心相對于車輛的地面接觸元件的替代位置的框圖。
圖IlA是根據本發明-一說明性實施例的車輛的示意說明圖。
圖IlB是根據本發明-一說明性實施例的車輛的示意說明圖。
圖Iic是根據本發明-一說明性實施例的車輛的示意說明圖。
圖IlD是根據本發明-一說明性實施例的車輛的示意說明圖。
圖12A是根據本發明-一說明性實施例的車輛的示意說明圖。
圖12B是根據本發明-一說明性實施例的車輛的示意說明圖。
圖12C是根據本發明-一說明性實施例的車輛的示意說明圖。
圖12D是根據本發明-一說明性實施例的車輛的示意說明圖。
圖13A是根據本發明-一實施例的車輛的三維圖。
圖13B是圖13A所示車輛的替代構造。
圖14是根據本發明一-說明性實施例的車輛的示意說明圖。
具體實施例方式圖3示出平衡車輛。平衡車輛包括地面接觸模件32，在所示的實施例中，該地面接觸模件是一對由電動機供電的共軸輪子。控制器聯接于電動機，用以響應于包括車輛以及騎手的組件的重心變化而提供控制信號。當騎手10騎上車輛時，控制器模件感測重心 36的變化，并且使用控制回路根據重心36繞前后方向平面42的變化而控制供給輪子32 的動力。當重心36沿向前方向而向前移動時，動力提供給輪子且車輛會向前移動。當重心響應于騎手的移動而向后移動時，車輛會減速并反向，使得車輛向后移動。當感測出重心變化時，通過使用控制回路和輪子致動器(未示出)而將扭矩施加給車輛的一個或多個輪子 (或其它地面接觸部件)。車輛的縱傾也可被感測出并在控制回路中進行補償。控制模件包括陀螺儀，該陀螺儀用以感測重心位置的變化。所示的車輛包括平臺12，該平臺12用于支承騎手和控制桿14和16。可提供合適的力傳感器來感測向左和向右傾斜，并且提供相關聯的控制件來產生由于所感測出的傾斜而引起的左轉和右轉。還可使用近程傳感器來檢測該傾斜。類似的是，該實施例的車輛可裝備有位于平臺12上的腳(或力)致動開關來致動車輛，這樣當主體接觸平臺12時，閉合開關以自動地對車輛供電。該實施例還包括用于騎手的支承件34、 38、40 ；該支承件可包括騎手可抵靠其上的座位34。在第一實施例中，如圖3A所示座位34附連于控制桿16。騎手10則使用其身體和動量來使車輛與騎手的組合重心向前或向后移動。在另一實施例中，如圖:3B所示座位34 經由樞軸點44附連于平臺12。該樞轉件可以是簡單的樞轉件，使得該樞轉件僅僅向前和向后移動，或者該樞轉件可以是萬向樞轉件，使得該座位可沿任何方向樞轉。萬向樞轉件的一個示例是彈簧。此外，該樞轉件可沿車軸安裝于平臺，或者該樞轉件可例如沿平臺的后緣安裝在其它位置處。在又一實施例中，座位34使用一個或多個導軌46附連于平臺，且該座位34如圖 3C所示在該平臺上滑動。在此種實施例中，座位34由騎手所引起的移動致使車輛及其負載的重心位置變化。如果座位向前移動，傳感器會感測處車輛所產生的傾斜，并致使車輛增大向前速度。如果座位向后滑動，則車輛30會相應地減緩速度。在本發明的某些實施例中， 諸如彈簧之類的定心機構可包含在樞轉件或滑動座位中，使得座位會回位，從而當騎手離開車輛時車輛基本穩定。在另一實施例中，如圖3D所示座位50安裝于平臺12。座位和連接于平臺的連接件52并不包括樞轉件。該實施例中的座位較佳地使平臺的長度延長。當騎手與車輛配合并坐在座位上時，騎手可通過使其身體沿座位長度滑動來調整重心。在又一實施例中，車輛包括如圖4A所示附連于控制桿的連桿機構，例如四桿連桿機構。該四桿連桿機構還由另一桿(座位柱)附連于座位，該另一桿繞四桿連桿機構的共同樞軸點聯接于該四桿連桿機構或者聯接于連桿機構中的桿。如圖4C所示，該四桿連桿機構使得座位能沿弧形移動，這模擬類似于搖椅擺動的繞基部平臺的擺動。圖4B示出如果騎手向后傾斜使得重心向后轉移時、四桿連桿機構55會出現的一個位置。騎手不僅向后移動而且還向后轉動，這樣平移和轉動耦合在一起。從另一角度來看，該四桿連桿機構使得座位能繞虛擬樞軸點沿弧形移動。該虛擬樞軸點可位于座位上方的一點處。在其它實施例中， 該虛擬樞軸點可位于座位之下。如圖4D所示，當座位34既平移又轉動時，重心35沿直線在前后平面中移動。在其它實施例中，重心無需沿直線移動，且重心位置可改變。座位的此種運動產生與圖3A-3D中的上述座位不同的騎手體驗。在該實施例中，不存在座位自動返回的位置。這樣，在使重心移動所需的能量方面不存在峰值或谷底。在該實施例中，無需臂力來將重心相對于車軸的位置維持在如圖3A-3C所示采用簡單和萬向樞轉件所實現的位置。這既可易于縱傾控制，又可使騎手能夠發現在車軸上方的重心位置，使得車輛基本穩定。虛擬樞轉機構使得就座的騎手能具有站立騎手會具有的在動態平衡車輛上的類似體驗。在相對于圖4A-4E所述的車輛形式中，騎手通過從控制桿伸出的一對把手來握持該控制桿。當騎手坐在座位上時，該座位可繞前后方向平面移動，且當騎手移動時座位既會平移又會轉動，由此使重心變化。