CN102300765A

CN102300765A - 用于动态自平衡车辆的控制的设备和方法

Info

Publication number: CN102300765A
Application number: CN2009801513276A
Authority: CN
Inventors: J·D·菲尔德; M·T·甘斯勒; J·D·海恩兹曼; J·M·史蒂文斯
Original assignee: Segway Inc
Current assignee: Segway Inc
Priority date: 2008-11-06
Filing date: 2009-10-26
Publication date: 2011-12-28
Anticipated expiration: 2029-10-26
Also published as: US20160041558A1; EP2356016A1; JP6170091B2; JP6041488B2; WO2010053740A1; US8170780B2; JP2015134613A; ES2724119T3; CN102300765B; US20100114468A1; US20140163855A1; US9168966B2; EP2356016B1; JP2012507448A; US20120239284A1; US9477228B2; US8467941B2

Abstract

提供用于在表面上运输有效载荷的设备和方法。车辆(1600)利用由封壳(1602)部分封装的支承件(1604)来支承有效载荷。两个横向设置的地面接触元件(1610)联接于封壳或支承件中的至少一个。机动驱动件联接于地面接触元件。控制器联接于驱动件，用于至少响应于车辆的重心(1640)位置来调节驱动件的操纵，以动态地控制车辆的平衡。

Description

用于动态自平衡车辆的控制的设备和方法

技术领域

本发明涉及车辆的控制、尤其涉及对车辆运动的控制。

背景技术

已知有各种各样用于输送人的车辆和方法。通常，这些车辆依赖于静态稳定性，并且设计成在将它们的地面接触部件放置在位于下面的表面的所有预见条件下实现稳定性。例如，作用在汽车重心上的重力矢量通过车辆轮子的地面接触点之间，且汽车悬架总是将所有轮子保持在地面上，从而使车辆稳定。然而，存在会致使本来应该稳定的车辆变得不稳定的状况(例如，速度增大或减小、急转弯以及陡坡)。

也称为平衡车辆的动态稳定车辆是具有控制系统的车辆类型，该控制系统在车辆工作时主动地维持车辆稳定性。例如，在仅仅具有两个横向设置轮子的车辆中，控制系统通过持续感测车辆取向、确定维持稳定性所需的校正作用以及指挥轮子电动机进行校正作用来维持车辆的前后稳定性。如果车辆例如由于部件故障或者缺少充足的动力而丧失维持稳定性的能力，则人会突然失去平衡。

对于维持稳定轨迹的车辆来说，车辆的转向控制和前进运动控制之间的联接并没有太大意义。在通常的路面条件下，借助轮子在整个转弯过程和加速和减速过程中与地面接触来维持稳定性。然而在具有两个横向设置轮子的平衡车辆中，施加于一个或多个轮子的任何扭矩会影响车辆的稳定性。

在现有技术的系统中，例如美国专利5871091所示的自平衡车辆，个人车辆可以是自推进的和可用户导向的，且此外例如当一次仅有两个轮子与地面接触时，可实现在前后或左右平面中的一个或两个平面中的稳定性。此种车辆可在一种模式中工作，在该模式中，车辆的运动、包括加速(直线和转弯)会部分或完全通过驾驶该车辆的主体所引起的车辆倾斜所控制。在美国专利系列第08/384705中描述若干此种车辆，该专利以参见的方式纳入本文。

此种平衡车辆会缺乏静态稳定性。例如参见图1A，其中示出现有技术的个人运输机，且该运输机由附图标记18所指代，主体10站立在支承平台12上并握持附连于平台12的手柄16上的把手14，使得该实施例的车辆18能以类似于滑行车的方式工作。可提供控制回路，使得主体倾斜引起平台倾斜，而这进而引起扭矩绕轴22施加于轮子20，由此致使车辆加速。然而，车辆18是静态不稳定的，且在缺乏用以维持动态稳定性的控制回路的工作下，主体10将不再支承于站立位置并且会从平台12跌落。在图1B中示出另一现有技术的个人运输机，且该运输机总地由附图标记24所指代。个人车辆24同样具有图1A所示车辆18的特征，即用于支承主体10的支承平台12和附连于平台12的手柄16上的把手，使得本实施例的车辆24也能以类似于滑行车的方式工作。图1B示出虽然车辆24可具有轮群26，每个轮群具有多个轮子28，然而车辆24仍是静态不稳定的，且在缺乏用以维持动态稳定性的控制回路的工作下，主体10将不再支承于站立位置并且会从平台12跌落。

车辆30的站立骑手10将它的脚放置在平台上，并且在相对宽且平坦的路径33中前后转移重量。在横贯该弧度中抵抗重力和惯性所需的微量强度良好地处于平均用户肌肉的强度和协调度内。不管骑手向前还是向后倾斜，车辆和骑手35的重心以弧形方式移动。当将座位添加于此种车辆时，以上述方式来移动中心可能就不行了，需要用于转移重心的替代机构。机构需要在使骑手能抵抗重力和惯性的同时提供适当范围的运动。

发明内容

一方面，本发明的特征是一种用于在表面上运输有效载荷的车辆。该车辆包括支承件和封壳，该支承件用于支承有效载荷，而封壳用于至少部分地封装该有效载荷。该车辆还包括两个横向设置的地面接触元件(例如，轮子、轨道、辊子、腿部)，且这些地面接触元件联接于封壳或支承件中的至少一个。车辆还包括联接于地面接触元件的驱动件。车辆还包括控制器，该控制器联接于驱动件，用于至少响应于车辆的重心位置来调节该驱动件的操纵，以动态地控制车辆的平衡。

在一些实施例中，驱动件沿地面推进该地面接触元件。在一些实施例中，封壳联接于支承件。在一些实施例中，该车辆包括使支承件和封壳联接于地面接触元件的结构，且该结构允许重心位置发生变化。在一些实施例中，重心位置沿车辆的前后平面、侧向平面以及垂直平面中的一个或多个平面变化。在一些实施例中，该结构包括导轨，该导轨使封壳和支承件能相对于地面接触元件滑动。在一些实施例中，该结构包括使支承件和封壳联接于地面接触元件的枢转机构，且该枢转机构使封壳和支承件能相对于地面接触元件枢转。

在一些实施例中，有效载荷是人，且该车辆包括输入装置，人推动或拉动输入装置，使得人、支承件以及封壳能相对于地面接触元件移动。

在一些实施例中，该车辆包括一个或多个(例如，两个)四杆连杆机构，且每个四杆连杆机构使一个地面接触元件联接于支承件和封壳，使封壳和支承件能相对于地面接触元件移动。在一些实施例中，封壳联接于地面接触元件。

在一些实施例中，该车辆包括使支承件联接于封壳和地面接触元件的结构，该结构允许重心位置发生变化。在一些实施例中，该结构包括导轨，该导轨使支承件能相对于封壳和地面接触元件滑动(例如，前后)。在一些实施例中，该结构包括使支承件联接于封壳和地面接触元件的枢转机构，且该枢转机构使支承件能相对于封壳和地面接触元件枢转。

在一些实施例中，该车辆包括两个四杆连杆机构，且每个四杆连杆机构使支承件联接于封壳和地面接触元件，使支承件能相对于地面接触元件移动。在一些实施例中，有效载荷是人，且该结构包括输入装置，人推动或拉动输入装置，使得人和支承件能相对于封壳和地面接触元件移动。

在一些实施例中，该车辆包括致动器，该致动器对支承件、有效载荷或封壳中的一个或多个的重心相对于地面接触元件的位置进行控制。在一些实施例中，根据所选择的工作模式来控制车辆。在一些实施例中，该工作模式是远程控制模式，或者有效载荷是人且工作模式是人控制模式。在一些实施例中，有效载荷是人，该人将压力施加到联接于车辆(例如，平台、支承件或封壳)的脚部件上，以使车辆减速。在一些实施例中，人在联接于车辆的脚部件上施加压力，以使车辆加速。

在一些实施例中，重心位置向后转移致使车辆减速(例如，如果初始向前移动的话)。在一些实施例中，重心位置向后转移致使车辆向后加速(例如，如果初始停止或向后移动的话)。在一些实施例中，重心位置向前转移致使车辆向前加速。在一些实施例中，重心位置向前转移，当车辆初始向后行进时致使车辆减速。在一些实施例中，该车辆包括稳定器地面接触元件，该稳定器地面接触元件定位在车辆上，以使车辆静态稳定(例如，当并非动态稳定时)。在一些实施例中，稳定器地面接触元件是可伸缩的。在一些实施例中，该稳定器地面接触元件包括传感器，该传感器用于检测a)稳定器地面接触元件与地面接触或者b)稳定器地面接触元件与地面之间所施加力中的至少一种。在一些实施例中，稳定器地面接触元件包括轮子、滑橇、球或柱的一种或多种。

在一些实施例中，车辆包括一个或多个传感器，这些传感器用于检测车辆重心位置的变化。在一些实施例中，一个或多个传感器是力传感器、位置传感器、纵倾传感器或纵倾率传感器中的一种或多种。

在一些实施例中，启动模式由车辆的重心位置的变化所触发，且车辆的重心位置变化启动平衡车辆的动态稳定，使得车辆不再由稳定器地面接触元件所稳定。在一些实施例中，该稳定器地面接触元件朝车辆前部定位，且重心位置向后转移，以例如触发启动模式。在一些实施例中，该稳定器地面接触元件朝车辆后部定位，且重心位置向前转移，以例如触发启动模式。在一些实施例中，重心位置转移至超出阈值触发停车模式，该停车模式使车辆减速。

在一些实施例中，有效载荷是人，且车辆包括输入装置，该输入装置由连接件联接于车辆，从而当人向前推动输入装置时，车辆加速(或向后减速)，而当人向后拉动输入装置时，车辆减速(或向后加速)。

在一些实施例中，驱动件将动力输送给地面接触元件，以使地面接触元件旋转，从而动态地控制车辆的平衡。在一些实施例中，驱动件是机动驱动件。在一些实施例中，该驱动件使车辆的地面接触元件前后移动，以动态地控制车辆的平衡。

在一些实施例中，车辆包括第二驱动件，该第二驱动件将动力输送给地面接触元件，以前后推进该车辆(例如，使地面接触元件旋转)。在一些实施例中，车辆包括联接于第二驱动件的内燃机、踏板或曲柄，该第二驱动件将动力输送给地面接触元件，以使地面接触元件旋转，从而前后推进该车辆。

另一方面，本发明的特征是一种利用车辆在表面上运输有效载荷的方法。该方法包括利用支承件来支承有效载荷和利用封壳来至少部分地封装该支承件。该方法还包括响应于车辆的重心位置来对驱动件的操作进行控制，以动态地控制车辆的平衡，其中驱动件联接于两个横向设置的地面接触元件，而这两个横向设置的地面接触元件联接于封壳或支承件中的至少一个。

在一些实施例中，所输送的动力响应于车辆的姿态(例如，纵倾)。在一些实施例中，该封壳联接于支承件，且支承件和封壳相对于地面接触元件移动，以改变车辆的重心位置。在一些实施例中，封壳联接于地面接触元件，且支承件相对于封壳和地面接触元件移动，以改变车辆的重心位置。在一些实施例中，支承件和封壳相对于地面接触元件滑动。在一些实施例中，支承件相对于封壳和地面接触元件滑动。在一些实施例中，支承件和封壳相对于地面接触元件枢转。在一些实施例中，支承件相对于封壳和地面接触元件枢转。

在一些实施例中，该方法包括对联接于车辆的脚部件施加压力，以使车辆加速。在一些实施例中，该方法包括向后转移重心位置，以使平衡车辆减速。在一些实施例中，该方法包括向前转移重心位置，以使平衡车辆加速。在一些实施例中，该方法包括向后转移重心，以使平衡车辆加速。在一些实施例中，该方法包括利用定位在车辆上的稳定器地面接触元件使平衡车辆静态稳定。在一些实施例中，该方法包括当车辆动态平衡时缩回稳定器地面接触元件。

在一些实施例中，该方法包括当安装在车辆上的传感器检测出重心位置变化时触发启动模式，并且启动车辆的动态平衡。在一些实施例中，该方法包括向后转移重心位置，以启动车辆的动态平衡。在一些实施例中，该方法包括向前转移重心位置，以启动车辆的动态平衡。在一些实施例中，该方法包括通过使车辆的重心位置转移至超出阈值来触发停车模式，并且使平衡车辆减速。

