CN105620618A - 一种智能电动四轮平衡车及实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种智能电动四轮平衡车，包括车身、控制系统、电池模块、电机驱动单元、驱动电机，所述车身为平板结构，所述控制系统、所述电池模块分别固定设置在所述车身上，所述驱动电机设置于所述车身的前端，所述车身的前端和后端还分别设置有两个驱动轮、两个从动轮，所述驱动电机的输出轴与所述驱动轮的轮毂相配合连接，所述电机驱动单元设置于所述控制系统的前端，所述车身上靠近所述驱动轮与所述从动轮的位置设置有若干个压力传感器，所述驱动轮上设置有速度传感器，所述压力传感器、所述速度传感器分别与所述控制系统电连接。本发明还提出一种智能电动四轮平衡车的实现方法。

Description

一种智能电动四轮平衡车及实现方法

技术领域

本发明涉及一种智能电动四轮平衡车及实现方法，属于平衡车技术领域。

背景技术

目前市面上的主流代步车有平衡车和扭扭车，这些产品只有两轮，不易保持平衡，行驶时站姿不自然，长时间行驶容易造成疲劳，体积大，不易随身携带。现有的平衡车，一般设计为两轮的形式，如中国发明专利公开的申请号为

201410262108.8的电动平衡扭扭车，其虽然包括轮毂电机、用作平衡机构的陀螺仪，但由于两轮的不稳定性，容易在突然断电后出现倾斜等安全性问题。

中国发明专利公开的申请号为201510644941.3的一种电动四轮平衡车，包括壳体、踏板装置、平衡装置、驱动装置和供电装置，平衡装置设于壳体内，踏板装置包括踏板、固定框和弹性垫，壳体上开有两个踏板孔，踏板活动嵌置于踏板孔中并通过位于踏板顶部的所述固定框限位于壳体，弹性垫垫设于壳体和踏板之间；平衡装置设于壳体内并与踏板传动相连，驱动装置包括控制主板、两个电机前轮和两个万向后轮，平衡装置与控制主板通信相连，供电装置分别电连接平衡装置、控制主板和电机前轮，两电机前轮对称分别枢装于壳体前部，两万向后轮安装于壳体后部。其能在平衡装置的控制下，平稳、平衡运行。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的缺陷，提出一种智能电动四轮平衡车及实现方法。

本发明采用如下技术方案：一种智能电动四轮平衡车，其特征在于，包括车身、控制系统、电池模块、电机驱动单元、驱动电机，所述车身为平板结构，所述控制系统、所述电池模块分别固定设置在所述车身上，所述驱动电机设置于所述车身的前端，所述车身的前端和后端还分别设置有两个驱动轮、两个从动轮，所述驱动电机的输出轴与所述驱动轮的轮毂相配合连接，所述电机驱动单元设置于所述控制系统的前端，所述电机驱动单元的一端与所述控制系统电连接，所述电机驱动单元的另一端与所述驱动电机电连接；所述车身上靠近所述驱动轮与所述从动轮的位置设置有若干个压力传感器，所述驱动轮上设置有速度传感器，所述压力传感器、所述速度传感器分别与所述控制系统电连接；所述电池模块用来提供动力。

优选地，驱动电机包括左轮驱动电机、右轮驱动电机，左轮驱动电机用来驱动左侧驱动轮运动，右轮驱动电机用来驱动右侧驱动轮运动。

优选地，控制系统包括速度控制单元、转向控制单元、速度检测单元、遥控单元，压力传感器分别与速度控制单元、转向控制单元电连接；压力传感器实时采集驾驶人重心数据，传输给速度控制单元根据驾驶人重心前后偏移程度进行PID运算，然后输出给电机驱动单元发出信号分别调节左轮驱动电机、右轮驱动电机的转速，控制平衡车的前进、后退；压力传感器实时采集驾驶人重心数据，传输给转向控制单元根据驾驶人重心左右偏移程度进行PID运算，然后输出给电机驱动单元发出信号分别调节左轮驱动电机、右轮驱动电机的差速，控制平衡车的转向。

优选地，速度传感器与速度检测单元电连接，速度传感器实时采集驱动轮的运动速度然后传输到速度检测单元进行保存和检测，速度检测单元根据保存的车速数据判断平衡车当前的行驶状况，并传输给控制系统，控制系统根据不同的车速及行驶状况向电机驱动单元发出不同指令；行驶状况包括起步、巡航、减速、前进、后退、转弯。

