CN103552646A - 可以实现无线通讯的两轮自平衡电动车 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种无线通讯的两轮自平衡电动车，其特征在于，所述两轮自平衡电动车包括操纵杆、车体、车轮、电机、电路系统、电池组、客户端，所述电动车的车轮位于车辆两侧；所述操纵杆设置于两个车轮中间，所述电路系统通过检测操纵者的前后重心的变化进而通过电机控制车辆的前进和后退；所述电路系统通过检测操纵杆转动角度的变化进而通过电机控制车辆的转动，所述两轮自平衡电动车通过电路系统实现与客户端的无线通讯。本发明的有益效果如下：1）整个装置结构简单，操作方便、安全、可靠、快捷；2）该电动车可以实现客户端与车辆的无线通讯；3）该电动车成本较低，适合大众消费者的消费能力，便于大规模的推广应用。

Description

可以实现无线通讯的两轮自平衡电动车

技术领域

本发明涉及两轮自平衡电动车，尤其是涉及一种可以实现无线通讯的两轮自平衡电动车，属于电动车技术领域。

背景技术

两轮自平衡电动车是一种电力驱动、具有自我平衡能力的交通工具，在社会飞速发展的今天，交通拥堵在各大城市非常普遍，尤其是上下班高峰时间，并且堵车时间不受任何控制，几十分钟到几小时不等，因此，往往因为堵车时间耽误很多重要的事情；为了缓解堵车的烦恼，目前市场上已经出现了时尚的两轮自平衡电动车或者独轮自平衡电动车，但是由于该技术相对复杂，现有技术中出现的两轮自平衡电动车存在以下问题：1）车辆体积大、重量重，携带不方便，使用场合受到限制；2）传统的两轮自平衡电动车只是一种交通工具，没有丝毫娱乐性，不能实现使用者与车辆的无线通讯等；3）用户无法获取车辆行驶中的相关参数，存在一定的盲目性，当出现需要突然刹车或者紧急情况时，速度不容易控制，存在一定的安全隐患。因此，迫切的需要一种新的技术方案来解决上述技术问题。

发明内容

   本发明正是针对现有技术中存在的技术问题，提供一种结构简单、操作方便的可以实现无线通讯的两轮自平衡电动车，使用者把脚分别放在车体上方位于两轮之间的脚踏板上后，通过控制重心，从而控制车体的加速与减速，身体向前倾斜是加速，向后倾斜是减速，可以通过把手来控制方向，并且可以通过无线通讯技术与相关设备进行信息交互的电动车。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下，一种无线通讯的两轮自平衡电动车，其特征在于，所述两轮自平衡电动车包括操纵杆、车体、车轮、电机、电路系统、电池组、客户端，所述电动车的车轮位于车辆两侧；所述操纵杆设置于两个车轮中间，所述电路系统通过检测操纵者的前后重心的变化进而通过电机控制车辆的前进和后退；所述电路系统通过检测操纵杆转动角度的变化进而通过电机控制车辆的转动，所述两轮自平衡电动车通过电路系统实现与客户端的无线通讯。

作为本发明的一种改进，所述操纵杆包括把手、把套、把手连接件、调整旋钮、伸缩杆、操纵杆复位装置、磁铁，所述调整旋钮用来调整伸缩杆的长短，操纵杆复位装置用于在操纵杆被旋转后，将操纵杆弹回初始位置；磁铁位于操纵杆底部，用于供霍尔传感器测量操纵杆转角。

作为本发明的一种改进，所述车体包括外壳、挡泥板、脚踏板、充电口、尾灯、保险杠、显示面板。挡泥板位于脚踏板的两侧，用于阻挡车轮在行驶时溅起的污物。脚踏板位于外壳的顶部，是操纵者放置脚的位置。充电口位于车体的后部，用来插入充电器接口。尾灯位于车体后部，用来装饰以及对车辆的行驶状态进行提示。保险杠布置于车辆的四周，用来对车体进行保护。显示面板位于外壳顶部，用来显示车辆状态和电量。

