CN105774948A - 可自动起降的两轮车支撑轮架系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种可自动起降的两轮车支撑轮架系统及控制方法，其解决了现有两轮车支撑轮架系统安全性差、稳定性差的技术问题，其设有电机和两个支撑轮架，电机通过传动装置或共轴直接驱动所述支撑轮架；两个支撑轮架分别连接有支撑轮。本发明可广泛应用于两轮车制造领域。

Description

可自动起降的两轮车支撑轮架系统及控制方法

技术领域

本发明涉及一种两轮车支撑轮架系统，特别是涉及一种可自动起降的两轮车支撑轮架系统及控制方法。

背景技术

自行车、摩托车、电动自行车、电动摩托车等两轮车仍是人们出行的重要交通工具，但由于其特性，低速行驶或停车时车辆不稳定性显著，用脚支撑既不安全也不方便。若遇天气恶劣或地面积水结冰等情况，不安全性也会加大。

目前市场上的两轮车支撑，不论是人力的还是电动的，大多是用于停车的支撑，不能随车辆低速行驶。

公开号为CN104340296A的中国发明专利公开了一种两轮车支撑架系统，实现在极慢速行驶时或者停车后更好的安全支撑，其两轮车支撑架系统，可通过支撑杆固定在两轮车保险杠上；通过齿轮带动支撑杆向下垂直，齿轮和小电机之间有电路连接，小电机与车控制器连接，小电机接收电动车控制器的速度参数，当接收的速度小于一定值时，小电机将控制齿轮顺时针向下转动，从而使支撑架向下；或者通过脚踩踏板使齿轮向下转动，从而使支撑架由水平变为向下垂直，用于支撑地面。

但是该系统仍不理想，该系统只能用于含踏板的摩托车和电动车，并且主要用于停车辅助。车辆启动时支撑架不能自动升起，需人力辅助；且在启动后的低速行驶过程中，支撑轮架处于水平状态，不能随车行驶，稳定性和安全性较差。

发明内容

本发明针对现有两轮车支撑轮架系统安全性差、稳定性差的技术问题，提供了一种安全性好、稳定性好的可自动起降的两轮车支撑轮架系统及控制方法。

本发明提供的可自动起降的两轮车支撑轮架系统，其设有电机和两个支撑轮架，电机通过传动装置或共轴直接驱动所述支撑轮架；两个支撑轮架分别连接有支撑轮。

优选地，传动装置为相互啮合的电机驱动齿轮和动力传递轮；电机驱动齿轮和电机连接，动力传递轮与所述支撑轮架连接。

优选地，动力传递轮为动力传递半月轮。

优选地，传动装置是蜗轮蜗杆机构，蜗杆与电机与连接，蜗轮与所述支撑轮架连接。

优选地，电机为步进电机。

优选地，支撑轮架的中端设有减震器总成。

优选地，两个支撑轮之间设有连接环；支撑轮架的结构中心线是直线、弧线或多段折线。

优选地，可自动起降的两轮车支撑轮架系统还包括微型信号处理控制器和测速器；所述测速器与所述微型信号处理控制器连接，所述步进电机与所述微型信号处理控制器连接；所述微型信号处理控制器设有配置端口和状态信号输出端口，并通过状态信号输出端口连接人机交互显示器。

本发明还提供一种控制方法，包括以下步骤：

步骤1，所述测速器对车辆速度V₁和加速度a₁的信号采集，并将其传送给所述微型信号处理控制器；

步骤2，所述微型信号处理控制器对速度V₁和加速度a₁进行信号处理，并将指令信号发送给所述步进电机；

步骤3，所述步进电机开始运行，并带动所述支撑轮架上升、下降或静止。

优选地，步骤1，系统上电复位后，进行自检；根据传感器的状态信息判断系统初始状态是否正常；如果有异常发生，则报警指示灯闪烁，提示用户排除系统故障，直至异常排除，自检通过；

