CN114275090B - 一种健身电动滑板车及工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种健身电动滑板车及工作方法，包括踩踏框架，踩踏框架一端设有车把，另一端设有至少两组后轮，车把连接前轮，踩踏框架顶部设有跑板，跑板表面设有跑步皮带，跑板两端均设有用于支撑跑步皮带的滚轮，靠近后轮的滚轮两端同轴连接主动齿轮，每一组主动齿轮均与对应的被动齿轮啮合，每一组被动齿轮均同轴连接链轮，每一组链轮均通过链条连接对应的飞轮，每一组飞轮与对应的后轮同轴布置。利用带有皮带的跑板获取使用者跑步时产生的旋转动力，配合皮带两侧的滚轮带动主动齿轮并啮合链轮，经链条带动后轮旋转实现人力驱动，利用前轮内的轮毂电机实现滑板车的助力驱动。

Description

一种健身电动滑板车及工作方法

技术领域

本发明涉及滑板车技术领域，具体为一种健身电动滑板车及工作方法。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

电动滑板车是通过在板状的零件底部设置带电机的轮组，以电池作为动力配合把手形成的小型运动及通勤器械，在使用电动滑板车时需要使用者站立在滑板车上，不满足人们对运动和健身的需求。

发明内容

为了解决上述背景技术中存在的技术问题，本发明提供一种健身电动滑板车及工作方法，利用带有皮带的跑板获取使用者跑步时产生的旋转动力，配合皮带两侧的滚轮带动主动齿轮并啮合链轮，经链条带动后轮旋转实现人力驱动，利用前轮内的轮毂电机实现滑板车的助力驱动。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明的第一个方面提供一种健身电动滑板车，包括踩踏框架，踩踏框架一端设有车把，另一端设有至少两组后轮，车把连接前轮，踩踏框架顶部设有跑板，跑板表面设有跑步皮带，跑板两端均设有用于支撑跑步皮带的滚轮，靠近后轮的滚轮两端同轴连接主动齿轮，每一组主动齿轮均与对应的被动齿轮啮合，每一组被动齿轮均同轴连接链轮，每一组链轮均通过链条连接对应的飞轮，每一组飞轮与对应的后轮同轴布置。

车把包括左车把和右车把，两车把起始端均设有刹车手柄，末端通过轮组支架与前轮连接，轮组支架连接在踩踏框架上，两车把的起始端为手持部，刹车手柄位于手持部处。

前轮设有轮毂电机，前轮和后轮均设有悬挂系统。

跑板靠近后轮一端的滚轮两端均连接主动齿轮，滚轮与每一组主动齿轮同轴转动。

每一组主动齿轮分别与对应的被动齿轮啮合，每一组被动齿轮连接在传动轴两端且与传动轴同轴转动，每一组被动齿轮同轴连接链轮，在主动齿轮的带动下，传动轴两端的被动齿轮和链轮同轴转动带动链条运动。

踩踏框架内设有与控制器连接的电池组，电池组和控制器均与前轮的轮毂电机连接，控制器连接张力传感器和位置传感器。

张力传感器和位置传感器均位于踩踏框架上，分别获取链条的张力和被动齿轮的转速。

位置传感器具有相配合的磁铁，磁铁位于传动轴上，传动轴两端均为被动齿轮。

控制器还与显示模块连接，显示模块位于两车把的起始端，用于显示滑板车的运行状态。

本发明的第二个方面提供上述健身电动滑板车的工作方法，包括以下步骤：

人力驱动模式下，跑步皮带带动滚轮转动，滚轮与主动齿轮同轴转动，主动齿轮带动被动齿轮转动，被动齿轮与链轮同轴转动，链通过链条带动后轮转动；

前轮驱动模式下，前轮的轮毂电机转动带动滑板车运行；控制器根据皮带速度和设定的传动比输出前轮所需的转速，皮带速度与前轮转速的比值不大于主动齿轮和被动齿轮之间的齿轮比；

