CN112498549A - 智能三轮车及其实现转弯、自动驾驶转弯的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种智能三轮车及其实现转弯、自动驾驶转弯的方法，一种智能三轮车，包括车架和设置于车架两侧的两个踏板，车架上安装有横轴，两个踏板的第一头端分别旋转的安装在横轴轴头上，两个踏板的第一头端之间设反向转动结构，用以使两个踏板之间相对反向转动，两个踏板的第二端头分别轴接有转轮，在转轮转动方向朝向车架的正前方时，转轮之间平行且同轴心设置。本发明智能三轮车在转弯时能够使转弯半径缩短，并且由于三个轮子时时与地面贴合，抓地力更强，降低侧翻的风险，提高转弯速度，适合漂移运动。

Description

智能三轮车及其实现转弯、自动驾驶转弯的方法

技术领域

本发明涉及智能三轮车技术领域，尤其涉及一种智能三轮车及其实现转弯、自动驾驶转弯的方法。

背景技术

现有市面上的流行的智能三轮车，因其直线行进时，易于操作而深受大众喜爱，但其转弯半径较大，在速度快时，整体抓地效果差，倾覆侧翻的风险较大。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的不足，提供一种智能三轮车及其实现转弯、自动驾驶转弯的方法。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案。

一种智能三轮车，包括车架和设置于车架两侧的两个踏板，车架上安装有横轴，两个踏板的第一头端分别旋转的安装在横轴轴头上，两个踏板的第一头端之间设反向转动结构，用以使两个踏板之间相对反向转动，所述两个踏板的第二端头分别轴接有转轮，在转轮转动方向朝向车架的正前方时，所述转轮之间平行且同轴心设置。

优选地，所述反向转动结构设于车架上，反向转动结构包括横轴，所述横轴上分别旋转连接相向设置的两个扇形齿轮，两个踏板的第一头端分别和两个扇形齿轮的外端面固定连接；垂直横轴的方向上穿设可旋转的竖轴，所述竖轴上旋转套接连接齿轮，连接齿轮分别和两个扇形齿轮啮合连接；竖轴的外端头通过弹性件连接于车架上。

优选地，两个平行转轮内设有驱动电机，车架内安装有带陀螺仪的控制器和锂电池，驱动电机和控制器连接。

优选地，车架的后端设独立轮，两个转轮位于车架的前方，所述独立轮设于轮架上，独立轮和轮架之间通过轮轴连接，所述轮架通过一转轴和车架转动连接，转轴的轴心延长线位于轮轴和独立轮着地点之间。

优选地，所述竖轴上的连接齿轮连接有伺服电机，所述伺服电机与控制器连接。

优选地，车架的前端设头管，所述头管内设立管，立管的上端头设立杆，立杆的上端设把手，立管的下端头连接前叉，前叉上设独立轮，立管和车架之间设角度传感器，角度传感器和控制器连接；所述角度传感器包括和立管固定连接的第一齿轮、设于壳体内并和第一齿轮啮合的第二齿轮，第二齿轮上设磁铁，与磁铁对应的壳体内壁上设感应芯片，所述感应芯片和控制器连接。

一种智能三轮车实现转弯的方法，包括以下步骤：

获取智能三轮车的行进速度和转弯时的车身倾斜角度，智能三轮车平行的两转轮的轮轴上设驱动电机，由内设陀螺仪的控制器控制驱动电机对平行的两转轮之间差速进行补偿调整。

优选地，对于两转轮后置的智能三轮车，首先按照以下公式①计算内侧转轮和外侧转轮的速度比：

V_内1/V_外1＝(2R-H)/(2R+H)＝(2V²-Hsinθ)/(2V²+Hsinθ) ①其中：

V_内1为调整后的内侧转轮速度，V_外1为调整后的外侧转轮速度，R为差速调整后两转轮中间点的转弯半径，H为两转轮之间的距离，V为平均车速，θ为车身的倾斜角度，车身垂直地面时θ为0°；然后，再按照以下公式②计算内侧转轮和外侧转轮的速度比：