雖然上面所示的實施例具有用于提供轉動和平移的耦合的連桿機構，然而其它結構和系統也可設計成提供此種功能，例如但不局限于圖5A-E和圖6、6A、6B以及6C中示出的結構，且本發明并不傾向于局限于機械連接件。在又一實施例中，四桿連桿機構包括可撓曲的非剛性部件。例如，圖4E示出一支承結構，其中部件B和C各自是撓性的，而部件D如同使部件B和C聯接于平臺A的聯接件那樣是剛性的。在該實施例中，部件B和C示作向內傾斜以遇上部件D。當由騎手沿前后方向將力通過部件D施加在座位上時，部件B和C會撓曲，使得座位繞位于該座位上方的虛擬樞軸點擺動。在圖4E中通過虛線示出部件B和C的運動。這樣支承座位的部件D既會平移又會轉動。此外，樞轉件可包括在此種實施例中，使得連接件既樞轉又撓曲。例如，可將樞轉件放置在如圖所示部件D與部件B和C相接觸的位點處。在又一形式中，部件B和C 可除了定位成向內傾斜以外，這兩個部件向外傾斜。在該類型的實施例中，該座位會像搖椅那樣移動。如果騎手向前傾斜時，座位會向前平移并且該座位會轉動，使得座位的最前部分會低于座位的最后部分。這與圖4E所示的實施例不同，其中如果騎手致使座位向前平移， 座位會轉動，使得座位的最前部分相比于該座位的最后部分升高。圖5A-5E各自示出不同實施例，其中平移和轉動耦合起來。在圖5A中，座位34經由樞轉件60附連于桿58。該座位還包括與鏈輪64嚙合的、形成為弧形的一系列突出物62。 鏈輪64附連于桿58并繞軸66旋轉。該桿包括可繞中心軸69旋轉的第二鏈輪67。鏈輪 64,67各自駐留在帶/軌道70上，該帶/軌道包括與鏈輪64、67嚙合的突出物72。當車輛的使用者使座位向前或向后移動時，該座位會平移并由于形成為弧形并且聯接于座位的突出物62而轉動。在其它實施例中，座位在其上滑動的軌道可具有不同的型面。例如，該軌道可以是中凸的、中凹的或者沿其長度具有變化型面。如果軌道具有變化型面，則騎手需要施加更大的力，來使座位沿軌道的某些部分移動。因此，可使用不同的軌道型面，以對重心路徑進行定形，且重心無需沿直線移動。在圖5B中，座位34繞樞軸點76附連于滑動件75。滑動件裝配在軌道78上，且該滑動件75能在軌道78上滑動。至少兩個滑輪79、80在座位處附連于滑動件。滑輪79、 80繞滑動件朝座位的相對兩個端部定位。一根或多根線或線纜81附連于座位和車輛的諸如軌道之類的固定部分。該線纜81配合滑輪80、79。當座位由騎手向前或向后滑動時，由于改變線纜中的張力，因而滑輪致使座位傾斜。這些線纜聯接于軌道85、86的任一端或者車輛的一些其它部件，并且還在兩個相對端部83、84處聯接于座位。在所示的實施例中，存在兩根單獨的線纜，其中一根線纜從軌道端部86行進經過滑輪79并在84處附連于座位。 第二根線纜在83處附連于座位，并經過滑輪80且附連在軌道端部85處。如果座位向后移動，則座位的后緣會轉動并降低。類似的是，如果座位由騎手向前移動，則該座位的最前部分會轉動并且會降低。在圖5C中，座位繞樞軸點88附連于滑動件87。滑動件87座落在軌道89上，并使該座位能向前和向后滑動。該座位還包括兩個延伸部34A、34B，每個延伸部具有安裝于其的兩個輪子90。在各對輪子之間是直線軌道，且該直線軌道在該軌道的各端處包括弧部89A、 89B。當座位向前或向后滑動時，輪子沿該弧部滾動并致使該座位繞樞軸點傾斜。可以設想使軌道具有變化曲率，從而該軌道的中心部分自身是彎曲的，且端部比起中心部分具有較大的曲率半徑。在圖5D中，座位34騎坐在軌道200上。該座位34由樞轉件22聯接于傳動件210。 該傳動件聯接于一對摩擦輪225、230。在該實施例中，座位34的平移與座位的轉動直接耦合。當座位由騎手移動且摩擦輪沿軌道轉動時，該座位也會轉動。在所示的實施例中，輪子轉過的量比樞轉件使座位轉動而轉過的量大。因此，傳動件致使座位以摩擦輪旋轉的一小部分而樞轉/轉動。應理解的是，圖5A-5D所示的所有軌道可以具有與平臺相同的長度，或者可沿前后方向延伸超出該平臺的長度，或者可短于該平臺的長度。支承結構還會包括用于將軌道保持在合適的座落高度的機構。例如，該軌道可安裝于控制桿，或者可座落在其聯接于平臺的自身安裝結構。例如，該安裝結構可以是軸。圖6示出具有可拆搖椅的動態平衡車輛的實施例的側視圖。該搖椅包括支承結構 95。該支承結構的底部與平臺接觸，并且其形狀類似于弧97，使得座位34能搖擺。支承結構95的弧形下方部件97經由運動接觸點聯接于平臺12。在該實施例中，該弧形部件97在前后平面中相同程度地轉動。然而在其它實施例中，可沿前向或后向限制轉動。該支承結構還可經由一對導軌聯接于平臺。在該實施例中，支承結構抵靠在導軌上，且該導軌包括防止支承結構在除了前后方向平面以外的任何其它平面中移動的機構。在該實施例中，支承結構的弧形下方部件在接觸點處并不聯接于平臺。