CN111547180A - 一种可折叠自平衡电动汽车 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种可折叠自平衡电动汽车，其主体包括可折叠的车身和车架，集成式驱动车轮及其支撑架，负责转向的转向电机和固定在车架上的陀螺仪、倾角和加速度传感器，本发明采用了轮毂电机驱动技术，极大地减少了车辆的自重，增加了车辆内部的可利用空间，使汽车具有更高的传动效率、更好的空间利用率和更优越的驾驶操纵性，两轮独立驱动并可实现原地中心转向，极大地提高了车辆行驶的灵活性，方便车辆停放车位。

Description

一种可折叠自平衡电动汽车

技术领域

本发明涉及交通工具技术领域，尤其涉及一种可折叠自平衡电动汽车。

背景技术

随时我国经济的发展和科技的进步，普通家庭对汽车的依赖越来越强，汽车已经成为人们最常用的代步工具。目前汽车普遍以汽油、柴油等为燃料，随着人们低碳环保意识的不断提高，电动汽车越来越受到重视。与传统汽车类似，目前已量产的电动汽车采用两轴四轮的驱动布置形式，一般限载5人。对于单人或者双人出行而言，驾驶上述电动汽车依然存在人均能耗高、车辆空间利用率低等问题，并造成能源和公路空间资源的浪费。

伴随着车辆自平衡技术和电机技术的不断发展，节能、轻便、时尚的两轮电动汽车日益成为电动汽车领域的研究热点。顾名思义，两轮电动汽车就是具有两个独立车轮的电动汽车，在行驶过程中遇到颠簸路面或者受到碰撞时，其可以依靠底盘中部的高速旋转陀螺仪等设备维持车身的稳定，保持车轮不发生倾倒。但是现有的单人两轮自平衡电动汽车的内部空间有限，无法满足双人出行的合理需求；对于单人出行而言，双人两轮自平衡电动汽车又会造成车内空间和公路空间资源的浪费；另外，现有的两轮自平衡电动汽车停放车位比较困难。针对上述问题，并利用轮毂电机技术和自平衡技术，设计一种可折叠的两轮自平衡电动汽车，作为一种交通运载工具车辆，最大程度地满足单人或者双人出行的合理需求，减少能源、车内空间和公路空间等资源的浪费；此外，所设计的两轮车辆的两轮独立驱动并可实现原地中心转向，提高车辆行驶的灵活性并方便车辆停放车位。

发明内容

本发明设计开发了一种可折叠自平衡电动汽车，本发明的发明目的是通过车身和车架可以折叠和拉伸，最大程度地满足单人或者双人出行的合理需求，减少能源、车内空间和公路空间等资源的浪费，同时，所设计的两轮车辆的两轮独立驱动并可实现原地中心转向，极大地提高了车辆行驶的灵活性，方便车辆停放车位。

