CN109562291A - 具有直观控制的基于脚踏板的动力车辆 - Google Patents

Abstract

提供了一种基于脚踏板的动力车辆。基于脚踏板的动力车辆包括脚踏板(1)，该脚踏板构造成支撑其上的骑行者(3)。至少一个轮子(2)可旋转地联接至脚踏板(1)，以使脚踏板(1)能够在行进表面上行进。至少一个马达(11)联接至至少一个轮子(2)中的至少一个以驱动其旋转。动力源联接至至少一个马达(11)以便为至少一个马达(11)提供动力。遥感器单元(6)可由骑行者(3)穿戴，并且被配置为检测骑行者(3)的定向、位置和运动中的至少一个并发送由此产生的传感器数据。马达控制单元(4)联接至至少一个马达(11)，并且被配置为从遥感器单元(6)接收传感器数据并至少部分地基于传感器数据来控制至少一个马达(11)的工作。

Description

具有直观控制的基于脚踏板的动力车辆

相关申请的交叉引用

本申请要求2016年1月31日提交的美国临时专利申请No.62/289,305的权益，其内容通过引用整体地并入本文。

技术领域

本公开涉及一种电动骑乘式车辆，例如电动滑板车、滑板和其他基于脚踏板的车辆。

背景技术

基于脚踏板的动力车辆在本领域中是已知的。例如，iCarbot销售的一种机动的带轮的板，其利用在站立平台上的压力传感器来检测重量分布的变化以驱动该板。

Zboard出售一种带有动力轮的滑板，其中板上的压力传感器检测骑行者的脚的运动以控制轮子的速度。

CN202740750U公开了一种通过所谓的肢体动作控制的电动滑板车，其中脚踏平台上的红外光传感器跟踪骑行者的脚的位置和运动。然后利用被追踪的骑行者的脚的位置和运动来控制电动滑板车。

CA2492393A1公开了一种电动车辆，其中它的运动可以通过车辆的脚踏板上的传感器来控制，传感器检测车辆上的负载分布。类似地，CN2673465Y公开了一种电动车辆，其中车辆的脚踏板中的一个或多个传感器检测骑行者的重心，这用于控制车辆的运动。

CN203232269U公开了一种具有遥控器和安全系统的电动板，借此，如果板和遥控器之间的距离超过选定的最小距离，则板自动停止。

Boosted Boards公司(boostedboards.com)提供了一种具有手持操作的遥控器的电动滑板，遥控器通过Bluetooth^TM无线电通信向滑板上的控制器提供命令。当骑在滑板上时对遥控器的手动操作会变得笨拙且不直观，并且会干扰骑行者使用其手臂来控制他或她在滑板上的平衡。

发明内容

在一个方面，提供了一种基于脚踏板的动力车辆，包括：脚踏板，该脚踏板构造成支撑其上的骑行者；至少一个轮子，该至少一个轮子可旋转地联接至脚踏板以使得脚踏板能够在行进表面上行进；至少一个马达，该至少一个马达联接至至少一个轮子中的至少一个以驱动其旋转；动力源，该动力源联接至至少一个马达以给至少一个马达提供动力；遥感器单元，其可由骑行者穿戴并且被构造成检测骑行者的定向、位置和运动中的至少一个且发送由此产生的传感器数据；以及马达控制单元，其联接至至少一个马达并且被构造成从遥感器单元接收传感器数据并至少部分地基于传感器数据控制至少一个马达的工作。

