CN108341001A - 两轮车辆平衡系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种两轮车辆平衡系统，该车辆平衡系统包括：辅助支撑件，辅助支撑件在车辆停止时降落，在车辆行驶时升起；陀螺系统，设置在车架上，陀螺系统用于调节所述车辆的平衡；配重组件，设置在所述车辆上，与辅助支撑件连接，配重组件根据所述陀螺系统的运行状态调节所述车辆的重心位置。通过本发明的技术方案，既能够避免陀螺卸载时车辆需要进行来回摆动，又不需要额外增加明显的空间和重量设计要求，为驾驶者提供更好的驾驶体验。即在不减弱车辆设计指标要求的前提下保证驾驶者的驾驶舒适性。

Description

两轮车辆平衡系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及两轮车平衡技术领域，具体而言，涉及一种利用辅助支撑件实现车辆静态平衡和动态车身稳定的系统。

背景技术

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。

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、陀螺房和电机，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，例如在当车辆受到扰动或外力作用，车辆向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，进而能够使车辆向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，当车辆平衡时，陀螺房不处于初始平衡位置时，陀螺房仍然会产生力矩，该力矩使得车辆会继续运动而偏离平衡位置，这样陀螺力矩和车辆重力力矩达到一个动态平衡，如此通过反复调节，能够使车辆直立而保持平衡，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，会使得车辆来回摆动，这样会造成驾驶者驾驶不适，影响使用体验。

目前其它解决车辆来回摆动一般均采用增加额外的部件，一方面需要占用额外空间，另一方面需要增加额外重量，这样的结构特征在车辆设计上不是我们所期望的。

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辆频繁晃动问题并且解决现有技术中需要明显额外增加车辆体积和重量去解决车辆频繁晃动的问题。

本发明提供了一种车辆平衡系统，车辆平衡系统包括：辅助支撑件，所述辅助支撑件在车辆停止时降落，在车辆行驶时升起；陀螺系统，设置在车辆上，所述陀螺系统用于调节所述车辆的平衡；配重组件，设置在所述车辆上，与所述辅助支撑件连接，所述配重组件根据所述陀螺系统的运行状态调节所述车辆的重心位置。

进一步地，车辆平衡系统还包括滑轨，所述滑轨用于承载配重组件，为配重组件移动提供运行轨道。

进一步地，所述配重组件包括：第一滑块；第一驱动机构，与所述滑块驱动连接，所述第一驱动机构用于驱动所述滑块在所述滑轨方向上移动。

进一步地，所述配重组件还包括：第二滑块；第二驱动机构，与所述滑块驱动连接，所述第一驱动机构用于驱动所述滑块在所述滑轨方向上移动。

进一步地，所述配重组件还包括：第一控制器，所述第一控制器与所述第一驱动机构电连接，所述第一控制器根据所述陀螺系统运动状态和车辆状态控制所述滑块移动。

进一步地，所述配重组件包括：第二控制器，所述第二控制器与所述第一驱动机构和第二驱动机构电连接，所述控制器根据所述陀螺系统运动状态和车辆状态控制所述滑块移动。

进一步地，所述配重组件包括：两个控制器，其中一个控制器与所述第一驱动机构电连接，另外一个控制器与所述第二驱动机构电连接。

进一步地，所述配重组件包括伸缩机构，与所述辅助支撑件连接，能够带动辅助支撑件做水平和垂直运动；驱动机构，与所述伸缩机构驱动连接，所述驱动机构用于驱动所述伸缩机构在重心调节的方向上运动。

本发明实施例提供了一种车辆平衡系统控制方法，所述车辆平衡系统为权利要求1至7中任一项所述车辆平衡系统，所述滑块的初始位置为滑块上离滑块方向与车纵轴交点最远点，该初始位置是滑块的默认位置，默认位置即除了需要重心调节必须离开该处外其它所有时刻的位置。

进一步地，所述辅助支撑件在所述滑块处于初始位置时执行升起降落动作。

应用本发明的技术方案，利用辅助支撑件及相应配重的移动来调节车辆重心，既避免陀螺卸载时车辆需要进行来回摆动，又不需要额外增加明显的空间和重量设计要求，为驾驶者提供更好的驾驶体验。即在不减弱车辆设计指标要求的前提下保证驾驶者的驾驶舒适性。

