CN104386184B - 基于单框架控制力矩陀螺的前后两轮交通工具平衡系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及的基于单框架控制力矩陀螺的前后两轮交通工具平衡系统，它包括固定于前后两轮之间的主控制器及至少一个单框架控制力矩陀螺，所述主控制器具有控制器及用于采集两轮交通工具加速度及倾角信息的陀螺传感器，所述单框架控制力矩陀螺包括内框架、U形外框架、内框架驱动机构、转子转速传感器及内框架位置传感器。本发明的平衡系统利用基础理论成熟的单框架控制力矩陀螺来控制车辆平衡，可有效的保证驾乘人员的安全和舒适、减缓道路交通压力，又能很好地解决停车难的问题，此外本发明的平衡系统结构简单、安装方便、稳定可靠、节省能源且成本较低，有利于推广应用和产业化。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于单框架控制力矩陀螺的用于前后两轮交通工具的平衡系统，属于交通技术领域。
背景技术
随着私家车数量不断增多，城市交通状况的不断恶化及停车难问题日益突出，汽车在城市交通中的弊端显现的愈加明显，而道路建设和公共交通又跟不上社会需求，在城市道路紧张和我国石油量严重不足的情况下，摩托车、电动自行车等前后两轮交通工具相比其他交通方式则有着很明显的优势，它们占用道路少，通过率高，停车方便，使用成本低，污染少。但各地方政府却纷纷出台“禁摩”或“禁电”的相关地方法规，其根本原因就是摩托车和电动自行车的安全性能差，容易侧翻、侧滑，造成交通事故率高。因此若有一种平衡装置可以使前后两轮交通工具“永不侧翻”，即使受到外力或撞击，仍能保持直立；在雨雪天气即使侧滑也能保持不倒状态，则将极大的提高前后两轮交通工具的安全性能，这将使前后两轮交通工具面临一个新的发展机遇。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可实现“永不侧翻”的基于单框架控制力矩陀螺的前后两轮交通工具平衡系统。
本发明的基于单框架控制力矩陀螺的前后两轮交通工具平衡系统，包括固定于前后两轮之间的主控制器及至少一个单框架控制力矩陀螺，所述主控制器具有控制器及用于采集两轮交通工具加速度及倾角信息的陀螺传感器，所述单框架控制力矩陀螺包括内框架、U形外框架、内框架驱动机构、转子转速传感器及内框架位置传感器，所述的内框架包括全封闭的转子外罩及置于转子外罩内的外转子电机，外转子电机的定子轴固定在转子外罩上，转子外罩上有垂直于定子轴的内框架转轴，内框架转轴的两端分别安装在U形外框架的两侧面，所述内框架驱动机构固定于U形外框架的外侧面，内框架驱动机构的输出轴与内框架转轴的一端连接，转子转速传感器安装在转子外罩的内壁，在外转子电机的转子上有与转速传感器相对应的转速信息标记块，内框架位置传感器装在U形外框架上，内框架转轴上有与内框架位置传感器相对应的位置信息标记块，所述陀螺传感器的信号输出端、转子转速传感器的信号输出端及内框架位置传感器的信号输出端分别与控制器的信号输入端连接，控制器分别与内框架驱动机构和外转子电机连接。
使用时，将本发明的平衡系统安装于前后两轮交通工具上，且使得外转子电机的定子轴与前后两轮处于同一平面，外转子电机的转子作为陀螺转子，控制器控制其高速旋转，当前后两轮交通工具受到侧向外力时，陀螺传感器将检测到的交通工具加速度及倾角信息输送给控制器，控制器控制内框架驱动机构产生力矩从而抵消交通工具受到的侧向外力，使其回到直立状态。
本发明的有益效果是本发明的平衡系统基于基础理论成熟的单框架控制力矩陀螺来控制车辆平衡，可有效的保证驾乘人员的安全和舒适、减缓道路交通压力，又能很好地解决停车难的问题，此外本发明的平衡系统结构简单、安装方便、稳定可靠、节省能源且成本较低，有利于推广应用和产业化。
附图说明
图1是单框架控制力矩陀螺的结构示意图。
图2是本发明的控制电路的原理示意图。
图3为平衡系统使用时的安装示意图。
