CN210101920U

CN210101920U - 一种带自动驾驶功能的自平衡电动摩托车

Info

Publication number: CN210101920U
Application number: CN201920204701.5U
Authority: CN
Inventors: 黄智彦; 于兆勤; 钟耿君; 梁铧杰; 周瑞浩; 林妍君
Original assignee: Guangdong University of Technology
Current assignee: Guangdong University of Technology
Priority date: 2019-02-15
Filing date: 2019-02-15
Publication date: 2020-02-21
Anticipated expiration: 2029-02-15

Abstract

本实用新型公开了一种带自动驾驶功能的自平衡电动摩托车，包括车架和设于车架上的电池、前轮驱动装置、后轮驱动装置、控制器、转向驱动装置和保护架装置，前轮驱动装置和后轮驱动装置分别安装于车架的前轮和后端，转向驱动装置与前轮驱动装置连接而驱动前轮驱动装置转向；保护架装置设于车架后端；在速度小于设定值时，控制器控制保护架装置工作，保护架装置与地面接触而与前轮驱动装置形成三轮车结构。本实用新型在摩托车正常行驶时，保护架装置不工作。当前轮驱动装置或转向驱动装置检测到摩托车的转速低于设定值时，控制器控制保护架装置工作，使保护架装置与地面接触而与前轮驱动装置形成三轮车结构，防止车身因慢速导致不平衡而倾倒的情况。

Description

一种带自动驾驶功能的自平衡电动摩托车

技术领域

本实用新型涉及一种电动摩托车，尤其是指一种带自动驾驶功能的自平衡电动摩托车。

背景技术

现在汽车污染越来越严重，道路交通越来越堵塞。社会因交通拥堵造成的巨额经济损失已经发展成一个不容忽视的问题。针对目前汽车占地体积大，耗能大，载客量与其体积耗能不相符的情况，设计出一辆占地空间小，低耗能的，方便出行且安全的电动摩托车。提高资源的利用率，同时缓解污染严重的问题。

现有的平衡电动摩托车一般采用飞轮来实现车辆自平衡；通过驾驶员座位下方的两个飞轮开启时保持每分钟5000—12000转的转速，来保持车辆的自动平衡。但是这种电动摩托车的飞轮耗能高，而且一旦发生车辆碰撞事故，巨大的动能释放出来，会产生巨大的冲击，严重影响驾驶者的生命安全。

实用新型内容

本实用新型的目的在于针对上述问题，提供一种多功能，智能化、节能和安全可靠的自平衡电动摩托车。

本实用新型的目的可采用以下技术方案来达到：

一种带自动驾驶功能的自平衡电动摩托车，包括车架和设于车架上的电池、前轮驱动装置、后轮驱动装置、控制器、转向驱动装置和保护架装置，所述前轮驱动装置和后轮驱动装置分别安装于车架的前轮和后端，所述转向驱动装置与前轮驱动装置连接而驱动前轮驱动装置转向；所述保护架装置设于车架后端；所述控制器与前轮驱动装置、后轮驱动装置转向驱动装置和保护架装置电连接；在前轮驱动装置或后轮驱动装置的速度小于设定值时，控制器控制保护架装置工作，保护架装置与地面接触而与前轮驱动装置形成三轮车结构。

作为一种优选的方案，所述车架包括主体架构，以及分别固定安装于主体架构前端和后端的前弯管和后弯管；所述前弯管尾端设有方向盘安装板；后弯管尾端设有坐垫安装板；所述后弯管尾端下方设有后尾横杆。

作为一种优选的方案，所述前轮驱动装置包括带驱动电机的前轮、前叉、刹车装置和第一编码器，所述刹车装置安装在所述前叉上，第一编码器安装在所述前叉上而对前轮的转速进行检测；第一编码器与控制器电连接。

作为一种优选的方案，所述转向驱动装置包括联轴器、套筒和转向电机，所述套筒固定连接于车架上，所述联轴器一端连接转向电机，所述前叉穿过套筒与联轴器的另一端连接，转向电机与控制器电连接。

作为一种优选的方案，所述后轮驱动装置包括减震器、刹车装置、后轮和第二编码器，后轮可旋转安装于车架上，所述减震器一端连接后尾横杆，减震器的另一端连接车架；所述第二编码器安装于车架上而对后轮的转速进行检测。