遥感器单元可以包括三轴陀螺仪，并且传感器数据可以包括遥感器单元的定向。

遥感器单元可以包括三轴加速计，并且传感器数据可以包括遥感器单元的运动。

遥感器单元可以包括三轴加速计，遥感器单元可以确定遥感器单元相对于参考位置的位置，并且传感器数据可以包括遥感器单元的位置。

马达控制单元可以控制输送至至少一个马达的动力。

遥感器单元可以包括无线传输模块，其被构造成将传感器数据传输至马达控制单元。

无线传输模块可以通过Bluetooth^TM无线技术标准与马达控制单元通信。

无线传输模块可以通过Wi-Fi^TM无线网络标准与马达控制单元通信。

遥感器单元可以包括光传输模块，其配置成将传感器数据传输至马达控制单元。

光传输模块可以通过红外光与马达控制单元通信。

遥感器单元可以通过通信电缆联接至马达控制单元，遥感器单元被构造成通过通信电缆将传感器数据传达至遥控器单元。

遥感器单元可以包括智能手机。

遥感器单元可以包括可致动的用户控制器，以初始化遥感器单元的定向和位置中的至少一个。

方向和位置中的至少一个可以相对于脚踏板来确定。

马达控制单元可以被编程为在确定遥感器单元与电动车辆的其余部分之间的距离超过选定距离时降低电动车辆的速度。

遥感器单元可以被编程为控制车辆的多个设定。

在一些实施例中，可以使用原动机和辅助原动机来实现对于电动车辆的运动控制，其中原动机中的运动由诸如陀螺仪、加速计等的传感器检测，并且信号发送至控制单元，该控制单元导致辅助原动机以选定的方式动作。这与远程控制或通过直接感测压力进行控制不同。

在一个方面，公开了一种电动车辆，其具有至少一个机动轮和用于骑行者站立的平台、安装在平台上的马达控制单元、以及与控制单元无线连接的可穿戴的遥感器单元。车辆的骑行者能够初始化车辆控制单元和遥感器单元之间的无线连接，由此建立遥感器单元的初始3D定向及其与控制单元的距离。一旦初始化，系统允许骑行者通过相对于车辆向前倾、保持静止或向后倾来直观地控制车辆。这种模式模仿滑板骑手的自然直观的动作。该系统还提供安全功能，由此，如果控制单元和遥感器单元之间的相对距离超过预定的最小安全距离，则车辆的速度减慢。与目前可用的至少一些电动车辆相比，这项创新带来了直观且令人兴奋的骑行体验。

在另一方面，提供了一种电动车辆，其包括：定位成支撑骑行者的平台；至少一个机动轮，该机动轮可旋转地连接至平台并且构造成沿着支撑表面驱动平台运动；用于为至少一个机动轮提供动力的动力源；遥感器单元，其可由骑行者穿戴并且被构造成检测骑行者的运动；以及马达控制单元，其从遥感器单元接收信号并且至少部分地基于所述信号控制至少一个机动轮的工作。

本文描述的电动车辆的一些实施例响应于骑行者的自然运动而不需要压力传感器，从而消除了骑行者对装置的某些部分施加压力以实现某些期望的运动的需要。

本文描述的电动车辆的一些实施例响应于骑行者的自然运动，而不需要骑行者在骑乘电动车辆时以某种方式移动他们的手或脚或将他们的手或脚移动至某些位置或者操作控制面板。

在一些实施例中，电动车辆包括：动力源和至少一个机动轮；用于控制供给至轮子的动力的可编程的马达控制单元；以及与马达控制单元无线连接的可穿戴的遥感器单元。遥感器单元能够感测来自马达控制单元的3D定向和距离。系统包括用于在至少三种状态(包括初始化状态、安全状态和控制状态)下操作的算法。在初始化状态下，骑行者可以手动给出输入以启动系统。在初始化期间，系统记录启动参数，以便根据遥感器单元的起始方向和位置对其进行校准。在安全状态下，系统监视马达控制单元和遥感器单元之间的相对距离。如果距离超过选定值，马达控制单元将减慢机动轮的速度。在控制状态下，系统监视由骑行者穿戴的遥感器单元的3D定向。如果骑行者向前倾，则运动传感器的3D定向将在一个角度方向上改变，并且马达控制单元将使轮子加速。如果骑行者保持稳定，轮子的速度将保持不变。如果骑行者向后倾，则运动传感器的3D定向将在另一个角度方向上改变，并且轮子的速度将减小。

附图说明

为了更好地理解此处所述的各种实施例并更清楚地示出如何实施它们，现在将仅通过举例的方式参考附图，其中：

图1示出了带有骑行者的根据一个实施例的电动滑板的示意图；

图2A示出了与图1的电动滑板一起使用的智能手机；

图2B示出了图2A的智能手机的多个物理组件；以及

图3示出了图1所示的电动滑板中的马达控制单元的状态转换图。

具体实施方式

为了说明的简单和清楚，在认为合适的情况下，在附图之间可以重复附图标记以指示对应或类似的元件。另外，阐述了许多具体细节以便提供对本文所述实施例的透彻理解。然而，本领域普通技术人员将理解，可以在没有这些具体细节的情况下实践本文描述的实施例。在其他情况下，没有详细描述众所周知的方法、过程和组件，以免使本文描述的实施例模糊不清。而且，该描述不应当被视为限制本文描述的实施例的范围。