在一些实施例中，该方法包括对联接于平台或封壳中至少一个的脚部件施加压力，以使重心位置向后移动。在一些实施例中，有效载荷对于地面接触元件的相对位置是对控制器的输入。在一些实施例中，通过改变车辆的所希望纵倾并使车辆的重心位置转移，使该输入增强或削弱所命令的车辆的加速或减速。在一些实施例中，该输入对用于控制车辆速度的速度极限算法的所希望纵倾进行修改。

在一些实施例中，该方法包括将动力输送给地面接触元件，以使地面接触元件旋转，从而动态地控制车辆的平衡。该方法还包括驱动件，该驱动件使地面接触元件在车辆的前后方向上移动，以动态地控制车辆的平衡。在一些实施例中，该方法包括将动力从第二驱动件输送给地面接触元件，以使地面接触元件旋转，从而使车辆前后移动。

另一方面，本发明的特征是一种用于在表面上运输有效载荷的车辆。该车辆包括支承件和封壳，该支承件用于支承有效载荷，而封壳用于至少部分地封装该有效载荷。该车辆还包括两个横向设置的地面接触元件，这两个地面接触元件联接于封壳或支承件中的至少一个。车辆还包括联接于地面接触元件的驱动件。车辆还包括调节装置，该调节装置用于至少响应于车辆的重心位置和/或车辆的倾斜来调节驱动件的操作，以动态地控制车辆的平衡。

另一方面，本发明的特征是一种用于在表面上运输有效载荷的车辆。该车辆包括支承件和封壳，该支承件用于支承有效载荷，而封壳用于至少部分地封装该有效载荷。该车辆还包括两个横向设置的地面接触元件，这两个地面接触元件联接于封壳或支承件中的至少一个。车辆还包括联接于地面接触元件的第一驱动件。车辆还包括控制器，该控制器联接于第一驱动件，用于至少响应于车辆的重心位置来调节第一驱动件的操作，以使车辆的地面接触元件前后移动，从而动态地控制车辆的平衡。该车辆还包括第二驱动件，该第二驱动件联接于地面接触元件，以将动力输送给地面接触元件，从而前后推进车辆。

在一些实施例中，该车辆包括联接于第二驱动件的内燃机，用以将动力输送给地面接触元件。在一些实施例中，该车辆包括联接于地面接触元件的导轨，使第一驱动件能命令车辆的地面接触元件前后移动，以动态地控制车辆的平衡。

另一方面，本发明的特征是一种利用车辆在表面上运输有效载荷的方法。该方法包括利用支承件来支承有效载荷和利用封壳来至少部分地封装该支承件。该方法还包括响应于车辆的重心位置来对联接于封壳或支承件中至少一个的第一驱动件的操作进行控制，以使车辆的地面接触元件前后移动，从而动态地控制车辆的平衡。该方法还包括控制第二驱动件的操作，该第二驱动件联接于两个横向设置的地面接触元件，以将动力输送给地面接触元件，从而前后推进车辆。

另一方面，本发明的特征是披露一种用于在表面上运输人的运输装置。该运输装置是具有用于提供平衡的控制回路的动态平衡车辆。该运输装置包括限定前后方向平面的平台。该平台支承包括人的有效载荷。包括地面接触模件，该地面接触模件可以是一个或多个轮子。地面接触元件可移动地联接于平台。运输装置和运输装置上的任何载荷具有相对于地面接触元件所限定的重心。该运输装置还包括支承件。该支承件可以是用于支承物体的座位，且该支承件联接于平台，从而允许通过支承件的至少一部分的平移和转动、使得重心在前后方向平面中变化。在一实施例中，支承件的至少一部分的平移和转动机械地耦合起来。

该运输装置还包括驱动件，该驱动件联接于地面接触模件，并且响应于重心位置将动力输送给地面接触模件。该驱动件供给力，使得车辆平衡。在一实施例中，该支承件绕位于支承件上方的虚拟枢轴点转动。支承件的结构使得该支承件能绕弧形通路或其它通路摇动。

支承件可包括诸如四杆连杆机构之类的机械连接件。在一实施例中，四杆连杆机构的每个杆与枢转件联接在一起。可包括用于保持座位的结构(例如，第五杆)。该结构附连在四杆连杆机构的其中一个枢转件处。在另一实施例中，该结构附连在四杆连杆机构的其中一个杆处。在一实施例中，四杆连杆机构形成平行四边形，并且当车辆的使用者在座位上移动以使重心转移时改变形状。

在一实施例中，运输装置包括压力传感器，该压力传感器用于在存在驾驶员或有效载荷时致动驱动件并致使控制回路起作用。压力传感器可放置在平台中以起作用，或者该压力传感器可放置在座位中。在又一其它实施例中，机械接触件附连于支承件，该接触件与联接于平台的压力传感器进行接触。

在本发明的另一实施例中，支承件包括可滑动安装的座位。该支承件包括一个或多个导轨，这些导轨用于使座位能滑动。在该实施例中，座位无需能够绕车辆的纵倾轴线转动，但仍允许使用者改变重心以控制车辆。在滑动座位的另一变型中，该滑动座位绕车辆的纵倾轴线转动。当滑动座位沿导轨滑动时，一种机构致使座位绕车辆的纵倾轴线转动。在一实施例中，导轨包括一个或多个链轮，这些链轮与联接于座位的突起物啮合，由此当座位在导轨上滚动时产生转动。在另一实施例中，支承件可包括一个或多个滑轮，这些滑轮有助于使座位沿一个或多个导轨滑动。在又一其它实施例中，该座位联接于骑在摩擦表面上的摩擦轮。

在一实施例中，支承件包括中凸的径向基部，该基部使得支承件能响应于转移其重量的使用者而摇动。该中凸的径向基部可在枢轴点处联接于平台，该平台随着座位的运动而前后平移。在其它实施例中，中凸的径向基部可沿其中凸表面具有不同的曲率半径。

在某些实施例中，支承件可包括阻尼器，以抵抗滑动件的运动并且抑止控制系统发生不希望的振动。在一实施例中，当没有力施加于支承件时，该支承件较佳地回到一位置，使得车辆基部保持稳定。在该实施例中，当控制回路使车辆平衡时，该车辆仍可略微移动。

在一些实施例中，控制器联接于驱动件或驱动件的一部分，且控制器是控制回路的一部分，该控制回路响应于车辆纵倾角的变化。在某些实施例中，该座位可由万向枢转件联接于平台。在另一实施例中，该座位联接于控制杆。

附图说明

通过参照结合附图的以下详细描述可更易于理解本发明的前述特征，附图中：

图1A是现有技术的动态平衡车辆的侧视图，该动态平衡车辆是能有利地使用本发明一实施例的类型。

图1B是又一现有技术的动态平衡车辆的侧视图，该动态平衡车辆是能有利地使用本发明一实施例的类型。

图2A和2B示出具有以弧形转动的平台的现有技术动态平衡车辆。

图3示出具有座位的动态平衡车辆。

图3A示出动态平衡车辆，其中座位联接于控制杆。

图3B示出动态平衡车辆，其中座位由枢转件联接于平台。

图3C示出动态平衡车辆，其中座位可滑动地安装于其中。

图3D示出具有座位的动态平衡车辆。

图4A示出动态平衡车辆的安装在四杆连杆机构上的座位。

图4B示出如果骑手向后倾斜使得重心向后转移时、四杆连杆机构会出现的一个位置。

图4C示出四杆连杆机构模拟摆动，使得座位发生平移和转动。

图4D示出重心在座位既平移又转动的同时沿直线平移。

图4E示出用于平移和转动的连杆机构，其中一个或多个杆是柔性的。

图5A示出动态平衡车辆的一实施例，其中座位经由枢转件附连于杆。

图5B示出一实施例，示出座位绕枢轴点附连于滑动件，其中滑轮有助于控制转动。

图5C示出联接于滑动件的座位，该滑动件骑在至少部分弯曲的导轨上。

图5D示出联接于轨道的座位，该轨道包括摩擦轮，其中该座位既平移又转动。

图5E示出具有多个销的支承结构，这些销会与平台中的凹槽配合。

图6示出具有可拆摇椅的动态平衡车辆的实施例的侧视图。

图6A示出经由张力下的简易缆线附连于平台的支承结构。

图6B示出在底部弧形表面上并且还在平台上包括一系列齿的支承结构。

图6C示出支承结构绕枢轴点联接于平台。

图7A示出可附连于动态平衡车辆的折叠座位，其中座位定位成就象骑手坐在该座位上那样。

图7B示出骑手坐在折叠座位上。

图7C示出当骑手与车辆配合/脱开时的折叠座位位置。

图7D示出具有膝靠的动态平衡车辆的一实施例。

图8和8A示出既包括平移机械致动器又包括转动机械致动器的支承结构的一实施例。

图9是根据本发明说明性实施例的车辆的三维图。

图10是根据本发明一说明性实施例、用于动态控制车辆稳定性的控制系统的框图。

图10A是车辆重心相对于车辆的地面接触元件的位置的框图。

图10B是图10A所示车辆的重心相对于车辆的地面接触元件的替代位置的框图。

图11A是根据本发明一说明性实施例的车辆的示意说明图。

图11B是根据本发明一说明性实施例的车辆的示意说明图。

图11C是根据本发明一说明性实施例的车辆的示意说明图。

图11D是根据本发明一说明性实施例的车辆的示意说明图。

图12A是根据本发明一说明性实施例的车辆的示意说明图。

图12B是根据本发明一说明性实施例的车辆的示意说明图。

图12C是根据本发明一说明性实施例的车辆的示意说明图。

图12D是根据本发明一说明性实施例的车辆的示意说明图。

图13A是根据本发明一实施例的车辆的三维图。

图13B是图13A所示车辆的替代构造。

图14是根据本发明一说明性实施例的车辆的示意说明图。

具体实施方式

图3示出平衡车辆。平衡车辆包括地面接触模件32，在所示的实施例中，该地面接触模件是一对由电动机供电的共轴轮子。控制器联接于电动机，用以响应于包括车辆以及骑手的组件的重心变化而提供控制信号。当骑手10骑上车辆时，控制器模件感测重心36的变化，并且使用控制回路根据重心36绕前后方向平面42的变化而控制供给轮子32的动力。当重心36沿向前方向而向前移动时，动力提供给轮子且车辆会向前移动。当重心响应于骑手的移动而向后移动时，车辆会减速并反向，使得车辆向后移动。当感测出重心变化时，通过使用控制回路和轮子致动器(未示出)而将扭矩施加给车辆的一个或多个轮子(或其它地面接触部件)。

车辆的纵倾也可被感测出并在控制回路中进行补偿。控制模件包括陀螺仪，该陀螺仪用以感测重心位置的变化。所示的车辆包括平台12，该平台12用于支承骑手和控制杆14和16。可提供合适的力传感器来感测向左和向右倾斜，并且提供相关联的控制件来产生由于所感测出的倾斜而引起的左转和右转。还可使用近程传感器来检测该倾斜。类似的是，该实施例的车辆可装备有位于平台12上的脚(或力)致动开关来致动车辆，这样当主体接触平台12时，闭合开关以自动地对车辆供电。该实施例还包括用于骑手的支承件34、38、40；该支承件可包括骑手可抵靠其上的座位34。

在第一实施例中，如图3A所示座位34附连于控制杆16。骑手10则使用其身体和动量来使车辆与骑手的组合重心向前或向后移动。在另一实施例中，如图3B所示座位34经由枢轴点44附连于平台12。该枢转件可以是简单的枢转件，使得该枢转件仅仅向前和向后移动，或者该枢转件可以是万向枢转件，使得该座位可沿任何方向枢转。万向枢转件的一个示例是弹簧。此外，该枢转件可沿车轴安装于平台，或者该枢转件可例如沿平台的后缘安装在其它位置处。

在又一实施例中，座位34使用一个或多个导轨46附连于平台，且该座位34如图3C所示在该平台上滑动。在此种实施例中，座位34由骑手所引起的移动致使车辆及其负载的重心位置变化。如果座位向前移动，传感器会感测处车辆所产生的倾斜，并致使车辆增大向前速度。如果座位向后滑动，则车辆30会相应地减缓速度。在本发明的某些实施例中，诸如弹簧之类的定心机构可包含在枢转件或滑动座位中，使得座位会回位，从而当骑手离开车辆时车辆基本稳定。在另一实施例中，如图3D所示座位50安装于平台12。座位和连接于平台的连接件52并不包括枢转件。该实施例中的座位较佳地使平台的长度延长。当骑手与车辆配合并坐在座位上时，骑手可通过使其身体沿座位长度滑动来调整重心。