助力模式下，控制器依据张力传感器获取的链条张力电信号依据设定的功率转换比输出前轮所需的转速，前轮的轮毂电机转动带动滑板车运行。

与现有技术相比，以上一个或多个技术方案存在以下有益效果：

1、利用带有皮带的跑板获取使用者跑步时产生的旋转动力，配合皮带两侧的滚轮带动主动齿轮并啮合链轮，经链条带动后轮旋转实现人力驱动前进，滑板车依靠人力驱动的过程能够让使用者利用滑板车通勤的过程完成运动健身。

2、以前轮的轮毂电机作为动力源驱动滑板车运行，借助轮毂电机实现滑板车运行过程中的助力或驱动，能够让使用者利用滑板车通勤和健身的过程依据不同的传动比适应自身的需求。

附图说明

构成本发明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。

图1是本发明一个或多个实施例提供的滑板车整体结构示意图；

图2（a）是本发明一个或多个实施例提供的滑板车结构分解示意图；

图2（b）是本发明一个或多个实施例提供的滑板车控制器、电池组和线束相对位置示意图；

图2（c）是本发明一个或多个实施例提供的滑板车齿轮、链轮、位置传感器和张力传感器相对位置示意图；

图中：1、显示模块，2、左车把，3、卡扣，4、前轮悬挂系统，5、前轮，6、踩踏框架，7、线束，8、跑板支架，9、控制器，10、电池组，11、信号传输线，12、主动齿轮，13、链轮，14、后轮悬挂系统，15、链条，16、飞轮，17、后轮，18、张力传感器，19、位置传感器，20、传动轴，21、磁铁，22、被动齿轮，23、滚轮，24、跑步皮带，25、跑板，26、右车把，27、手持部，28、刹车手柄。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

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发明的示例性实施方式。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。

术语解释：

机械传动比(C)：指滑板车完全由皮带带动的滚轮驱动前进时，滚轮23和前轮5速度的比值，数值上不大于主动齿轮12和被动齿轮22之间的齿轮传动比。

实时传动比(c)：指滑板车瞬时传动比，是当前时刻滚轮23和前轮5速度的比值。

皮带速度(v1)：控制器9依据位置传感器19（一般为霍尔传感器）测得被动齿轮22的转速和齿轮传动比得出滚轮23的速度进而转换得出。

车轮速度(v2)：由前轮5中集成的霍尔传感器测得。

控制功率(P)：指前轮5的目标功率。

链条张力(F)：由张力传感器18测得。

正如背景技术中所描述的，电动滑板车是通过在板状的零件底部设置带电机的轮组，以电池作为动力配合把手形成的小型运动及通勤器械，在使用电动滑板车时需要使用者站立在滑板车上，不满足人们对运动和健身的需求，当通勤距离较长时，使用者想在已有的电动滑板车基础上增加跑步健身功能。

因此以下实施例给出了一种健身电动滑板车，利用带有皮带的跑板获取使用者跑步时产生的旋转动力，配合皮带两侧的滚轮带动主动齿轮并啮合链轮，经链条带动后轮旋转实现人力驱动，利用前轮内的轮毂电机实现滑板车的助力驱动。

实施例一：

如图1-2所示，一种健身电动滑板车，包括踩踏框架6，踩踏框架6一端设有车把，另一端设有至少两组后轮17，车把连接前轮5，踩踏框架6顶部设有跑板25，跑板25表面设有跑步皮带24，跑板25两端均设有用于支撑跑步皮带24的滚轮23，靠近后轮17的滚轮23两端同轴连接主动齿轮12，主动齿轮12与被动齿轮22啮合，被动齿轮22同轴连接链轮13，链轮13通过链条15连接飞轮16，飞轮16与后轮17同轴布置。

车把包括左车把2和右车把26，两车把起始端均设有刹车手柄28，末端通过轮组支架与前轮5连接，轮组支架连接在踩踏框架6上，两车把的起始端为手持部27，刹车手柄28位于手持部27处。