除非上下文另有说明，否则可以如下阅读和理解本说明书中使用的各种术语：如贯穿全文所使用的“或”包括“和/或”；全文使用的单数冠词和代词包括复数形式，反之亦然；类似地，性别代词包括它们的对应代词，因此代词不应当被理解为将本文所述的任何内容限制为通过单一性别使用、实现、执行等；“示例性的”应该被理解为“说明性的”或“例证性的”，并且不一定比其他实施例更“优选”。术语的进一步定义可以在此列出；这些定义可以适用于那些术语的先前和后续实例，这将在阅读本说明书时得以理解。

根据一个实施例并且参考图1，提供了以电动滑板1为形式的基于脚踏板的动力车辆。虽然基于脚踏板的动力车辆被示出和描述为电动滑板，但是应当理解，可以采用其他类型的基于脚踏板的动力车辆，诸如滑板车、单轮和双轮自平衡板等。电动滑板1具有形状为细长板1a的脚踏板，其中骑行者3可以骑乘电动滑板1，而骑行者3相对于板1a的纵向轴线A以大致侧向的定向站立。板1a可以具有任何合适数量的轮子2。在所示实施例中，电动滑板1具有成对安装的四个轮子2，它们可旋转地联接至在转向架上的板1a。在其他实施例中，基于脚踏板的车辆可具有任何数量的轮子。在一个替代实施例中，基于脚踏板的车辆可以具有一个或两个轮子并且可以是自平衡的。在另一替代实施例中，基于脚踏板的车辆可以是具有两个、三个或四个轮子的滑板车。马达11联接至电动滑板1的四个轮子2中的至少一个，用于在诸如硬面路、柏油路等的行进表面上行进。特别地，马达11联接至在电动滑板1的后转向架上的一对后轮2a，并且驱动后轮2a旋转。轮子2还包括不由马达11驱动的一对前轮2b。在其他实施例中，可以采用两个或更多个马达，并且每个马达可以驱动一个或多个轮子。

在图1所示的实施例中，后面一对轮子2由马达11相对于电动滑板1的预期行进方向驱动，预期行进方向如D所示。

动力源5联接至马达11以为马达11提供动力。动力源5可以包括单个动力模块，例如可充电电池组或燃料电池，或者可以替代地包括两个或更多个动力模块。

马达控制单元4联接至到马达11并且具有接收器模块7，接收器模块7附接至板1a，优选地附接至板1a的下侧。马达控制单元4例如通过控制向马达11的动力输送控制马达11的工作。

骑行者3配备有可穿戴的遥感器单元6。可穿戴的遥感器单元6可由骑行者3穿戴，并且优选地可以通过弹性带6a等可拆卸地附接至骑行者3。遥感器单元6大约位于骑行者3的膝盖高度处，通常用H表示膝盖高度。优选地，遥感器单元6紧紧地保持在骑行者3上，使得骑行者3的运动立即转换成遥感器单元6的运动。

图2A示出了示例性遥感器单元6。在示出的该示例中，遥感器单元6是智能手机。智能手机具有存储智能手机所使用的操作系统和应用程序的非易失性存储器40；配置成执行操作系统和应用程序的处理器41；为处理器41提供相对快速的临时存储的随机存取存储器42；通信接口43；陀螺仪44和加速计45。在这种情况下，通信接口43是根据蓝牙无线技术标准配置用于蓝牙通信的无线无线电设备。在其他场景中，通信接口43可以配置为经由Wi-Fi无线网络标准或一些其他合适的射频通信标准进行通信。在进一步的实施例中，通信接口43可以包括光传输模块，该光传输模块被配置为通过光(诸如红外光)传输数据。在更进一步的实施例中，智能手机的通信接口43可以通过具有磁性连接器的通信电缆联接至马达控制单元4，以便在骑行者与电动滑板1分开，例如在跌落时，能够快速断开智能手机和连接器电缆与马达控制单元的连接。