在又一实施例中，车辆包括如图4A所示附连于控制杆的连杆机构，例如四杆连杆机构。该四杆连杆机构还由另一杆(座位柱)附连于座位，该另一杆绕四杆连杆机构的共同枢轴点联接于该四杆连杆机构或者联接于连杆机构中的杆。如图4C所示，该四杆连杆机构使得座位能沿弧形移动，这模拟类似于摇椅摆动的绕基部平台的摆动。图4B示出如果骑手向后倾斜使得重心向后转移时、四杆连杆机构55会出现的一个位置。骑手不仅向后移动而且还向后转动，这样平移和转动耦合在一起。从另一角度来看，该四杆连杆机构使得座位能绕虚拟枢轴点沿弧形移动。该虚拟枢轴点可位于座位上方的一点处。在其它实施例中，该虚拟枢轴点可位于座位之下。如图4D所示，当座位34既平移又转动时，重心35沿直线在前后平面中移动。

在其它实施例中，重心无需沿直线移动，且重心位置可改变。座位的此种运动产生与图3A-3D中的上述座位不同的骑手体验。在该实施例中，不存在座位自动返回的位置。这样，在使重心移动所需的能量方面不存在峰值或谷底。在该实施例中，无需臂力来将重心相对于车轴的位置维持在如图3A-3C所示采用简单和万向枢转件所实现的位置。这既可易于纵倾控制，又可使骑手能够发现在车轴上方的重心位置，使得车辆基本稳定。虚拟枢转机构使得就座的骑手能具有站立骑手会具有的在动态平衡车辆上的类似体验。

在相对于图4A-4E所述的车辆形式中，骑手通过从控制杆伸出的一对把手来握持该控制杆。当骑手坐在座位上时，该座位可绕前后方向平面移动，且当骑手移动时座位既会平移又会转动，由此使重心变化。

虽然上面所示的实施例具有用于提供转动和平移的耦合的连杆机构，然而其它结构和系统也可设计成提供此种功能，例如但不局限于图5A-E和图6、6A、6B以及6C中示出的结构，且本发明并不倾向于局限于机械连接件。

在又一实施例中，四杆连杆机构包括可挠曲的非刚性部件。例如，图4E示出一支承结构，其中部件B和C各自是挠性的，而部件D如同使部件B和C联接于平台A的联接件那样是刚性的。在该实施例中，部件B和C示作向内倾斜以遇上部件D。当由骑手沿前后方向将力通过部件D施加在座位上时，部件B和C会挠曲，使得座位绕位于该座位上方的虚拟枢轴点摆动。在图4E中通过虚线示出部件B和C的运动。这样支承座位的部件D既会平移又会转动。此外，枢转件可包括在此种实施例中，使得连接件既枢转又挠曲。例如，可将枢转件放置在如图所示部件D与部件B和C相接触的位点处。在又一形式中，部件B和C可除了定位成向内倾斜以外，这两个部件向外倾斜。在该类型的实施例中，该座位会像摇椅那样移动。如果骑手向前倾斜时，座位会向前平移并且该座位会转动，使得座位的最前部分会低于座位的最后部分。这与图4E所示的实施例不同，其中如果骑手致使座位向前平移，座位会转动，使得座位的最前部分相比于该座位的最后部分升高。

图5A-5E各自示出不同实施例，其中平移和转动耦合起来。在图5A中，座位34经由枢转件60附连于杆58。该座位还包括与链轮64啮合的、形成为弧形的一系列突出物62。链轮64附连于杆58并绕轴66旋转。该杆包括可绕中心轴69旋转的第二链轮67。链轮64、67各自驻留在带/轨道70上，该带/轨道包括与链轮64、67啮合的突出物72。当车辆的使用者使座位向前或向后移动时，该座位会平移并由于形成为弧形并且联接于座位的突出物62而转动。在其它实施例中，座位在其上滑动的轨道可具有不同的型面。例如，该轨道可以是中凸的、中凹的或者沿其长度具有变化型面。如果轨道具有变化型面，则骑手需要施加更大的力，来使座位沿轨道的某些部分移动。因此，可使用不同的轨道型面，以对重心路径进行定形，且重心无需沿直线移动。

在图5B中，座位34绕枢轴点76附连于滑动件75。滑动件装配在轨道78上，且该滑动件75能在轨道78上滑动。至少两个滑轮79、80在座位处附连于滑动件。滑轮79、80绕滑动件朝座位的相对两个端部定位。一根或多根线或线缆81附连于座位和车辆的诸如轨道之类的固定部分。该线缆81配合滑轮80、79。当座位由骑手向前或向后滑动时，由于改变线缆中的张力，因而滑轮致使座位倾斜。这些线缆联接于轨道85、86的任一端或者车辆的一些其它部件，并且还在两个相对端部83、84处联接于座位。在所示的实施例中，存在两根单独的线缆，其中一根线缆从轨道端部86行进经过滑轮79并在84处附连于座位。第二根线缆在83处附连于座位，并经过滑轮80且附连在轨道端部85处。如果座位向后移动，则座位的后缘会转动并降低。类似的是，如果座位由骑手向前移动，则该座位的最前部分会转动并且会降低。

在图5C中，座位绕枢轴点88附连于滑动件87。滑动件87座落在轨道89上，并使该座位能向前和向后滑动。该座位还包括两个延伸部34A、34B，每个延伸部具有安装于其的两个轮子90。在各对轮子之间是直线轨道，且该直线轨道在该轨道的各端处包括弧部89A、89B。当座位向前或向后滑动时，轮子沿该弧部滚动并致使该座位绕枢轴点倾斜。可以设想使轨道具有变化曲率，从而该轨道的中心部分自身是弯曲的，且端部比起中心部分具有较大的曲率半径。

在图5D中，座位34骑坐在轨道200上。该座位34由枢转件22联接于传动件210。该传动件联接于一对摩擦轮225、230。在该实施例中，座位34的平移与座位的转动直接耦合。当座位由骑手移动且摩擦轮沿轨道转动时，该座位也会转动。在所示的实施例中，轮子转过的量比枢转件使座位转动而转过的量大。因此，传动件致使座位以摩擦轮旋转的一小部分而枢转/转动。应理解的是，图5A-5D所示的所有轨道可以具有与平台相同的长度，或者可沿前后方向延伸超出该平台的长度，或者可短于该平台的长度。支承结构还会包括用于将轨道保持在合适的座落高度的机构。例如，该轨道可安装于控制杆，或者可座落在其联接于平台的自身安装结构。例如，该安装结构可以是轴。

图6示出具有可拆摇椅的动态平衡车辆的实施例的侧视图。该摇椅包括支承结构95。该支承结构的底部与平台接触，并且其形状类似于弧97，使得座位34能摇摆。支承结构95的弧形下方部件97经由运动接触点联接于平台12。在该实施例中，该弧形部件97在前后平面中相同程度地转动。然而在其它实施例中，可沿前向或后向限制转动。该支承结构还可经由一对导轨联接于平台。在该实施例中，支承结构抵靠在导轨上，且该导轨包括防止支承结构在除了前后方向平面以外的任何其它平面中移动的机构。在该实施例中，支承结构的弧形下方部件在接触点处并不联接于平台。在该实施例中，该弧形部件可在一系列导轨或轮子上滚动。在另一实施例中，该支承结构可包括引导销，该引导销延伸通过支承结构，并且在该支承结构的任一侧上由导轨所封闭。在该实施例中，该座位可绕座位上方的虚拟枢转件前后摇摆。应理解的是，虚拟枢轴点无需位于座位上，在某些实施例中，该虚拟枢轴点例如可存在于座位之下。

应当认识到，支承结构的形成为弧形的下表面可具有任何数量的半径。例如，下表面在边缘处可具有较大的曲率而在其中心处具有较小的曲率，从而当支承结构绕其中心部分摇摆时，每单元的平移与转动度成比例，然而当支承结构进一步朝边缘摆动时，对于每单元的平移存在较大的转动度。

在另一形式中，如图5E所示，支承结构的下表面150在弧的边缘处包括两个销160、165。当支承结构170摇摆至边缘时，其中一个销160或165会与平台12中的凹槽160A或165A配合。如果骑手持续沿相同方向倾斜时，则支承结构会绕销160或165转动。因此，对于该实施例来说存在两个不同的平移-转动比。当支承结构170绕该弧摇摆时，对于每单元的平移来说比起绕销160或165转动存在较小程度的转动，其中当销与平台的凹槽配合时只存在转动而不存在平移。

在图6所示实施例中，具有像下表面那样的弧的支承结构能以若干方式中的任何一种联接于平台。例如，重力可将支承结构保持在平台12上。此外，支承结构的平台表面和底表面可由具有高摩擦系数的材料所形成。在另一实施例中，如图6A所示，支承结构300可经由张力下的简单缆线(包括弹簧310A)310附连于平台12。在该实施例中，当支承结构绕底表面300A的弧摇摆时，弹簧310A拉伸，因此存在使支承结构300回复至如图所示居中位置的回复力。如图6B所示，该支承结构400可在底部弧形表面400A上包括一系列齿410，且平台12可包括一系列用于底表面的啮合齿420。当支承结构摇摆时，底表面的齿和平台的齿互锁。

在图6C中，支承结构500绕枢轴点510联接于平台12。枢转件510联接于向下延伸通过平台并且在该实施例中骑在一对轮子530上的部件520。在该实施例中，部件520是刚性的。当力由骑手沿前后方向施加于支承结构500时，如图所示支承结构500会平移且轮子530会在平台底侧上旋转。由于支承结构500A的拱形底侧，支承结构500还会绕枢轴点510转动。在该实施例中，支承结构500会总是维持与平台接触，包括在崎岖地形上。此外，应认识到可考虑用于将支承结构联接于平台的其它机构，且本发明不应局限于所示的实施例。

在一实施例中，车辆的平台包括一个或多个压力传感器，来感测骑手是与车辆配合或是脱离。当骑手对车辆施加动力并且配合车辆时，车辆进入平衡模式。使控制回路运行，来感测中心位置的变化，且致使车辆相对于这些变化移动。如果车辆包括座位，则骑手会不与压力传感器配合，这是由于她的脚会不与平台接触或者该骑手会将其脚从平台移开。为了解决该问题，可将诸如压力传感器之类的传感器包括在座位中。在另一实施例中，当骑手与车辆配合时，可使用例如连杆或管来与平台接触。

可将支承结构设计成能折叠或压缩，以使骑手能更好地与车辆配合/脱离，并且还能减震。例如7A-7C示出折叠座位，且该折叠座位可用于前述车辆。在图7A中，以全视图示出该座位，且该座位定位成就象骑手坐在该座位上那样。当将重物放在座位上时，座位的侧部就象手风琴那样向外膨胀。图7B示出骑手坐在座位上。图7C示出当骑手10与车辆配合/脱开时的座位位置。如果骑手已位于车辆上，则在骑手站立时，座位34上升并折叠且支承结构92向内收缩，以减小支承尺寸。

座位的支承结构还可包括用于使平面中的侧向移动能基本垂直于车辆前后方向平面的机构。该车辆可包括传感器来感测侧向移动。这些传感器能连系到控制回路中，从而如果骑手向右倾斜，则更多的动力会施加给左轮，使得车辆能向右转。在支承结构的其它实施例中，侧向移动可不连系于传感器，而控制回路可简单地执行如下功能：使得骑手能在崎岖地形上转移他或她的重量。

如图7D所示，支承结构还可包括膝靠290，使得骑手能更相适地联接于车辆，并且提供体位优势和/或部分的身体支承。

图8示出另一实施例，其中座位34既平移又转动。较佳的是，平移和转动耦合起来。在该实施例中，在座位中存在力传感器120。当骑手在座位34上转移其重量时，力传感器120感测出变化。根据力的变化，既与直线致动器125又与转动致动器130配合。如果骑手转移其重量，使得提供给力传感器A的重量比提供给力传感器B更大时，则直线致动器125会致使座位向前平移。此外，座位会通过转动致动器向前转动，使得座位的最前部分会降低，而座位的最后部分会升高。所示的实施例还包括提供沿垂直方向的直线运动的直线致动器135。该致动器135更易于与车辆配合和脱离。在该实施例中，平移和转动都由机械致动器所控制。使用用于提供座位平移和转动的机械致动器，当比起需要使骑手能主动转移座位位置的更简易机械设计时，有助于具有减小力量的个体能使用它们自身的力气来显著转移它们的重量，并且能使用它们的肌力来维持向前倾斜或向后倾斜的位置。

