CN103213630B - 一种双轮自平衡小车 - Google Patents

Abstract

一种双轮自平衡小车，属于新能源车技术领域，特别是涉及一种车身轻巧、灵活性高及节能省电的双轮自平衡小车。本发明包括转向控制部分、行进控制部分、自适应平衡保护部分、制动控制部分及悬挂连接部分；方向盘与上转向杆相接，上转向杆设置在转向套筒内；下转向杆与转向套筒相固接，角位移传感器与上转向杆相接；行进踏板内设置有陀螺仪和加速度计，行进踏板的下端中部活动连接于底盘上；折叠轮固装于底盘的下端并与控制器相接；刹车踏板与底盘相铰接，断电杆与刹车踏板相接触，开关片与断电杆通过触片形成常闭触点；刹车踏板通过刹车泵与盘式刹车相连，盘式刹车安装在轮毂电机上；减震器固装在底盘上，通过连接臂与轮毂电机相连。

Description

一种双轮自平衡小车

技术领域

本发明属于新能源车技术领域，特别是涉及一种车身轻巧、灵活性高及节能省电的双轮自平衡小车。

背景技术

随着科学技术水平的不断进步，交通工具正朝着小型、节能、环保的方向发展，其中电动车正是在这个背景下应运而生的，并且已被人们熟知和使用。据不完全统计，我国的电动车保有量已超过1.2亿辆，是增长速度最快的交通工具，随着石油储量的不断减少以及人们环保意识的增强，电动车无疑将成为未来交通工具的主力军。

现今市场上的电动车主要分为电动自行车、电动摩托车以及电动汽车。但是电动自行车和电动摩托车会受到天气状况的限制，在刮风下雨的情况下很难骑行。而对于电动汽车来说，受其制造成本及高价格的制约，也很难在消费者中推广开来。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种车身轻巧、灵活性高、节能省电及制造成本低的双轮自平衡小车。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种双轮自平衡小车，包括车身、底盘、座椅、车轮、电源及控制器，所述车身设置在底盘上，座椅设置在车身内且固装于底盘上，车轮位于车身的两侧，电源通过导线与控制器相连接；其特点是还包括转向控制部分、行进控制部分、自适应平衡保护部分、制动控制部分及悬挂连接部分；

所述的转向控制部分包括方向盘、上转向杆、转向套筒、角接触球轴承、弹簧卡片、转向杆复位弹簧、角位移传感器及下转向杆；所述的方向盘与上转向杆的上端相连接，上转向杆的下端通过角接触球轴承设置在转向套筒内；所述的下转向杆的上端与转向套筒相固接，所述的角位移传感器固定在下转向杆上或转向套筒内，角位移传感器的转子通过弹簧卡片与上转向杆的下端相连接；在上转向杆的下端与下转向杆的上端之间设置有转向杆复位弹簧；下转向杆的下端与底盘相固接；所述角位移传感器的信号输出端通过导线与控制器相连接；

所述的行进控制部分包括行进踏板、行进复位弹簧、陀螺仪及加速度计；在所述的行进踏板内设置有陀螺仪和加速度计，行进踏板的下端中部活动连接于底盘上，在行进踏板的下端与底盘之间设置有行进复位弹簧；所述陀螺仪和加速度计的信号输出端均通过导线与控制器相连接；

所述的自适应平衡保护部分包括折叠轮；所述的折叠轮固装于底盘的下端，其控制端通过导线与控制器相连接；

所述的制动控制部分包括刹车断电控制部分和机械制动控制部分，所述刹车断电控制部分包括刹车踏板、断电杆、开关片、刹车保护套筒、刹车复位弹簧、刹车拉簧及刹车护板；所述的刹车踏板的连杆下端与底盘相铰接，在底盘与刹车踏板的连杆中部之间设置有刹车拉簧；在所述开关片的底部设置有通孔，所述断电杆的上部通过所述通孔与刹车踏板的连杆中段相接触，在断电杆上、开关片的下方设置有触片，所述开关片与触片形成常闭触点，开关片固装在底盘上；所述开关片和触片采用导电材料；所述开关片及断电杆均设置在刹车保护套筒内，在断电杆与刹车保护套筒下端之间设置有刹车复位弹簧，刹车保护套筒固装于刹车护板上，刹车护板固装于底盘上；所述开关片通过导线与控制器相连接；所述机械制动控制部分包括刹车泵、盘式刹车及轮毂电机，所述刹车泵一端与刹车踏板的连杆下端相连接，另一端与盘式刹车相连接，盘式刹车安装在轮毂电机上，轮毂电机的控制端通过导线与控制器相连接，所述车轮安装在轮毂电机上；