优选地，遥控单元通过无线网络外接遥控设备，遥控单元用于接收来自遥控设备的指令，实现既可以通过遥控设备查看平衡车的即时状态，也可以通过遥控设备控制平衡车行驶。

优选地，无线网络为WIFI无线网络或者Zigbee无线网络或者CPRS无线网络。

优选地，遥控设备为遥控器或者智能手机。

本发明还提出一种智能电动四轮平衡车的实现方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤SS1压力传感器实时采集驾驶人重心数据传输到速度控制单元、转向控制单元，速度传感器采集驱动轮的运动速度然后传输到速度检测单元进行保存和检测；

步骤SS2速度控制单元根据驾驶人重心前后偏移程度进行PID运算，然后输出给电机驱动单元发出信号分别调节左轮驱动电机、右轮驱动电机的转速，控制平衡车的前进、后退；转向控制单元根据驾驶人重心左右偏移程度进行PID运算，然后输出给电机驱动单元发出信号分别调节左轮驱动电机、右轮驱动电机的差速，控制所述平衡车的转向；

步骤SS3速度检测单元根据保存的车速数据变化趋势判断所述平衡车当前的行驶状况，并传输给控制系统，所述行驶状况包括起步、巡航、减速、前进、后退、转弯；

步骤SS4控制系统根据不同的车速及行驶状况向所述电机驱动单元（11）发出不同指令控制驱动电机运动；遥控单元接收遥控设备的指令发出给电机驱动单元控制驱动电机运动。

作为一种较佳的实施例，所述平衡车当前行驶状况的判断方法包括：

步骤SS31当左右驱动轮车速不同时，判断平衡车的行驶状况为转弯，否则判断为起步、巡航、减速、前进、后退，转入步骤SS32；

步骤SS32当左右驱动轮车速的矢量方向为正向时，判断平衡车的行驶状况为前进，否则判断为后退，转入步骤SS33；

步骤SS33当左右驱动轮的车速不变时，判断平衡车的行驶状况为巡航；

步骤SS34当左右驱动轮的车速不断增加时，判断平衡车的行驶状况为起步；当左右驱动轮的车速不断减小时，判断平衡车的行驶状况为减速。

本发明所达到的有益效果：（1）本发明通过左右电机分别驱动的方式实现了左右驱动轮的独立运转；（2）本发明采用四轮结构，自然平衡，行驶时保持正常站姿，易于操控，不易劳累；（3）采用小尺寸轮毂，体积小，易于携带；（4）本发明采用压力传感器与速度传感器的配合实现了平衡车的转速和转向；（5）本发明采用遥控设备实现了控制平衡车的运动与接收平衡车的运动状态。

附图说明

图1是本发明的一种智能电动四轮平衡车的左视图的结构示意图。

图2是本发明的一种智能电动四轮平衡车的俯视图的结构示意图。

图中标记的含义：1-车身，2-驱动轮，3-从动轮，4-压力传感器，5-速度传感器，6-控制系统，7-速度控制单元，8-转向控制单元，9-速度检测单元，10-遥控单元，11-电机驱动单元，12-左轮驱动电机，13-电池模块，14-右轮驱动电机。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

图1是本发明的一种智能电动四轮平衡车的左视图的结构示意图，图2是本发明的一种智能电动四轮平衡车的俯视图的结构示意图，本发明提出一种智能电动四轮平衡车，其特征在于，包括车身1、控制系统6、电池模块13、电机驱动单元11、驱动电机，车身1为平板结构，控制系统6、电池模块13分别固定设置在车身1上，驱动电机12设置于车身1的前端，车身1的前端和后端还分别设置有两个驱动轮2、两个从动轮3，驱动电机的输出轴与驱动轮2的轮毂相配合连接，电机驱动单元11设置于控制系统6的前端，电机驱动单元11的一端与控制系统6电连接，电机驱动单元11的另一端与驱动电机电连接；车身1上驾驶人站立的下方靠近驱动轮2与从动轮3的位置设置有若干个压力传感器4，驱动轮2上设置有速度传感器5，压力传感器4、速度传感器5分别与控制系统6电连接；电池模块13用来提供动力。