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示出了根据本发明实施例提供的平衡系统横向剖面结构示意图；

图2示出了根据本发明实施例提供的平衡系统俯视结构示意图；

图3示出了根据本发明实施例提供的辅助支撑件处于升起状态示意图;

图4示出了根据本发明实施例提供的辅助支撑件处于降落状态示意图。

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。

本发明实施例提供了一种车辆平衡系统，该车辆平衡系统包括支辅助支撑件，所述辅助支撑件在车辆停止时降落，在车辆行驶时升起；陀螺系统，设置在车辆上，所述陀螺系统用于调节所述车辆的平衡；配重组件，设置在所述车辆上，与所述辅助支撑件连接，所述配重组件根据所述陀螺系统的运行状态调节所述车辆的重心位置。

辅助支撑件一方面起到车辆停止时稳定车辆的作用，另一方面与配重组件连接，和配重组件一起根据陀螺系统和车辆的状态尽可能保证车身直立的情况下实现车辆重心位置的调整，提高用户的驾驶舒适性。

具体的，如图1和图2所示根据权利要求1所述的车辆平衡系统，所述车辆平衡系统还包括滑轨，所述滑轨用于承载配重组件，为配重组件移动提供运行轨道。

所述滑轨与车辆行驶方向形成夹角，可以是90度也可以是其它角度。

具体的，所述配重组件包括：第一滑块；第一驱动机构，与所述滑块驱动连接，所述第一驱动机构用于驱动所述滑块在所述滑轨方向上移动。

第一滑轨、第一滑块及第一驱动机构构成第一套配重组件，根据需要配置不同重量的滑块，重量越大的滑块调节重心的力度越大。

具体的，所述配重组件还包括第二滑轨、第二滑块、第二驱动机构，第二驱动机构与所述滑块驱动连接，所述第二驱动机构用于驱动所述滑块在所述滑轨方向上移动。

第二滑轨、第二滑块及第二驱动机构构成第二套配重组件，两套配重组件对称布置，两套配重组件在结构上完全独立，每一个滑块带动一个支撑件，假定第一配重组件连接车辆左侧支撑件，第二配重组件连接车辆右侧支撑件，则当第一滑块运动时只带动左侧支撑件运动，当第二滑块运动时只带动右侧支撑件运动。

具体的，所述配重组件还包括控制器，所述控制器与所述第一驱动机构电连接，所述第一控制器根据所述陀螺系统运动状态和车辆状态控制所述滑块移动。

控制器控制滑块如何运动，根据内部指令控制滑块的运动距离和运动速度。

具体的，如果有两套配重组件，配重组件可以由同一个控制器控制，所述控制器与所述第一驱动机构和第二驱动机构电连接，所述控制器根据所述陀螺系统运动状态和车辆状态控制所述滑块移动。

由同一个控制器控制两个驱动机构，两个驱动机构控制滑块动作，两个滑块可以单独动作，也可以同时动作。

具体的，如果有两套配重组件，配重组件可以由两个控制器分别控制，其中一个控制器与所述第一驱动机构电连接，另外一个控制器与所述第二驱动机构电连接。其中一个控制器控制第一驱动机构，另外一个控制器控制第二驱动机构。第一驱动机构控制的滑块和第二驱动机构控制的滑块可以单独滑动，也可以同时滑动。

本发明提供的实施例二中，所述配重组件包括：伸缩机构，与所述辅助支撑件连接，能够带动辅助支撑件做水平和垂直运动；驱动机构，与所述伸缩机构驱动连接，所述驱动机构用于驱动所述伸缩机构在重心调节的方向上运动。

伸缩机构相当于机械臂，该伸缩机构可以水平运动，实现车辆的重心调节，来提高驾驶者的驾驶体验，伸缩机构也可以垂直运动，用于辅助两轮车辆在停止时保持静态平衡。该伸缩机构与辅助支撑件相连接，不需要滑轨即可实现重心调节功能。

本发明的附图图1、图2、图3、图4中的连接支架可根据需要进行选取，滑块上可自带连接支架结构，即滑块可以直接和辅助支撑件连接；辅助支撑件升降驱动机构可设置在滑块上，连接驱动机构的导线预留一定长度即可。