V_内2/V_外2＝(2R-H)/(2R+H)＝(2L/tanβ-H)/(2L/tanβ+H) ②其中：

V_内2为调整后的内侧转轮速度，V_外2为调整后的外侧转轮速度，R为差速调整后两转轮中间点的转弯半径，H为两转轮之间的距离，β为独立轮的转弯角度，L为转轮轴和独立轮轴之间的轴距，比较V_内1/V_外1与V_内2/V_外2的大小，取其中的小值对内侧转轮和外侧转轮的速度进行调整。

优选地，对于两转轮前置的智能三轮车，按照以下公式③计算调整内侧转轮和外侧转轮的速度比：

V_内/V_外＝(2R-H)/(2R+H)＝(2V²-Hsinθ)/(2V²+Hsinθ) ③其中：

V_内为调整后的内侧转轮速度，V_外为调整后的外侧转轮速度，R为差速调整后两转轮中间点的转弯半径，H为两转轮之间的距离，V为平均车速，θ为车身的倾斜角度，车身垂直地面时θ为0°。

一种两转轮前置智能三轮车自动驾驶转弯的方法，包括以下步骤：

外部控制信号控制智能三轮车的转弯半径，根据转弯半径按照下述公式④控制两转轮的差速，按照公式⑤控制车身倾斜的角度：

V_内/V_外＝(2R-H)/(2R+H) ④其中：

V_内为调整后的内侧转轮速度，V_外为调整后外侧转轮速度，R为两转轮中间点的转弯半径，H为两转轮之间的距离；

sinθ＝V²/R ⑤其中：

V为平均车速，θ为车身的倾斜角度，车身垂直地面时θ为0°。

技术效果

1、本发明智能三轮车在左转弯时(右转弯原理与其一致)，人可以使身子重量中心往左边倾斜，这时会带动车身向左倾斜，左、右踏板在反向转动结构的作用下会呈现左踏板往上翘，右踏板往下摆，可以控制两个踏板的相对角度，进而控制车身的倾斜角度，使得智能三轮车的转弯半径缩短，并且由于三个轮子时时与地面贴合，抓地力更强，降低侧翻的风险，提高转弯速度，适合漂移运动；

2、本发明智能三轮车的角度传感器将前独立轮的转动角度信息传给控制器，控制器根据转动的角度，控制平行两转轮上的驱动电机进行差速补偿调整，缩小平行两转轮之间的速度差，缩小转弯半径，使得智能三轮车能顺利平稳的转弯成功。

3、本发明智能三轮车实现转弯的方法，能够减小轮胎磨损和降低转弯难度；

4、本发明两转轮前置智能三轮车自动驾驶转弯的方法，在自动驾驶的模式下，能够有效的缩短转弯半径，使抓地力更强，降低侧翻的风险，提高转弯速度，适合漂移运动。

附图说明

图1为本发明智能三轮车第一实施例的整体结构正面示意图；

图2为本发明智能三轮车第一实施例的整体结构俯视示意图；

图3为本发明智能三轮车第二实施例的整体结构正面示意图；

图4为本发明智能三轮车第二实施例的整体结构俯视示意图；

图5为本发明智能三轮车第二实施例的角度传感器示意图；

图6为本发明智能三轮车第一实施例的转弯形态示意图；

图7为本发明智能三轮车第二实施例的转弯形态示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作更加详细的描述。

