CN105905205A - 一种压力控制转向的两轮电动平衡车及其转向控制方式 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种压力控制转向的两轮电动平衡车及其转向控制方式，包括平衡车车架，左踏板，右踏板，左电机，右电机，电池模块和控制系统，并依靠用户两只脚对平衡车体的不同压力值来获取用户的转向意图，然后控制电机以不同转速运动，从而实现转向，保证车子平稳的运行。压力控制转向使得车子的机械结构得以简化，同时车子的体积也有一定减小，用户携带更加便携。

Description

一种压力控制转向的两轮电动平衡车及其转向控制方式

技术领域

本发明涉及一种电动代步工具，具体的说是一种压力控制转向的两轮电动平衡车及其转向控制方式。

背景技术

目前现有的平衡车代步产品有电动独平衡轮车，两轮电动平衡车，两轮电动滑板车。两轮平衡车因其实用性强、娱乐性强、学习方便等特点迅速风靡。两轮电动平衡车又称扭扭车，扭扭车增加中间的机械联轴器，依靠陀螺仪感知左右两侧扭转角度差，从而控制电机转速差，控制转向。这种依靠机械结构的扭转角度差的控制方式，虽然可以实现扭扭车的灵活转向，但是还存在机械结构复杂、速度较快控制不稳的问题，例如：扭转的机械结构系统增加了平衡车的机械结构复杂度，增加了车体的重量和体积；扭转的机械结构系统可以使扭扭车左右两侧扭转，在低速行驶下转向比较灵活，但是增加了在较快速度下行驶的不稳定性，容易产生安全问题。

小米平衡车，NineBot，Segway平衡车，乐行两轮平衡车等，这些车子增加转向把手或者增加腿部转向杆，依靠电位器或者编码器测量用户期望的转向角度，进而控制两台电机的不同转速，实现转向。这种依靠转向杆的转向控制方式，虽然可以实现两轮电动平衡车的灵活转向，并弥补了扭扭车依靠机械结构的扭转角度差控制方式的缺点，但是也同样增加了平衡车的机械结构复杂度，而且在一定程度上增加了车体的重量和体积。

发明内容

为克服上述现有技术存在的不足之处，本发明提出一种压力控制转向的两轮电动平衡车及其转向控制方式，以期降低车身重量和体积的同时，保证车体平衡且稳定行驶。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

本发明一种压力控制转向的两轮电动平衡车的特点包括：平衡车车架，右踏板，左踏板，右轮毂电机，左轮毂电机，电池模块和控制系统；

所述控制系统包括：左电机控制器，右电机控制器，左压力传感器，右压力传感器，陀螺仪传感器，运动控制器；

在所述平衡车车架的两侧分别通过中心轴设置有所述左轮毂电机和右轮毂电机；

在所述平衡车车架上表面的两侧分别设置有所述左踏板和右踏板；

在所述左踏板与所述平衡车车架之间、以及所述右踏板与所述平衡车车架之间分别设置有所述左压力传感器和右压力传感器；

在所述平衡车车架的内部设置有所述电池模块、左电机控制器、右电机控制器、陀螺仪传感器和运动控制器；

所述运动控制器通过所述陀螺仪传感器采集车身的俯仰角度信号，并分别传递给所述左电机控制器和右电机控制器，用于驱动所述右轮毂电机和左轮毂电机前进或后退并同时保持车体平衡；并通过所述左压力传感器或右压力传感器获取压力信号，用于控制车体的转向；所述电池模块用于为车体供电。

本发明所述的两轮电动平衡车的特点也在于：

在所述左踏板与左压力传感器之间、以及所述右踏板和右压力传感器之间，分别设置有弹性薄片钢板。

所述左、右压力传感器也可以为左、右压力触点开关。

本发明一种压力控制转向的两轮电动平衡车的转向控制方式的特点是按如下步骤进行：

步骤1、所述运动控制器通过所述左压力传感器或右压力传感器分别采集所述左踏板的左压力值和右踏板上的右压力值；

步骤2、所述运动控制器判断所述左压力值是否等于右压力值；若等于，则表示车体处于直线运行模式，并控制所述左轮毂电机和右轮毂电机的转速相同，从而控制车体直线行驶；若不等于，则判断所述左压力值是否大于右压力值；若大于，则表示所述车体处于左转运行模式，并控制所述左轮毂电机的转速小于所述右轮毂电机的转速，从而控制车体的左转行驶；否则，表示所述车体处于右转运行模式，并控制所述左轮毂电机的转速大于所述右轮毂电机的转速，从而控制车体的右转行驶。

