CN105129005B - 一种两轮平衡车 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种两轮平衡车，涉及平衡车技术领域，包括车体以及位于车体两侧的动力轮和旋转伸缩折叠机构；所述旋转伸缩折叠机构包括相互滑动连接的转动座和电机座板，所述转动座与车体转动限位连接，所述转动座的最大转动角度为80°～100°；所述动力轮包括转动部和驱动转动部转动的驱动电机，所述驱动电机与电机座板固定。本发明的两轮平衡车可以折叠，而且折叠后体积小，方便将两轮平衡车带进入公交车、地铁和火车等公共交通工具中。

Description

一种两轮平衡车

技术领域

本发明涉及平衡车技术领域，具体而言，涉及一种两轮平衡车。

背景技术

近年来，随着人们对出行便利性的追求，诞生了电动平衡车这种新型的个人交通工具。电动平衡车普遍采用电力为能源，电动机提供动力，利用陀螺仪检测驾驶者重心，采用倒立摆算法来维持驾驶者的动态平衡。类似的代表性产品有两轮平衡车和独轮平衡车等。

现有的两轮平衡车通常包括车体、安装在车体两侧的动力轮和安装在车体中部的控制杆。还有另外一种不具有控制杆的两轮平衡车，通过安装在车体的压力传感器检测驾驶者脚部施加的压力来实现转向。

两轮平衡车相对于独轮平衡车，操作更简单，但是两轮平衡车体积较大，而且有的两轮平衡车不可折叠，无法携带进入公交车、地铁和火车等公共交通工具中。

发明内容

本发明的目的在于提供两轮平衡车，以改善上述的问题。

本发明是这样实现的：

一种两轮平衡车，包括车体以及位于车体两侧的动力轮和旋转伸缩折叠机构；所述旋转伸缩折叠机构包括相互滑动连接的转动座和电机座板，所述转动座与车体转动限位连接，所述转动座的最大转动角度为80°～100°；所述动力轮包括转动部和驱动转动部转动的驱动电机，所述驱动电机与电机座板固定。

本发明的两轮平衡车经过折叠后体积减小，便于携带进入公交车、地铁和火车等公共交通工具中。旋转伸缩折叠机构包括能够转动的转动座和能够滑动的电机座板，通过该两个部件的配合实现折叠。

作为优选，所述车体的两端设置有安装槽，所述转动座嵌设在所述安装槽内并与车体通过转轴转动连接，所述转动座具有与安装槽的内壁相抵的限位部；所述动力轮具有轴心线沿横向的展开位和轴心线沿竖向的折叠位；所述动力轮位于展开位时，所述限位部抵住所述安装槽的内壁。

作为进一步优选，所述安装槽内设置有与所述限位部相抵的限位台阶。

其中转动座的转动轴心线与两轮平衡车前进的方向平行，所述电机座板的滑动方向垂直于转动座的转动轴心线。

动力轮位于展开位时，电机座板能够沿转动座竖向滑动，动力轮位于折叠位时，电机座板能够沿转动座横向滑动。

作为优选，所述转动座和电机座板分别对应设置有滑槽和滑块，所述滑块的部分嵌设在所述滑槽内，所述滑槽的两端均设置有限位块。

滑槽和滑块的设置方式有两种，一种是滑槽设置在转动座上，相应地滑块设置在电机座板上；另一种是滑槽设置在电机座板上，滑块设置在转动座上。

限位块的作用是防止滑块从滑槽内脱离。为了便于将滑块安装到滑槽内，两个限位块中的至少一个是可拆卸连接的。

作为优选，所述滑槽设置在电机座板上，所述滑块设置在所述转动座上。

转动座的最大转动角度优选为为90°，相应地，电机座板和动力轮绕转动座的转动轴心线的最大转动角度也是90°。

动力轮位于展开位时，滑块位于车体的侧面，电机座板能够沿竖向滑动，动力轮位于折叠位时，电机座板能够沿横向滑动。

动力轮能够绕转动座的转动轴心线转动至车体的底部，并且在滑槽和滑块的作用下，位于车体两侧的动力轮能够相互靠拢，以减小两轮平衡车的整体长度。

作为优选，所述电机座板的底端设置有能够与所述转动座的底壁贴合的限位块，所述车体的底部设置有容纳所述限位块滑动所需的凹槽。

作为优选，限位板的顶面能够与转动座的底面贴合，限位板的顶面设置有伸缩触头，转动座的底面设置有触点，当限位板的顶面能够与转动座的底面贴合时，触头和触点接触。触头和触点分别连接电源电路和驱动电机，由控制系统来控制电机的转速。

