CN106168781B - 电动车安全控制装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种电动车安全控制装置，包括直流稳压电路、倾斜检测电路、坐垫检测电路、脚撑检测电路、检测信号比较电路、单片机电路和继电器电路，其中直流稳压电路为其他各电路提供直流稳压电源，倾斜检测电路、坐垫检测电路和脚撑检测电路的输出端接入检测信号比较电路进行比较，比较结果输入单片机电路，单片机电路连接继电器电路对其开关状态进行控制，由继电器电路的输出端接入电动车的刹车信号线路中，进而对电动车进行控制。通过在电动车上安装此装置，当在电动车侧向倾斜或倾倒时、人离开坐垫时或脚撑未收起时，该装置能使电动车转把功能失效，电动车自动断电，如电动车尚在运行状态中，还能自动进行辅助刹车制动。

Description

电动车安全控制装置
技术领域
本发明涉及一种安全控制装置，具体是一种在电动车侧向倾斜或倾倒时、人离开坐垫时或脚撑未收起时能自动启动的安全控制装置，属于电动车自行车创新安全配件应用技术领域，此处的电动车特指电动自行车或电动摩托车。
背景技术
随着社会的发展，城市交通的拥堵现象越来越严重，灵活轻便和节能环保的电动车越来越得到人们的青睐，目前电动车已成为很多人上下班以及其他活动的重要代步工具，人们对电动车的安全性能的要求也越来越高。然而由于现有电动车仍然存在下述几个较为明显的安全隐患，使人们在使用电动车的过程中，一不小心就会引发事故：
（1）、当发生事故造成电动车倾斜或倾倒时，骑车人控制电动车调速转把的手往往不能及时松开，甚至还会下意识的握紧手把，使电动车在倾倒时仍然保持驱动甚至加速的状态，这样会导致骑车人对电动车的失控，很容易对骑车人造成二次伤害。
（2）、在日常驾驶电动车时，人们有时会在没有关闭电门的情况下就下车，或是要骑车时在还没有坐稳的情况下就打开电门，此时人去扶转把，很容易误扭到转把，或者大人独自将儿童留在车上，儿童因好奇而模仿大人的扭转转把的动作，使得电动车在没有人坐上或者坐稳的情况下就开动，导致车辆失控，造成事故。
（3）、在日常驾驶电动车时，人们停车时将电动车的脚撑放下后，有时会忘了将脚撑收起就重新启动，这种情况下，行驶中的电动车很容易使脚撑碰到地面，导致车辆失衡，造成事故。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种电动车安全控制装置，通过在电动车上安装此装置，当在电动车侧向倾斜或倾倒时、人离开坐垫时或脚撑未收起时，该装置能使电动车转把功能失效，电动车自动断电，如电动车尚在运行状态中，还能自动对电动车进行辅助刹车制动，使电动车能迅速减速。
现有电动车控制器都具有刹车自动断电功能，刹车信号线接通后，控制器获得刹车信号，会自动断电使转把功能失效。另外，为了增强电动车的制动性能，目前市面上的控制器大多加入了刹车电磁辅助制动功能，即电动车刹车断电后，当电动车滑行时，控制器控制输出级桥臂短接电机绕组，由此产生电磁阻转力矩，能达到快速制动电机的目的，因此对于控制器具有刹车电磁辅助制动功能的电动车，只要接通刹车信号线，既可实现自动断电功能，又能自动进行辅助刹车制动。
本发明所采取的具体技术方案如下：
一种电动车安全控制装置，其电路包括直流稳压电路、倾斜检测电路、坐垫检测电路、脚撑检测电路、检测信号比较电路、单片机电路和继电器电路，其中直流稳压电路为其他各电路提供直流稳压电源，倾斜检测电路、坐垫检测电路和脚撑检测电路的输出端接入检测信号比较电路进行比较，比较结果输入单片机电路，单片机电路连接继电器电路对其开关状态进行控制，由继电器电路的输出端接入电动车的刹车信号线路中，进而对电动车进行控制。