所述的悬挂连接部分包括连接臂、连接架及减震器；所述的减震器的一端固装在底盘上，减震器的另一端固装在连接臂上，连接臂安装在轮毂电机上；所述连接架的一端与连接臂通过销轴相连接，连接臂相对于销轴可上下移动，连接架的另一端固接于底盘上。

在所述的断电杆与刹车踏板的连杆接触处设置有防磨垫片。

所述的电源采用锂电池，在电源的上方设置有电池护板，电池护板固装于底盘上。

本发明的有益效果：

本发明采用轻量化设计，车身轻巧、灵活性高、节能省电及制造成本低，其中制动控制部分设计为刹车即断电，在自适应平衡保护部分安装有折叠轮，在行车过程中遇到障碍导致车体倾斜过大或者断电时，折叠轮会自动降下，极大的保证了行车的安全性。

附图说明

图1为本发明的一种双轮自平衡小车结构示意图；

图2为本发明的转向控制部分结构示意图；

图3为图2中I部放大图；

图4为本发明的行进控制部分结构示意图；

图5为本发明的自适应平衡保护部分结构示意图；

图6为本发明的制动控制部分结构示意图；

图7为图6中II部放大图；

图8为本发明的悬挂连接部分结构示意图；

图中，1—转向控制部分，2—行进控制部分，3—自适应平衡保护部分，4—制动控制部分，5—悬挂连接部分，6—轮毂电机，7—刹车拉簧，8—开关片，9—刹车踏板，10—防磨垫片，11—刹车保护套筒，12—刹车复位弹簧，13—断电杆，14—刹车护板，15—刹车泵，16—盘式刹车，17—连接臂，18—连接架，19—刹车踏板的连杆，20—电池护板，21—底盘，22—减震器，23—车轮，24—方向盘，25—上转向杆，26—转向套筒，27—角接触球轴承，28—弹簧卡片，29—转向杆复位弹簧，30—角位移传感器，31—下转向杆，32—转向固定块，33—导线，34—控制器，35—行进踏板，36—触片，37—陀螺仪，38—加速度计，39—行进复位弹簧，41—折叠轮，42—车身，43—电源，44—座椅。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细说明。

如图1所示，一种双轮自平衡小车，包括车身42、底盘21、座椅44、车轮23、电源43及控制器34，所述车身42设置在底盘21上，座椅44设置在车身42内且固装于底盘21上，车轮23位于车身23的两侧，电源43通过导线33与控制器34相连接；还包括转向控制部分1、行进控制部分2、自适应平衡保护部分3、制动控制部分4及悬挂连接部分5；

如图2、3所示，所述的转向控制部分1包括方向盘24、上转向杆25、转向套筒26、角接触球轴承27、弹簧卡片28、转向杆复位弹簧29、角位移传感器30、下转向杆31及转向固定块32；所述的方向盘24与上转向杆25的上端相连接，上转向杆25的下端通过角接触球轴承27设置在转向套筒26内；所述的下转向杆31的上端与转向套筒26相固接，所述的角位移传感器30固定在下转向杆31上或转向套筒26内，角位移传感器30的转子通过弹簧卡片28与上转向杆25的下端相连接；在上转向杆25的下端与下转向杆31的上端之间设置有转向杆复位弹簧29；下转向杆31的下端通过转向固定块32与底盘21相固接；所述角位移传感器30的信号输出端通过导线33与控制器34相连接；

如图4所示，所述的行进控制部分2包括行进踏板35、行进复位弹簧39、陀螺仪37及加速度计38；在所述的行进踏板35内设置有陀螺仪37和加速度计38，行进踏板35的下端中部活动连接于底盘21上，在行进踏板35的下端与底盘21之间设置有行进复位弹簧39；所述陀螺仪37和加速度计38的信号输出端均通过导线33与控制器34相连接；