作为本发明的一种改进，所述电路系统包括微处理器、电源模块、加速度计、陀螺仪、霍尔传感器、速度传感器、上车检测传感器、通讯芯片、电机驱动电路，微处理器是电路系统的核心，用来采集电源模块、加速度计、陀螺仪、霍尔传感器、速度传感器、上车检测传感器、通讯芯片传来的信息以及对电机、尾灯、显示面板、通讯芯片进行控制。电源模块用于控制电池向电路板以及电机供电以及控制电池的充电过程；陀螺仪和加速度计用于检测车体的倾角；霍尔传感器用于测量操纵杆的转角；速度传感器有两个，分别位于左右两个电机的轴上，通过检测电机的转速得出车辆的速度；上车检测传感器位于脚踏板下面，用于检测是否有人站在车上，上车检测传感器可选用开关或者压力传感器；通讯芯片用来实现微处理器与客户端之间的无线通讯，可以选用蓝牙或者WIFI芯片。

作为本发明的一种改进，所述电路系统通过检测操纵者的前后重心的变化进而通过电机控制车辆的前进和后退；电路系统中的加速度计和陀螺仪每隔一定周期对车辆的倾角进行检测，并将测得的数据发送给微处理器，微处理器根据平衡算法算出车轮的转速，通过电机驱动电路控制左右两个车轮转动，从而控制车辆的前进和后退。

作为本发明的一种改进，所述的平衡算法通过以下方式实现：算法首先根据陀螺仪与加速度计测得的数据求出当前车体的倾斜角，然后根据倾斜角算出其所对应的车辆速度值，最后根据车辆的速度值得出左右两台电机的转速。

作为本发明的一种改进，所述电路系统通过检测操纵杆转动角度的变化进而通过电机控制车辆的转动，当操纵杆发生转动时，位于操纵杆底部的磁铁将发生转动，电路系统中的霍尔传感器每隔一定周期对磁铁的转动角度进行测量，并将测得的数据发送给微处理器，微处理器根据转向算法算出左右车轮的转速，通过电机驱动电路控制左右两个车轮转动，由转速差使车辆进行拐弯。

作为本发明的一种改进，所述的转向算法通过以下方式实现，算法首先根据霍尔传感器测得的操纵杆转角得出车辆的转角，然后根据车辆转角计算出两轮的转速差，然后结合速度传感器测得的车辆当前速度得出左右两轮的转速，由转速差控制车辆进行拐弯。

作为本发明的一种改进，所述两轮自平衡电动车还包括遥控器、充电器，所述遥控器用于控制车辆的开关以及对车辆行驶模式的控制；所述充电器用于连接车辆的充电口和插座。

作为本发明的一种改进，所述电池组位于车体内部，用于向控制电路、驱动电机、显示面板以及尾灯供电。

相对于现有技术，本发明的有益效果如下： 1）、整个装置结构简单，安全、可靠、快捷，由于该电动车质量较轻，体积较小，可以放在车的后背箱中，携带方便；2）该电动车可以实现客户端与车辆的无线通讯，客户端与车辆的通讯分为三种模式，即查询、控制和修改。查询模式时，客户端发送查询指令，经由车辆上电路系统中的通讯芯片传给微处理器，微处理器提取加速度计、陀螺仪、速度传感器测得的车辆倾角以及速度，数据通过通讯芯片发送给客户端，客户端显示给用户；遥控模式时，用户根据客户端上的控制界面控制车辆的前进、后退以及转弯，控制指令经由车辆上电路系统中的通讯芯片传给微处理器，微处理器计算出车辆为实现指定运动所需要的两轮转速，从而控制左右车轮转动，实现用户指定的运动；修改模式时，用户可以在客户端内修改车辆的最大限速，修改指令经由车辆上电路系统中的通讯芯片传给微处理器，微处理器对内置的限速信息进行修改，可以看出，该无线通讯不仅可以使使用者随时随地掌握了解车辆的信息，也让使用者随时随地的控制电动车的速度、方向，以应对特殊情况的处理，例如需要紧急停车或者紧急加速等情况，进一步提高该电动车的安全性能；3）该电动车成本较低，适合大众消费者的消费能力，便于大规模的推广应用。