在該實施例中，該弧形部件可在一系列導軌或輪子上滾動。在另一實施例中，該支承結構可包括引導銷，該引導銷延伸通過支承結構，并且在該支承結構的任一側上由導軌所封閉。在該實施例中，該座位可繞座位上方的虛擬樞轉件前后搖擺。應理解的是，虛擬樞軸點無需位于座位上，在某些實施例中，該虛擬樞軸點例如可存在于座位之下。應當認識到，支承結構的形成為弧形的下表面可具有任何數量的半徑。例如，下表面在邊緣處可具有較大的曲率而在其中心處具有較小的曲率，從而當支承結構繞其中心部分搖擺時，每單元的平移與轉動度成比例，然而當支承結構進一步朝邊緣擺動時，對于每單元的平移存在較大的轉動度。在另一形式中，如圖5E所示，支承結構的下表面150在弧的邊緣處包括兩個銷 160、165。當支承結構170搖擺至邊緣時，其中一個銷160或165會與平臺12中的凹槽160A 或165A配合。如果騎手持續沿相同方向傾斜時，則支承結構會繞銷160或165轉動。因此， 對于該實施例來說存在兩個不同的平移-轉動比。當支承結構170繞該弧搖擺時，對于每單元的平移來說比起繞銷160或165轉動存在較小程度的轉動，其中當銷與平臺的凹槽配合時只存在轉動而不存在平移。在圖6所示實施例中，具有像下表面那樣的弧的支承結構能以若干方式中的任何一種聯接于平臺。例如，重力可將支承結構保持在平臺12上。此外，支承結構的平臺表面和底表面可由具有高摩擦系數的材料所形成。在另一實施例中，如圖6A所示，支承結構300 可經由張力下的簡單纜線(包括彈簧310A) 310附連于平臺12。在該實施例中，當支承結構繞底表面300A的弧搖擺時，彈簧310A拉伸，因此存在使支承結構300回復至如圖所示居中位置的回復力。如圖6B所示，該支承結構400可在底部弧形表面400A上包括一系列齒 410，且平臺12可包括一系列用于底表面的嚙合齒420。當支承結構搖擺時，底表面的齒和平臺的齒互鎖。在圖6C中，支承結構500繞樞軸點510聯接于平臺12。樞轉件510聯接于向下延伸通過平臺并且在該實施例中騎在一對輪子530上的部件520。在該實施例中，部件520 是剛性的。當力由騎手沿前后方向施加于支承結構500時，如圖所示支承結構500會平移且輪子530會在平臺底側上旋轉。由于支承結構500A的拱形底側，支承結構500還會繞樞軸點510轉動。在該實施例中，支承結構500會總是維持與平臺接觸，包括在崎嶇地形上。 此外，應認識到可考慮用于將支承結構聯接于平臺的其它機構，且本發明不應局限于所示的實施例。在一實施例中，車輛的平臺包括一個或多個壓力傳感器，來感測騎手是與車輛配合或是脫離。當騎手對車輛施加動力并且配合車輛時，車輛進入平衡模式。使控制回路運行，來感測中心位置的變化，且致使車輛相對于這些變化移動。如果車輛包括座位，則騎手會不與壓力傳感器配合，這是由于她的腳會不與平臺接觸或者該騎手會將其腳從平臺移開。為了解決該問題，可將諸如壓力傳感器之類的傳感器包括在座位中。在另一實施例中， 當騎手與車輛配合時，可使用例如連桿或管來與平臺接觸。可將支承結構設計成能折疊或壓縮，以使騎手能更好地與車輛配合/脫離，并且還能減震。例如7A-7C示出折疊座位，且該折疊座位可用于前述車輛。在圖7A中，以全視圖示出該座位，且該座位定位成就象騎手坐在該座位上那樣。當將重物放在座位上時，座位的側部就象手風琴那樣向外膨脹。圖7B示出騎手坐在座位上。圖7C示出當騎手10與車輛配合/脫開時的座位位置。如果騎手已位于車輛上，則在騎手站立時，座位34上升并折疊且支承結構92向內收縮，以減小支承尺寸。座位的支承結構還可包括用于使平面中的側向移動能基本垂直于車輛前后方向平面的機構。該車輛可包括傳感器來感測側向移動。這些傳感器能連系到控制回路中，從而如果騎手向右傾斜，則更多的動力會施加給左輪，使得車輛能向右轉。在支承結構的其它實施例中，側向移動可不連系于傳感器，而控制回路可簡單地執行如下功能使得騎手能在崎嶇地形上轉移他或她的重量。如圖7D所示，支承結構還可包括膝靠四0，使得騎手能更相適地聯接于車輛，并且提供體位優勢和/或部分的身體支承。圖8示出另一實施例，其中座位34既平移又轉動。較佳的是，平移和轉動耦合起來。在該實施例中，在座位中存在力傳感器120。當騎手在座位34上轉移其重量時，力傳感器120感測出變化。根據力的變化，既與直線致動器125又與轉動致動器130配合。如果騎手轉移其重量，使得提供給力傳感器A的重量比提供給力傳感器B更大時，則直線致動器 125會致使座位向前平移。此外，座位會通過轉動致動器向前轉動，使得座位的最前部分會降低，而座位的最后部分會升高。所示的實施例還包括提供沿垂直方向的直線運動的直線致動器135。該致動器135更易于與車輛配合和脫離。在該實施例中，平移和轉動都由機械致動器所控制。