驱动电机包括左轮驱动电机12、右轮驱动电机14，左轮驱动电机12用来驱动左侧驱动轮运动，右轮驱动电机14用来驱动右侧驱动轮运动。

控制系统6包括速度控制单元7、转向控制单元8、速度检测单元9、遥控单元10，压力传感器4分别与速度控制单元7、转向控制单元8电连接；压力传感器4实时采集驾驶人重心数据，传输给速度控制单元7根据驾驶人重心前后偏移程度进行PID运算，然后输出给电机驱动单元11发出信号分别调节左轮驱动电机12、右轮驱动电机14的转速，控制平衡车的前进、后退；压力传感器4实时采集驾驶人重心数据，传输给转向控制单元8根据驾驶人重心左右偏移程度进行PID运算，然后输出给电机驱动单元11发出信号分别调节左轮驱动电机12、右轮驱动电机14的差速，控制平衡车的转向。

速度传感器5与速度检测单元9电连接，速度传感器5实时采集驱动轮2的运动速度然后传输到速度检测单元9进行保存和检测，速度检测单元9根据保存的车速数据判断平衡车当前的行驶状况，并传输给控制系统6，控制系统6根据不同的车速及行驶状况向电机驱动单元11发出不同指令；行驶状况包括起步、巡航、减速、前进、后退、转弯。

遥控单元10通过无线网络外接遥控设备，遥控单元10用于接收来自遥控设备的指令，实现既可以通过遥控设备查看平衡车的即时状态比如速度、电量等，也可以通过遥控设备控制平衡车行驶；无线网络为WIFI无线网络或者Zigbee无线网络或者CPRS无线网络；遥控设备为遥控器或者智能手机。

本发明还提出一种智能电动四轮平衡车的实现方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤SS1压力传感器实时采集驾驶人重心数据传输到速度控制单元、转向控制单元，速度传感器采集驱动轮的运动速度然后传输到速度检测单元进行保存和检测；

步骤SS2速度控制单元根据驾驶人重心前后偏移程度进行PID运算，然后输出给电机驱动单元发出信号分别调节左轮驱动电机、右轮驱动电机的转速，控制平衡车的前进、后退；转向控制单元根据驾驶人重心左右偏移程度进行PID运算，然后输出给电机驱动单元发出信号分别调节左轮驱动电机、右轮驱动电机的差速，控制所述平衡车的转向；

步骤SS3速度检测单元根据保存的车速数据变化趋势判断所述平衡车当前的行驶状况，并传输给控制系统，所述行驶状况包括起步、巡航、减速、前进、后退、转弯；

步骤SS4控制系统根据不同的车速及行驶状况向所述电机驱动单元（11）发出不同指令控制驱动电机运动；遥控单元接收遥控设备的指令发出给电机驱动单元控制驱动电机运动。

平衡车当前行驶状况的判断方法包括：

步骤SS31当左右驱动轮车速不同时，判断平衡车的行驶状况为转弯，否则判断为起步、巡航、减速、前进、后退，转入步骤SS32；

步骤SS32当左右驱动轮车速的矢量方向为正向时，判断平衡车的行驶状况为前进，否则判断为后退，转入步骤SS33；

步骤SS33当左右驱动轮的车速不变时，判断平衡车的行驶状况为巡航；

步骤SS34当左右驱动轮的车速不断增加时，判断平衡车的行驶状况为起步；当左右驱动轮的车速不断减小时，判断平衡车的行驶状况为减速。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种智能电动四轮平衡车，其特征在于，包括车身（1）、控制系统（6）、电池模块（13）、电机驱动单元（11）、驱动电机，所述车身（1）为平板结构，所述控制系统（6）、所述电池模块（13）分别固定设置在所述车身（1）上，所述驱动电机（12）设置于所述车身（1）的前端，所述车身（1）的前端和后端还分别设置有两个驱动轮（2）、两个从动轮（3），所述驱动电机的输出轴与所述驱动轮（2）的轮毂相配合连接，所述电机驱动单元（11）设置于所述控制系统（6）的前端，所述电机驱动单元（11）的一端与所述控制系统（6）电连接，所述电机驱动单元（11）的另一端与所述驱动电机电连接；所述车身（1）上靠近所述驱动轮（2）与所述从动轮（3）的位置设置有若干个压力传感器（4），所述驱动轮（2）上设置有速度传感器（5），所述压力传感器（4）、所述速度传感器（5）分别与所述控制系统（6）电连接；所述电池模块（13）用来提供动力。

