CN108248719A - 车辆平衡系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种车辆平衡系统，车辆平衡系统包括：陀螺系统，设置在车体上，陀螺系统用于调节车体的平衡；重心调节机构，设置在车体上，重心调节机构根据陀螺系统的运行状态调节车体的重心位置。通过本发明提供的技术方案，能够解决现有技术中的在对陀螺系统进行卸载时车体频繁晃动的问题。

Description

车辆平衡系统

技术领域

本发明涉及两轮车平衡技术领域，具体而言，涉及一种车辆平衡系统。

背景技术

目前，两轮汽车是一种车轮前后分布，并依靠内部平衡系统来调整车辆左右平衡的交通工具，由于使用方便而被广泛应用。

现有技术中的两轮汽车，其内部平衡系统主要依靠陀螺系统来调节车辆的左右平衡。陀螺系统包括飞轮、陀螺房、电机和机架，飞轮通过轴承固定在陀螺房内。为了便于理解，规定汽车的行驶方向为X轴，汽车的左右方向为Y轴，汽车的竖直方向为Z轴。并且汽车前进方向为X轴正方向，沿汽车前进方向汽车的左侧为Y轴正方向，汽车的上方为Z轴的正方向。具体的，飞轮可做绕Z轴的旋转运动，陀螺房固定在机架上，并可做绕Y轴的旋转运动。其中，飞轮以Z轴的正方向做旋转运动，当电机带动陀螺房以Y轴正方向旋转运动时，由于陀螺进动效应，则会通过机架输出X轴负方向的力矩，使机架整体朝Y轴正方向偏移。当电机带动陀螺房以Y轴负方向旋转运动时，则会通过机架输出X轴正方向的力矩，并使机架整体朝Y轴负方向偏移。通过电机调整陀螺房的偏移量可调整车辆的左右平衡。由于陀螺房的偏移受空间限制，因此当车辆多次受到同一方向的外力扰动后或受到持续同一外力作用后，陀螺房在达到最大位置后则无法继续抵御外力扰动，则会影响车辆平衡，使车辆发生倾斜，因此需要对陀螺系统进行卸载，使陀螺系统内的陀螺房回到初始位置。

现有技术中在对陀螺系统进行卸载时，例如在当车体受到扰动或外力作用，车体向Y轴负方向偏移时，通过提高电机带动陀螺房向Y轴正方向旋转速度，使机架输出向X轴负方向更大的力矩，进而能够使车体向Y轴负方向偏移的角度比之前减小的更多，直至越过竖直中线而出现向Y轴正方向偏移的情形，当车体平衡时，陀螺房不处于初始平衡位置时，陀螺房仍然会产生力矩，该力矩使得车体会继续运动而偏离平衡位置，这样陀螺力矩和车体重力力矩达到一个动态平衡，如此通过反复调节，能够使车体直立而保持平衡，并且实现了对陀螺系统的卸载。

现有技术中对陀螺系统进行卸载的方式，会使得车体来回摆动，这样会造成驾驶者驾驶不适，影响使用体验。

发明内容

本发明提供一种车辆平衡系统，以解决现有技术中的在对陀螺系统进行卸载时车体频繁晃动的问题。

本发明提供了一种车辆平衡系统，车辆平衡系统包括：陀螺系统，设置在车体上，陀螺系统用于调节车体的平衡；重心调节机构，设置在车体上，重心调节机构根据陀螺系统的运行状态调节车体的重心位置。

进一步地，重心调节机构包括：配重组件，可活动地设置在车体上，配重组件的移动方向与车体的行驶方向具有夹角，配重组件用于调节车体的重心。

进一步地，配重组件包括：配重块；第一驱动机构，与配重块驱动连接，第一驱动机构用于驱动配重块在移动方向上移动。

进一步地，配重组件还包括：第一滑轨，配重块可移动地设置在第一滑轨上，第一驱动机构驱动配重块在第一滑轨上移动。

进一步地，重心调节机构还包括：第一控制器，第一控制器分别与第一驱动机构和陀螺系统电连接，第一控制器根据陀螺系统的转动惯量控制配重块移动。

进一步地，第一控制器根据公式对第一驱动机构进行控制，公式如下：

其中，△I为陀螺系统的转动惯量的增量，T为配重块的移动时间，m为配重块的质量，l为配重块的位移量，第一控制器根据陀螺系统的转动惯量的增量来控制配重块的移动距离和移动时间。