智能手机还包括以陀螺仪模块44和加速计模块45为形式的两个传感器。陀螺仪模块44可以是例如三轴陀螺仪，但是可以包括任何其他类型和数量的陀螺仪。陀螺仪模块44确定智能手机的定向。加速计模块45在所示实施例中包括三轴加速计，但是可以替代地包括任何其他类型和数量的加速计。加速计模块44确定智能手机的运动。

图2B示出了在智能手机上执行的用于操作电动滑板1的应用的屏幕。屏幕指示电动滑板1的动力源5的动力水平。此外，屏幕以GUI按钮54的形式提供可致动的用户控制器以初始化遥感器单元6。在初始化期间，智能手机通过陀螺仪模块44确定参考定向。此外，它确定参考位置。在初始化之后，智能手机从陀螺仪模块44和加速计模块45收集传感器数据。在所示实施例中，智能手机将传感器数据传送至电动滑板1的马达控制单元4。替代地，遥感器单元可以处理来自加速计模块45的传感器数据，以确定其相对于初始化时确定的参考位置的位置。转而，马达控制单元4处理传感器数据，以确定如何控制为轮子2a提供动力的马达11。

替代地，遥感器单元可以是另一种类型的装置，例如具有加速计和陀螺仪的专用设备。此外，可以提供可致动的用户控制器以初始化系统。

除了图1、2A和2B之外，现在主要参考图3，根据优选实施例，包括马达控制单元4、接收器模块7和遥感器单元6的系统可以具有图3所示的大致包括三个状态的程控方法。在第一状态110，即初始化状态，骑行者3能够通过初始化系统(诸如通过致动GUI按钮54)来准备骑乘车辆1，由此遥感器单元6相对于马达控制单元4的初始3D定向和位置在120确定，并且能够为马达11以及由此后轮2a提供动力。优选地，骑行者3可以按压遥感器单元6上的键以进入初始化状态。

在第二状态，即安全状态，系统可以持续地保持马达控制单元4和遥感器单元6之间的连接，以检查遥感器单元6和马达控制单元4之间的相对距离是否超过选定距离(可选地称为“安全距离”)(130)。如果距离超过选定的安全距离，则可以减小供给至马达11的动力，以使电动滑板1减速到停止(140)。在其他实施例中，电动滑板1可以只是稍微减速。

在第三状态，即控制状态，系统能够通过检查从遥感器单元6接收的传感器数据(包括其定向和位置(150))来检测三种主要场景。如果遥感器单元6在向前方向上改变其3D定向(例如，当骑行者3向前倾时)，则供给至驱动从动后轮2a的马达11的动力可以逐渐增加(160)。如果遥感器单元6相对于初始状态保持恒定的3D定向，则供给至轮子2的动力可以保持恒定(170)。如果遥感器单元6在向后方向9上改变其3D定向，则可以逐渐减小供给至向轮子2a提供动力的的马达11的动力，可选地减小至足以停止电动滑板1(180)。由于遥控器单元6优选地在如H指示的膝盖高度处附接至骑行者3(即，由骑行者3穿戴)，因此骑行者3能够通过向前倾6’、保持在开始位置6”或向后倾6”’来控制传递至轮子2的动力。以这种方式提供了对电动滑板1的直观控制。

本发明不限于上述实施例，还可以采用对于本领域技术人员来说应该是显而易见的其他形式。因此，根据另一实施例的所述车辆可以具有脚踏平台，其中预期行进方向与骑行者的脚的位置相关地前后定向。另外可行的是，根据其他实施例的车辆也可以具有除四个之外的任何数量的轮子，例如，可以理解的是，这种车辆具有单独安装在转向架上的两个轮子，或甚至单独安装的单个轮子。应当理解，只要始终提供足够的地面摩擦，所设置的任何一个轮子都可以是机动的。根据又一个实施例，所提供的遥感器单元可以以其他方式附接至骑行者，例如它可以使用粘合剂、缝合、维可牢尼龙搭扣或类似物在任何位置附接至骑行者的衣服，或者甚至直接附接至骑行者的皮肤，或者是手持式的。对于本领域技术人员来说显而易见的是，遥感器单元可以在诸如Apple^TMiPhone^TM的智能手机中提供，其结合了诸如三轴加速计的运动传感器以及通过蓝牙、Wi-Fi^TM通信的通信硬件。本领域技术人员还应该理解，马达控制单元可以定位在车辆上的任何位置。根据本发明的其他实施例，所描述的算法(图2)可以包括比所描述的更多的状态，诸如能够快速加速、快速制动或转弯的状态。