如图1、图2、图3和图4所示，一种智能三轮车，包括车架1和设置于车架两侧的两个踏板2，车架1上安装有横轴3，两个踏板2的第一头端分别旋转的安装在横轴3轴头上，两个踏板2的第一头端之间设反向转动结构4，用以使两个踏板2之间相对反向转动，两个踏板2的第二端头分别轴接有转轮5，在转轮5转动方向朝向车架1的正前方时，所述转轮5之间平行且同轴心设置。两个踏板2之间设反向转动结构4，转弯时，在一侧踏板2往上翘，在反向转动结构4作用下，另一侧踏板2往下摆，两侧踏板2协调动作，可以控制两个踏板2的相对角度，进而控制车身的倾斜角度，使得智能三轮车的转弯半径缩短，并且由于三个轮子时时与地面贴合，抓地力更强，降低侧翻的风险，提高转弯速度，适合漂移运动。

上述方案中，反向转动结构4设于车架1上，反向转动结构4包括横轴3，横轴3上分别旋转连接相向设置的两个扇形齿轮41，两个踏板2的第一头端分别和两个扇形齿轮41的外端面固定连接；垂直横轴3的方向上穿设可旋转的竖轴42，竖轴42上旋转套接连接齿轮43，连接齿轮43分别和两个扇形齿轮41啮合连接；竖轴42的外端头通过弹性件44橡胶固定块连接于车架1上，遇到颠簸路面时，可减轻竖轴42的震动。

具体的，两个平行转轮5内设有驱动电机，车架1内安装有带陀螺仪的控制器20和锂电池22，驱动电机和控制器20连接。

如图1、图2所示,本发明的第一实施例，车架1的后端设独立轮6，两个转轮5位于车架1的前方，独立轮6设于轮架7上，独立轮6和轮架7之间通过轮轴8连接，轮架8通过一转轴9和车架1转动连接，转轴9的轴心延长线91位于轮轴8和独立轮6着地点61之间，车身倾斜的时候，轮胎着地点有一个使轮胎反方向转弯的侧向力F1.地面的反作用力F2作用在转轴9的轴心延长线91的后方，F2的水平分力F3使独立轮6具有自导正功能。

具体的，竖轴42上的连接齿轮43连接有伺服电机21，伺服电机21与控制器20连接。在自动驾驶模式时，控制器20通过伺服电机21控制连接齿轮43的转动，连接齿轮43的转动带动伞形齿轮41的转动，进而调整两个踏板2的协调转动。

本实施例中，通过两个平行转轮5内设有驱动电机实现前进和转弯时的差速补偿。根据车速和转弯半径，控制器20控制伺服电机21驱动连接齿轮43转动，以实现车身倾斜，缩小转弯半径。另外在倾斜的路面上，通过陀螺仪信号可以获取车身倾斜的角度，通过控制伺服电机21驱动连接齿轮43转动，以实现车身保持水平状态。

如图3、图4和图5所示本发明第二实施例，车架1的前端设头管10，头管10内设立管11，立管11的上端头设立杆12，立杆12的上端设把手13，立管11的下端头连接前叉23，前叉23上设独立轮6，立管11和车架1之间设角度传感器14，角度传感器14和控制器20连接，角度传感器14用于检测独立轮6的转弯角度。

在上述方案中，角度传感器14包括和立管11固定连接的第一齿轮15、设于壳体16内并和第一齿轮15啮合的第二齿轮17，第二齿轮17上设磁铁18，与磁铁18对应的壳体16内壁上设感应芯片19，感应芯片19和控制器20连接。

本实施例中，通过两个平行转轮5内设有驱动电机实现前进和转弯时的差速补偿。

一种智能三轮车实现转弯的方法，包括以下步骤：

获取智能三轮车的行进速度和转弯时的车身倾斜角度，智能三轮车平行的两转轮的轮轴上设驱动电机，由内设陀螺仪的控制器控制驱动电机对平行的两转轮之间差速进行补偿调整。

如图7所示，对于两转轮后置的智能三轮车，首先按照以下公式①计算内侧转轮和外侧转轮的速度比：

V_内1/V_外1＝(2R-H)/(2R+H)＝(2V²-Hsinθ)/(2V²+Hsinθ) ①

其中：V_内1为调整后的内侧转轮速度，V_外1为调整后的外侧转轮速度，R为差速调整后两转轮中间点的转弯半径，H为两转轮之间的距离，V为平均车速，θ为车身的倾斜角度，车身垂直地面时θ为0°(θ的含义参见图6)；然后，再按照以下公式②计算内侧转轮和外侧转轮的速度比：

