CN105711702A - 一种以检测压力差值来实现转弯的两轮电动平衡车 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种以检测压力差值来实现转弯的两轮电动平衡车，包括车身(1)，分别在车身(1)左右两侧设置的左轮(2)和右轮(3)，车身(1)上还设置有左踏板(4)和右踏板(5)。其中，左轮(2)由设置在车身(1)内的左电机驱动，右轮(3)由设置在车身(1)内的右电机驱动，左右两个电机互相之间独立工作。

Description

一种以检测压力差值来实现转弯的两轮电动平衡车

技术领域

本发明涉及电动车领域，尤其涉及一种以检测压力差值来实现转弯的两轮电动平衡车。

背景技术

目前现有两轮电动平衡车行驶原理是：两轮电动平衡车是靠感知车体的倾斜角度来行驶的，如图1所示。左轮2和右轮3实际上是两个马达电机外面套上轮胎。人站在车上，左右脚分别踩着左踏板4和右踏板5，手扶住把手(转向杆)6。人想要往前走的时候只需要调整身体重心或往前推动把手6，使车身1往前倾斜一个很小的角度，车身1内电子陀螺仪检测到这个角度变化，再把角度变化的角度信号传递给控制器，从而让控制器驱动左右两个轮子往前转动。往后走原理亦同。倾斜角度越大行走速度越快。

现有两轮电动平衡车的转弯原理是：利用检测前后倾斜角度只能让两轮平衡车实现前行或后行。而要实现转弯，直观的讲就要是改变左右两个轮子转动的速度。参见图1和图2，现有两轮平衡车是靠转动把手(转向杆)6来实现转弯的。把手6是可以左右转动的,在车身1里面，把手6连接车身1里面的转向机构，当人将把手6向左转动的时候，转向机构检测到这一动作，并发出转向信号到控制器，控制器收到这个转向信号后再发出驱动电信号来驱动右轮3加速转动，并同时发出驱动电信号来控制左轮2减速，因为左右两个轮子有速度差，所以就实现了转弯。往右转原理亦同。

但是，现有的两轮电动平衡车在转弯时必须依赖把手(转向杆)才能实现控制，这并不符合人体工程学，并且，现有技术因为有把手(转向杆)，人在骑行的时候双手要握住把手(转向杆)，这就束缚了人的双手。

发明内容

本发明提供了一种以检测压力差值来实现转弯的两轮电动平衡车，包括：车身1，分别在车身1左右两侧设置的左轮2和右轮3，车身1上还设置有左踏板4和右踏板5。其中，左轮2由设置在车身1内的左电机驱动，右轮3由设置在车身1内的右电机驱动，左右两个电机互相之间独立工作。

其中，车身1内还设置有电池以及两轮电动平衡车的控制系统，该控制系统包括控制器、电子陀螺仪、左称重传感器以及右称重传感器；

其中，控制器以及电子陀螺仪安装在车身1的内部，左称重传感器在车身1的内部且靠近左踏板4的下表面安装，从而使得踩下左踏板4时，左称重传感器可以对踩下左踏板4的压力进行测量并反馈到控制器上；右称重传感器在车身1的内部且靠近右踏板5的下表面安装，从而使得踩下右踏板5时，右称重传感器可以对踩下右踏板5的压力进行测量并反馈到控制器上；

其中，所述控制器接收到由左右称重传感器反馈的电信号后，通过集成于控制器中的比较器来比较左右称重传感器反馈的电信号，从而比较出左踏板4和右踏板5分别承受的压力大小的比值R，通过所述比值R的大小来对两轮电动平衡车进行控制；

进一步地，两轮电动平衡车内还设置了蓝牙模块，该蓝牙模块可以通过其蓝牙接口与同样具有蓝牙接口的手持终端设备或者其他设备进行蓝牙通信。从而通过手持终端设备或者其他设备对两轮电动平衡车进行控制。