图中，1.转子外罩、2.内框架驱动机构、3.外框架、4.外转子电机、5.内框架转轴、6.定子轴、7.转子转速传感器、8.内框架位置传感器、9.陀螺传感器、10.控制器、11.主控制器、12.单框架控制力矩陀螺、13.前后两轮、14.转速信息标记块、15.位置信息标记块。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的说明。
参照图1和图2，本发明的基于单框架控制力矩陀螺的前后两轮交通工具平衡系统，它包括固定于前后两轮13之间的主控制器11及至少一个单框架控制力矩陀螺12，所述主控制器11具有控制器10及用于采集两轮交通工具加速度及倾角信息的陀螺传感器9，所述单框架控制力矩陀螺12包括内框架、U形外框架3、内框架驱动机构2、转子转速传感器7及内框架位置传感器8，所述的内框架包括全封闭的转子外罩1及置于转子外罩1内的外转子电机4，外转子电机的定子轴6固定在转子外罩1上，转子外罩1上有垂直于定子轴6的内框架转轴5，内框架转轴5的两端分别安装在U形外框架3的两侧面，所述内框架驱动机构2固定于U形外框架3的外侧面，内框架驱动机构2的输出轴与内框架转轴5的一端连接，转子转速传感器7安装在转子外罩1的内壁，在外转子电机4的转子上有与转速传感器7相对应的转速信息标记块14，内框架位置传感器8装在U形外框架3上，内框架转轴5上有与内框架位置传感器8相对应的位置信息标记块15，所述陀螺传感器9的信号输出端、转子转速传感器7的信号输出端及内框架位置传感器8的信号输出端分别与控制器10的信号输入端连接，控制器10分别与内框架驱动机构2和外转子电机4连接。
图3所示实例中，具有两个单框架控制力矩陀螺，可提供较大的陀螺力矩，以抵御外力，防止侧翻。
在使用时，需将本发明的平衡系统安装于前后两轮交通工具上，且使得定子轴6与前后两轮处于同一平面内，如图3所示，外转子电机的转子作为陀螺转子，控制器控制陀螺转子以恒速u高速旋转，当车辆受到侧向外力F1时，车辆向左倾斜，陀螺传感器9采集车辆因受外力F1而产生的相应倾角信号和加速度信号，并将这些信息输送给控制器10，控制器10根据这些信号控制内框架驱动机构2使其产生扭矩M，根据单框架控制力矩陀螺的工作原理，此时就会产生一个与外力F1方向相反的陀螺力矩 F。由于陀螺的惯量与转子转速、质点半径、转子质量成正比，适当的选择以上这些参数，就可以确定车辆抵御侧向外力的能力。使 F 大于或等于 F1，车辆就可以抵消外力 F1，回到直立状态。
Claims (1)
1.基于单框架控制力矩陀螺的前后两轮交通工具平衡系统，其特征在于它包括固定于前后两轮（13）之间的主控制器（11）及至少一个单框架控制力矩陀螺（12），所述主控制器（11）具有控制器（10）及用于采集两轮交通工具加速度及倾角信息的陀螺传感器（9），所述单框架控制力矩陀螺（12）包括内框架、U形外框架（3）、内框架驱动机构（2）、转子转速传感器（7）及内框架位置传感器（8），所述的内框架包括全封闭的转子外罩（1）及置于转子外罩（1）内的外转子电机（4），外转子电机的定子轴（6）固定在转子外罩（1）上，转子外罩（1）上有垂直于定子轴（6）的内框架转轴（5），内框架转轴（5）的两端分别安装在U形外框架（3）的两侧面，所述内框架驱动机构（2）固定于U形外框架（3）的外侧面，内框架驱动机构（2）的输出轴与内框架转轴（5）的一端连接，转子转速传感器（7）安装在转子外罩（1）的内壁，在外转子电机（4）的转子上有与转子转速传感器（7）相对应的转速信息标记块（14），内框架位置传感器（8）装在U形外框架（3）上，内框架转轴（5）上有与内框架位置传感器（8）相对应的位置信息标记块（15），所述陀螺传感器（9）的信号输出端、转子转速传感器（7）的信号输出端及内框架位置传感器（8）的信号输出端分别与控制器（10）的信号输入端连接，控制器（10）分别与内框架驱动机构（2）和外转子电机（4）连接。
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