CN201165299Y - 自平衡电动车 - Google Patents

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Abstract

一种自平衡电动车，包括车体、速度输入装置、左右分布的车轮、车轮的驱动电机、传感器模块和控制系统，左右车轮的转轴中心线位于同一直线上，在车体上设有用于支撑人体的平台，车体能够绕车轮的转轴摆动，其特征在于：在车体内部设有一平衡调节装置，所述的传感器模块包括车轮转速传感器和平衡测量装置，驾驶者通过速度输入装置来控制电动车的运行速度，控制系统根据车轮转速传感器所测得的速度和平衡测量装置所测得的平台姿态来调整平衡调节装置的位置，以使电动车达到平衡。本实用新型提供了一种操作简单、符合人们日常驾驶习惯、并能在运行过程中自动保持车体平衡的两轮电动车。

Description

自平衡电动车
技术领域
本实用新型涉及一种电动车，特别是自平衡的两轮电动车。
背景技术
传统的电动自行车的轮子前后分布，完全依靠驾驶者的身体来控制车体的平衡，容易侧翻。目前市场上出现的两轮平衡车(SEGWAY)，其轮子左右分布，车辆的控制装置根据驾驶者的姿态来自动调节车辆的速度，以使车辆达到平衡。上述平衡车根据人体的姿态来进行速度的调节，想要加速的时候身体要前倾，想要减速的时候身体要后仰，对于习惯了骑自行车或驾驶电动车的操作者来说，遇到紧急情况时很容易忘记需要通过调整身体姿态来控制车辆的减速和停车，从而导致发生事故。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种操作简单、符合人们日常驾驶习惯、并能在运行过程中自动保持车体平衡的两轮电动车。
本实用新型所涉及的自平衡两轮电动车包括：车体、速度输入装置、左右分布的车轮、车轮的驱动电机、传感器模块和控制系统，左右车轮的转轴中心线位于同一直线上，在车体上设有用于支撑人体的平台，车体能够绕车轮的转轴摆动，在车体内部设有平衡调节装置，平衡调节装置包括平衡调节电机，所述的传感器模块包括车轮转速传感器和平衡测量装置，驾驶者通过速度输入装置来控制电动车的运行速度，控制系统接收速度输入装置、车轮转速传感器和平衡测量装置所输入的信号，根据上述信号计算出车轮驱动电机和平衡调节电机所需的控制信号，该控制信号驱动车轮和平衡调节装置运动，从而使电动车能够根据所输入的速度自动调节车体的姿态，最终实现电动车的自平衡。
所述的平衡调节装置还包括传动机构、滑动块和限位导轨，平衡调节电机接收控制系统发出的平衡调节命令，通过传动机构来驱动滑动块沿着限位导轨前后滑动。其中所述的传动机构是齿轮和齿条传动副。
所述的速度输入装置包括脚踏板和刹车装置。
所述的速度输入装置包括调速开关和刹车装置。
所述的平衡测量装置为陀螺仪，用来测量车体相对于地平面的姿态。
本实用新型所涉及的自平衡电动车根据电动车运行速度来进行车体姿态调节，从而实现电动车的自平衡。该电动车操作简单，符合日常的驾驶习惯，又不需要依靠驾驶者的身体来控制车体的平衡和车体的运行速度，增加了电动车的安全性。
附图说明
图1是电动车的外形图
图2是电动车的另一个外形图
图3是平衡调节装置的一个实施例的示意图
图4是电动车的控制系统和控制电路框图
具体实施方式
如图1所示，电动车包括车体4和左右分布的车轮3，左右车轮3由不同的电机驱动，车体4包括用于支撑人体的平台13，左右车轮3的转轴不同，两个车轮转轴的中心线位于同一条直线上，车体4能够绕车轮的转轴摆动，在车体4内部安装有控制系统。为了保证驾驶者的安全，在平台13上设有杆状把手2，该把手能根据驾驶者的身高进行高度调节，在杆状把手2上设有电源开关10、调速开关1和刹车机构。转向开关11安装在杆状把手2的中部或底部，转向开关为一霍尔传感器。
如图2所示，为了使驾驶者更舒适，在平台1上设有座椅6，座椅6与平台固定连接，并能根据驾驶者的身高来进行高度调节。另外，也可以在平台上安装脚踏板5来代替调速开关1，根据脚踏板踩下的程度来控制车速。
电动车速度改变后，控制系统必须通过调节车体相对于地平面的姿态才能使电动车重新达到平衡。如图3所示为平衡调节装置的一个实施例，沿车轮转轴的中心线对称放置一对滑动块7，平衡调节电机(在附图中未示出)带动齿轮9转动，齿轮9的转动通过齿条12转化为线性运动，齿条12带动滑动块7沿着限位导轨8前后滑动。当电动车向前加速时，需要控制滑动块向前滑动适当距离，从而使车体4的重心发生改变，使车体的姿态发生变化；当电动车减速时，需要控制滑动块向后滑动适当距离，最终使车体的姿态与所需的速度相适应，从而实现电动车的自平衡。在实际应用中，电动车的速度和滑动块的运行距离之间的关系要根据实验结果进行标定。另外，平衡调节装置不限于图3所给出的实施例，也可以是本领域技术人员所熟知的其它能够使车体的姿态发生改变的机构。
如图4所示为控制系统和驱动电路框图，其中控制系统可以是单片机等微处理器，控制系统接收速度输入装置、车轮转速传感器和平衡测量装置所输入的信号，根据上述信号分别计算出平衡调节电机和车轮电机所需的控制信号，该控制信号驱动平衡调节装置和车轮运动，从而使电动车能够根据所输入的速度自动调节车体的姿态，最终实现电动车的自平衡。所述的速度输入装置为调速开关1和刹车机构，也可以是脚踏板5和刹车机构。所述的平衡测量装置用来测量车体相对于地平面的姿态，可以是陀螺仪，也可以是两个距离传感器或者倾斜角度传感器。
电动车的工作过程如下：使用时，打开电源开关10，控制系统开始工作。提前设定好滑动块的位置，当车体不运动时使电动车原地保持平衡。驾驶者上车后，通过正向转动调速开关1或踩下脚踏板5来进行加速，控制系统根据所输入的速度来控制左右车轮驱动电机的转速，以使电动车加速，并同时控制平衡调节电机带动滑动块向前滑动，控制系统根据车轮转速传感器所测量的速度和平衡测量装置所测量的平台姿态判断电动车是否达到平衡，如果没有达到平衡，则继续控制滑动块向前移动，直到达到平衡为止；当驾驶者需要减速时，反向转动调速开关2或逐渐松开脚踏板，控制系统收到驾驶者的减速信号后，通过控制车轮驱动电机使电动车减速，并同时控制平衡调节电机带动滑动块向后滑动，结合车轮转速传感器所测量的速度和平衡测量装置所测量的平台姿态来判断电动车是否达到平衡，如果没有达到平衡，则继续控制滑动块向后移动，直到达到平衡为止。需要转弯时，驾驶者通过转向开关11给出一个转向信号，控制系统根据转向信号的特征并综合其它传感器信号计算出左、右轮所需的不同力矩大小，利用左、右轮的转速差，可以控制车体转动到所需方向。当需要刹车时，驾驶者通过刹车机构(如刹车开关)控制电动车刹车，控制系统收到刹车信号后控制平衡调节电机带动滑动块迅速向后运动，控制系统根据车轮转速传感器所测量的速度和平衡测量装置所测量的平台姿态判断电动车是否达到平衡，如果没有达到平衡，则继续控制滑动块向前移动，直到达到平衡为止。