附图说明

图1为现有技术中的两轮电动平衡车的基本结构示意图；

图2为现有两轮电动平衡车行驶和转弯的电气控制原理示意图；

图3为本发明提出的两轮电动平衡车的基本结构示意图；

图4为本发明提出的两轮电动平衡车行驶和转弯的电气控制原理示意图；

具体实施方式

下面将结合本发明中的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。

下文先对本发明的专业术语进行解释，如下：

(1)称重传感器：一种将质量信号转变为可测量的电信号输出的装置,其内部核心是一个应变片，它可以感知压力大小，并根据不同的压力大小输出不同的电信号，因而可以用来称重。

(2)电子陀螺仪：一种能感知自身旋转角速度的电子元件。因其有这个特性，把它安装在产品上，并把它输出的数据进行积分可以算出物体转过的角度。

(3)控制器：本文中提到的控制器都是以常见微电脑单片机为核心的控制器，它可以处理输入的电信号数据，也可以输出数据，其内部还可以进行复杂的数学运算。对它写入不同的程序可以实现不同的功能。

(4)轮子：本文中提到的轮子都是电动马达形式的车轮。

针对现有技术的缺陷，原有两轮电动平衡车是用转向杆来感知人的转向意图，而本发明去掉转向杆，进而改用在脚踏板下面安装称重传感器(或其他类型的压力传感器)来感知人的转向意图。

第一实施例

在第一实施例中，如图3和4所示，本发明提出的一种以检测压力差值来实现转弯的两轮电动平衡车包括：车身1，分别在车身1左右两侧设置的左轮2和右轮3，车身1上还设置有左踏板4和右踏板5。其中，左轮2由设置在车身1内的左电机(图中未示出)驱动，右轮3由设置在车身1内的右电机驱动(图中未示出)，左右两个电机互相之间独立工作。

其中，在车身1内还设置有电池以及两轮电动平衡车的控制系统。该电池为两轮电动平衡车提供动力的同时，还为两轮电动平衡车的控制系统提供电源。

其中，参见图3和4，控制系统包括控制器、电子陀螺仪、左称重传感器以及右称重传感器，其中，控制器以及电子陀螺仪安装在车身1的内部，左称重传感器在车身1的内部且靠近左踏板4的下表面安装，从而使得踩下左踏板4时，左称重传感器可以对踩下左踏板4的压力进行测量并反馈到控制器上；右称重传感器在车身1的内部且靠近右踏板5的下表面安装，从而使得踩下右踏板5时，右称重传感器可以对踩下右踏板5的压力进行测量并反馈到控制器上；所述控制器接收到由左右称重传感器反馈的电信号后，通过集成于控制器中的比较器来比较左右称重传感器反馈的电信号，从而比较出左踏板4和右踏板5分别承受的压力大小的比值，即比值R＝左踏板4承受的压力/右踏板4承受的压力。

两轮电动平衡车的启动：本发明提出的两轮电动平衡车可以通过其本身设置的左右称重传感器来启动，具体的启动方法为：当车子开机，车内的控制器和电子陀螺仪即开始工作，车轮转动使车子回到水平位置并保持车子前后平衡。当人的某一只脚踏上踏板时，这一边压力传感器输出的信号由相对零点值突然增大，这种变化被控制器检测到，把这一状态视为人要上车状态，即比值R的值要么很大，要么很小，此时，控制器判断出人并未完全踏上电动平衡车，为了安全起见，电动平衡车这个时候并不转向而只能前后小范围行走；当人的两只脚都分别踏上左右踏板时，左右称重传感器检测到左右踏板上的压力，并且通过控制器进行压力比较，当压力的比值R在某一范围内时，两轮电动平衡车即可处于正常行驶状态。

当需要两轮电动平衡车前进或后退时，由于人的两只脚都同时踏在左右踏板上，因此，左右称重传感器检测到的压力几乎相同，此时，人只需要调整身体重心往前或往后，使车身1往前或往后倾斜一个很小的角度，此时，电子陀螺仪检测车身往前或者往后的角度变化，然后将该角度变化的角度信号传递给控制器，控制器接收到往前或往后的角度信号后，发出驱动电信号指令到左轮电机和右轮电机，从而驱动左右两个轮子以相同的速度往前或往后转动，进而实现两轮电动平衡车的前进或后退。