前轮5设有轮毂电机。

前轮5和后轮17均设有悬挂系统，前轮悬挂系统4包括连接在轮组支架上的液压杆和弹簧，前轮5通过前轮悬挂系统4与轮组支架连接，用于前轮5的避震；后轮悬挂系统14包括连接在踩踏框架6上的液压杆和弹簧，后轮17通过后轮悬挂系统14与踩踏框架6连接，用于后轮17的避震。

跑板25靠近后轮17一端的滚轮23两端均同轴连接主动齿轮12，且滚轮23与两组主动齿轮12同轴转动；

两组主动齿轮12分别与对应的被动齿轮22啮合，两组被动齿轮22连接在传动轴20两端与传动轴20同轴转动，每一组被动齿轮22同轴连接链轮13，在主动齿轮12的带动下，传动轴20两端的被动齿轮22和链轮13同轴转动带动链条15运动。

跑板25通过跑板支架8连接在踩踏框架6顶部，跑板25两端的滚轮23用于支撑跑步皮带24，使用者站在跑板25上行走或跑步时带动跑步皮带24转动，使得滚轮23跟随跑步皮带24同轴转动；

滚轮23跟随跑步皮带24转动时，两组主动齿轮12同轴转动，相应的，与其啮合的被动齿轮22同轴转动，两被动齿轮22通过传动轴20连接确保同轴转动动作可靠；

每一组被动齿轮22同轴连接链轮13，与链轮13同轴转动，链轮13通过链条15将转动动作传递给与后轮17同轴布置的飞轮16，从而将人力跑步动作驱动跑步皮带24的运动转换到后轮17的转动过程中，以人力驱动的方式实现滑板车使用者的运动锻炼。

踩踏框架6内设有通过线束7与控制器9连接的电池组10，电池组10和控制器9均与前轮5的轮毂电机连接，控制器9通过信号传输线11连接张力传感器18和位置传感器19。

张力传感器18和位置传感器19均位于踩踏框架6上，分别获取链条15的张力和被动齿轮22的转速。

位置传感器19具有相配合的磁铁21，磁铁21位于传动轴20上，传动轴20两端均为被动齿轮22，当被动齿轮22被主动齿轮12啮合带动时，传动轴20跟随两被动齿轮22转动，则磁铁21每转过一圈都能被位置传感器19获取到，磁铁21的位置信息被传输到控制器9后，控制器9利用单位时间内磁铁21经过的位置信号计算出传动轴20的转速，也就是被动齿轮22的转速，由于主动齿轮12和被动齿轮22的齿数是已知的，则能够得到齿轮传动比，利用被动齿轮22的转速和齿轮传动比能够计算得到主动齿轮12的转速，主动齿轮12又与滚轮23同轴，则同样能够得出滚轮23的转速，滚轮23是被跑步皮带24带动的，则滚轮23的转速在数值上与皮带速度(v1)相等。

控制器9还与显示模块1连接，显示模块1位于两车把的起始端，用于显示滑板车的运行状态，例如，电池组10的剩余电量、当前车速、前轮5的转速以及皮带转速等信息。

上述结构的滑板车，当驾乘者在跑步带上跑步过程中，跑步皮带24带动滚轮23转动，滚轮23与主动齿轮12同轴转动，主动齿轮12带动被动齿轮22转动，被动齿轮22与链轮1同轴3转动，链轮13通过链条15带动后轮17转动，实现滑板车的人力驱动前进。

利用前轮5的轮毂电机能够实现前轮5驱动模式或助力模式，前轮5中的轮毂电机集成了速度传感器（例如可以为霍尔传感器），用于获取前轮5的速度，也就是滑板车的车轮速度(v2)。

前轮驱动模式下，控制器9根据皮带速度v1和使用者设定的传动比以及速度补偿控制车轮速度v2。v1与v2的比值不大于机械传动比C。此时驾乘者跑步提供的能量并未作用于后轮驱动，仅为前轮的驱动速度提供一个前进或后退的信号。