进一步地，配重组件还包括支柱，固定在车体上，配重块可摆动地设置在支柱上，第一驱动机构驱动配重块在支柱上摆动。

进一步地，重心调节机构还包括：第二控制器，第二控制器分别与第一驱动机构和陀螺系统电连接，第二控制器根据陀螺系统的转动惯量控制配重块摆动。

进一步地，重心调节机构包括：第二滑轨，设置在车体上，第二滑轨的长度方向与车体的移动方向具有夹角，陀螺系统可移动的设置在第二滑轨上；第二驱动机构，与陀螺系统驱动连接，通过第二驱动机构驱动陀螺系统在第二滑轨上移动。

进一步地，陀螺系统包括：机架，设置在车体上；陀螺房，可摆动的设置在机架上；飞轮，可转动的设置在陀螺房内，飞轮的转动轴线与陀螺房的摆动轴线相垂直；第一电机，与陀螺房驱动连接，以驱动陀螺房摆动；第二电机，与飞轮驱动连接，以驱动飞轮转动。

应用本发明的技术方案，在车体上设置重心调节机构，在通过陀螺系统使车体受力平衡后，通过重心调节机构调节车体重心的方式来对陀螺系统进行卸载，无需车体进行来回摆动，避免驾驶者产生因车体来回摆动而产生不适，为驾驶者提供更好的驾驶体验。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示出了根据本发明提供的车辆平衡系统的实施例一的结构示意图；

图2示出了陀螺系统的结构示意图；

图3示出了车体倾斜示意图；

图4示出了车辆平衡系统调节车体的状态图；

图5示出了根据本发明提供的车辆平衡系统的实施例二的结构示意图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

10、陀螺系统；11、机架；12、陀螺房；13、飞轮；14、第一电机；20、配重组件；21、配重块；22、第一驱动机构；23、第一滑轨；24、支柱；30、车体。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中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一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

如图1所示，本发明提供的实施例一为一种车辆平衡系统，该车辆平衡系统包括：陀螺系统10和重心调节机构。其中，陀螺系统10设置在车体30上，通过陀螺系统10来调节车体30的平衡。重心调节机构设置在车体30上，重心调节机构根据陀螺系统10的运行状态调节车体30的重心位置。其中，重心调节机构的具体结构可有多种，只要改变车体30的重心位置即可。

陀螺系统10如图2所示，具体地，该陀螺系统10包括：机架11、陀螺房12、飞轮13、第一电机14以及第二电机。其中，机架11设置在车体30上，陀螺房12可摆动的设置在机架11上。飞轮13可转动的设置在陀螺房12内，飞轮13的转动轴线与陀螺房12的摆动轴线相垂直。第一电机14与陀螺房12驱动连接，通过第一电机14来驱动陀螺房12摆动。第二电机与飞轮13驱动连接，通过第二电机来驱动飞轮13转动。第二电机在驱动飞轮13转动的同时，通过第一电机14驱动陀螺房12摆动，利用陀螺的进动效应，即可实现对车体30的调节。

通过本实施例提供的技术方案，在车体30上设置重心调节机构，在通过陀螺系统10使车体30受力平衡后，通过重心调节机构调节车体30重心的方式来对陀螺系统10进行卸载，无需车体进行来回摆动，避免驾驶者产生因车体来回摆动而产生不适，为驾驶者提供更好的驾驶体验。

具体的，在本实施例中，该重心调节机构包括配重组件20，配重组件20可活动地设置在车体30上，配重组件20的移动方向与车体30的行驶方向具有夹角。通过在车体30上设置配重组件20可以调节车体30的重心位置，具体地，由于配重组件20的移动方向与车体30的行驶方向具有夹角，则可通过移动配重组件20，使车体30的重心朝车体的左侧或右侧移动。

其中，配重组件20可以为具有一定重量的任意结构，只要配重组件20能够在车体30上移动并能使车体重心朝左侧或右侧移动即可。并且，在本实施例中，将配重组件20的移动方向设置为与车体30的行驶方向垂直，以保证配重组件20在车体30左右方向的有效位移，提高装置整体的调节效率。

在本实施例中，该配重组件20包括配重块21和第一驱动机构22，第一驱动机构22与配重块21驱动连接，通过第一驱动机构22可驱动配重块21在移动方向上移动，通过移动配重块21以改变车体30的重心位置。

其中，第一驱动机构22可以为油缸、气缸等，将油缸、气缸的驱动端与配重块21连接，从而能够驱动配重块21移动。第一驱动机构22也可设置为电机，电机通过齿轮和齿条配合、螺母和丝杠配合等其它传动结构与配重块21连接，电机通过传动结构驱动配重块21移动。