本发明提供的技术方案为：

一种可折叠自平衡电动汽车，包括：

前车身，其后部设置第一滑槽；

前车身固定件，其为可拆卸的第一螺栓；

前车架，其与所述前车身匹配设置，且所述前车架的纵梁对称设置第二滑槽；

前车架固定件，其为可拆卸的第二螺栓；

前驱动车轮，其设置在所述前车架上；

中车身，其前部与所述前车身可滑动的连接，且与所述第一滑槽匹配设置；

中车身固定件，其为第一螺纹孔，且能够与所述前车身固定件匹配卡合，当所述平衡电动汽车折叠时用于将所述前车身和所述中车身固定；

中车架，其前端与所述前车架的纵梁可滑动的连接，其与所述第二滑槽匹配设置；

中车架固定件，其为第二螺纹孔，且能够与所述前车架固定件匹配卡合，当所述平衡电动汽车折叠时用于将所述前车架和所述中车架固定；

后车身，其前部与所述中车身的后部固定连接；

后车架，其前端与所述中车架的后端固定连接；

后驱动车轮，其设置在所述后车架上。

优选的是，还包括：

车门；

滑轨，其与所述后车身固定连接；

滑块，其与所述滑轨滑动连接，且与所述车门底部固定连接，所述滑块能够匹配在所述滑轨内滑动；

气缸，其与所述滑轨固定连接，且所述气缸的活塞杆末端设置齿条；

传动杆，其一端与所述后车身固定连接；

传动齿轮，其同轴转动设置在所述传动杆的另一端，且所述传动齿轮与所述齿条啮合；

曲柄，其一端与所述传动杆设置传动齿轮的一端固定连接，另一端与所述车门转动连接。

优选的是，还包括：

两个车轮支撑架，其分别与所述前车架和所述后车架同轴可转动的连接，且所述车轮支撑架具有对称设置的花键槽。

优选的是，所述前驱动车轮和所述后驱动车轮均包括：

轮毂电机，其外转子与轮辐连接；

车轴，其穿过所述轮毂电机的中心与所述轮毂电机的定子固定连接；

悬架支撑架，其与所述车轴可拆卸的固定连接或其和所述车轴成为一体，且所述悬架支撑架具有两个平行外伸脚；

花键轴基座，其设置在所述外伸脚之间；

集成式半主动悬架，其固定设置在所述外伸脚和所述花键轴基座之间；

固定花键轴，其一端与所述花键轴基座固定连接，另一端与所述花键槽匹配固定。

优选的是，所述集成式半主动悬架包括：

磁流变阻尼器，其一端与所述外伸脚固定连接，另一端与所述花键轴基座抵触接触；

其中，所述磁流变阻尼器包括：

壳体；

活塞，其上均布节流孔，且能够在所述壳体内纵向滑动；

调节线圈，其设置在所述活塞上；

活塞杆，其一端与所述活塞固定连接，另一端穿过所述壳体后与花键轴基座固定连接。

优选的是，所述集成式半主动悬架包括：

螺旋弹簧，其固定连接在所述外伸脚和所述花键轴基座之间，且缠绕在所述磁流变阻尼器的外部。

优选的是，还包括：前转向模块和后转向模块，均包括：

转向电机基座，其分别与所述前车架或者所述后车架固定连接；

转向电机，其设置在所述转向电机基座内；

减速齿轮，其与所述转向电机的动力输出轴啮合；

转向花键轴，其一端与所述减速齿轮啮合，另一端与所述车轮支撑架固定连接，且所述转向花键轴可旋转的支撑在所述前车架或者后车架上。

优选的是，还包括：

前加强车梁，其设置在所述前车架上；

其中，所述前转向模块的转向电机基座与所述前加强车梁固定连接，且所述前转向模块的转向花键轴可旋转的支撑在所述前加强车梁上；

中加强车梁，其设置在所述中车架上；以及

后加强车梁，其设置在所述后车架上；

其中，所述前转向模块的转向电机基座与所述前加强车梁固定连接，且所述前转向模块的转向花键轴可旋转的支撑在所述前加强车梁上。

优选的是，还包括：

盘式制动器，其设置在所述轮毂电机的外转子的外侧。

优选的是，在所述中加强车梁中心位置上布置布置陀螺仪、倾角和加速度传感器。

本发明与现有技术相比较所具有的有益效果：

1、本发明中提出的一种可折叠自平衡电动汽车，其车身和车架可以折叠和拉伸，最大程度地满足单人或者双人出行的需求，减少能源、车内空间和公路空间等资源的浪费；当单人出行时，可以将车辆折叠，只保留驾驶舱，最大程度的提高车辆行驶的灵活性，并有效避免车内空间的浪费和公路空间的占用，提高了公共资源的利用率；当双人出行时，可以将车辆拉伸，使车辆增加乘员舱，增加车内的可利用空间，有效地满足了双人出行的合理需求；