进一步优选，当动力轮处于折叠位时，限位板嵌设在车体底板的凹槽内并且能够沿凹槽滑动。限位板和凹槽内分别设置有互相吸引的磁铁，当两轮平衡车完全折叠后，两个磁体相互吸引固定，防止动力轮滑动。

作为优选，所述驱动电机为轮毂电机，所述轮毂电机的固定轴与电机座板连接。

动力轮的转动部为轮胎，轮毂电机包括内定子和外转子，轮毂电机的外转子与轮胎连接，轮毂电机的内定子连接有固定轴，该固定轴与电机座板连接。轮毂电机为现有技术，现在的电动车普遍采用轮毂电机，对于轮毂电机的其他结构以及轮毂电机与轮胎的连接方式在此不再赘述。

作为优选，所述车体的两侧分别设置有一组轮罩，所述轮罩与电机座板固定。

作为优选，所述车体上设置有提把。

进一步优选，提把设置在车体中部。设置提把是为了方便使用者携带两轮平衡车。

对于有控制杆的两轮平衡车，通过转动控制杆很容易实现转向，但是有控制杆的两轮平衡车体积庞大不在本发明的讨论范围内。

现有技术中，没有控制杆的两轮平衡车体积相对较小，其左右转向是通过驾驶者的脚部施加给左右脚踏板的不同压力来实现的。脚踏板下方的压力传感器测量驾驶者双脚施加给两个脚踏板的压力值，通过比较两个脚踏板受到的压力值来判断是否需要转向。当两个压力值的差值大于设定的阈值时，两轮平衡车的控制系统会发出转向指令，控制相应的动力轮增加或者降低转速，从而实现了两轮平衡车的转向。

这种测量计算方式只适用于绝对理想的路面情况，即路面绝对水平和绝对光滑。这种理想化的路面在现实情况下是不存在的。如果两轮平衡车行驶在倾斜路面或者行驶过程遇到阻碍发生颠簸，两轮平衡车会意外转向。

对于倾斜路面：人体自身是一个自平衡系统，在站立时，大脑会根据路面倾斜角度自动调节人体的重心，使人体保持直立。例如，人站立于左高右低的倾斜地面上时，人体有向右倾倒的趋势，为避免倾倒人体会本能的向反方向调整自身的重心，也就是说人体的重心会左移，左脚对地面的作用力大于右脚。在驾驶两轮平衡车时，如果车身在倾斜的路面上行驶，人体也会调节自身的重心对抗倾斜。这时，即使驾驶者没有转向的意愿，但由于人体重心改变，使左右两个踏板受到的压力不同，该压力的改变被压力传感器检测到后，两轮平衡车的控制系统会发出产生错误的转向指令，违背了驾驶者的意图。

对于颠簸路面：现实中的路面存在凹凸不平的状况。当两轮平衡车驶过颠簸路面时，车体由于路面起伏而瞬间倾斜，两个脚踏板瞬间形成高度差，驾驶者的脚部会对位置较高的脚踏板瞬间增大或者对高度较低的脚踏板的压力瞬间减小。这种情况也会导致压力传感器读取的数据发生变化，使两个脚踏板的压力值之差大于阈值，进而导致两轮平衡车发生意外转向。

为了克服两轮平衡车面对以上所述的复杂路面意外转向的问题，本发明还提供了以下优选方案。

作为优选，所述两轮平衡车还包括设置在车体内的转向控制机构，所述转向控制机构包括设置在车体内的压力传感器、电子水平仪和多轴陀螺仪；所述壳体的顶部设置有两个脚踏板，所述压力传感器为两组且分别位于两个脚踏板的下方。

每组压力传感器的数量至少为一个，为了提高精度，每组压力传感器的数量可以为多个。当然如果每组设置了多个传感器，那么应当取该组各个压力传感器检测到的压力值的平均值。两组压力传感器用于分别检测两个脚踏板受到的压力，电子水平仪和多轴陀螺仪用于检测车体的倾斜角度，实时监测车体姿态。压力传感器、电子水平仪和多轴陀螺仪均将各自采集的数据发送给两轮平衡车的控制系统，由控制系统综合处理相关数据并判断是否向动力轮发出转向指令。