助力模式下，使用者踏踩皮带的力增大时，意味着使用者需要轮毂电机提供动力从而帮助使用者驱动滑板车，因此链条的张力会相应增大，反映在链条上，张力增大时会认为使用者希望电机加速，张力维持时不变时认为驱动者希望电机保持均速，反之电机减速运转；因此在助力模式下，控制器9根据张力传感器18提供的电信号F按照使用者设定的功率转换比控制前轮5的功率，实现助力。

举例如下：

健身电动滑板车，包括前、后驱动部分、信号采集部分和中间的踩踏主体及健身主体，还有车把、机械刹车和显示模块部分。

前驱动部分包括前轮5采用轮毂电机驱动和前弹簧液压悬挂系统4；

中间踩踏主体包括踩踏框架6和踩踏框架6内部电机控制器9和电池组10通过线束7中的各功能导线连接，并连接至轮毂电机一体化前轮5、显示模块1；健身主体包括跑板25、跑板支架8、跑步皮带24和滚轮23。跑板25通过跑板支架8固定在踩踏框架6上。

后驱动部分包括主动齿轮12、被动齿轮22、链轮13、链条15、飞轮16、后弹簧液压悬挂系统14和后轮17。

信号采集部分包括张力传感器18、位置传感器19、位置传感器配套的磁铁21和信号传输线11。

驾乘者在跑步带上跑步过程中，跑步皮带24带动滚轮23转动，滚轮23两端刚性连接有主动齿轮12，主动齿轮12带动被动齿轮22转动，被动齿轮22位于传动轴20两端，进而带动刚性连接在被动齿轮22上的链轮13转动，链轮13通过链条15带动后轮17转动，实现滑板车的人力驱动前进并将人力传递给两组后轮。

刹车的控制方法：后轮采用刹车手柄28及附属闸线，前轮5是轮毂电机一体化前轮，内部具有电子刹车。

滑板车行驶过程中的驱动模式：

1、纯轮毂电机一体化前轮5驱动模式，控制器9解析并控制的方式：

纯轮毂电机一体化前轮5驱动模式下，控制器9根据皮带速度v1控制车轮速度v2。v1与v2的比值不大于机械传动比C。此时驾乘者跑步提供的能量并未作用于后轮驱动，仅为前轮的驱动速度提供一个信号。控制器9根据皮带速度v1的信号，通过以下公式调节车轮速度v2的速度。

其中：

是设定传动比，根据用户的喜好由配套的App设定，最小不小于机械传动比C。

是速度补偿，可以为正值或者负值，根据用户的喜好由配套的App设定。

算出的数值v2还需要经过有效性检测后在合理范围内作为控制变量作用于电机驱动。

2、轮毂电机一体化前轮5的助力驱动模式：

助力模式下，控制器9根据张力传感器18提供的电信号F按照以下公式控制轮毂电机一体化前轮5的功率。

其中，

是设定功率转换比，根据用户的喜好由配套的App设定。

是功率补偿，可以为正值或者负值，根据用户的喜好由配套的App设定。

算出的数值P还需要经过有效性检测后在合理范围内作为控制变量作用于电机驱动。

有效性检测是指计算得到的P在电机的可调功率步长值的范围内，不能超出电机的调节能力，当计算数值超出控制步长范围时系统将单次的调整量限制在最大步长值。

助力模式下，控制器可提供电子刹车功能（可通过App关闭）。如开启电子刹车功能，当满足实时传动比小于设定传动比

时，开启电子刹车。刹车功率按照以下公式计算：

其中，

是设定刹车功率转换比，根据用户的喜好由配套的App设定。

是功率补偿，可以为正值或者负值，根据用户的喜好由配套的App设定。

算出的数值P还需要经过有效性检测后在合理范围内作为控制变量作用于电机制动；这里的有效性检测同样指计算得到的P在电机的可调功率步长值的范围内，不能超出电机的调节能力，当计算数值超出控制步长范围时系统将单次的调整量限制在最大步长值。