与已有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明压力控制转向的两轮电动平衡车，可以通过感知人体重力变化控制车子转向，并保证车体平衡且稳定。

2、本发明的两轮电动平衡车转向控制方式，通过采用左右两侧压力传感器采集压力信号，通过控制器分配转速实现车体的平衡稳定，并实现灵活转向，克服了现有的平衡车依靠机械结构的扭转角度差的控制方式和依靠转向杆的转向控制方式控制不稳定和机械结构复杂的问题。

3、本发明设计的压力转向控制方式大大增加了系统的安全性和稳定性，依靠转向时内侧压力大于外侧压力的原理，并依靠压力传感器采集信号识别转向意图，从而实现了车体转向，这种方式既能准确获取驾驶意图，又能保证驾驶安全，保证车子平稳的运行。

4、本发明设计的压力转向控制系统结构简单，大大减小了整车的体积和重量，使用户携带更加方便。

附图说明

图1为本发明的一种压力控制转向的两轮电动平衡车的外观示意图；

图2为本发明的两轮电动平衡车的内部结构示意图；

图3为本发明的两轮电动平衡车的其中一侧压力传感器、踏板的和车架的安装示意图；

图4为本发明的两轮电动平衡车的控制系统结构示意图；

图中标号：1平衡车车架；2右踏板；3左踏板；4右轮毂电机；5左轮毂电机；6电池模块；11运动控制器；12陀螺仪传感器；13左压力传感器；14右压力传感器；15左电机控制器；16右电机控制器；18弹性薄片钢板。

具体实施方式

如图1、图2所示，一种压力控制转向的两轮电动平衡车包括：平衡车车架1，右踏板2，左踏板3，右轮毂电机4，左轮毂电机5，电池模块6和控制系统；

控制系统包括：左电机控制器15，右电机控制器16，左压力传感器13，右压力传感器14，陀螺仪传感器12，运动控制器11；

在平衡车车架1的两侧分别通过中心轴设置有左轮毂电机5和右轮毂电机4；作为优选左轮毂电机5和右轮毂电机4选择5寸36V的永磁无刷直流轮毂电机，根据需要可以选择其他直径尺寸或者功率等级的轮毂电机。轮毂电机功能通过法兰直接固定在车架1上。

平衡车车架1上表面的两侧分别设置有左踏板3和右踏板2；作为优选，左踏板和右踏板采用橡胶材料加工，可以增加摩擦力。

左踏板3与平衡车车架1之间、以及右踏板2与平衡车车架1之间分别设置有左压力传感器13和右压力传感器14；左压力传感器13和右压力传感器14选择应变式压力传感器或者压力触点开关，本实施例中选择应变式压力传感器。压力传感器用于采集人体对平衡车架的压力值，并将压力值作为转向控制信号。

在平衡车车架1的内部设置有电池模块6、左电机控制器15、右电机控制器16、陀螺仪传感器12和运动控制器11；电机控制器用于控制轮毂电机，作为优选，左电机控制器15和右电机控制器16选择同样的型号电机控制器，本实施例中选择300w的永磁无刷直流电机控制器。陀螺仪传感器12用于测量车架的俯仰角度，作为优选，陀螺仪传感器12，采用MPU6050陀螺仪传感器，该传感器应用广泛，成本较低，采用贴片焊接的方式水平安装在运动控制板11上。

运动控制器11通过陀螺仪传感器12采集车身的俯仰角度信号，并分别传递给左电机控制器15和右电机控制器16，用于驱动右轮毂电机4和左轮毂电机5前进或后退并同时保持车体平衡；并通过左压力传感器13或右压力传感器14获取压力信号，用于控制车体的转向。

控制系统结构示意图如图4所示。陀螺仪传感器12通过I2C通信方式向运动控制器11发送俯仰角度信号，左压力传感器13或右压力传感器14模拟电压信号输出给运动控制器11的AD采样通道，运动控制器11输出两路PWM信号分别控制左轮毂电机5和右轮毂电机4，具体地通过调节PWM信号的占空比来调整电机的转速，占空比越高转速越快。

电池模块6用于提供整车的供电电源，作为优选，电池模块6选择三星的18650锂离子电池组，电池组电压36V，6Ah。根据不同的工作电压需求可以设计成不同的电压等级电池组，如48V或者60V等。