使用用于提供座位平移和轉動的機械致動器，當比起需要使騎手能主動轉移座位位置的更簡易機械設計時，有助于具有減小力量的個體能使用它們自身的力氣來顯著轉移它們的重量，并且能使用它們的肌力來維持向前傾斜或向后傾斜的位置。圖9是根據本發明說明性實施例的車輛1100的三維圖。人(未示出)抵靠在封殼1104中的支承件1102上，該封殼1104至少部分地封閉該人。該車輛1100包括至少兩個地面接觸元件1108、1110。這兩個地面接觸元件1108、1110聯接于平臺1106。地面接觸元件1108相對于地面接觸元件1110側向設置。地面接觸元件各自繞車軸1114旋轉，并且由至少一個驅動件1116(例如，機動驅動件)提供動力。控制器(1160)聯接于驅動件1116， 用于響應于車輛1100的車輛取向(例如，縱傾)以及重心位置的變化而提供控制信號。在本發明的該實施例中，地面接觸元件1108和1110是輪子。作為在此使用的術語，地面接觸元件(例如，地面接觸元件1108和1110)可以是輪子或者相對于位于下面的表面支承車輛并且控制車輛的移動和/或平衡的任何其它結構。在一些實施例中，車輛的一個或多個地面接觸元件是軌道、輥子、球、弧形元件或腿部。當人騎上車輛1100時，控制器1160執行控制回路并感測出車輛1100的會由于重心1112在前后方向平面中的位置變化而引起的取向變化，并且根據重心1112的位置變化來控制提供給地面接觸元件1108、1110的動力。響應于車輛1110的取向變化以及重心 1112的位置變化，將扭矩施加給地面接觸元件1108、1110來使車輛1100動態穩定。在一實施例中，當重心1112的位置向前移動(朝負X軸方向)時，驅動件1116將動力充分地提供給兩個地面接觸元件1108、1110，以使車輛1100向前(朝負X軸方向)移動。當重心1112向后移動(朝正X軸方向)時，驅動件1116將動力充分地提供給兩個地面接觸元件1108、1110，使車輛1100減速并反向，以使得車輛1100向后(朝正X軸方向)移動。在一些實施例中，當重心1112的位置側向移動(朝正或負Z軸方向)時，驅動件1116 將動力提供給兩個地面接觸元件1108、1110，該動力足以使車輛1100左轉或右轉。可將較大的動力施加給左邊地面接觸元件來右轉。在一些實施例中，可將較小的動力施加給右邊地面接觸元件來右轉。在一些實施例中，可將較大的動力施加給左邊地面接觸元件并且將較小的動力施加給右邊地面接觸元件來右轉。車輛的縱傾(車輛1100繞車輛1100的車軸1114的角取向)也可被感測出并在控制回路中進行補償。控制器包括陀螺儀，該陀螺儀用以感測車輛1100由于重心位置的變化引起的取向。可提供合適的力傳感器來感測向左和向右傾斜，并且提供相關聯的控制件來產生由于所感測出的傾斜而引起的左轉和右轉。還可使用近程傳感器來檢測該傾斜。類似的是，該實施例的車輛可裝備有例如位于平臺1106或支承件1102上的腳(或力)致動開關來致動車輛1100，這樣當主體接觸平臺1106時，閉合開關以自動地對車輛1100供電。在另一實施例中，當重心1112向前移動(朝負X軸方向)時，驅動件1116將動力提供給兩個地面接觸元件1108、1110，該動力足以使車輛1100向后(朝正X軸方向)移動。 當重心1112向后移動(朝正X軸方向)時，驅動件1116將動力提供給兩個地面接觸元件 1108、1110，該動力足以使車輛1100減速并反向，以使得車輛1100向前(朝負X軸方向) 移動。當車輛根據重心1112的位置變化而不是響應于縱傾變化而動態穩定時，車輛 1100在運行過程中的縱傾變化程度降低。這還使車輛1100為響應于加速和/或減速指令所花費的時間縮短。通過使車輛1100的重心1112的位置恢復到地面接觸元件1108和1110 與地面接觸位置之上，車輛1100加速和/或減速。如果車輛1100響應于縱傾變化而加速和/或減速，則車輛1100的控制器會首先需要誘使重心1112的位置相對于穩態位置變化， 然后命令驅動件1116操作地面接觸元件1108和1110，從而將重心1112定位在地面接觸元件與地面接觸位置的上方。比起響應于重心位置變化而加速和/或減速，引發重心1112回到穩態位置的位置變化所需的時間是車輛1100響應加速指令和/或減速指令的時間延遲。 由于重心1112的位置變化在加速和/或減速指令中是固有的，因而車輛1100無需引發重心1112的離開穩態的位置變化。加速和/或減速指令需要車輛1100的取向變化成將重心 1112定位在正確位置，以使加速和/或減速能開始。圖10是根據本發明一說明性實施例、用于動態控制車輛(例如，圖9中所示車輛 1100)穩定性的控制系統1200的框圖。控制器1202從傳感器模件1204接收車輛重心(例如，圖9所示的重心111 位置的輸入特征。至少根據由傳感器模件1204所提供的重心位置，控制器1202命令左機動驅動件1206或右機動驅動件1208中的至少一個驅動件產生扭矩T (例如，施加給相對應地面接觸元件的扭矩)。