所述倾斜检测电路采用三轴加速度模块构建，三轴加速度模块将电动车车身倾斜角度的电压信号向外输出至检测信号比较电路。所述三轴加速度模块可采用ADXL335模块。
所述坐垫检测电路包括压力感应传感器和延时滤波电路，其中压力感应传感器将电动车坐垫压力转换为电压信号，电压信号经延时滤波电路延时滤波后向外输出至检测信号比较电路。所述压力感应传感器可采用SBR传感器或BF350箔式电阻应变片。
所述脚撑检测电路包括霍尔传感器和磁铁，由磁铁靠近或者远离霍尔传感器对电动车脚撑进行感应，其输出信号向外输出至检测信号比较电路。所述霍尔传感器采用A3144模块。
所述检测信号比较电路采用电压比较器进行构建，电压比较器电路分别对倾斜检测电路、坐垫检测电路和脚撑检测电路传输过来的信号和设定的比较电压进行比较，并将比较结果分别输出至单片机电路。所述电压比较器采用LM339电压比较器。
所述单片机电路采用STC15系列单片机。所述继电器电路采用HK4100继电器，由单片机根据检测信号比较电路的比较结果进行运算后，通过其输出端控制继电器触点开关的开关状态，继电器的触点开关作为本安全控制装置的输出端。
本电动车安全控制装置使用时加装在电动车的原有电路上，电动车打开电门锁通电后，本安全控制装置的各检测电路自动进入实时检测状态，当倾斜检测电路检测到车身侧向倾斜大于等于25°达到危险倾斜程度时，或当坐垫检测电路检测到骑车人离开坐垫时，或当脚撑检测电路检测到脚撑尚未收起时，单片机电路控制继电器自动吸合，从而使刹车信号线路接通，控制器自动将转把调速信号线路断开，转把功能自动失效，电动车停止驱动，如电动车尚在运行状态中，还能自动进行辅助刹车制动。另外由于各检测电路都设有延时输出电路以及智能优化的单片机程序，能有效减少因颠簸和震动产生的误判，因此本安全装置稳定性高，抗冲击能力强。而且通过单片机程序优化处理倾斜检测信号，其一旦触发后，会使继电器保持吸合的锁止状态，只有在电动车车身扶正且骑车人坐上坐垫并收起脚撑后，把电门锁关闭再打开，才能取消锁止状态，恢复正常，从而保证了使电动车在归位过程中即使扭到转把也不会有危险，增加了电动车的使用安全性。
附图说明
图1为本安全控制装置的电路模块连接图。
图2为直流稳压电路的电路图。
图3为倾斜检测电路的电路图。
图4为坐垫检测电路的电路图。
图5为脚撑检测电路的电路图。
图6为检测信号比较电路的电路图。
图7为单片机电路的电路图。
图8为继电器电路。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明。
如图1所示，本电动车安全控制装置的电路包括直流稳压电路、倾斜检测电路、坐垫检测电路、脚撑检测电路、检测信号比较电路、单片机电路和继电器电路，其中直流稳压电路为其他各电路提供直流稳压电源，倾斜检测电路、坐垫检测电路和脚撑检测电路的输出端接入检测信号比较电路进行比较，比较结果输入单片机电路，单片机电路连接继电器电路对其开关状态进行控制，由继电器电路的输出端接入电动车的刹车信号线路中，进而对电动车进行控制。
所述直流稳压电路分别为倾斜检测电路、坐垫检测电路、脚撑检测电路、检测信号比较电路、单片机电路和继电器电路提供+5V、+3.3V电源，其中+5V电源可以直接采用电动车转把的+5V电源，也可以如图2所示从电动车原电路中取12V～70V直流电源经XL7005直流降压芯片U1变换而来；+3.3V电源采用+5V电源经ME6206三端稳压芯片U2变换而来。