本发明还提供了一种车辆平衡系统控制方法，所述车辆平衡系统为权利要求1至7中任一项所述车辆平衡系统，所述滑块的初始位置为滑块上离滑块方向与车纵轴交点最远点，该初始位置是滑块的默认位置，默认位置即除了需要重心调节必须离开该处外其它所有时刻的位置。

滑块的初始位置为滑块上离滑块方向与车纵轴交点最远点，该初始位置是滑块的默认位置，如图2和图3所示。此时为最佳的支撑件升起降落位置可作为滑块的初始位置和默认位置，在不需要重心调节的情况下，滑块总是处于初始位置，只有当需要调节车辆重心时，才需要在支撑件升起状态下控制滑块在指定方向移动，最终重心调节完毕，支撑件回到初始位置。

具体的，优选所述辅助支撑件在所述滑块处于初始位置时才执行升起降落动作。为了更好的保持平衡性和安全性，可以只允许辅助支撑件在滑块处于初始位置时才执行升起降落动作。如果可以在滑块处于任意位置时降落辅助支撑件，则在辅助支撑件接触地面以后车辆左右两边受力不均，影响车辆使用寿命。

本发明提供的实施例三中，相对于实施例一配重组件不放置在车架上，而是放置在车身上部，左右两个辅助支撑件配重组件和辅助支撑件连接成一整体，有驱动机构驱动配重组件和辅助支撑件实现升起或降落功能，滑轨固定在驱动机构上，滑轨长度可大于或可小于车身宽度。

本发明所揭示的结构和方法适用于有陀螺系统的车辆，也适用于没有陀螺系统的车辆，凡需要车辆重心调节的，并可利用辅助支撑件位置移动改变车辆重心的均在本发明的保护范围之内。

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：

辅助支撑件，所述辅助支撑件在车辆停止时降落，在车辆行驶时升起；

陀螺系统，设置在车架上，所述陀螺系统用于调节所述车辆的平衡；

配重组件，设置在所述车辆上，与所述辅助支撑件连接，所述配重组件根据所述陀螺系统的运行状态调节所述车辆的重心位置。

2.根据权利要求1所述的车辆平衡系统，其特征在于，所述车辆平衡系统还包括滑轨，所述滑轨用于承载配重组件，为配重组件移动提供运行轨道。

3.根据权利要求2所述的车辆平衡系统，其特征在于，所述配重组件包括：

第一滑块；

第一驱动机构，与所述滑块驱动连接，所述第一驱动机构用于驱动所述滑块在所述滑轨方向上移动。

4.根据权利要求3所述的车辆平衡系统，其特征在于，所述配重组件还包括：

第二滑块；

第二驱动机构，与所述滑块驱动连接，所述第一驱动机构用于驱动所述滑块在所述滑轨方向上移动。

5.根据权利要求3所述的车辆平衡系统，其特征在于，所述配重组件还包括：

第一控制器，所述第一控制器与所述第一驱动机构电连接，所述第一控制器根据所述陀螺系统运动状态和车辆状态控制所述滑块移动。

6.根据权利要求4所述的车辆平衡系统，其特征在于，所述配重组件包括：

第二控制器，所述第二控制器与所述第一驱动机构和第二驱动机构电连接，所述控制器根据所述陀螺系统运动状态和车辆状态控制所述滑块移动。

7.根据权利要求4所述的车辆平衡系统，其特征在于，所述配重组件包括：

两个控制器，其中一个控制器与所述第一驱动机构电连接，另外一个控制器与所述第二驱动机构电连接。

8.根据权利要求1所述的车辆平衡系统，其特征在于，所述配重组件包括：

伸缩机构，与所述辅助支撑件连接，能够带动辅助支撑件做水平和垂直运动；

驱动机构，与所述伸缩机构驱动连接，所述驱动机构用于驱动所述伸缩机构在重心调节的方向上运动。

9.一种车辆平衡系统控制方法，其特征在于，所述车辆平衡系统为权利要求1至7中任一项所述车辆平衡系统，所述滑块的初始位置为滑块上离滑块方向与车纵轴交点最远点，该初始位置是滑块的默认位置，默认位置即除了需要重心调节必须离开该处外其它所有时刻的位置。

10.根据权利要求9所述的车辆平衡系统控制方法，其特征在于，所述辅助支撑件在所述滑块处于初始位置时执行升起降落动作。