图9是根据本发明说明性实施例的车辆1100的三维图。人(未示出)抵靠在封壳1104中的支承件1102上，该封壳1104至少部分地封闭该人。该车辆1100包括至少两个地面接触元件1108、1110。这两个地面接触元件1108、1110联接于平台1106。地面接触元件1108相对于地面接触元件1110侧向设置。地面接触元件各自绕车轴1114旋转，并且由至少一个驱动件1116(例如，机动驱动件)提供动力。控制器(1160)联接于驱动件1116，用于响应于车辆1100的车辆取向(例如，纵倾)以及重心位置的变化而提供控制信号。

在本发明的该实施例中，地面接触元件1108和1110是轮子。作为在此使用的术语，地面接触元件(例如，地面接触元件1108和1110)可以是轮子或者相对于位于下面的表面支承车辆并且控制车辆的移动和/或平衡的任何其它结构。在一些实施例中，车辆的一个或多个地面接触元件是轨道、辊子、球、弧形元件或腿部。

当人骑上车辆1100时，控制器1160执行控制回路并感测出车辆1100的会由于重心1112在前后方向平面中的位置变化而引起的取向变化，并且根据重心1112的位置变化来控制提供给地面接触元件1108、1110的动力。响应于车辆1110的取向变化以及重心1112的位置变化，将扭矩施加给地面接触元件1108、1110来使车辆1100动态稳定。

在一实施例中，当重心1112的位置向前移动(朝负X轴方向)时，驱动件1116将动力充分地提供给两个地面接触元件1108、1110，以使车辆1100向前(朝负X轴方向)移动。当重心1112向后移动(朝正X轴方向)时，驱动件1116将动力充分地提供给两个地面接触元件1108、1110，使车辆1100减速并反向，以使得车辆1100向后(朝正X轴方向)移动。在一些实施例中，当重心1112的位置侧向移动(朝正或负Z轴方向)时，驱动件1116将动力提供给两个地面接触元件1108、1110，该动力足以使车辆1100左转或右转。可将较大的动力施加给左边地面接触元件来右转。在一些实施例中，可将较小的动力施加给右边地面接触元件来右转。在一些实施例中，可将较大的动力施加给左边地面接触元件并且将较小的动力施加给右边地面接触元件来右转。

车辆的纵倾(车辆1100绕车辆1100的车轴1114的角取向)也可被感测出并在控制回路中进行补偿。控制器包括陀螺仪，该陀螺仪用以感测车辆1100由于重心位置的变化引起的取向。可提供合适的力传感器来感测向左和向右倾斜，并且提供相关联的控制件来产生由于所感测出的倾斜而引起的左转和右转。还可使用近程传感器来检测该倾斜。类似的是，该实施例的车辆可装备有例如位于平台1106或支承件1102上的脚(或力)致动开关来致动车辆1100，这样当主体接触平台1106时，闭合开关以自动地对车辆1100供电。

在另一实施例中，当重心1112向前移动(朝负X轴方向)时，驱动件1116将动力提供给两个地面接触元件1108、1110，该动力足以使车辆1100向后(朝正X轴方向)移动。当重心1112向后移动(朝正X轴方向)时，驱动件1116将动力提供给两个地面接触元件1108、1110，该动力足以使车辆1100减速并反向，以使得车辆1100向前(朝负X轴方向)移动。

当车辆根据重心1112的位置变化而不是响应于纵倾变化而动态稳定时，车辆1100在运行过程中的纵倾变化程度降低。这还使车辆1100为响应于加速和/或减速指令所花费的时间缩短。通过使车辆1100的重心1112的位置恢复到地面接触元件1108和1110与地面接触位置之上，车辆1100加速和/或减速。如果车辆1100响应于纵倾变化而加速和/或减速，则车辆1100的控制器会首先需要诱使重心1112的位置相对于稳态位置变化，然后命令驱动件1116操作地面接触元件1108和1110，从而将重心1112定位在地面接触元件与地面接触位置的上方。比起响应于重心位置变化而加速和/或减速，引发重心1112回到稳态位置的位置变化所需的时间是车辆1100响应加速指令和/或减速指令的时间延迟。由于重心1112的位置变化在加速和/或减速指令中是固有的，因而车辆1100无需引发重心1112的离开稳态的位置变化。加速和/或减速指令需要车辆1100的取向变化成将重心1112定位在正确位置，以使加速和/或减速能开始。

图10是根据本发明一说明性实施例、用于动态控制车辆(例如，图9中所示车辆1100)稳定性的控制系统1200的框图。控制器1202从传感器模件1204接收车辆重心(例如，图9所示的重心1112)位置的输入特征。至少根据由传感器模件1204所提供的重心位置，控制器1202命令左机动驱动件1206或右机动驱动件1208中的至少一个驱动件产生扭矩T(例如，施加给相对应地面接触元件的扭矩)。

图10A和10B是根据本发明说明性实施例、说明车辆1230的重心1222的位置在车辆1230的运行方面所起作用的框图。车辆1230具有总质量M₂(M₂g的重量)。车辆1230的有效载荷以及一部分的质量被指代为M₁(M₁g的重量)，该质量M₁与重心1222的重心质量相对应。两个横向设置的接触元件1220的质量被指代为质量M₀(M₀g的重量)。车辆1230的重量被表述成：

M₂g＝M₁g+M₀g 公式1

车辆1230能够沿X轴方向相对于地面接触元件1220的位置移动的部分由重心1222所指代。参见图10A，重心1222位于在地面接触元件1220与地面接触的位置1238上方的初始位置1234处。

参见图10B，重心1222相对于初始位置1234、沿负X轴方向以距离L位于位置1242处。在一实施例中，通过由人来移动车辆1230的重心位置(例如，类似于参见图9所进行的描述)，该重心1222定位在位置1242处。传感器模件1204(图10)将车辆1230的纵倾和车辆1230的取向提供给控制器1202，且车辆的纵倾和取向随重心1222的位置1242的变化而变化。控制器1202将信号输出给左机动驱动件1206和右机动驱动件1208，以将扭矩[T＝(M₁g)(L)]施加给地面接触元件1220，来致使地面接触元件1220沿一定方向(例如，沿负X轴方向向前)移动，且重心1222以偏离前述位置1238来维持车辆1230的平衡。

车辆1230的质量能有利地分布在有效载荷和相关结构(总体是1222)以及地面接触元件和相关结构(总体是1220)之间，以使加速和减速性能最高。在一实施例中，有利的是将车辆1230的较大百分比的总质量定位成车辆1230的移动部分(即，带有有效载荷和相关结构1222的部分)，以使加速和减速性能最高。将更多的车辆1230的总质量放置成运动部分1222，使得较大的质量能有助于产生使车辆1230加速或减速所需的电动指令。然而，如果将较多的车辆1230的总质量放置成地面接触元件和相关结构1220，则较大的质量百分比会是车辆作为整个车辆一部分运动所需的负载。

控制器1202也与用户界面1210以及轮子旋转传感器1212交界。用户界面1210例如可包括用于将车辆开启或关闭、或者用于触发车辆的不同工作模式(例如，参见图13A和13B所描述的工作模式)的控制。

传感器模件1204检测出一个或多个车辆参数来确定车辆重心位置的变化。在一实施例中，传感器模件1204产生指示一个瞬时的重心位置相对于另一瞬时重心位置的变化的信号。例如，附连于弹簧的距离传感器、载荷传感器、测斜仪、陀螺仪、触须(whiskers)和/或角速率传感器可用于确定车辆重心的变化。还可使用其它传感器(例如，光学传感器和/或磁传感器)，因此在本发明的范围内。

控制器1202包括控制算法，来根据重心位置确定由左机动驱动件1206和/或右机动驱动件1210所施加的扭矩量。例如，在车辆的设计过程中或实时，可根据车辆的当前工作模式、车辆所经历的工作条件以及人的偏好来构造控制算法。控制器1202能例如通过使用控制回路来执行控制算法。在机械工程领域熟知控制回路的操作，且该控制回路的操作例如概括在Fraser & Milne发表于由IEEE(美国电气电子工程师协会)(1994)出版的电子机械工程的、具体在11章“Principles of Continuous Control”中，在此以参见的方式引入全文。

作为示例但并不意味着限制，控制算法可采取以下形式：

扭矩命令＝K·(C+O) (公式2)

其中K是增益、C是限定车辆重心位置的矢量，而O是偏移。重心位置C可以呈由重心的所希望位置减去重心的感测位置所限定的误差项的形式。重心的所希望位置例如可以是控制算法中的预定常数。或者，车辆中的人可经由用户界面来设定重心位置。在该实施例中，在启动车辆下并在允许车辆移动之前，人可致动车辆上的开关，来根据从传感器模件所接收的输入确定重心的所希望位置。这使得人能获得重心的已知初始位置，然后人可偏离该初始位置，从而产生重心位置的变化。

增益K可以是预定常数，或者可以通过用户界面1210由人所送入或调整。增益K一般是矢量，而扭矩被确定为增益的标量，且重心位置被确定为位移矢量。车辆对于重心位置变化的响应率可以由K所调节。例如，增大矢量K的至少一个元件的幅值使人能接收较硬响应，其中，重心位置的小变化引起大扭矩指令。

除了C的直接效应以外或者与该直接效应分开，偏移O可包含到控制算法中，以调节施加到左机动驱动件1206和右机动驱动件1208的扭矩。因此，例如人可借助用户界面1210提供输入，该输入等同于例如重心位置的变化由控制器1202所处理。

在一实施例中，通过分别计算左机动驱动件1206所需的扭矩和右机动驱动件1208所需的扭矩可实现转向。此外，对于控制领域中普通技术人员已知的是，追踪左轮运动和右轮运动能进行调整，以防止车辆发生不希望的转动，并且说明左机动驱动件1206和右机动驱动件1208之间的性能变化。

在一些实施例中，在前后平面和/或侧向平面中感测重心位置变化。感测重心位置在侧向平面中的变化确保相对于侧向平面倾斜的稳定性。在这些实施例中，重心位置的侧向变化用于触发抗倾斜机构或另外用于修正车辆性能的工作(例如，更改应用于一个或多个地面接触元件的扭矩)。在一些实施例中，重心位置的侧向变化用于命令车辆左转或右转。

通过例如为左地面接触元件和右地面接触元件提供单独的电动机，可在具有至少两个侧向设置的地面接触元件(例如，左轮和右轮)的实施例中实现转向。可单独计算左电动机所希望的扭矩和右电动机所希望的扭矩。此外，对于控制领域中普通技术人员已知的是，追踪左地面接触元件的运动和右地面接触元件的运动能进行调整，以防止车辆发生不希望的转动，并且说明两个电动机之间的性能变化。在一些实施例中，当车辆处于较低速度时，将转向敏感度调整为较高的敏感度，而当车辆处于较高速度时，将转向敏感度调整为较低的敏感度，以例如在高速时易于转向。

在一些实施例中，控制系统1200限制车辆(例如，图9中的上述车辆100)的速度。速度极限可例如根据与车辆工作模式相关联的最大速度(例如，下文结合图13A和图13B所进行的描述)或者来自人的输入来设定。

在一实施例中，控制系统1200包括速度极限算法，该速度极限算法通过控制车辆纵倾来调节车辆速度。控制器1202改变车辆的纵倾，这使得重心位置移动。重心位置的改变致使车辆根据重心移动的方向而加速或减速。速度极限算法致使控制器1202能通过调整所希望的纵倾角Θ_D来使车辆加速或减速。控制系统1200的纵倾控制回路控制该控制系统1200，以实现所希望的纵倾角Θ_D。

根据以下关系来确定所希望纵倾角Θ_D的调整。

(公式3)

其中，V_速度极限是车辆的当前最大速度，V_cm是车辆的速度，K2是与车辆速度极限和车辆实际速度之间的差值成比例的增益，K3是速度误差积分上的增益，该速度误差积分是车辆速度极限和车辆实际速度之间差值的积分，K4是车辆加速上的增益，K1是总体计算得出的所希望纵倾上的增益，该所希望纵倾例如可以是车辆重心位置的函数，而Θ_D是所希望的纵倾角。如果超过速度极限时，则公式3中的项A、B和C的累积效应在于致使车辆向后纵倾成减速取向。所希望的纵倾角Θ_D的数值在控制系统1200中变化，以控制车辆的速度。