所述倾斜检测电路采用ADXL335三轴加速度模块U3构建，如图3所示，模块U3的14、15脚接+3.3V电源，3、5、6、7脚接地，模块U3的10脚为Y轴电压输出端QY，其经电容C5接地，并输出至检测信号比较电路。使用时三轴加速度模块的正面朝上，使Z轴垂直朝上，X轴为电动车行进方向，Y轴垂直电动车车身，以三轴加速度模块的Y轴的倾斜角度对应车身的倾斜角度，当Y轴倾斜角度为-90°～+90°时，三轴加速度模块的Y轴电压输出端QY的电压变化范围是0.99V～2.09V，在0°水平放置时，QY的电压为1.65V，向左倾斜则电压减小，向右倾斜则电压增加。
所述坐垫检测电路包括压力感应传感器和延时滤波电路，如图4所示，所述压力感应传感器采用SBR传感器U4，传感器U4的1脚接+5V电源，2脚接电容C26的正极和电阻R43的一端，电容C26的负极接地，电阻R43的另一端为输出端ZD，输出至检测信号比较电路，电容C26和电阻R43组成延时滤波电路。使用时将压力感应传感器U4粘贴在坐垫皮套下的海绵垫上，以检测坐垫的压力。
所述脚撑检测电路包括霍尔传感器和磁铁，由磁铁靠近或者远离霍尔传感器对电动车脚撑进行感应；如图5所示，所述霍尔传感器采用A3144霍尔传感器U5，霍尔传感器U5的1脚连接+5V电源，2脚接地，3脚为输出端jc，输出至检测信号比较电路。
所述检测信号比较电路采用LM339电压比较器U6进行构建，如图6所示，倾斜检测电路的Y轴电压输出端QY接入电压比较器U6的5脚和6脚，+3.3V电源依次串接电阻R15和R28后接地，电阻R15和R28之间的连接线上设有支路接入电压比较器U6的4脚以提供倾斜低位门限电压；+3.3V电源依次串接电阻R16和R29后接地，电阻R16和R29之间的连接线上设有支路接入电压比较器U6的7脚以提供倾斜高位门限电压；坐垫检测电路的输出端ZD接入电压比较器U6的11脚，+3.3V电源依次串接电阻R41和R42后接地，电阻R41和R42之间的连接线上设有支路接入电压比较器U6的10脚以提供坐垫比较电压；脚撑检测电路的输出端jc接入电压比较器U6的9脚，+3.3V电源依次串接电阻R39和R40后接地，电阻R39和R40之间的连接线上设有支路接入电压比较器U6的8脚以提供脚撑比较电压；电压比较器U6的3脚接+5V电源，12脚接地，1脚和2脚相连接；+5V电源串接电阻R36后接入电压比较器U6的2脚，+5V电源串接电阻R37后接入电压比较器U6的14脚，+5V电源串接电阻R38后接入电压比较器U6的13脚，电压比较器U6的13脚、14脚、1脚分别作为输出端P3.3、P3.4、P3.5输出至单片机电路。
所述单片机电路采用STC15系列单片机U7构建，单片机U7的2脚接+5V电源，4脚接地，8脚、1脚、3脚分别接检测信号比较电路的输出端P3.3、P3.4、P3.5，+5V电源串接电阻R3后接入单片机U7的7脚，单片机U7的7脚作为输出端P3.2输出至继电器电路。
所述继电器电路采用HK4100继电器RL1进行构建，+5V电源接继电器RL1的线圈的一端和二极管D7的负极，继电器RL1的线圈的另一端和二极管D7的正极接三级管Q2的集电极，三极管Q2的基极接电阻R14的一端，电阻R14的另一端接单片机电路的输出端P3.2，三极管Q2的发射极接地，继电器RL1的一组常开触点开关作为本安全控制装置的输出端。
本安全控制装置使用时将继电器RL1的常开触点开关输出端1、2并联在电动车刹把的常开开关上。电动车打开电门锁通电后，本安全控制装置的各检测电路自动进入实时检测状态。