当需要两轮电动平衡车转弯时，利用左右称重传感器的原理来感知平衡车左右两边的压力大小，再根据左右两边压力大小的比值来控制两轮电动平衡车左转弯或右转弯。

具体的转弯控制过程如下：站在两轮电动平衡车上的人把身体重心向一边倾斜，这时候此边的称重传感器输出的电信号变化量大于另一边，控制器感知到左右两个电信号不一样并差别较大，从而驱动两个轮子以不同的速度行驶，从而实现转弯，重心往左倾斜则往左转，重心往右倾斜则往右转。左右两边称重传感器输出的信号差多少时(即比值R的范围为多少时)就开始转弯，即车子转弯的灵活度，这个值可以在控制器的程序里面设定。而对于转弯的快慢，则是人体重心往一边倾斜的越多,这一边受到的压力比另一边越大，则转的越快。当车体转过来以后，人又可以调整重心，使左右两边称重传感器输出的信号又恢复到原来的状态，车子又恢复直行。

可见，人站在两轮电动平衡车上直行，当要向左转的时候，把身体重心倾向左边，左称重传感器感受到的压力大于右称重传感器感受到的压力。要向右转的时候，把身体重心往右边倾斜，右称重传感器受到的压力大于左称重传感器感受到的压力。这种转弯原理符合人体工程学设计。

在本实施例中，给出了两轮电动平衡车的控制动作与左右踏板的压力比值R的范围的关系如下表1所示：

表1

R(左踏板承受的压力/右踏板承受的压力)	两轮电动平衡车的动作
		0.90≤R≤1.10	直行状态
0.40≤R<0.90	右转
		1.10<R≤1.60	左转
除上述范围以外的值	保持原状态

对上表的说明：

(1)当左右踏板承受的压力的比值R处于0.90-1.10的范围内时(含端点值)，两轮电动平衡车处于直行状态；

(2)当左右踏板承受的压力的比值R大于等于0.40且小于0.90，此时即人的重心往右倾斜，从而使得左踏板承受的压力小于右踏板的压力，两轮电动平衡车执行右转；

(3)当左右踏板承受的压力的比值R大于等于1.1且小于1.6，此时即人的重心往左倾斜，从而使得左踏板承受的压力大于右踏板的压力，两轮电动平衡车执行左转；

(4)当左右踏板承受的压力的比值R不在上文所述的范围内时，两轮电动平衡车保持原来的状态。即如果两轮电动平衡车的原状态为未启动状态，那么只要R的值不在上文所述的范围内，则两轮电动平衡车保持为未启动的静止平衡；如果两轮电动平衡车的原状态为直行状态，只要R的值不在上文所述的范围内，则依然保持直行状态，以此类推；这样的设置可增强安全性，比如，如果人的左脚突然抬起来，此时R的值将非常小，或者人的右脚突然抬起来，此时R值将非常大，从而并不处于前文所述的范围内，此时电动平衡车将保持原来的状态，以保证人的安全。

此外，在本实施例的前文所述中，两轮电动平衡车的两个轮子是设置在车身的两侧，人踏在踏板上时，两腿位于两个轮子之间，如图3；然而这并非必须如此设置，还可以将左右两个轮子并排设置，左踏板设置在左轮的外侧，右踏板设置在右轮的外侧，从而人踏上左右踏板时，左右两个轮子位于人的两条腿之间，也即人的两条腿是跨过两个轮子的。

并且前文讲到，右两边称重传感器输出的信号差多少时(即比值R的范围为多少时)就开始转弯，即车子转弯的灵活度，这个值可以在控制器的程序里面设定，该设定可以在产品出厂前预先设定。也可以进一步在控制器上安装档位设定按钮，从而为用户提供自主设定自主权。