2、本发明中提出的一种可折叠自平衡电动汽车，采用了轮毂电机驱动技术，极大地减少了车辆的自重，增加了车辆内部的可利用空间，使汽车具有更高的传动效率、更好的空间利用率和更优越的驾驶操纵性；

3、本发明的两轮独立驱动并可实现原地中心转向，极大地提高了车辆行驶的灵活性，方便车辆停放车位。

附图说明

图1为本发明折叠后的侧视图。

图2为本发明拉伸后的侧视图。

图3为本发明的正视图。

图4为本发明车身的立体结构示意图。

图5为本发明乘员舱车门开关结构原理图。

图6为本发明底盘的立体结构示意图。

图7为集成式驱动车轮结构示意图。

图8为集成式驱动车轮正视图。

图9为集成式半主动悬架模块示意图。

图10为集成式半主动悬架结构示意图。

图11为车轮支撑架结构示意图。

图12为转向模块结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

如图1～12所示，本发明提供一种可折叠自平衡电动汽车，其主体包括可折叠的车身100、可折叠的车架140，集成式驱动车轮120、车轮支撑架160，负责转向的转向电机241和固定在车架140上的陀螺仪、倾角和加速度传感器260；具体包括：

如图1～4所示，车身100包括前车身101，中车身102和后车身103；其中，前车身101设有滑槽108和车身定位件109，中车身102与后车身103固连，后车身103相应位置也设置有车身定位件109；前车身101内部为驾驶舱112，其内部布置有驾驶员座椅114等驾驶设备，拉伸后的中车身102内部为乘员舱113，其内部空间可以灵活布置，乘员舱座椅115可拆卸；在本实施例中，作为一种优选，车身定位件109为可拆卸的螺栓，在中车身102上对应位置设置螺纹孔，当单人行驶时，将电动汽车折叠，通过螺栓与螺纹孔的匹配卡合将车身进行固定。

当单人行驶时，中车身102通过前车身101的滑槽108折叠到前车身101内，前车身101和后车身103接触，通过车身定位件109固定车身各段的相对位置，只保留驾驶舱112，最大程度的提高车辆行驶的灵活性，并有效地避免车内空间的浪费和公路空间的占用，提高了公共资源的利用率；当双人出行时，中车身102通过前车身101的滑槽108拉伸出来，通过车身定位件109固定车身各段的相对位置，使车辆增加乘员舱113，有效地增加了车内的可利用空间，满足双人出行的合理需求；在本实施例中，作为一种优选，当单人行驶，乘员舱115拆除或者在驾驶员座椅114内设置容纳空间，用于在电动汽车折叠时放置乘员舱115。

如图5所示，乘员舱车门及其开启装置125，包括：乘员舱车门111、滑块130、滑块导轨131、曲柄132、气缸133、传动齿轮134和传动杆135；其中，滑块导轨131与后车身103固连，气缸133固定在滑块导轨131上，并且气缸133内部的活塞杆136末端设置有齿条137，齿条137与固定在传动杆135一端的传动齿轮134啮合，传动杆135固定布置在后车身103内部空间内，并且传动杆135与曲轴132的一端固连，曲柄132的另一端与乘员舱车门111转动连接，乘员舱车门111顶端设置有一滑块130，滑块130可以在滑块导轨131内运动；

当单人行驶时，气缸133工作，带动活塞杆136和齿条137运动，进而带动传动齿轮132和传动杆135转动，与传动杆135固连的曲轴132做绕着传动杆135的定轴转动，同时滑块130在滑块导轨131内做直线运动且运动方向为远离滑块导轨131接近传动杆135一侧，带动乘员舱车门111打开，打开后的乘员舱车门111横向布置在后车身103内部空间的前端，中车身102通过前车身101的滑槽108折叠到前车身101内，同时，滑块导轨131进入前车身101的滑槽108内，乘员舱车门111横向布置在后车身103内部空间的前端并位于驾驶员座椅114后；当双人出行时，乘员在乘员舱落座后，气缸133再次工作，带动活塞杆136和齿条137运动，进而带动传动齿轮132和传动杆135转动，与传动杆135固连的曲轴132做绕着传动杆135的定轴转动，带动乘员舱车门111关闭，同时滑块130在滑块导轨131内做直线运动且运动方向为接近滑块导轨131远离传动杆135一侧，带动横向布置在后车身103内部空间前端的乘员舱车门111打开，直至乘员舱车门111完全关闭，保证乘员舱113内人员和财产的安全。