在一实施例中，所希望的纵倾角Θ_D保持恒定(例如，车辆相对于地平面保持水平)。当到达预定最大速度极限时，控制系统1200通过将所希望的纵倾角Θ_D设定为使车辆减速的数值而做出响应，以防止车辆超过最大速度极限。这具有如下效果：控制系统1200命令车辆向后纵倾，以致使车辆速度减小。

在一些实施例中，将控制系统1200构造成考虑由人来命令车辆减速。当控制系统1200确定人已致使重心位置向后转移时，控制器减小增益K1的数值。通过减小增益K1的数值，控制系统1200中的纵倾角项(例如，由公式3所调节)不再重要。由于控制系统1200使纵倾角项不重要，因而该控制系统1200不会命令车辆以在缺少由人命令车辆减速的条件下向后纵倾的程度向后纵倾。在一些实施例中，当车辆速度减小时，人和支承件返回至相对于地面更水平的取向。

图11A是根据本发明一说明性实施例的车辆1300的示意说明图。车辆1300包括联接于支承件1304的封壳1302。该车辆1300还包括联接于平台1312的至少一个地面接触元件1310。该地面接触元件1310绕联接于平台1312的轴1314旋转。在一些实施例中，地面接触元件1310是轮子。在一些实施例中，车辆1300包括两个或多个侧向设置的地面接触元件1310，这些地面接触元件有助于为车辆1300提供侧向稳定性。在一些实施例中，地面接触元件1310是围绕轴1314设置的一组轮子或致动元件。该组轮子或致动元件在为车辆1300提供侧向稳定性时围绕轴1314旋转。

结构(导轨1316和导轨导向件1318的组合)将封壳1302和支承件1304联接于平台1312和地面接触元件1310。封壳1302和支承件1304联接于导轨1316。封壳1302、支承件1304以及导轨1316相对于导轨导向件1318滑动，且该导轨导向件1318联接于地面接触元件1310的平台1312。在该实施例中，由人(未示出)来操纵输入装置1306，以使车辆1300的重心1340的位置变化。输入装置1306联接于连接件1308。连接件1308联接于支承件1304。输入装置1306例如可以是控制杆、轭架、转向轮或把手。

人向前(朝负X轴方向)推动输入装置1306，这使封壳1302和支承件1304相对于地面接触元件1310向前移动。车辆1300的重心1340的位置响应于向前移动的封壳1302和支承件1304而向前移动。响应于车辆1300向前移动的重心1340，由地面接触元件1310产生向前扭矩。人向后(朝人体并沿正X轴方向)拉动输入装置1306，这使封壳1302和支承件1304相对于地面接触元件1310向后(朝正X轴方向)移动。车辆1300的重心1340的位置响应于向后移动的封壳1302和支承件1304而向后移动。响应于车辆1300向后移动的重心1340的位置，由地面接触元件1310产生负扭矩。在一实施例中，车辆1300并不具有平台1312，且轨道导向件1316联接于附连于至少一个地面接触元件1310的结构(例如，联接两个横向设置的地面接触元件的横杆)。

在一些实施例中，当封壳1302、支承件1304以及导轨1316相对于导轨导向件1318向前或向后滑动时，平台1312和地面接触元件1310、封壳1302、支承件1304以及导轨1306相对于地面保持水平(或基本水平)。在替代实施例中，当封壳1302、支承件1304以及导轨1316相对于导轨导向件1318向前或向后滑动时，平台1312和地面接触元件1310、封壳1302、支承件1304以及导轨1306相对于地面纵倾。车辆1300可改适成：当封壳1302、支承件1304以及导轨1316向前或向后滑动时，使封壳1302、支承件1304以及导轨1316向后纵倾，并且可改适成：当封壳1302、支承件1304以及导轨1316向前滑动时，使封壳1302、支承件1304以及导轨向后纵倾。

在一些实施例中，人向前或向后转移他/她的重量，以使重心位置移动，从而使得车辆分别向前或向后移动，而不会使封壳1302、支承件1304以及导轨1316相对于导轨导向件1308、平台1312以及地面接触元件1310移动。

在一些实施例中，连接件1308联接于为连接件1308的移动提供刚度或阻尼的装置，以例如加强输送到车辆的具体输入类型和/或增强人的感受。在一些实施例中，该装置限制连接件1308所允许的移动速度，这限制重心1340的位置变化所允许的速度进行，由此限制车辆1300的速度变化率。

在一些实施例中，该装置抑止连接件1308的移动中的振荡，以减小纵倾控制回路和/或控制车辆1300工作的控制器的重心控制回路中的振荡。在缺少该装置的情形下，例如由于人推动或拉动输入装置1306而在连接件1308中所引起的振荡会引起车辆1300的纵倾和/或速度发生振荡。

在一些实施例中，导轨1316和/或导轨导向件1318包括阻尼器，以防止当导轨1316例如由于外部扰动或车上扰动而相对于导轨导向件1318异相移动时车辆1300的速度发生振荡。例如，当车辆1300越过隆起物时，导轨1316会相对于导轨导向件1318移动，由此使车辆1300的重心1340的重心移动。重心1340的位置移动致使车辆1300加速或减速。因此，将导轨1316联接于导轨导向件1318的阻尼器会减小由隆起物所引起的高频运动，并减小车辆1300由于隆起物所产生的速度变化。该阻尼器不会抑止低频运动，该低频运动例如由人推动输入装置1306以命令车辆的重心1340的位置变化而引起。在一些实施例中，阻尼器构造成抑止高频振荡或冲量。该阻尼器可以是将导轨1316联接于导轨导向件1318的机械阻尼器。在一些实施例中，阻尼器是在控制器(例如，上述控制器1202)中执行的阻尼项。

在一些实施例中，车辆1300包括附加机构，该附加机构使重心1340的位置能在除了前后方向平面以外的平面中变化。在一实施例中，车辆1300包括第二对导轨/导轨导向件，该第二对导轨/导轨导向件使重心1340的位置能沿侧向方向(即、沿Z轴方向)变化。

在一替代实施例中，车辆1300包括联接于平台1312的脚部件。当人推靠于脚部件时，支承件1304和封壳1302相对于地面接触元件1310(沿正X轴方向)向后移动。车辆1300的重心1340响应于向后移动的封壳1302和支承件1304而向后移动。响应于车辆1300向后移动的重心1340，由地面接触元件1310产生负扭矩。

图11B是根据本发明一说明性实施例的车辆1300的示意说明图。封壳1302联接于支承件1304。该至少一个地面接触元件1310联接于平台1312。该地面接触元件1310绕轴1314旋转。在该实施例中，结构(枢转件1320)将支承件1302和封壳1304联接于平台1312和地面接触元件1310。封壳1302和支承件1304联接于枢转件1320，而枢转机构1322位于枢转件1320的第一端1348处。枢转件1320在该枢转件1320的第二端1344处联接于平台1312。封壳1302和支承件1304绕枢转机构1322枢转。

在该实施例中，人(未示出)坐在支承件1304上并操纵输入装置1306，以使车辆1300的重心1340的位置变化。输入装置1306联接于连接件1308。连接件1308联接于支承件1304。人向前(朝负X轴方向)推动输入装置1306，这使封壳1302和支承件1304(围绕Z轴)绕枢转机构1322枢转，使得封壳1302和支承件1304相对于地面接触元件1310向前(朝负X轴方向)移动。车辆1300的重心1340的位置响应于向前移动的封壳1302和支承件1304而向前移动。响应于车辆1300向前移动的重心1340的位置，由地面接触元件1310产生向前扭矩。

人向后(朝人体并沿正X轴方向)拉动输入装置1306，这使封壳1302和支承件1304绕枢转机构1322枢转，使得封壳1302和支承件1304相对于地面接触元件1310向后(朝正X轴方向)移动。车辆1300的重心1340的位置响应于向后移动的封壳1302和支承件1304而向后移动。响应于车辆1300向后移动的重心位置，由地面接触元件1310产生负扭矩。

在一些实施例中，枢转机构1322使封壳1302和支承件1304能以两个或多个自由度运动。封壳1302和支承件1304还绕X轴枢转。该封壳1302和支承件1304既绕Z轴(纵倾变化)又绕X轴(滚动角变化)转动。在一些实施例中，滚动角的变化致使车辆1300左转或右转。在一些实施例中，重心1340的位置以三个自由度(即，沿X轴、Y轴以及Z轴)移动。

图11C是根据本发明一说明性实施例的车辆1300的示意说明图。封壳1302联接于支承件1304。该至少一个地面接触元件1310联接于平台1312。该地面接触元件1310绕轴1314旋转。封壳1302和支承件1304联接于至少一个四杆连杆机构1324(第一杆1324a和第二杆1324b)。第一杆1324a的第一端1352a联接于支承件1304。第一杆1324a的第二端1356a联接于平台1312。第二杆1324b的第一端1352b联接于支承件1304。第二杆1324b的第二端1356b联接于平台1312。

封壳1302和支承件1304在X-Y平面中沿由该四杆连杆机构1324绕地面接触元件1310的轴1314转动所限定的路径1360所移动。在该实施例中，由人(未示出)来操纵输入装置1306，以使车辆1300的重心1340的位置变化。输入装置1306联接于连接件1308。连接件1308联接于支承件1304。人向前(朝负X轴方向)推动输入装置1306，这使封壳1302和支承件1304沿由四杆连杆机构1324转动所限定的路径1360移动，使得封壳1302和支承件1304相对于地面接触元件1310向前(朝负X轴方向)移动。车辆1300的重心1340的位置响应于向前移动的封壳1302和支承件1304而向前移动。响应于车辆1300向前移动的重心1340的位置，由地面接触元件1310产生向前扭矩。

人向后(朝人体并沿负X轴方向)推动输入装置1306，这使封壳1302和支承件1304沿由四杆连杆机构1324转动所限定的路径1360移动，使得封壳1302和支承件1304相对于地面接触元件1310向后(朝正X轴方向)移动。车辆1300的重心1340的位置响应于向后移动的封壳1302和支承件1304而向后移动。响应于车辆1300向后移动的重心1340的位置，由地面接触元件1310产生负扭矩。

在一些实施例中，车辆1300包括两个横向设置的地面接触元件。该车辆还包括两个四杆连杆机构(例如，两个四杆连杆机构1324)。每个四杆连杆机构联接于两个横向设置的地面接触元件中的一个，类似于参照图11C所描述的。

在一些实施例中，一个或多个四杆连杆机构是柔性杆。该柔性杆可弯曲，以例如使封壳和支承件能沿路径(例如，图11C所示的路径1360)移动。

图11D是根据本发明一说明性实施例的车辆1300的示意说明图。封壳1302联接于支承件1304。该至少一个地面接触元件1310联接于平台1312。该地面接触元件1310绕轴1314旋转。将封壳1302和支承件1304联接起来的结构(导轨1316和导轨导向件1318的组合)联接于平台1312和地面接触元件1310。封壳1302和支承件1304联接于导轨1316。导轨导向件1318联接于地面接触元件1310的平台1312。封壳1302、支承件1304以及导轨1316相对于导轨导向件1318一起滑动。

在该实施例中，由人(未示出)来操纵输入装置1306，以使车辆1300的重心1340的位置变化。该实施例缺少连接件(例如，图13A、13B以及13C所示的连接件1308)。人向后(朝正X轴方向)拉动输入装置1306，这使封壳1302和支承件1304相对于地面接触元件1310向前(朝负X轴方向)移动。车辆1300的重心1340的位置响应于向前移动的封壳1302和支承件1304而向前移动。响应于车辆1300向前移动的重心1340的位置，由地面接触元件1310产生向前扭矩。人向前(远离人体并沿负X轴方向)推动输入装置1306，这使封壳1302和支承件1304相对于地面接触元件1310向后(朝正X轴方向)移动。车辆1300的重心1340的位置响应于向后移动的封壳1302和支承件1304而向后移动。响应于车辆1300向后移动的重心1340的位置，由地面接触元件1310产生向后扭矩。

图12A是根据本发明一说明性实施例的车辆1400的说明性示意图。车辆1400包括联接于平台1412的封壳1402。该车辆1400还包括联接于平台1412的至少一个地面接触元件1410。该地面接触元件1410绕轴1414旋转。结构(导轨1416和导轨导向件1418的组合)将支承件1404联接于平台1412、封壳1402以及地面接触元件1410的组合。支承件1404联接于导轨1416。支承件1404和导轨1416相对于联接于平台1412的导轨导向件1418滑动。在某些实施例中，导轨导向件1418改为联接于封壳1402。