当多轴陀螺仪和电子水平仪取得车身状态数据后，控制系统根据计算判定两轮平衡车是否处于倾斜或颠簸状态。如果两轮平衡车行驶于倾斜路面时，电子水平仪和三轴陀螺仪会测量出车身左右方向的倾角，控制系统根据倾角结合人体力学模型，对读数较低的压力传感器取得的数据进行正向补偿，或对读数较高的压力传感器数值进行负补偿，让两侧压力传感器的数值达到平衡，避免意外转向。

由于陀螺仪传感器长时间使用时，会产生零点漂移情况，影响数据精度。所以两轮平衡车长时间处于倾斜路面行驶时，主要依靠电子水平仪采得的数据。

驾驶者在倾斜路面的转向方式与在水平路面是一样的，驾驶者主动改变对两个脚踏板的压力，使两组压力传感器检测到的压力值之差大于设定的阈值，从而实现转向。

当两轮平衡车行驶在颠簸路面的情况时，例如，两轮平衡车的左侧动力轮压过路面凸起时，车体左侧的位置会瞬间升高，驾驶者的足部会对左侧脚踏板下方的压力传感器造成一个瞬间增大的压力数值波动。这时，车体的侧角会被车身内的多轴陀螺仪和电子水平仪检测到，控制系统则会根据多轴陀螺仪和电子水平仪取得的数据，将压力传感器测得的瞬间增大的压力波动数据进行补偿或者抵消。当一侧动力轮压过路面凹陷时，补偿方法和上述补偿方法原理相同。

采用以上优选方案可以保证本发明所述的两轮平衡车在倾斜路面和颠簸的路面上可以保持直线、稳定的行驶，防止因路面倾斜或者凹凸不平导致两轮平衡车发生意外转向的情况。

作为进一步优选，所述转向控制机构还包括加速度传感器。

加速度传感器作为辅助传感器与电子水平仪和多轴陀螺仪配合可以使采集数据精度提高。

本发明实现的有益效果：本发明提供的两轮平衡车可以折叠，而且折叠后体积小，方便将两轮平衡车带进入公交车、地铁和火车等公共交通工具中。另外本发明提供的两轮平衡车还可以在倾斜或者颠簸的路面上稳定的行驶，两轮平衡车不会由于路面倾斜或颠簸而违背驾驶者的意愿而意外转向，更安全更可靠。

附图说明

图1示出了本发明实施例的两轮平衡车的立体图；

图2示出了本发明实施例的两轮平衡车的半折叠状态示意图；

图3示出了本发明实施例的两轮平衡车的完全折叠状态示意图；

图4示出了图3的立体图；

图5示出了本发明实施例的两轮平衡车的局部拆解图；

图6示出了旋转伸缩折叠机构的第一种状态示意图；

图7示出了旋转伸缩折叠机构的第二种状态示意图；

图8示出了旋转伸缩折叠机构的第三种状态示意图。

其中，图1～图8的附图标记为：

车体100； 脚踏板101； 底板102；

安装槽103； 第一侧壁104； 第二侧壁105；

第三侧壁106； 限位台阶107； 凹槽108；

提把109； 旋转伸缩折叠机构200； 转动座201；

电机座板202； 凸条203； 底面204；

滑槽205； 滑块206； 限位板207；

动力轮300； 轮毂电机301； 轮胎302内；

轮罩400； 轮罩401； 外轮罩402；

提拉边403。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

参见图1～图8，本发明的实施例提供了一种两轮平衡车，包括：车体100、旋转伸缩折叠机构200、动力轮300和轮罩400。

其中车体100的的顶部设置有两个脚踏板101。用以保护车体内部具有安装蓄电池和其他设备的腔体。车体100的底部设置有底板102，用以保护设置在车体内的设备。车体100的两侧均设置有安装槽103，安装槽103的横向截面呈“C”形，具有朝向车体100的侧方的开口。安装槽103具有三个侧壁，包括位置相对的第一侧壁104和第二侧壁105，还有第三侧壁106。车体100的前进方向垂直于第一侧壁104和第二侧壁105，车体100的前进方向平行于第三侧壁106。