圖IOA和IOB是根據本發明說明性實施例、說明車輛1230的重心1222的位置在車輛1230的運行方面所起作用的框圖。車輛1230具有總質量M2 (M2g的重量)。車輛1230 的有效載荷以及一部分的質量被指代為M1 (Mlg的重量)，該質量M1與重心1222的重心質量相對應。兩個橫向設置的接觸元件1220的質量被指代為質量禮⑶識的重量)。車輛1230 的重量被表述成M2g = Mlg+M0g公式 1車輛1230能夠沿X軸方向相對于地面接觸元件1220的位置移動的部分由重心 1222所指代。參見圖10A，重心1222位于在地面接觸元件1220與地面接觸的位置1238上方的初始位置1234處。
參見圖10B，重心1222相對于初始位置1234、沿負X軸方向以距離L位于位置1242 處。在一實施例中，通過由人來移動車輛1230的重心位置(例如，類似于參見圖9所進行的描述)，該重心1222定位在位置1242處。傳感器模件1204 (圖10)將車輛1230的縱傾和車輛1230的取向提供給控制器1202，且車輛的縱傾和取向隨重心1222的位置1242的變化而變化。控制器1202將信號輸出給左機動驅動件1206和右機動驅動件1208，以將扭矩 [T = (Mlg) (L)]施加給地面接觸元件1220，來致使地面接觸元件1220沿一定方向(例如， 沿負X軸方向向前)移動，且重心1222以偏離前述位置1238來維持車輛1230的平衡。車輛1230的質量能有利地分布在有效載荷和相關結構(總體是1222)以及地面接觸元件和相關結構(總體是1220)之間，以使加速和減速性能最高。在一實施例中，有利的是將車輛1230的較大百分比的總質量定位成車輛1230的移動部分(即，帶有有效載荷和相關結構1222的部分)，以使加速和減速性能最高。將更多的車輛1230的總質量放置成運動部分1222，使得較大的質量能有助于產生使車輛1230加速或減速所需的電動指令。 然而，如果將較多的車輛1230的總質量放置成地面接觸元件和相關結構1220，則較大的質量百分比會是車輛作為整個車輛一部分運動所需的負載。控制器1202也與用戶界面1210以及輪子旋轉傳感器1212交界。用戶界面1210 例如可包括用于將車輛開啟或關閉、或者用于觸發車輛的不同工作模式(例如，參見圖13A 和13B所描述的工作模式)的控制。傳感器模件1204檢測出一個或多個車輛參數來確定車輛重心位置的變化。在一實施例中，傳感器模件1204產生指示一個瞬時的重心位置相對于另一瞬時重心位置的變化的信號。例如，附連于彈簧的距離傳感器、載荷傳感器、測斜儀、陀螺儀、觸須(whiskers) 和/或角速率傳感器可用于確定車輛重心的變化。還可使用其它傳感器(例如，光學傳感器和/或磁傳感器)，因此在本發明的范圍內。控制器1202包括控制算法，來根據重心位置確定由左機動驅動件1206和/或右機動驅動件1210所施加的扭矩量。例如，在車輛的設計過程中或實時，可根據車輛的當前工作模式、車輛所經歷的工作條件以及人的偏好來構造控制算法。控制器1202能例如通過使用控制回路來執行控制算法。在機械工程領域熟知控制回路的操作，且該控制回路的操作例如概括在Fraser & Milne發表于由IEEE (美國電氣電子工程師協會)(1994)出版的電子機械工程的、具體在11章“!Principles of Continuous Control”中，在此以參見的方式引入全文。作為示例但并不意味著限制，控制算法可采取以下形式扭矩命令=K*(C+0)(公式2)其中K是增益、C是限定車輛重心位置的矢量，而0是偏移。重心位置C可以呈由重心的所希望位置減去重心的感測位置所限定的誤差項的形式。重心的所希望位置例如可以是控制算法中的預定常數。或者，車輛中的人可經由用戶界面來設定重心位置。在該實施例中，在啟動車輛下并在允許車輛移動之前，人可致動車輛上的開關，來根據從傳感器模件所接收的輸入確定重心的所希望位置。這使得人能獲得重心的已知初始位置，然后人可偏離該初始位置，從而產生重心位置的變化。增益K可以是預定常數，或者可以通過用戶界面1210由人所送入或調整。增益K 一般是矢量，而扭矩被確定為增益的標量，且重心位置被確定為位移矢量。車輛對于重心位置變化的響應率可以由K所調節。例如，增大矢量K的至少一個元件的幅值使人能接收較硬響應，其中，重心位置的小變化引起大扭矩指令。除了 C的直接效應以外或者與該直接效應分開，偏移0可包含到控制算法中，以調節施加到左機動驅動件1206和右機動驅動件1208的扭矩。因此，例如人可借助用戶界面 1210提供輸入，該輸入等同于例如重心位置的變化由控制器1202所處理。在一實施例中，通過分別計算左機動驅動件1206所需的扭矩和右機動驅動件 1208所需的扭矩可實現轉向。