当电动车车身向左或向右倾斜小于25°时，倾斜检测电路的三轴加速度模块的Y轴电压输出没有超出检测信号比较电路设定的倾斜高、低门限电压范围，电压比较器U6的1脚和2脚并联输出端输出高电平；当电动车车身向左或向右倾斜大于等于25°时，倾斜检测电路的三轴加速度模块的Y轴电压输出超出检测信号比较电路设定的倾斜高、低门限电压范围，电压比较器U6的1脚和2脚并联输出端输出低电平。
当电动车的坐垫上有人坐时，安装在坐垫里的压力感应传感器U4受到压迫，将压力信号转变成高电平电压信号，高电压信号输出到延时滤波电路，经过电容C26和电阻R43延时滤波后，输入电压比较器U6的11脚，电压比较器U6的13脚输出高电平；当人离开坐垫时，压力感应传感器U4没有受到压迫，输出低电平信号到电压比较器U6的11脚，电压比较器U6的13脚输出低电平。
当电动车的脚撑收起时，脚撑检测电路的磁铁远离霍尔传感器U6，霍尔传感器U5的3脚输出高电平，输入电压比较器U6的9脚，电压比较器U6的14脚输出高电平；当电动车的脚撑放下时，脚撑检测电路的磁铁靠近霍尔传感器U5，霍尔传感器U5的3脚输出低电平，输入电压比较器U6的9脚，电压比较器U6的14脚输出低电平。
当单片机U7的1脚、3脚、8脚均输入为高电平时，单片机U7的7脚输出低电平，三极管Q2截止，继电器RL1不吸合，刹车信号线路断开，电动车正常行驶；当单片机U7的1脚、3脚、8脚任一项输入为低电平时，单片机U7的7脚输出高电平，三极管Q2导通，继电器RL1吸合，刹车信号线路接通，控制器获得刹车信号，会使转把功能失效，电动车停止驱动，如电动车尚在运行状态中，还能自动进行辅助刹车制动。当单片机U7的3脚一旦检测到低电平后，单片机U7的7脚一直输出高电平，继电器RL1会一直保持吸合状态，只有在电动车车身扶正且骑车人坐上坐垫并收起脚撑后，把电门锁关闭再打开，才能取消锁止状态，恢复正常，从而保证了使电动车在归位过程中即使扭到转把也不会有危险，增加了电动车的使用安全性。
另外，也可以将本安全控制装置的继电器RL1的常闭触点开关输出端1、3串接在电动车转把调速信号线上，继电器RL1的常开触点开关输出端1、2不接入刹车信号线路，此时本安全控制装置触发后，电动车也可以实现自动断电停止驱动的功能，但不能自动进行辅助刹车制动。

Claims (2)

1.一种电动车安全控制装置，其特征是：其电路包括直流稳压电路、倾斜检测电路、坐垫检测电路、脚撑检测电路、检测信号比较电路、单片机电路和继电器电路，其中直流稳压电路为其他各电路提供直流稳压电源，倾斜检测电路、坐垫检测电路和脚撑检测电路的输出端接入检测信号比较电路进行比较，比较结果输入单片机电路，单片机电路连接继电器电路对其开关状态进行控制，由继电器电路的输出端接入电动车的刹车信号线路中，进而对电动车进行控制；
所述倾斜检测电路采用三轴加速度模块构建，三轴加速度模块将电动车车身倾斜角度的电压信号向外输出至检测信号比较电路；
所述坐垫检测电路包括压力感应传感器和延时滤波电路，其中压力感应传感器将电动车坐垫压力转换为电压信号，电压信号经延时滤波电路延时滤波后向外输出至检测信号比较电路；
所述脚撑检测电路包括霍尔传感器和磁铁，由磁铁靠近或者远离霍尔传感器对电动车脚撑进行感应，其输出信号向外输出至检测信号比较电路；
所述检测信号比较电路采用电压比较器进行构建，电压比较器电路分别对倾斜检测电路、坐垫检测电路和脚撑检测电路传输过来的信号和设定的比较电压进行比较，并将比较结果分别输出至单片机电路；