作为一种优选的方案，所述保护架装置包括铰接于车架后端的支撑架，可旋转安装于支撑架底端的滚轮，用于控制支撑架摆动的第二电机，所述第二电机与控制器电连接。

作为一种优选的方案，所述控制器包括壳体，用于控制驱动电机的前轮电机驱动器，用于控制转向电机的转向电机驱动器，用于检测车架倾斜角度的角度传感器，以及单片机；所述前轮电机驱动器、转向电机驱动器和角度传感器与单片机电连接，所述电池设于壳体内。

作为一种优选的方案，所述车架的前端设有视觉传感器，视觉传感器与单片机电连接。

作为一种优选的方案，所述车架上设有用于加速或减速的脚踏板。

作为一种优选的方案，所述第一编码器和第二编码器与单片机电连接。

实施本实用新型，具有如下有益效果：

1、本实用新型通过身上的第一编码器、第二编码器、视觉传感器和角度传感器的检测，实时获得车架行驶时和行驶速度、前方的环境和车架的倾斜角度信息，然后控制器控制驱动电机、转向电机和第二电机工作，实现自平衡自动行驶的目的，抛弃了飞轮的高能耗高成本，具有多功能，智能化、节能和安全可靠的优点。

2、本实用新型在摩托车正常行驶时，支撑架处于收起状态。当第一编码器或第二编码器检测到摩托车的转速低于设定值时，控制器控制第二电机工作而驱动支撑架向下摆动，从而两个滚轮与前轮形成三轮车结构，起到停车后对车身的支撑作用，防止车身因慢速导致不平衡而倾倒的情况。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型带自动驾驶功能的自平衡电动摩托车的结构示意图；

图2是本实用新型带自动驾驶功能的自平衡电动摩托车的前轮驱动装置的结构示意图；

图3是本实用新型带自动驾驶功能的自平衡电动摩托车的后轮驱动装置的结构示意图；

图4是本实用新型带自动驾驶功能的自平衡电动摩托车的车架的结构示意图；

图5是本实用新型带自动驾驶功能的自平衡电动摩托车的脚踏板的安装结构示意图；

图6是本实用新型带自动驾驶功能的自平衡电动摩托车的控制器的结构示意图；

图7是本实用新型带自动驾驶功能的自平衡电动摩托车的控制流程图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

实施例

参照图1至图3，本实施例涉及带自动驾驶功能的自平衡电动摩托车，包括车架1和设于车架1上的电池2、前轮驱动装置3、后轮驱动装置4、控制器5、转向驱动装置6和保护架装置7，所述前轮驱动装置3和后轮驱动装置4分别安装于车架1的前轮和后端，所述转向驱动装置6与前轮驱动装置3连接而驱动前轮驱动装置3转向；所述保护架装置7设于车架1后端；所述控制器5与前轮驱动装置3、后轮驱动装置4转向驱动装置6和保护架装置7电连接；在前轮驱动装置3或后轮驱动装置4的速度小于设定值时，控制器5控制保护架装置7工作，保护架装置7与地面接触而与前轮驱动装置3形成三轮车结构。在摩托车正常行驶时，保护架装置7不工作。当前轮驱动装置3或转向驱动装置6检测到摩托车的转速低于设定值时，控制器5控制保护架装置7工作，使保护架装置7与地面接触而与前轮驱动装置3形成三轮车结构，防止车身因慢速导致不平衡而倾倒的情况。

如图4所示，所述车架1包括主体架构11，以及分别固定安装于主体架构11前端和后端的前弯管12和后弯管13；所述前弯管12尾端设有方向盘安装板14；后弯管13尾端设有用于安装坐垫151的坐垫安装板15；所述后弯管13尾端下方设有后尾横杆16。

所述前轮驱动装置3包括带驱动电机的前轮31、前叉32、刹车装置33和第一编码器34，所述刹车装置33安装在所述前叉32上，第一编码器34安装在所述前叉32上而对前轮31的转速进行检测；第一编码器34与控制器5电连接。第一编码器34的读数头安装在前叉32右端支撑柱上，第一编码器34的同步轮安装在前轮31的车轴上，与前轮31同步转动，所以第一编码器34可实时读取前轮31的转速；所述前轮31是为一主动车轮，内含驱动电机35。