 

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明的工作原理示意图；

图3为本发明的工作过程示意图；        

图中：1为把手，2为把套，3为把手连接件，4为调整旋钮，5为伸缩杆，6为外壳，7为挡泥板，8为脚踏板，9为充电口，10为尾灯，11为保险杠，12为显示面板，13为轮胎，14为轮毂。

具体实施方式

为了加深对本发明的理解和认识，下面结合附图和具体实施方式对本发明做出进一步的说明和介绍。

实施例1：

参见图1、图2，一种无线通讯的两轮自平衡电动车，所述两轮自平衡电动车包括操纵杆、车体、车轮、电机27、电路系统、电池组28、客户端17，所述电动车的车轮位于车辆两侧；所述操纵杆设置于两个车轮中间，所述电路系统通过检测操纵者的前后重心的变化进而通过电机控制车辆的前进和后退；所述电路系统通过检测操纵杆转动角度的变化进而通过电机控制车辆的转动，所述两轮自平衡电动车通过电路系统实现与客户端的无线通讯。其中客户端17为可以与电动车进行无线通讯的设备，从而对车辆的行驶参数进行实时查看，也可以对车辆的限速值进行设置。

实施例2：

参见图1，作为本发明的一种改进，所述操纵杆包括把手1、把套2、把手连接件3、调整旋钮4、伸缩杆5、操纵杆复位装置，磁铁，所述调整旋钮4用来调整伸缩杆的长短，操纵杆复位装置用于在操纵杆被旋转后，将操纵杆弹回初始位置；磁铁位于操纵杆底部，用于供霍尔传感器测量操纵杆转角。当操纵杆发生转动时，位于操纵杆底部的磁铁将发生转动，电路系统中的霍尔传感器会每隔一定周期对磁铁的转动角度进行测量，并将测得的数据发送给微处理器，微处理器根据转向算法算出左右车轮的转速，通过电机驱动电路控制左右两个车轮转动，由转速差控制车辆进行拐弯。其余结构和优点与实施例1相同。

实施例3：参见图1、图2，作为本发明的一种改进，所述车体包括外壳6、挡泥板7、脚踏板8、充电口9、尾灯10、保险杠11、显示面板12。挡泥板7位于脚踏板8的两侧，用于阻挡车轮在行驶时溅起的污物。脚踏板8位于外壳6的顶部，是操纵者放置脚的位置。充电口9位于车体的后部，用来插入充电器接口。尾灯10位于车体后部，用来装饰以及对车辆的行驶状态进行提示。保险杠布置于车辆的四周，用来对车体进行保护。显示面板12位于外壳顶部，用来显示车辆状态和电量。其余结构和优点与实施例1相同。

实施例4：参见图1、图2，作为本发明的一种改进，所述电路系统包括微处理器22、电源模块26、加速度计19、陀螺仪18、霍尔传感器20、速度传感器23、上车检测传感器21、通讯芯片24、电机驱动电路25，微处理22器是电路系统的核心，用来采集电源模块26、加速度计19、陀螺仪18、霍尔传感器20、速度传感器23、上车检测传感器21、通讯芯片24传来的信息以及对电机、尾灯10、显示面板12、通讯芯片24进行控制。电源模块用于控制电池向电路板以及电机供电以及控制电池的充电过程；陀螺仪和加速度计用于检测车体的倾角；霍尔传感器用于测量操纵杆的转角；速度传感器有两个，分别位于左右两个电机的轴上，通过检测电机的转速得出车辆的速度；上车检测传感器位于脚踏板下面，用于检测是否有人站在车上，上车检测传感器可选用开关或者压力传感器；通讯芯片用来实现微处理器与客户端之间的无线通讯，可以选用蓝牙或者WIFI芯片。其余结构和优点与实施例1相同。