第二实施例

在本实施例中，两轮电动平衡车的主题结构与第一实施例基本相同，所不同的是，为了进一步增强两轮电动平衡车的性能，提高用户的使用体验，本实施例的两轮电动平衡车内还设置了蓝牙模块，参见图4所示的虚线框部分，该蓝牙模块可以通过其蓝牙接口与同样具有蓝牙接口的手持终端设备或者其他设备进行蓝牙通信。从而通过手持终端设备或者其他设备对两轮电动平衡车进行控制。

下面以手持终端设备为智能手机为例，对第二实施例进行详细说明。

通过智能手机与两轮电动平衡车进行蓝牙连接，并且智能手机上预先安装的可以对两轮电动平衡车进行控制或者功能修改的控制软件。利用两轮电动平衡车上的左右称重传感器，用户站上车以后，可以将用户的体重数据通过蓝牙模块反馈到智能手机上，从而两轮电动平衡车可以实现体重计的功能。此外，可以通过智能手机上的控制界面，实现对两轮电动平衡车转弯功能的调整，比如通过调整R值的大小，从而对转弯灵活性进行调整。而且，还可以通过智能手机下载两轮电动平衡车控制器的更新固件，并通过蓝牙模块实现用户的自动更新。

此外，可以通过蓝牙模块与智能手机进行连接，并且在智能手机的控制界面上对两轮电动平衡车进行密码设定。每次启动两轮电动平衡车之前，都必须在智能手机上输入正确密码。只要密码不正确，两轮电动平衡车就无法启动，由此可以大大提高两轮电动平衡车的防盗安全性。

而且，通过蓝牙模块，还可以将智能手机变成两轮电动平衡车的遥控器，即可以在智能手机的控制界面内启动两轮电动平衡车，并且通过智能手机的控制界面控制智能手机的控制界面的前进、后退、左转或右转。

本发明获得的技术效果：

(1)操控性：本发明在转弯的时候是想往哪边转就往哪边倾斜挤压，符合人体工程学设计，操控简单。

(2)解放双手：现有技术因为有转向杆，人在骑行的时候双手要握住转向杆，跟开汽车一样。本发明去掉了转向杆而改用左右脚压，解放了人的双手，行动更加自如。

(3)用户体验性：通过设置蓝牙模块，可以极大的提高用户的体验。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此,比如感知压力大小不一定要用称重传感器，使用其他因受到的压力变化而输出变化的电信号的传感器也在本专利的保护范围内。任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (4)

1.一种以检测压力差值来实现转弯的两轮电动平衡车，其特征在于：包括车身1，分别在车身1左右两侧设置的左轮2和右轮3，车身1上还设置有左踏板4和右踏板5；其中，左轮2由设置在车身1内的左电机驱动，右轮3由设置在车身1内的右电机驱动，左右两个电机互相之间独立工作。

2.如权利要求1所述的两轮电动平衡车，其特征在于：

其中，车身1内还设置有电池以及两轮电动平衡车的控制系统，该控制系统包括控制器、电子陀螺仪、左称重传感器以及右称重传感器。

3.如权利要求2所述的两轮电动平衡车，其特征在于：

其中，控制器以及电子陀螺仪安装在车身1的内部，左称重传感器在车身1的内部且靠近左踏板4的下表面安装，从而使得踩下左踏板4时，左称重传感器可以对踩下左踏板4的压力进行测量并反馈到控制器上；右称重传感器在车身1的内部且靠近右踏板5的下表面安装，从而使得踩下右踏板5时，右称重传感器可以对踩下右踏板5的压力进行测量并反馈到控制器上；

其中，所述控制器接收到由左右称重传感器反馈的电信号后，通过集成于控制器来比较左右称重传感器反馈的电信号，从而比较出左踏板4和右踏板5分别承受的压力大小的比值R，通过所述比值R的大小来对两轮电动平衡车进行控制，所述比值R＝左踏板4承受的压力/右踏板4承受的压力。

4.如权利要求3所述的两轮电动平衡车，其特征在于：

进一步地，两轮电动平衡车内还设置了蓝牙模块，该蓝牙模块可以通过其蓝牙接口与同样具有蓝牙接口的手持终端设备或者其他设备进行蓝牙通信，从而通过手持终端设备或者其他设备对两轮电动平衡车进行控制。