所述转向驱动装置6包括联轴器61、套筒62和转向电机63，所述套筒62固定连接于车架1上，所述联轴器61一端连接转向电机63，所述前叉32穿过套筒62与联轴器61的另一端连接，转向电机63与控制器5电连接。转向电机63安装在车架1的前弯管12的托架上121，方向盘122安装在车架1的前弯管12尾端的方向盘安装板14上。

所述后轮驱动装置4包括减震器41、刹车装置33、后轮42和第二编码器43，后轮42可旋转安装于车架1上，所述减震器41一端连接后尾横杆16，减震器41的另一端连接车架1；所述第二编码器43安装于车架1上而对后轮42的转速进行检测。所述第二编码器43的读数头安装在车架1上，第二编码器43的同步轮安装在后轮42的车轴上而与后轮42同轴转动，所以第二编码器43可实时读出后轮42的转速。所述第一编码器34和第二编码器43与单片机电连接。

所述保护架装置7包括铰接于车架1后端的支撑架71，可旋转安装于支撑架71底端两侧的滚轮72，以及用于控制支撑架71摆动的第二电机，所述第二电机与控制器5电连接。在摩托车正常行驶时，支撑架71处于收起状态。当第一编码器34或第二编码器43检测到摩托车的转速低于设定值时，控制器5控制第二电机工作而驱动支撑架71向下摆动，从而两个滚轮72与前轮31形成三轮车结构，起到停车后对车身的支撑作用，防止车身因慢速导致不平衡而倾倒的情况。

如图5和图6所示，所述控制器5包括壳体51，用于控制驱动电机35的前轮电机驱动器52，用于控制转向电机63的转向电机驱动器53，用于检测车架1倾斜角度的角度传感器54，以及单片机55；所述前轮电机驱动器52、转向电机驱动器53和角度传感器54与单片机55电连接，所述电池2设于壳体51内。壳体51内部被分隔为第一容纳腔511和第二容纳腔512；所述第一容纳腔511内放置有前轮电机驱动器52，转向电机驱动器53和亚克力底板56，所述前轮电机驱动器52和转向电机驱动器53设置在第一容纳腔511的左端，且用螺栓固定于壳体51底部。所述前轮电机驱动器52由压盖57夹持在第一容纳腔511上；所述亚克力底板56上设有角度传感器54，单片机55固定安装在亚克力底板56上且位于第一容纳腔511内；所述第二容纳腔512放置有电池2，所述电池2由电池固定板58锁紧于第二容纳腔512内；所述车架1的前端设有视觉传感器59，视觉传感器59与单片机55电连接。所述车架1上设有用于加速或减速的脚踏板60。

本电动摩托车具有多种控制模式，如图1至图7所示，包括以下三种：

1、手动控制模式

驾驶人通过使用方向盘来控制前轮31的转动角度实现手动转向，通过脚踏板60来控制车辆的行驶时的加速和减速。

2、半自动控制模式

在驾驶人手动驾驶的情况下，车身上的第一编码器34、第二编码器43、视觉传感器59和角度传感器54保持工作状态。第一编码器34、第二编码器43获取摩托车实时行驶速度，视觉传感器59实时获取前方的图像，角度传感器54实时获取车架1的倾斜角度，并将这些信息传送到单片机55进行处理。当车速降低到低于设定值时，控制器5控制第二电机工作，驱动支撑架71自动向下摆动，起到对车架1进行支撑的作用，从而实现保持车架1平衡的目的，进而保护驾车人的生命安全。

2.1.3自动控制模式

该模式适用于共享摩托车形式。当摩托车停下时，驾驶人离开车辆后，控制器5根据第一编码器34、第二编码器43、视觉传感器59和角度传感器54的检测，实时获得车架1行驶时和行驶速度、前方的环境和车架1的倾斜角度信息，然后控制器5控制驱动电机35、转向电机63和第二电机工作，使摩托车自动前往附近合适停车的地方进行停车熄火。

本摩托车主要通过身上的第一编码器34、第二编码器43、视觉传感器59和角度传感器54的检测，实时获得车架1行驶时和行驶速度、前方的环境和车架1的倾斜角度信息，然后控制器5控制驱动电机35、转向电机63和第二电机工作，实现自平衡自动行驶的目的，抛弃了飞轮的高能耗高成本，具有多功能，智能化、节能和安全可靠的优点。