步骤2，检测“手动控制”按键是否触发，如果用户选择手动控制模式，即“手动控制”按键被按下，则系统实时检测“上行”按键和“下行”按键的状态；如果用户按下“上行”按键，系统控制步进电机以一定的速度正转，直至用户松开“上行”按键或检测到高位位置信号被触发；如果用户按下“下行”按键，系统控制步进电机以一定的速度反转，直至用户松开“下行”按键或检测到低位位置传感器被触发；

步骤3，如果“手动控制”按键没有触发，则系统进入自动控制模式；系统首先根据速度传感器脉冲的间隔及被控对象轮胎周长，计算出被控对象的行驶速度V₁，再对速度求导，获取其加速度a₁；

步骤4，检测低位位置信号是否被触发；如果低位位置信号被触发，则根据被控对象行驶速度V₁的大小，控制步进电机转动；如果被控对象行驶速度V₁小于速度下限V_low，电机静止；如果行驶速度V₁介于速度下限V_low与速度上限V_high之间，则控制步进电机正向转动，且步进电机转动速度与被控对象的行驶加速度a₁的绝对值成正比；如果行驶速度V₁大于速度上限V_high，则系统控制电机以一定的速度快速正转；

步骤5，如果低位位置信号没有被触发，再判断高位位置信号是否被触发；如果高位位置信号被触发，则根据被控对象行驶速度V₁的大小，控制步进电机转动。当被控对象的行驶速度V₁大于速度上限V_high时，步进电机静止；如果行驶速度V₁介于速度上限V_high与速度下限V_low之间，则控制步进电机反向转动，且转动速度与被控对象行驶加速度a₁的绝对值成正比；如果行驶速度V₁小于速度下限V_low，则系统控制步进电机以一定的速度快速反转；

步骤6，如果低位位置信号没有被触发，且高位位置信号也没有被触发，则根据被控对象的行驶速度V₁控制步进电机的转动；如果此时行驶速度V₁大于速度上限V_high，则系统控制步进电机以一定的速度快速正转；如果行驶速度V₁小于速度下限V_low，则系统控制步进电机以一定的速度快速反转；如果行驶速度V₁小于速度上限V_high，且大于速度下限V_low，此时步进电机转动方向及转动速度由被控对象的行驶加速度a₁决定，当加速度a₁大于0时，说明是加速的过程，则控制步进电机正向转动，步进电机转动速度与加速度a₁的绝对值成正比，当加速度a₁等于0时，保持步进电机静止，当加速度a₁小于0时，说明是减速的过程，则控制步进电机反向转动，步进电机转动速度与加速度a₁的绝对值成正比。

本发明的有益效果是，通过设置控制系统电路板安装盒实现支撑轮架升降的智能控制，不但能作为停车支撑实现稳定泊车，而且能在低速时随车行驶，大大增加了车辆骑行的稳定性和安全性；双向限位器和减震器总成的设置，在保障安全性的同时能够减少不平路面对旋转轴的冲击，延长使用寿命。该系统结构简单，生产成本低，与自行车、摩托车等两轮车的结合性好，不但可以在新车上安装，还可以对旧车进行改造；同时由于自动起降两轮车支撑轮架系统的加装，电动自行车等交通工具可以实现低成本的封闭化，大大增加骑行者的舒适性。

本发明进一步的特征，将在以下具体实施方式的描述中，得以清楚地记载。

附图说明

图1是本发明支撑轮架触地支撑状态侧视图；

图2是本发明支撑轮架触地支撑状态后视图；

图3是本发明支撑轮架升起状态侧视图；

图4是本发明的控制系统连接示意图；

图5是本发明的控制方法流程图。

图中符号说明：

1.步进电机；2.电机驱动齿轮；3.动力传递半月轮；4.双向限位器；5.减震器总成；6.支撑轮；7.U型连接环；8.轴承；9.控制系统电路板安装盒；10.测速器；11.电缆；12.步进电机安装固定器；13.电动自行车后下叉；14.电动自行车后轴；15.电源输入模块；16.测速器；17.微型信号处理控制器；18.配置端口；19.人机交互系统显示器。图5中，V₁表示被控对象的行进速度，a₁表示被控对象的行进加速度，V_low表示用户设置被控对象的低速阀值，V_high表示用户设置被控对象的高速阀值，Fpluse1表示步进电机驱动信号的频率，CON表示预先定义完成的数值。