实施例5：参见图1、图2，作为本发明的一种改进，所述电路系统通过检测操纵者的前后重心的变化进而通过电机控制车辆的前进和后退；电路系统中的加速度计19和陀螺仪18每隔一定周期对车辆的倾角进行检测，并将测得的数据发送给微处理器22，微处理器根据平衡算法算出车轮的转速，通过电机驱动电路控制左右两个车轮转动，从而控制车辆的前进和后退。其余结构和优点与实施例1相同。

实施例6：作为本发明的一种改进，所述的平衡算法通过以下方式实现：算法首先根据陀螺仪18与加速度计19测得的数据求出当前车体的倾斜角，比如向前倾斜了10°，根据物理定律中物体的平衡条件，车体如果在向前倾斜的情况下保持平衡，必须有向前的加速度，平衡算法根据此物理定律计算出保持车体平衡需要的加速度。随即，平衡算法根据加速度算出车辆要实现此加速度需要的车轮转速值。得出车轮转速值后，平衡算法根据电机内减速箱的减速比，得出电机的转速。其余结构和优点与实施例1相同。

实施例7：作为本发明的一种改进，所述电路系统通过检测操纵杆转动角度的变化进而通过电机控制车辆的转动，当操纵杆发生转动时，位于操纵杆底部的磁铁将发生转动，电路系统中的霍尔传感器20每隔一定周期对磁铁的转动角度进行测量，并将测得的数据发送给微处理器，微处理器22根据转向算法算出左右车轮的转速，通过电机驱动电路控制左右两个车轮转动，由转速差使车辆进行拐弯。上述的转向算法根据以下方式实现：转向算法中记录了操纵杆转动角度与车辆转弯速度的对应值，比如操纵杆每旋转1度，车辆旋转的角速度增加10弧度每秒。随即，转向算法根据车辆的旋转速度计算出两车轮的转速差，然后平衡算法将两轮的转速差与平衡算法中维持车体平衡所需的两轮的转速值相结合，分别得出两轮的转速，得出两车轮转速值后，平衡算法根据电机内减速箱的减速比，分别得出两电机的转速。其余结构和优点与实施例1相同。

实施例8：作为本发明的一种改进，所述的转向算法通过以下方式实现，算法首先根据霍尔传感器测得的操纵杆转角得出车辆的转角，然后根据车辆转角计算出两轮的转速差，然后结合速度传感器测得的车辆当前速度得出左右两轮的转速，由转速差控制车辆进行拐弯。其余结构和优点与实施例1相同。

实施例9：作为本发明的一种改进，所述两轮自平衡电动车还包括遥控器、充电器，所述遥控器用于控制车辆的开关以及对车辆行驶模式的控制。其余结构和优点与实施例1相同。

实施例10：作为本发明的一种改进，所述电池组位于车体内部，用于向控制电路、驱动电机27、显示面板12以及尾灯10供电。其余结构和优点与实施例1相同。

实施例11：所述车轮由轮胎和轮毂组成，两个车轮分别位于车辆两侧。所述电机有两个，位于车体内部，分别用于驱动左右车轮。其余结构和优点与实施例1相同。

具体操作过程如下：

参见图1-图3，当驾驶者需要开机时，按动遥控器15上的开关，平衡电动车即开机，驾驶者将一只脚放置于脚踏板８上，脚踏板８下面的上车检测传感器21随即检测到车上有驾驶者。加速度计19和陀螺仪18检测车辆的倾角。如果倾角在设定的范围（如0°到15°）内，车辆进入行驶状态。此时，陀螺仪18和加速度计19将开始每隔一定的时间周期采集车体倾角，并将倾角信息传递给微处理器22，微处理器调用平衡算法，算法首先根据陀螺仪18与加速度计19测得的数据求出当前车体的倾斜角，然后根据倾斜角算出其所对应的车辆速度值，最后根据车辆的速度值得出左右两台电机的转速，将此信息传递给电机驱动电路25，驱动电机27转动，电机27带动车轮旋转，车辆即可实现平衡，此时，驾驶者可以将另一只脚踏上脚踏板８。如果倾角不在上述设定的范围内，则显示面板提示错误。