单片机55采用STM32F4。STM32F4是由ST(意法半导体)开发的一种高性能微控制器5。其采用了90纳米的NVM工艺和ART(自适应实时存储器加速器，Adaptive Real-TimeMemoryAccelerator^TM)。ART技术使得程序零等待执行，提升了程序执行的效率，将Cortext-M4的性能发挥到了极致，使得STM32F4系列可达到210DMIPS@168MHz。

第一编码器34和第二编码器43本编码器为增量式编码器，集成在电机里面，2500PPR(每转一周发出2500个脉冲)。

驱动器为Copley controls的Accelnet Panel，本驱动器通过RS-232可以与上位机进行通信，从而配置驱动器允许的模式，以及最大输出电流等等。

以上所揭露的仅为本实用新型一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本实用新型之权利范围，因此依本实用新型权利要求所作的等同变化，仍属本实用新型所涵盖的范围。

Claims

1.一种带自动驾驶功能的自平衡电动摩托车，其特征在于，包括车架和设于车架上的电池、前轮驱动装置、后轮驱动装置、控制器、转向驱动装置和保护架装置，所述前轮驱动装置和后轮驱动装置分别安装于车架的前轮和后端，所述转向驱动装置与前轮驱动装置连接而驱动前轮驱动装置转向；所述保护架装置设于车架后端；所述控制器与前轮驱动装置、后轮驱动装置转向驱动装置和保护架装置电连接；在前轮驱动装置或后轮驱动装置的速度小于设定值时，控制器控制保护架装置工作，保护架装置与地面接触而与前轮驱动装置形成三轮车结构。

2.根据权利要求1所述的一种带自动驾驶功能的自平衡电动摩托车，其特征在于，所述车架包括主体架构，以及分别固定安装于主体架构前端和后端的前弯管和后弯管；所述前弯管尾端设有方向盘安装板；后弯管尾端设有坐垫安装板；所述后弯管尾端下方设有后尾横杆。

3.根据权利要求1所述的一种带自动驾驶功能的自平衡电动摩托车，其特征在于，所述前轮驱动装置包括带驱动电机的前轮、前叉、刹车装置和第一编码器，所述刹车装置安装在所述前叉上，第一编码器安装在所述前叉上而对前轮的转速进行检测；第一编码器与控制器电连接。

4.根据权利要求3所述的一种带自动驾驶功能的自平衡电动摩托车，其特征在于，所述转向驱动装置包括联轴器、套筒和转向电机，所述套筒固定连接于车架上，所述联轴器一端连接转向电机，所述前叉穿过套筒与联轴器的另一端连接，转向电机与控制器电连接。

5.根据权利要求3所述的一种带自动驾驶功能的自平衡电动摩托车，其特征在于，所述后轮驱动装置包括减震器、刹车装置、后轮和第二编码器，后轮可旋转安装于车架上，所述减震器一端连接后尾横杆，减震器的另一端连接车架；所述第二编码器安装于车架上而对后轮的转速进行检测。

6.根据权利要求1所述的一种带自动驾驶功能的自平衡电动摩托车，其特征在于，所述保护架装置包括铰接于车架后端的支撑架，可旋转安装于支撑架底端的滚轮，用于控制支撑架摆动的第二电机，所述第二电机与控制器电连接。

7.根据权利要求1所述的一种带自动驾驶功能的自平衡电动摩托车，其特征在于，所述控制器包括壳体，用于控制驱动电机的前轮电机驱动器，用于控制转向电机的转向电机驱动器，用于检测车架倾斜角度的角度传感器，以及单片机；所述前轮电机驱动器、转向电机驱动器和角度传感器与单片机电连接，所述电池设于壳体内。

8.根据权利要求1所述的一种带自动驾驶功能的自平衡电动摩托车，其特征在于，所述车架的前端设有视觉传感器，视觉传感器与单片机电连接。

9.根据权利要求1所述的一种带自动驾驶功能的自平衡电动摩托车，其特征在于，所述车架上设有用于加速或减速的脚踏板。

10.根据权利要求5所述的一种带自动驾驶功能的自平衡电动摩托车，其特征在于，所述第一编码器和第二编码器与单片机电连接。