2.根据权利要求1所述的一种智能电动四轮平衡车，其特征在于，所述驱动电机包括左轮驱动电机（12）、右轮驱动电机（14），所述左轮驱动电机（12）用来驱动左侧驱动轮运动，所述右轮驱动电机（14）用来驱动右侧驱动轮运动。

3.根据权利要求2所述的一种智能电动四轮平衡车，其特征在于，所述控制系统（6）包括速度控制单元（7）、转向控制单元（8）、速度检测单元（9）、遥控单元（10），所述压力传感器（4）分别与所述速度控制单元（7）、所述转向控制单元（8）电连接；所述压力传感器（4）实时采集驾驶人重心数据，传输给速度控制单元（7）根据驾驶人重心前后偏移程度进行PID运算，然后输出给电机驱动单元（11）发出信号分别调节左轮驱动电机（12）、右轮驱动电机（14）的转速，控制所述平衡车的前进、后退；所述压力传感器（4）实时采集驾驶人重心数据，传输给转向控制单元（8）根据驾驶人重心左右偏移程度进行PID运算，然后输出给电机驱动单元（11）发出信号分别调节左轮驱动电机（12）、右轮驱动电机（14）的差速，控制所述平衡车的转向。

4.根据权利要求3所述的一种智能电动四轮平衡车，其特征在于，所述速度传感器（5）与所述速度检测单元（9）电连接，所述速度传感器（5）实时采集所述驱动轮（2）的运动速度然后传输到所述速度检测单元（9）进行保存和检测，所述速度检测单元（9）根据保存的车速数据变化趋势判断所述平衡车当前的行驶状况，并传输给控制系统（6），控制系统（6）根据不同的车速及行驶状况向所述电机驱动单元（11）发出不同指令；所述行驶状况包括起步、巡航、减速、前进、后退、转弯。

5.根据权利要求3所述的一种智能电动四轮平衡车，其特征在于，所述遥控单元（10）通过无线网络外接遥控设备，所述遥控单元（10）用于接收来自所述遥控设备的指令，实现既可以通过遥控设备查看所述平衡车的即时状态，也可以通过所述遥控设备控制所述平衡车行驶。

6.根据权利要求5所述的一种智能电动四轮平衡车，其特征在于，所述无线网络为WIFI无线网络或者Zigbee无线网络或者CPRS无线网络。

7.根据权利要求5所述的一种智能电动四轮平衡车，其特征在于，所述遥控设备为遥控器或者智能手机。

8.一种采用权利要求1所述的智能电动四轮平衡车的方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤SS1压力传感器实时采集驾驶人重心数据传输到速度控制单元、转向控制单元，速度传感器采集驱动轮的运动速度然后传输到速度检测单元进行保存和检测；

步骤SS2速度控制单元根据驾驶人重心前后偏移程度进行PID运算，然后输出给电机驱动单元发出信号分别调节左轮驱动电机、右轮驱动电机的转速，控制平衡车的前进、后退；转向控制单元根据驾驶人重心左右偏移程度进行PID运算，然后输出给电机驱动单元发出信号分别调节左轮驱动电机、右轮驱动电机的差速，控制所述平衡车的转向；

步骤SS3速度检测单元根据保存的车速数据变化趋势判断所述平衡车当前的行驶状况，并传输给控制系统，所述行驶状况包括起步、巡航、减速、前进、后退、转弯；

步骤SS4控制系统根据不同的车速及行驶状况向所述电机驱动单元（11）发出不同指令控制驱动电机运动；遥控单元接收遥控设备的指令发出给电机驱动单元控制驱动电机运动。

9.根据权利要求8所述的一种智能电动四轮平衡车的实现方法，其特征在于，所述平衡车当前行驶状况的判断方法包括：

步骤SS31当左右驱动轮车速不同时，判断平衡车的行驶状况为转弯，否则判断为起步、巡航、减速、前进、后退，转入步骤SS32；

步骤SS32当左右驱动轮车速的矢量方向为正向时，判断平衡车的行驶状况为前进，否则判断为后退，转入步骤SS33；

步骤SS33当左右驱动轮的车速不变时，判断平衡车的行驶状况为巡航；

步骤SS34当左右驱动轮的车速不断增加时，判断平衡车的行驶状况为起步；当左右驱动轮的车速不断减小时，判断平衡车的行驶状况为减速。