旋转伸缩折叠机构200包括相互滑动连接的转动座201和电机座板202。转动座201设置在安装槽103内，转动座201的轴心线平行于车体100的前进方向。安装槽103内设置有分别由第一侧壁104和第二侧壁105向内凹陷的两个安装孔，转动座201具有转轴，而且转动座201的转轴的两端转动嵌设在两个安装孔内。

转动座201的转动角度为0～90度，如图6所示，转动座201位于第一极限位置，转动座201具有与车体100相抵的限位部。如图7所示，限位部是由转动座201的侧壁向外延伸的凸条203，第三侧壁106向外凸出形成有限位台阶107。转动座201位于第一极限位置时，凸条203的侧壁与第三侧壁106贴合，凸条203的底面与限位台阶107的顶面贴合。如图8所示，转动座201位于第二极限位置，转动座201的底面204与第三侧壁106贴合。

如图6所示，电机座板202的两侧均设置有滑槽205，转动座201的外侧壁设置有滑块206，滑块206的局部嵌设在滑槽205内。电机座板202能相对于转动座201滑动，而且电机座板202相对于转动座201的滑动方向始终垂直于转动座201的转动轴心线。处于图6所示状态时，电机座板202能够在竖直方向滑动。

如图8所示，电机座板202的底部固定有限位板207，车体100的底板102设置有向车体内凹陷的凹槽108，其中限位板207能够嵌设在凹槽108内。限位板207兼做电机座板202的一个限位块，限制电机座板202继续向上滑动。如图8所示，转动座201处于第二极限位置，限位板207嵌设在凹槽108。

参见图5，动力轮300包括轮毂电机301和轮胎302，轮毂电机301包括内定子和外转子，轮毂电机301的外转子与轮胎302连接，轮毂电机301的内定子连接有固定轴，该固定轴与电机座板202连接。通电后，轮毂电机301驱动外转子以及轮胎302转动。

轮罩400包括位于动力轮300内侧的内轮罩401和外轮罩402。外轮罩402通过螺钉与内轮罩401固定在一起，内轮罩401通过螺钉与电机座板202固定。如图1所示，其中内轮罩401的顶部具有延伸至电机座板202的顶部的延伸段，该延伸段作为滑槽205的另一限位块。外轮罩402具有向外侧延伸的提拉边403。另外，车体100中部设置有两个提把109，方便携带折叠后的两轮平衡车。

下面结合图1～图4描述本实施例的两轮平衡车的折叠过程，本实施例的两轮平衡车使用时呈图1所示状态；需要折叠时，首先将动力轮300绕转动座201的转动轴心线转动90度，两轮平衡车折叠成图2所示的状态，此时限位板207嵌设在凹槽108内；最后推动动力轮300向车体100的中部滑动，最终两轮平衡车折叠成图3和图4所示的状态，此时两轮平衡车的电路断开，两轮平衡车处于关机状态。当需要将两轮平衡车展开时，先用手扣住提拉边403将动力轮300拉出，再将动力轮300绕转动座201的转动轴心线翻折90度即可。需要使用两轮平衡车时，将两轮平衡车放置于地面，待两轮平衡车的控制系统完成自检后即可上车使用。

本实施例的两轮平衡车采用这种旋转伸缩折叠结构，使动力轮折叠后贴在车体的底面，两轮平衡车的整体尺寸显著减小，方便携带。

本实施例的两轮平衡车没有控制手柄，驾驶者通过调整左右重心实现转向。两个脚踏板101的下方分别设置有压力传感器，两个压力传感器分别检测驾驶者的两只脚施加给两个脚踏板101的压力，并且压力传感器将检测到的压力值传送给两轮平衡车的控制系统，当两个压力传感器检测到的压力值之差大于预先设定的阈值时，控制系统会调整两个动力轮300的转速实现转向。

针对现有两轮平衡车在倾斜路面和遇到颠簸时存在意外转向的问题，本实施例的两轮平衡车还在车体100内安装有电子水平仪、多轴陀螺仪和加速度传感器。电子水平仪和三轴陀螺仪用于检测车体的倾斜角度，实时监测车体姿态。压力传感器、电子水平仪、多轴陀螺仪和加速度传感器均将各自采集的数据发送给两轮平衡车的控制系统，由控制系统综合处理相关数据并判断是否对动力轮发出转向指令。