具体的，该配重组件20还包括第一滑轨23，配重块21可移动地设置在第一滑轨23上，第一驱动机构22驱动配重块21在第一滑轨23上移动。在本实施例中，第一滑轨23沿垂直于车体30的行驶方向设置在车体30上。通过设置第一滑轨23可以对配重块21的移动进行引导，使配重块21平稳移动。当然，也不限于滑轨的形式，也可通过导向槽等其它导向结构来引导配重块21进行移动。

其中，在本实施例中，该重心调节机构还包括第一控制器，第一控制器分别与第一驱动机构22和陀螺系统10电连接，第一控制器根据陀螺系统10的转动惯量控制配重块移动。

具体的，第一控制器可根据公式对第一驱动机构22进行控制，公式具体如下：

其中，△I为陀螺系统10的转动惯量的增量，T为配重块的移动时间，m为配重块的质量，l为配重块的位移量，第一控制器根据陀螺系统10的转动惯量的增量来控制配重块21的移动距离和移动时间。通过该公式控制配重组件20运动，以对陀螺系统10的陀螺房12进行卸载，如此可提高装置调节的准确性。

为了便于理解本发明，参见图3和图4对车辆平衡系统进行描述，其中，配重组件20在图3和图4中未示出，配重组件20的结构可参照图1和图4示出内容。

图3和图4分别示出了车体30在倾斜时的两个角度。其中，X轴为车体30的行驶方向，以车体30的前进方向作为X轴的正方向，Z轴为车体30的高度方向，Y轴为车体30的左右方向。α为车体30与竖直方向的夹角，在本实施例中规定当车体30朝Y轴负方向偏移时α为正值。β为陀螺房12与水平方向的夹角，并规定陀螺房12以Y轴正方向转动时β为正值。

当受到外力扰动使车体30发生倾斜时，在本实施例中车体30朝Y轴负方向偏移，α增大。此时，控制第一电机14以Y轴正方向按照一定的速度旋转，以使陀螺房12转动，转动过程中，β增大。由于陀螺的进动效应，陀螺系统输出与车体30倾斜方向反方向的力矩，从而使车体30的倾角α减小到0，进而使车体30保持平衡。

此时，第一控制器控制第一驱动机构22运作，以通过第一驱动机构22控制配重块21移动。通过配重块21移动来改变整车的重心位置，进而实现对陀螺房12的卸载。具体的，

通过第一驱动机构22带动配重块21向Y轴的正方向运动，将整车的重心改变至Y轴的正方向一侧，通过该方式能够产生X负方向的力矩，这时可减小陀螺系统10输出X轴负方向的力矩，进而可以使β减小直至0，以完成对陀螺房12的卸载，与此同时可以使车辆保持平衡状态。

在本实施例中，第一控制器采用上述公式对第一驱动机构22进行控制。具体的，根据角动量定理，角动量的增量等于角冲量，所以在这一卸载过程中，飞轮13的角动量的增量ΔI＝I*ω1*(1-cosβ)，其中，I为飞轮13的转动惯量，ω1为飞轮13的转速。角动量的增量ΔI其大小应等于配重块21在X轴方向上所产生的力矩对时间的积分，设配重块的质量为m，其在Y轴方向移动的距离为l，则由于卸载后配重块21回到零位，即l＝0，因此配重块21在Y轴方向上的运动，会根据卸载时间、移动距离的要求有所不同，例如：当需要在很短时间内完成卸载时，m*l就需要很大，则配重块21在Y轴方向上的移动的距离就需要很大，相应地移出和返回的速度也需要很大；当所需卸载的时间较长时，那么配重块21在Y轴方向上的移动的距离就会比较小，相应移出和返回的速度也会比较小。

采用上述公式来控制配重块21移动，可以使陀螺系统10的陀螺房12完成卸载的同时，使配重块21也回到原位，即车体30中心位置，如此方便下一次对车体30进行调节，使车体30在行驶过程中更加稳定。

在本发明提供的车辆平衡系统中，对车辆重心调节的结构具有多种，除了上述实施例提供的配重组件外，还具有其它结构。具体的，如图4所示，在本发明提供的又一实施例中，该配重组件20还可以包括支柱24。其中，将支柱24固定在车体30上，配重块21可摆动地设置在支柱24上，通过第一驱动机构22驱动配重块21在支柱24上摆动，通过配重块21摆动的方式调节车辆整体的重心位置。

其中，为了便于准确、快速地完成对陀螺房12的卸载。该重心调节机构还包括第二控制器，第二控制器分别与第一驱动机构22和陀螺系统10电连接，第二控制器根据陀螺系统10的转动惯量控制配重块摆动。