如图6所示，车架140分为前车架141、中车架142和后车架143，前车架141两纵梁内设有滑槽146，中车架142和后车架143固连；前车架141还包括前加强车梁144a和定位件145，前加强车梁144a上可以布置转向电机基座150和车轮支撑架160，定位件145布置在前车架141末端，用于车辆折叠和拉伸时固定中车架142；中车架142还包括中加强车梁144b和定位件145，中加强车梁144b可以有效提高车架的强度，并且在其上面的中心位置布置陀螺仪、倾角和加速度传感器260，定位件145布置在中车架142末端，当车辆折叠时，中车架142伸缩到前车架141内部，通过定位件145与前车架141固定；后车架143还包括后加强车梁144c，后加强车梁144c上可以布置转向电机基座150和车轮支撑架160；在本实施例中，作为一种优选，定位件145为可拆卸的螺栓，在中车架142上对应位置设置螺纹孔，当单人行驶时，将电动汽车折叠，通过螺栓与螺纹孔的匹配卡合将车架进行固定。

当单人行驶时，中车架142通过前车架141的滑槽146折叠到前车架141内，前车架141和后车架143接触，通过定位件145固定车架各段的相对位置，达到车辆折叠的目的；当双人出行时，中车架142通过前车架141的滑槽146拉伸出来，通过定位件145固定车架各段的相对位置，达到车辆拉伸的目的，有效增加了车内的可利用空间，满足双人出行的合理需求。

如图7、8、9所示，两组集成式驱动车轮120相互独立驱动，车轮120从轮辐176一侧向内依次集成有轮毂电机、盘式制动器230、悬架支撑架190、集成式半主动悬架200、花键轴基座210；其中，驱动车辆行驶的轮毂电机185为外转子型，定子180与车轴172和电机控制器182固定连接，轮毂电机定子180外侧布置有电机绕组181，电机绕组181外侧布置有永磁体178，轮毂电机外转子179通过螺栓与轮辐176连接，每个车轮彼此独立驱动，当轮毂电机185转动时，动力直接输出到车轮120，驱动车轮120转动，有效的提高了能量的利用率；在外转子179外侧设置有盘式制动器230，其内设置有转动蹄片177，负责车辆的制动；悬架支撑架190与车轴172通过螺栓固定连接，另一端通过集成式半主动悬架200与花键轴基座210连接，集成式半主动悬架200内部的磁流变阻尼器活塞杆193通过花键与花键轴基座210固定连接，花键轴基座210一端的花键轴220与车轮支撑架160一端的花键槽相配，以固定花键轴220与车轮支撑架160。

如图9、10所示，在悬架支撑架190内，上下对称布置有两个半主动式悬架200，各半主动式悬架200由磁流变阻尼器192和螺旋弹簧191组成，可以通过电子控制单元ECU控制，通过磁流变液200d的粘度改变悬架的阻尼系数；其中，磁流变阻尼器192的一端与花键轴基座210抵靠设置，另一端与悬架支撑架190通过螺栓固定连接，在磁流变阻尼器192内的活塞上布置有节流孔200a和线圈200b，通过调节线圈200b内电流的大小，改变线圈200b产生的磁场的强弱，进而影响磁流变液体200d的粘度，实现对悬架阻尼系数的调节；其中，磁流变阻尼器活塞杆193一端与磁流变阻尼器192内的活塞固定连接，另一端为花键轴，具有花键槽215，，穿过密层与导向件200c，通过花键配合与花键轴基座210固定连接，同样的，螺旋弹簧191缠绕固定在磁流变阻尼器192的外侧，一端与花键轴基座210抵靠设置，另一端与与悬架支撑架190固定连接；当车轮受到路面冲击时，车轮120先将所受到的震动传递到悬架支撑架190上，再经过半主动悬架200对震动进行缓冲和衰减，从而保证车辆行驶过程中的平顺性，因此，由于半主动悬架200中螺旋弹簧191的缓冲和磁流变阻尼器192的减震作用，当车轮120受到路面冲击时，可以有效的抑制震动，提高车辆行驶的舒适性。