当多轴陀螺仪、电子水平仪和加速度传感器取得车身状态数据后，控制系统计算判定两轮平衡车是否处于倾斜或颠簸状态。

如果两轮平衡车行驶于倾斜路面，电子水平仪和多轴陀螺仪会测量出车身左右方向的倾角，控制系统根据倾角结合人体力学模型，对读数较低的压力传感器取得的数据进行正向补偿，或对读数较高的压力传感器数值进行负补偿，让两侧压力传感器的数值达到平衡，避免意外转向。

由于三轴陀螺仪传感器长时间使用时，会产生零点漂移情况，影响数据精度。所以两轮平衡车长时间处于倾斜路面行驶时，主要依靠电子水平仪采得的数据。

驾驶者在倾斜路面的转向方式与在水平路面时是一样的，驾驶者主动改变对两个脚踏板的压力，使两个压力传感器检测到的压力值之差大于设定的阈值，从而实现转向。

当两轮平衡车行驶在颠簸路面的情况时，例如，两轮平衡车的左侧动力轮压过路面凸起时，车体左侧的位置会瞬间升高，驾驶者的足部会对左侧脚踏板下方的压力传感器造成一个瞬间增大的压力数值波动。这时，车体的侧倾会被车身内的三轴陀螺仪、电子水平仪和加速度传感器检测到。控制系统则会根据三轴陀螺仪、电子水平仪和加速度传感器取得的数据，将压力传感器测得的瞬间增大的压力波动数据进行补偿或者抵消。当一侧动力轮压过路面凹陷时，补偿方法和上述补偿方法原理相同。

当然，本实施例的两轮平衡车具有前后平衡的功能，如果驾驶者的重心前倾，控制系统会发出信号控制左右两个动力轮加速旋转，两轮平衡车会向前行驶，反之则减速，实现前后自动平衡的功能。

采用本实施例的两轮平衡车可以在倾斜和颠簸路面保持直线、稳定的行驶，防止因路面倾斜或者路面凹凸不平导致两轮平衡车发生意外转向的情况。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种两轮平衡车，其特征在于，包括车体以及位于车体两端的动力轮和旋转伸缩折叠机构；所述旋转伸缩折叠机构包括相互滑动连接的转动座和电机座板，所述转动座与车体转动限位连接，所述转动座的最大转动角度为80°～100°，所述动力轮包括转动部和驱动转动部转动的驱动电机，所述驱动电机与电机座板固定；所述转动座和电机座板分别对应设置有滑槽和滑块，所述滑块的部分嵌设在所述滑槽内，所述滑槽的两端均设置有限位块；电机座板能相对于转动座滑动。

2.如权利要求1所述的两轮平衡车，其特征在于，所述车体的两端设置有安装槽，所述转动座嵌设在所述安装槽内并与车体通过转轴转动连接，所述转动座具有与安装槽的内壁相抵的限位部；所述动力轮具有轴心线沿横向的展开位和轴心线沿竖向的折叠位；所述动力轮位于展开位时，所述限位部抵住所述安装槽的内壁。

3.如权利要求1所述的两轮平衡车，其特征在于，所述滑槽设置在电机座板上，所述滑块设置在所述转动座上。

4.如权利要求1所述的两轮平衡车，其特征在于，所述电机座板的底端设置有能够与所述转动座的底壁贴合的限位块，所述车体的底部设置有容纳所述限位块滑动所需的凹槽。

5.如权利要求1所述的两轮平衡车，其特征在于，所述驱动电机为轮毂电机，所述轮毂电机的固定轴与电机座板连接。

6.如权利要求1所述的两轮平衡车，其特征在于，所述车体的两侧分别设置有一组轮罩，所述轮罩与电机座板固定。

7.如权利要求1所述的两轮平衡车，其特征在于，所述车体上设置有提把。

8.如权利要求1～7任一项所述的两轮平衡车，其特征在于，所述两轮平衡车还包括设置在车体内的转向控制机构，所述转向控制机构包括设置在车体内的压力传感器、电子水平仪和多轴陀螺仪；所述车体的顶部设置有两个脚踏板，所述压力传感器为两组且分别位于两个脚踏板的下方。

9.如权利要求8所述的两轮平衡车，其特征在于，所述转向控制机构还包括加速度传感器。