V_内2/V_外2＝(2R-H)/(2R+H)＝(2L/tanβ-H)/(2L/tanβ+H) ②

其中：V_内2为调整后的内侧转轮速度，V外2为调整后的外侧转轮速度，R为差速调整后两转轮中间点的转弯半径，H为两转轮之间的距离，β为独立轮的转弯角度，L为转轮轴和独立轮轴之间的轴距，比较V_内1/V_外1与V_内2/V_外2的大小，取其中的小值对内侧转轮和外侧转轮的速度进行调整。

如图6所示，对于两转轮前置的智能三轮车，按照以下公式③计算调整内侧转轮和外侧转轮的速度比：

V_内/V_外＝(2R-H)/(2R+H)＝(2V²-Hsinθ)/(2V²+Hsinθ) ③

其中：V_内为调整后的内侧转轮速度，V_外为调整后的外侧转轮速度，R为差速调整后两转轮中间点的转弯半径，H为两转轮之间的距离，V为平均车速，θ为车身的倾斜角度，车身垂直地面时θ为0°。

如图6所示，一种两转轮前置智能三轮车自动驾驶转弯的方法，包括以下步骤：外部控制信号控制智能三轮车的转弯半径，根据转弯半径按照下述公式④控制两转轮的差速，按照公式⑤控制车身倾斜的角度：

V_内/V_外＝(2R-H)/(2R+H) ④

其中：V_内为调整后的内侧转轮速度，V_外为调整后外侧转轮速度，R为两转轮中间点的转弯半径(R的含义参见图7)，H为两转轮之间的距离；

sinθ＝V²/R ⑤

其中：V为平均车速，θ为车身的倾斜角度，车身垂直地面时θ为0°。在第一实例中，控制器20通过伺服电机21控制连接齿轮43的转动，连接齿轮43的转动带动伞形齿轮41的转动，进而调整两个踏板2的转动角度，实现车身的倾斜。

图6中C位置所示转弯状态表明，独立轮6在转弯时如不转动，在转弯时会产生侧向的摩擦力，阻碍转弯和会对轮胎造成磨损；图6中D位置所示转弯状态表明，独立轮6在转弯时转动，转弯更为顺畅，同时减小对轮胎造成的磨损。

以上智能三轮车实现转弯的方法及两转轮前置智能三轮车自动驾驶转弯的方法，有效的缩小了智能三轮车的转弯半径，保证了转弯的平稳和顺畅。

以上所述只是本发明较佳的实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的技术范围内所做的修改、等同替换或者改进等，均应包含在本发明所保护的范围内。

Claims (10)

1.一种智能三轮车，包括车架和设置于车架两侧的两个踏板，其特征在于，车架上安装有横轴，两个踏板的第一头端分别旋转的安装在横轴轴头上，两个踏板的第一头端之间设反向转动结构，用以使两个踏板之间相对反向转动，所述两个踏板的第二端头分别轴接有转轮，在转轮转动方向朝向车架的正前方时，所述转轮之间平行且同轴心设置。

2.根据权利要求1所述智能三轮车，其特征在于，所述反向转动结构设于车架上，反向转动结构包括横轴，所述横轴上分别旋转连接相向设置的两个扇形齿轮，两个踏板的第一头端分别和两个扇形齿轮的外端面固定连接；垂直横轴的方向上穿设可旋转的竖轴，所述竖轴上旋转套接连接齿轮，连接齿轮分别和两个扇形齿轮啮合连接；竖轴的外端头通过弹性件连接于车架上。