如图5所示，所述的自适应平衡保护部分3包括折叠轮41；所述的折叠轮41固装于底盘21的下方，其控制端通过导线33与控制器34相连接；

如图6、7所示，所述的制动控制部分4包括刹车断电控制部分和机械制动控制部分，所述刹车断电控制部分包括刹车踏板9、防磨垫片10、断电杆13、开关片8、刹车保护套筒11、刹车复位弹簧12、刹车拉簧7及刹车护板14；所述的刹车踏板9的连杆19下端与底盘21相铰接，在底盘21与刹车踏板9的连杆19中部之间设置有刹车拉簧7；在所述开关片8的底部设置有通孔，所述断电杆13的上部通过所述通孔与刹车踏板9的连杆19中段相接触，在断电杆13上、开关片8的下方设置有触片36，所述开关片8与触片36形成常闭触点，开关片8固装在底盘21上；所述开关片8和触片36采用导电材料；所述开关片8及断电杆13均设置在刹车保护套筒11内，在断电杆13与刹车保护套筒11下端之间设置有刹车复位弹簧12，刹车保护套筒11固装于刹车护板14上，刹车护板14固装于底盘21上；所述开关片8通过导线33与控制器34相连接；所述机械制动控制部分包括刹车泵15、盘式刹车16及轮毂电机6，所述刹车泵15一端与刹车踏板9的连杆19下端相连接，另一端与盘式刹车16相连接，盘式刹车16安装在轮毂电机6上，轮毂电机6的控制端通过导线33与控制器34相连接，所述车轮23安装在轮毂电机6上；

如图8所示，所述的悬挂连接部分5包括连接臂17、连接架18、减震器22；所述的减震器22的一端固装在底盘21上，减震器22的另一端固装在连接臂17上，连接臂17安装在轮毂电机6上；所述连接架18的一端与连接臂17通过销轴相连接，连接臂17相对于销轴可上下移动，连接架18的另一端固接于底盘21上。

在所述的断电杆13与刹车踏板9的连杆19接触处设置有防磨垫片10。

所述的电源43采用锂电池，在电源43的上方设置有电池护板20，所述电池护板20固装于底盘21上。

下面结合附图说明本发明的动作过程：

如图1所示的双轮自平衡小车在行进过程中，维持两轮平衡是通过加速度计38（型号为MXP7205VF的双轴加速度计）和陀螺仪37（型号为ADXRS610）产生的信号，传递给控制器34，控制器34再将控制信号传递给小车两侧的轮毂电机6（型号为WY24V180W），轮毂电机6会以每秒100次的频率驱动车轮23，维持车子动平衡，保证车子不会倒下。

如图2、3所示，使小车转向，驾驶员转动方向盘24，方向盘24带动上转向杆25转动，上转向杆25通过弹簧卡片28带动角位移传感器30（型号为ZL120的特殊性增量式光栅角位移传感器）产生角位移信号，并将信号传递给控制器34，控制器34再将控制信号传递给小车两侧的轮毂电机6，从而改变车轮23的方向和转速，进而实现车体转向。当小车转向结束后，驾驶员松开方向盘24，此时作用在上转向杆25上的旋转力矩消失，在转向杆复位弹簧29的作用下，使上转向杆25复位，进而使方向盘24复位。

如图4所示，使小车向前行进，驾驶员通过踩踏行进踏板35，使行进踏板35向前倾斜，此时设置在行进踏板35内部的加速度计38和陀螺仪37，会产生相应的加速度、角加速度及速度信号，信号会传递给控制器34，控制器34再将控制信号传递给小车两侧的轮毂电机6，从而调节车轮23的转速和转向，实现小车向前行进；使小车后退行进，驾驶员通过踩踏行进踏板35，使行进踏板35向后倾斜，此时设置在行进踏板35内部的加速度计38和陀螺仪37，会产生相应的加速度、角加速度及速度信号，信号会传递给控制器34，控制器34再将控制信号传递给小车两侧的轮毂电机6，从而调节车轮23的转速和转向，实现小车后退行进。

如图5所示，在小车行进过程中，如遇到障碍物导致车体倾斜过大，或者断电（包括刹车断电或停车断电）时，此时小车内的加速度计38和陀螺仪37会产生相应的信号，并传递给控制器34，控制器34发出控制信号传递给折叠轮41（型号为612BW的宝宝好牌电动折叠轮），折叠轮41会自动降下，保证小车的稳定；当小车恢复平稳正常行驶时，折叠轮41会回到初始折叠状态。