所述单片机电路和继电器电路中，由单片机根据检测信号比较电路的比较结果进行运算后，通过其输出端控制继电器触点开关的开关状态，继电器的触点开关作为本安全控制装置的输出端；
所述倾斜检测电路采用ADXL335三轴加速度模块U3构建，模块U3的14、15脚接+3.3V电源，3、5、6、7脚接地，模块U3的10脚为Y轴电压输出端QY，其经电容C5接地，并输出至检测信号比较电路；
所述坐垫检测电路包括压力感应传感器和延时滤波电路，所述压力感应传感器采用SBR传感器U4，传感器U4的1脚接+5V电源，2脚接电容C26的正极和电阻R43的一端，电容C26的负极接地，电阻R43的另一端为输出端ZD，输出至检测信号比较电路，电容C26和电阻R43组成延时滤波电路；
所述脚撑检测电路包括霍尔传感器和磁铁，由磁铁靠近或者远离霍尔传感器对电动车脚撑进行感应；所述霍尔传感器采用A3144霍尔传感器U5，霍尔传感器U5的1脚连接+5V电源，2脚接地，3脚为输出端jc，输出至检测信号比较电路；
所述检测信号比较电路采用LM339电压比较器U6进行构建，倾斜检测电路的Y轴电压输出端QY接入电压比较器U6的5脚和6脚，+3.3V电源依次串接电阻R15和R28后接地，电阻R15和R28之间的连接线上设有支路接入电压比较器U6的4脚以提供倾斜低位门限电压；+3.3V电源依次串接电阻R16和R29后接地，电阻R16和R29之间的连接线上设有支路接入电压比较器U6的7脚以提供倾斜高位门限电压；坐垫检测电路的输出端ZD接入电压比较器U6的11脚，+3.3V电源依次串接电阻R41和R42后接地，电阻R41和R42之间的连接线上设有支路接入电压比较器U6的10脚以提供坐垫比较电压；脚撑检测电路的输出端jc接入电压比较器U6的9脚，+3.3V电源依次串接电阻R39和R40后接地，电阻R39和R40之间的连接线上设有支路接入电压比较器U6的8脚以提供脚撑比较电压；电压比较器U6的3脚接+5V电源，12脚接地，1脚和2脚相连接；+5V电源串接电阻R36后接入电压比较器U6的2脚，+5V电源串接电阻R37后接入电压比较器U6的14脚，+5V电源串接电阻R38后接入电压比较器U6的13脚，电压比较器U6的13脚、14脚、1脚分别作为输出端P3.3、P3.4、P3.5输出至单片机电路；
所述单片机电路采用STC15系列单片机U7构建，单片机U7的2脚接+5V电源，4脚接地，8脚、1脚、3脚分别接检测信号比较电路的输出端P3.3、P3.4、P3.5，+5V电源串接电阻R3后接入单片机U7的7脚，单片机U7的7脚作为输出端P3.2输出至继电器电路；
所述继电器电路采用HK4100继电器RL1进行构建，+5V电源接继电器RL1的线圈的一端和二极管D7的负极，继电器RL1的线圈的另一端和二极管D7的正极接三级管Q2的集电极，三极管Q2的基极接电阻R14的一端，电阻R14的另一端接单片机电路的输出端P3.2，三极管Q2的发射极接地，继电器RL1的一组常开触点开关作为本安全控制装置的输出端。
2.根据权利要求1所述的安全控制装置，其特征是：所述直流稳压电路分别为倾斜检测电路、坐垫检测电路、脚撑检测电路、检测信号比较电路、单片机电路和继电器电路提供+5V、+3.3V电源，其中+5V电源从电动车原电路中取12V～70V直流电源经XL7005直流降压芯片U1变换而来；+3.3V电源采用+5V电源经ME6206三端稳压芯片U2变换而来。
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