在该实施例中，由人(未示出)来操纵输入装置1406，以使车辆1400的重心1440的位置变化。输入装置1406联接于连接件1408。连接件1408联接于支承件1404。人向前(朝负X轴方向)推动输入装置1406，这使支承件1410相对于封壳1402、平台1412以及地面接触元件1410向前(朝负X轴方向)移动。车辆1400的重心1440的位置响应于向前移动的支承件1304而向前移动。响应于车辆1400向前移动的重心1440，由地面接触元件1410产生向前扭矩。人向后(朝人体并沿正X轴方向)拉动输入装置1406，这使支承件1410相对于封壳1402、平台1412以及地面接触元件1410向后(朝正X轴方向)移动。车辆1400的重心1440的位置响应于向后移动的封壳1402和支承件1404而向后移动。响应于车辆1400向后移动的重心1440的位置，由地面接触元件1410产生负扭矩。

图12B是根据本发明一说明性实施例的车辆1400的示意说明图。封壳1402联接于平台1412。该至少一个地面接触元件1410联接于平台1412。该地面接触元件1410绕轴1414旋转。结构(枢转件1420)使支承件1402联接于平台1412、封壳1402以及地面接触元件1410。支承件1304联接于枢转件1420，而枢转机构1422位于枢转件1420的第一端1448处。枢转件1420在该枢转件1412的第二端1444处联接于平台1420。该支承件1404(围绕Z轴)绕枢转机构枢转。

在该实施例中，由人(未示出)来操纵输入装置1406，以使车辆1400的重心的位置变化。输入装置1406联接于连接件1408。连接件1408联接于支承件1404。人向前(朝负X轴方向)推动输入装置1406，这使支承件1410相对于封壳1402、平台1412以及地面接触元件1410向前(朝负X轴方向)移动。车辆1400的重心1440的位置响应于向前移动的支承件1304而向前移动。响应于车辆1400向前移动的重心1440的位置，由地面接触元件1410产生向前扭矩。人向后(朝人体并沿正X轴方向)拉动输入装置1406，这使支承件1410相对于封壳1402、平台1412以及地面接触元件1410向后(朝正X轴方向)移动。车辆1400的重心1440的位置响应于向后移动的枢转件1420和支承件1404而向后移动。响应于车辆1400向后移动的重心位置，由地面接触元件1410产生负扭矩。

图12C是根据本发明一说明性实施例的车辆1400的示意说明图。封壳1402联接于平台1412。该至少一个地面接触元件1410联接于平台1412。该地面接触元件1410绕轴1414旋转。支承件1404联接于至少一个四杆连杆机构1424(第一杆1424a和第二杆1424b)。第一杆1424a的第一端1452a联接于支承件1304。第一杆1424a的第二端1456a联接于平台1412。第二杆1424b的第一端1452b联接于支承件1404。第二杆1424b的第二端1456b联接于平台1412。

支承件1414在X-Y平面中沿由该四杆连杆机构1424绕地面接触元件1410的轴1414转动所限定的路径1460移动。在该实施例中，由人(未示出)来操纵输入装置1406，以使车辆1400的重心的位置变化。输入装置1406联接于连接件1408。连接件1408联接于支承件1404。人向前(朝负X轴方向)推动输入装置1406，这使封壳1402和支承件1404相对于封壳1402、平台1412以及地面接触元件1410向前(朝负X轴方向)移动。车辆1400的重心1440的位置响应于向前移动的支承件1304而向前移动。响应于车辆1400向前移动的重心1440的位置，由地面接触元件1410产生向前扭矩。人向后(朝人体并沿正X轴方向)拉动输入装置1406，这使封壳1402和支承件1404相对于封壳1402、平台1412以及地面接触元件1410向后(朝正X轴方向)移动。车辆1400的重心1440的位置响应于向后移动的支承件1404而向后移动。响应于车辆1400向后移动的重心1440，由地面接触元件1410产生负扭矩。

在一些实施例中，车辆1400包括两个侧向设置的地面接触元件。该车辆还包括两个四杆连杆机构(例如，两个四杆连杆机构1424)每个四杆连杆机构联接于两个侧向设置的地面接触元件中的一个，类似于参照图12C所描述的。

在一些实施例中，一个或多个四杆连杆机构是柔性杆。该柔性杆弯曲，以例如使封壳和支承件能沿路径(例如，图12C所示的路径1460)移动。

图12D是根据本发明一说明性实施例的车辆1400的说明性示意图。封壳1402联接于平台1412。该地面接触元件1410联接于平台1412。该地面接触元件1410绕轴1414旋转。结构(导轨1416和导轨导向件1418的组合)将支承件1404联接于平台1412、封壳1402以及地面接触元件1410。支承件1404联接于导轨1416。支承件1404和导轨1416相对于联接于平台1410的导轨导向件1418滑动。

在该实施例中，由人(未示出)来操纵输入装置1406，以使车辆1400的重心1440的位置变化。该实施例缺少连接件(例如，图14A、14B以及14C所示的连接件1408)。人向前(朝负X轴方向)推动输入装置1406，这使支承件1410相对于封壳1402、平台1412以及地面接触元件1410向后(朝正X轴方向)移动。车辆1400的重心1440的位置响应于向前移动的支承件1404而向前移动。响应于车辆1400向后移动的重心1440的位置，由地面接触元件1410产生反向扭矩。人向后(朝人体并沿正X轴方向)拉动输入装置1406，这使支承件1410相对于封壳1402、平台1412以及地面接触元件1410向前(朝负X轴方向)移动。车辆1400的重心1440的位置响应于向前移动的支承件1304而向前移动。响应于车辆1400向前移动的重心位置，由地面接触元件1410产生向前扭矩。

在一些实施例中，支承件(例如，图12A所示的支承件1404)相对于封壳(例如，图12A所示的封壳1402)移动。将封壳构造成使得支承件能在该封壳内移动，以使车辆重心位置产生有效变化。

在一些实施例中，支承件(例如，图11A所示的支承件1304)和封壳(例如，图11A所示的封壳1302)联接在一起，并相对于地面接触元件(例如，图11A所示的地面接触元件1310)组合地移动，以使车辆重心位置产生有效变化。由于支承件和封壳一起移动，因而可以将封壳的内部容积制造得比为适应支承件在封壳内的移动所需的内部容积小。在一些实施例中，车辆包括安全带(或其它人或有效载荷的约束件)。由于支承件和封壳一起移动，因而可将安全带锚定于封壳。如果支承件相对于封壳移动，则需要将安全带组件设计成适应支承件相对于封壳的移动，以确保安全带仍可实现其对设置在支承件上的有效载荷或人进行保护的作用。

在一些实施例中，连接件(例如，图11A、图11B和图11C所示的连接件1308或图12A、图12B和图12C所示的连接件1408)具有可调整的联动比(linkage ratio)。在一些实施例中，(例如，由使用者、制造商或由车辆模件来)设定该可调整联动比，以使车辆控制刚度、响应和/或感觉变化。

在一些实施例中，车辆具有对一个以上的人进行支承的支承件。在一些实施例中，车辆可由任一个人所控制。

在一些实施例中，车辆具有的输入装置是搁脚板。由人产生的搁脚板运动致使车辆的重心位置变化。在一些实施例中，搁脚板由连接件联接于车辆的平台，且搁脚板远离人的移动致使重心位置相对于地面接触元件向后移动。在一些实施例中，输入装置既包括控制轭架又包括搁脚板，且控制轭架和搁脚板远离人的移动致使重心位置向后移动，而控制轭架和搁脚板朝向人的移动致使重心位置向前移动。

在一些实施例中，车辆重心位置的变化引起施加于a)车辆的一个或多个地面接触元件或者b)车辆的被命令速度的扭矩发生相同、较小程度的或较大程度的变化。例如，施加于地面接触元件的扭矩变化会具有相对于车辆重心位置变化的非线性关系(例如，平方关系)。在一实施例中，该非线性关系对于有经验的人来说将重心位置变化的效果放大，和/或对于缺乏经验的人来说将重心位置变化的效果减经。

在一些实施例中，小幅运动(即，重心位置变化)产生相对水平的车辆平台同时伴有中等的加速或减速。在一些实施例中，大幅运动(即，重心位置变化)产生较大程度的车辆纵倾变化和高速率的加速或减速变化。

在一些实施例中，例如通过将车辆纵倾相关参数添加到提供给一个或多个地面接触元件的命令信号或从该命令信号中减去该车辆纵倾相关参数，来改变重心位置变化的效果。

在一些实施例中，联接于车辆一部分的致动器使车辆重心位置变化。例如，在一些实施例中，致动器联接于车辆的移动部件(例如，图12D所示的支承件1404)，且车辆具有(例如，有线或无线)联接于该致动器的输入装置。输入装置的运动命令致动器移动，这致使支承件相对于车辆的地面接触元件移动。支承件相对于地面接触元件的移动致使车辆的重心位置向前移动，而重心位置向前移动又致使车辆向前移动。在一些实施例中，车辆并不用于支承人，且致动器可用于命令车辆重心位置变化。

在一些实施例中，致动器包括抑制车辆重心变化的封锁机构。例如，在参照图11A所描述的本发明一替代实施例中，车辆1300包括具有封锁结构的致动器。该封锁机构限制或防止联接于支承件1304的导轨1316相对于联接于平台1312的导轨导向件1318运动。封锁机构可以是导轨1316中的销，该销插到位于导轨导向件1318中的相对应孔的一个孔或多个孔中。该封锁机构可以是联接于导轨1316和导轨导向件1318的致动器(摩擦致动器或盘式致动器)。在一些实施例中，该封锁机构包括一个或多个联接于导轨1316和导轨导向件1318的机械止动件。在一些实施例中，一个或多个机械止动件响应于预定状况(例如，车辆的快速减速)而配合。如果需要使车辆1300紧急停车，则可触发该机械止动件。

图13A和13B是根据本发明说明性实施例的车辆1500的三维图。人(未示出)抵靠在封壳1504中的支承件1102上，该封壳1104至少部分地封闭该人。该车辆1500包括至少三个地面接触元件1508、1510、1520。这三个地面接触元件1508、1510、1520联接于平台1506。地面接触元件1520是稳定器地面接触元件。

地面接触元件1508、1510相对于彼此侧向设置并且绕轴1514旋转。地面接触元件1508由驱动件1516提供动力，而地面接触元件1510由驱动件(为了清楚说明的目的未示出)提供动力。第三地面接触元件1520朝平台1506的前部设置(相对于两个地面接触元件1508和1510定位成朝负X轴方向)。第三地面接触元件1520绕轴1522旋转。在替代实施例中，地面接触元件1508、1510联接于平台1506，而地面接触元件1520联接于封壳1504。

参见图13A，当车辆1500平衡时，则第三地面接触元件名义上定位成：当车辆1500处于直立位置且平台1506与地面平行时，该第三地面接触元件1520并不与地面接触。在图13B中示出，当车辆1500不平衡时，车辆1500向前倾斜以抵靠在第三地面接触元件1520上，从而为车辆1500提供静态稳定性。

在一些实施例中，该第三地面接触元件1520包括轮子、滑橇、球或柱。在一替代实施例中，第三地面接触元件1520朝平台1506的后部设置，使得车辆1500向后倾斜以抵靠在第三地面接触元件1520上。在一些实施例中，希望使第三地面接触元件1520朝车辆1500的后部定位。在希望极其快速停车的情形中，例如如果触发紧急停车，则将第三地面接触元件1520朝平台1506后部放置有助于确保使车辆1500的后部在停车的同时不与地面接触、而是抵靠在第三地面接触元件1520上。当减速扭矩施加于两个横向设置的地面接触元件1508、1510时，第三地面接触元件1520使车辆1500稳定。

在一些实施例中，存在第四地面接触元件(未示出)，且第三地面接触元件1520和该第四地面接触元件都朝平台1500的前部定位(相对于两个地面接触元件1508和1510定位成朝负X轴方向)。第三地面接触元件1520和第四地面接触元件相对于彼此侧向设置，从而当第三地面接触元件1520和第四地面接触元件与地面接触时，为车辆1500提供附加的侧向稳定性。在一些实施例中，第三地面接触元件1520和第四地面接触元件朝平台后部设置。

在一些实施例中，每个地面接触元件1508、1510和1520；联接于一个或多个电动驱动件，用以使正扭矩或负扭矩能被施加于地面接触元件1508、1510、1520中的任何一个。