具体实施方式

以下参照附图，以具体实施例对本发明作进一步详细说明。

如图1-3所示，以20吋电动自行车为例，在电动自行车后轴14上安装两个支撑轮架，支撑轮架的上端与电动自行车后轴14活动连接，动力传递半月轮3与支撑轮架焊接在一起，电动自行车后轴14穿过动力传递半月轮3的中心孔。支撑轮架的结构中心线为直线，采用向后旋转方式升起。支撑轮架下端安装有支撑轮6，支撑轮6采用带轴承8的成型产品，该成型产品的直径为120毫米，轮外圈为橡胶圈。两个支撑轮6的中心轴上安装有U型连接环7，U型连接环7采用一次冷弯成型的直径为5毫米的钢筋。支撑轮架的中端设有减震器总成。

电动自行车后下叉13上安装有带有电机驱动齿轮2的步进电机1，且用步进电机安装固定器12固定。步进电机1通过传动装置驱动支撑轮架，该传动装置为相互啮合的步进电机驱动齿轮2和动力传递半月轮3。因两齿轮相对位移总角度不大，所以采用较小模数的齿轮。步进电机1驱动电机驱动齿轮2转动，电机驱动齿轮2带动动力传递半月轮3转动，动力传递半月轮3带动支撑轮架和支撑轮6向前或向后旋转一定角度。

需要说明的是，步进电机1也可以共轴直接驱动支撑轮架。步进电机1与支撑轮架之间的传动装置也可以是蜗轮蜗杆机构，步进电机1的输出轴与蜗杆连接，支撑轮架与蜗轮连接。

电动自行车后下叉13上还安装有控制系统电路板安装盒9，电动自行车后下叉13与电动自行车轮相对的位置上安装有测速器10，控制系统电路板安装盒9内安装有微型信号处理控制器17。电动自行车后下叉13的内侧安装有双向限位器4，该双向限位器4采用一次冷压成型的厚度为2毫米的钢板。

如图4所示，电源输入模块15给测速器16、微型信号处理控制器17和步进电机1供电，微型信号处理控制器17设有配置端口18和状态信号输出端口，两端通过电缆11分别与测速器10和步进电机1连接。微型信号处理控制器17可通过配置端口18升级，还可以将电源状态、系统状态及转速信号等信息通过状态信号输出端口传送至人机交互显示器19显示。

该系统的电路控制部分可单独安装，也可与整车控制系统整合成一个系统。

可自动起降的两轮车支撑轮架系统的电源可以与整车共用电源，也可以由支撑轮架系统单设电源。用户还可通过人机交互显示器分档灵活设置系统的低速阀值与高速阀值。

可自动起降的两轮车支撑轮架系统除智能控制以外还特别设计了人工手动装置。当系统处于手动状态时，只需按动上升键，支撑轮架就上升到最高位；按动下降键，支撑轮架就下降到最低位实现四轮支撑。安装该系统的两轮车同时还要安装驻车刹车系统。

本实施例的控制方法，包括以下步骤：

步骤1，电动自行车启动加速，测速器采集两轮车的速度信号V₁，并将V₁传送给微型信号处理控制器；

步骤2，微型信号处理控制器对V₁和a₁进行信号处理：当V₁达到设定值V_low(低速阀值)，微型信号处理控制器将指令信号发送给步进电机，步进电机开始正转，支撑轮架上升；当V₁达到设定值V_high(高速阀值)，微型信号处理控制器将指令信号发送给步进电机，步进电机停止转动，支撑轮架达到最高点，并被双向限位器限定；

步骤3，电动自行车降速，测速器采集两轮车的速度信号V₁，并将V₁传送给微型信号处理控制器；

步骤4，微型信号处理控制器对V₁进行信号处理：当V₁达到设定值V_high(高速阀值)，微型信号处理控制器将指令信号发送给步进电机，步进电机开始反转，支撑轮架下降；当V₁达到设定值V_low(低速阀值)，微型信号处理控制器将指令信号发送给步进电机，步进电机停止转动，支撑轮架触地支撑行驶，并被双向限位器限定。