骑行时，骑行者左脚，右脚分别踏在左踏板3，右踏板2上，并保持站立姿势，通过身体的前倾、后倾，分别控制车架的前倾、后倾，从而控制平衡车的前进，倒退；作为优选平衡控制采用传统经典的PID控制方法。

具体实施中，两轮电动平衡车的左踏板3与左压力传感器13之间、以及右踏板2和右压力传感器14之间，分别设置有弹性薄片钢板18，如图3所示。弹性薄片钢板，具有一定的弹性和刚度，能够准确稳定的反应出人体脚部对车体的压力变化。以左侧的压力传感器安装作为实例，的应变式压力传感器安装方式如图3。压力传感器13安装在车架1的凹坑内，为保证压力采集稳定，采用弹性薄片钢板18覆盖在压力传感器13上，同时采用螺钉将弹性薄片钢板18固定在车架1上。左踏板3覆盖在弹性薄片钢板18之上，使用粘性胶水粘接。

本实施例中，一种压力控制转向的两轮电动平衡车的转向控制方式是按如下步骤进行：

步骤1、运动控制器11通过左压力传感器13或右压力传感器14分别采集左踏板3的左压力值和右踏板2上的右压力值；

步骤2、运动控制器11判断左压力值是否等于右压力值；若等于，则表示车体处于直线运行模式，并控制左轮毂电机5和右轮毂电机4的转速相同，从而控制车体直线行驶；若不等于，则判断左压力值是否大于右压力值；若大于，则表示车体处于左转运行模式，并控制左轮毂电机5的转速小于右轮毂电机4的转速，从而控制车体的左转行驶；否则，表示车体处于右转运行模式，并控制左轮毂电机5的转速大于右轮毂电机4的转速，从而控制车体的右转行驶。

Claims (4)

1.一种压力控制转向的两轮电动平衡车，其特征是包括：平衡车车架(1)，右踏板(2)，左踏板(3)，右轮毂电机(4)，左轮毂电机(5)，电池模块(6)和控制系统；

所述控制系统包括：左电机控制器(15)，右电机控制器(16)，左压力传感器(13)，右压力传感器(14)，陀螺仪传感器(12)，运动控制器(11)；

在所述平衡车车架(1)的两侧分别通过中心轴设置有所述左轮毂电机(5)和右轮毂电机(4)；

在所述平衡车车架(1)上表面的两侧分别设置有所述左踏板(3)和右踏板(2)；

在所述左踏板(3)与所述平衡车车架(1)之间、以及所述右踏板(2)与所述平衡车车架(1)之间分别设置有所述左压力传感器(13)和右压力传感器(14)；

在所述平衡车车架(1)的内部设置有所述电池模块(6)、左电机控制器(15)、右电机控制器(16)、陀螺仪传感器(12)和运动控制器(11)；

所述运动控制器(11)通过所述陀螺仪传感器(12)采集车身的俯仰角度信号，并分别传递给所述左电机控制器(15)和右电机控制器(16)，用于驱动所述右轮毂电机(4)和左轮毂电机(5)前进或后退并同时保持车体平衡；并通过所述左压力传感器(13)或右压力传感器(14)获取压力信号，用于控制车体的转向；所述电池模块(6)用于为车体供电。

2.根据权利要求1所述的两轮电动平衡车，其特征是，在所述左踏板(3)与左压力传感器(13)之间、以及所述右踏板(2)和右压力传感器(14)之间，分别设置有弹性薄片钢板(18)。

3.根据权利要求1所述的两轮电动平衡车，其特征是，所述左、右压力传感器也可以为左、右压力触点开关。

4.一种利用权利要求1所述的压力控制转向的两轮电动平衡车的转向控制方式，其特征是按如下步骤进行：

步骤1、所述运动控制器(11)通过所述左压力传感器(13)或右压力传感器(14)分别采集所述左踏板(3)的左压力值和右踏板(2)上的右压力值；

步骤2、所述运动控制器(11)判断所述左压力值是否等于右压力值；若等于，则表示车体处于直线运行模式，并控制所述左轮毂电机(5)和右轮毂电机(4)的转速相同，从而控制车体直线行驶；若不等于，则判断所述左压力值是否大于右压力值；若大于，则表示所述车体处于左转运行模式，并控制所述左轮毂电机(5)的转速小于所述右轮毂电机(4)的转速，从而控制车体的左转行驶；否则，表示所述车体处于右转运行模式，并控制所述左轮毂电机(5)的转速大于所述右轮毂电机(4)的转速，从而控制车体的右转行驶。