此外，對于控制領域中普通技術人員已知的是，追蹤左輪運動和右輪運動能進行調整，以防止車輛發生不希望的轉動，并且說明左機動驅動件1206和右機動驅動件1208之間的性能變化。在一些實施例中，在前后平面和/或側向平面中感測重心位置變化。感測重心位置在側向平面中的變化確保相對于側向平面傾斜的穩定性。在這些實施例中，重心位置的側向變化用于觸發抗傾斜機構或另外用于修正車輛性能的工作(例如，更改應用于一個或多個地面接觸元件的扭矩)。在一些實施例中，重心位置的側向變化用于命令車輛左轉或右轉。通過例如為左地面接觸元件和右地面接觸元件提供單獨的電動機，可在具有至少兩個側向設置的地面接觸元件(例如，左輪和右輪)的實施例中實現轉向。可單獨計算左電動機所希望的扭矩和右電動機所希望的扭矩。此外，對于控制領域中普通技術人員已知的是，追蹤左地面接觸元件的運動和右地面接觸元件的運動能進行調整，以防止車輛發生不希望的轉動，并且說明兩個電動機之間的性能變化。在一些實施例中，當車輛處于較低速度時，將轉向敏感度調整為較高的敏感度，而當車輛處于較高速度時，將轉向敏感度調整為較低的敏感度，以例如在高速時易于轉向。在一些實施例中，控制系統1200限制車輛(例如，圖9中的上述車輛100)的速度。速度極限可例如根據與車輛工作模式相關聯的最大速度(例如，下文結合圖13A和圖 13B所進行的描述)或者來自人的輸入來設定。在一實施例中，控制系統1200包括速度極限算法，該速度極限算法通過控制車輛縱傾來調節車輛速度。控制器1202改變車輛的縱傾，這使得重心位置移動。重心位置的改變致使車輛根據重心移動的方向而加速或減速。速度極限算法致使控制器1202能通過調整所希望的縱傾角 。來使車輛加速或減速。控制系統1200的縱傾控制回路控制該控制系統1200，以實現所希望的縱傾角 D。根據以下關系來確定所希望縱傾角 D的調整。
權利要求
1.一種用于在表面上運輸有效載荷的車輛，所述車輛包括支承件，所述支承件用于支承所述有效載荷；封殼，所述封殼用于至少部分地封裝所述有效載荷；兩個橫向設置的地面接觸元件，所述地面接觸元件聯接于所述封殼或所述支承件中的至少一個；驅動件，所述驅動件聯接于所述地面接觸元件；以及控制器，所述控制器聯接于所述驅動件，用于至少響應于所述車輛的重心位置來調節所述驅動件的操作，以動態地控制所述車輛的平衡。
2.如權利要求1所述的車輛，其特征在于，所述封殼聯接于所述支承件。
3.如權利要求2所述的車輛，其特征在于，所述車輛包括使所述支承件和所述封殼聯接于所述地面接觸元件的結構，所述結構允許所述重心位置發生變化。
4.如權利要求3所述的車輛，其特征在于，所述結構包括導軌，所述導軌使所述封殼和所述支承件能相對于所述地面接觸元件滑動。
5.如權利要求3所述的車輛，其特征在于，所述結構包括使所述支承件和所述封殼聯接于所述地面接觸元件的樞轉機構，使所述封殼和所述支承件能相對于所述地面接觸元件樞轉。
6.如權利要求3所述的車輛，其特征在于，所述有效載荷是人，且所述車輛包括輸入裝置，所述人推動或拉動所述輸入裝置，使得所述人、所述支承件以及所述封殼能相對于所述地面接觸元件移動。
7.如權利要求2所述的車輛，其特征在于，所述車輛包括兩個四桿連桿機構，且每個四桿連桿機構使一個地面接觸元件聯接于所述支承件和所述封殼，使所述封殼和所述支承件能相對于所述地面接觸元件移動。
8.如權利要求1所述的車輛，其特征在于，所述封殼聯接于所述地面接觸元件。
9.如權利要求8所述的車輛，其特征在于，所述車輛包括使所述支承件聯接于所述封殼和所述地面接觸元件的結構，所述結構允許所述重心位置發生變化。
10.如權利要求9所述的車輛，其特征在于，所述結構包括導軌，所述導軌使所述支承件能相對于所述封殼和所述地面接觸元件滑動。
11.如權利要求9所述的車輛，其特征在于，所述結構包括使所述支承件聯接于所述封殼和所述地面接觸元件的樞轉機構，使所述支承件能相對于所述封殼和所述地面接觸元件樞轉。
12.如權利要求8所述的車輛，其特征在于，所述車輛包括兩個四桿連桿機構，且每個四桿連桿機構使所述支承件聯接于所述封殼和所述地面接觸元件，使所述支承件能相對于所述地面接觸元件移動。
13.如權利要求8所述的車輛，其特征在于，所述有效載荷是人，且所述結構包括輸入裝置，所述人推動或拉動所述輸入裝置，使得所述人和所述支承件能相對于所述封殼和所述地面接觸元件移動。
14.如權利要求1所述的車輛，其特征在于，所述車輛包括致動器，所述致動器對所述支承件、所述有效載荷或所述封殼中的一個或多個的重心相對于所述地面接觸元件的位置進行控制。
15.如權利要求1所述的車輛，其特征在于，根據所選擇的工作模式來控制所述車輛。
16.如權利要求15所述的車輛，其特征在于，所述工作模式是遠程控制模式，或者所述有效載荷是人且所述工作模式是人控制模式。