此时，驾驶者可以开始对车辆进行驾驶，当驾驶者身体前倾或后仰时，会使车体产生向前或向后的倾角，电路系统中的加速度计19和陀螺仪18会每隔一定周期（比如5毫秒）对车辆的倾角进行检测，并将测得的数据发送给微处理器22，微处理器22调用平衡算法，算法首先根据陀螺仪18与加速度计19测得的数据求出当前车体的倾斜角，然后根据倾斜角算出其所对应的车辆速度值，最后根据车辆的速度值得出左右两台电机的转速，将此信息传递给电机驱动电路25，驱动电机27转动，电机27带动两个车轮旋转，从而控制车辆的前进。

在车辆工作时，速度传感器23会每隔一定的周期（比如5毫秒）测量车辆的速度，将此数据传送至微处理器22，如果某一时刻微处理器22判断车辆达到了设定的最高速度，则通过电机驱动电路25控制电机27在短时间内加速，从而使车体向后倾斜，从而使车辆速度降低，达到了限速的目的。驾驶者也可以根据上述原理实现车辆的向后行驶以及在向后行驶过程中的限速。

当操纵杆发生转动时，位于操纵杆底部的磁铁将发生转动，电路系统中的霍尔传感器20会每隔一定周期对磁铁的转动角度进行测量，并将测得的数据发送给微处理器22，微处理器22调用转向算法，算法首先根据霍尔传感器20测得的操纵杆转角得出车辆的转角，然后根据车辆转角计算出两轮的转速差，结合速度传感器23测得的车辆当前速度得出左右两轮的转速，微处理器22通过电机驱动电路25分别控制左右两个电机27转动，从而控制两个车轮产生转速差，由转速差使车辆进行拐弯。

车辆开机后，微处理器22将车辆的相关行驶参数以及电池电量显示在显示面板１２上。微处理器也可以根据需求控制尾灯10的开关。

参见图2、图3，客户端与车辆的通讯分为三种模式，即查询、控制和修改。查询模式时，客户端17发送查询指令，经由车辆上电路系统中的通讯芯片24传给微处理器22，微处理器22提取加速度计19、陀螺仪18、速度传感器23测得的车辆倾角以及速度，数据通过通讯芯片24发送给客户端17，客户端17显示给用户。遥控模式时，用户根据客户端上的控制界面控制车辆的前进、后退以及转弯，控制指令经由车辆上电路系统中的通讯芯片24传给微处理器，微处理器计算出车辆为实现指定运动所需要的两轮转速，从而控制左右车轮转动，实现用户指定的运动。修改模式时，用户可以在客户端内修改车辆的最大限速，修改指令经由车辆上电路系统中的通讯芯片传给微处理器，微处理器对内置的限速信息进行修改。驾驶者下车后，按下遥控器15上的关机按钮，电动车将关机。

本发明还可以将实施例2、3、4、5、6、7、8、9、10、11所述技术特征中的至少一个与实施例1组合形成新的实施方式。

需要说明的是上述实施例仅仅是本发明的较佳实施例，并没有用来限定本发明的保护范围，在上述基础上所作出的等同替换或者替代均属于本发明的保护范围，本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims (10)

1.一种可以实现无线通讯的两轮自平衡电动车，其特征在于，所述两轮自平衡电动车包括操纵杆、车体、车轮、电机、电路系统、电池组、客户端，所述电动车的车轮位于车辆两侧；所述操纵杆设置于两个车轮中间，所述电路系统通过检测操纵者的前后重心的变化进而通过电机控制车辆的前进和后退；所述电路系统通过检测操纵杆转动角度的变化进而通过电机控制车辆的转动，所述两轮自平衡电动车通过电路系统实现与客户端的无线通讯。