本领域技术人员将理解，可能存在更多替代实施方式和修改，并且上述示例仅是一个或多个实施方式的说明。因此，范围仅受所附权利要求的限制。

Claims (16)

1.一种基于脚踏板的动力车辆，包括：

脚踏板，所述脚踏板被构造成支撑其上的骑行者；

至少一个轮子，所述至少一个轮子可旋转地联接至所述脚踏板以使所述脚踏板能够在行进表面上行进；

至少一个马达，所述至少一个马达联接至所述至少一个轮子中的至少一个以驱动其旋转；

动力源，所述动力源联接至所述至少一个马达以便为所述至少一个马达提供动力；

遥感器单元，所述遥感器单元能够由骑行者穿戴并且被构造为检测所述骑行者的定向、位置和运动中的至少一个并且发送由此产生的传感器数据；和

马达控制单元，所述马达控制单元联接至所述至少一个马达，并且被构造为从所述遥感器单元接收传感器数据并至少部分地基于所述传感器数据来控制所述至少一个马达的工作。

2.根据权利要求1所述的基于脚踏板的动力车辆，其中所述遥感器单元包括三轴陀螺仪，并且其中所述传感器数据包括所述遥感器单元的定向。

3.根据权利要求1所述的基于脚踏板的动力车辆，其中所述遥感器单元包括三轴加速计，并且其中所述传感器数据包括所述遥感器单元的运动。

4.根据权利要求1所述的基于脚踏板的动力车辆，其中所述遥感器单元包括三轴加速计，其中所述遥感器单元确定所述遥感器单元相对于参考位置的位置，并且其中所述传感器数据包括所述遥感器单元的位置。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的基于脚踏板的动力车辆，其中所述马达控制单元控制输送至所述至少一个马达的动力。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的基于脚踏板的动力车辆，其中所述遥感器单元包括无线传输模块，所述无线传输模块被构造为将所述传感器数据传输至所述马达控制单元。

7.根据权利要求6所述的基于脚踏板的动力车辆，其中所述无线传输模块经由Bluetooth^TM无线技术标准与所述马达控制单元通信。

8.根据权利要求6所述的基于脚踏板的动力车辆，其中所述无线传输模块经由Wi-Fi^TM无线网络标准与所述马达控制单元通信。

9.根据权利要求1至5中任一项所述的基于脚踏板的动力车辆，其中所述遥感器单元包括光传输模块，所述光传输模块被构造为将所述传感器数据传输至所述马达控制单元。

10.根据权利要求9所述的基于脚踏板的动力车辆，其中所述光传输模块通过红外光与所述马达控制单元通信。

11.根据权利要求1至5中任一项所述的基于脚踏板的动力车辆，其中所述遥感器单元经由通信电缆联接至所述马达控制单元，所述遥感器单元被构造为通过所述通信电缆将所述传感器数据传送至所述遥控器单元。

12.根据权利要求1至11中任一项所述的基于脚踏板的动力车辆，其中所述遥感器单元包括智能手机。

13.根据权利要求1至12中任一项所述的基于脚踏板的动力车辆，其中所述遥感器单元包括可致动的用户控制器，以初始化所述遥感器单元的定向和位置中的至少一个。

14.根据权利要求1至13中任一项所述的基于脚踏板的动力车辆，其中所述定向和位置中的至少一个相对于所述脚踏板来确定。

15.根据权利要求1至14中任一项所述的基于脚踏板的动力车辆，其中所述马达控制单元被编程为在确定所述遥感器单元与电动车辆的其余部分之间的距离超过选定距离时降低所述电动车辆的速度。

16.根据权利要求1至15中任一项所述的基于脚踏板的动力车辆，其中所述遥感器单元被编程为控制所述车辆的多个设定。