此外，在本发明提供的又一实施例中，该重心调节机构包括：第二滑轨和第二驱动机构。其中，将第二滑轨设置在车体30上，第二滑轨的长度方向与车体30的移动方向具有夹角，陀螺系统10可移动的设置在第二滑轨上。第二驱动机构与陀螺系统10驱动连接，通过第二驱动机构驱动陀螺系统10在第二滑轨上移动。通过移动陀螺系统10也可实现对车辆重心进行调节的功能。

具体的，在本实施例中，也可设置控制器，通过控制器控制第二驱动机构运作，进而完成陀螺系统10在第二滑轨上的移动，实现准确、快速地完成对陀螺房12的卸载。

通过本发明提供的车辆平衡系统，在满足对车辆进行平衡调节的同时，能够通过调节重心的方式，对陀螺房进行卸载，如此避免现有技术中在对陀螺房进行卸载时，需要来回摆动车体的情况出现，提高车辆驾驶的舒适性。

以上所述仅为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。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种车辆平衡系统，其特征在于，所述车辆平衡系统包括：

陀螺系统(10)，设置在车体(30)上，所述陀螺系统(10)用于调节所述车体(30)的平衡；

重心调节机构，设置在所述车体(30)上，所述重心调节机构根据所述陀螺系统(10)的运行状态调节所述车体(30)的重心位置。

2.根据权利要求1所述的车辆平衡系统，其特征在于，所述重心调节机构包括：

配重组件(20)，可活动地设置在所述车体(30)上，所述配重组件(20)的移动方向与所述车体(30)的行驶方向具有夹角，所述配重组件(20)用于调节所述车体(30)的重心。

3.根据权利要求2所述的车辆平衡系统，其特征在于，所述配重组件(20)包括：

配重块(21)；

第一驱动机构(22)，与所述配重块(21)驱动连接，所述第一驱动机构(22)用于驱动所述配重块(21)在所述移动方向上移动。

4.根据权利要求3所述的车辆平衡系统，其特征在于，所述配重组件(20)还包括：

第一滑轨(23)，所述配重块(21)可移动地设置在所述第一滑轨(23)上，所述第一驱动机构(22)驱动所述配重块(21)在所述第一滑轨(23)上移动。

5.根据权利要求4所述的车辆平衡系统，其特征在于，所述重心调节机构还包括：

第一控制器，所述第一控制器分别与所述第一驱动机构(22)和所述陀螺系统(10)电连接，所述第一控制器根据所述陀螺系统(10)的转动惯量控制所述配重块移动。

6.根据权利要求5所述的车辆平衡系统，其特征在于，所述第一控制器根据公式对所述第一驱动机构(22)进行控制，所述公式如下：

其中，△I为所述陀螺系统(10)的转动惯量的增量，T为所述配重块的移动时间，m为所述配重块的质量，l为所述配重块的位移量，所述第一控制器根据所述陀螺系统(10)的转动惯量的增量来控制所述配重块(21)的移动距离和移动时间。

7.根据权利要求3所述的车辆平衡系统，其特征在于，所述配重组件(20)还包括

支柱(24)，固定在所述车体(30)上，所述配重块(21)可摆动地设置在所述支柱(24)上，所述第一驱动机构(22)驱动所述配重块(21)在所述支柱(24)上摆动。

8.根据权利要求7所述的车辆平衡系统，其特征在于，所述重心调节机构还包括：

第二控制器，所述第二控制器分别与所述第一驱动机构(22)和所述陀螺系统(10)电连接，所述第二控制器根据所述陀螺系统(10)的转动惯量控制所述配重块摆动。

9.根据权利要求1所述的车辆平衡系统，其特征在于，所述重心调节机构包括：

第二滑轨，设置在所述车体(30)上，所述第二滑轨的长度方向与所述车体(30)的移动方向具有夹角，所述陀螺系统(10)可移动的设置在所述第二滑轨上；

第二驱动机构，与所述陀螺系统(10)驱动连接，通过所述第二驱动机构驱动所述陀螺系统(10)在所述第二滑轨上移动。

10.根据权利要求1所述的车辆平衡系统，其特征在于，所述陀螺系统(10)包括：

机架(11)，设置在所述车体(30)上；

陀螺房(12)，可摆动的设置在所述机架(11)上；

飞轮(13)，可转动的设置在所述陀螺房(12)内，所述飞轮(13)的转动轴线与所述陀螺房(12)的摆动轴线相垂直；

第一电机(14)，与所述陀螺房(12)驱动连接，以驱动所述陀螺房(12)摆动；

第二电机，与所述飞轮(13)驱动连接，以驱动所述飞轮(13)转动。