在各种实施例中，第三地面接触元件1520是可伸缩的。该可伸缩第三地面接触元件1520例如由附连于车辆1500的致动器展开和缩回。在一些实施例中，该第三地面接触元件连接于输入装置(例如，如上所述的输入装置1306或1406)。输入装置的运动可致使第三地面接触元件1520伸出或缩回。在一些实施例中，第三地面接触元件1520包括致动器，以致使有助于使车辆1500减速。

在一些实施例中，车辆1500包括输入装置和连接件(例如，图11A所示的输入装置1306和连接件1308)。当车辆1500向前倾斜(朝负X轴方向倾斜)时，该车辆抵靠在第三地面接触元件1520上。由于输入装置连接于连接件，因而输入装置朝车辆1500的前部(朝负X轴方向)定位，将输入装置定位在封壳内的一个位置，该位置使人易于骑上和爬下(进入或离开)车辆1500。

在一些实施例中，当车辆1500抵靠在第三地面接触元件1520上时，支承件1502的人会坐在(或有效载荷会定位在)其上的部分与地平面平行。由于支承件1502的人会坐在其上的部分与地平面平行，因而易于使人骑上或爬下(进入或离开)车辆1500。当车辆1500向后倾斜到平衡模式时，支承件1502的人会坐在(或有效载荷会定位在)其上的部分向后倾斜，从而为人创造舒适的后倾位置(或有助于使有效载荷固定的位置)。

控制器1560(例如，如10所示的控制器1200)联接于驱动件1516，用于响应于车辆1500的重心1512的位置变化而提供控制信号。在一实施例中，控制器1560至少在启动模式、动态稳定模式以及停车模式下工作。在停车模式，车辆1500最初由三个地面接触元件1508、1510和1520中的每个元件所支承。

人在停车状态骑上车辆1500。车辆发动，且通过车辆1500的重心1512的位置变化来触发启动模式。在该实施例中，人使重心1512向后(朝正X轴方向)移动，以触发启动模式。在启动模式过程中，重心1512(例如，由人所控制)向后移动，直到第三地面接触元件1520不与地面接触为止。

当第三地面接触元件1520不再与地面接触时，触发动态稳定模式，且车辆1500在两个横向设置的地面接触元件1508和1510上平衡。然后，人以与本文所述类似的方式操作车辆1500。

在该实施例中，通过由操作者将命令发送给控制器1560(例如，按下按钮或推按连接于控制器的触摸屏)来触发停车模式。车辆1500响应于停车模式的触发而向前倾斜，以抵靠在第三地面接触元件1520上。

在一些实施例中，通过车辆1500的重心位置的预定变化来触发停车模式。如果人使重心1512向前(朝负X轴方向)移动至超出预定重心阈值，则触发停车模式。车辆1500减速直至完全停止，之后向前倾斜以抵靠在第三地面接触元件1520上。或者，车辆1500可在车辆加速时开始向前倾斜，且当车辆到达预定(例如，安全)速度时，第三地面接触元件1520与地面相接触。

存在用于触发和操作车辆1500的各种工作模式的各种实施例。例如，启动和/或停车模式可由人经由输入装置(例如，手持或车载处理器)来指定。在一些实施例中，由人或使用者来启动动态稳定模式。用于启动模式和/或停车模式的重心阈值可由人根据人的经验水平来指定，或者可由控制器1560根据车辆1500上次工作所存储的重心位置来确定。

本发明的一些实施例包括附加工作模式。在一些实施例中，车辆1500包括位置保持模式，在该位置保持模式，该车辆1500相对于地平面平衡并且名义上定位于一个位置。在以位置保持模式工作的过程中，车辆1500对于改变车辆1500的重心位置的敏感度增大，以使车辆能保持平衡并且名义地定位在一个位置，从而在例如车辆停止时(例如，在红灯时)为人创造稳定的骑乘感受。即使存在对于车辆1500的重心位置的(例如，小幅或大幅)扰动，通过至少车辆沿与重心扰动相反的方向纵倾，车辆1500保持其平衡并且静止不动。

在一实施例中，位置保持模式是当地面接触元件1508和1510的速度低于预定阈值、地面接触元件1508和1510的横摇速度低于预定阈值且重心1512的位置低于阈值时车辆1500进入的工作模式。当这些参数中的任何参数超出相同(或不同)阈值时，触发离开位置保持模式。

在本发明的一实施例中，当存在以下条件时，车辆1500进入位置保持模式：1)左地面接触元件1508和右地面接触元件1510的平均速度小于0.7MPH(0.313m/s)；2)车辆的横摇速度低于20度/秒；3)附连于左地面接触元件1508的轴的速度小于0.7MPH(0.313m/s)；4)附连于右地面接触元件1508的轴的速度小于0.7MPH(0.313m/s)；5)支承件1502的位置沿X轴相对于预定中性位置沿向前方向在0.5英寸内(12.7mm)；6)支承件1502的位置沿X轴相对于预定中性位置沿向后方向在1.5英寸内(38.1mm)；7)车辆离预定中性定向的纵倾小于4.0度；以及8)车辆的纵倾速度低于15.0度/秒。

在一实施例中，当存在以下条件中的至少一个条件时，车辆1500离开位置保持模式：1)支承件1502的位置沿X轴相对于预定中性位置沿向前方向大于1.25英寸(31.8mm)；2)支承件1502的位置沿X轴相对于预定中性位置沿向后方向大于2.5英寸(63.5mm)；3)附连于左地面接触元件1508的轴的速度大于1.5MPH(0.671m/s)；或者4)附连于右地面接触元件1508的轴的速度大于1.5MPH(0.671m/s)。

在一些实施例中，车辆1500包括静态模式和动态模式。在一实施例中，车辆平衡并且以静态模式工作，控制器1560操作一侧的纵倾控制器，该纵倾控制器不允许车辆1500发生向后纵倾，从而如果车辆的重心位置向后移动，则车辆1500仅仅向后移动。如果重心位置向前移动，则控制器1560允许车辆1500发生向前纵倾，直到稳定器的地面接触元件1520接触地面为止。在一些实施例中，车辆平衡且控制器1560构造成在静态模式工作，从而忽略触发停车模式的需求，直到车辆1500在预定速度下移动和/或加速为止。在一些实施例中，将控制器1560构造成：在车辆1500急停之后，车辆1500不会马上响应以引起车辆的向后移动。例如，通过使车辆在停车时向前纵倾，或者通过命令致动器改变车辆的重心位置(例如，命令致动器使支承件和封壳相对于地面接触元件移动)，可命令车辆1500以此方式做出响应。

在一些实施例中，在启动和/或停车模式中忽略来自人的输入，以避免车辆1500发生无意的运动。在一实施例中，车辆1500具有平滑功能，该功能使启动模式平滑地过渡至动态稳定模式，以使人感到舒适。例如，在一实施例中，平滑功能包括低通过滤器，该低通过滤器将车辆从启动模式过渡至动态稳定模式时的高频运动(例如，人的振动命令)滤除。

存在用于检测触发器(例如，启动模式和/或停车模式触发器)命令的各种实施例。在一实施例中，联接于第三地面接触元件1520的力传感器检测第三地面接触元件1520与地面的接触，或者位置传感器(接触或非接触位置传感器)检测第三地面传感器1520例如相对于地面或车辆1500上的静止位置的位置。在一些实施例中，控制器基于例如速率陀螺传感器来感测车辆1500的纵倾和/或纵倾速率，以允许动态稳定模式或停车模式。

在一些实施例中，当车辆动态稳定时，控制器1560对于第三地面接触元件1520与地面的无意接触进行补偿。例如，在爬坡行进过程中，平台1506、封壳1504以及支承件1502能向前纵倾，以使人(相对于地球的垂直轴线)保持直立位置。由于车辆1500向前纵倾，因而不可伸缩的并且朝平台1506的前部定位的第三地面接触元件1520与地面无意地接触。第三地面接触元件1520与地面的无意接触在车辆1500上产生力，这致使重心1512的位置发生无意地变化。如上所述，重心1512的位置变化使车辆1500加速或减速。这样，可将控制器1560构造成感测第三地面接触元件1520与地面的接触，并且忽略重心1512的与由第三地面接触元件1520上的地面所施加的力成比例的位置变化。这对第三地面接触元件1520与地面的无意接触进行补偿。

在本发明的又一些实施例中，使用远程控制装置来操作车辆1500。该远程控制装置通过例如由操作者命令车辆1500的纵倾发生变化、或者通过控制所致动的重心转移机构来致使车辆1500的重心1512的位置变化而改变重心1512的位置。在一实施例中，重心转移机构可通过被锁定而失效。在其它实施例中，远程控制装置对三个地面接触元件1508、1510、1520进行控制，从而可命令车辆1500在所有三个地面接触元件1508、1510、1520上移动。可将扭矩命令提供给地面接触元件1508、1510和1520中的一个或多个。此外，远程控制装置能使车辆1500对于重心1512的位置变化的响应失效。

图14是根据本发明一说明性实施例的车辆1600的说明性示意图。车辆1600包括联接于支承件1602的封壳1604。该车辆1600还包括联接于平台1610的至少一个地面接触元件1612。该地面接触元件1610绕联接于平台1614的轴1612旋转。车辆1600包括第一驱动件1672(驱动部件1672a和驱动部件1672b的组合)。第一驱动件1672使封壳1602和支承件1604(联接于驱动部件1672a)能相对于地面接触元件1610和平台1612(联接于驱动部件1672b)移动。联接于第一驱动件1672的控制系统(例如，图10所示的控制系统)响应于封壳1602和支承件1604(联接于驱动部件1672a)能相对于地面接触元件1610和平台1612(联接于驱动部件1672b)移动而控制车辆1600的平衡。在一些实施例中，第一驱动件1672是电动的，以使车辆1600的重心1640的位置保持在地面接触元件1610与地面接触的位置上方，从而沿前后方向使车辆保持平滑。

该车辆1600还包括联接于平台1612和地面接触元件1610的第二驱动件1680。第二驱动件1680(例如，机动驱动件)将动力输送给地面接触元件1610，致使地面接触元件旋转，从而使得车辆向前(朝负X轴方向)和向后(朝正X轴方向)移动。第二驱动件可例如包括联接于第二驱动件的内燃机、踏板或曲柄，用以将动力输送给地面接触元件。在一些实施例中，车辆1600包括两个或多个侧向设置的地面接触元件1610，这些地面接触元件有助于为车辆1600提供侧向稳定性。

该车辆1600包括输入装置1606。人(未示出)操纵输入装置1306，以命令第二驱动件1680，使得地面接触元件1610旋转，从而使车辆沿前后方向移动。

在各种实施例中，可作为用于计算机系统的计算机程序产品来使用所披露的方法。这些实施方式可包括一系列计算机指令，这些计算机指令或者固定在诸如计算机可读介质(例如，磁盘、CD-ROM、ROM或硬盘))之类的有形介质上，或者可经由调整解调器或者诸如通过介质连接于网络的通信适配器之类的其它接口装置发送至计算机系统。该介质可以是有形介质(例如，光学或模拟通信线路)或者利用无线技术(例如，微波、红外线或其它传输技术)所实施的介质该系列的计算机指令实现上文参照该系统所描述功能性的全部或部分。本领域技术人员应理解的是，能将这些计算机指令写成若干程序语言，以用于许多计算机体系结构或操作系统。

此外，这些指令能存储在诸如半导体、磁体、光学之类的任何存储装置或者其它存储装置中，并且可使用诸如光学、红外线、微波之类的任何通信技术或其它通信技术来发送。预计计算机程序产品可分布成可移动介质，或者通过网络(例如，因特网或环球网)从服务器或电子公告板分布得到，且该可移动介质伴随有利用计算机系统(例如，在系统ROM或硬盘上)预下载的印刷或电子文件(例如，压缩包裹软件)，当然，本发明的一些实施例作为软件(例如，计算机程序产品)和硬件的组合来实施。而本发明的其它实施例完全作为硬件实施，或者完全作为软件(例如，计算机程序产品)实施。