如图5所示的控制方法流程图，包括以下步骤：

步骤1，系统上电复位后，进行自检。根据传感器的状态信息判断系统初始状态是否正常。如果有异常发生，则报警指示灯闪烁，提示用户排除系统故障，直至异常排除，自检通过。

步骤2，检测“手动控制”按键是否触发，如果用户选择手动控制模式，即“手动控制”按键被按下，则系统实时检测“上行”按键和“下行”按键的状态。如果用户按下“上行”按键，系统控制步进电机以一定的速度正转，直至用户松开“上行”按键或检测到高位位置信号被触发。如果用户按下“下行”按键，系统控制步进电机以一定的速度反转，直至用户松开“下行”按键或检测到低位位置传感器被触发。

步骤3，如果“手动控制”按键没有触发，则系统进入自动控制模式。系统首先根据速度传感器脉冲的间隔及被控对象轮胎周长，计算出被控对象的行驶速度V₁，再对速度求导，获取其加速度a₁。

步骤4，检测低位位置信号是否被触发。如果低位位置信号被触发，则根据被控对象行驶速度V₁的大小，控制步进电机转动。如果被控对象行驶速度V₁小于速度下限V_low，电机静止；如果行驶速度V₁介于速度下限V_low与速度上限V_high之间，则控制步进电机正向转动，且步进电机转动速度与被控对象的行驶加速度a₁的绝对值成正比；如果行驶速度V₁大于速度上限V_high，则系统控制电机以一定的速度快速正转。

步骤5，如果低位位置信号没有被触发，再判断高位位置信号是否被触发。如果高位位置信号被触发，则根据被控对象行驶速度V₁的大小，控制步进电机转动。当被控对象的行驶速度V₁大于速度上限V_high时，步进电机静止；如果行驶速度V₁介于速度上限V_high与速度下限V_low之间，则控制步进电机反向转动，且转动速度与被控对象行驶加速度a₁的绝对值成正比；如果行驶速度V₁小于速度下限V_low，则系统控制步进电机以一定的速度快速反转。

步骤6，如果低位位置信号没有被触发，且高位位置信号也没有被触发，则根据被控对象的行驶速度V₁控制步进电机的转动。如果此时行驶速度V₁大于速度上限V_high，则系统控制步进电机以一定的速度快速正转；如果行驶速度V₁小于速度下限V_low，则系统控制步进电机以一定的速度快速反转；如果行驶速度V₁小于速度上限V_high，且大于速度下限V_low，此时步进电机转动方向及转动速度由被控对象的行驶加速度a₁决定，当加速度a₁大于0时，说明是加速的过程，则控制步进电机正向转动，步进电机转动速度与加速度a₁的绝对值成正比，当加速度a₁等于0时，保持步进电机静止，当加速度a₁小于0时，说明是减速的过程，则控制步进电机反向转动，步进电机转动速度与加速度a₁的绝对值成正比。

以上所述仅对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。凡是在本发明的权利要求限定范围内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种可自动起降的两轮车支撑轮架系统，其特征是，其设有电机和两个支撑轮架，所述电机通过传动装置或共轴直接驱动所述支撑轮架；所述两个支撑轮架分别连接有支撑轮。

2.根据权利要求书1所述的可自动起降的两轮车支撑轮架系统，其特征在于，所述传动装置为相互啮合的电机驱动齿轮和动力传递轮；所述电机驱动齿轮和所述电机连接，所述动力传递轮与所述支撑轮架连接。