如图6、7所示，当小车制动时，驾驶员通过踩踏刹车踏板9，使刹车踏板9向下运动，从而带动断电杆13向下运动，此时断电杆13上的触片36与开关片8之间形成的常闭触点断开，导致轮毂电机6断电，同时刹车踏板9通过刹车泵15（型号为CQR的越野车后碟刹上泵）作用在盘式刹车16上，盘式刹车16作用在已断电的轮毂电机6上，使之减速直至停止，小车制动完成。此时驾驶员松开刹车踏板9，在刹车拉簧7的作用下，刹车踏板9复位，在刹车复位弹簧12的作用下，断电杆13复位。

如图8所示，在小车行进过程中如遇到路面不平的情况，车轮23会将颠簸力通过轮毂电机6传递到连接臂17，连接臂17再将颠簸力传递给减震器22，通过减震器22的消减作用，降低车身42受到的冲击，起到减震作用。

Claims (1)

1.一种双轮自平衡小车，包括车身、底盘、座椅、车轮、电源及控制器，所述车身设置在底盘上，座椅设置在车身内且固装于底盘上，车轮位于车身的两侧，电源通过导线与控制器相连接；其特征在于还包括转向控制部分、行进控制部分、自适应平衡保护部分、制动控制部分及悬挂连接部分；

所述的转向控制部分包括方向盘、上转向杆、转向套筒、角接触球轴承、弹簧卡片、转向杆复位弹簧、角位移传感器及下转向杆；所述的方向盘与上转向杆的上端相连接，上转向杆的下端通过角接触球轴承设置在转向套筒内；所述的下转向杆的上端与转向套筒相固接，所述的角位移传感器固定在下转向杆上或转向套筒内，角位移传感器的转子通过弹簧卡片与上转向杆的下端相连接；在上转向杆的下端与下转向杆的上端之间设置有转向杆复位弹簧；下转向杆的下端与底盘相固接；所述角位移传感器的信号输出端通过导线与控制器相连接；

所述的行进控制部分包括行进踏板、行进复位弹簧、陀螺仪及加速度计；在所述的行进踏板内设置有陀螺仪和加速度计，行进踏板的下端中部活动连接于底盘上，在行进踏板的下端与底盘之间设置有行进复位弹簧；所述陀螺仪和加速度计的信号输出端均通过导线与控制器相连接；

所述的自适应平衡保护部分包括折叠轮；所述的折叠轮固装于底盘的下端，其控制端通过导线与控制器相连接；

所述的制动控制部分包括刹车断电控制部分和机械制动控制部分，所述刹车断电控制部分包括刹车踏板、断电杆、开关片、刹车保护套筒、刹车复位弹簧、刹车拉簧及刹车护板；所述的刹车踏板的连杆下端与底盘相铰接，在底盘与刹车踏板的连杆中部之间设置有刹车拉簧；在所述开关片的底部设置有通孔，所述断电杆的上部通过所述通孔与刹车踏板的连杆中段相接触，在断电杆上、开关片的下方设置有触片，所述开关片与触片形成常闭触点，开关片固装在底盘上；所述开关片和触片采用导电材料；所述开关片及断电杆均设置在刹车保护套筒内，在断电杆与刹车保护套筒下端之间设置有刹车复位弹簧，刹车保护套筒固装于刹车护板上，刹车护板固装于底盘上；所述开关片通过导线与控制器相连接；所述机械制动控制部分包括刹车泵、盘式刹车及轮毂电机，所述刹车泵一端与刹车踏板的连杆下端相连接，另一端与盘式刹车相连接，盘式刹车安装在轮毂电机上，轮毂电机的控制端通过导线与控制器相连接，所述车轮安装在轮毂电机上；

所述的悬挂连接部分包括连接臂、连接架及减震器；所述的减震器的一端固装在底盘上，减震器的另一端固装在连接臂上，连接臂安装在轮毂电机上；所述连接架的一端与连接臂通过销轴相连接，连接臂相对于销轴可上下移动，连接架的另一端固接于底盘上；

在所述的断电杆与刹车踏板的连杆接触处设置有防磨垫片；

所述的电源采用锂电池，在电源的上方设置有电池护板，电池护板固装于底盘上。