2.根据权利要求1所述的可以实现无线通讯的两轮自平衡电动车，其特征在于，所述电路系统包括微处理器、电源模块、加速度计、陀螺仪、霍尔传感器、速度传感器、上车检测传感器、通讯芯片、电机驱动电路，微处理器是电路系统的核心，用来采集电源模块、加速度计、陀螺仪、霍尔传感器、速度传感器、上车检测传感器、通讯芯片传来的信息以及对电机及其他部件进行控制。

3.根据权利要求1或2所述的可以实现无线通讯的两轮自平衡电动车，其特征在于，所述操纵杆包括把手、把手连接件、调整旋钮、伸缩杆、操纵杆复位装置、磁铁，所述调整旋钮用来调整伸缩杆的长短，操纵杆复位装置用于在操纵杆被旋转后，将操纵杆弹回初始位置；磁铁位于操纵杆底部，用于供霍尔传感器测量操纵杆转角。

4.根据权利要求1或2所述的可以实现无线通讯的两轮自平衡电动车，其特征在于，所述车体包括外壳、挡泥板、脚踏板、充电口、尾灯、保险杠、显示面板；挡泥板位于脚踏板的两侧，用于阻挡车轮在行驶时溅起的污物；脚踏板位于外壳的顶部，是操纵者放置脚的位置；充电口位于车体的后部，用来插入充电器接口；尾灯位于车体后部，用来装饰以及对车辆的行驶状态进行提示；保险杠布置于车辆的四周，用来对车体进行保护；显示面板位于外壳顶部，用来显示车辆状态和电量。

5.根据权利要求1或2所述的可以实现无线通讯的两轮自平衡电动车，其特征在于，所述电路系统通过检测操纵者的前后重心的变化进而通过电机控制车辆的前进和后退；电路系统中的加速度计和陀螺仪每隔一定周期对车辆的倾角进行检测，并将测得的数据发送给微处理器，微处理器根据平衡算法算出车轮的转速，通过电机驱动电路控制左右两个车轮转动，从而控制车辆的前进和后退。

6.根据权利要求5所述的可以实现无线通讯的两轮自平衡电动车，其特征在于，所述的平衡算法通过以下方式实现：算法首先根据陀螺仪与加速度计测得的数据求出当前车体的倾斜角，然后根据倾斜角算出其所对应的车辆速度值，最后根据车辆的速度值得出左右两台电机的转速。

7.根据权利要求1或2所述的可以实现无线通讯的两轮自平衡电动车，其特征在于，所述电路系统通过检测操纵杆转动角度的变化进而通过电机控制车辆的转动，当操纵杆发生转动时，位于操纵杆底部的磁铁将发生转动，电路系统中的霍尔传感器每隔一定周期对磁铁的转动角度进行测量，并将测得的数据发送给微处理器，微处理器根据转向算法算出左右车轮的转速，通过电机驱动电路控制左右两个车轮转动，由转速差使车辆进行拐弯。

8.根据权利要求7所述的可以实现无线通讯的两轮自平衡电动车，其特征在于，所述的转向算法通过以下方式实现，算法首先根据霍尔传感器测得的操纵杆转角得出车辆的转角，然后根据车辆转角计算出两轮的转速差，然后结合速度传感器测得的车辆当前速度得出左右两轮的转速，由转速差控制车辆进行拐弯。

9.根据权利要求1或2所述的可以实现无线通讯的两轮自平衡电动车，其特征在于，所述两轮自平衡电动车还包括遥控器、充电器，所述遥控器用于控制车辆的开关以及对车辆行驶模式的控制。

10.根据权利要求1或2所述的可以实现无线通讯的两轮自平衡电动车，其特征在于，所述电池组位于车体内部，用于向控制电路、驱动电机、显示面板以及尾灯供电。

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