17.如權利要求1所述的車輛，其特征在于，所述有效載荷是人，所述人將壓力施加到聯接于所述車輛的腳部件上，以使所述車輛減速。
18.如權利要求1所述的車輛，其特征在于，所述重心位置向后轉移致使所述車輛減速或向后加速。
19.如權利要求1所述的車輛，其特征在于，所述重心位置向前轉移致使所述車輛向前加速。
20.如權利要求1所述的車輛，其特征在于，所述車輛包括穩定器地面接觸元件，所述穩定器地面接觸元件定位在所述車輛上，以使所述車輛靜態穩定。
21.如權利要求22所述的車輛，其特征在于，所述穩定器地面接觸元件是可伸縮的。
22.如權利要求20所述的車輛，其特征在于，所述穩定器地面接觸元件包括傳感器，所述傳感器用于檢測所述穩定器地面接觸元件與地面的接觸或者所述穩定器地面接觸元件與所述地面之間所施加力中的至少一種。
23.如權利要求22所述的車輛，其特征在于，所述穩定器地面接觸元件包括輪子、滑橇、球或柱的一種或多種。
24.如權利要求15所述的車輛，其特征在于，所述車輛包括一個或多個傳感器，用于檢測所述車輛的重心位置的變化。
25.如權利要求15所述的車輛，其特征在于，所述一個或多個傳感器是力傳感器、位置傳感器、縱傾傳感器或縱傾率傳感器中的一種或多種。
26.如權利要求15所述的車輛，其特征在于，所述車輛包括啟動模式，所述啟動模式由所述車輛的重心位置的變化所觸發，且所述車輛的重心位置變化啟動所述平衡車輛的動態穩定，使得所述車輛不再由穩定器地面接觸元件所穩定。
27.如權利要求沈所述的車輛，其特征在于，所述穩定器地面接觸元件朝所述車輛前部定位，且所述重心位置向后轉移。
28.如權利要求沈所述的車輛，其特征在于，所述穩定器地面接觸元件朝所述車輛后部定位，且所述重心位置向前轉移。
29.如權利要求1所述的車輛，其特征在于，所述重心位置轉移至超出閾值觸發停車模式，所述停車模式使所述車輛減速。
30.如權利要求1所述的車輛，其特征在于，所述有效載荷是人，且所述車輛包括輸入裝置，所述輸入裝置由連接件聯接于所述車輛，從而當所述人向前推動所述輸入裝置時，所述車輛加速，而當所述人向后拉動所述輸入裝置時，所述車輛減速。
31.如權利要求1所述的車輛，其特征在于，所述驅動件將動力輸送給所述地面接觸元件，以使所述地面接觸元件旋轉，從而動態地控制所述車輛的平衡。
32.如權利要求1所述的車輛，其特征在于，所述驅動件使所述地面接觸元件在所述車輛的前后方向上移動，以動態地控制所述車輛的平衡。
33.如權利要求32所述的車輛，其特征在于，所述車輛包括第二驅動件，所述第二驅動件用于將動力輸送給所述地面接觸元件，以前后推進所述車輛。
34.如權利要求33所述的車輛，其特征在于，所述車輛包括聯接于所述第二驅動件的內燃機，用以將動力輸送給所述地面接觸元件。
35.如權利要求1所述的車輛，其特征在于，所述驅動件是機動驅動件。
36.如權利要求1所述的車輛，其特征在于，所述控制器聯接于所述驅動件，用于至少響應于所述車輛的縱傾來調節所述驅動件的操作，以動態地控制所述車輛的平衡。
37.如權利要求7所述的車輛，其特征在于，所述地面接觸元件一致地移動。
38.如權利要求12所述的車輛，其特征在于，所述地面接觸元件一致地移動。
39.一種利用車輛在表面上運輸有效載荷的方法，所述方法包括利用支承件支承所述有效載荷；利用封殼至少部分地封裝所述支承件；以及響應于所述車輛的重心位置來對聯接于兩個橫向設置的地面接觸元件的驅動件的操作進行控制，以動態地控制所述車輛的平衡，且所述地面接觸元件聯接于所述封殼或所述支承件中的至少一個。
40.如權利要求39所述的方法，其特征在于，所輸送的動力響應于所述車輛的姿態。
41.如權利要求39所述的方法，其特征在于，所述封殼聯接于所述支承件，且所述支承件和所述封殼相對于所述地面接觸元件移動，以改變所述車輛的重心位置。
42.如權利要求39所述的方法，其特征在于，所述封殼聯接于所述地面接觸元件，且所述支承件相對于所述封殼和所述地面接觸元件移動，以改變所述車輛的重心位置。
43.如權利要求41所述的方法，其特征在于，所述支承件和所述封殼相對于所述地面接觸元件滑動。
44.如權利要求42所述的方法，其特征在于，所述支承件相對于所述封殼和所述地面接觸元件滑動。
45.如權利要求41所述的方法，其特征在于，所述支承件和所述封殼相對于所述地面接觸元件樞轉。
46.如權利要求42所述的方法，其特征在于，所述支承件相對于所述封殼和所述地面接觸元件樞轉。
47.如權利要求39所述的方法，其特征在于，所述方法包括對聯接于所述車輛的腳部件施加壓力，以使所述車輛減速。
48.如權利要求39所述的方法，其特征在于，所述方法包括向后轉移所述重心位置，以使所述平衡車輛減速。
49.如權利要求39所述的方法，其特征在于，所述方法包括向前轉移所述重心位置，以使所述平衡車輛加速。
50.如權利要求39所述的方法，其特征在于，所述方法包括利用定位在所述車輛上的穩定器地面接觸元件使所述平衡車輛靜態穩定。