3.根据权利要求2所述智能三轮车，其特征在于，两个平行转轮内设有驱动电机，车架内安装有带陀螺仪的控制器和锂电池，驱动电机和控制器连接。

4.根据权利要求3所述智能三轮车，其特征在于，车架的后端设独立轮，两个转轮位于车架的前方，所述独立轮设于轮架上，独立轮和轮架之间通过轮轴连接，所述轮架通过一转轴和车架转动连接，转轴的轴心延长线位于轮轴和独立轮着地点之间。

5.根据权利要求4所述智能三轮车，其特征在于，所述竖轴上的连接齿轮连接有伺服电机，所述伺服电机与控制器连接。

6.根据权利要3所述智能三轮车，其特征在于，车架的前端设头管，所述头管内设立管，立管的上端头设立杆，立杆的上端设把手，立管的下端头连接前叉，前叉上设独立轮，立管和车架之间设角度传感器，角度传感器和控制器连接；所述角度传感器包括和立管固定连接的第一齿轮、设于壳体内并和第一齿轮啮合的第二齿轮，第二齿轮上设磁铁，与磁铁对应的壳体内壁上设感应芯片，所述感应芯片和控制器连接。

7.一种智能三轮车实现转弯的方法，其特征在于，包括以下步骤：

获取智能三轮车的行进速度和转弯时的车身倾斜角度，智能三轮车平行的两转轮的轮轴上设驱动电机，由内设陀螺仪的控制器控制驱动电机对平行的两转轮之间差速进行补偿调整。

8.根据权利要求7所述智能三轮车实现转弯的方法，其特征在于，对于两转轮后置的智能三轮车，首先按照以下公式①计算内侧转轮和外侧转轮的速度比：V_内1/V_外1＝(2R-H)/(2R+H)＝(2V²-Hsinθ)/(2V²+Hsinθ)

①其中：

V_内1为调整后的内侧转轮速度，V_外1为调整后的外侧转轮速度，R为差速调整后两转轮中间点的转弯半径，H为两转轮之间的距离，V为平均车速，θ为车身的倾斜角度，车身垂直地面时θ为0°；然后，再按照以下公式②计算内侧转轮和外侧转轮的速度比：

V_内2/V_外2＝(2R-H)/(2R+H)＝(2L/tanβ-H)/(2L/tanβ+H)②其中：

V_内2为调整后的内侧转轮速度，V_外2为调整后的外侧转轮速度，R为差速调整后两转轮中间点的转弯半径，H为两转轮之间的距离，β为独立轮的转弯角度，L为转轮轴和独立轮轴之间的轴距，比较V_内1/V_外1与V_内2/V_外2的大小，取其中的小值对内侧转轮和外侧转轮的速度进行调整。

9.根据权利要求7所述智能三轮车实现转弯的方法，其特征在于，对于两转轮前置的智能三轮车，按照以下公式③计算调整内侧转轮和外侧转轮的速度比：V_内/V_外＝(2R-H)/(2R+H)＝(2V²-Hsinθ)/(2V²+Hsinθ)③其中：

V_内为调整后的内侧转轮速度，V_外为调整后的外侧转轮速度，R为差速调整后两转轮中间点的转弯半径，H为两转轮之间的距离，V为平均车速，θ为车身的倾斜角度，车身垂直地面时θ为0°。

10.一种两转轮前置智能三轮车自动驾驶转弯的方法，其特征在于，包括以下步骤：外部控制信号控制智能三轮车的转弯半径，根据转弯半径按照下述公式④控制两转轮的差速，按照公式⑤控制车身倾斜的角度：

V_内/V_外＝(2R-H)/(2R+H)④其中：V_内为调整后的内侧转轮速度，V_外为调整后外侧转轮速度，R为两转轮中间点的转弯半径，H为两转轮之间的距离；

sinθ＝V²/R⑤其中：

V为平均车速，θ为车身的倾斜角度，车身垂直地面时θ为0°。

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