如图11、12所示，车轮支撑架251和转向模块235，包括转向电机基座150、转向电机241、传动齿轮242、花键套243、转向花键轴244、轴承245、车轮支撑架251和前加强车梁144a(或后加强车梁144c)等，转向电机基座150与前加强车梁144a(或后加强车梁144c)通过螺栓固定连接，转向电机241固定在转向电机基座150内部，输出端通过一组减速齿轮242与花键套243相啮合进行传动，花键套243与转向花键轴244通过花键固定连接，车轮支撑架251上端的套筒252穿过前加强车梁144a(或后加强车梁144c)并通过与轴承245的过盈配合与前加强车梁144a(或后加强车梁144c)相连，转向花键轴244布置在车轮支撑架251上端的套筒252内并与车轮支撑架251固连；当驾驶员操控车辆转向时，转向电机241会接收主动控制器ECU发出的信号并开始转动，并通过齿轮242传动至花键套243，花键套243带动与其花键啮合的转向花键轴244，转向花键轴244带动与其固定连接的车轮支撑架251转动，在转向电机的241驱动下，可使车轮完成最大90°的极限转动，实现车辆原地中心转向的功能，极大地提高了车辆的灵活性，方便车辆停放车位。

本发明提供的可折叠自平衡电动汽车的控制过程包括：陀螺仪、倾角和加速度传感器260固定安装在中车架的中加强车梁144b的中心位置，无论车辆处于折叠或者拉伸状态，其基本处于整车的重心附近；具体地，当车辆行驶时，陀螺仪、倾角和加速度传感器260实时地、精确地采集整车的转动角速度和车身倾角等信号，并将采集到的信号传送到ECU，ECU对车轮驱动电机发出控制信号，时刻保持整车的动态平衡；当驾驶员转向时，方向盘转角传感器接收方向盘转角信息并向ECU发出转向信号，ECU再向前后转向电机241发出转向控制信号，对前后转向电机241进行转向控制，达到整车实时转向的目的。

本发明设计开发了一种可折叠自平衡电动汽车，其车身和车架可以折叠和拉伸，最大程度地满足单人或者双人出行的合理需求，减少能源、车内空间和公路空间等资源的浪费，同时，所设计的两轮车辆的两轮独立驱动并可实现原地中心转向，极大地提高了车辆行驶的灵活性，方便车辆停放车位。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (10)