51.如權利要求50所述的方法，其特征在于，所述方法包括當所述車輛動態平衡時縮回所述穩定器地面接觸元件。
52.如權利要求48所述的方法，其特征在于，所述方法包括當安裝在所述車輛上的傳感器檢測出所述重心位置變化時觸發啟動模式，并且啟動所述車輛的動態平衡。
53.如權利要求52所述的方法，其特征在于，所述方法包括向后轉移所述重心位置，以啟動所述車輛的動態穩定。
54.如權利要求52所述的方法，其特征在于，所述方法包括向前轉移所述重心位置，以啟動所述車輛的動態穩定。
55.如權利要求39所述的方法，其特征在于，所述方法包括通過使所述重心轉移至超出閾值來觸發停車模式，并且使所述車輛減速。
56.如權利要求39所述的方法，其特征在于，所述方法包括對聯接于所述平臺或所述封殼中至少一個的腳部件施加壓力，以使所述重心位置向后移動。
57.如權利要求39所述的方法，其特征在于，所述有效載荷相對于所述地面接觸元件的相對位置是對所述控制器的輸入。
58.如權利要求57所述的方法，其特征在于，通過改變所述車輛的所希望縱傾并使所述車輛的重心位置轉移，使所述輸入增強或削弱所命令的所述車輛的加速或減速。
59.如權利要求57所述的方法，其特征在于，所述輸入對用于控制所述車輛的速度的速度極限算法的所希望縱傾進行修改。
60.如權利要求39所述的方法，其特征在于，所述方法包括將動力從所述驅動件輸送給所述地面接觸元件，以使所述地面接觸元件旋轉，從而動態地控制所述車輛的平衡。
61.如權利要求39所述的方法，其特征在于，所述驅動件使所述地面接觸元件在所述車輛的前后方向上移動，以動態地控制所述車輛的平衡。
62.如權利要求61所述的方法，其特征在于，所述方法包括將動力從第二驅動件輸送給所述地面接觸元件，以使所述地面接觸元件旋轉，從而使所述車輛前后移動。
63.一種用于在表面上運輸有效載荷的車輛，所述車輛包括支承件，所述支承件用于支承所述有效載荷；封殼，所述封殼用于至少部分地封裝所述有效載荷；兩個橫向設置的地面接觸元件，所述地面接觸元件聯接于所述封殼或所述支承件中的至少一個；驅動件，所述驅動件聯接于所述地面接觸元件；以及調節裝置，所述調節裝置用于至少響應于所述車輛的重心位置來調節所述驅動件的操作，以動態地控制所述車輛的平衡。
64.一種用于在表面上運輸有效載荷的車輛，所述車輛包括支承件，所述支承件用于支承所述有效載荷；封殼，所述封殼用于至少部分地封裝所述有效載荷；兩個側向設置的地面接觸元件，所述地面接觸元件聯接于所述封殼或所述支承件中的至少一個；第一驅動件，所述第一驅動件聯接于所述地面接觸元件；控制器，所述控制器聯接于所述第一驅動件，用于至少響應于所述車輛的重心位置來調節所述第一驅動件的操作，以使所述地面接觸元件在所述車輛的前后方向上移動，從而動態地控制所述車輛的平衡；以及第二驅動件，所述第二驅動件聯接于所述地面接觸元件，以將動力輸送給所述地面接觸元件，從而前后推進所述車輛。
65.如權利要求64所述的車輛，其特征在于，所述第二驅動件動態地控制所述車輛的平衡。
66.如權利要求64所述的車輛，其特征在于，所述車輛包括聯接于所述第二驅動件的內燃機，用以將動力輸送給所述地面接觸元件。
67.如權利要求64所述的車輛，其特征在于，所述車輛包括聯接于所述地面接觸元件的導軌，使所述第一驅動件能命令所述地面接觸元件在所述車輛的前后方向上移動，以動態地控制所述車輛的平衡。
68.一種利用車輛在表面上運輸有效載荷的方法，所述方法包括利用支承件支承所述有效載荷；利用封殼至少部分地封裝所述支承件；響應于所述車輛的重心位置來對聯接于兩個橫向設置地面接觸元件的第一驅動件的操作進行控制，以使所述地面接觸元件在所述車輛的前后方向上移動，從而動態地控制所述車輛的平衡，且所述地面接觸元件聯接于所述封殼或所述支承件中的至少一個；以及控制第二驅動件的操作，所述第二驅動件聯接于所述兩個橫向設置的地面接觸元件， 以將動力輸送給所述地面接觸元件，從而前后推進所述車輛。
69.如權利要求68所述的車輛，其特征在于，所述第二驅動件動態地控制所述車輛的平衡。
全文摘要
提供用于在表面上運輸有效載荷的設備和方法。車輛(1600)利用由封殼(1602)部分封裝的支承件(1604)來支承有效載荷。兩個橫向設置的地面接觸元件(1610)聯接于封殼或支承件中的至少一個。機動驅動件聯接于地面接觸元件。控制器聯接于驅動件，用于至少響應于車輛的重心(1640)位置來調節驅動件的操縱，以動態地控制車輛的平衡。
文檔編號B62D61/00GK102300765SQ200980151327
公開日2011年12月28日 申請日期2009年10月26日 優先權日2008年11月6日
發明者J·D·海恩茲曼, J·D·菲爾德, J·M·史蒂文斯, M·T·甘斯勒 申請人:塞格威股份有限公司