可调左车把2和右车把26的高度，实现对不同高度健身人的适应；左、右车把可以通过折叠卡扣3折叠放置，方便滑板车的收纳。

实施例二：

本实施例提供实施例一所述健身电动滑板车的工作方法，包括以下步骤：

人力驱动模式下，跑步皮带带动滚轮转动，滚轮与主动齿轮同轴转动，主动齿轮带动被动齿轮转动，被动齿轮与链轮同轴转动，链通过链条带动后轮转动；

前轮驱动模式下，前轮的轮毂电机转动带动滑板车运行；控制器根据皮带速度和设定的传动比输出前轮所需的转速，皮带速度与前轮转速的比值不大于主动齿轮和被动齿轮之间的齿轮比；

助力模式下，控制器依据张力传感器获取的链条张力电信号依据设定的功率转换比输出前轮所需的转速，前轮的轮毂电机转动带动滑板车运行。

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 (9)

1.一种健身电动滑板车的工作方法，所述健身电动滑板车包括踩踏框架，踩踏框架一端设有车把，另一端设有至少两组后轮，车把连接前轮，踩踏框架顶部设有跑板，跑板表面设有跑步皮带，跑板两端均设有用于支撑跑步皮带的滚轮，靠近后轮的滚轮两端同轴连接主动齿轮，每一组主动齿轮均与对应的被动齿轮啮合，每一组被动齿轮均同轴连接链轮，每一组链轮均通过链条连接对应的飞轮，每一组飞轮与对应的后轮同轴布置；

其特征在于，所述工作方法包括以下步骤：

人力驱动模式下，跑步皮带带动滚轮转动，滚轮与主动齿轮同轴转动，主动齿轮带动被动齿轮转动，被动齿轮与链轮同轴转动，链通过链条带动后轮转动；

前轮驱动模式下，前轮的轮毂电机转动带动滑板车运行；控制器根据皮带速度和设定的传动比输出前轮所需的转速，皮带速度与前轮转速的比值不大于主动齿轮和被动齿轮之间的齿轮比；

助力模式下，控制器依据张力传感器获取的链条张力电信号依据设定的功率转换比输出前轮所需的转速，前轮的轮毂电机转动带动滑板车运行。

2.如权利要求1所述的一种健身电动滑板车的工作方法，其特征在于：所述车把包括左车把和右车把，两车把起始端均设有刹车手柄，末端通过轮组支架与前轮连接，轮组支架连接在踩踏框架上，两车把的起始端为手持部，刹车手柄位于手持部处。

3.如权利要求1所述的一种健身电动滑板车的工作方法，其特征在于：所述前轮设有轮毂电机，前轮和后轮均设有悬挂系统。

4.如权利要求1所述的一种健身电动滑板车的工作方法，其特征在于：所述跑板靠近后轮一端的滚轮两端均连接主动齿轮，滚轮与每一组主动齿轮同轴转动。

5.如权利要求4所述的一种健身电动滑板车的工作方法，其特征在于：所述每一组主动齿轮分别与对应的被动齿轮啮合，每一组被动齿轮连接在传动轴两端且与传动轴同轴转动，每一组被动齿轮同轴连接链轮，在主动齿轮的带动下，传动轴两端的被动齿轮和链轮同轴转动带动链条运动。

6.如权利要求1所述的一种健身电动滑板车的工作方法，其特征在于：所述踩踏框架内设有与控制器连接的电池组，电池组和控制器均与前轮的轮毂电机连接，控制器连接张力传感器和位置传感器。

7.如权利要求6所述的一种健身电动滑板车的工作方法，其特征在于：所述张力传感器和位置传感器均位于踩踏框架上，分别获取链条的张力和被动齿轮的转速。

8.如权利要求7所述的一种健身电动滑板车的工作方法，其特征在于：所述位置传感器具有相配合的磁铁，磁铁位于传动轴上，传动轴两端均为被动齿轮。

9.如权利要求6所述的一种健身电动滑板车的工作方法，其特征在于：所述控制器还与显示模块连接，显示模块位于两车把的起始端，用于显示滑板车的运行状态。

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