3.根据权利要求书2所述的可自动起降的两轮车支撑轮架系统，其特征在于，所述动力传递轮为动力传递半月轮。

4.根据权利要求书1所述的可自动起降的两轮车支撑轮架系统，其特征在于，所述传动装置是蜗轮蜗杆机构，所述蜗杆与电机连接，所述蜗轮与所述支撑轮架连接。

5.根据权利要求书3或4所述的可自动起降的两轮车支撑轮架系统，其特征在于，所述电机为步进电机。

6.根据权利要求书5所述的可自动起降的两轮车支撑轮架系统，其特征在于，所述支撑轮架的中端设有减震器总成。

7.根据权利要求书6所述的可自动起降的两轮车支撑轮架系统，其特征在于，所述两个支撑轮之间设有连接环；所述支撑轮架的结构中心线是直线、弧线或多段折线。

8.根据权利要求书7所述的可自动起降的两轮车支撑轮架系统，其特征在于，所述可自动起降的两轮车支撑轮架系统还包括微型信号处理控制器和测速器；所述测速器与所述微型信号处理控制器连接，所述步进电机与所述微型信号处理控制器连接；所述微型信号处理控制器设有配置端口和状态信号输出端口，并通过状态信号输出端口连接人机交互显示器。

9.一种如权利要求8所述的可自动起降的两轮车支撑轮架的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，所述测速器对车辆速度V₁和加速度a₁的信号采集，并将其传送给所述微型信号处理控制器；

步骤2，所述微型信号处理控制器对速度V₁和加速度a₁进行信号处理，并将指令信号发送给所述步进电机；

步骤3，所述步进电机开始运行，并带动所述支撑轮架上升、下降或静止。

10.根据权利要求9所述的控制方法，其特征在于，控制方法的具体步骤是：

步骤1，系统上电复位后，进行自检；根据传感器的状态信息判断系统初始状态是否正常；如果有异常发生，则报警指示灯闪烁，提示用户排除系统故障，直至异常排除，自检通过；

步骤2，检测“手动控制”按键是否触发，如果用户选择手动控制模式，即“手动控制”按键被按下，则系统实时检测“上行”按键和“下行”按键的状态；如果用户按下“上行”按键，系统控制步进电机以一定的速度正转，直至用户松开“上行”按键或检测到高位位置信号被触发；如果用户按下“下行”按键，系统控制步进电机以一定的速度反转，直至用户松开“下行”按键或检测到低位位置传感器被触发；

步骤3，如果“手动控制”按键没有触发，则系统进入自动控制模式；系统首先根据速度传感器脉冲的间隔及被控对象轮胎周长，计算出被控对象的行驶速度V₁，再对速度求导，获取其加速度a₁；

步骤4，检测低位位置信号是否被触发；如果低位位置信号被触发，则根据被控对象行驶速度V₁的大小，控制步进电机转动；如果被控对象行驶速度V₁小于速度下限V_low，电机静止；如果行驶速度V₁介于速度下限V_low与速度上限V_high之间，则控制步进电机正向转动，且步进电机转动速度与被控对象的行驶加速度a₁的绝对值成正比；如果行驶速度V₁大于速度上限V_high，则系统控制电机以一定的速度快速正转；

步骤5，如果低位位置信号没有被触发，再判断高位位置信号是否被触发；如果高位位置信号被触发，则根据被控对象行驶速度V₁的大小，控制步进电机转动。当被控对象的行驶速度V₁大于速度上限V_high时，步进电机静止；如果行驶速度V₁介于速度上限V_high与速度下限V_low之间，则控制步进电机反向转动，且转动速度与被控对象行驶加速度a₁的绝对值成正比；如果行驶速度V₁小于速度下限V_low，则系统控制步进电机以一定的速度快速反转；

步骤6，如果低位位置信号没有被触发，且高位位置信号也没有被触发，则根据被控对象的行驶速度V₁控制步进电机的转动；如果此时行驶速度V₁大于速度上限V_high，则系统控制步进电机以一定的速度快速正转；如果行驶速度V₁小于速度下限V_low，则系统控制步进电机以一定的速度快速反转；如果行驶速度V₁小于速度上限V_high，且大于速度下限V_low，此时步进电机转动方向及转动速度由被控对象的行驶加速度a₁决定，当加速度a₁大于0时，说明是加速的过程，则控制步进电机正向转动，步进电机转动速度与加速度a₁的绝对值成正比，当加速度a₁等于0时，保持步进电机静止，当加速度a₁小于0时，说明是减速的过程，则控制步进电机反向转动，步进电机转动速度与加速度a₁的绝对值成正比。