本发明所描述的实施例仅仅是用来示例的，且各种变型和修改对于本领域技术人员显而易见。所有这些变型和修改应包含在本发明的由任何所附权利要求所限定的范围内。

Claims

1.一种用于在表面上运输有效载荷的车辆，所述车辆包括：

支承件，所述支承件用于支承所述有效载荷；

封壳，所述封壳用于至少部分地封装所述有效载荷；

两个横向设置的地面接触元件，所述地面接触元件联接于所述封壳或所述支承件中的至少一个；

驱动件，所述驱动件联接于所述地面接触元件；以及

控制器，所述控制器联接于所述驱动件，用于至少响应于所述车辆的重心位置来调节所述驱动件的操作，以动态地控制所述车辆的平衡。

2.如权利要求1所述的车辆，其特征在于，所述封壳联接于所述支承件。

3.如权利要求2所述的车辆，其特征在于，所述车辆包括使所述支承件和所述封壳联接于所述地面接触元件的结构，所述结构允许所述重心位置发生变化。

4.如权利要求3所述的车辆，其特征在于，所述结构包括导轨，所述导轨使所述封壳和所述支承件能相对于所述地面接触元件滑动。

5.如权利要求3所述的车辆，其特征在于，所述结构包括使所述支承件和所述封壳联接于所述地面接触元件的枢转机构，使所述封壳和所述支承件能相对于所述地面接触元件枢转。

6.如权利要求3所述的车辆，其特征在于，所述有效载荷是人，且所述车辆包括输入装置，所述人推动或拉动所述输入装置，使得所述人、所述支承件以及所述封壳能相对于所述地面接触元件移动。

7.如权利要求2所述的车辆，其特征在于，所述车辆包括两个四杆连杆机构，且每个四杆连杆机构使一个地面接触元件联接于所述支承件和所述封壳，使所述封壳和所述支承件能相对于所述地面接触元件移动。

8.如权利要求1所述的车辆，其特征在于，所述封壳联接于所述地面接触元件。

9.如权利要求8所述的车辆，其特征在于，所述车辆包括使所述支承件联接于所述封壳和所述地面接触元件的结构，所述结构允许所述重心位置发生变化。

10.如权利要求9所述的车辆，其特征在于，所述结构包括导轨，所述导轨使所述支承件能相对于所述封壳和所述地面接触元件滑动。

11.如权利要求9所述的车辆，其特征在于，所述结构包括使所述支承件联接于所述封壳和所述地面接触元件的枢转机构，使所述支承件能相对于所述封壳和所述地面接触元件枢转。

12.如权利要求8所述的车辆，其特征在于，所述车辆包括两个四杆连杆机构，且每个四杆连杆机构使所述支承件联接于所述封壳和所述地面接触元件，使所述支承件能相对于所述地面接触元件移动。

13.如权利要求8所述的车辆，其特征在于，所述有效载荷是人，且所述结构包括输入装置，所述人推动或拉动所述输入装置，使得所述人和所述支承件能相对于所述封壳和所述地面接触元件移动。

14.如权利要求1所述的车辆，其特征在于，所述车辆包括致动器，所述致动器对所述支承件、所述有效载荷或所述封壳中的一个或多个的重心相对于所述地面接触元件的位置进行控制。

15.如权利要求1所述的车辆，其特征在于，根据所选择的工作模式来控制所述车辆。

16.如权利要求15所述的车辆，其特征在于，所述工作模式是远程控制模式，或者所述有效载荷是人且所述工作模式是人控制模式。

17.如权利要求1所述的车辆，其特征在于，所述有效载荷是人，所述人将压力施加到联接于所述车辆的脚部件上，以使所述车辆减速。

18.如权利要求1所述的车辆，其特征在于，所述重心位置向后转移致使所述车辆减速或向后加速。

19.如权利要求1所述的车辆，其特征在于，所述重心位置向前转移致使所述车辆向前加速。

20.如权利要求1所述的车辆，其特征在于，所述车辆包括稳定器地面接触元件，所述稳定器地面接触元件定位在所述车辆上，以使所述车辆静态稳定。

21.如权利要求22所述的车辆，其特征在于，所述稳定器地面接触元件是可伸缩的。

22.如权利要求20所述的车辆，其特征在于，所述稳定器地面接触元件包括传感器，所述传感器用于检测所述稳定器地面接触元件与地面的接触或者所述稳定器地面接触元件与所述地面之间所施加力中的至少一种。

23.如权利要求22所述的车辆，其特征在于，所述稳定器地面接触元件包括轮子、滑橇、球或柱的一种或多种。

24.如权利要求15所述的车辆，其特征在于，所述车辆包括一个或多个传感器，用于检测所述车辆的重心位置的变化。

25.如权利要求15所述的车辆，其特征在于，所述一个或多个传感器是力传感器、位置传感器、纵倾传感器或纵倾率传感器中的一种或多种。

26.如权利要求15所述的车辆，其特征在于，所述车辆包括启动模式，所述启动模式由所述车辆的重心位置的变化所触发，且所述车辆的重心位置变化启动所述平衡车辆的动态稳定，使得所述车辆不再由稳定器地面接触元件所稳定。

27.如权利要求26所述的车辆，其特征在于，所述稳定器地面接触元件朝所述车辆前部定位，且所述重心位置向后转移。

28.如权利要求26所述的车辆，其特征在于，所述稳定器地面接触元件朝所述车辆后部定位，且所述重心位置向前转移。

29.如权利要求1所述的车辆，其特征在于，所述重心位置转移至超出阈值触发停车模式，所述停车模式使所述车辆减速。

30.如权利要求1所述的车辆，其特征在于，所述有效载荷是人，且所述车辆包括输入装置，所述输入装置由连接件联接于所述车辆，从而当所述人向前推动所述输入装置时，所述车辆加速，而当所述人向后拉动所述输入装置时，所述车辆减速。

31.如权利要求1所述的车辆，其特征在于，所述驱动件将动力输送给所述地面接触元件，以使所述地面接触元件旋转，从而动态地控制所述车辆的平衡。

32.如权利要求1所述的车辆，其特征在于，所述驱动件使所述地面接触元件在所述车辆的前后方向上移动，以动态地控制所述车辆的平衡。

33.如权利要求32所述的车辆，其特征在于，所述车辆包括第二驱动件，所述第二驱动件用于将动力输送给所述地面接触元件，以前后推进所述车辆。

34.如权利要求33所述的车辆，其特征在于，所述车辆包括联接于所述第二驱动件的内燃机，用以将动力输送给所述地面接触元件。

35.如权利要求1所述的车辆，其特征在于，所述驱动件是机动驱动件。

36.如权利要求1所述的车辆，其特征在于，所述控制器联接于所述驱动件，用于至少响应于所述车辆的纵倾来调节所述驱动件的操作，以动态地控制所述车辆的平衡。

37.如权利要求7所述的车辆，其特征在于，所述地面接触元件一致地移动。

38.如权利要求12所述的车辆，其特征在于，所述地面接触元件一致地移动。

39.一种利用车辆在表面上运输有效载荷的方法，所述方法包括：

利用支承件支承所述有效载荷；

利用封壳至少部分地封装所述支承件；以及

响应于所述车辆的重心位置来对联接于两个横向设置的地面接触元件的驱动件的操作进行控制，以动态地控制所述车辆的平衡，且所述地面接触元件联接于所述封壳或所述支承件中的至少一个。

40.如权利要求39所述的方法，其特征在于，所输送的动力响应于所述车辆的姿态。

41.如权利要求39所述的方法，其特征在于，所述封壳联接于所述支承件，且所述支承件和所述封壳相对于所述地面接触元件移动，以改变所述车辆的重心位置。

42.如权利要求39所述的方法，其特征在于，所述封壳联接于所述地面接触元件，且所述支承件相对于所述封壳和所述地面接触元件移动，以改变所述车辆的重心位置。

43.如权利要求41所述的方法，其特征在于，所述支承件和所述封壳相对于所述地面接触元件滑动。

44.如权利要求42所述的方法，其特征在于，所述支承件相对于所述封壳和所述地面接触元件滑动。

45.如权利要求41所述的方法，其特征在于，所述支承件和所述封壳相对于所述地面接触元件枢转。

46.如权利要求42所述的方法，其特征在于，所述支承件相对于所述封壳和所述地面接触元件枢转。

47.如权利要求39所述的方法，其特征在于，所述方法包括对联接于所述车辆的脚部件施加压力，以使所述车辆减速。

48.如权利要求39所述的方法，其特征在于，所述方法包括向后转移所述重心位置，以使所述平衡车辆减速。

49.如权利要求39所述的方法，其特征在于，所述方法包括向前转移所述重心位置，以使所述平衡车辆加速。

50.如权利要求39所述的方法，其特征在于，所述方法包括利用定位在所述车辆上的稳定器地面接触元件使所述平衡车辆静态稳定。

51.如权利要求50所述的方法，其特征在于，所述方法包括当所述车辆动态平衡时缩回所述稳定器地面接触元件。

52.如权利要求48所述的方法，其特征在于，所述方法包括当安装在所述车辆上的传感器检测出所述重心位置变化时触发启动模式，并且启动所述车辆的动态平衡。

53.如权利要求52所述的方法，其特征在于，所述方法包括向后转移所述重心位置，以启动所述车辆的动态稳定。

54.如权利要求52所述的方法，其特征在于，所述方法包括向前转移所述重心位置，以启动所述车辆的动态稳定。

55.如权利要求39所述的方法，其特征在于，所述方法包括通过使所述重心转移至超出阈值来触发停车模式，并且使所述车辆减速。

56.如权利要求39所述的方法，其特征在于，所述方法包括对联接于所述平台或所述封壳中至少一个的脚部件施加压力，以使所述重心位置向后移动。

57.如权利要求39所述的方法，其特征在于，所述有效载荷相对于所述地面接触元件的相对位置是对所述控制器的输入。

58.如权利要求57所述的方法，其特征在于，通过改变所述车辆的所希望纵倾并使所述车辆的重心位置转移，使所述输入增强或削弱所命令的所述车辆的加速或减速。

59.如权利要求57所述的方法，其特征在于，所述输入对用于控制所述车辆的速度的速度极限算法的所希望纵倾进行修改。

60.如权利要求39所述的方法，其特征在于，所述方法包括将动力从所述驱动件输送给所述地面接触元件，以使所述地面接触元件旋转，从而动态地控制所述车辆的平衡。

61.如权利要求39所述的方法，其特征在于，所述驱动件使所述地面接触元件在所述车辆的前后方向上移动，以动态地控制所述车辆的平衡。

62.如权利要求61所述的方法，其特征在于，所述方法包括将动力从第二驱动件输送给所述地面接触元件，以使所述地面接触元件旋转，从而使所述车辆前后移动。

63.一种用于在表面上运输有效载荷的车辆，所述车辆包括：

支承件，所述支承件用于支承所述有效载荷；

封壳，所述封壳用于至少部分地封装所述有效载荷；

驱动件，所述驱动件联接于所述地面接触元件；以及

调节装置，所述调节装置用于至少响应于所述车辆的重心位置来调节所述驱动件的操作，以动态地控制所述车辆的平衡。

64.一种用于在表面上运输有效载荷的车辆，所述车辆包括：

支承件，所述支承件用于支承所述有效载荷；

封壳，所述封壳用于至少部分地封装所述有效载荷；

两个侧向设置的地面接触元件，所述地面接触元件联接于所述封壳或所述支承件中的至少一个；

第一驱动件，所述第一驱动件联接于所述地面接触元件；

控制器，所述控制器联接于所述第一驱动件，用于至少响应于所述车辆的重心位置来调节所述第一驱动件的操作，以使所述地面接触元件在所述车辆的前后方向上移动，从而动态地控制所述车辆的平衡；以及

第二驱动件，所述第二驱动件联接于所述地面接触元件，以将动力输送给所述地面接触元件，从而前后推进所述车辆。

65.如权利要求64所述的车辆，其特征在于，所述第二驱动件动态地控制所述车辆的平衡。

66.如权利要求64所述的车辆，其特征在于，所述车辆包括联接于所述第二驱动件的内燃机，用以将动力输送给所述地面接触元件。

67.如权利要求64所述的车辆，其特征在于，所述车辆包括联接于所述地面接触元件的导轨，使所述第一驱动件能命令所述地面接触元件在所述车辆的前后方向上移动，以动态地控制所述车辆的平衡。

68.一种利用车辆在表面上运输有效载荷的方法，所述方法包括：

利用支承件支承所述有效载荷；

利用封壳至少部分地封装所述支承件；

响应于所述车辆的重心位置来对联接于两个横向设置地面接触元件的第一驱动件的操作进行控制，以使所述地面接触元件在所述车辆的前后方向上移动，从而动态地控制所述车辆的平衡，且所述地面接触元件联接于所述封壳或所述支承件中的至少一个；以及

控制第二驱动件的操作，所述第二驱动件联接于所述两个横向设置的地面接触元件，以将动力输送给所述地面接触元件，从而前后推进所述车辆。

69.如权利要求68所述的车辆，其特征在于，所述第二驱动件动态地控制所述车辆的平衡。