1.一种可折叠自平衡电动汽车，其特征在于，包括：

前车身，其后部设置第一滑槽；

前车身固定件，其为可拆卸的第一螺栓；

前车架，其与所述前车身匹配设置，且所述前车架的纵梁对称设置第二滑槽；

前车架固定件，其为可拆卸的第二螺栓；

前驱动车轮，其设置在所述前车架上；

中车身，其前部与所述前车身可滑动的连接，且与所述第一滑槽匹配设置；

中车身固定件，其为第一螺纹孔，且能够与所述前车身固定件匹配卡合，当所述平衡电动汽车折叠时用于将所述前车身和所述中车身固定；

中车架，其前端与所述前车架的纵梁可滑动的连接，其与所述第二滑槽匹配设置；

中车架固定件，其为第二螺纹孔，且能够与所述前车架固定件匹配卡合，当所述平衡电动汽车折叠时用于将所述前车架和所述中车架固定；

后车身，其前部与所述中车身的后部固定连接；

后车架，其前端与所述中车架的后端固定连接；

后驱动车轮，其设置在所述后车架上。

2.如权利要求1所述的可折叠自平衡电动汽车，其特征在于，还包括：

车门；

滑轨，其与所述后车身固定连接；

滑块，其与所述滑轨滑动连接，且与所述车门底部固定连接，所述滑块能够匹配在所述滑轨内滑动；

气缸，其与所述滑轨固定连接，且所述气缸的活塞杆末端设置齿条；

传动杆，其一端与所述后车身固定连接；

传动齿轮，其同轴转动设置在所述传动杆的另一端，且所述传动齿轮与所述齿条啮合；

曲柄，其一端与所述传动杆设置传动齿轮的一端固定连接，另一端与所述车门转动连接。

3.如权利要求2所述的可折叠自平衡电动汽车，其特征在于，还包括：

两个车轮支撑架，其分别与所述前车架和所述后车架同轴可转动的连接，且所述车轮支撑架具有对称设置的花键槽。

4.如权利要求3所述的可折叠自平衡电动汽车，其特征在于，所述前驱动车轮和所述后驱动车轮均包括：

轮毂电机，其外转子与轮辐连接；

车轴，其穿过所述轮毂电机的中心与所述轮毂电机的定子固定连接；

悬架支撑架，其与所述车轴可拆卸的固定连接或其和所述车轴成为一体，且所述悬架支撑架具有两个平行外伸脚；

花键轴基座，其设置在所述外伸脚之间；

集成式半主动悬架，其固定设置在所述外伸脚和所述花键轴基座之间；

固定花键轴，其一端与所述花键轴基座固定连接，另一端与所述花键槽匹配固定。

5.如权利要求4所述的可折叠自平衡电动汽车，其特征在于，所述集成式半主动悬架包括：

磁流变阻尼器，其一端与所述外伸脚固定连接，另一端与所述花键轴基座抵触接触；

其中，所述磁流变阻尼器包括：

壳体；

活塞，其上均布节流孔，且能够在所述壳体内纵向滑动；

调节线圈，其设置在所述活塞上；

活塞杆，其一端与所述活塞固定连接，另一端穿过所述壳体后与花键轴基座固定连接。

6.如权利要求5所述的可折叠自平衡电动汽车，其特征在于，所述集成式半主动悬架包括：

螺旋弹簧，其固定连接在所述外伸脚和所述花键轴基座之间，且缠绕在所述磁流变阻尼器的外部。

7.如权利要求6所述的可折叠自平衡电动汽车，其特征在于，还包括：前转向模块和后转向模块，均包括：

转向电机基座，其分别与所述前车架或者所述后车架固定连接；

转向电机，其设置在所述转向电机基座内；

减速齿轮，其与所述转向电机的动力输出轴啮合；

转向花键轴，其一端与所述减速齿轮啮合，另一端与所述车轮支撑架固定连接，且所述转向花键轴可旋转的支撑在所述前车架或者后车架上。

8.如权利要求7中所述的可折叠自平衡电动汽车，其特征在于，还包括：

前加强车梁，其设置在所述前车架上；

其中，所述前转向模块的转向电机基座与所述前加强车梁固定连接，且所述前转向模块的转向花键轴可旋转的支撑在所述前加强车梁上；

中加强车梁，其设置在所述中车架上；以及

后加强车梁，其设置在所述后车架上；

其中，所述前转向模块的转向电机基座与所述前加强车梁固定连接，且所述前转向模块的转向花键轴可旋转的支撑在所述前加强车梁上。

9.如权利要求8所述的可折叠自平衡电动汽车，其特征在于，还包括：

盘式制动器，其设置在所述轮毂电机的外转子的外侧。

10.如权利要求9所述的可折叠自平衡电动汽车，其特征在于，在所述中加强车梁中心位置上布置布置陀螺仪、倾角和加速度传感器。

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