Claims (6)

1.一种自平衡两轮电动车，该电动车包括车体、速度输入装置、左右分布的车轮、车轮的驱动电机、转向开关、传感器模块和控制系统，左右车轮的转轴中心线位于同一直线上，在车体上设有用于支撑人体的平台，车体能够绕车轮的转轴摆动，其特征在于：在车体内部设有平衡调节装置，平衡调节装置包括平衡调节电机；所述的传感器模块包括车轮转速传感器和平衡测量装置；驾驶者通过速度输入装置来控制电动车的运行速度；控制系统接收速度输入装置、车轮转速传感器和平衡测量装置所输入的信号，根据上述信号计算出车轮驱动电机和平衡调节电机所需的控制信号，使电动车能够根据所输入的速度自动调整车体相对于地平面的姿态，从而达到自平衡。
2.如权利要求1所述的电动车，其特征在于：在所述平台上安装有杆状把手，杆状把手能进行高度调节，在杆状把手上设有电源开关、调速开关、转向开关和刹车机构；所述的速度输入装置包括调速开关和刹车机构；其中，调速开关用于调节电动车的运行速度。
3.如权利要求1所述的电动车，其特征在于：在所述平台上设有座椅，座椅与平台固定连接，并能进行高度调节；在平台上安装脚踏板和刹车机构，根据脚踏板踩下的程度来控制车速；所述的速度输入装置包括脚踏板和刹车机构。
4.如权利要求1所述的电动车，其特征在于：所述的平衡调节装置还包括传动机构、滑动块和限位导轨，所述的平衡调节电机接收所述控制系统发出的控制命令，通过传动机构来驱动滑动块沿着限位导轨前后滑动，从而实现车体相对于地平面的姿态的调整。
5.如权利要求4所述的电动车，其特征在于：所述的传动机构是齿轮和齿条副。
6.如权利要求1所述的电动车，其特征在于：所述的平衡测量装置为陀螺仪，用来测量车体相对于地平面的姿态。
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